CN111824044B - 电源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电源系统，可以在将低电压电源与高电压电源连接的电压转换器中抑制来自低电压电源的意想不到的放电。本发明的电源系统包括：第一电力电路，具有第一电池；第二电力电路，具有第二电池，所述第二电池相对于闭路电压的使用电压范围与第一电池重复，且静态电压比第一电池低；电压转换器，在电力电路、电力电路)之间转换电压；电力转换器，在第一电力电路与驱动马达之间转换电力；以及管理ECU及马达ECU，基于要求电力操作电力转换器。管理ECU及马达ECU基于第二电池的内部状态计算第一电池的相对于输出电力的限制电力，并操作电力转换器，以使第一电池的输出电力不超过限制电力。

Description

电源系统
技术领域
本发明涉及一种电源系统。更详细而言，涉及一种如下的电源系统：包括相对于闭路电压的使用电压范围重复的高电压电源及低电压电源。
背景技术
近年来，包括驱动马达作为动力产生源的电动输送设备、包括驱动马达及内燃机作为动力产生源的混合动力(hybrid)车辆等电动车辆的开发正盛行。在此种电动车辆中，为了向驱动马达供给电能，还搭载有蓄电器(电池、以及电容器(capacitor)等)或燃料电池等电源装置。另外，近年来，也正开发在电动车辆搭载特性不同的多个电源装置的装置。
在专利文献1示出了一种电动车辆的电源系统，其包括：电力电路，将包含驱动马达或逆变器等的驱动部与第一蓄电器连接；第二蓄电器，经由电压转换器与所述电力电路连接；以及控制装置，对所述电压转换器进行开关控制。控制装置根据来自驾驶员的要求，设定相对于通过电压转换器的电流即通过电流的目标电流，并且进行电压转换器的开关控制，以使通过电流成为目标电流，将从第一蓄电器输出的电力与从第二蓄电器输出的电力合成，并将其供给至驱动马达。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2017-169311号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
如所述电源系统那样，在利用电压转换器将两个蓄电器连接的情况下，从第二蓄电器输出的电力基本上能够通过电压转换器的开关控制来控制。但是，例如若如加速时那样，在驱动马达中要求大的电力，则有时流经第一蓄电器的电流增加，第一蓄电器的闭路电压低于第二蓄电器的静态电压。在此情况下，有时第二蓄电器转为放电，意想不到的电流会从第二蓄电器侧向第一蓄电器侧流经电压转换器。
本发明的目的在于提供一种电源系统，可以在将低电压电源与高电压电源连接的电压转换器中抑制来自低电压电源的意想不到的放电。
[解决问题的技术手段]
(1)本发明的电源系统(例如，后述的电源系统1)包括：高电压电路(例如，后述的第一电力电路2)，具有高电压电源(例如，后述的第一电池B1)；低电压电路(例如，后述的第二电力电路3)，具有相对于闭路电压的使用电压范围与所述高电压电源重复，且静态电压比所述高电压电源低的低电压电源(例如，后述的第二电池B2)；电压转换器(例如，后述的电压转换器5)，在所述高电压电路与所述低电压电路之间转换电压；电力转换器(例如，后述的电力转换器43)，在所述高电压电路与驱动马达(例如，后述的驱动马达M)之间转换电力；要求电力获取部件(例如，后述的管理ECU 71以及踏板类P)，获取所述驱动马达的要求电力；电力控制部件(例如，后述的管理ECU 71、马达ECU 72、变换器ECU 73)基于所述要求电力操作所述电力转换器；以及状态获取部件(例如，后述的第二电池ECU 75、第二电池传感器单元82)，获取所述低电压电源的状态，且所述电力控制部件基于所述低电压电源的状态计算所述高电压电源的相对于输出电力的上限即限制电力(例如，后述的限制电力Pmax)，并操作所述电力转换器，以使所述高电压电源的输出电力不超过所述限制电力。
(2)在此情况下，优选为：所述状态获取部件获取所述低电压电源的温度(例如，后述的温度T)，在所述低电压电源的温度高于规定温度(例如，后述的高温节能温度Tps)的情况下，所述电力控制部件计算所述限制电力，以使所述高电压电源的闭路电压成为所述低电压电源的静态电压以上。
(3)在此情况下，优选为：所述低电压电源是可以进行充放电的蓄电器，所述状态获取部件获取根据所述低电压电源的蓄电量而变大的蓄电参数(例如，后述的充电率SOC)，所述电力控制部件计算所述限制电力，以在所述蓄电参数为规定的阈值以下的情况下，比大于所述阈值的情况小。
(4)在此情况下，优选为：所述电力控制部件计算所述限制电力，以使所述高电压电源的闭路电压成为规定的下限电压以上，并且在所述蓄电参数大于第一阈值的情况下，将所述高电压电源的使用电压范围的下限设定为所述下限电压，在所述蓄电参数为小于第一阈值的第二阈值以下的情况下，将所述低电压电源的蓄电量为规定的下限量时的所述低电压电源的静态电压即最低电压设定为所述下限电压，所述最低电压高于所述高电压电源的使用电压范围的下限。
[发明的效果]
(1)在本发明的电源系统中，利用电压转换器将高电压电路与低电压电路连接，所述高电压电路具有高电压电源，所述低电压电路具有相对于闭路电压的使用电压范围与高电压电源重复，且静态电压比高电压电源低的低电压电源，利用电力转换器将高电压电路与驱动马达连接。电力控制部件基于驱动马达的要求电力操作电力转换器。在此种电源系统中，例如，若根据加速要求增加要求电力，则电力控制部件操作电力转换器，以使对应于要求电力的输出电力从电力转换器供给至驱动马达，并将从高电压电源输出的电力与从低电压电源输出的电力合成。此处，在出于某种原因欲禁止或抑制来自低电压电源的放电的情况下，电力控制部件操作电压转换器或电力转换器，以使要求电力的全部或大部分由从高电压电源输出的电力提供。但是，若在高电压电源与低电压电源中使用电压范围重复，则要求电力变大，若流经高电压电源的电流增加，则有时高电压电源的闭路电压低于低电压电源的静态电压，会意外地从低电压电源输出电力。与此相对，在本发明中，状态获取部件获取低电压电源的状态，电力控制部件根据所述低电压电源的状态计算高电压电源的相对于输出电力的限制电力，并且操作电力转换器，以使高电压电源的输出电力不超过所述限制电力。因此，根据本发明，可以根据低电压电源的状态限制从高电压电源输出的电力，因此可以抑制来自低电压电源的意想不到的放电。
(2)若在高温状态下从电源放电，则所述电源有可能劣化。与此相对，在本发明中，在低电压电源的温度高于规定温度的情况下，电力控制部件计算限制电力，以使高电压电源的闭路电压成为低电压电源的静态电压以上。由此，在低电压电源的温度高于规定温度的情况下，限制高电压电源的输出电力，以使高电压电源的闭路电压成为低电压电源的静态电压以上，因此可以抑制低电压电源的劣化。
(3)在本发明中，电力控制部件计算限制电力，以在作为蓄电器的低电压电源的蓄电参数为阈值以下的情况下，比蓄电参数大于阈值的情况小。换句话说，电力控制部件随着低电压电源的蓄电量的减少而减小限制电力。因此，根据本发明，在低电压电源的蓄电量充分的情况下，可以将从高电压电源输出的电力与从低电压电源输出的电力合成，将对应于要求电力的电力供给至驱动马达，在低电压电源的蓄电量不充分的情况下，可以抑制低电压电源的蓄电量的减少。
(4)在本发明中，电力控制部件计算限制电力，以使高电压电源的闭路电压成为规定的下限电压以上，并且在蓄电参数大于第一阈值的情况下，将高电压电源的使用电压范围的下限设定为下限电压。由此，在低电压电源的蓄电量充分的情况下，可以允许来自高电压电源及低电压电源这两者的电力的输出，因此可以将对应于要求电力的电力供给至驱动马达。另外，在蓄电参数为第二阈值以下的情况下，电力控制部件将高于高电压电源的使用电压范围的下限并且低电压电源的蓄电量为规定的下限量时的低电压电源的静态电压即最低电压设定为下限电压。由此，在低电压电源的蓄电量不充分的情况下，可以抑制自低电压电源输出电力，防止所述蓄电量低于下限量。
附图说明
图1是表示搭载本发明第一实施方式的电源系统的车辆的构成的图。
图2A及图2B是对第一电池与第二电池的使用电压范围进行了比较的图。
图3是表示电压转换器的电路构成的一例的图。
图4是表示电力管理处理的具体顺序的流程图。
图5是表示计算相对于第一电池的限制电力的顺序的流程图。
图6是表示在第二电池的温度高于高温节能温度的状态下加速时的第一电池的电压、第二电池的电压、以及第二电池的充电率的变化的时序图。
图7A是表示在本发明第二实施方式的电源系统中，计算相对于第一电池的限制电力的顺序的流程图(其1)。
图7B是表示在本发明第二实施方式的电源系统中，计算相对于第一电池的限制电力的顺序的流程图(其2)。
图8是表示用于基于第二电池的充电率设定下限电压的映射的一例的图。
[符号的说明]
V：车辆
M：驱动马达
1：电源系统
2：第一电力电路(高电压电路)
B1：第一电池(高电压电源)
3：第二电力电路(低电压电路)
B2：第二电池(低电压电源)
4：负载电路
43：电力转换器
5：电压转换器
7：电子控制单元群组
71：管理ECU(电力控制部件、要求电力获取部件)
72：马达ECU(电力控制部件)
73：变换器ECU(电力控制部件)
74：第一电池ECU
75：第二电池ECU(状态获取部件)
82：第二电池传感器单元(状态获取部件)
P：踏板类(要求电力获取部件)
具体实施方式
＜第一实施方式＞
以下，参照附图对本发明的第一实施方式进行说明。
图1是表示搭载本实施方式的电源系统1的电动车辆V(以下简称为“车辆”)的构成的图。
车辆V包括：驱动轮W；驱动马达M，连结于所述驱动轮W；以及电源系统1，在所述驱动马达M与后述的第一电池B1及第二电池B2之间进行电力的授受。另外，在本实施方式中，主要以通过由驱动马达M产生的动力而加减速为例对车辆V进行说明，但本发明不限于此。车辆V可以是搭载驱动马达M及发动机作为动力产生源的所谓混合动力车辆。另外，在本实施方式中，以通过向驱动马达M供给存储在两个电池B1、B2的电力来行驶为例对电源系统1进行说明，但本发明不限于此。电源系统1所包括的两个电池B1、B2中的任一个可以是燃料电池。
驱动马达M经由未图示的动力传递机构连结于驱动轮W。通过从电源系统1向驱动马达M供给三相交流电力而由驱动马达M产生的扭矩经由未图示的动力传递机构传递给驱动轮W，使驱动轮W旋转，使车辆V行驶。另外，驱动马达M在车辆V减速时发挥发电机的功能，产生再生电力，并且将对应于所述再生电力的大小的再生制动扭矩赋予至驱动轮W。由驱动马达M产生的再生电力适当充电至电源系统1的电池B1、电池B2。
电源系统1包括：第一电力电路2，具有第一电池B1；第二电力电路3，具有第二电池B2；电压转换器5，将所述第一电力电路2与第二电力电路3连接；负载电路4，具有包含驱动马达M的各种电负载；以及电子控制单元群组7，控制第一电力电路2、第二电力电路3、负载电路4以及电压转换器5。电子控制单元群组7分别包括：作为计算机的管理电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)71、马达ECU 72、变换器ECU 73、第一电池ECU 74、以及第二电池ECU 75。
第一电池B1是能够进行将化学能转换为电能的放电及将电能转换为化学能的充电这两者的二次电池。以下，对使用通过锂离子在电极间移动来进行充放电的所谓锂离子蓄电池作为所述第一电池B1的情况进行说明，但本发明不限于此。
在第一电池B1设置有用于推断第一电池B1的内部状态的第一电池传感器单元81。第一电池传感器单元81包括多个传感器，所述多个传感器检测用于在第一电池ECU 74中获取第一电池B1的充电率(以百分率表示电池的蓄电量)或温度等的所需物理量，并将对应于检测值的信号发送给第一电池ECU 74。更具体而言，第一电池传感器单元81包括：检测第一电池B1的端子电压的电压传感器、检测流经第一电池B1的电流的电流传感器、以及检测第一电池B1的温度的温度传感器等。
第二电池B2是能够进行将化学能转换为电能的放电及将电能转换为化学能的充电这两者的二次电池。以下，对使用通过锂离子在电极间移动来进行充放电的所谓锂离子蓄电池作为所述第二电池B2的情况进行说明，但本发明不限于此。第二电池B2例如可使用电容器。
在第二电池B2设置有用于推断第二电池B2的内部状态的第二电池传感器单元82。第二电池传感器单元82包括多个传感器，所述多个传感器检测用于在第二电池ECU 75中获取第二电池B2的充电率或温度等的所需物理量，并将对应于检测值的信号发送给第二电池ECU 75。更具体而言，第二电池传感器单元82包括：检测第二电池B2的端子电压的电压传感器、检测流经第二电池B2的电流的电流传感器、以及检测第二电池B2的温度的温度传感器等。
此处，将第一电池B1的特性与第二电池B2的特性进行比较。
第一电池B1与第二电池B2相比，输出重量密度低并且能量重量密度高。另外，第一电池B1与第二电池B2相比电容大。即，在能量重量密度方面，第一电池B1优于第二电池B2。此外，所谓能量重量密度是每单位重量的电量[Wh/kg]，所谓输出重量密度是每单位重量的电力[W/kg]。因此，能量重量密度优异的第一电池B1是以高电容为主要目的的电容型的蓄电器，输出重量密度优异的第二电池B2是以高输出为主要目的的输出型的蓄电器。因此，在电源系统1中，将第一电池B1用作主电源，将第二电池B2用作补充所述第一电池B1的副电源。
图2A及图2B是将电源系统1的第一电池B1与第二电池B2的使用电压范围进行了比较的图。图2A是表示第一电池B1的使用电压范围的图，图2B是表示第二电池B2的使用电压范围的图。在图2A及图2B中，横轴表示流经电池的电流，纵轴表示电池的电压。
如图2A及图2B所示，电池B1、电池B2的静态电压(即，电流未流经电池的状态下的电压，也称为开路电压)具有充电率越高则越高的特性。因此，电池B1、电池B2的相对于静态电压的使用电压范围上限是充电率为最大值(例如，100％)时的各静态电压，下限是充电率为最小值(例如，0％)时的各静态电压。如图2A及图2B所示，第二电池B2的相对于静态电压的使用电压范围上限低于第一电池B1的相对于静态电压的使用电压范围上限。因此，在车辆V的行驶过程中，第二电池B2的静态电压基本上维持为低于第一电池B1的静态电压。
如图2A及图2B所示，电池B1、电池B2的闭路电压(即，电流流经电池的状态下的电压)也具有充电率越高则越高的特性。另外，在电池B1、电池B2存在内部电阻，因此其闭路电压具有如下的特性，即放电电流越大，则越从静态电压开始降低，充电电流越大，则越从静态电压开始升高。因此，电池B1、电池B2的相对于闭路电压的使用电压范围上限高于各自的相对于静态电压的使用电压范围上限，下限低于各自的相对于静态电压的使用电压范围下限。换句话说，电池B1、电池B2的相对于闭路电压的使用电压范围包括各自的相对于静态电压的使用电压范围。如图2A及图2B所示，第一电池B1的相对于闭路电压的使用电压范围与第二电池B2的相对于闭路电压的使用电压范围重复。
另外，若充电电流过大，则促进电池B1、电池B2的劣化，因此，所述电池B1、电池B2的相对于闭路电压的使用电压范围上限基于所述电池B1、电池B2的状态被规定为不使所述电池B1、电池B2劣化。以下，也将所述电池B1、电池B2的闭路电压的使用范围的上限称为劣化上限电压。
另外，若放电电流过大，则促进电池B1、电池B2的劣化，因此，所述电池B1、电池B2的相对于闭路电压的使用电压范围下限基于所述电池B1、电池B2的状态被规定为不使所述电池B1、电池B2劣化。以下，也将所述电池B1、电池B2的相对于闭路电压的使用电压范围下限称为劣化下限电压。
返回到图1，第一电力电路2包括：第一电池B1；第一电力线21p、第一电力线21n，将所述第一电池B1的正负两极与电压转换器5的高电压侧的正极端子及负极端子连接；以及正极接触器22p及负极接触器22n，设置于所述第一电力线21p、第一电力线21n。
接触器22p、接触器22n是常开型，在未输入有来自外部的指令信号的状态下打开并切断第一电池B1的两电极与第一电力线21p、第一电力线21n的导通，在输入有指令信号的状态下闭合并将第一电池B1与第一电力线21p、第一电力线21n连接。所述接触器22p、接触器22n根据从第一电池ECU 74发送的指令信号开闭。此外，正极接触器22p成为具有预充电电阻的预充电接触器，所述预充电电阻用于缓和流向设置于第一电力电路2或负载电路4等的多个平滑电容器(condenser)的冲击电流。
第二电力电路3包括：第二电池B2；第二电力线31p、第二电力线31n，将所述第二电池B2的正负两极与电压转换器5的低压侧的正极端子及负极端子连接；正极接触器32p及负极接触器32n，设置于所述第二电力线31p、第二电力线31n；以及电流传感器33，设置于第二电力线31p。
接触器32p、接触器32n是常开型，在未输入有来自外部的指令信号的状态下打开并切断第二电池B2的两电极与第二电力线31p、第二电力线31n的导通，在输入有指令信号的状态下闭合并将第二电池B2与第二电力线31p、第二电力线31n连接。所述接触器32p、接触器32n根据从第二电池ECU 75发送的指令信号开闭。此外，正极接触器32p成为具有预充电电阻的预充电接触器，所述预充电电阻用于缓和流向设置于第一电力电路2或负载电路4等的多个平滑电容器的冲击电流。
电流传感器33将对应于通过电流的检测信号发送给变换器ECU 73，所述通过电流为流经第二电力线31p的电流，即流经电压转换器5的电流。此外，在本实施方式中，对于通过电流的方向，将从第二电力电路3侧向第一电力电路2侧设为正，将从第一电力电路2侧向第二电力电路3侧设为负。
负载电路4包括：车辆辅机42；电力转换器43，连接有驱动马达M；以及负载电力线41p、负载电力线41n，将所述车辆辅机42及电力转换器43与第一电力电路2连接。
车辆辅机42包括：电池加热器、空气压缩机、直流直流(Direct Current DirectCurrent，DCDC)变换器、以及车载充电器等多个电负载。车辆辅机42通过负载电力线41p、负载电力线41n连接于第一电力电路2的第一电力线21p、第一电力线21n，通过消耗第一电力线21p、第一电力线21n的电力而工作。与构成车辆辅机42的各种电负载的工作状态相关的信息例如被发送给管理ECU 71。
电力转换器43通过负载电力线41p、负载电力线41n以与车辆辅机42并列的方式连接于第一电力线21p、第一电力线21n。电力转换器43在第一电力线21p、第一电力线21n与驱动马达M之间转换电力。电力转换器43例如是包括将多个开关元件(例如，绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT))桥接而构成的桥接电路的利用脉冲宽度调制的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)逆变器，且具有对直流电力与交流电力进行转换的功能。电力转换器43在其直流输入输出侧连接于第一电力线21p、第一电力线21n，在其交流输入输出侧连接于驱动马达M的U相、V相、W相的各线圈。电力转换器43通过按照在规定的时机从马达ECU 72的未图示的栅极驱动电路生成的栅极驱动信号接通/断开驱动各相的开关元件，将第一电力线21p、第一电力线21n的直流电力转换为三相交流电力而供给至驱动马达M，或者将从驱动马达M供给的三相交流电力转换为直流电力而供给至第一电力线21p、第一电力线21n。
电压转换器5将第一电力电路2与第二电力电路3连接，在所述两电路2、3之间转换电压。在所述电压转换器5使用已知的升压电路。
图3是表示电压转换器5的电路构成的一例的图。电压转换器5将第一电力线21p、第一电力线21n与第二电力线31p、第二电力线31n连接，所述第一电力线21p、第一电力线21n连接有第一电池B1，所述第二电力线31p、第二电力线31n连接有第二电池B2，在所述第一电力线21p、第一电力线21n与第二电力线31p、第二电力线31n之间转换电压。电压转换器5是全桥接型的DCDC变换器，是将第一电抗器L1、第二电抗器L2、第一高臂元件53H、第一低臂元件53L、第二高臂元件54H、第二低臂元件54L、负母线55、低压侧端子56p、低压侧端子56n、高压侧端子57p、高压侧端子57n、及未图示的平滑电容器组合而构成。
低压侧端子56p、低压侧端子56n连接于第二电力线31p、第二电力线31n，高压侧端子57p、高压侧端子57n连接于第一电力线21p、第一电力线21n。负母线55是将低压侧端子56n与高压侧端子57n连接的配线。
第一电抗器L1的一端侧连接于低压侧端子56p，另一端侧连接于第一高臂元件53H与第一低臂元件53L的连接节点53。第一高臂元件53H及第一低臂元件53L分别包括IGBT或金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，MOSFET)等已知的功率开关元件、以及连接于所述功率开关元件的回流二极管。所述高臂元件53H及低臂元件53L在高压侧端子57p与负母线55之间按所述顺序串联连接。
第一高臂元件53H的功率开关元件的集电极连接于高压侧端子57p，其发射极连接于第一低臂元件53L的集电极。第一低臂元件53L的功率开关元件的发射极连接于负母线55。设置于第一高臂元件53H的回流二极管的正向是从第一电抗器L1朝向高压侧端子57p的方向。另外，设置于第一低臂元件53L的回流二极管的正向是从负母线55朝向第一电抗器L1的方向。
第二电抗器L2的一端侧连接于低压侧端子56p，另一端侧连接于第二高臂元件54H与第二低臂元件54L的连接节点54。第二高臂元件54H及第二低臂元件54L分别包括IGBT或MOSFET等已知的功率开关元件、以及连接于所述功率开关元件的回流二极管。所述高臂元件54H及低臂元件54L在高压侧端子57p与负母线55之间按所述顺序串联连接。
第二高臂元件54H的功率开关元件的集电极连接于高压侧端子57p，其发射极连接于第二低臂元件54L的集电极。第二低臂元件54L的功率开关元件的发射极连接于负母线55。设置于第二高臂元件54H的回流二极管的正向是从第二电抗器L2朝向高压侧端子57p的方向。另外，设置于第二低臂元件54L的回流二极管的正向是从负母线55朝向第二电抗器L2的方向。
电压转换器5按照在规定的时机从变换器ECU 73的未图示的栅极驱动电路生成的栅极驱动信号交替地接通/断开驱动第一高臂元件53H及第二低臂元件54L、与第一低臂元件53L及第二高臂元件54H，由此在第一电力线21p、第一电力线21n与第二电力线31p、第二电力线31n之间转换电压。
如参照图2A及图2B所说明那样，在车辆V的行驶过程中，第二电池B2的静态电压基本上维持为低于第一电池B1的静态电压。因此，基本上，第一电力线21p、第一电力线21n的电压高于第二电力线31p、第二电力线31n的电压。因此，在使用从第一电池B1输出的电力及从第二电池B2输出的电力这两者来对驱动马达M进行驱动的情况下，变换器ECU 73操作电压转换器5以在电压转换器5中发挥升压功能。所谓升压功能是指对连接有低压侧端子56p、低压侧端子56n的第二电力线31p、第二电力线31n的电力进行升压，并将其输出至连接有高压侧端子57p、高压侧端子57n的第一电力线21p、第一电力线21n的功能，由此，使正的通过电流从第二电力线31p、第二电力线31n侧流向第一电力线21p、第一电力线21n侧。另外，在抑制第二电池B2的放电，仅利用从第一电池B1输出的电力来对驱动马达M进行驱动的情况下，变换器ECU 73使电压转换器5断开，以使电流不从第一电力线21p、第一电力线21n流向第二电力线31p、第二电力线31n。然而，在此情况下，在第二电力线31p、第二电力线31n的电压高于第一电力线21p、第一电力线21n的电压的情况下，有时第二电池B2转为放电，正的通过电流经由高臂元件53H、高臂元件54H的回流二极管从第二电力线31p、第二电力线31n流向第一电力线21p、第一电力线21n。
另外，在减速时通过从驱动马达M输出至第一电力线21p、第一电力线21n的再生电力对第一电池B1或第二电池B2进行充电的情况下，变换器ECU 73操作电压转换器5以在电压转换器5中发挥降压功能。所谓降压功能是指对连接有高压侧端子57p、高压侧端子57n的第一电力线21p、第一电力线21n的电力进行降压，并将其输出至连接有低压侧端子56p、低压侧端子56n的第二电力线31p、第二电力线31n的功能，由此，使负的通过电流从第一电力线21p、第一电力线21n侧流向第二电力线31p、第二电力线31n侧。
返回到图1，第一电池ECU 74是主要负责第一电池B1的状态监视及第一电力电路2的接触器22p、接触器22n的开闭操作的计算机。第一电池ECU 74基于使用从第一电池传感器单元81发送的检测值的已知算法，计算表示第一电池B1的内部状态的各种参数，更具体而言，计算第一电池B1的温度、第一电池B1的内部电阻、第一电池B1的静态电压、第一电池B1的闭路电压、第一电池B1的劣化上限电压、第一电池B1的劣化下限电压、以及第一电池B1的充电率等。与在第一电池ECU 74中获取的表示第一电池B1的内部状态的参数相关的信息例如被发送给管理ECU 71。
第二电池ECU 75是主要负责第二电池B2的状态监视及第二电力电路3的接触器32p、接触器32n的开闭操作的计算机。第二电池ECU 75基于使用从第二电池传感器单元82发送的检测值的已知算法，计算表示第二电池B2的内部状态的各种参数，更具体而言，计算第二电池B2的温度、第二电池B2的内部电阻、第二电池B2的静态电压、第二电池B2的闭路电压、以及第二电池B2的充电率等。与在第二电池ECU 75中获取的表示第二电池B2的内部状态的参数相关的信息例如被发送给管理ECU 71。
管理ECU 71是主要管理整个电源系统1的电力流动的计算机。管理ECU 71通过执行下文参照图4所说明的电力管理处理，生成扭矩指令信号及通过电力指令信号，所述扭矩指令信号相当于针对由驱动马达M产生的扭矩的指令，所述通过电力指令信号相当于针对通过电压转换器5的电力的指令。
马达ECU 72是主要管理从第一电力电路2向驱动马达M的电力流动的计算机。马达ECU 72基于从管理ECU 71发送的扭矩指令信号操作电力转换器43，以在驱动马达M中产生对应于所述指令的扭矩。
变换器ECU 73是主要管理通过电压转换器5的电力即通过电力的流动的计算机。变换器ECU 73根据从管理ECU 71发送的通过电力指令信号操作电压转换器5，以使对应于指令的通过电力通过电压转换器5。更具体而言，变换器ECU 73基于通过电力指令信号计算电压转换器5的作为相对于通过电流的目标的目标电流，并且按照已知的反馈控制算法操作电压转换器5，以使由电流传感器33检测的通过电流(以下，也称为“实际通过电流”)成为目标电流。
图4是表示电力管理处理的具体顺序的流程图。所述电力管理处理在管理ECU 71中以规定的周期反复执行。
首先，在S1中，管理ECU 71计算在车辆辅机42中所要求的电力即要求辅机电力Paux，并转移到S2。管理ECU 71基于从车辆辅机42发送的与各种电负载的工作状态相关的信息计算要求辅机电力Paux。
接着，在S2中，管理ECU 71计算在驱动马达M中所要求的电力即要求驱动电力Pmot_d，并转移到S3。管理ECU 71基于驾驶员对加速踏板或制动踏板等踏板类P(参照图1)的操作量来计算驾驶员的要求驱动扭矩，并通过将所述要求驱动扭矩换算为电力来计算要求驱动电力Pmot_d。因此，在本实施方式中，要求电力获取部件包括踏板类P以及管理ECU71。
接着，在S3中，管理ECU 71通过将要求辅机电力Paux与要求驱动电力Pmot_d相加，来计算总要求电力Ptotal，并转移到S4。
接着，在S4中，管理ECU 71计算在电压转换器5中相当于与通过电力的目标对应的目标通过电力Pcnv_cmd，并转移到S5。管理ECU 71基于与从第一电池ECU 74发送的表示第一电池B1的内部状态的参数相关的信息、与从第二电池ECU 75发送的表示第二电池B2的内部状态的参数相关的信息、以及要求驱动电力Pmot_d等，计算目标通过电力Pcnv_cmd。即，例如在加速时需要自第二电池B2输出电力的情况下，并且在第二电池B2的充电率充分的情况下，管理ECU 71将目标通过电力Pcnv_cmd设为正的规定值，从第二电池B2输出电力。另外，例如在第二电池B2的充电率下降且需要对第二电池B2充电的情况下，管理ECU 71将目标通过电力Pcnv_cmd设置为负的规定值，将第一电力电路2的电力的一部分供给至第二电池B2。另外，例如在第二电池B2的温度高于后述的高温节能温度的情况下，或在第二电池B2的充电率不充分的情况等下，管理ECU 71将目标通过电力Pcnv_cmd设为0，禁止第二电池B2的充放电。
接着，在S5中，管理ECU 71计算第一电池B1的相对于输出电力的上限即限制电力Pmax，并转移到S6。此外下文参照图5对计算所述限制电力Pmax的具体顺序进行说明。
接着，在S6中，管理ECU 71判定通过从总要求电力Ptotal减去目标通过电力Pcnv_cmd而获得的电力是否为限制电力Pmax以下。此处，所谓从总要求电力Ptotal减去目标通过电力Pcnv_cmd而获得的电力相当于第一电池B1的相对于输出电力的要求。因此，S6的判定相当于判定第一电池B1的输出电力是否可以满足驾驶员的要求而不超过限制电力Pmax。管理ECU 71在S6的判定结果为是(YES)的情况下转移到S7，在S6的判定结果为否(NO)的情况下转移到S8。
在S7中，管理ECU 71计算目标驱动电力Pmot_cmd，并转移到S9，所述目标驱动电力Pmot_cmd相当于相对于经由电力转换器43从第一电力电路2供给至驱动马达M的电力的目标。如上所述，在S6的判定结果为是的情况下，第一电池B1的输出电力可以满足驾驶员的要求而不超过限制电力Pmax，因此管理ECU 71将S2中计算出的要求驱动电力Pmot_d设为目标驱动电力Pmot_cmd。
在S8中，管理ECU 71计算目标驱动电力Pmot_cmd并转移到S9。如上所述，在S6的判定结果为否的情况下，若要满足驾驶员的要求，则由于第一电池B1的输出电力超过限制电力Pmax，因此管理ECU 71计算目标驱动电力Pmot_cmd，以使第一电池B1的输出电力不超过限制电力Pmax。更具体而言，管理ECU 71例如通过从限制电力Pmax与目标通过电力Pcnv_cmd的和中减去要求辅机电力Paux来计算目标驱动电力Pmot_cmd。由此，第一电池B1的输出电力成为限制电力Pmax，且不超过所述限制电力Pmax。
接着，在S9中，管理ECU 71生成与在S4中计算出的目标通过电力Pcnv_cmd对应的通过电力指令信号，并将其发送给变换器ECU 73，转移到S10。变换器ECU 73基于所述通过电力指令信号操作电压转换器5。由此，将对应于目标通过电力Pcnv_cmd的电力从第二电池B2输出至第一电力电路2。
接着，在S10中，管理ECU 71基于目标驱动电力Pmot_cmd生成扭矩指令信号，并将其发送给马达ECU 72，结束电力管理处理。更具体而言，管理ECU 71通过将目标驱动电力Pmot_cmd转换为扭矩来计算目标驱动扭矩，并生成对应于所述目标驱动扭矩的扭矩指令信号。马达ECU 72基于所述扭矩指令信号操作电力转换器43。由此，将对应于目标驱动电力Pmot_cmd的电力从第一电力电路2输出至驱动马达M。如此，在管理ECU 71中，通过基于经过S7或S8的处理计算出的目标驱动电力Pmot_cmd生成扭矩指令信号，从第一电池B1输出的电力不会超过限制电力Pmax。因此，在本实施方式中，电力控制部件包括管理ECU 71、马达ECU72、以及变换器ECU 73。
图5是表示通过管理ECU 71计算相对于第一电池B1的限制电力Pmax的顺序的流程图。
在S21中，管理ECU 71基于从第一电池ECU 74发送的与第一电池B1的内部状态相关的信息，计算第一电池B1的内部电阻R，并转移到S22。
在S22中，管理ECU 71基于从第一电池ECU 74发送的与第一电池B1的内部状态相关的信息，计算第一电池B1的静态电压OCV，并转移到S23。
在S23中，管理ECU 71基于从第一电池ECU 74发送的与第一电池B1的内部状态相关的信息，计算第一电池B1的最大允许电流Imax，并转移到S24。所谓所述最大允许电流Imax是流经第一电池B1的电流的允许范围的最大值。即，若流经第一电池B1的电流超过最大允许电流Imax，则第一电池B1有可能劣化。
在S24中，管理ECU 71基于从第二电池ECU 75发送的与第二电池B2的内部状态相关的信息，计算第二电池B2的温度T，并转移到S25。因此，在本实施方式中，状态获取部件包括第二电池传感器单元82、第二电池ECU 75、以及管理ECU 71。
在S25中，管理ECU 71判定第二电池B2的温度T是否高于规定的高温节能温度Tps。若在温度过高的状态下进行充放电，则一般的电池有可能劣化。因此，在第二电池B2的温度T高于高温节能温度Tps的情况下，为了防止第二电池B2的劣化，必须禁止第二电池B2的充放电。因此，如上所述，在第二电池B2的温度T高于高温节能温度Tps的情况下，管理ECU 71将目标通过电力Pcnv_cmd设为0，禁止第二电池B2的充放电(参照图4的S4)。
在S25的判定结果为否的情况下，管理ECU 71转移到S26。在S26中，管理ECU 71计算第一电池B1的相当于与闭路电压的下限对应的下限电压Vlim，并转移到S28。此处，S25的判定结果为否的情况相当于第二电池B2的温度T为高温节能温度Tps以下的情况，即不需要禁止第二电池B2的充放电的情况。因此，在S26中，管理ECU 71基于从第一电池ECU 74发送的与第一电池B1的内部状态相关的信息，计算第一电池B1的相对于闭路电压的劣化下限电压，并将其设定为下限电压Vlim。
接着，在S28中，管理ECU 71计算第一电池B1的电压限制输出Pmax_v，并转移到S29。此处，所谓电压限制输出Pmax_v相当于基于下限电压Vlim设定第一电池B1的相对于输出电力的上限而得的输出电力。即，管理ECU 71计算电压限制输出Pmax_v，以使第一电池B1的闭路电压成为下限电压Vlim以上。因此，管理ECU 71基于第一电池B1的内部电阻R、第一电池B1的静态电压OCV、以及下限电压Vlim，通过下述式(1)计算电压限制输出Pmax_v。
Pmax_v＝(OCV－Vlim)/R×Vlim (1)
接着，在S29中，管理ECU 71计算第一电池B1的电流限制输出Pmax_i，并转移到S30。此处，所谓电流限制输出Pmax_i相当于基于最大允许电流Imax设定第一电池B1的相对于输出电力的上限而得的输出电力。即，管理ECU 71计算电流限制输出Pmax_i，以使流经第一电池B1的电流成为最大允许电流Imax以下。因此，管理ECU 71基于内部电阻R、第一电池B1的静态电压OCV、以及最大允许电流Imax，通过下述式(2)计算电流限制输出Pmax_i。
Pmax_i＝Imax×(OCV－Imax×R) (2)
接着，在S30中，管理ECU 71基于电压限制输出Pmax_v及电流限制输出Pmax_i计算限制电力Pmax，并转移到图4的S6。更具体而言，如下述式(3)所示，管理ECU 71将电压限制输出Pmax_v及电流限制输出Pmax_i中的任一小者设定为限制电力Pmax。通过以所述方式计算限制电力Pmax，可以将第一电池B1的输出电力设为电压限制输出Pmax_v及电流限制输出Pmax_i以下，将第一电池B1的闭路电压设为下限电压Vlim以上，进而将流经第一电池B1的电流设为最大允许电流Imax以下。
Pmax＝Min(Pmax_v，Pmax_i) (3)
另外，在S25的判定结果为是的情况下，管理ECU 71转移到S27。在S27中，管理ECU71计算第一电池B1的下限电压Vlim并转移到S28。此处，S25的判定结果为是的情况相当于第二电池B2的温度T高于高温节能温度Tps的情况，即必须禁止第二电池B2的充放电的情况。然而，如参照图3所说明那样，在电压转换器5包含从第二电力电路3侧起以第一电力电路2侧为正向的回流二极管，因此若第一电力线21p、第一电力线21n的电压，即第一电池B1的闭路电压低于第二电力线31p、第二电力线31n的电压，即第二电池B2的静态电压，则第二电池B2转为放电，正的通过电流经由回流二极管流动。因此，在S27中，管理ECU 71基于从第二电池ECU 75发送的与第二电池B2的内部状态相关的信息，计算第二电池B2的静态电压，并将其设定为下限电压Vlim。由此，在第二电池B2的温度T高于高温节能温度Tps的情况下，管理ECU 71可以计算限制电力Pmax，以使第一电池B1的闭路电压成为第二电池B2的静态电压以上。
接下来，参照图6对本实施方式的电源系统1的效果进行说明。
图6是表示在第二电池B2的温度高于高温节能温度的状态下加速时的第一电池B1的电压(粗虚线)、第二电池B2的电压(粗实线)、以及第二电池B2的充电率(粗点划线)的变化的时序图。图6的左侧表示第二电池B2的静态电压低于第一电池B1的劣化下限电压的情况，正中间及右侧表示第二电池B2的静态电压高于第一电池B1的劣化下限电压的情况。另外，图6的右侧表示按照图5的流程图设定了限制电力Pmax的情况，图6的正中间表示将第一电池B1的下限电压Vlim始终设为第一电池B1的劣化下限电压的比较例。
如图6的左侧所示，若在时刻t1通过驾驶员踩踏加速踏板而使要求驱动电力从0增加到正的规定值为止，则从第一电池B1输出对应于所述要求的电力，由此第一电池B1的闭路电压下降。然而，在图6的左侧的示例中，第一电池B1的劣化下限电压高于第二电池B2的静态电压，因此第一电池B1的闭路电压始终维持为高于第二电池B2的静态电压。因此，也不会从第二电池B2输出电力，故所述电压维持为静态电压，另外其充电率也维持为固定。
接下来，如图6的正中间所示，在比较例中，将第一电池B1的下限电压Vlim始终设为劣化下限电压，因此，若在时刻t2驾驶员踩踏加速踏板，则有时第一电池B1的闭路电压低于第二电池B2的静态电压。因此，在比较例中，有时尽管为欲禁止第二电池B2的充放电的状态，在时刻t2以后，第二电池B2也转为放电。
与此相对，如图6的右侧所示，在图5的流程图中，在第二电池B2的温度高于高温节能温度的情况下，将高于第一电池B1的劣化下限电压的第二电池B2的静态电压设为第一电池B1的下限电压Vlim。因此，即使在时刻t3驾驶员踩踏加速踏板，第一电池B1的闭路电压也不会低于第二电池B2的静态电压，因此第二电池B2也不会转为放电。
根据以上所述的本实施方式的电源系统1，取得以下的效果。
(1)在本实施方式的电源系统1中，第二电池ECU 75及第二电池传感器单元82获取第二电池B2的状态，管理ECU 71基于所述第二电池B2的状态计算第一电池B1的相对于输出电力的限制电力Pmax，并且马达ECU 72操作电力转换器43以使第一电池B1的输出电力不超过所述限制电力Pmax。因此，根据电源系统1，可以根据第二电池B2的状态限制从第一电池B1输出的电力，因此可以抑制来自第二电池B2的意想不到的放电。
(2)在本实施方式的电源系统1中，在第二电池B2的温度T高于高温节能温度Tps的情况下，管理ECU 71计算限制电力Pmax，以使第一电池B1的闭路电压成为第二电池B2的静态电压以上。由此，在第二电池B2的温度T高于高温节能温度Tps的情况下，限制第一电池B1的输出电力，以使第一电池B1的闭路电压成为第二电池B2的静态电压以上，因此可以抑制第二电池B2的劣化。
＜第二实施方式＞
接下来，参照附图对本发明第二实施方式的电源系统进行说明。本实施方式的电源系统的计算相对于第一电池的限制电力Pmax的顺序与第一实施方式的电源系统不同。以下，对本实施方式的电源系统与第一实施方式的电源系统1不同的构成进行说明。
图7A及图7B是表示通过本实施方式的电源系统的管理ECU 71计算相对于第一电池B1的限制电力Pmax的顺序的流程图。此外，在图7A及图7B的流程图中，S41～S43及S50～S52的处理分别与图5的S21～S23及S28～S30的处理相同，因此省略说明。
在S44中，管理ECU 71基于从第一电池ECU 74发送的与第一电池B1的内部状态相关的信息，计算第一电池B1的使用电压范围相对于闭路电压的下限即劣化下限电压Vdeg_L，并转移到S45。
在S45中，管理ECU 71计算第二电池B2的最低静态电压OCVmin并转移到S46。此处，最低静态电压OCVmin是第二电池B2的相对于静态电压的下限，且相当于第二电池B2的充电率为规定的下限值时的第二电池B2的静态电压。因此，若第二电池B2的静态电压维持为高于最低静态电压OCVmin，则可以在第二电池B2确保高于下限值的充电率。
在S46中，管理ECU 71判定第一电池B1的劣化下限电压Vdeg_L是否低于第二电池B2的最低静态电压OCVmin。在S46的判定结果为否的情况下，管理ECU 71转移到S47，在S46的判定结果为是的情况下，管理ECU 71转移到S48。
在S47中，管理ECU 71将第一电池B1的劣化下限电压Vdeg_L设定为下限电压Vlim，并转移到S50。此处，在S46的判定结果为否的情况下，劣化下限电压Vdeg_L为最低静态电压OCVmin以上。因此，即使将第一电池B1的劣化下限电压Vdeg_L设定为下限电压Vlim，第一电池B1的闭路电压也不会低于第二电池B2的最低静态电压OCVmin。
在S48中，管理ECU 71基于从第二电池ECU 75发送的与第二电池B2的内部状态相关的信息，计算第二电池B2的充电率SOC，并转移到S49。因此，在本实施方式中，状态获取部件包括第二电池传感器单元82、第二电池ECU 75、以及管理ECU 71。
在S49中，管理ECU 71基于第二电池B2的充电率SOC设定第一电池B1的下限电压Vlim，并转移到S50。此处，在S46的判定结果为是的情况下，为劣化下限电压Vdeg_L低于最低静态电压OCVmin的情况。因此，若将第一电池B1的劣化下限电压Vdeg_L设定为下限电压Vlim，则有可能第一电池B1的闭路电压低于第二电池B2的最低静态电压OCVmin，从而第二电池B2转为放电。因此，在第二电池B2的充电率SOC不充分的情况下，第二电池B2的充电率SOC有可能低于其下限值。因此，也可考虑将第二电池B2的最低静态电压OCVmin设定为下限电压Vlim，但这样一来有可能第一电池B1及第二电池B2的放电会受到过度限制，从而无法充分满足驾驶员的要求。因此，在S49中，管理ECU 71基于第二电池B2的充电率SOC，在劣化下限电压Vdeg_L与最低静态电压OCVmin之间计算下限电压Vlim。
更具体而言，管理ECU 71通过基于第二电池B2的充电率SOC检索图8所示的映射来计算下限电压Vlim。在图8的示例中，在第二电池B2的充电率SOC大于第一阈值SOC1的情况下，管理ECU 71将第一电池B1的劣化下限电压Vdeg_L设定为第一电池B1的下限电压Vlim，在第二电池B2的充电率SOC为小于第一阈值SOC1的第二阈值SOC2以下的情况下，管理ECU71将第二电池B2的最低静态电压OCVmin设定为第一电池B1的下限电压Vlim。另外，管理ECU71设定下限电压Vlim，以在第二电池B2的充电率SOC为第一阈值SOC1以下并且大于第二阈值SOC2的情况下，在第一电池B1的劣化下限电压Vdeg_L与第二电池B2的最低静态电压OCVmin之间，充电率SOC越小则越高。由此，下限电压Vlim设定为在第二电池B2的充电率SOC为第一阈值SOC1或第二阈值SOC2以下的情况下，比充电率SOC大于第一阈值SOC1或第二阈值SOC2的情况高。因此，通过经过S50～S52的处理，电压限制输出Pmax_v及限制电力Pmax设定为在第二电池B2的充电率SOC为第一阈值SOC1或第二阈值SOC2以下的情况下，比充电率SOC大于第一阈值SOC1或第二阈值SOC2的情况小。
根据以上所述的本实施方式的电源系统，取得以下的效果。
(3)在根据本实施方式的电源系统中，管理ECU 71以如下方式计算电压限制输出Pmax_v及限制电力Pmax：以在第二电池B2的充电率SOC为第一阈值SOC1或第二阈值SOC2以下的情况下，比充电率SOC大于第一阈值SOC1或第二阈值SOC2的情况小。换句话说，管理ECU71根据第二电池B2的充电率SOC的减少而减小电压限制输出Pmax_v及限制电力Pmax。因此，根据电源系统，在第二电池B2的充电率SOC充分的情况下，可以将从第一电池B1输出的电力与从第二电池B2输出的电力合成，将对应于要求电力的电力供给至驱动马达M，在第二电池B2的充电率SOC不充分的情况下，可以抑制第二电池B2的充电率SOC的减少。
(4)在本实施方式的电源系统中，管理ECU 71以如下方式计算电压限制输出Pmax_v及限制电力Pmax：以使第一电池B1的闭路电压成为规定的下限电压Vlim以上，并且在第二电池B2的充电率SOC大于第一阈值SOC1的情况下，将第一电池B1的相对于闭路电压的使用电压范围下限即劣化下限电压Vdeg_L设定为下限电压Vlim。由此，在第二电池B2的充电率SOC充分的情况下，可以允许来自第一电池B1及第二电池B2这两者的电力的输出，因此可以将对应于要求电力的电力供给至驱动马达M。另外，在第二电池B2的充电率SOC为第二阈值SOC2以下的情况下，管理ECU 71将高于第一电池B1的劣化下限电压Vdeg_L并且第二电池B2的充电率SOC为规定的下限值时的第二电池B2的静态电压即最低静态电压OCVmin设定为下限电压Vlim。由此，在第二电池B2的充电率SOC不充分的情况下，可以抑制自第二电池B2输出电力，防止其充电率SOC低于下限值。

Claims (4)

1.一种电源系统，包括：
高电压电路，具有高电压电源；
低电压电路，具有低电压电源，所述低电压电源相对于闭路电压的使用电压范围与所述高电压电源重复，且静态电压比所述高电压电源低；
电压转换器，在所述高电压电路与所述低电压电路之间转换电压；
电力转换器，在所述高电压电路与驱动马达之间转换电力；
要求电力获取部件，获取所述驱动马达的要求电力；
电力控制部件，基于所述要求电力操作所述电力转换器；以及
状态获取部件，获取所述低电压电源的状态，且所述电源系统的特征在于：
所述电力控制部件基于所述低电压电源的状态计算所述高电压电源的相对于输出电力的上限即限制电力，并操作所述电力转换器，以使所述高电压电源的输出电力不超过所述限制电力。
2.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于：
所述状态获取部件获取所述低电压电源的温度，
在所述低电压电源的温度高于规定温度的情况下，所述电力控制部件计算所述限制电力，以使所述高电压电源的闭路电压成为所述低电压电源的静态电压以上。
3.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于：
所述低电压电源是能够进行充放电的蓄电器，
所述状态获取部件获取根据所述低电压电源的蓄电量而变大的蓄电参数，
所述电力控制部件以如下方式计算所述限制电力：所述蓄电参数在规定的阈值以下的情况下，比大于所述阈值的情况下小。
4.根据权利要求3所述的电源系统，其特征在于：
所述电力控制部件以如下方式计算所述限制电力：使所述高电压电源的闭路电压成为规定的下限电压以上，
并且在所述蓄电参数大于第一阈值的情况下，将所述高电压电源的使用电压范围的下限设定为所述下限电压，在所述蓄电参数为小于所述第一阈值的第二阈值以下的情况下，将所述低电压电源的蓄电量为规定的下限量时的所述低电压电源的静态电压即最低电压设定为所述下限电压，
所述最低电压高于所述高电压电源的使用电压范围的下限。
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