CN112242728A - 电源系统、dcdc转换器装置和充电方法 - Google Patents

电源系统、dcdc转换器装置和充电方法 Download PDF

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Abstract

一种电源系统，包括：高压电池，连接到高压电池的第一DCDC转换器，构造为通过第一DCDC转换器从高压电池充电的低压铅电池，连接到低压电源电路、低压铅电池、以及负载的低压锂电池，连接到低压电源电路并且设置在低压铅电池和低压锂电池之间的第二DCDC转换器，连接到低压电源电路以绕过第二DCDC转换器的旁路电路，以及构造为监控低压锂电池并控制设置在旁路电路中的开关单元的接通/断开的控制装置。

Description

电源系统、DCDC转换器装置和充电方法
技术领域
本发明涉及一种电源系统，该电源系统包括高压和低压DCDC转换器、低压铅电池和低压锂电池。本发明涉及一种根据低压DCDC转换器的DCDC转换器装置。此外，本发明涉及使用DCDC转换器装置的充电方法。
背景技术
为了从高压电池对低压电池充电，在它们之间设置有DCDC转换器(降压型)。此外，在低压电池与连接到低压电池的负载之间设置有DCDC转换器(升压型)(例如，参见专利文献1：JP-A-2015-53825)。
[专利文献1]JP-A-2015-53825
在现有技术中，安装在汽车上的各种设备已经小型化。另外，系统也已经小型化。
发明内容
一个或多个实施例提供了一种可以小型化的电源系统、DCDC转换器装置以及充电方法。
在方面(1)中，电源系统包括：高压电池；第一DCDC转换器，连接到所述高压电池；低压铅电池，被构造为通过所述第一DCDC转换器从所述高压电池充电；低压锂电池，连接到低压电源电路、所述低压铅电池和负载；第二DCDC转换器，连接到所述低压电源电路并设置在所述低压铅电池和所述低压锂电池之间；旁路电路，连接到所述低压电源电路以绕过所述第二DCDC转换器；以及控制装置，被构造为监控所述低压锂电池并控制设置在所述旁路电路中的开关单元的接通/断开。
根据方面(1)，由于提供了用于绕过第二DCDC转换器的旁路电路，因此仅当需要对低压锂电池充电时才可以使用第二DCDC转换器。具体地，当至少进行恒定电流充电时，可以使用第二DCDC转换器；当在没有任何特定条件的情况下进行恒定电压充电时，第二DCDC转换器可以被绕过并充电。结果，可以减少第二DCDC转换器中的FET的数量，并且可以减小第二DCDC转换器的容量。因此，可以使电源系统小型化。
在方面(2)中，暗电流可以在旁路电路中流动。
根据方面(2)，由于还可以使用旁路电路作为暗电流流过的电路，因此电路的数量没有增加，因此可以有助于电源系统的小型化。
在方面(3)中，所述控制装置可以包括开关控制单元，所述开关控制单元被构造为基于所述低压锂电池的充电状态来控制所述开关单元的接通/断开。
根据方面(3)，由于基于低压锂电池的充电状态(SOC)来接通/断开旁路电路的开关单元，因此如果在充电状态为低时断开开关单元，则电流流向电路中的第二DCDC转换器侧，并且可以通过使用第二DCDC转换器来进行恒定电流充电。然后，如果当充电状态从充电状态为低的状态退出时接通开关单元，则电流流向电路中的旁路电路侧，并且可以通过第一DCDC转换器对低压铅电池以充电电压进行恒定电压充电。
在方面(4)中，所述开关控制单元可以被构造为基于通过第一DCDC转换器对于所述低压铅电池的充电电压来控制所述开关单元的接通/断开。
根据方面(4)，由于旁路电路的开关单元不仅基于低压锂电池的充电状态(SOC)，而且还基于第一DCDC转换器对低压铅电池的充电电压来接通/断开，如果当低压铅电池的充电电压需要高于低压铅电池的充电电压时断开开关单元，则电流可以流向第二DCDC转换器侧。然后，在通过第二DCDC转换器使电压升高的状态下，可以对低压锂电池进行恒定电压充电。
在方面(5)中，所述控制装置可以包括开关控制单元，所述开关控制单元被构造为基于所述低压锂电池的电压和预定电压范围来控制所述开关单元的接通/断开。
根据方面(5)，因为基于低压锂电池的电压和预定电压范围来接通/断开旁路电路的开关单元，所以如果当低压锂电池的电压在预定电压范围内时接通开关单元，则电流可以流到旁路电路侧。然后，可以通过从第一DCDC转换器到低压铅电池的充电电压对低压锂电池进行恒定电压充电。
在方面(6)中，一种DCDC转换器装置包括设置在经由第一DCDC转换器从高压电池充电的低压铅电池与连接到低压电源电路、所述低压铅电池和负载的低压锂电池之间的第二DCDC转换器，和连接到所述低压电源电路并绕过所述第二DCDC转换器的旁路电路。所述旁路电路设置有开关单元，所述开关单元由作为外部构造的控制装置控制以接通/断开。
根据方面(6)，由于DCDC转换器装置包括第二DCDC转换器和绕过第二DCDC转换器的旁路电路，所以可以将根据方面(1)至(5)的电源系统的一部分设置为一个设备。因此，可以使第二DCDC转换器小型化，从而使电源系统小型化。
在方面(7)中，暗电流可以在旁路电路中流动。
根据方面(7)，由于还可以将流过暗电流的电路用作旁路电路，因此电路的数量不会增加，因此可以有助于第二DCDC转换器的小型化。
在方面(8)中，一种充电方法可以包括：使用根据方面(6)或(7)所述的DCDC转换器装置；并且接通所述DCDC转换器装置的开关单元；以及对低压锂电池进行恒定电压充电。
根据方面(8)，当在没有任何特定条件的情况下进行恒定电压充电时，第二DCDC转换器可以被绕过并且被充电。结果，可以减少第二DCDC转换器中的FET的数量，并且可以减小第二DCDC转换器的容量。
一个或多个实施例提供了一种可以小型化的电源系统、DCDC转换器装置以及使用DCDC转换器装置的充电方法。
附图说明
图1是示出电源系统和DCDC转换器装置的实施例的框图。
图2是被控制为恒定电流充电的区域的说明图(图形和框图)。
图3是被控制为恒定电压充电的区域的说明图(图形和框图)。
图4是被控制为恒定电压充电的区域的说明图(图形和框图)。
图5是示出充电方法的一个实施例的流程图。
图6是示出充电方法的另一实施例的流程图。
具体实施方式
一种电源系统，包括：高压电池；连接到高压电池的第一DCDC转换器；通过第一DCDC转换器从高压电池充电的低压铅电池；与低压铅电池和负载一起连接到低压电源电路的低压锂电池；连接到低压电源电路，并布置在低压铅电池和低压锂电池之间的第二DCDC转换器；连接到低压电源电路并且绕过第二DCDC转换器的旁路电路；以及在监控低压锂电池的同时控制设置在旁路电路中的开关单元的接通/断开的控制装置。
下面将参考附图描述实施例。图1是示出电源系统和DCDC转换器装置的实施例的结构图。图2是被控制为恒定电流充电的区域的说明图，图3和图4是被控制为恒定电压充电的区域的说明图。图5和图6是根据充电方法的流程图。
<关于电源系统1和DCDC转换器装置2>
在图1中，电源系统1被安装在例如电动汽车或混合动力汽车中。电源系统1在构造中包括DCDC转换器装置2。当更详细地描述电源系统1的构造时，电源系统1包括高压电池3、高压电源电路4、第一DCDC转换器5、低压电源电路6、低压铅电池7、第一负载8(负载)、DCDC转换器装置2、低压锂电池9、第二负载10和控制装置11。下面将描述上述构造的每个部分。
<关于高压电池3>
在图1中，高压电池3被构造为电池组，其中，多个二次电池单元例如锂离子电池或镍氢电池串联连接。此外，高压电池3被构造为能够通过直流输出几百伏的高压。高压电池3被构造为能够向以高压操作的高压负载(未示出)供应电力。此外，高压电池3被构造为能够经由高压电源电路4和第一DCDC转换器5向低压系统侧供电。从图1可知，在本实施例中仅示出了正极侧(高压电源电路4)，省略了负极侧。
<关于第一DCDC转换器5>
在图1中，第一DCDC转换器5是降压型的，并且被构造为将直流且几百伏的高压降压，直到可以对低压铅电池7充电，并输出。在第一DCDC转换器5中，基于预定的占空比由控制装置11控制输出。第一DCDC转换器5的输出流向低压电源电路6。
<关于低压铅电池7>
在图1中，低压铅电池7是所谓的铅蓄电池(二次电池)，并且连接到低压电源电路6。如图2至图4的曲线图所示，低压铅电池7具有作为向下倾斜的实线的特性(铅电池的容量特性)。低压铅电池7被来自第一DCDC转换器5的降压电力充电。在低压铅电池7中，电压被控制装置11监控。
<关于第一负载8>
在图1中，第一负载8是诸如由组合仪表之类的利用从低压铅电池7供给的低压电力运行的设备。此外，第一负载8包括具有控制装置11的电子控制单元。控制装置11将稍后描述。
<关于DCDC转换器装置2>
在图1中，DCDC转换器装置2是电源系统1的特征部分，其小型化有助于整个系统的小型化。DCDC转换器装置2包括第二DCDC转换器12和旁路电路13。DCDC转换器装置2设置在低压铅电池7与低压锂电池9之间。
<关于第二DCDC转换器12>
在图1中，第二DCDC转换器12连接至低压铅电池7与低压锂电池9之间的低压电源电路6。第二DCDC转换器12被构造为改变从低压铅电池7输入的电力的电压并且通过恒定电流充电来对低压锂电池9充电。第二DCDC转换器12被构造为使从低压铅电池7输入的电力的电压稍微升高，并且通过恒定电压充电来对低压锂电池9充电。如同第一DCDC转换器5，在第二DCDC转换器12中，控制装置11基于预定的占空比来控制输出。通过下面的描述可以理解第二DCDC转换器12，但是在打火开关接通之后电力并不总是流动。因此，与电力始终流动的情况相比，可以减少内部FET的数量。因此，可以减小第二DCDC转换器12的容量。由于第二DCDC转换器2包括旁路电路13，所以电力不总是流向第二DCDC转换器12。
<关于旁路电路13>
在图1中，旁路电路13连接到低压电源电路6，并且被构造为绕过第二DCDC转换器12。此外，旁路电路13被构造为使得来自低压电池7的电力可以流过低压锂电池9而无需经过第二DCDC转换器12。旁路电路13还用作其中流过暗电流的电路(一个示例，但是优选的形式)。开关单元14以这种方式布置在旁路电路13上。在本实施例中，FET被用作开关单元14。开关单元14的接通/断开由控制装置11控制。当在控制装置11的控制下接通开关单元14时，来自低压铅电池7的电力被绕过，结果，低压锂电池9被以低压铅电池7的充电电压充电。
<关于低压锂电池9>
在图1中，低压锂电池9是公知的锂离子电池，并且构造成用于低压。低压锂电池9设置为操作连接到下游的第二负载10。如图2至图4的曲线图所示，低压锂电池9的特征在于具有两个弯曲和向下倾斜的点的粗实线。低压锂电池9被来自第二DCDC转换器12的电力或绕过第二DCDC转换器12的电力充电。类似于低压铅电池7，低压锂电池9通过控制装置11监控。具体而言，低电压锂电池9的电压由控制装置11监控。
<关于第二负载10>
在图1中，第二负载10是利用从低压锂电池9供应的低压电力运行的设备。包括控制装置11的电子控制单元可以用作第二负载10。
<关于控制装置11和开关控制单元15>
在图1中，控制装置11具有例如电池管理的功能。控制装置11具备微型计算机(CPU)、存储装置等。控制装置11设置有控制开关单元14的接通/断开的开关控制单元15。开关控制单元15被构造为能够基于低压锂电池9的充电状态(SOC)来控制开关单元14的接通/断开。开关控制单元15被构造为能够基于由于第一DCDC转换器5导致的低压锂电池7的充电电压来控制开关单元14的接通/断开。该构造可以基于低压锂电池9的电压和预定电压范围W(见图2)，而不限于这种接通/断开控制。
<关于电源系统1和DCDC转换器装置2的动作>
图2至图4的曲线图示出了低压锂电池9的剩余容量特性。曲线图的纵轴表示低压锂电池9的电压[V]，并且从9.0至15.0以0.5为增量显示。曲线图的横轴表示剩余容量[％]，从0％至100％以20为增量显示。在此，剩余容量用作与充电状态相同的含义。图中的向下倾斜的实线表示低压铅电池7的容量特性。在水平方向上的两条波浪线中，下方的波浪线表示作为使用的下限的12.86V。上方的波浪线表示充电的上限的14.8V。水平方向上的实线表示13.3V。具有两个弯曲和向下倾斜的点的粗实线表示低压锂电池9的剩余容量特性。
在图2中，当低压锂电池9的剩余容量(充电状态)例如为20％以下时，将一个区域控制为恒定电流充电。在该区域中，开关单元14处于断开状态，并且经由第二DCDC转换器12进行恒定电流充电。图中的粗箭头指示电力的流动。取决于电压是否在图中的垂直方向上的箭头所示的预定电压范围W的范围内，开关单元14可以处于断开状态。由于控制装置11的监控(由于电力控制单元的监控)，通常不进入图2的区域。因此，可以推测在图2的区域中的使用频率很小，并且不需要快速充电。因此，可以减少设置在第二DCDC转换器12内部的FET的数量。因此，第二DCDC转换器12的容量也可以减小。
在图3中，当低压锂电池9的剩余容量(充电状态)在大于20％且小于等于70％的范围内时，将一个区域控制为恒定电压充电。在该区域中，开关单元14处于接通状态，并且在不通过第二DCDC转换器12的情况下进行恒定电压充电。通过在相对较宽的剩余容量(充电状态)范围内进行绕过，可以减少设置在第二DCDC转换器12内部的FET的数量。因此，第二DCDC转换器12的容量也可以减小。开关单元14可以取决于电压是否在预定电压范围W的范围内而处于接通状态。
在图4中，当低压锂电池9的剩余容量(充电状态)例如大于70％时，将一个区域控制为恒定电压充电。然而，在该区域中，开关单元14处于断开状态，并且通过使用第二DCDC转换器12来进行恒定电压充电。在图4的区域中，对于从低压铅电池7输入的电力略微升高电压，然后低压锂电池9被以恒定电压充电。取决于电压是否在预定电压范围W的范围内，开关单元14可以处于断开状态。在图4的区域中，使用了第二DCDC转换器12，但是由于已经充电了12V加几伏特，因此不需要迅速升高电压。因此，可以减少设置在第二DCDC转换器12内部的FET的数量。因此，可以减小第二DCDC转换器12的容量。
这里，现在将参照图5和图6的流程图描述充电方法。必要时还将参考图2至图4。
在图5中，当车辆的打火开关(IG)被接通时，在控制装置11中执行步骤S1。旁路电路13的开关单元14(FET)在步骤S1被断开。这是因为暗电流在旁路电路13中流动直到打火开关接通。接下来，执行步骤S2，并且确定该区域是否被控制为恒定电流充电。如果该区域被控制为恒定电流充电(步骤S2中的“是”)，则过程进入步骤S3以进行恒定电流充电。另一方面，如果该区域未被控制为恒定电流充电(步骤S2中为“否”)，则过程进入步骤S4以确定是否需要稍微升高电压。当需要稍微升高电压时(步骤S4中的“是”)，过程进入步骤S5，并且在稍微升高电压之后进行恒定电压充电。另一方面，当不需要稍微升高电压时(步骤S4为“否”)，则依次执行步骤S6和步骤S7。在步骤S6中，旁路电路13的开关单元14(FET)被接通。在步骤S7中，以低压铅电池7的充电电压进行充电(恒定电压充电)。
在图6中，当车辆的打火开关(IG)接通时，在控制装置11中执行步骤S11。旁路电路13的开关单元14(FET)在步骤S11中断开。接下来，执行步骤S12，并且确定低压锂电池9的电压是否在预定电压范围W的范围内。当电压在预定电压范围W内时(步骤S12为“是”)，步骤S13和步骤S14依次执行。在步骤S13中，旁路电路13的开关单元14(FET)被接通。在步骤S14中，以低压铅电池7的充电电压进行充电(恒定电压充电)。另一方面，当电压不在预定电压范围W的范围内时(步骤S12中为“否”)，过程进入步骤S15，并且确定该区域是否被控制为恒定电流充电。如果该区域被控制为恒定电流充电(步骤S15中的“是”)，则过程进入步骤S16以进行恒定电流充电。另一方面，如果该区域未被控制为恒定电流充电(步骤S15中为“否”)，则过程进入步骤S17，电压稍微升高，然后进行恒定电压充电。
<电源系统1、DCDC转换器装置2的效果以及充电方法>
如以上参考图1至图6所述，根据作为实施例的电源系统1和DCDC转换器装置2，由于提供了用于绕过第二DCDC转换器12的旁路电路13，因此仅当需要对低压锂电池9充电时，才可以使用第二DCDC转换器12。具体而言，当至少进行恒定电流充电时，可以使用第二DCDC转换器12。当在没有任何特定条件的情况下进行恒定电压充电时(除了当电压稍微升高时)，第二DCDC转换器12可以被绕过并充电。结果，可以减少第二DCDC转换器12中的FET的数量，并且可以减小第二DCDC转换器12的容量。因此，可以使电源系统1和DCDC转换器装置2小型化。作为充电方法，可以获得与上述相同的效果。
不言而喻，在不脱离本发明的精神的情况下，可以对本发明进行各种修改。
[参考数字和标记的描述]
1电源系统，2DCDC转换器装置，3高压电池，4高压电源电路，5第一DCDC转换器，6低压电源电路，7低压铅电池，8第一负载(负载)，9低压锂电池，10第二负载，11控制装置，12第二DCDC转换器，13旁路电路，14开关单元，15开关控制单元，W预定电压范围

Claims (8)

1.一种电源系统，包括：
高压电池；
第一DCDC转换器，连接到所述高压电池；
低压铅电池，被构造为通过所述第一DCDC转换器从所述高压电池被充电；
低压锂电池，连接到低压电源电路、所述低压铅电池和负载；
第二DCDC转换器，连接到所述低压电源电路并且设置在所述低压铅电池和所述低压锂电池之间；
旁路电路，连接到所述低压电源电路以绕过所述第二DCDC转换器；和
控制装置，被构造为监控所述低压锂电池并控制设置在所述旁路电路中的开关单元的接通/断开。
2.根据权利要求1所述的电源系统，
其中暗电流在所述旁路电路中流动。
3.根据权利要求1或2所述的电源系统，
其中，所述控制装置包括开关控制单元，所述开关控制单元被构造为基于所述低压锂电池的充电状态来控制所述开关单元的接通/断开。
4.根据权利要求3所述的电源系统，
其中，所述开关控制单元被构造为基于通过所述第一DCDC转换器对所述低压铅电池的充电电压来控制所述开关单元的接通/断开。
5.根据权利要求1或2所述的电源系统，
其中，所述控制装置包括开关控制单元，所述开关控制单元被构造为基于所述低压锂电池的电压和预定电压范围来控制所述开关单元的接通/断开。
6.一种DCDC转换器装置，包括：
第二DCDC转换器，其设置在经由第一DCDC转换器从高压电池充电的低压铅电池与连接到低压电源电路、所述低压铅电池和负载的低压锂电池之间；和
旁路电路，其连接到所述低压电源电路并绕过所述第二DCDC转换器，
其中，所述旁路电路设置有开关单元，所述开关单元由作为外部构造的控制装置控制以接通/断开。
7.根据权利要求6所述的DCDC转换器装置，
其中暗电流在旁路电路中流动。
8.一种充电方法，包括：
使用根据权利要求6或7所述的DCDC转换器装置；和
接通所述DCDC转换器装置的开关单元，并对低压锂电池进行恒定电压充电。
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