DE102011002264A1

DE102011002264A1 - Leistungsversorgungseinheit mit einer Vielzahl von Akkumulatoren

Info

Publication number: DE102011002264A1
Application number: DE201110002264
Authority: DE
Inventors: Atsushi Imai; Hiroshi Tamura; Shigenori Saito
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2011-04-26
Publication date: 2012-01-26
Also published as: JP2011234479A; CN102237706A; US9431850B2; JP5234052B2; CN102237706B; US20110260544A1

Abstract

Die Leistungszuführeinheit enthält eine Bleisekundärbatterie (20) (erste Batterie), die durch die Leistung, die durch einen Generator (10) (Leistungsgenerator) erzeugt wird, geladen werden kann; eine Lithiumsekundärbatterie (30) (zweite Batterie), die parallel zur Bleisekundärbatterie (20) elektrisch verbunden ist, und durch die Leistung, die durch den Generator (10) (Leistungsgenerator) erzeugt wird, geladen werden kann, und eine höhere Ausgabedichte oder höhere Energiedichte als die Bleisekundärbatterie (20) hat; und eine Schalteinrichtung, die zwischen dem Generator (10) bzw. der Bleisekundärbatterie (20) und der Lithiumsekundärbatterie (30) elektrisch verbunden ist, und zwischen Leiten und Sperren schaltet. Die Schalteinrichtung ist durch eine Mehrzahl von MOS-FET (50, 60) (Halbleiterschalter) konfiguriert, die derart in Serie verbunden sind, dass entsprechende parasitäre Dioden (51 und 61), die in den Halbleiterschaltern vorliegen, in entgegengesetzte Richtungen stehen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungszuführeinheit mit zwei Akkumulatoren bzw. Sekundärbatterien: einer Bleisekundärbatterie und einer zweiten Sekundärbatterie (wie z. B. eine Lithiumsekundärbatterie) mit einer höheren Leistungsdichte und Energiedichte als die Bleisekundärbatterie.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Ein Bleiakkumulator bzw. eine Bleisekundärbatterie, die Leistung zu verschiedenen elektrischen Lasten zuführt, wie z. B. einem Startermotor, ist für gewöhnlich in Fahrzeugen montiert, die eine Verbrennungsmaschine als Antriebsquelle verwenden. Wenn auch die Bleisekundärbatterie günstiger als Sekundärbatterien mit einer hohen Energiedichte und einer hohen Abgabeleistung (Hochleistungssekundärbatterien) sind, wie z. B. Nickelsekundärbatterien und Lithiumsekundärbatterien bzw. -akkumulatoren, ist deren Langlebigkeit bezüglich einer ständigen Aufladung und Entladung (gesamter Lade- und Entladebetrag) niedrig. Die Bleisekundärbatterie wird in Fahrzeugen mit einer Leerlaufstoppfunktion ständig entladen, wodurch eine frühe Abnutzung der Bleisekundärbatterie auftritt. Zudem wird die Bleisekundärbatterie in Fahrzeugen mit einem Generator, der die Bleisekundärbatterie durch Erzeugen von Leistung aus regenerativer Energie des Fahrzeugs lädt, ständig geladen, wodurch eine frühe Abnutzung der Bleisekundärbatterie auftritt. Das einfache Austauschen der Bleisekundärbatterie durch die obenstehend beschriebene Hochleistungsbatterie, um diesen Problemen Rechnung zu tragen, führt zu einem erheblichen Kostenanstieg.
Daher wird in der JP-A-2007-46508 , der JP-A-2007-131134 , der JP-A-2008-29058 , der JP-A-2008-155814 und der JP-A-2009-126395 vorgeschlagen, die Hochleistungssekundärbatterie (zweite Sekundärbatterie) mit einer hohen Langlebigkeit bezüglich einer ständigen Ladung und Entladung und die günstigere Bleisekundärbatterie parallel zu schalten bzw. zu verbinden. Das heißt, die Hochleistungssekundärbatterie führt bevorzugt Leistung zu elektrischen Lasten zu und wird während des Leerlaufstopps geladen (insbesondere regenerative Ladung), wodurch die Abnutzung der Bleisekundärbatterie vermindert wird. Demhingegen führt die günstigere Bleisekundärbatterie Leistung, die über lange Zeit (Dunkelstromzufuhr) benötigt wird, zu, z. B. wenn das Fahrzeug geparkt ist, wodurch die Kapazität der Hochleistungssekundärbatterie reduziert wird und die Kosten gesenkt werden.
Eine frühe Abnutzung tritt dann auf, wenn sich die Sekundärbatterie in einem überladenen Zustand befindet oder zu stark entladen wird. Daher ist die Steuerung der Ladung und Entladung beider Sekundärbatterien derart erforderlich, dass ein Ladezustand (SOC: Prozentsatz des tatsächlichen Betrags der Ladung in Beziehung zum Betrag der Ladung einer vollen Ladung), der den Ladezustand ausdrückt, sich in einem Bereich (geeigneten Bereich) befindet, wo die Sekundärbatterie nicht überladen oder zu stark entladen ist. Genauer gesagt, wenn der Ladezustand der Bleisekundärbatterie unter den geeigneten bzw. zulässigen Bereich fällt, wird das Laden der Bleisekundärbatterie durch Einstellen der Spannung Vreg der erzeugten Leistung, die durch einen Regler geregelt wird und auf eine Hochspannung eingestellt ist, veranlasst. Demhingegen, wenn der SOC der Bleisekundärbatterie über den geeigneten bzw. zulässigen Bereich ansteigt, wird ein Entladen von der Bleisekundärbatterie durch Einstellen der Spannung Vreg, die auf eine Niederspannung eingestellt ist, veranlasst.
Obwohl jedoch der Wert der Öffnungsspannung der Sekundärbatterie abhängig vom Ladezustand variiert, stimmen die Öffnungsspannung (wie z. B. 12,7 V bis 12,8 V) im zulässigen Bereich der Bleisekundärbatterie und die Öffnungsspannung im zulässigen Bereich der Hochleistungssekundärbatterie für gewöhnlich nicht überein. Daher, wenn z. B. die Einstellungsspannung Vreg auf eine Hochspannung eingestellt wird, um das Laden der Bleisekundärbatterie zu veranlassen, fließt die erzeugte Leistung in die Hochleistungssekundärbatterie, selbst wenn der Ladezustand der Hochleistungszelle ausreichend hoch ist, wodurch die Hochleistungssekundärbatterie überladen werden könnte. Ferner wird Leistung von der Hochleistungssekundärbatterie zu elektrischen Lasten zugeführt, wie z. B. dem Startermotor, der so angeordnet ist, dass er unter Verwendung der Bleisekundärbatterie als Leistungszuführquelle arbeitet, wodurch die Hochleistungssekundärbatterie zu stark entladen werden könnte.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um den obenstehend beschriebenen Problemen Rechnung zu tragen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Leistungszuführeinheit vorzusehen, die die Abnutzung einer Bleisekundärbatterie vermindert und die Kosten durch Aufnahme einer Hochleistungssekundärbatterie (zweite Sekundärbatterie) zusätzlich zu der Bleisekundärbatterie reduziert, wobei ein Überladen und zu starkes Entladen der zweiten Sekundärbatterie verhindert werden.
Die vorliegende Erfindung wurde auf Grundlage der nachfolgenden Prüfung erstellt. Nachstehend werden zuerst Details der Überprüfung beschrieben, bevor die Konfiguration der vorliegenden Erfindung beschrieben wird.
Bezüglich der vorstehend beschriebenen Probleme, d. h. dem Überladen und dem zu starken Entladen der zweiten Sekundärbatterie, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung diskutiert, einen Öffnungs- und Schließschalter 50 zwischen einem Generator 10 (Leistungsgenerator) und eine Bleisekundärbatterie 20, und eine Lithiumsekundärbatterie 30 (zweite Sekundärbatterie), wie in 18A und 18B dargestellt, vorzusehen. Gemäß dieser Konfiguration können die vorstehend beschriebenen Probleme gelöst werden, und zwar als Ergebnis davon, dass der Öffnungs- und Schließschalter 50 den Strom sperrt, wenn verhindert wird, dass die Lithiumsekundärbatterie 30 aufgeladen wird, während die Bleisekundärbatterie 20 aufgeladen wird, oder wenn verhindert wird, dass die Lithiumsekundärbatterie 30 zur Bleisekundärbatterie 20 entladen wird.
Da jedoch der Öffnungs- und Schließschalter 50 ständig EIN- und AUS-geschaltet wird, ist es erforderlich, dass der Öffnungs- und Schließschalter 50 hinsichtlich des EIN/AUS-Schaltens eine hohe Langlebigkeit aufweist. Daher haben sich die Erfinder entschieden, einen Halbleiterschalter zu verwenden, wie z. B. einen Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOS-FET), anstelle eines mechanischen Relais wie dem Öffnungs- und Schließschalter 50.
Da jedoch ein typsicher MOS-FET 50 aufgrund seiner strukturellen Gegebenheiten eine parasitäre Diode aufweist, war es den Erfindern hinsichtlich der Prüfung klar, dass die nachfolgenden Probleme bzw. Fragestellungen auftreten.
Das heißt, wenn der MOS-FET 50 wie in 18A dargestellt vorgesehen ist, fließt Strom vom Generator 10 zur Lithiumsekundärbatterie 30 über eine parasitäre Diode 51, selbst wenn der MOS-FET 50 ausgeschaltet ist, wenn eine Potentialdifferenz, die eine Barrierespannung der parasitären Diode 51 oder größer ist, im MOS-FET 50 auftritt (siehe gestrichelte Linie in 18A). Daher kann eine Überlagerung der Lithiumsekundärbatterie 30 nicht mit Sicherheit vermieden werden.
Zudem, wenn der MOS-FET 50 wie in 18B dargestellt vorgesehen ist, fließt Strom von der Lithiumsekundärbatterie 30 über die parasitäre Diode 51 zu einem Startermotor 41, selbst wenn der MOS-FET 50 ausgeschaltet ist, wenn eine Potentialdifferenz, die die Barrierespannung der parasitären Diode 51 oder größer ist, im MOS-FET 50 auftritt (siehe gestrichelte Linie in 18B). Daher kann eine zu starke Entladung der Lithiumsekundärbatterie 30 nicht mit Sicherheit vermieden werden.
Die vorliegende Erfindung verhindert eine Überladung und zu starkes Entladen der zweiten Sekundärbatterie, währen die vorstehend beschriebenen Probleme gelöst werden. Betriebe und Effekte der vorliegenden Erfindung werden hiernach beschrieben.
Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung enthält eine Leistungszuführeinheit: einen Leistungsgenerator (10), der Leistung erzeugt; eine erste Batterie (20), die durch die Leistung geladen werden kann, die durch den Leistungsgenerator erzeugt wird; eine Sekundärbatterie bzw. einen Akkumulator (30), der parallel zur ersten Batterie elektrisch verbunden ist, und durch die Leistung, die durch den Leistungsgenerator erzeugt wird, geladen werden kann, und eine Nähere Ausgabedichte oder höhere Energiedichte als die erste Batterie aufweist; und eine Schalteinrichtung (50, 60), die zwischen dem Leistungsgenerator und der ersten Batterie, und der zweiten Batterie, elektrisch verbunden ist, und zwischen Leiten und Sperren zwischen dem Leistungsgenerator und der ersten Batterie, und der zweiten Batterie, schaltet. Die Schalteinrichtung ist durch eine Mehrzahl von Halbleiterschaltern konfiguriert, die derart in Serie verbunden sind, dass sich entsprechende parasitäre Dioden, die in den Halbleiterschaltern vorhanden sind, in entgegengesetzten Stromflussrichtungen gegenüberliegen.
Kurz gesagt ist die vorstehend beschriebene Erfindung durch eine Mehrzahl von Halbleiterschaltern (Schalteinrichtung) konfiguriert, die zwischen einem Leistungsgenerator, einer Bleisekundärbatterie (d. h. einer ersten Batterie) und einer zweiten Sekundärbatterie (d. h. einer zweiten Batterie) in Serie verbunden sind, so dass die entsprechenden parasitären Dioden, die in den Halbleiterschaltern vorhanden sind, in entgegengesetzte Richtungen zeigen. Daher, wenn alle Halbleiterschalter ausgeschaltet sind, selbst wenn Strom durch die parasitäre Diode eines bestimmten Halbleiterschalters fließt, ist die Leitung durch den anderen Halbleiterschalter mit einer parasitären Diode, die in die entgegengesetzte Richtung zeigt, gesperrt.
Daher, falls die zweite Sekundärbatterie überladen werden könnte, falls alle Halbleiterschalter ausgeschaltet sind, kann der Stromfluss vom Leistungsgenerator zur zweiten Sekundärbatterie mit Sicherheit verhindert werden. Somit kann das Überladen der Sekundärbatterie mit Sicherheit vermieden werden. Zudem, bevor die zweite Batterie zu stark entladen werden könnte, falls alle Halbleiterschalter ausgeschaltet sind, kann die Leistungszufuhr von der zweiten Sekundärbatterie zu einer elektrischen Last, wie z. B. einem Startermotor, der so angeordnet ist, dass er mit Leistung von der Bleisekundärbatterie versorgt wird, mit Sicherheit verhindert werden. Somit kann eine zu starke Entladung der zweiten Sekundärbatterie mit Sicherheit verhindert werden.
Sinn und Zweck des Vorsehens von sowohl der Bleisekundärbatterie als auch der zweiten Sekundärbatterie ist der, dass die Kapazität der zweiten Sekundärbatterie reduziert wird und Kosten vermindert werden, wie vorstehend beschrieben. Daher, wenn die Leistung von beiden Sekundärbatterien zu den elektrischen Lasten zugeführt werden, wenn die Verbrennungsmaschine gestoppt wird, da die Kapazität der zweiten Sekundärbatterie kleiner als die der Bleisekundärbatterie ist, kann eine ausreichende Leistung nicht über eine Lange Zeitdauer zu einer elektrischen Last (zweite elektrische Last), die so angeordnet ist, um von der zweiten Sekundärbatterie mit Leistung versorgt zu werden, zugeführt werden. In diesem Fall kann Leistung von der Bleisekundärbatterie zu der zweiten elektrischen Last zugeführt werden, falls die Schalteinrichtung eingeschaltet ist. Wenn hingegen die Leistungszufuhr zu der Steuereinrichtung, die die Ausgabe eines Erregungssignals zur Schalteinrichtung steuert, als Ergebnis von z. B. einem ausgeschalteten Zündschalter (IG AUS) gestoppt wird, kann die Schalteinrichtung nicht eingeschaltet werden, wodurch Leistung, die nicht zur zweiten elektrischen Last zugeführt werden kann, zum Problem wird.
Diesbezüglich enthält die Leistungszuführeinheit gemäß eines zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung eine Steuereinrichtung (80) zum EIN/AUS-Steuern der Schalteinrichtung durch Steuern einer Ausgabe eines Erregersignals, das an der Schalteinrichtung angelegt wird. Darüber hinaus ist eine elektrische Last (43), die durch die zweite Batterie mit Leistung versorgt sein kann, an der Seite der zweiten Batterie gegenüber der Schalteinrichtung vorgesehen, um parallel zur zweiten Batterie elektrisch verbunden zu sein. Die Schalteinrichtung enthält eine Erregungsaufrecherhaltungseinrichtung (90) zum Aufrechterhalten eines Erregungszustands, in welchem der Strom von der ersten Batterie zur Seite der zweiten Batterie fließt, wenn eine Leistungszufuhr zur Steuereinrichtung gestoppt ist.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration hält die Erregungsaufrecherhaltungseinrichtung einen Erregungszustand aufrecht, in welchem Strom von der Bleisekundärbatterie zu der Seite der zweiten Sekundärbatterie fließt, selbst wenn die Verbrennungsmaschine gestoppt wird und die Leistungszufuhr zu der Steuereinrichtung gestoppt wird. Daher kann die Bleisekundärbatterie mit einer größeren Kapazität als die zweite Sekundärbatterie Leistung zu der zweiten elektrischen Last zuführen.
Gemäß eines dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung enthält die Erregungsaufrechterhaltungseinrichtung einen Widerstand (90), der parallel zur Schalteinrichtung elektrisch verbunden ist, und konfiguriert ist, Leistung zur Seite der zweiten Batterie von der ersten Batterie über den Widerstand zuzuführen, wenn das Ausgeben des Erregersignals gestoppt wird, sobald die Leistungszufuhr zur Steuereinrichtung gestoppt wird.
Die Leistung, die von der zweiten Sekundärbatterie zur zweiten elektrischen Last durch die Aufrechterhaltungsfunktion der Erregungsaufrechterhaltungseinrichtung zugeführt wird, wird als extrem kleiner Betrag angenommen. Daher kann der Leistungsbetrag, der zur zweiten elektrischen Last zugeführt wird, entsprechend durch die Erregungsaufrechterhaltungseinrichtung gesichert werden, selbst wenn der Widerstandswert des Widerstandselements ziemlich hoch eingestellt wird. Somit kann ein Erregungszustand, in welchem Strom von der Bleisekundärbatterie zu der Seite der zweiten Sekundärbatterie über das Widerstandselement geleitet wird, aufrechterhalten werden, selbst wenn die Verbrennungsmaschine und die Leistungszufuhr zur Steuereinrichtung gestoppt werden.
Wenn hingegen die Verbrennungsmaschine betrieben wird, ist der Leistungsbetrag, der von der Seite der Bleisekundärbatterie zu der Seite der zweiten Sekundärbatterie über das Widerstandselement fließt, klein genug, um ignoriert zu werden, selbst während des Sperrbetriebs der Schalteinrichtung, was ein Ergebnis davon ist, dass der Widerstandswert des Widerstandselements ausreichend hoch eingestellt ist.
Daher kann die Erregungsaufrechterhaltungseinrichtung der Erfindung gemäß des dritten Aspekts zu niedrigen Kosten mit einer geringen Anzahl an Teilen erneuert werden, da die Erregungsaufrechterhaltungseinrichtung einfach durch das vorgesehene Widerstandselement konfiguriert sein kann.
Gemäß eines vierten Aspekts der vorliegenden Erfindung enthält die Erregungsaufrechterhaltungseinrichtung den Widerstand und ein Gleichrichterelement (91), das in Serie mit dem Widerstand verbunden ist, und derart angeordnet ist, dass eine Vorwärtsrichtung des Gleichrichterelements so eingestellt ist, dass der Strom von der ersten Batterie zur Seite der zweiten Batterie fließen kann.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration kann die Leistungszufuhr von der zweiten Batterie zur elektrischen Last, die so angeordnet ist, dass sie mit Leistung von der Bleisekundärbatterie versorgt wird, verhindert werden, wenn die Erregungsaufrechterhaltungseinrichtung den Erregungszustand zusammen mit der gestoppten Verbrennungsmaschine und der gestoppten Leistungszufuhr zur Steuereinrichtung aufrechterhält. Daher kann eine Verhinderung eines zu starken Entladens der zweiten Sekundärbatterie veranlasst werden.
Gemäß eines fünften Aspekts der vorliegenden Erfindung ist der Halbleiterschalter, in welchem die Vorwärtsrichtung der parasitären Diode eingestellt ist, so mit dem Widerstand in Serie verbunden, dass der Strom von der ersten Batterie zur Seite der zweiten Batterie fließen kann, und die parasitäre Diode des Halbleiterschalters dient als das Gleichrichterelement.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration kann die Anzahl der Teile reduziert werden, im Vergleich dazu, wenn ein Gleichrichterelement, das für die Erregungsaufrechterhaltungseinrichtung vorgesehen ist, separat von der parasitären Diode des Halbleiterschalters vorgesehen ist (siehe 12). Alternativ kann als ein Ergebnis daraus, dass das Gleichrichterelement für die Erregungsaufrechterhaltungseinrichtung und die parasitäre Diode des Halbleiterschalters, welche in Serie verbunden sind, vorgesehen ist (siehe 11), eine Konfiguration erreicht werden, in welcher ein zu starkes Entladen der zweiten Sekundärbatterie verhindert werden kann, selbst wenn das Gleichrichterelement oder die parasitäre Diode beschädigt wird.
Gemäß eines sechsten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist die Erregungsaufrechterhaltungseinrichtung ein Verriegelungsschalter (92) mit einer Selbstverriegelungsfunktion. Der Verriegelungsschalter schaltet sich ein, um den Erregungszustand durch die Selbstverriegelung aufrechtzuerhalten, wenn die Ausgabe des Erregersignals gestoppt wird, sobald die Leistungszufuhr zur Steuereinrichtung gestoppt wird.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann als Ergebnis davon, dass der Verriegelungsschalter eingeschaltet ist, der Erregungszustand, in welchem Strom von der Bleisekundärbatterie zu der Seite der zweiten Sekundärbatterie geleitet wird, aufrechterhalten werden, selbst wenn die Verbrennungsmaschine und die Leistungszufuhr zur Steuereinrichtung gestoppt werden.
Wenn hingegen die Verbrennungsmaschine betrieben wird, kann als Ergebnis des Ausschaltens des Verriegelungsschalters ein Erregungszustand, der als Ergebnis der Erregungsaufrechterhaltungseinrichtung (Verriegelungsschalter) während eines Sperrbetriebs der Schalteinrichtung vorliegt, vollständig verhindert werden. Diesbezüglich ist die Erfindung vorteilhafter als die vorher beschriebene Erfindung, in welcher die Erregungsaufrechterhaltungseinrichtung durch das Widerstandselement konfiguriert ist.
Gemäß eines siebten Aspekts der vorliegenden Erfindung enthält die Erregungsaufrechterhaltungseinrichtung eine Ausgabehalteschaltung (93), die die Ausgabe des Erregersignals hält, wenn die Leistungszufuhr zur Steuereinrichtung gestoppt wird.
Gemäß dieser Konfiguration kann als Ergebnis des im Ausgabezustand gehaltenen Erregungssignals der Erregungszustand, in welchem Strom von der Bleisekundärbatterie zu der Seite der zweiten Sekundärbatterie geleitet wird, aufrechterhalten werden, selbst wenn die Verbrennungsmaschine und die Leistungszufuhr zur Steuereinrichtung gestoppt werden.
Gemäß eines achten Aspekts der vorliegenden Erfindung enthält die Leistungszuführeinheit ferner eine zweite Schalteinrichtung (70), die mit einem Strompfad zwischen der Schalteinrichtung und der zweiten Batterie elektrisch verbunden ist. Die zweite Schalteinrichtung wird durch die Steuereinrichtung derart geschaltet, dass der Strompfad zwischen Leistungs- und Sperrzuständen geschaltet wird, und dient als normalerweise geöffneter Schalter, um geöffnet zu sein, wenn ein zweites Erregersignal nicht durch die Steuereinrichtung eingegeben wird, um den Strompfad zu sperren.
Gemäß der vorliegend beschriebenen Konfiguration ist die zweite Schalteinrichtung, die ein normalerweise geöffneter Schalter ist, geöffnet, wenn die Leistungszufuhr zur Steuereinrichtung z. B. als Ergebnis des durchgeführten IG-AUS-Betriebs gestoppt wird. Daher kann das Entladen von der zweiten Sekundärbatterie zu einer elektrischen Last (zweite elektrische Last), die so angeordnet ist, dass sie unter Verwendung der zweiten Sekundärbatterie als die Leistungszuführquelle betrieben wird, bzw. arbeitet, während des IG-AUS-Betriebs verhindert werden. Somit kann eine zu starke Entladung, die durch ein Entladen der zweiten Sekundärbatterie über eine zu lange Zeitdauer verursacht wird, verhindert werden.
Insbesondere wenn die vorstehend beschriebene Erfindung gemäß einem der ersten bis siebten Aspekte angewandt wird, führt die Bleisekundärbatterie während IG-AUS Leistung zu der zweiten elektrischen Last als ein Ergebnis des Betriebs der Erregungsaufrechterhaltungseinrichtung zu. Daher ist das Anwenden der vorstehend beschriebenen Erfindung gemäß einem der zweiten bis siebten Aspekte zu bevorzugen, da eine Leistungszufuhr zur zweiten elektrischen Last selbst dann aufrechterhalten werden kann, wenn ein Entladen der zweiten Sekundärbatterie durch die zweite Schalteinrichtung verhindert wird.
Gemäß eines neunten Aspekts der vorliegenden Erfindung schaltet die Schalteinrichtung zur Leitung bzw. zum Leiten, um die zweite Batterie zu laden, wenn der Betrag der gespeicherten Leistung der zweiten Batterie niedriger als ein unterer Schwellwert ist.
In einem Fahrzeug mit einer Leerlaufstoppfunktion, selbst wenn Bedingungen zum Durchführen eines Leerlaufstopps vorliegen (z. B. wenn das Bremspedal niedergedrückt wird und die Fahrzeuggeschwindigkeit auf Null abfällt), wenn der Betrag der gespeicherten Leistung der zweiten Sekundärbatterie wie vorstehend beschrieben niedriger als ein unterer Schwellwert ist, wird der Leerlaufstopp bevorzugt verboten, um eine zu starke Entladung zu verhindern.
Gemäß eines zehnten Aspekts der vorliegenden Erfindung schaltet die Schalteinrichtung zum Sperren, um das Laden der zweiten Batterie zu stoppen, wenn der Betrag der gespeicherten Leistung der zweiten Batterie höher als ein unterer Schwellwert ist.
Während der Erzeugung der regenerativen Leistung wird die zweite Sekundärbatterie bevorzugt mit regenerativ erzeugter Leistung geladen, und sammelt die regenerativ erzeugte Leistung auf bzw. speichert diese. Wenn hingegen der Betrag der gespeicherten Leistung der zweiten Sekundärbatterie wie vorstehend beschrieben größer als der obere Schwellwert ist, wird der Erregungsbetrieb der Schalteinrichtung bevorzugt verboten, selbst während der Erzeugung der regenerativen Leistung, um ein Überladen zu verhindern.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
In den Figuren zeigt:
1 ein elektrisches Blockdiagramm einer Leistungszuführeinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ein Diagramm eines Betriebs währen der regenerativen Ladung, die in der Leistungszuführeinheit in 1 durchgeführt wird;
3 ein Diagramm eines Betriebs während des automatischen Neustarts, der in der Leistungszuführeinheit in 1 durchgerührt wird;
4 ein Diagramm eines Betriebs während des Leerlaufstopps (Vd(Pb) > Vd(Li)), der in der Leistungszuführeinheit in 1 durchgeführt wird;
5 ein Diagramm eines Betriebs während des Leerlaufstopps (Vd(Pb) ≤ Vd(Li)), der in der Leistungszuführeinheit in 1 durchgeführt wird;
6 ein Diagramm zum Einstellen von Betrieben für ein Antriebserlaubnisflag und ein Antriebsanfrageflag;
7 ein Flussdiagramm eines Verfahrensablaufs zur SOC(Li)-Optimierungssteuerung;
8 ein Diagramm von Steuerdetails für MOS-FET 50 und 60, und ein Li-Sekundärbatterierelais 70, abhängig vom Zustand eines Zündschalters und dem Zustand eines Hilfsschalters;
9 ein Flussdiagramm eines Prozessablaufs in einem Prozess, der durch eine ECU 80 durchgeführt wird, um die Steuerung wie in 8 dargestellt, durchzuführen;
10 ein elektrisches Blockdiagramm einer Leistungszuführeinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 ein elektrisches Blockdiagramm eines ersten Variationsbeispiels gemäß der zweiten Ausführungsform;
12 ein elektrisches Blockdiagramm eines zweiten Variationsbeispiels gemäß der zweiten Ausführungsform;
13 ein elektrisches Blockdiagramm eines zweiten Variationsbeispiels gemäß der zweiten Ausführungsform;
14 ein elektrisches Blockdiagramm einer Leistungszuführeinheit gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
15 ein elektrisches Blockdiagramm eines Variationsbeispiels gemäß der dritten Ausführungsform;
16 ein elektrisches Blockdiagramm einer Leistungszuführeinheit gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
17 ein elektrisches Blockdiagramm einer Leistungszuführeinheit gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
18A und 18B elektrische Blockdiagramme von Leistungszuführeinheiten, die durch die Erfinder während der Schaffung der vorliegenden Erfindung geprüft worden sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden Ausführungsformen, die die vorliegende Erfindung spezifizieren, bezüglich der Figuren beschrieben. Bei den Ausführungsformen sind gleiche und ähnliche Abschnitte bei den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, und Beschreibungen der Abschnitte mit gleichen Bezugszeichen eingebracht.
(Erste Ausführungsform)
Ein Fahrzeug, in welchem eine Leistungszuführeinheit gemäß einer ersten Ausführungsform montiert ist, verwendet eine Verbrennungsmaschine als Antriebsquelle. Das Fahrzeug weist eine Leerlaufstoppfunktion auf, die die Verbrennungsmaschine automatisch stoppt, wenn die vorbestimmten Bedingungen zum automatischen Stopp erfüllt sind, und startet die Verbrennungsmaschine automatisch neu, wenn die vorbestimmten Bedingungen zum automatischen Neustart erfüllt sind. Obwohl ein Startermotor enthalten ist, der eine Kurbelwelle antreibt, wenn die Verbrennungsmaschine gestartet wird, ist ein laufender Motor, der das Fahrzeug am Laufen hält, nicht enthalten.
Wie in 1 dargestellt, enthält das Fahrzeug einen Generator 10 (Leistungsgenerator), einen Regler 11 (Leistungserzeugungssteuereinrichtung), eine Bleisekundärbatterie 20 (erste Batterie), eine Lithiumionenbatterie 30 (zweite Batterie), verschiedene elektrische Lasten 41, 42 und 43, zwei MOS-FET 50 und 60 (Schalteinrichtung und Halbleiterschalter), und ein Li-Sekundärbatterierelais 70 (zweite Schalteinrichtung), nachstehend beschrieben. Die Bleisekundärbatterie 30, die Lithiumionenbatterie 30 und die elektrischen Lasten 41 bis 43 sind parallel zum Generator 10 elektrisch verbunden.
Die MOS-FET 50 und 60 sind zwischen dem Generator 10, der Bleisekundärbatterie 20. und der Lithiumionenbatterie 30 angeordnet, und funktionieren als Schalteinrichtung zum Schalten zwischen Erregen (EIN) und Sperren (AUS) der Lithiumionenbatterie 30, in Verbindung mit dem Generator 10 und der Bleisekundärbatterie 20.
Zudem können die MOS-FET 50 und 60 was deren innere Struktur betrifft, in gewissen Fällen als Gleichrichtereinrichtung dienen. Das beißt, die inneren Kreise bzw. die innereN SchaltungEN der MOS-FET 50 und 60 können gleich den Kreisen bzw. den Schaltungen betrachtet werden, in welchen Halbleiterschaltabschnitte 52 und 62 (Schalteinrichtung) entsprechend parallel zu parasitären Dioden 51 und 61 (Gleichrichtereinrichtung) verbunden sind. Eingangssignale zu den Anschlüssen der Halbleiterschaltabschnitte 51 und 62 werden durch eine elektronische Steuereinheit (ECU 80) gesteuert. Das heißt, ein EIN-Betrieb (Erregungsbetrieb) und ein AUS-Betrieb (Sperrbetrieb) der MOS-FET 50 und 60 werden derart gesteuert, dass sie durch die ECU 80 (Steuereinrichtung) geschaltet werden.
Die zwei MOS-FET 50 und 60 sind derart in Serie verbunden, dass die parasitären Dioden 51 und 61 in Richtungen entfernt voneinander gegenüberliegen. Daher, wenn die zwei MOS-FET 50 und 60 ausgeschaltet werden, kann der Stromfluss durch die parasitären Dioden 51 und 61 vollständig gesperrt werden. Somit, falls die zwei MOS-FET 50 und 60 ausgeschaltet werden, kann ein Entladen von der Lithiumionenbatterie 30 zur Seite der Bleisekundärbatterie 20, und ein Laden von der Seite der Bleisekundärbatterie 20 zur Lithiumionenbatterie 30 verhindert werden.
Das Li-Sekundärbatterierelais 70 ist ein elektromagnetisches Relais mit einem mechanischen Kontakt, und welches keine Gleichrichtereinrichtung aufweist. Ein EIN-Betrieb (Erregungsbetrieb) und ein AUS-Betrieb (Sperrbetrieb) des Li-Sekundärbatterierelais 70 werden derart gesteuert, dass sie durch die ECU 80 geschaltet werden. Das Li-Sekundärbatterierelais 70 wird im Notfall verwendet und ist während eines gewöhnlichen Betriebs ständig eingeschaltet. Während eines Notfalls, für welchen nachfolgend Beispiele genannt werden, ist die Li-Sekundärbatterie 70 ausgeschaltet, und ein Überladen oder zu starkes Entladen der Lithiumionenbatterie 30 kann verhindert werden.
Wenn z. B. der Regler 11 eine Fehlfunktion hat und eine Einstellungsspannung Vreg außergewöhnlich hoch wird, wird eine Lithiumionenbatterie 30, die in einen überladenen Zustand eintritt, zu einem Problem. In diesem Fall wird das Li-Sekundärbatterierelais 70 ausgeschaltet. Zudem, wenn die Lithiumionenbatterie 30 aufgrund einer Fehlfunktion im Generator 10 oder den MOS-FET 50 und 60 nicht geladen werden kann, könnte die Lithiumionenbatterie 30 zu stark entladen werden. Auch in diesem Fall wird das Li-Sekundärbatterierelais 70 ausgeschaltet.
Die Last, die durch Bezugszeichen 43 der elektrischen Lasten 41 bis 43 dargestellt ist, ist eine elektrische Last 43, die eine konstante Spannung erfordert, welche die Spannung der zugeführten Leistung benötigt, um stabil zu sein, d. h. im Grunde stabil oder sich zumindest nur in einem vorbestimmten Bereich verändernd. Die elektrische Last 43, die eine konstante Spannung erfordert, ist auf der Seite der Lithiumionenbatterie 30 der MOS-FET 50 und 60 elektrisch verbunden. Als Ergebnis wird die Leistungszufuhr zur elektrischen Last 43, die die konstante Spannung benötigt, an der Lithiumionenbatterie 30 angelegt.
Spezifische Beispiele der elektrischen Last 43, die die konstante Spannung benötigt, sind z. B. Navigationsvorrichtungen oder Audiovorrichtungen. Wenn z. B. die Spannung der zugeführten Leistung nicht konstant ist und deutlich variiert, oder derart deutlich variiert, dass sie den vorbestimmten Bereich überschreitet, tritt ein Problem auf, bei dem der Betrieb des Navigationsgeräts oder dergleichen zurückgestellt bzw. reseted wird, wenn die Spannung vorübergehend unter eine minimale Betriebsspannung fällt. Daher muss die Spannung der Leistung, die zur elektrischen Last 43, die die konstante Spannung benötigt, zugeführt wird, stabil auf einem konstanten Wert gehalten werden, der nicht unter die minimale Betriebsspannung fällt.
Die Last der elektrischen Lasten 41 bis 43, die mit Bezugszeichen 41 gekennzeichnet ist, ist ein Startermotor, der die Verbrennungsmaschine startet. Die Last, die durch Bezugszeichen 42 gekennzeichnet ist, ist eine generelle elektrische Last, die nicht die elektrische Last 43, die die konstante Spannung benötigt, oder der Startermotor 41 ist. Spezifische Beispiele der generellen elektrischen Last 42 sind z. B. Scheinwerfer, Scheibenwischer für die vordere Windschutzscheibe und dergleichen, ein Gebläse für die Klimaanlage, und eine Entfrostungsheizung für die hintere Windschutzscheibe und dergleichen.
Der Startermotor 41 und die generelle bzw. gemeinsame elektrische Last 42 sind auf der Seite der Bleisekundärbatterie 20 der MOS-FET 50 und 60 elektrisch verbunden. Als Ergebnis wird die Leistungszufuhr zum Startermotor 41 und der generellen elektrischen Last 42 an der Bleisekundärbatterie 20 angelegt.
Der Generator 10 erzeugt eine Leistung aus der Umdrehungsenergie der Kurbelwelle. Genauer gesagt, wenn der Rotor des Generators 10 durch die Kurbelwelle gedreht wird, wird ein Wechselstrom in einer Statorspule basierend auf dem Erregerstrom, der zu einer Rotorspule 10a fließt, induziert, und ein Wechselstrom wird durch einen Gleichrichter (nicht dargestellt) in Gleichstrom gewandelt. Anschließend wird die Spannung des erzeugten Gleichstroms auf die Einstellspannung Vreg eingestellt, und zwar als Ergebnis davon, dass der Regler 11 den Erregerstrom, der zur Rotorspule 10a fließt, einstellt.
Die Leistung, die durch den Generator 10 erzeugt wird, wird zu verschiedenen elektrischen Lasten 41 bis 43 geleitet, und zudem der Bleisekundärbatterie 20 und der Lithiumionenbatterie 30 zugeführt. Wenn der Antrieb der Verbrennungsmaschine gestoppt wird und der Generator 10 keine Leistung erzeugt, führen die Bleisekundärbatterie 20 und die Lithiumionenbatterie 30 den elektrischen Lasten 41 bis 43 Leistung zu. Die Einstellungsspannung Vreg wird eingestellt und die Betriebe der MOS-FET 50 und 60 werden derart gesteuert, dass der Betrag der Entladung von der Bleisekundärbatterie 20 und der Lithiumionenbatterie 30 zu den elektrischen Lasten 41 bis 43, und der Betrag der Ladung von dem Generator 10 in einem Bereich (angemessener Bereich) liegen, in welchem der SOC nicht überladen wird oder zu stark entladen wird.
Zudem, gemäß der ersten Ausführungsform, wird eine Verzögerungsregeneration bzw. Bremsregeneration durchgeführt, bei welcher der Generator 10 Leistung aus der regenerativen Energie des Fahrzeugs erzeugt, und beide Sekundärbatterien 20 und 30 (primär die Lithiumionenbatterie 30) lädt. Die Bremsregeneration wird durchgeführt, wenn sich das Fahrzeug z. B. in einem Verzögerungszustand bzw. Bremszustand befindet, und kein Kraftstoff mehr zur Verbrennungsmaschine zugeführt wird.
Die Bleisekundärbatterie 20 ist eine bekannte Sekundärbatterie. Genauer gesagt ist das kathodenaktive Material der Bleisekundärbatterie 20 Bleidioxid (PbO₂), das anodenaktive Material Blei (Pb), und die elektrolytische Lösung Schwefelsäure (H₂SO₄). Die Bleisekundärbatterie 20 ist durch eine Mehrzahl von Batteriezellen, die aus diesen Elektroden bestehen und in Serie verbunden sind, konfiguriert. Die Ladekapazität der Bleisekundärbatterie 20 ist eingestellt, größer als die Ladekapazität der Lithiumionenbatterie 30 zu sein.
Demhingegen wird ein Oxid mit Lithium (lithiumkombiniertes Metalloxid) als das kathodenaktive Material der Lithiumionenbatterie 30 verwendet. Spezifische Beispiele sind z. B. LiCoO₂, LiMn₂O₄, LiNiO₂, LiFePO₄, und dergleichen. Kohlenstoff (C), Graphit, Lithiumtitanat (wie z. B. LiTiO₂), eine Legierung mit Si oder Su, und dergleichen werden als das anodenaktive Material der Lithiumionenbatterie 30 verwendet. Eine organische Elektrolytlösung wird als die Elektrolytlösung der Lithiumionenbatterie 30 verwendet. Die Litthiumionenbatterie 30 ist durch eine Mehrzahl von Batteriezellen konfiguriert, die aus diesen Elektroden bestehen, welche in Serie verbunden sind. Gemäß der ersten Ausführungsform wird insbesondere Lithiumtitanat als das anodenaktive Material der Lithiumionenbatterie 30 verwendet.
Bezugszeichen 21 und 31 in 1 stehen für Batteriezellenzusammennbauten der Bleisekundärbatterie 20 und der Lithiumionenbatterie 30. Bezugszeichen 22 und 32 stehen für Innenwiderstände der Bleisekundärbatterie 20 und der Lithiumionenbatterie 30. In der hier nachfolgenden Beschreibung steht eine Öffnungsspannung V0 der Sekundärbatterie für die Spannung, die durch die Batteriezellenzusammenbauten 21 und 31 erzeugt werden. Anschlussspannungen Vd und Vc der Sekundärbatterie entsprechen Spannungen, die durch die nachfolgenden Gleichungen 1 und 2 ausgedrückt werden. Vd = V0 – Id × R (Gleichung 1) Vc = V0 + Ic × R (Gleichung 2)
Hierbei ist der Entladestrom Id; der Ladestrom Ic; der Innenwiderstand der Sekundärbatterie R; und die Öffnungsspannung der Sekundärbatterie V0. Wie durch die Gleichungen 1 und 2 angezeigt, wird die Anschlussspannung Vd während der Entladung kleiner und die Anschlussspannung Vc größer wenn der Innenwiderstand R ansteigt.
Hierbei, da die Sekundärbatterien 20 und 30 parallel verbunden sind, wenn das Laden durch den Generator 10 durchgeführt wird, fließt ein induzierter Strom des Generators 10 in die Sekundärbatterie mit der niedrigeren Anschlussspannung Vc, falls die MOS-FET 50 und 60 eingeschaltet worden sind. Wenn den elektrischen Lasten 42 und 43 hingegen Leistung zugeführt (entladen) wird, wird Leistung von der Sekundärbatterie mit der höheren Anschlussspannung Vd zu den elektrischen Lasten entladen, falls die MOS-FET 50 und 60 währen der Nicht-Leistungserzeugung eingeschaltet worden sind.
Zudem wird während des regenerativen Ladens die Lithiumionenbatterie 30 so eingestellt, dass sie bevorzugt vor der Bleisekundärbatterie 20 durch ein Erhöhen der Gelegenheit, dass die Anschlussspannung Vc(Li) der Lithiumionenbatterie 30 niedriger als die Anschlussspannung Vc(Pb) der Bleisekundärbatterie 20 ist, geladen. Zudem, wird die Lithiumionenbatterie 30 während des Entladens eingestellt, um bevorzugt Leistung von der Bleisekundärbatterie 20 zur elektrischen Last 43, die eine konstante Spannung benötigt, zu entladen, und zwar durch Erhöhen der Gelegenheit, dass die Anschlussspannung Vd(Li) der Lithiumionenbatterie 30 höher als die Anschlussspannung Vd(Pb) der Bleisekundärbatterie 20 ist.
Die vorstehend beschriebenen Einstellungen können durch Einstellen der Öffnungsspannungen V0 und der Innenwiderstandswerte R der Sekundärbatterien 20 und 30 aktualisiert werden. Die Einstellung der Öffnungsspannung V0 kann durch Auswählen des kathodenaktiven Materials, des anodenaktiven Materials und der elektrolytischen Lösung der Lithiumionenbatterie 30 aktualisiert bzw. erneuert werden.
Details der Eintellungen zum Erhöhen der Möglichkeit bzw. Wahrscheinlichkeit zum Erreichen von Vc(Li) < Vc(Pb) während des regenerativen Ladens und die Möglichkeit bzw. Wahrscheinlichkeit zum Erreichen von Vd(Li) > Vd(Pb) während des Entladens werden hiernach beschrieben.
Der angemessene bzw. zulässige Bereich (Pb) des SOC der Bleisekundärbatterie 20 beträgt SOC 88% bis 92%, und der angemessene bzw. zulässige Bereich (Li) des SOC der Lithiumionenbatterie 30 beträgt SOC 35% bis 80%. Die obere Grenze des zulässigen Bereichs (Li) ist niedriger als die obere Grenze des zulässigen Bereichs (Pb), und die untere Grenze des zulässigen Bereichs (Li) ist niedriger als die untere Grenze des zulässigen Bereichs (Pb). Ferner wird die Lithiumionenbatterie 30 so eingestellt, dass sie Spannungskennwerte (Beziehung zwischen der Öffnungsspannung und dem SOC) erreicht, die die nachfolgenden Bedingungen (a) bis (c) erfüllen. Genauer gesagt, durch Auswahl der Kombination des kathodenaktiven Materials, des anodenaktiven Materials und der Elektrolytlösung der Lithiumionenbatterie 30 können die Spannungskennwerte, die die Bedingungen (a) bis (c) erfüllen, erstellt werden.
Bedingung (a): ein Punkt Vds, bei welchem die Öffnungsspannung V0(Pb) der Bleisekundärbatterie 20 und die Öffnungsspannung V0(Li) der Lithiumionenbatterie 30 übereinstimmen, liegt in dem zulässigen Bereich (Pb) der Bleisekundärbatterie 20 und dem zulässigen Bereich (Li) der Lithiumionenbatterie 30.
Bedingung (b): an der oberen Grenzseite des Übereinstimmungspunkts Vds im zulässigen Bereich (Li) der Lithiumionenbatterie 30, ist die Öffnungsspannung V0(Li) der Lithiumionenbatterie 30 höher als die Öffnungsspannung V0(Pb) der Bleisekundärbatterie 20.
Bedingung (c): an der unteren Grenzseite des Übereinstimmungspunkts Vds im zulässigen Bereich (Li) der Lithiumionenbatterie 30 ist die Öffnungsspannung V0(Li) der Lithiumionenbatterie 30 niedriger als die Öffnungsspannung V0(Pb) der Bleisekundärbatterie 20.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Ein- und Ausschalten der MOS-FET 50 und 60, abhängig von dem Betriebszustand der Maschine beschrieben. Das Li-Sekundärbatterierelais 70 wird außer in einem Notfall, wie vorstehend beschrieben, immer eingeschaltet.
Wie in 2 dargestellt, wenn der Generator 10 Leistung durch Bremsregeneration erzeugt, werden die MOS-FET 50 und 60 eingeschaltet. Als Ergebnis lädt die Leistung, die durch die Bremsregeneration erzeugt wird, die Lithiumionenbatterie 30. Zudem wird ein Teil der regenerativen Energie den elektrischen Lasten 42 und 43 und der Bleisekundärbatterie 20 zugeführt.
Wie in 3 dargestellt werden während des automatischen Neustarts der Leerlaufstoppfunktion die MOS-FET 50 und 60 ausgeschaltet. Als Ergebnis wird die Leistungszufuhr zum Startermotor 40 durch die Bleisekundärbatterie 20 durchgeführt, und das Entladen von der Lithiumionenbatterie 30 zum Startermotor 40 wird verhindert. Die Leistung, die zum Startermotor 41 zugeführt wird, ist wesentlich höher als die Leistung, die zu anderen elektrischen Lasten 42 und 43 zugeführt wird. Daher, wenn die Lithiumionenbatterie 30 mit einer kleineren Kapazität als die Bleisekundärbatterie 20 Leistung zum Startermotor 41 zuführt, tritt der SOC(Li) der Lithiumionenbatterie 30 umgehend in einen zu stark entladenen Zustand ein. Daher, durch Verhindern des Entladens von der Lithiumionenbatterie 30 zum Startermotor 41, wie vorstehend beschrieben, kann ein zu starkes Entladen der Lithiumionenbatterie 30 verhindert werden. Die Bleisekundärbatterie 20 führt Leistung zur gemeinsamen elektrischen Last 42 zu, und die Lithiumionenbatterie 30 zur elektrischen Last 43, die eine konstante Spannung benötigt.
Wie in 4 dargestellt, wenn die Anschlussspannung Vd(Pb) der Bleisekundärbatterie 20 höher als die Anschlussspannung Vd(Li) der Lithiumionenbatterie 30 während des Leerlaufstopps (automatischer Stopp) der Leerlaufstoppfunktion ist, werden die MOS-FET 50 und 60 ausgeschaltet. Dadurch wird der Stromfluss von der Bleisekundärbatterie 20 zur Lithiumionenbatterie 30 verhindert, und ein Überladen der Lithiumionenbatterie 30 verhindert. Die Bleisekundärbatterie 20 führt die Leistung zur gemeinsamen elektrischen Last 42, und die Lithiumionenbatterie 30 führt Leistung zur elektrischen Last 43, die eine konstante Spannung benötigt.
Wenn hingegen, wie in 5 dargestellt, Vd(Pb) ≤ Vd(Li) während des Leerlaufstopps der Leerlaufstoppfunktion, werden die MOS-FET 50 und 60 eingeschaltet. Als Ergebnis, da Leistung zur gemeinsamen elektrischen Last 42 von der Lithiumionenbatterie 30 zugeführt wird, kann eine unzureichende Leistungszufuhr zur gemeinsamen elektrischen Last 42 verhindert werden. Die Bleisekundärbatterie 20 wird durch die Lithiumionenbatterie 30 geladen und die Lithiumionenbatterie 30 führt die Leistung zur elektrischen Last 43 zu, die die konstante Spannung benötigt.
Während keine Regeneration stattfindet (wie z. B. während des Leerlaufbetriebs, Beschleunigungsbetriebs, und Stehen des Fahrzeugs), wenn der Generator 10 keine Leistung durch Verzögerungsregeneration bzw. Bremsregeneration erzeugt, werden die MOS-FET 50 und 60 abhängig vom SOC(Li) der Lithiumionenbatterie 30 ein- und ausgeschaltet, wodurch der SOC(Li) in einen passenden Bereich gesteuert wird.
Genauer gesagt, wenn der SOC(Li) größer als ein erster Schwellwert TH1 (oberer Grenzwert) während einer Nicht-Regeneration ist, werden die MOS-FET 50 und 60 wie in 4 dargestellt ausgeschaltet. Als Ergebnis wird Leistung zur elektrischen Last 43, die die konstante Spannung benötigt, von der Lithiumionenbatterie 30 zugeführt. Wenn hingegen der SOC(Li) ein zweiter Schwellwert TH2 (unterer Schwellwert) oder niedriger während der Nicht-Regeneration ist, werden die MOS-FET 50 und 60, wie in 2 dargestellt eingeschaltet. Als Ergebnis wird Leistung zur elektrischen Last 43, die die konstante Spannung benötigt, von der Bleisekundärbatterie 20 oder dem Generator 10 zugeführt. Als Ergebnis kann ein zu starkes Entladen der Lithiumionenbatterie 30 verhindert werden.
Die Steuerung (SOC(Li)-Optimierungssteuerung), die durchgeführt wird, um den SOC(Li) wie vorstehend beschrieben in den passenden bzw. zulässigen Bereich einzustellen, wird nachfolgend bezüglich 6 und 7 beschrieben.
Die ECU 80 erfordert zu jeder Zeit Erfassungswerte der Anschlussspannung Vc und Vd der Sekundärbatterien 20 und 30 oder der Öffnungsspannung V0(Li) und Stromwerte der Ströme, die durch die Sekundärbatterien 20 und 30 fließen, die durch die Stromerfassungseinrichtungen 71 und 72 erfasst werden (siehe 1). Die ECU 80 benötigt zudem zu jeder Zeit die Temperatur (Lithiumtemperatur) der Lithiumionentemperatur 30 und die Temperatur (Bleitemperatur) der Bleisekundärbatterie 20. Die ECU 80 berechnet den SOC(Li) basierend auf den ermittelten Anschlussspannungen der Lithiumionenbatterie 30, der Lithiumtemperatur und dergleichen, und berechnet zudem den SOC(Pb) basierend auf dem ermittelten bzw. erlangten Anschlussspannungen der Bleisekundärbatterie 20, der Bleitemperatur, und dergleichen.
Eine Horizontalachse in 6 steht für den berechneten SOC(Li)-Wert. Ein Antriebserlaubnisflag und ein Antriebsanfrageflag für die MOS-FET 50 und 60 werden wie nachstehend beschrieben abhängig vom SOC(Li)-Wert, eingestellt.
Das heißt, wenn der SOC(Li) größer als der erste Schwellwert TH1 (TH1 = 80 und 90 im Beispiel von 6) ist, um das Überladen der Lithiumionenbatterie 30 zu verhindern, wird das Antriebserlaubnisflag ausgeschaltet (AUS-geschaltet) und die EIN-Betriebe der MOS-FET 50 und 60 werden verboten. Als Ergebnis wird das Laden der Lithiumionenbatterie 30 durch den Generator 10 oder die Bleisekundärbatterie 20 verboten (siehe 4).
Wenn hingegen der SOC(Li) der zweite Schwellwert TH2 (TH2 = 30 und 40 im Beispiel von 6) oder niedriger ist, um das zu starke Entladen der Lithiumionenbatterie 30 zu verhindern, wird das Antriebsanfrageflag eingeschaltet, und die MOS-FET 50 und 60 werden eingeschaltet. Als Ergebnis lädt der Generator 10 oder die Bleisekundärbatterie 20 die Lithiumionenbatterie 30 (siehe 2). Der erste Schwellwert TH1 und der zweite Schwellwert TH2 werden mit einer Hysteresis so eingestellt, dass sie verschiedene Werte abhängig davon annehmen, ob der SOC(Li) ansteigt oder abfällt.
7 zeigt ein Flussdiagramm des Prozessablaufs zur SOC(Li)-Optimierungssteuerung, welcher wiederholend in einem vorbestimmten Zyklus durch einen Mikrocomputer in der ECU 80 durchgeführt wird.
Zuerst beurteilt die ECU 80 in Schritt S10 in 7, ob eine Verzögerungsregeneration vor sich geht oder nicht. Wenn beurteilt wird, dass die Verzögerungsregeneration vor sich geht (JA in Schritt S10), schaltet die ECU 80 unter der Bedingung, dass das Antriebserlaubnisflag eingeschaltet ist bzw. auf EIN eingestellt ist (SOC(Li) < TH1) (JA in Schritt S11), die MOS-FET 50 und 60 im nachfolgenden Schritt S12 EIN (siehe 2). Als Ergebnis wird die verzögerungsregenerative Leistung durch die Lithiumionenbatterie 30 aufgenommen. Wenn jedoch beurteilt wird, dass die Verzögerungsregeneration vorliegt (JA in Schritt S10), wenn das Antriebserlaubnisflag auf AUS eingestellt ist (NEIN in Schritt S11), verbietet die ECU 80 die EIN-Betriebe der MOS-FET 50 und 60 im nachfolgenden Schritt S13, und vermeidet bzw. verhindert das Überladen der Lithiumionenbatterie 30. In diesem Fall wird die regenerative Leistungserzeugung bevorzugt beendet.
Wenn hingegen beurteilt wird, dass die Verzögerungsregeneration nicht vorliegt (NEIN in Schritt S10), unter einer Bedingung, dass das Antriebsanfrageflag nicht auf EIN eingestellt ist (SOC(Li) ≥ TH2), schaltet die ECU 80 die MOS-FET 50 und 60 im nachfolgenden Schritt S13 AUS (siehe 4). Als Ergebnis entlädt sich die Lithiumionenbatterie 30 zur elektrischen Last 43, die die konstante Spannung benötigt. Wenn hingegen beurteilt wird, dass die Verzögerungsregeneration nicht vorliegt (NEIN in Schritt S10), falls SOC(Li) < TH2, schaltet die ECU 80 die MOS-FET 50 und 60 in Schritt S12 EIN (siehe 2). Als Ergebnis lädt die Bleisekundärbatterie 20 oder der Generator 10 die Lithiumionenbatterie 30, und ein zu starkes Entladen der Lithiumionenbatterie 30 wird verhindert.
Während des Leerlaufstopps, wenn beurteilt wird, dass die Verzögerungsregeneration nicht vorliegt (NEIN in Schritt S10), wird wie vorstehend bezüglich 4 und 5 beschrieben, basierend auf einem Vergleich von Vd(Pb) und Vd(Li) entschieden, ob die MOS-FET 50 und 60 EIN- oder AUS-geschaltet sind. Zudem, während des Neustarts, wenn die Verzögerungsregeneration nicht vorliegt (NEIN in Schritt S10), wie vorher bezüglich 3 beschrieben, werden die MOS-FET 50 und 60 ausgeschaltet, und ein zu starkes Entladen der Lithiumionenbatterie 30 wird verhindert.
Als Ergebnis der EIN- und AUS-Betriebe der MOS-FET 50 und 60, die wie vorstehend beschrieben geschaltet werden, kann der SOC(Li) der Lithiumionenbatterie 30 gesteuert werden, um in einem idealen Bereich zu liegen. Demhingegen wird der SOC(Pb) der Bleisekundärbatterie 20 durch Einstellen der Einstellungsspannung Vreg gesteuert, in einem idealen bzw. optimalen Bereich zu liegen.
Genauer gesagt, wenn der berechnete SOC(Pb) höher als ein vorbestimmter oberer Schwellwert ist, als ein Ergebnis davon, dass die Einstellungsspannung Vreg niedriger als die Anschlussspannung Vd(Pb) der Bleisekundärbatterie 20 gesteuert wird, kann Laden vom Generator 10 zur Bleisekundärbatterie 20 verhindert werden, und ein zu starkes Entladen der Bleisekundärbatterie 20 vermieden. Wenn hingegen der berechnete SOC(Pb) niedriger als ein vorbestimmter unterer Schwellwert ist, lädt der Generator 10 als Ergebnis darauf, dass die Einstellungsspannung Vreg gesteuert wird, höher als die Anschlussspannung Vc(Pb) der Bleisekundärbatterie 20 zu sein, die Bleisekundärbatterie 20, und ein zu starkes Entladen der Bleisekundärbatterie 20 wird verhindert.
Die Steuerungsdetails der MOS-FET 50 und 60 und dergleichen, wenn der Zündschalter betrieben wird, um EIN-geschaltet zu sein (IG EIN), ist obenstehend beschrieben. Demhingegen folgt nachstehend die Beschreibung bezüglich 8 der Steuerungsdetails der MOS-FET 50 und 60, des Li-Sekundärbatterierelais 70 und dergleichen, wenn der Zündschalter betrieben wird, um AUS-geschaltet zu sein (IG AUS).
Wie in Reihe (a) in 8 dargestellt, wenn der Leistungszustand des Fahrzeugs AUS ist, d. h. während IG AUS, und ein Hilfsschalter auch AUS-geschaltet ist, wird die Leistungszufuhr zur ECU 80 gestoppt. Dabei wird auch die Ausgabe eines EIN/AUS-Signals (Erregersignal) von der ECU 80 zu den MOS-FET 50 und 60 gestoppt. Daher werden die MOS-FET 50 und 60 AUS-geschaltet.
Hierbei wird das Li-Sekundärbatterierelais 70 derart gesteuert, dass es zwischen EIN und AUS geschaltet wird, abhängig von einem EIN/AUS-Signal (zweites Erregersignal) von der ECU 80, ist jedoch in einem gewöhnlichen Nicht-Nofallzustand jederzeit EIN-geschaltet. Ein normalerweise geöffneter Schalter, der einen AUS-Betrieb durchführt (Öffnungsbetrieb), um Strom zu sperren, wenn das EIN/AUS-Signal nicht von der ECU 80 eingegeben wird, wird als das Li-Sekundärbatterierelais 70 verwendet. Daher, wenn eine Stromzufuhr zur ECU 80 wie vorstehend beschrieben gestoppt wird, wird das normalerweise geöffnete Li-Sekundärbatterierelais 70 AUS-geschaltet (ausgeschaltet).
Wie in Zeile (b) in 8 dargestellt, wenn der Hilfsschalter während IG AUS EIN-geschaltet wird, da die Leistung zur ECU 80 zugeführt wird, können die MOS-FET 50 und 60 und das Li-Sekundärbatterierelais 70 gesteuert werden. Zu diesem Zeitpunkt wird jedoch angenommen, dass die Beurteilung zum Erlauben, dass das Li-Sekundärbatterierelais 70 EIN-geschaltet wird (sowie eine Beurteilung, dass der Kontakt des Li-Sekundärbatterierelais 70 nicht geschweißt ist, oder eine Beurteilung, dass die Spannung und die Temperatur der Siliziumionenbatterie 30 in einem Normalbereich liegt) nicht abgeschlossen worden ist, und daher das Li-Sekundärbatterierelais 70 AUS-geschaltet bleibt. Zudem führt die Bleisekundärbatterie 20 als Ergebnis davon, dass die MOS-FET 50 und 60 EIN-geschaltet sind, Leistung zur elektrischen Last 43, die die konstante Spannung benötigt, zu.
Wie in Reihe (c) in 8 dargestellt, vor dem ersten Maschinenstart oder während des ersten Maschinenstarts bzw. Initialmaschinenstarts, wenn der IG-EIN-Betrieb durchgeführt worden ist, wird angenommen, dass die Beurteilung zum Erlauben, dass das Li-Sekundärbatterierelais 70 EIN-geschaltet ist (sowie die Beurteilung, dass der Kontakt des Li-Sekundärbatterierelais 70 nicht geschweißt ist, oder die Beurteilung, dass die Spannung und Temperatur der Lithiumionenbatterie 30 in einem Normalbereich liegt), nicht abgeschlossen worden ist, weshalb das Li-Sekundärbatterierelais 70 AUS-geschaltet bleibt. Zudem, als Ergebnis davon, dass die MOS-FET 50 und 60 EIN-geschaltet sind, führt die Bleisekundärbatterie 20 Leistung zur elektrischen Last 43, die die konstante Spannung benötigt.
Zudem, während des Leerlaufstopps, wie vorstehend bezüglich 4 und 5 beschrieben, wird basierend auf einem Vergleich von Vd(Pb) und Vd(Li) entschieden, ob die MOS-FET 50 und 60 EIN- oder AUS-geschaltet sind, und das Li-Sekundärbatterierelais 70 ist EIN-geschaltet.
Während des Neustarts nach dem Leerlaufstopp, wie vorstehend bezüglich 3 beschrieben, sind die MOS-FET 50 und 60 AUS-geschaltet, und das Li-Sekundärbatterierelais 70 ist EIN-geschaltet.
Während der Verzögerungsregeneration, wie vorstehend bezüglich 2 beschrieben, sind die MOS-FET 50 und 60 EIN-geschaltet und das Li-Sekundärbatterierelais 70 EIN-geschaltet. Wenn jedoch der SOC(Li) ≥ TH1 und das Antriebserlaubnisflag nicht auf EIN eingestellt sind (NEIN in Schritt S11), sind die EIN-Betriebe der MOS-FET 50 und 60 verboten.
Während eines gewöhnlichen Betriebs anders als dem Starten und der Verzögerungsregeneration, werden die EIN-AUS-Betriebe der MOS-FET 50 und 60 basierend auf der Einstellung des Antriebsanfrageflags entschieden, und das Li-Sekundärbatterierelais 70 ist EIN-geschaltet.
9 zeigt ein Flussdiagramm des Prozessablaufs des Prozesses, der durch die ECU 80 durchgeführt wird, um die Steuerung wie in 8 dargestellt durchzuführen. Zuerst, in Schritt S20 in 9, beurteilt die ECU 80, ob sich das Fahrzeug in einem Leistung-AUS-Zustand befindet oder nicht, in welchem sich der Zündschalter in einem IG-AUS-Zustand befindet, und der Hilfsschalter ist ausgeschaltet. Wenn beurteilt wird, dass die Fahrzeugleistung AUS ist (JA in Schritt S20), wird die Leistungszufuhr zur ECU 80 gestoppt und die MOS-FET 50 und 60 und das Li-Sekundärbatterierelais 70 gehen in einen AUS-Zustand (Schritt S21).
Wenn beurteilt ist, dass die Fahrzeugleistung nicht AUS ist (NEIN in Schritt S20), beurteilt die ECU 80 im nachfolgenden Schritt S22, ob sich der Zündschalter im IG-EIN-Zustand befindet oder nicht. Wenn beurteilt wird, dass sich der Zündschalter nicht im IG-EIN-Zustand befindet (NEIN in Schritt S22), d. h., der Hilfsschalter EIN ist, schaltet die ECU 80 die MOS-FET 50 und 60 EIN, und hält das Li-Sekundärbatterrierelais 70 im AUS-Zustand (Schritt S23).
Wenn beurteilt wird, dass sich der Zündschalter im IG-EIN-Zustand befindet (JA in Schritt S22), die Maschine gestoppt ist (JA in Schritt S24), und die Maschine vor dem ersten Start bzw. Initialstart ist (JA in Schritt S25), schaltet die ECU 80 die MOS-FET 50 und 60 EIN und hält das Li-Sekundärbatterierelais 70 im AUS-Zustand (S23).
Wenn beurteilt wird, dass sich der Zündschalter im IG-EIN-Zustand befindet (JA in Schritt S22), die Maschine gestoppt ist (JA in Schritt S24), und die Maschine nicht vor dem Initialstart ist (NEIN in Schritt S25), entscheidet die ECU 80, ob der EIN-Betrieb oder der AUS-Betrieb der MOS-FET 50 und 60 durchgeführt wird oder nicht, basierend auf einem Vergleich von Vd(Pb) und Vd(Li). Genauer gesagt, wenn Vd(Pb) < Vd(Li) (JA in Schritt S26), schaltet die ECU 80 die MOS-FET 50 und 60 EIN, und schaltet das Li-Sekundärbatterierelais 70 EIN (Schritt S12). Wenn hingegen Vd(Pb) ≥ Vd(Li) (NEIN in Schritt S26), schaltet die ECU SO die MOS-FET 50 und 60 AUS, und schaltet das Li-Sekundärbatterierelais 70 EIN (Schritt S13).
Wenn beurteilt wird, dass sich der Zündschalter im IG-EIN-Zustand befindet (JA in Schritt S22) und die Maschine betrieben wird (NEIN in Schritt S24), falls beurteilt wird, dass die Maschine den Initialstart durchführt (JA in Schritt S27 und JA in Schritt S28), schaltet die ECU 80 die MOS-FET 50 und 60 EIN, und hält das Li-Sekundärbatterierelais 70 im AUS-Zustand (Schritt S23). Während des automatischen Neustarts der Leerlaufstoppfunktion hingegen (JA in Schritt S27 und NEIN in Schritt S28), schaltet die ECU 80 die MOS-FET 50 und 60 AUS, und schaltet das Li-Sekundärbatterierelais 70 EIN (Schritt S13).
Wenn beurteilt wird, dass die Maschine betrieben wird (NEIN in Schritt S24), falls beurteilt wird, dass die Maschine nicht den Start durchführt (NEIN in Schritt S27), führt die ECU 80 den vorstehend beschriebenen Prozess in 7 durch (Prozesse von Schritt S10 bis Schritt S30, angezeigt durch die gestrichelte Linie). Das heißt, die ECU 80 entscheidet den EIN-Zustand und den AUS-Zustand der MOS-FET 50 und 60 basierend darauf, ob die Verzögerungsregeneration vorliegt oder nicht, unabhängig von den Zuständen des Antriebsanfrageflags und des Antriebserlaubnisflags.
Die Lithiumtemperatur steigt während des Ladens der Lithiumionenbatterie 30. Wenn die Lithiumbatterietemperatur außergewöhnlich hoch wird, schreitet eine Abnutzung der Lithiumionenbatterie 30 voran bzw. wird unterstützt. Daher kann der EIN-Betrieb der MOS-FET 50 und 60 (d. h., das Laden der Lithiumionenbatterie 30) in Schritt S12 unter einer Bedingung durchgeführt werden, dass die Lithiumtemperatur kleiner als ein vorbestimmter Wert TH3 ist, und zwar bei den Prozessen von Schritt S11 und Schritt S13.
Durch das Vorstehende können nachfolgende Effekte gemäß der ersten Ausführungsform erreicht werden.
Mit anderen Worten, eine Mehrzahl von MOS-FET-Transistoren, d. h., zwei MOS-FET 50 und 60, sind derart in Serie verbunden, dass die parasitären Dioden 51 und 61 in entgegengesetzte Richtungen zeigen, und zwar zwischen dem Generator 10, der Bleisekundärbatterie 20 und der Lithiumionenbatterie 30. Daher, wenn beide MOS-FET 50 und 60 AUS-geschaltet sind, wird der Stromfluss durch beide parasitären Dioden 51 und 61 gesperrt.
Als Ergebnis kann der Stromfluss vom Generator 10 oder der Bleisekundärbatterie 20 zur Lithiumionenbatterie 30, in einer Situation, in der das Überladen der Lithiumionenbatterie 30 zu einem Problem werden könnte, falls die MOS-FET 50 und 60 AUS-geschaltet sind, sicher verhindert werden. Daher kann ein Überladen der Lithiumionenbatterie 30 mit Sicherheit verhindert werden. Zudem, in einer Situation, wo das zu starke Entladen der Lithiumionenbatterie 30 zu einem Problem werden könnte, falls die MOS-FET 50 und 60 AUS-geschaltet sind, kann insbesondere das Entladen von der Lithiumionenbatterie zum Startermotor 41 mit Sicherheit verhindert werden. Daher kann ein zu starkes Entladen der Lithiumionenbatterie 30 mit Sicherheit verhindert werden.
Wenn der SOC(Pb) der Bleisekundärbatterie 20 gesteuert wird, um in einem angemessenen bzw. zulässigen Bereich zu sein, und zwar durch Einstellen der Einstellspannung Vreg, wenn die Lithiumionenbatterie 30 nicht zu laden ist, falls die MOS-FET 50 und 60 AUS-geschaltet sind, kann die Einstellspannung Vreg eingestellt werden, und zwar unabhängig von der Größe der Anschlussspannung Vc der Lithiumionenbatterie 30. Der SOC(Li) der Lithiumionenbatterie 30 kann hingegen durch die MOS-FET 50 und 60, die EIN- bzw. AUS-geschaltet werden, eingestellt werden. Daher kann der SOC(Pb) und der SOC(Li) unabhängig und separat gesteuert werden.
(Zweite Ausführungsform)
Wenn der Leistungszustand des Fahrzeugs AUS ist, und die Leistungszufuhr zur ECU 80 gestoppt ist, wird auch die Ausgabe des EIN/AUS-Signals von der ECU 80 zu den MOS-FET 50 und 60 gestoppt. Daher, wie vorstehend beschrieben, sind auch die MOS-FET 50 und 60 und das Li-Sekundärbatterierelais 70 AUS-geschaltet.
Daher, obwohl der Dunkelstrom zur gemeinsamen elektrischen Last 42, der während Leistung AUS benötigt wird, von der Bleisekundärbatterie 20 zugeführt wird, kann der Dunkelstrom zur elektrischen Last 43, die die konstante Spannung benötigt, der während der Leistungszuführ-AUS benötigt wird, nicht von der Lithiumionenbatterie 30 zugeführt werden. Falls z. B. ein normalerweise geschlossenes Relais als das Li-Sekundärbatterierelais 70 verwendet wird, kann der Dunkelstrom von der Lithiumionenbatterie 30 zur elektrischen Last 43, die die konstante Spannung benötigt, zugeführt werden. Da jedoch die Kapazität der Lithiumionenbatterie 30 deutlich kleiner als die der Bleisekundärbatterie 20 ist, wird die Lithiumionenbatterie 30 sofort zu stark entladen.
Bezüglich dieser Problematik wird gemäß einer zweiten Ausführungsform ein Widerstandselement 90 (Erregungsaufrechterhaltungseinrichtung) parallel zu den MOS-FET 50 und 60, wie in 10 dargestellt, verbunden. Während Leistung-AUS, wird der Dunkelstrom von der Bleisekundärbatterie 20 über das Widerstandselement 90 zur elektrischen Last, die die konstante Spannung benötigt, zugeführt.
Der Dunkelstrom zur elektrischen Last 43, die die konstante Spannung benötigt, der während Leistung-AUS benötigt wird, wird als extrem kleiner Leistungsbetrag angenommen. Daher, selbst wenn der Widerstandswert des Widerstandselements 90 ausreichend hoch eingestellt wird, kann der Betrag des Dunkelstroms, der zu der elektrischen Last 43, die die konstante Spannung benötigt, ausreichend gewährleistet werden. Während Leistung-EIN, als Ergebnis davon, dass der Widerstandswert des Widerstandselements 90 ausreichend hoch eingestellt wird, kann der Leistungsbetrag, der von der Seite der Bleisekundärbatterie 20 zur Seite der Lithiumionenbatterie 30 über das Widerstandselement 90 fließt, auf einen ausreichend kleinen Wert eingestellt werden, der ignoriert werden kann, selbst wenn die MOS-FET 50 und 60 AUS-geschaltet sind.
Ferner ist gemäß der zweiten Ausführungsform ein Gleichrichterelement 91 mit dem Widerstandselement 90, wie in 10 dargestellt, in Serie verbunden. Das Gleichrichterelement 91 ist derart angebracht, dass die Richtung, in welche der Strom von der Seite der Bleisekundärbatterie 20 zur Seite der Lithiumionenbatterie 30 geleitet wird, die Vorwärtsrichtung ist. Als Ergebnis, selbst wenn das Li-Sekundärbatterierelais 70 eine Fehlfunktion aufweist, und während Leistung-AUS eingeschaltet bleibt, kann ein Dunkelstrom, der zur gemeinsamen elektrischen Last 42 von der Lithiumionenbatterie 30 über das Widerstandselement 90 zugeführt wird, während Leistung-AUS verhindert werden, und somit auch ein zu starkes Entladen der Lithiumionenbatterie 30.
Zudem, da das normalerweise geöffnete Relais als das Li-Sekundärbatterierelais 70 verwendet wird, kann das Li-Sekundärbatterierelais 70 während Leistung-AUS im AUS-Zustand bleiben. Daher kann eine Dunkelstromzufuhr zur elektrischen Last 43, die die konstante Spannung benötigt, während Leistung-AUS zur Bleisekundärbatterie 20 geleitet werden, und eine Dunkelstromzufuhr der Lithiumionenbatterie 30 zur elektrischen Last 43, die die konstante Spannung benötigt, von kann verhindert werden. Daher kann ein zu starkes Entladen der Lithiumsekundärzelle 30 während Leistung-AUS verhindert werden.
(Erstes Variationsbeispiel gemäß der zweiten Ausführungsform)
Obwohl das Widerstandselement 90 parallel zu den zwei MOS-FET 50 und 60 in 10 verbunden ist, kann die Verbindung des Widerstandselements 90 wie in 11 dargestellt modifiziert werden. Das heißt, das Widerstandselement 90 und das Gleichrichterelement 91 sind in Serie zum MOS-FET 50, der so angeordnet ist, dass die Richtung, in welche der Strom von der Seite der Bleisekundärbatterie 20 zur Seite der Lithiumionenbatterie 30 fließt, die Vorwärtsrichtung ist, und parallel zum MOS-FET 60, der angeordnet ist, um in die entgegengesetzte Richtung zu stehen, verbunden.
Als Ergebnis, da der Dunkelstrom zur elektrischen Last 43, die die konstante Spannung benötigt, von der Bleisekundärbatterie 20 über das Widerstandselement 90 und die parasitäre Diode 5I während Leistung-AUS zugeführt werden kann, können ähnliche Effekte wie jene gemäß der Ausführungsform, die in 10 dargestellt ist, erreicht werden.
Im ersten Variationsbeispiel wird der Dunkelstrom, der während Leistung-AUS durch das Widerstandselement 90 fließt, durch sowohl das Gleichrichterelement (parasitäre Diode 51) des MOS-FET 50 und das Gleichrichterelement 91 gleichgerichtet. Daher, selbst wenn die Gleichrichterfunktion von einem der Gleichrichterelemente eine Fehlfunktion hat, kann das Entladen zur gemeinsamen elektrischen Last 42 von der Lithiumionenbatterie 30 während Leistung-AUS mit Sicherheit verhindert werden.
(Zweites Variationsbeispiel gemäß der zweiten Ausführungsform)
Obwohl das Gleichrichterelement 91 in 10 und 11 in Serie mit dem Widerstandselement 90 verbunden ist, kann das Gleichrichterelement 91 entfernt werden und die Gleichrichterfunktion für den Dunkelstrom während Leistung-AUS kann durch das Gleichrichterelement (parasitäre Diode 51) des MOS-FET 50, wie in 12 dargestellt, erreicht werden. Ähnliche Effekte zu denen in 10 können auch durch dieses Beispiel erreicht werden.
Wenn das Gleichrichterelement 91 entfernt wird, kann das Widerstandselement 90 parallel zu den zwei MOS-FET 50 und 60, wie in 13 dargestellt, verbunden sein. Der Dunkelstrom kann zur elektrischen Last 43, die die konstante Spannung benötigt, von der Bleisekundärbatterie 20 über das Widerstandselement 90 während Leistung-AUS auch in diesem Fall zugeführt werden.
(Dritte Ausführungsform)
Gemäß der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform, dargestellt in 10 bis 13, wird der Dunkelstrom zur elektrischen Last 43, die die konstante Spannung benötigt, von der Bleisekundärbatterie 20 über das Widerstandselement 90 während Leistung-AUS zugeführt. Demhingegen, gemäß einer in 14 dargestellten dritten Ausführungsform ersetzt ein Latching-Relais bzw. Verriegelungsrelais 92 (Verriegelungsschalter (Erregungsaufrechterhaltungseinrichtung)) mit einer Selbstverriegelungsfunktion das Widerstandselement 90, und das Gleichrichterelement 91 wird in diesem Beispiel nicht benötigt.
Ein EIN-Betrieb und ein AUS-Betrieb des Verriegelungsrelais 92 werden durch durch die ECU 80 geschaltet und gesteuert. Wenn der Hilfsschalter EIN-geschaltet wird und die Leistung zur ECU 80 zugeführt wird, wird das Verriegelungsrelais 92 so gesteuert, dass es die ganze Zeit AUS ist. Kurz bevor die Leistungszufuhr zur ECU 80 gesperrt wird, wenn der Hilfsschalter AUS-geschaltet wird, schaltet die ECU 80 das Verriegelungsrelais 92 EIN. Daher, nachdem die Leistungszufuhr zur ECU 80 gesperrt ist, verbleibt das Verriegelungsrelais 90 im EIN-Zustand.
Als Ergebnis kann der Dunkelstrom während Leistung-AUS zur elektrischen Last 43, die die konstante Spannung benötigt, von der Bleisekundärbatterie 20 durch das Verriegelungsrelais 92, das eingeschaltet ist, zugeführt werden. Zudem, gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, dargestellt in 10 bis 13, die das Widerstandselement 90 verwendet, fließt Strom, wenn auch nur ein kleiner Betrag, durch das Widerstandselement 90 während Leistung-EIN, selbst wenn die MOS-FET 50 und 60 AUS-geschaltet sind. Demhingegen, gemäß der dritten Ausführungsform, da das Verriegelungsrelais 92 so gesteuert ist, dass es die während Leistung-EIN ganze Zeit AUS ist, kann der Strom vollständig gesperrt werden, wenn die MOS-FET 50 und 60 AUS-geschaltet sind.
Da hingegen die Anzahl der Komponenten gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, in welcher das Widerstandselement 90 verwendet wird, im Vergleich dazu reduziert werden kann, wenn das Verriegelungsrelais 92 verwendet wird, ist die vorstehend beschriebene Ausführungsform hinsichtlich der Größenreduzierung und Kostenverminderung vorteilhaft.
Der Verriegelungsschalter gemäß der dritten Ausführungsform ist mit einem mechanischen Relais konfiguriert, in welchem ein Kontakt durch einen elektromagnetischen Solenoid geöffnet und geschlossen wird, und einer Selbstverriegelungsschaltung. Der Verriegelungsschalter kann jedoch auch durch einen Halbleiterschalter und die Selbstverriegelungsschaltung konfiguriert sein.
(Variationsbeispiel gemäß der dritten Ausführungsform)
Obwohl das Verriegelungsrelais 92 parallel zu den zwei MOS-FET 50 und 60 verbunden ist, kann die Verbindung des Verriegelungsrelais 92 auch wie in 15 dargestellt modifiziert sein. Das heißt, das Verriegelungsrelais 92 ist in Serie zum MOS-FET 50, der so angeordnet ist, dass die Richtung, in welche der Strom von der Seite der Bleisekundärbatterie 20 zur Seite der Lithiumionenbatterie 30 geleitet wird, die Vorwärtsrichtung ist, und parallel zum MOS-FET 60, der so angeordnet ist, dass er in die entgegengesetzte Richtung steht, verbunden.
Als Ergebnis, da der Dunkelstrom zur elektrischen Last 43, die die konstante Spannung benötigt, von der Bleisekundärbatterie 20 über das Verriegelungsrelais 92 und die parasitäre Diode 51 zugeführt werden kann, können ähnliche Effekte wie jene gemäß der Ausführungsform, die in 14 dargestellt ist, erzielt werden.
In diesem Variationsbeispiel, selbst wenn das Li-Sekundärbatterierelais 70 eine Fehlfunktion aufweist, und während Leistung-AUS nicht in einen Erregung-AUS-Zustand eintritt, kann als Ergebnis des Gleichrichteffekts der parasitären Diode 51 eine Dunkelstromzufuhr zur gemeinsamen elektrischen Last 42 von der Lithiumionenbatterie 30 über das Verriegelungsrelais 92 verhindert werden. Daher kann ein zu starkes entladen der Lithiumionenbatterie 30 während Leistung-AUS unterdrückt werden.
(Vierte Ausführungsform)
Gemäß einer vierten Ausführungsform, dargestellt in 16, enthält die Leistungszuführeinheit eine Ausgabehalteschaltung 93 (Erregungsaufrechterhalturigseinrichtung), die ein EIN/AUS-Signal (Erregungssignal), das von der ECU 80 zu den MOS-FET 50 und 60 ausgegeben wird, hält. Zudem wird auf das vorstehend beschriebene Verriegelungsrelais 92 und das Widerstandselement 90 verzichtet.
Die Ausgabehalteschaltung 93 ist zwischen den MOS-FET 50 und 60 und der ECU 80 verbunden, und eine Signalhaltefunktion der Ausgabehalteschaltung 93 ist so konfiguriert, dass sie durch die ECU 80 gestoppt werden kann. Wenn der Hilfsschalter EIN-geschaltet wird und Leistung zur ECU 80 zugeführt wird, wird die Signalhaltefunktion der Ausgabehalteschaltung 93 gestoppt. Demhingegen, kurz bevor die Leistungszufuhr zur ECU 80 gesperrt wird, wenn der Hilfsschalter AUS-geschaltet wird, betreibt bzw. betätigt die ECU 80 die Signalhaltefunktion, und gibt das Erregungssignal zum EIN-Schalten der MOS-FET 50 und 60 aus. Daher, nachdem die Leistungszufuhr zur ECU 80 gesperrt ist, verbleibt der MOS-FET 50 und 60 im EIN-Zustand.
Als Ergebnis kann der Dunkelstrom zur elektrischen Last 43, die die konstante Spannung benötigt, von der Bleisekundärbatterie 20 über die MOS-FET 50 und 60, die sich im EIN-Zustand befinden, während Leistung-AUS, zugeführt werden.
(Fünfte Ausführungsform)
Gemäß jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, dargestellt in 1 und dergleichen, führt eine einzelne ECU 80 sowohl die Bleisekundärbatteriesteuerung zum Berechnen des SOC(Pb) der Bleisekundärbatterie 20 und die Steuerung des Betriebs des Reglers 11, so dass der SOC(Pb) im zulässigen Bereich ist, als auch die Lithiumsekundärbatteriesteuerung zum Berechnen des SOC(Li) der Lithiumionenbatterie 30 und zum Steuern der Betriebe der MOS-FET 50 und 60, so dass der SOC(Li) im zulässigen Bereich ist, durch.
Demhingegen, gemäß einer fünften Ausführungsform, dargestellt in 17, sind eine ECU 81, die die Bleisekundärbatteriesteuerung durchführt und eine ECU 82, die die Lithiumsekundärbatteriesteuerung durchführt, separat vorgesehen. Die ECU 82, die Lithiumionenbatterie 30, die MOS-FET 50 und 60 und das Li-Sekundärbatterierelais 70 sind als eine Lithiumsekundärbatterieeinheit 30U konfiguriert. Die ECU 81 und 82 sind so verbunden, dass eine bidirektionale Kommunikation bzw. Verbindung ermöglich wird.
Als Ergebnis kann die Leistungszuführeinheit so verändert werden, dass die Bleisekundärbatterie 20 parallel zur Lithiumionenbatterie 30 einfach durch Hinzufügen der Lithiumsekundärbatterieeinheit 30U zu einer bereits existierenden Leistungszuführeinheit, die aus dem Generator 10, dem Regler 11, den verschiedenen elektrischen Lasten 41, 42 und 43, der Bleisekundärbatterie 20 und der ECU 81 besteht, verbunden wird. Somit können Veränderungen, die in der bereits existierenden Leistungszuführeinheit Modifikationen in der Hardware erfordern, reduziert werden.
Bei der Hardwarekonfiguration gemäß der fünften Ausführungsform, dargestellt in 17, wird eine Steuerung ähnlich derer gemäß der vorstehend beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsform durchgeführt, um die MOS-FET 50 und 60, das Li-Sekundärbatterierelais 70 und den Regler 11 zu steuern. Daher können gemäß der fünften Ausführungsform auch Betriebe und Effekte ähnlich denen gemäß der ersten bis vierten Ausführungsform erreicht werden.
(Weitere Ausführungsformen)
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Beschreibung gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann wie nachfolgend beschrieben modifiziert werden. Kennzeichnende Konfigurationen von jeder Ausführungsform können auch beliebig miteinander kombiniert werden.
Gemäß jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind die Quellanschlüsse bzw. Source-Anschlüsse der zwei MOS-FET 50 und 60 miteinander verbunden. Die Positionen der MOS-FET 50 und 60 können jedoch auch vertauscht werden, und die Drain-Anschlüsse können miteinander verbunden werden und zudem ist die Anzahl der MOS-FET 50 und 60 nicht auf zwei begrenzt, sondern kann auch drei oder mehr sein.
Gemäß jeder vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist für Notfälle ein Li-Sekundärbatterierelais 70 enthalten. Das Li-Sekundärbatterierelais 70 kann jedoch auch entfernt werden.
Gemäß jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird eine nicht wässrige Elektrolytlösung-Lithiumionenbatterie 30 als zweite Sekundärbatterie mit Spannungskennwerten A2 verwendet. Die zweite Sekundärbatterie der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf die Lithiumsekundärbatterie 30 beschränkt, da z. B. auch ein Nickelakkumulator bzw. eine Nickelsekundärbatterie unter Verwendung eines Nickelverbunds in ihren Elektroden verwendet werden kann. Die vorstehend beschriebenen Bedingungen (a) bis (c) sind dann jedoch bevorzugt zu erfüllen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007-46508 A [0003]
JP 2007-131134 A [0003]
JP 2008-29058 A [0003]
JP 2008-155814 A [0003]
JP 2009-126395 A [0003]

Claims

Leistungszuführeinheit aufweisend: einen Leistungsgenerator (10), der Leistung erzeugt; eine erste Batterie (20), die durch die Leistung, die durch den Leistungsgenerator erzeugt wird, geladen werden kann; eine zweite Batterie (30), die parallel zur ersten Batterie elektrisch verbunden ist, und durch die Leistung, die durch den Leistungsgenerator erzeugt wird, geladen werden kann, und eine höhere Ausgabedichte oder höhere Energiedichte als die erste Batterie aufweist; und eine Schalteinrichtung (50, 60), die elektrisch zwischen dem Leistungsgenerator bzw. der ersten Batterie und der zweiten Batterie verbunden ist, und zwischen Leiten und Sperren zwischen dem Leistungsgenerator bzw. der ersten Batterie und der zweiten Batterie, umschaltet, wobei die Schalteinrichtung durch eine Mehrzahl von Halbleiterschaltern konfiguriert ist, die derart in Serie verbunden sind, dass sich entsprechende parasitäre Dioden, die in den Halbleiterschaltern vorliegen, in bezüglich des Stromflusses entgegengesetzten Richtungen gegenüberliegen.
Leistungszuführeinheit nach Anspruch 1, wobei die Leistungszuführeinheit ferner eine Steuereinrichtung (80), zur EIN/AUS-Steuerung der Schalteinrichtung durch Steuern der Ausgabe eines Erregersignals, das an der Schalteinrichtung angelegt wird, aufweist, wobei eine elektrische Last (43), die durch die zweite Batterie mit Leistung versorgt werden kann, auf der Seite der zweiten Batterie gegenüber der Schalteinrichtung vorgesehen ist, um parallel zur zweiten Batterie elektrisch verbunden zu sein, und die Schalteinrichtung eine Erregungsaufrechterhaltungseinrichtung (90) zum Aufrechterhalten eines Erregungszustands enthält, in welchem der Strom von der ersten Batterie zur Seite der zweiten Batterie fließt, wenn eine Leistungszufuhr zur Steuereinrichtung gestoppt wird.
Leistungszuführeinheit nach Anspruch 2, wobei die Erregungsaufrechterhaltungseinrichtung einen Widerstand (90) enthält, der parallel zur Schalteinrichtung elektrisch verbunden ist, und konfiguriert ist, um Leistung von der ersten Batterie über den Widerstand zur Seite der zweiten Batterie zuzuführen, wenn die Ausgabe des Erregersignals gestoppt ist, sobald die Leistungszufuhr zur Steuereinrichtung gestoppt wird.
Leistungszuführeinheit nach Anspruch 3, wobei die Erregungsaufrechterhaltungseinrichtung den Widerstand und ein Gleichrichterelement (91) enthält, das in Serie zum Widerstand verbunden ist und derart angeordnet ist, dass eine Vorwärtsrichtung des Gleichrichterelements so eingestellt ist, dass der Strom von der ersten Batterie zur Seite der zweiten Batterie fließen kann.
Leistungszuführeinheit nach Anspruch 4, wobei der Halbleiterschalter, in welchem die Vorwärtsrichtung der parasitären Diode eingestellt ist, so mit dem Widerstand in Serie verbunden ist, dass der Strom von der ersten Batterie zur Seite der zweiten Batterie fließen kann, und die parasitäre Diode des Halbleiterschalters als Gleichrichterelement dient.
Leistungszuführeinheit nach Anspruch 2, wobei die Erregungsaufrechterhaltungseinrichtung ein Verriegelungsschalter (92) mit einer Selbstverriegelungsfunktion ist, und der Verriegelungsschalter einschaltet, um den Erregungszustand durch die Selbstverriegelung aufrechtzuerhalten, wenn die Ausgabe des Erregersignals gestoppt ist, sobald die Leistungszufuhr zur Steuereinrichtung gestoppt wird.
Leistungszuführeinheit nach Anspruch 2, wobei die Erregungsaufrechterhaltungseinrichtung eine Ausgabehalteschaltung (93) enthält, die die Ausgabe des Erregersignals hält, wenn die Leistungszufuhr zur Steuerrichtung gestoppt wird.
Leistungszuführeinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Leistungszuführeinheit ferner eine zweite Schalteinrichtung (70) enthält, die elektrisch mit einem Strompfad zwischen der Schalteinrichtung und der zweiten Batterie verbunden ist, wobei die zweite Schalteinrichtung durch die Steuereinrichtung derart geschaltet wird, dass der Strompfad zwischen einem Leitungs- und Sperrzustand geschaltet wird, und als normalerweise geöffneter Schalter dient, der geöffnet ist, wenn ein zweites Erregersignal nicht durch die Steuereinrichtung eingegeben wird, um den Strompfad zu sperren.
Leistungszuführeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Schalteinrichtung zum Leiten schaltet, um die zweite Batterie zu laden, wenn der Betrag der gespeicherten Leistung der zweiten Batterie niedriger als ein unterer Schwellwert ist.
Leistungszuführeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Schalteinrichtung zum Sperren schaltet, um das Laden der zweiten Batterie zu stoppen, wenn der Betrag der gespeicherten Leistung der zweiten Batterie höher als ein unterer Schwellwert ist.