DE102011056270A1

DE102011056270A1 - Leistungsversorgungseinheit, welche mit zwei Typen von Batterien vorgesehen ist.

Info

Publication number: DE102011056270A1
Application number: DE102011056270A
Authority: DE
Inventors: Atsushi Imai; Shigenori Saito; Hiroshi Tamura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2012-06-14
Also published as: JP5541134B2; JP2012130108A

Abstract

Eine Leistungsversorgungseinheit weist eine erste Batterie (20) und eine zweite Batterie (30) auf, welche elektrisch parallel miteinander verbunden sind, einen Schalter (50, 60), welcher zwischen der ersten und der zweiten Batterieseite angeordnet ist, wobei jede jeweils einen Wechselstromgenerator (10) und eine elektrische Last (43) aufweist und angepasst ist, um eine Leitung zwischen der ersten Batterieseite und der zweiten Batterieseite über eine Versorgungsleitung zu öffnen und zu unterbrechen. Die Leistungsversorgungseinheit weist weiterhin eine Bypassleitung (93) und einen Bypass-Schalter (94) zum Umgehen der Versorgungsleitung auf. Der Bypass-Schalter (94) schaltet an, um die Bypassleitung (93) in einen Leitungszustand zu versetzen, um die elektrische Last (43) über die Bypassleitung (93) an Stelle der Versorgungsleitung mit Leistung zu versorgen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(Gebiet der Erfindung)
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungsversorgungseinheit und genauer auf eine Leistungsversorgungseinheit, welche mit Sekundärbatterien vorgesehen ist, welche eine Bleibatterie (Blei-Säurebatterie, lead-acid battery) und eine Batterie wie beispielsweise eine Lithiumbatterie aufweisen, welche im Vergleich mit Bleibatterien eine hohe Ausgabe- bzw. Ausgangsdichte oder eine hohe Energiedichte hat.
(Beschreibung der verwandten Technik)
Im Allgemeinen weisen Fahrzeuge, welche eine interne Verbrennungsmaschine als Antriebskraft haben, eine Bleibatterie zur Leistungsversorgung von verschiedenen Typen von elektrischen Lasten, wie beispielsweise Startmotoren bzw. Anlassermotoren auf. Die Bleibatterie ist verglichen mit Hochleistungssekundärbatterien, welche eine hohe Ausgangs-/Energie-Dichte haben, wie beispielsweise Nickelbatterien oder Lithiumbatterien, eine kostengünstigere Batterie. Die Haltbarkeit der Bleibatterie ist jedoch nicht genügend für häufige Lade-/Entladezyklen. Insbesondere muß sich die Bleibatterie, welche in einem Fahrzeug, welches eine Leerlauf-Stoppfunktion hat, häufig entladen, so dass die Bleibatterie schneller altert als die Hochleistungssekundärbatterien. Darüber hinaus gibt es in einem Fahrzeug, das mit einer Batterie vorgesehen ist, welche die Lichtmaschine mit der Leistung lädt, welche von der regenerativen Energie des Fahrzeugs erzeugt wird, Bedenken, dass die Bleibatterie, welche in dem Fahrzeug angebracht ist, sich häufig entlädt, wodurch sie schneller altert als die Hochleistungssekundärbatterien. Unter Betrachtung der obigen Bedenken, würden die Herstellungskosten des Fahrzeuges signifikant ansteigen, auch wenn die Bleibatterie durch eine Hochleistungsbatterie, wie beispielsweise eine Lithiumbatterie ersetzt wird.
Gemäß den folgenden Dokumenten: Japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschriften Nr. 2007-46508 , 2007-131134 , 2008-29058 , 2008-155814 und 2009-126395 , offenbaren diese Dokumente eine Konfiguration bzw. einen Aufbau, in welchem sowohl eine kostengünstige bzw. billig Bleibatterie als auch eine Hochleistungsbatterie, welche eine hohe Standfestigkeit gegen eine häufige Ladung/Entladung hat (Sekundärbatterie), in einem Fahrzeug angebracht, um wechselweise parallel miteinander verbunden zu sein. In dem Aufbau stellt die Hochleistungsbatterie vorzugsweise Leistung der elektrischen Last zur Verrigung und ein Laden (regeneratives Laden) wird zu der Hochleistungsbatterie vorzugsweise während des Leerlauf-Stoppzustandes durchgeführt, wodurch verhindert werden kann, dass die Bleibatterie früh altert. Indessen stellt, was einen Leerlaufzustandsstrom bzw. Leerlaufstrom, welcher für ausgedehnte Stunden zur Verfügung gestellt werden soll, wenn das Fahrzeug parkt oder dergleichen, die Bleibatterie den Leerlaufstrom zur Verfügung. Als ein Ergebnis kann die Hochleistungsbatterie geschrumpft bzw. kleiner gemacht werden, so dass die Herstellungskosten verringert werden können.
Es sollte festgehalten werden, dass die Leistungsversorgungseinheit gemäß den oben beschriebenen Dokumenten eine DC-DC-Wandlereinheit benötigen, um zwischen beiden Sekundärbatterien angeordnet zu sein. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung jedoch haben eine Leistungsversorgungseinheit entwickelt, welche keinen DC-DC-Wandler zwischen den Batterien benötigt, wodurch eine signifikante Kostenverringerung erreicht wird, und die Erfinder haben die Leistungsversorgungseinheit als Patentanmeldungen bereitgestellt, d. h. die japanischen Patentanmeldungsnummern 2009-156947 , 2009-223947 und 2010-101829 (hierauf wird hierin nachstehend Bezug genommen als JP 2009-156947 , JP 2009-223947 und JP 2010-101829 ) vor der vorliegenden Anmeldung. Während die oben beschriebene Leistungsversorgungseinheit, welche keinen DC-DC-Wandler hat, entwickelt wurde, fanden die Erfinder heraus, dass ein Problem neu in der Leistungsversorgungseinheit auftritt, welches niemals in der herkömmlichen Leistungsversorgungseinheit auftrat.
Die vorliegende Erfindung ist entwickelt, um das Problem in der Leistungsversorgungseinheit, welche keinen DC-DC-Wandler hat, zu lösen. Hierin nachstehend werden grob die Merkmale der obigen Dokumente ( JP 2009-156947 , JP 2009-223947 und JP 2010-101829 ) und die Probleme, welche einer solchen Leistungsversorgungseinheit innewohnend bzw. inhärent sind, beschrieben.
Als Erstes wird eine Zusammenfassung des Dokuments JP 2009-156947 wie folgt beschrieben. Im Allgemeinen kann, wenn Sekundärbatterien verwendet werden, ein Überladungszustand oder ein Überspannungszustand eine frühe Alterung der Batterie verursachen. Demnach werden die Sekundärbatterien vorzugsweise innerhalb eines erlaubten bzw. zulässigen SOC(State of Charge=Ladungszustands-)Bereichs verwendet, welcher nicht der Überladungs-/Überspannungsbereich ist. Es sei festgehalten, dass der SOC einen Ladungszustand repräsentiert, welcher definiert ist als ein Verhältnis einer geladenen Menge bzw. eines geladenen Betrages zu der Menge bzw. dem Betrag der vollständig geladenen Kapazität. Die Leerlaufspannung der Sekundärbatterie variiert abhängig von dem SOC. Auch die Leerlaufspannung der Bleibatterie, wenn sie innerhalb des zulässigen SOC-Bereichs (beispielsweise 12,7 V bis 12,8 V) verwendet wird, und die Leerlaufspannung der Hochleistungsbatterie, wenn sie innerhalb des zulässigen SOC-Bereichs verwendet wird, sind normalerweise unterschiedliche Werte.
Da beide Batterien parallel miteinander elektrisch verbunden sind, fließt, wenn sich die Batterien entladen, ein Strom von der Batterie, welche die höhere Anschlussspannung Vd (siehe unterhalb die Gleichung 1) hat, in die Batterie, welche die geringere Anschlussspannung Vd hat, so dass ein Überladungszustand, welcher außerhalb des zulässigen SOC-Bereichs ist, auftreten kann. Die Anschlussspannung der Batterien Vd wird als die Gleichung 1 wie folgt ausgedrückt. Vd = Vo – Id × R (Gleichung 1) wobei Id, R und Vo einen Entladestrom, einen internen Widerstand bzw. Innenwiderstand der Batterie, und eine Leerlaufspannung der Batterie repräsentieren.
Demzufolge weist die Leistungsversorgungseinheit, welche in den oben beschriebenen Dokumenten 2007-46508 , 2007-131134 , 2008-29058 , 2008-155814 und 2009-126395 offenbart ist, einen DC-DC-Wandler zwischen beiden Batterien auf, um die Anschlussspannung der Batterie zu regulieren, welche eine höhere Anschlussspannung (gewöhnlicherweise die Hochleistungsbatterie) hat, wodurch der Strom, welcher von der Hochleistungsbatterie in die Batterie fließt, welche die geringere Anschlussspannung (gewöhnlicherweise die Bleibatterie) hat, vermieden wird. Als ein Ergebnis vermeidet die Leistungsversorgungseinheit gemäß den oben beschriebenen Dokumenten die Überladung der Bleibatterie.
Da jedoch der DC-DC-Wandler ein teures Produkt ist, kann keine ausreichende Kostenverringerung mit der oben beschriebenen Leistungsversorgungseinheit erreicht werden, in welcher ein DC-DC-Wandler notwendigerweise verwendet wird.
In der Leistungsversorgungseinheit gemäß dem Dokument JP 2009-156947 sind die Leerlaufspannungen und die internen Widerstände für die Bleibatterie und die Hochleistungsbatterie derart ausgelegt, dass ein Bereich, in welchem der zulässige SOC-Bereich der Bleibatterie und der zulässige SOC-Bereich der Hochleistungsbatterie sind, überlappt sind. Als ein Ergebnis kann der DC-DC-Wandler von der Leistungsversorgungseinheit entfernt werden und der Überladungszustand der Bleibatterie kann vermieden werden, so dass die Kostenverringerung erreicht werden kann.
Gemäß der Leistungsversorgungseinheit jedoch, welche in der JP 2009-156947 offenbart ist, sind die Bleibatterie (und der Generator) und die Hochleistungsbatterie direkt verbunden ohne den DC-DC-Wandler zu verbinden. Demnach fließt ein Strom von der Hochleistungsbatterie zu dem Startermotor bzw. Anlassermotor, dessen Leistungsquelle die Bleibatterie ist, so dass eine Überentladung der Hochleistungsbatterie auftreten kann.
Gemäß der Leistungsversorgungseinheit, welche in den Dokumenten JP 2009-223947 und JP 2010-101829 offenbart ist, ist ein Halbleiterschalter zwischen der Bleibatterie (und dem Generator) und der Hochleistungsbatterie angeordnet, und der Halbleiterschalter wird gesteuert, um AUS zu sein, während der Startermotor betrieben wird. Gemäß dieser Konfiguration bzw. diesem Aufbau kann ein Strom, welcher von der Hochleistungsbatterie in den Startermotor fließt vermieden werden, so dass verhindert werden kann, dass die Hochleistungsbatterie überentladen wird.
Gemäß den Leistungsversorgungseinheiten jedoch, welche in der JP 2009-223947 und der JP 2010-101829 offenbart sind kann, im Fall, dass die Steuer- bzw. Regelvorrichtung, welche den Halbleiterschalter steuert, in einem fehlerhaften Zustand ist oder der Halbleiterschalter selbst in einem fehlerhaften Zustand ist, der Halbleiterschalter nicht betätigt werden und die Hochleistungsbatterie kann nicht geladen werden. Dann kann eine elektrische Last, welche durch die Hochleistungsbatterie betrieben bzw. mit Leistung versorgt wird, durch die Hochleistungsbatterie nicht mit Leistung versorgt werden. Weiterhin können der Generator und die Bleibatterie der elektrischen Last keine Leistung zur Verfügung stellen. Als ein Ergebnis tritt das Problem auf, dass die elektrische Last nicht betätigt bzw. betrieben werden kann.
Gemäß den herkömmlichen Leistungsversorgungseinheiten, in welchen die Bleibatterie (und der Generator) und die Hochleistungsbatterie über einen DC-DC-Wandler verbunden sind, kann, unter der Annahme, dass der DC-DC-Wandler in einem fehlerhaften Zustand ist, ein Schubbetrieb bzw. Verstärkungsbetrieb (Boost Operation) der Wandlerschaltung nicht getätigt werden. Die Leistungsversorgungsfunktion kann jedoch noch aufrechterhalten werden. Demnach kann eine Leistungsversorgung der elektrischen Last durch den Generator und die Bleibatterie aufrechterhalten werden, so dass das oben beschriebene Problem nicht auftauchen wurde Andererseits tritt gemäß der Leistungsversorgungseinheit, welche in der JP 2009-223947 und der JP 2010-101829 offenbart ist, ein Problem neu auf derart, dass die elektrische Last nicht durch irgendeine Leistungsquelle betrieben werden kann, wenn der Halbleiterschalter aufgrund eines Fehlers nicht betätigt werden kann.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist vorgesehen, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Leistungsversorgungseinheit vorzusehen, welche eine Ausfallssicherheitsfunktion gegen das Auftreten eines Fehlers aufweist.
Als ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Leistungsversorgungseinheit, welche zwei Typen von Batterien hat, vorgesehen. Besonders weist die Leistungsversorgungseinheit Folgendes auf: Eine erste Batterie (20); eine zweite Batterie (30), welche elektrisch parallel mit der ersten Batterie verbunden ist, wobei die Ausgangsdichte oder Energiedichte der zweiten Batterie höher ist als diejenige der ersten Batterie, wobei die erste und zweite Batterie in der Lage sind, mit Leistung, welche durch einen Generator bzw. einen Wechselstromgenerator bzw. eine Lichtmaschine erzeugt wird, geladen zu werden; einen Schalter (50, 60), welcher zwischen der ersten Batterieseite und einer zweiten Batterieseite elektrisch verbunden ist, wobei die erste Batterieseite den Wechselstromgenerator und die erste Batterie elektrisch dazwischen verbunden aufweist, und die zweite Batterieseite die zweite Batterie und eine elektrische Last (43), welche elektrisch dazwischen verbunden ist, aufweist, in welcher der Schalter elektrisch öffnet und die Leitung zwischen der ersten Batterieseite und der zweiten Batterieseite unterbricht; eine Versorgungsleitung (90, 91, 92), welche elektrisch die erste Batterieseite und die zweite Batterieseite über den Schalter verbindet, um die elektrische Last und die zweite Batterie mit der Leistung, welche durch den Wechselstromgenerator erzeugt wird oder der Leistung, welche durch die erste Batterie zur Verfügung gesteht wird, zu versorgen; eine Bypassleitung (93), welche elektrisch mit der Versorgungsleitung verbunden ist, wobei die Bypassleitung die Versorgungsleitung umgeht und die elektrische Last und die zweite Batterie (30) mit der Leistung, welche durch den Wechselstromgenerator erzeugt wird oder der Leistung, welche durch die erste Batterie geladen wird, versorgt; und einen Bypass-Schalter (94), welcher die Bypassleitung zwischen einem Leitungszustand und einem Isolierzustand schaltet.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird, da die Leistungsversorgungseinheit die Bypassleitung aufweist, welche den Schalter wie beispielsweise den Halbleiterschalter umgeht, um die elektrische Last mit Leistung von dem Wechselstromgenerator oder der ersten Batterie wie beispielsweise Bleibatterie zu versorgen, auch wenn ein Fehler in der Leistungsversorgungseinheit auftritt, in welcher die Leistung der elektrischen Last nicht zur Verfügung gestellt werden kann, die Bypassleitung verwendet, um der elektrischen Last Leistung über die Bypassleitung zur Verfügung zu stellen.
Weiterhin weist die Bypassleitung den Bypass-Schalter auf, um die Bypassleitung während eines normalen Betriebes, in dem kein Fehler aufgetreten ist, abzusperren. Demnach kann in einem normalen Betrieb der Schalter die Versorgungsleitung steuern, um in einem leitenden Zustand oder einem abgesperrten Zustand zu sein. Als ein Ergebnis kann eine Ausfallsicherheitsfunktion im Falle eines Auftretens eines Fehlers an einem Controller (Steuer- bzw. Regeleinheit), welcher den Schalter steuert oder einem Fehler an dem Schalter selbst auf die Leistungsversorgungseinheit angewandt werden.
Als ein zweiter Aspekt der Erfindung ist der Bypass-Schalter ein elektromagnetisches Relais vom normalerweise geschlossenen Typ.
Unter der Annahme, dass das elektromagnetische Relais als der Bypass-Schalter eingesetzt wird, und wenn ein Fehler in einem Controller (einer Steuer- bzw. Regeleinheit) auftritt, welche den Betrieb des elektromagnetischen Relais steuert oder der Fehler gleichzeitig in dem Controller und der Schaltvorrichtung auftritt, aufgrund einer Wasserfüllung der Leistungsversorgungseinheit oder dergleichen, kann, wenn die Bypassleitung nicht leiten kann, die Ausfallssicherheitsfunktion nicht ausgeführt werden.
In Anbetracht der oben beschriebenen Aspekte setzt die vorliegende Erfindung das elektromagnetische Relais vom normalerweise geschlossenen Typ ein, wodurch die Ausfallssicherheitsfunktion durchgeführt werden kann, auch wenn ein Fehler an bzw. im Controller und dem Schalter gleichzeitig auftritt. Als ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Leistungsversorgungseinheit einen zweiten Batterieschalter (70) auf, welcher einen Leitungsweg schaltet, welcher die zweite Batterie und die Versorgungsleitung (91) zwischen Leitung und Absperren verbindet, wobei der zweite Batterieschalter angepasst ist, um den Leistungsweg zu schalten, um abgesperrt zu sein, um die zweite Batterie von der Versorgungsleitung zu isolieren, während die Bypassleitung durch den Bypass-Schalter leitfähig gemacht wurde.
Während die Bypassleitung leitend ist, um die Ausfallssicherheitsfunktion durchzuführen, fließt, wenn der Leitungsweg zwischen der zweiten Batterie und der Versorgungsleitung leitend verbleibt, ein Strom über die Versorgungsleitung von der Bypassleitung zu der zweiten Batterie, so dass wahrscheinlich eine Überladung der zweiten Batterie auftritt. Da die Bypassleitung ausgelegt ist, um einen kleinen Betrag bzw. eine kleine Menge von Stromfluss zu ermöglichen, welcher für die elektrische Last benötigt wird, wie beispielsweise 10 A, fließt, wenn der Strom zu der zweiten Batterie wie obenstehend beschrieben fließt, ein großer Betrag von Strom bzw. eine große Menge von Strom wie beispielsweise 100 A durch die Bypassleitung. Demgemäß muss die Bypassleitung ausgelegt sein, um eine Möglichkeit zu haben, eine große Strommenge, welche fließt, wie beispielsweise 100 A, handzuhaben.
In Betracht der oben beschriebenen Aspekte wird in der Leistungsversorgungseinheit gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung der zweite Batterieschalter gesteuert, um den Leitungsweg zwischen der zweiten Batterie und der Versorgungsleitung abzuschalten, während die Bypassleitung leitend gemacht ist. Demnach kann eine Überladung/Überentladung verhindert werden und die Stromkapazität der Bypassleitung kann unter der Annahme einer kleinen Strommenge ausgelegt werden.
Als ein vierter Aspekt der Erfindung ist der zweite Batterieschalter angepasst, um den Leitungsweg zu schalten, um abgesperrt zu sein, wenn der Bypass-Schalter die Bypassleitung schaltet, um von dem isolierenden Zustand in den leitfähigen Zustand zu kommen.
Gemäß dem vierten Aspekt kann verhindert werden, dass sowohl die Versorgungsleitung als auch die Bypassleitung gleichzeitig abgesperrt werden. Demnach bzw. demzufolge kann die Leistung der elektrischen Last kontinuierlich zur Verfügung gestellt werden, wodurch jegliche Leistungsunterbrechung zu der elektrischen Last vermieden wird.
Als einen fünften Aspekt der Erfindung weist die Versorgungsleitung einen Steuereinheitverbindungspunkt (90b) auf, an welchem die Versorgungsleitung zu einer Steuereinheit (80) abgezweigt ist, welche zum Steuern des Schalters verwendet wird, um der Steuereinheit Leistung zur Verfügung zu stellen, und ein Ende der Bypassleitung, welches mit der ersten Batterieseite zu verbinden ist, ist an einem Punkt an der Versorgungsleitung angeordnet, welcher näher zu der ersten Batterieseite ist als zu dem Steuereinheitverbindungspunkt.
Die Versorgungsleitung ist durch eine Mehrzahl von Kabelsträngen bzw. Kabelbäumen konfiguriert und Stecker bzw. Verbinder, welche die Kabelstränge bzw. Kabelbäume verbinden. Es gibt Bedenken, dass ein Fehler an dem Steckerabschnitt bzw. Verbinderabschnitt aufgrund von Kontaktfehlern auftreten kann. Es sollte daher die Anzahl von Verbindern in der Leistungsversorgungseinheit vorzugsweise so weit wie möglich verringert sein. Besonders wird, unter Betrachtung der Ausfallssicherheitsfunktion die Anzahl von Verbindern in einem Abschnitt, wo die Versorgungsleitung nicht durch die Bypassleitung abgezweigt ist bzw. verzweigt ist, verringert. Dies wird bewerkstelligt durch ein Verbinden jeweiliger Enden der Bypassleitung mit der Versorgungsleitung, um voneinander entfernt zu sein. Als ein Ergebnis kann die Leistung der elektrischen Last ohne Verbinder, welcher Fehler haben, wenn die Bypassleitung betrieben wird, zur Verfügung gestellt werden.
Gemäß dem fünften Aspekt der Erfindung ist ein Ende der Bypassleitung, welches mit der ersten Batterieseite zu verbinden ist, in Richtung der ersten Batterieseite näher platziert als der Steuereinheitverbindungspunkt. Demnach können jeweilige Enden der Bypassleitung voneinander getrennt sein, um die Versorgungsleitung zu verbinden, wenn die Verbindung, welche in Richtung der zweiten Batterieseite verbunden wird, mit dem Steuereinheitverbindungspunkt verglichen wird.
Als ein sechster Aspekt der Erfindung weist die Versorgungsleitung einen zweiten Batterieverbindungspunkt (70a) auf, an welchem die Versorgungsleitung zu der zweiten Batterie abgezweigt ist, um der zweiten Batterie Leistung zur Verfügung zu stellen, und ein Ende der Bypassleitung, welches mit der zweiten Batterieseite zu verbinden ist, ist an einem Punkt der Versorgungsleitung angeordnet, welcher näher zu der zweiten Batterieseite ist als zu dem zweiten Batterieverbindungspunkt.
Gemäß dem sechsten Aspekt der Erfindung ist ein Ende der Bypassleitung das mit der zweiten Batterieseite zu verbinden ist, in Richtung der zweiten Batterieseite näher platziert als zu dem zweiten Batterieverbindungspunkt. Demnach kann der Abstand zwischen jeweiligen Enden der Bypassleitung länger (voneinander entfernt) sein, um die Versorgungsleitung zu verbinden, wenn die Verbindung, welche in Richtung der ersten Batterieseite verbunden ist und dann der zweite Batterieverbindungspunkt verglichen wird.
Als ein siebter Aspekt der Erfindung weist die Leistungsversorgungseinheit weiterhin Folgendes auf: Eine Platine bzw. Leiterplatte (95), welche den Schalter und den Bypass-Schalter darauf angebracht hat, wobei ein Teil der Versorgungsleitung und der Bypassleitung elektrisch mit der Leiterplatte verbunden sind, und ein Gehäuse (30k), welches die Leiterplatte darin aufnimmt. Der Teil der Versorgungsleitung ist durch einen Kabelstrang bzw. Kabelbaum konfiguriert, welcher einen Gehäuseanschluss (T1, T2), welcher an dem Gehäuse angeordnet ist, elektrisch mit dem Leiterplattenanschluss (95t), welcher an der Leiterplatte angeordnet ist, verbindet, wobei entweder ein Ende der Bypassleitung, welches mit der ersten Batterieseite verbunden ist, oder das andere Ende der Bypassleitung, welches mit der zweiten Batterieseite verbunden ist, elektrisch mit dem Leiterplattenanschluss verbunden ist.
Zum Anbringen von Komponenten an der Leiterplatte ist es zu bevorzugen, dass die Schalter und der Bypass-Schalter auf derselben Leiterplatte angeordnet bzw. angebracht sind, so dass die Anzahl von Leiterplatten verringert werden kann, und die Leiterplatten werden in dem Gehäuse aufgenommen. In dieser Hinsicht sind Anschlüsse (Gehäuseanschlüsse), welche die Versorgungsleitungen verbinden, in dem Gehäuse angeordnet, und Anschlüsse (Leiterplattenanschlüsse), welche in den Leiterplatten angeordnet sind, und die Gehäuseanschlüsse sind notwendigerweise durch Kabelstränge bzw. Kabelbäume verbunden.
In der vorliegenden Erfindung können, da die oben beschriebene Konfiguration, in welcher die Bypass-Anschlüsse mit den Anschlüssen verbunden sind, eingesetzt wird, die jeweiligen Enden der Bypassleitung voneinander so weit wie möglich entfernt platziert werden, wenn die Bypassleitung mit der Leiterplatte verbunden wird.
Als einen achten Aspekt der Erfindung weist die Leistungsversorgungseinheit eine Mehrzahl von Schaltern auf, welche in Serie verbunden sind, um es zu ermöglichen, dass die Stromrichtungen von parasitären Dioden, welche in den Schaltern inhärent sind, gegenüber zueinander sind.
Unter der Annahme, dass nur ein Schalter in einer Leistungsversorgungseinheit verwendet wird, treten die folgenden Probleme auf. Im Allgemeinen weisen Halbleiterschalter wie beispielsweise MOSFET inhärente parasitäre Dioden in ihrer Struktur bzw. ihrem Aufbau auf. Dann fließt, auch wenn der Halbleiterschalter abgeschaltet ist, wenn eine Spannungsdifferenz, welche die Sperrspannung der parasitären Diode überschreitet, in dem Halbleiterschalter erzeugt wird, ein Strom durch die parasitäre Diode. Demnach gibt es Probleme, dass eine Überladung oder Überentladung der Sekundärbatterie auftreten kann.
In dieser Hinsicht sind gemäß dem achten Aspekt der Erfindung die Mehrzahl von Schaltern in Serie verbunden, um es zu ermöglichen, dass die Stromrichtungen der parasitären Dioden in den Schaltern einander gegenüberliegend sind. Demnach kann durch ein Steuern beider Schalter, um abgeschaltet zu sein, eine Leitung zwischen der ersten Batterie und der zweiten Batterie zuverlässig abgeschaltet werden, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen.
Nichtsdestoweniger kann unter Berücksichtigung dessen, dass nur ein Schalter für die Leistungsversorgungseinheit verwendet wird, ungeachtet eines Fehlers, welcher die Lebensdauer des Schalters beendet, die parasitäre Diode ermöglichen, dass der Strom von der ersten Batterie über die parasitäre Diode in die elektrische Last fließt, wobei die Ausfallssicherheitsfunktion vorgesehen werden kann. Es kann jedoch eine Überladung oder eine Überentladung der zweiten Batterie passieren.
Gemäß dem achten Aspekt der Erfindung wird eine Überladung oder eine Überentladung der Sekundärbatterie durch Verwenden der Mehrzahl von Schaltern verhindert und auch ein Problem gelöst, welches durch die Verwendung der Mehrzahl von Schaltern verursacht ist, wo die elektrische Last durch die Bypassleitungen zusammen mit dem Bypass-Schalter, welcher in der Leistungsversorgungseinheit eingeschlossen ist, nicht mit Leistung versorgt werden kann, wenn ein Fehler auftritt.
Als ein neunter Aspekt der Erfindung ist die Leistungsversorgungseinheit an einem Fahrzeug angebracht. Die Leistungsversorgungseinheit weist ein gemeinsames Gehäuse (30k), welches die zweite Batterie aufnimmt, den Schalter und die Steuereinheit, welche den Schalter steuert, und einen Batteriepack (30p), welcher einen Verbinder hat, welcher elektrisch den Wechselstromgenerator, die erste Batterie und die elektrische Last mit dem Batteriepack verbindet, auf. Der Batteriepack ist außerhalb eines Maschinenraums des Fahrzeugs angeordnet.
Gemäß dem neunten Aspekt der Erfindung kann eine existierende Leistungsversorgungseinheit, welche einen Wechselstromgenerator, verschiedene elektrische Lasten und eine erste Batterie hat, geändert werden, um den Batteriepack, welcher parallel zu der ersten Batterie verbunden ist, aufzuweisen. Demnach kann eine Anordnungsänderung der Hardware in der existierenden Leistungsversorgungseinheit minimiert werden.
Wenn die Anordnung der Leistungsversorgungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung allgemein betrachtet wird, ist die Bleibatterie (erste Batterie) in dem Maschinenraum angeordnet. Die zweite Batterie jedoch hat eine geringe thermische Toleranz, so dass es notwendig ist, dass der Batteriepack außerhalb des Maschinenraums angeordnet ist. Demnach kann der Batteriepack vorzugsweise unter dem Beifahrersitz der Fahrzeugkabine angeordnet sein oder unter der Konsole bzw. dem Konsolenkasten.
Wenn der Batteriepack jedoch unter dem Sitz angeordnet ist und wenn Wasser in die Fahrzeugkabine eintritt, welches das Bodenniveau erreicht, kann das Wasser in das Gehäuse eintreten. In diesem Fall kann ein Fehler an dem Controller auftreten, welcher den Betrieb des Schalters steuert.
Gemäß dem neunten Aspekt der Erfindung kann in der Leistungsversorgungseinheit, welche den Batteriepack, welcher außerhalb des Maschinenraums angeordnet ist, die Bypassleitung und den Bypass-Schalter aufweist, eine Ausfallssicherheitsfunktion angemessen durchgeführt werden, wenn der Controller in einem fehlerhaften Zustand ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In den beigefügten Zeichnungen sind:
1 ein Blockschaltbild, welches eine Leistungsversorgungseinheit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein erklärendes Diagramm, welches einen Betrieb einer regenerativen Ladung zeigt, welche in der Leistungsversorgungseinheit durchgeführt wird, wie sie in 1 gezeigt ist;
3 ein erklärendes Diagramm, welches eine automatische Wiederstart-Operation zeigt, welche in der Leistungsversorgungseinheit, wie sie in 1 gezeigt ist, durchgeführt wird;
4 ein erklärendes Diagramm, welches einen Leerlauf-Stoppbetrieb bzw. eine Leerlauf-Stopp-Operation (Vd(Pb) > Vd(Li)) in der Leistungsversorgungseinheit, wie sie in 1 gezeigt ist, zeigt;
5 ein erklärendes Diagramm, welches eine Leerlauf-Stopp-Operation (Vd(Pb) <= Vd(Li)) in der Leistungsversorgungseinheit, wie sie in 1 gezeigt ist, zeigt;
6 ein erklärendes Diagramm, welches einen Leistungsversorgungsweg zeigt, welcher einer elektrischen Last, welche mit einer konstanten Spannung betrieben wird, zur Verfügung gestellt wird, wenn ein Mikroprozessor in einem fehlerhaften Zustand ist, gemäß der Leistungsversorgungseinheit, wie sie in 1 gezeigt ist;
7 ein Blockschaltbild, welches eine Konfiguration eines Batteriepacks in der Leistungsversorgungseinheit zeigt, wie sie in 1 gezeigt ist;
8 ein schematisches Diagramm eines Batteriepacks, welches eine Detailverbindung einer Bypassleitung in der Leistungsversorgungseinheit zeigt, wie sie in 1 gezeigt ist; und
9 ein Diagramm, welches Örtlichkeiten zeigt, an welchen Batteriepacks in einem Fahrzeug V angeordnet sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Mit Bezugnahme auf die Zeichnungen wird hierin nachstehend eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Die Leistungsversorgungseinheit gemäß der Ausführungsform ist an dem Fahrzeug V (unter Bezugnahme auf 9) angebracht. Das Fahrzeug V wird durch eine interne Verbrennungsmaschine E als eine Antriebsquelle angetrieben. Das Fahrzeug V weist eine Leerlauf-Stoppfunktion auf, in welcher die interne Verbrennungsmaschine E automatisch stoppt, wenn eine vorbestimmte automatische Stoppbedingung erfüllt ist und automatisch wiederstartet, wenn die vorbestimmte automatische Wiederstartbedingung erfüllt ist. Das Fahrzeug V ist mit einem Startermotor bzw. Anlassermotor zum Drehen der Kurbelwelle der internen Verbrennungsmaschine E ausgestattet, wenn die interne Verbrennungsmaschine gestartet wird, das Fahrzeug V jedoch weist keinen Motor als eine Antriebskraft zum Unterstützen der Fahrzeugfortbewegung auf.
Wie in 1 gezeigt ist, weist das Fahrzeug V einen Wechselstromgenerator 10 (Generator), einen Regulierer bzw. Regulator 11 (Leistungserzeugungssteuer- bzw. Regelmittel), eine Bleibatterie bzw. Blei-Säure-Batterie (lead-acid battry) 20 (erste Batterie), eine Lithiumbatterie (zweite Batterie), verschiedene Typen von elektrischen Lasten 41, 42 und 43, zwei MOSFETs 50 und 60 (Schalter, Halbleiterschalter) und ein Lithiumbatterie-Relais 70 (zweiter Batterieschalter) auf. Die Bleibatterie 20, die Lithiumbatterie 30 und die elektrischen Lasten 41, 42 und 43 sind elektrisch parallel mit dem Wechselstromgenerator 10 verbunden.
Die MOSFETs 50 und 60 sind zwischen dem Wechselstromgenerator 10/der Bleibatterie 20 (erste Batterieseite) und der Lithiumbatterie 30/der elektrischen Last 43 (zweite Batterieseite) angeordnet. Die MOSFETs 50 und 60 sind angepasst, um die Leitung der Lithiumbatterie 30 zu dem Wechselstromgenerator 10 und der Bleibatterie zu schalten, um AN und AUS zu sein. In anderen Worten gesagt öffnen und unterbrechen die MOSFETs 50 und 60 elektrisch die Leitung zwischen der ersten Batterieseite und der zweiten Batterieseite.
Die MOSFETs 50 und 60 weisen jeder eine Gleichrichtungsfunktion bzw. Gleichrichtfunktion auf, welche in der internen Struktur inhärent ist. Das ist sozusagen so, dass die interne Schaltung der MOSFETs 50 und 60 äquivalent zu einer Schaltung ist, wo die Halbleiterschaltungsblöcke 52, 62 und die parasitären Dioden 51, 61 (Gleichrichtemittel) parallel verbunden sind. Die Gate-Eingangssignale des Halbleiterschalterblocks 52 und 62 werden durch eine elektronische Steuer- bzw. Regeleinheit (ECU) 80 geregelt bzw. gesteuert. Demnach steuert die ECU 80 die MOSFETs 50 und 60, um AN (Leitung) und AUS (Unterbrechung) zu sein.
Die zwei MOSFETs 50 und 60 sind in Serie verbunden, um es zu ermöglichen, dass die Stromrichtungen (wo der Strom fließt) der parasitären Dioden 51 und 61, die darin inhärent sind, einander entgegengesetzt zu sein. Demnach kann, wenn die zwei MOSFETs 50 und 60 gesteuert werden, um AUS zu sein, der Strom, welcher durch die parasitären Dioden 51 und 61 fließt, komplett abgeschaltet sein. Als ein Ergebnis kann, durch ein Abschalten der zwei MOSFETs 50 und 60 vermieden werden, dass ein Entladestrom der Lithiumbatterie 30 in die Bleibatterie 20 fließt, und es kann ebenso verhindert werden, dass ein Ladestrom von der Seite der Bleibatterie 20 in die Lithiumbatterie 30 fließt.
Das Lithiumbatterie-Relais 70 ist ein elektromagnetisches Relais, welches einen mechanischen Kontakt hat, und das Lithiumbatterie-Relais 70 hat keine Gleichrichterfunktion. Die ECU 80 steuert das Lithiumbatterie-Relais 70, um AN (Leitung) oder AUS (abgesperrt) zu sein. Dieses Lithiumbatterie-Relais 70 wird für eine Notfallsituation eingesetzt, wo die Notfall-Trennung bzw. Notfall-Abschaltung der Lithiumbatterie benötigt wird. Besonders stellt in der normalen Situation die ECU 80 immer einen Erregerstrom für das Lithiumbatterie-Relais 70 zur Verfügung, um das Relais 70 in dem AN-Zustand zu halten. In der Notfall-Situation stoppt die ECU 80 die Versorgung des Lithiumbatterie-Relais 70 mit dem Erregerstrom, um das Lithiumbatterie-Relais 70 auszuschalten, wodurch die Lithiumbatterie von der Versorgungsleitung 91 isoliert wird. Als ein Ergebnis kann ein Überladen oder Überentladen der Lithiumbatterie 30 vermieden werden.
Beispielsweise kann, wenn der Regulierer 11 bzw. der Regulator 11 in einem fehlerhaften Zustand ist, so dass die regulierte Spannung Vreg übermäßig hoch wird, die Lithiumbatterie in einem Überladezustand sein. In diesem Fall steuert die ECU 80 das Lithiumbatterie-Relais 70, um AUS zu sein.
Weiterhin kann, wenn der Wechselstromgenerator 10 in einem fehlerhaften Zustand ist, oder die MOSFETs 50 oder 60 in einem fehlerhaften Zustand sind, so dass die Lithiumbatterie 30 nicht geladen werden kann, ein Überentladen der Lithiumbatterie 30 auftreten. In diesem Fall steuert die ECU 80 das Lithiumbatterie-Relais 70, um AUS zu sein.
Ein elektromagnetisches Relais vom normalerweise offenen Typ wird für das Lithiumbatterie-Relais 70 eingesetzt. Demzufolge schaltet, wenn die ECU 80 fehlerhaft wird, so dass die Lithiumbatterie 70 nicht durch die ECU 80 gesteuert werden kann, das Lithiumbatterie-Relais 70 automatisch ab, um den Strom, welcher von der Lithiumbatterie 30 fließt, abzusperren.
Die elektrische Last 43 operiert mit einer konstanten Spannung. In anderen Worten gesagt benötigt die elektrische Last 43 eine Leistungsversorgung, deren Spannung annähernd konstant ist, oder innerhalb eines vorbestimmten Bereiches stabil ist. Die elektrische Last 43 ist mit der Seite der Lithiumbatterie 30 hinsichtlich des MOSFETs 50 und 60 verbunden, wodurch die Lithiumbatterie 30 der elektrischen Last 43, welche eine konstante Spannungsversorgung benötigt, Leistung zur Verfügung stellt.
Was die elektrische Last 43 betrifft, werden ein Navigationssystem oder eine Audio-Ausstattung als spezifische Beispiele verwendet. Beispielsweise nimmt, wenn die Spannung der Leistungsversorgung nicht konstant ist und in großem Maße variiert, oder wenn die Spannung der Leistungsversorgung signifikant über den vorbestimmten Bereich variiert, die Spannung der Leistungsversorgung schnell auf weniger als die minimale Betriebsspannung ab, so dass ein Betrieb der Ausstattung, wie beispielsweise des Navigationssystems zurückgesetzt werden kann. Demnach benötigt die Leistung, welche der elektrischen Last 43 zur Verfügung gestellt wird eine stabile Spannung, welche reguliert ist, um mehr als die Minimalbetriebsspannung zu sein.
Die Versorgungsleitungen 90, 91 und 92 sehen, wie in 1 gezeigt ist, einen Leistungsversorgungsweg vor, welcher die Leistung von dem Wechselstromgenerator 10 und der Bleibatterie 20 zu der elektrischen Last leitet. Die Versorgungsleitungen 90, 91 und 92 sind durch Kabelbäume bzw. Kabelstränge, einen Verbinder und eine Verdrahtung, welcher auf einer Leiterplatte gedruckt ist, konfiguriert. Die Versorgungsleitung 90 sieht einen Leistungsversorgungsweg vor, welcher die Leistung von dem Stromgenerator 10 und der Bleibatterie 20 zu den MOSFETs 60 leitet. Ähnlich sieht die Versorgungsleitung 91 einen Leistungsversorgungsweg vor, welcher die Leistung von dem MOSFET 50 zu der elektrischen Last 43 leitet. Die Versorgungsleitung 92 sieht einen Leistungsversorgungsweg vor, welcher die Leistung zwischen dem MOSFET 60 und dem MOSFET 50 leitet.
Eine Bypassleitung 93, wie in 1 gezeigt, ist elektrisch mit den Versorgungsleitungen 90 und 91 verbunden und umgeht die zwei MOSFETs 50 und 60 um dem Wechselstromgenerator 10 und der Bleibatterie 20 Leistung zur Verfügung zu stellen. Die Bypassleitung 93 ist durch einen Kabelbaum bzw. Kabelstrang, einen Verbinder und eine gedruckte Verdrahtung auf einer Leiterplatte aufgebaut. Die Bypassleitung 93 weist ein Bypass-Relais 94 (Bypass-Schalter) auf, welches ein elektromagnetisches Relais vom normalerweise geschlossenen Typ ist. Das Bypass-Relais 94 wird durch die ECU 80 gesteuert.
Das Bypass-Relais 94 wird verwendet, wenn ein Fehler in der ECU 80 (wird später beschrieben) erfasst ist bzw. wird. Wenn sie in einem normalen Zustand ist, gibt die ECU 80 immer einen Erregerstrom ab, um das Bypass-Relais auszuschalten (Isolierzustand). Wenn ein Fehler in der ECU 80 erfasst ist, so dass die ECU 80 den Erregerstrom nicht ausgeben kann, schaltet, da das Bypass-Relais 94 ein Relais vom normalerweise geschlossenen Zustand ist, das Bypass-Relais 94 an, um die Bypassleitung 93 zu verbinden (Leitungszustand).
Unter den elektrischen Lasten 41 bis 43 ist die elektrische Last 41 ein Startermotor bzw. Anlassermotor, um die interne Verbrennungsmaschine E zu starten. Die elektrische Last 42 ist eine Last, welche im Allgemeinen mit einer nichtkonstanten Spannungsquelle im Gegensatz zu dem Startermotor 41 betrieben wird. Die Beispiele der elektrischen Last 42 sind ein Frontscheinwerfer, ein Frontscheibenwischer, ein Versorgungsventilator einer Klimaanlage und ein Heizer, welcher für ein Enteisen einer rückwärtigen Scheibe verwendet wird.
Der Startermotor 41 und die elektrische Last 42 sind elektrisch mit der Seite der Bleibatterie unter Bezugnahme auf die MOSFETs 50 und 60 verbunden, wobei die Bleibatterie 20 der elektrischen Last 42 und dem Startermotor 41 Leistung zur Verfügung stellt.
Der Wechselstromgenerator 10 ist konfiguriert, um Leistung durch die Drehenergie der Kurbelwelle zu erzeugen. Besonders wenn der Rotor des Wechselstromgenerators 10 sich durch die Kurbelwelle dreht, wird ein AC-Strom (Wechselstrom) in bzw. an der Statorspule induziert in Antwort auf einen Betrag bzw. eine Menge des Erregerstroms, welcher durch die Rotorspule 10 fließt und dann wird der AC-Strom in einen DC-Strom (Gleichstrom) umgewandelt, und zwar durch einen Gleichrichter (nicht gezeigt). Der Regulator 11 reguliert den Erregerstrom, welcher durch die Rotorspule 10a fließt, wodurch die Spannung des erzeugten DC-Stroms reguliert wird, um die regulierte Spannung Vreg zu sein.
Die Leistung, welche durch den Wechselstromgenerator 10 erzeugt wird, wird den elektrischen Lasten 41 bis 43 und der Bleibatterie 20 und der Lithiumbatterie 30 zur Verfügung gestellt. Wenn der Wechselstromgenerator keine Leistung erzeugt, während die interne Verbrennungsmaschine E nicht betrieben wird, stellen die Bleibatterie 20 und die Lithiumbatterie 30 den elektrischen Lasten 41 bis 43 Leistung zur Verfügung. Betreffend den Betrag der Entladung von der Bleibatterie 20 und der Lithiumbatterie 30 zu den elektrischen Lasten 41 bis 43 und der Betrag der Ladung von dem Wechselstromgenerator 10 werden derart gesteuert bzw. geregelt, dass der Zustand der Ladung bzw. der Ladungszustand (SOC: State of Charge: Verhältnis des Ladungsbetrags in dem vollständig geladenen Betrag) geregelt bzw. gesteuert wird, um eine Überladung/Überentladung zu verhindern, und zwar durch ein Setzen der regulierten Spannung Vreg, um innerhalb eines angemessenen SOC-Bereichs zu sein und durch ein Steuern der MOSFETs 50 und 60.
Gemäß der Ausführungsform wird eine regenerative Verlangsamung durchgeführt, derart, dass der Wechselstromgenerator 10 Leistung durch die regenerative Leistung des Fahrzeugs V erzeugt, und beide Batterien 20 und 30 (hauptsächlich die Lithiumbatterie 30) mit der erzeugten Leistung lädt. Die regenerative Verlangsamung wird durchgeführt, wenn das Fahrzeug V in einem Verlangsamungszustand bzw. Bremszustand ist und die Kraftstoffeinspritzung zu der internen Verbrennungsmaschine E abgesperrt ist.
Die Bleibatterie 20 ist als für Allgemeinzwecke sekundäre Batterie bekannt. Besonders weist jede Batteriezelle der Bleibatterie 20 ein aktives Kathodenmaterial aus Bleidioxid (PbO₂), ein aktives Anodenmaterial aus Blei (Pb) und Elektrolyt in Form von Schwefelsäure (H₂SO₄) auf. Die Bleibatterie 20 ist aus einer Mehrzahl der Batteriezellen, welche in Serie verbunden sind aufgebaut. Es sollte festgehalten werden, dass die Ladekapazität der Bleibatterie ausgelegt ist, um größer zu sein als diejenige der Lithiumbatterie 30.
Indessen wird ein Lithiumoxid (beispielsweise Lithium-Metall-Komposit-Oxid) für das aktive Kathodenmaterial der Lithiumbatterie 30 verwendet. Beispielsweise werden ein Lithiumoxid wie beispielsweise LiCoO₂, LiMn₂O₄, LiNiO₂ und LiFePO₄ verwendet. Betreffend das aktive Anodenmaterial der Lithiumbatterie 30 werden Kohlenstoff (C), Graphit, Lithiumtitanat (beispiels Li_xTiO₂) und eine Legierung, welche Si oder So beinhaltet, verwendet. Weiterhin wird eine organische Elektrolytlösung für den Elektrolyt der Lithiumbatterie 30 verwendet. Die Lithiumbatterie 30 wird durch eine Mehrzahl der Batteriezellen konfiguriert bzw. aufgebaut, welche in Serie verbunden sind. Gemäß der Ausführungsform wird Lithiumtitanat für das aktive Anodenmaterial der Lithiumbatterie 30 verwendet.
Die Symbole 21 und 31 in 1 repräsentieren eine Gruppe der Batteriezelle der Bleibatterie und der Lithiumbatterie 30. Die Symbole 22 und 23 in 1 repräsentieren den internen Widerstand der Bleibatterie 20 und der Lithiumbatterie 30. In den folgenden Erklärungen ist die Leerlaufspannung V0 eine Spannung, welche durch die Gruppe der Batteriezellen 21 und 31 erzeugt wird, und die Anschlussspannung Vd und Vc sind Spannungen, welche durch die folgenden Gleichungen 1 und 2 ausgedrückt werden. Vd = V0 – Id × R (1) Vc = V0 + Ic × R (2) wobei Id der Entladestrom ist, Ic der Ladestrom ist, R der Innenwiderstand bzw. interne Widerstand der Batterie ist und V0 die Leerlaufspannung der Batterie ist. Wie in den Gleichungen (1) und (2) gezeigt ist, ist, wenn die Batterie beim Entladen ist, die Anschlussspannung Vd umso kleiner, je größer der Innenwiderstand ist, und wenn die Batterie im Laden ist, ist die Anschlussspannung Vc umso größer, je größer der Innenwiderstand ist.
Da die beiden Batterien 20 und 30 parallel miteinander elektrisch verbunden sind, fließt bei dem Ladebetrieb durch den Wechselstromgenerator 10 der Ladestrom in die Batterie, welche die geringere Anschlussspannung Vc hat, während die MOSFETs 50 und 60 angeschaltet sind. Indes wird, wenn die Leistung den elektrischen Lasten 42 und 43 (Entladung) zur Verfügung gestellt wird, während der Wechselstromgenerator die Leistung nicht erzeugt, durch ein Anschalten der MOSFETs 50 und 60 die Leistung der elektrischen Last von der Batterie zur Verfügung gestellt, welche die höhere Anschlussspannung Vd hat.
Dann, wenn das regenerative Laden durchgeführt wird, wird gesteuert bzw. geregelt, dass die Anschlussspannung Vc(Li) der Lithiumbatterie 30 häufig niedriger wird als die Anschlussspannung Vc(Pb) der Bleibatterie 20. Demzufolge geht ein Laden der Lithiumbatterie 30 dem Laden der Bleibatterie 20 voran. Wenn das Entladen durchgeführt wird, wird gesteuert bzw. geregelt, dass die Anschlussspannung Vd(Li) der Lithiumbatterie 30 häufig höher wird als die Anschlussspannung Vd(Pb) der Bleibatterie 20. Demnach geht ein Entladen der Lithiumbatterie 30 zu der elektrischen Last 43 dem Entladen der Bleibatterie 20 voran.
Dies wird durch ein Auslegen der Leerlaufspannung V0 der Batterien 20 und 30 und des Innenwiderstandes R erreicht. Die Leerlaufspannung V0 kann durch ein Auswählen des aktiven Kathodenmaterials und des aktiven Anodenmaterials der Lithiumbatterie 30 und ein Auswählen des Elektrolytmaterials ausgelegt werden.
Hierin nachstehend wird detailliert der Vorgang zum Auswählen der Anschlussspannung Vc oder Vd beschrieben, um die Bedingung Vc(Li) < Vc(Pb) beim regenerativen Laden und die Bedingung Vd(Li) > Vd(Pb) beim Entladebetrieb zu erfüllen.
Der angemessene SOC-Bereich (Pb) der Bleibatterie 20 ist ungefähr SOC 88% bis 92% und der angemessene SOC-Bereich (Li) der Lithiumbatterie 30 ist ungefährt 35% bis 80%. Demnach ist die obere Grenze des angemessenen SOC-Bereichs (Li) kleiner bzw. geringer als die obere Grenze des angemessenen SOC-Bereichs (Pb) und die untere Grenze des angemessenen SOC-Bereichs (Li) ist geringer als die untere Grenze des angemessenen SOC-Bereichs (Pb). Dann werden die Spannungscharakteristiken (Beziehungen zwischen der Leerlaufspannung und dem SOC) der Lithiumbatterie 30 gewählt, um die folgenden Bedingungen (a) bis (c) zu erfüllen. Besonders kann eine Auswahl der Kombinationen der aktiven Kathoden-/Anodenmaterialien und des Elektrolyts der Lithiumbatterie 30 getätigt werden, wobei die Spannungscharakteristiken die folgenden Bedingungen (a) bis (c) erfüllen.

Bedingung (a): Ein Spannungspunkt Vds, bei welchem die Leerlaufspannung V0 (Pb) der Bleibatterie 20 und die Leerlaufspannung V0(Li) der Lithiumbatterie 30 identisch sind, ist in dem angemessenen SOC-Bereich (Pb) der Bleibatterie 20 und dem angemessenen SOC-Bereich (Li) der Lithiumbatterie 30 vorhanden.
Bedingung (b): Die Leerlaufspannung V0(Li) der Lithiumbatterie 30 ist höher als die Leerlaufspannung V0(Pb) der Bleibatterie 20 an der oberen Grenzseite bzw. Grenzwertseite des Spannungspunkts Vds in dem angemessenen SOC-Bereich (Li) der Lithiumbatterie 30.
Bedingung (c): Die Leerlaufspannung V0(Li) der Lithiumbatterie 30 ist geringer als die Leerlaufspannung V0(Pb) der Bleibatterie 20 an der unteren Grenzwertseite des Spannungspunkts Vds in dem angemessenen SOC-Bereich (Li) der Lithiumbatterie 30.

Das Folgende ist eine Erklärung, wie die MOSFETs 50 und 60 zu steuern sind, um AN und AUS zu sein, in Antwort auf den Betriebszustand der internen Verbrennungsmaschine E. Es sei festgehalten, dass das Lithiumbatterie-Relais 70 gesteuert ist, um immer AN zu sein, außer in der vorstehend beschriebenen Notfall-Situation.
Wie in 2 gezeigt ist, werden, während der Wechselstromgenerator 10 Leistung durch die regenerative Verlangsamung erzeugt, die MOSFETs 50 und 60 angeschaltet, so dass die durch die regenerative Verlangsamung erzeugte Leistung die Lithiumbatterie 30 lädt. Einiges der regenerativen Leistung wird auch den elektrischen Lasten 42 und 43 zur Verfügung gestellt.
Wie in 3 gezeigt ist, sind die MOSFETs 50 und 60 abgeschaltet, wenn der automatische Wiederstart durch die Leerlauf-Stoppfunktion durchgeführt wird, wodurch die Bleibatterie 20 dem Startermotor 41 Leistung zur Verfügung stellt. Demnach wird ein Entladen von der Lithiumbatterie 30 zu dem Startermotor 41 vermieden. Eine Leistungsmenge, welche dem Startermotor 41 zur Verfügung zu stellen ist, ist signifikant größer als die Leistung, welche anderen elektrischen Lasten 42 und 43 zur Verfügung gestellt wird. Demnach gerät, wenn die Lithiumbatterie 30, deren Kapazität geringer ist als diejenige der Bleibatterie 20, Leistung dem Startermotor 41 zur Verfügung stellt, die SOC der Lithiumbatterie 30 unmittelbar in den Überentladungszustand. Da, wie beschrieben wird, das Entladen der Lithiumbatterie 30 zu dem Startermotor 41 vermieden wird, wird eine Überentladung der Lithiumbatterie verhindert. Es sei festgehalten, dass die allgemeine elektrische Last 42 durch die Bleibatterie 20 mit Leistung versorgt wird und die elektrische Last 43, welche eine konstante Spannung benötigt, durch die Lithiumbatterie 30 mit Leistung versorgt wird.
Wie in 4 gezeigt ist, schaltet, wenn das Fahrzeug durch die Leerlauf-Stoppfunktion (automatische Stoppbedingung) in dem Leerlauf-Stoppzustand ist und die Anschlussspannung Vd(Pb) der Bleibatterie höher ist als die Anschlussspannung Vd(Li) der Lithiumbatterie 30, die ECU 80 die MOSFETs 50 und 60 AUS. Demnach wird ein Strom, welcher von der Bleibatterie 20 zur Lithiumbatterie 30 fließt vermieden, so dass die Überladung der Lithiumbatterie 30 verhindert wird. Es sei festgehalten, dass die elektrische Last 42 mit Leistung durch die Bleibatterie 20 versorgt wird, und die elektrische Last 43, welche eine konstante Spannung benötigt, durch die Lithiumbatterie 30 mit Leistung versorgt wird.
Indes werden, wie in 5 gezeigt ist, wenn das Fahrzeug in dem Leerlauf-Stoppzustand ist und die Anschlussspannung Vd(Pb) <= Vd(Li) ist, die MOSFETs 50 und 60 angeschaltet, wodurch die Lithiumbatterie 30 der elektrischen Last 42 Leistung zur Verfügung stellt. Als ein Ergebnis kann ein Mangel an Leistung an der elektrischen Last 42 beseitigt werden. Weiterhin wird die Bleibatterie 20 durch die Lithiumbatterie 30 geladen und die elektrische Last 43 wird durch die Lithiumbatterie 30 mit Leistung versorgt.
Wenn die regenerative Verlangsamung nicht durchgeführt wird (nichtregenerative Betätigung bzw. Operation), in welcher der Wechselstromgenerator Leistung ohne die regenerative Verlangsamung (beispielsweise Leerlaufantrieb, beschleunigter Betrieb, Normalbetriebsbedingung) erzeugt, werden die MOSFETs 50 und 60 gesteuert, um AN und AUS zu sein in Antwort auf den SOC(Li) der Lithiumbatterie 30, um den SOC(Li) zu steuern, um in einem angemessenen SOC-Bereich zu sein.
Besonders während einer nichtregenerativen Operation und wenn der SOC(Li) größer ist als der erste Grenzwert TH1 (oberer Grenzwert), wie in 4 gezeigt ist, schaltet die ECU 80 die MOSFETs 50 und 60 AUS, wodurch die Lithiumbatterie 30 der elektrischen Last 43 Leistung zur Verfügung stellt. Indes schaltet, während der nichtregenerativen Operation und währenddem der SOC(Li) geringer als oder gleich dem zweiten Grenzwert TH2 ist (unterer Grenzwert), wie in 2 gezeigt ist, die ECU die MOSFETs 50 und 60 AN, wodurch die Bleibatterie 30 oder der Wechselstromgenerator 10 der elektrischen Last 43 Leistung zur Verfügung stellen. Als ein Ergebnis kann eine Überentladung der Lithiumbatterie 30 vermieden werden.
Die ECU 80 steuert in der Hauptsache die MOSFETs 50 und 60, nun den SOC(Li) der Lithiumbatterie 30 zu steuern, um der angemessene SOC-Bereich zu sein. Die ECU 80A steuert hauptsächlich die regulierte Spannung Vreg des Regulators 11, um die SOC(Pb) der Bleibatterie 20 zu steuern bzw. zu regeln.
Die ECU 80 und die ECU 80A erlangen immer die Anschlussspannungen Vc und Vd beider Batterien 20 und 30 oder die Leerlaufspannung V0(Li) und erlangen die Werte des Stromes, welcher durch beide Batterien 20 und 30 fließt, welche durch Stromerfassungsmittel 71 und 72 (siehe 1) erfasst werden.
Darüber hinaus erlangt die ECU 80 immer die Temperatur der Lithiumbatterie 30 (Lithiumtemperatur) und die Temperatur der Bleibatterie 20 (Bleitemperatur) und berechnet den SOC(Li) basierend auf der erlangten Anschlussspannung der Lithiumbatterie 30 und der erlangten Lithiumtemperatur. Die ECU 80A berechnet den SOC(Pb) basierend auf der erlangten Anschlussspannung der Bleibatterie 20 und der Bleitemperatur.
Die ECU 80 verhindert das Anschalten der MOSFETs 50 und 60, wenn der SOC(Li) höher ist als der erste Grenzwert TH1, so dass eine Überladung der Lithiumbatterie 30 vermieden werden kann. Als ein Ergebnis wird ein Laden der Lithiumbatterie 30 von der Bleibatterie 20 oder dem Wechselstromgenerator 10 verhindert (siehe 4). Indes werden, wenn der SOC(Li) geringer ist als oder gleich dem zweiten Grenzwert, die MOSFETs 50 und 60 abgeschaltet, so dass die Überentladung der Lithiumbatterie 30 vermieden werden kann. Demnach wird die Lithiumbatterie 30 durch den Wechselstromgenerator 10 oder die Bleibatterie 20 (siehe 2) geladen.
Die ECU 80A steuert den SOC(Pb), um der angemessene Bereich zu sein, durch ein Anpassen der regulierten Spannung Vreg. Besonders wenn der berechnete SOC(Pb) höher ist als der vorbestimmte obere Grenzwert, steuert die ECU 80A die regulierte Spannung Vreg, um geringer zu sein als die Anschlussspannung Vd(Pb) der Bleibatterie 20, um zu verhindern, dass die Bleibatterie 20 durch den Wechselstromgenerator 10 geladen wird, so dass eine Überladung der Bleibatterie 20 vermieden wird. Wenn der berechnete SOC(Pb) geringer ist als der vorbestimmte untere Grenzwert, steuert bzw. regelt die ECU 80A die regulierte Spannung Vreg, um höher zu sein als die Anschlussspannung der Bleibatterie Vc(Pb), um die Bleibatterie 20 von dem Wechselstromgenerator 10 zu laden, so dass verhindert wird, dass die Bleibatterie 20 überentlädt.
6 ist ein erklärendes Diagramm, welches einen Leistungsversorgungsweg zeigt, welcher der elektrischen Last 43 zur Verfügung gestellt wird, wenn die ECU 80 aufgrund von einem Wassereinbruch oder dergleichen in einem fehlerhaften Zustand ist, so dass die MOSFETs 50 und 60 nicht angeschaltet werden können.
Wenn die Signale, welche von der ECU 80 zu den MOSFETs 50 und 60 übertragen werden, unterbrochen werden, schalten die MOSFETs 50 und 60 AUS, wodurch die Leitung durch die Versorgungsleitungen 90, 91 und 92 abgesperrt werden. Weiterhin schaltet das Bypass-Relais 94, welches ein Relais vom Typ ist, welcher normalerweise AN ist, an, wenn der Erregerstrom von der ECU 80 stoppt, wodurch die Bypassleitung 93 verbunden wird. Demnach werden die Versorgungsleitung 92, deren Leitung abgesperrt ist, und die MOSFETs 50 und 60 umgangen, wodurch der Wechselstromgenerator 10 oder die Bleibatterie 20 Leistung der elektrischen Last 43 über die Bypassleitung 93 zur Verfügung stellt.
Ähnlich schaltet das Lithiumbatterie-Relais 70, welches vom Typ ist, der normalerweise AUS ist, aus, wenn die Ausgabe des Erregerstromes von der ECU 80 stoppt, so dass die Leitung zwischen den Bypassleitungen 93 und 91 und der Lithiumbatterie 30 abgesperrt ist. Als ein Ergebnis kann ein Strom, welcher von dem Wechselstromgenerator 10 oder der Bleibatterie 20 über die Versorgungsleitung 93 zu der Lithiumbatterie 30 fließt vermieden werden, wodurch eine Überladung der Lithiumbatterie 30 verhindert werden kann.
Die Lithiumbatterie 30, die ECU 80 und die MOSFETs 50 und 60 sind, wie in 1 gezeigt ist, in einem gemeinsamen Gehäuse 30k aufgenommen. Hierin nachstehend wird auf dieses Gehäuse Bezug genommen als Batteriepack 30P.
7 ist ein Blockschaltbild, welches eine detaillierte Struktur des Batteriepacks 30P zeigt.
Die ECU 80 weist einen Mikroprozessor auf, welcher eine CPU (CPU = Central Processing Unit), einen Speicher (Mikroprozessor 81) und dergleichen, eine Leistungsversorgung 82, eine Ladungspumpe 83 und einen Halbleiterschalter 84 hat. Die Leistungsversorgung 82 erzeugt eine Spannung, welche von der Spannung an der Versorgungsleitung 90 zu einer vorbestimmten Spannung herabgestuft wird und stellt die herabgestufte Spannung dem Mikroprozessor 81 zur Verfügung. Die Ladungspumpe 83 steuert bzw. regelt die Spannung an der Versorgungsleitung 90, um in eine vorbestimmte Hochspannung hochgestuft zu werden und stellt die Hochspannung dem Gate der MOSFETs 50 und 60 zur Verfügung. Der Halbleiterschalter 84 steuert den Erregerstrom welcher dem Lithiumbatterie-Relais 70 zur Verfügung gestellt wird, um AN und AUS zu sein.
Wenn der Mikroprozessor 81 ein Leitungsbefehlssignal zu der Ladungspumpe 83 ausgibt, gibt die Ladungspumpe 83 Gate-Signale zu den MOSFETs 50 und 60 aus. Wenn der Mikroprozessor 81 die Leitungsbefehlssignale zu dem Halbleiterschalter 84 ausgibt, wird der Halbleiterschalter 84 elektrisch leitfähig gemacht, um anzuschalten, so dass der Erregerstrom dem Lithiumbatterie-Relais zur Verfügung gestellt wird. In anderen Worten gesagt ist der Mikroprozessor 81 angepasst, um die Ladungspumpe 83 und den Halbleiterschalter 84 zu steuern bzw. zu regeln, wodurch die MOSFETs 50 und 60 und das Lithiumbatterie-Relais 70 gesteuert bzw. geregelt werden.
Da eine Verzögerungsleitung 85 zwischen dem Halbleiterschalter 84 und der Lithiumbatterie 70 angeordnet ist, schaltet das Lithiumbatterie-Relais 70 AN, wenn eine vorbestimmte Verzögerungszeit von einer Zeit verstreicht, wenn der Mikroprozessor 81 das Leitungsbefehlssignal zu dem Halbleiterschalter 84 ausgibt. Ähnlich schaltet, wenn der Mikroprozessor 81 das Ausgeben des Leitungsbefehlssignals zu dem Halbleiterschalter 84 stoppt, das Lithiumbatterie-Relais 70 AUS, wenn eine vorbestimmte Verzögerungszeit von einer Zeit verstreicht, wenn der Mikroprozessor 81 das Ausgeben des Leitungsbefehlssignnals stoppt.
Die Bypass-Schaltung, welche die Bypassleitung 93 aufweist, und das Bypass-Relais 94 weist weiterhin einen Halbleiterschalter 94a auf, welcher den Erregerstrom, welcher dem Bypass-Relais 94 zur Verfügung gestellt wird, steuert, um AN und AUS zu sein, und einen Komparator bzw. Vergleicher 94b, welcher wie folgt beschrieben wird.
Der Komparator 94b gibt das Leitungsbefehlssignal an das Bypass-Relais 94 aus, wenn die Spannung an einem Verbindungspunkt zwischen dem Halbleiterschalter 84 und dem Lithiumbatterie-Relais 70 höher ist als die vorbestimmte Grenzwertspannung. Mit anderen Worten gesagt gibt, wenn der Halbleiterschalter 84 den Erregerstrom ausgibt, der Komparator 94b das Leitungsbefehlssignal aus. Dann schaltet der Halbleiterschalter 94a AN, um den Erregerstrom dem Bypass-Relais 94 zur Verfügung zu stellen. Als ein Ergebnis schaltet das Bypass-Relais 94, welches vorn Typ ist, der normalerweise geschlossenen ist, ab.
Indes ist, wenn der Erregerstrom von dem Halbleiterschalter 84 aufgrund einiger Gründe, beispielsweise einer Fehlfunktion des Mikroprozessors 81 oder des Halbleiterschalters 84, nicht an das Lithiumbatterie-Relais 70 ausgegeben wird, das Leitungsbefehlssignal, welches von dem Komparator 94 ausgegeben wird, unterbrochen bzw. ausgesetzt, so dass das Bypass-Relais 94 abschaltet. Als ein Ergebnis schaltet das Bypass-Relais 94, welches vom Typ ist, der normalerweise geschlossenen ist, AN.
Dies heißt sozusagen, dass der Komparator 94b als ein Fehlererfassungsmittel dient, welches einen Fehler des Mikroprozessors 81 und des Halbleiterschalters 84 erfasst. Darüber hinaus dient der Komparator 94b als ein Fehlersteuermittel, welches das Bypass-Relais 94 steuert, um anzuschalten, wenn der Fehler erfasst ist.
Da die Verzögerungsleitung 85 vorgesehen ist, schaltet, wenn der Erregerstrom aufgrund des Fehlers wie obenstehend beschrieben ist nicht zu dem Lithiumbatterie-Relais 70 ausgegeben wird, das Lithiumbatterie-Relais 70 AUS, wenn eine vorbestimmte Verzögerungszeit davon verstreicht, wenn das Bypass-Relais 94 angeschaltet wird. Demnach kann vermieden werden, dass die Versorgungsleitungen 90, 91 und 92 und die Bypassleitung 93 gleichzeitig abgeschaltet bzw. unterbrochen werden, so dass die Leistung der elektrischen Last 43 ohne eine Verursachung eines instantanen Leistungsausfalls zur Verfügung gestellt wird, wodurch ein instantaner Leistungsausfall für die elektrische Last 43 verhindert wird.
Das Symbol 70a wie es in 7 gezeigt ist, zeigt einen Verbindungspunkt an, an welchem ein Kabelstrang, welcher für die Leistung verwendet wird, welche der Lithiumbatterie 30 zur Verfügung gestellt wird, in der Versorgungsleitung 91 abgezweigt ist (zweiter Batterieverbindungspunkt). Die Symbole 93a und 93b, wie sie in 7 gezeigt sind, zeigen Verbindungspunkte, an welchen die einen Enden der Bypassleitung 93 damit verbunden sind. Das Symbol 90a und 91a, wie sie in 7 gezeigt sind, zeigen einen Kabelstrang, welcher Leistung von der Versorgungsleitung 90 und 91 zu der ECU 80 führt bzw. leitet, und das Symbol 90b und das Symbol 91b zeigen Verbindungspunkte, an welchen Kabelstränge 91a und 91b mit den Versorgungsleitungen 90 und 91 verbunden sind. Die Symbole t1 und t2 sind Anschlüsse, welche an dem Gehäuse 30k angeordnet sind. Ein Kabelstrang, welcher dasselbe Spannungspotential hat wie die Bleibatterie 20 ist mit einem Gehäuseanschluss t1 verbunden und ein Kabelstrang, welcher dasselbe Spannungspotential der Lithiumbatterie 30 hat, ist mit einem Gehäuseanschluss t2 verbunden.
Der Verbindungspunkt 90b (Steuereinheitsverbindungspunkt), welcher mit dem Kabelstrang 90a verbunden ist, ist an der Seite des Wechselstromgenerators 10 gegen den MOSFET 60 angeordnet. Demnach wird der Kabelstrang 90a verwendet, wenn die Leistung der ECU 80 von dem Wechselstromgenerator 10 zur Verfügung gestellt wird, wenn die interne Verbrennungsmaschine E als ein erstes Mal startet, in welchem die Lithiumbatterie 30 nicht geladen ist. Indessen ist der Verbindungspunkt 91b, welcher mit dem Kabelstrang 91a verbunden ist, an der Seite der Lithiumbatterie 30 gegen den MOSFET 50 angeordnet. Auch wenn die Spannung der Bleibatterie 20 verringert wird, während der Startermotor 41 betrieben wird, wird der ECU 80 über den Kabelstrang 91a eine stabile Spannung durch die Lithiumbatterie 30 zur Verfügung gestellt.
Der Verbindungspunkt 93a, welcher mit der Bypassleitung 93 verbunden ist, ist an der Seite der Bleibatterie 20 gegen den Verbindungspunkt 90b angeordnet, welcher mit dem Kabelstrang 90a (stromaufwärtige Seite) verbunden ist. Darüber hinaus ist der Verbindungspunkt 93, welcher mit der Bypassleitung 93 verbunden ist, an der Seite der elektrischen Last gegen einen Verbindungspunkt 70a (stromabwärtige Seite) angeordnet.
8 ist ein schematisches Diagramm, welches eine detaillierte Konfiguration des Batteriepacks 30P einschließlich einer Platzierung der Verbindungspunkte 93a und 93b, welche mit der Bypassleitung 93 verbunden sind, zeigt. Das Gehäuse 30k nimmt eine Leiterplatte 95 auf, auf welcher die MOSFETs 50 und 60 und das Bypass-Relais 94 angebracht sind. Die Versorgungsleitung 90 und 91, welche in dem Gehäuse 30k angeordnet sind, sind durch eine Mehrzahl von Kabelsträngen H und einen Verbinder C konfiguriert, welcher diese Kabelstränge H verbindet. Diese Kabelstränge H verbinden einen Leiterplattenanschluss 95t, welcher an der Leiterplatte 95 angebracht ist, die Gehäuseanschlüsse t1 und t2. Die Verbindungspunkte 93a und 93b der Bypassleitung 93 sind mit dem Leiterplattenanschluss 95t verbunden.
9 ist ein Diagramm, welches den Ort zeigt, an welchem der Batteriepack 30 an einem Fahrzeug V angeordnet ist. Die Bleibatterie ist in dem Maschinenraum Va angeordnet, wo die interne Verbrennungsmaschine angebracht ist. Betreffend die Lithiumbatterie 30 kann, da die Lithiumbatterie 30 mehr wärmesensitiv ist als die Bleibatterie 20, die Lithiumbatterie 30 nicht in dem Maschinenraum Va angeordnet werden. Demnach ist, wie in 9 gezeigt ist, der Batteriepack 30p, welcher die Lithiumbatterie 30 aufnimmt, außerhalb des Maschinenraums Va angeordnet und in der Fahrzeugkabine Vb angeordnet. Beispielsweise kann der Batteriepack 30 unter dem Beifahrersitz Vd angeordnet sein oder unter der Mittelkonsole angeordnet sein, welche zwischen dem Fahrersitz und dem Beifahrersitz angeordnet ist, oder er kann unter der Instrumentenabdeckung bzw. das Frontpaneel der Fahrzeugkabine Vb angeordnet sein.
Unter der Annahme jedoch, dass der Batteriepack 30P außerhalb des Maschinenraums Va angeordnet ist, muss der Batteriepack 30P unter der Bleibatterie 20 angeordnet sein. Demnach ist es im Fall, dass das Fahrzeug Wasser erleidet, und das Wasserniveau das Frontpaneel Vc erreicht, wahrscheinlich, dass der Batteriepack 30P auch nass wird. Wenn das Wasser in das Gehäuse 30k eindringt, könnenn Schaltungskomponenten wie beispielsweise der Mikroprozessor 81, welcher durch eine niedrige Spannung betrieben wird, aufgrund des Wassers ausfallen. Wenn der Mikroprozessor 81 in einem fehlerhaften Zustand ist, können die MOSFETs 50 und 60 nicht angeschaltet werden, so dass ein Laden der Lithiumbatterie 30 durch die Versorgungsleitungen 90 und 91 nicht durchgeführt wird. Als ein Ergebnis kann, da der SOC(Li) signifikant verringert ist, Leistung der elektrischen Last 43 nicht zur Verfügung gestellt werden.
Gemäß der obigen beschriebenen Ausführungsform jedoch schaltet, wenn der Mikroprozessor 81 einen fehlerhaften Zustand einnimmt, das Bypass-Relais 94 an, so dass der elektrischen Last 43 Leistung durch die Bypassleitung 93 zur Verfügung gestellt werden kann.
Gemäß der Ausführungsform kann, da die Verzögerungsleitung 85 vorgesehen ist, vermieden werden, dass die Versorgungsleitungen 90, 91 und 92 und die Bypassleitung 93 gleichzeitig abgesperrt werden, so dass der elektrischen Last 43 Leistung zuverlässig zur Verfügung gestellt werden kann, wodurch instantane Leistungsabschaltungen zu der elektrischen Last 43 vermieden werden.
(Andere Ausführungsformen)
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Inhalte der oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, verschiedene Abwandlungen können jedoch getätigt werden oder Konfigurationen der jeweiligen Ausführungsformen können kombiniert werden.
Beispielsweise ist in der Ausführungsform, wie sie in 7 gezeigt ist, der Verbindungspunkt 93a, der mit der Bypassleitung 93 verbunden ist, an der Seite der Bleibatterie 20 gegen den Verbindungspunkt 90b, welcher mit dem Kabelstrang 90a verbunden ist (stromaufwärtige Seite), angeordnet. Der Verbindungspunkt 93a kann jedoch auch zu bzw. an der stromabwärtigen Seite des Verbindungspunktes 90b angeordnet sein, oder er kann an dem Gehäuseanschluss t1 angeordnet sein.
Darüber hinaus ist in der Ausführungsform, wie sie in 7 gezeigt ist, der Verbindungspunkt 93b, der mit der Bypassleitung 93 verbunden ist, an der Seite der elektrischen Last 43 gegen einen Verbindungspunkt 70a (stromabwärtige Seite) angeordnet. Der Verbindungspunkt 93b kann jedoch auch zu bzw. auf der stromaufwärtigen Seite des Verbindungspunkts 70a angeordnet sein, oder er kann zu der stromaufwärtigen/stromabwärtigen Seite des Verbindungspunkts 91b, welcher mit dem Kabelstrang 91a verbunden ist, angeordnet sein, oder er kann an dem Gehäuseanschluss t2 angeordnet sein.
Es existieren Bedenken, dass ein Verbindungsausfall an dem Verbinder C, wie er in 8 gezeigt ist, oder an dem Platinenanschluss 95t auftreten kann, wenn das Wasser in das Gehäuse 30k eindringt. Um dieses Problem zu lösen, können die Verbindungspunkte 93a und 93b, welche mit der Bypassleitung 93 verbunden sind, mit den Gehäuseanschlüssen t1 und t2 verbunden werden.
Gemäß der Ausführungsform, wie sie in 7 gezeigt ist, sind der Halbleiterschalter 94a und der Komparator 94b außerhalb der ECU 80 angeordnet, der Halbleiterschalter 94a und der Komparator 94b können jedoch auch in der ECU 80 angeordnet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007-46508 [0003, 0008]
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Claims

Leistungsversorgungseinheit aufweisend: eine erste Batterie (20); eine zweite Batterie (30), welche elektrisch parallel mit der ersten Batterie (20) verbunden ist, wobei eine Ausgangsdichte oder eine Energiedichte der zweiten Batterie (30) höher ist als diejenigen der ersten Batterie (20), wobei die erste und die zweite Batterie (20, 30) in der Lage sind, mit Leistung, welche durch einen Wechselstromgenerator (10) erzeugt wird, geladen zu werden; einen Schalter (50, 60), welcher elektrisch zwischen einer ersten Batterieseite und einer zweiten Batterieseite verbunden ist, wobei die erste Batterieseite den Wechselstromgenerator (10) und die erste Batterie (20) elektrisch dazwischen verbunden aufweist, und wobei die zweite Batterieseite die zweite Batterie (30) und eine elektrische Last elektrisch dazwischen verbunden aufweist, wobei der Schalter (50, 60) elektrisch die Leitung zwischen der ersten Batterieseite und der zweiten Batterieseite öffnet und unterbricht; eine Versorgungsleitung (90, 91, 92), welche elektrisch die erste Batterieseite und die zweite Batterieseite über den Schalter (50, 60) verbindet, um die elektrische Last und die zweite Batterie (30) mit Leistung zu versorgen, welche durch den Wechselstromgenerator (10) erzeugt wird oder mit Leistung, welche durch die erste Batterie (20) zur Verfügung gestellt wird; eine Bypassleitung (93), welche elektrisch mit der Versorgungsleitung (90, 91, 92) verbunden ist, wobei die Bypassleitung (93) die Versorgungsleitung (90, 91, 92) umgeht, und der elektrischen Last und der zweiten Batterie (30) die Leistung zur Verfügung stellt, welche durch den Wechselstromgenerator (10) erzeugt wird, oder die Leistung, welche durch die erste Batterie (20) geladen wird; und einen Bypass-Schalter (94), welcher die Bypassleitung (93) zwischen einem Leitungszustand und einem Isolierzustand schaltet.
Leistungsversorgungseinheit nach Anspruch 1, wobei der Bypass-Schalter (94) ein elektromagnetisches Relais vom normalerweise geschlossenen Typ ist.
Leistungsversorgungseinheit nach Anspruch 1, wobei die Leistungsversorgungseinheit einen zweiten Batterieschalter (70) aufweist, welcher einen Leitungsweg, welcher die zweite Batterie (30) und die Versorgungsleitung (91) verbindet, zwischen Leitung und Absperrung schaltet, wobei der zweite Batterieschalter (70) angepasst ist, um den abzusperrenden Leitungsweg zu schalten, um die zweite Batterie (30) von der Versorgungsleitung zu trennen, während die Bypassleitung (93) durch den Bypass-Schalter (94) leitfähig gemacht wurde.
Leistungsversorgungseinheit nach Anspruch 3, wobei der zweite Batterieschalter (70) angepasst ist, um den Leitungsweg, welcher abgesperrt werden soll, zu schalten, wenn der Bypass-Schalter (94) die Bypassleitung (93) schaltet, um aus dem Isolierzustand in dem Leitungszustand zu gelangen.
Leistungsversorgungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Versorgungsleitung (90, 91, 92) einen Steuereinheitverbindungspunkt (90b) aufweist, an welchem die Versorgungsleitung (90, 91, 92) zu einer Steuereinheit (80) abgezweigt ist, welche zum Steuern des Schalters (50, 60) verwendet wird, um der Steuereinheit (80) Leistung zur Verfügung zu stellen, und wobei ein Ende der Bypassleitung (93) das mit der ersten Batterieseite verbunden werden soll, an einem Punkt an der Versorgungsleitung (90, 91, 92) angeordnet ist, welcher näher zu der ersten Batterieseite ist als zu dem Steuereinheitverbindungspunkt (90b).
Leistungsversorgungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Versorgungsleitung (90, 91, 92) einen zweiten Batterieverbindungspunkt (70a) aufweist, an welchem die Verbindungsleitung zu der zweiten Batterie (30) abgezweigt ist, um der zweiten Batterie (30) Leistung zur Verfügung zu stellen, und wobei ein Ende der Bypassleitung (93), welches mit der zweiten Batterieseite verbunden werden soll, an einem Punkt der Versorgungsleitung (90, 91, 92) angeordnet ist, welcher näher zu der zweiten Batterieseite ist als zu dem zweiten Batterieverbindungspunkt (70a).
Leistungsversorgungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Leistungsversorgungseinheit weiterhin Folgendes aufweist: eine Leiterplatte (95), welche den Schalter (50, 60) und den Bypass-Schalter (94) darauf angebracht hat, wobei ein Teil der Versorgungsleitung (90, 91, 92) und der Bypassleitung (93) elektrisch mit der Leiterplatte (95) verbunden sind, und ein Gehäuse (30k), welches die Leiterplatte (95) darin aufnimmt, wobei der Teil der Versorgungsleitung (90, 91, 92) durch einen Kabelstrang konfiguriert ist, welcher elektrisch einen Gehäuseanschluss (t1, t2), welcher an dem Gehäuse (30k) angeordnet ist, mit dem Leiterplattenanschluss (95t) verbindet, welcher an der Leiterplatte (95) angeordnet ist, wobei entweder ein Ende der Bypassleitung (93), welches mit der ersten Batterieseite verbunden ist, oder das andere Ende der Bypassleitung (93), welches mit der zweiten Batterieseite verbunden ist, elektrisch mit dem Leiterplattenanschluss (95t) verbunden ist.
Leistungsversorgungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Leistungsversorgungseinheit eine Mehrzahl von Schaltern aufweist, welche in Serie verbunden sind, um es zu ermöglichen, dass Stromrichtungen von parasitären Dioden, welche in den Schaltern inhärent sind, einander entgegen gerichtet sind.
Leistungsversorgungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Leistungsversorgungseinheit an einem Fahrzeug angebracht ist, und die Leistungsversorgungseinheit ein gemeinsames Gehäuse (30k), welches die zweite Batterie (30), den Schalter (50, 60) und die Steuereinheit aufnimmt, welche den Schalter (50, 60) steuert, und einen Batteriepack (30p) aufweist, welcher einen Verbinder hat, welcher elektrisch den Wechselstromgenerator (10), die erste Batterie (20) und die elektrische Last mit dem Batteriepack (30p) verbindet, wobei der Batteriepack (30p) außerhalb eines Maschinenraums des Fahrzeuges angeordnet ist.