DE102011084777A1

DE102011084777A1 - Fahrzeugstromversorgungssystem

Info

Publication number: DE102011084777A1
Application number: DE102011084777A
Authority: DE
Inventors: Keiichi Enoki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-04-19
Filing date: 2011-10-19
Publication date: 2012-10-25
Anticipated expiration: 2031-10-20
Also published as: DE102011084777B4; US20120268058A1; US9018894B2; JP2012228051A; JP5307847B2

Abstract

Es wird ein Fahrzeug-Stromversorgungssystem bereitgestellt, das mit einem Stromversorgungssystem mit zwei Batterien ausgestattet ist, einschließlich einer Lithium-Ionen-Batterie und einer Bleibatterie, und das die Bleibatterie sicher mit Energie versorgen kann, ohne einen Mangel, selbst dann, wenn die Lithium-Ionen-Batterie durch ein Relais getrennt ist. Das Fahrzeug-Stromversorgungssystem umfasst: eine Bleibatterie; eine Lithium-Ionen-Batterie, die bei einer Spannung geladen und entladen werden kann, die höher als die Bleibatterie-Spannung ist; einen Abwärts-DC-DC-Wandler, der zwischen der Bleibatterie und der Lithium-Ionen-Batterie verbunden ist, und dessen Ausgangsspannung steuerbar ist; einen Generator, der mit dem Abwärts-DC-DC-Wandler und der Lithium-Ionen-Batterie verbunden ist; ein Lithium-Ionen-Batterie-SOC-Erfassungsmittel zum Erfassen eines Ladezustands der Lithium-Ionen-Batterie; ein Relais für die Lithium-Ionen-Batterie, durch das die Batterie von dem Generator und dem Abwärts-DC-DC-Wandler verbunden oder getrennt wird; und ein Steuermittel zum Steuern des An- und Aus-Schaltens des Relais für die Lithium-Ionen-Batterie auf Grundlage des Ladezustands der Lithium-Ionen-Batterie.

Description

Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Stromversorgungssystem, das mit einem Versorgungssystem mit zwei Batterien ausgestattet ist, einschließlich einer Lithium-Ionen-Batterie und einer Blei-Batterie.
Beschreibung des Standes der Technik
Es ist zum jetzigen Zeitpunkt ein Versorgungssystem mit zwei Batterien bekannt, das eine Lithium-Ionen-Batterie und einen Kondensator mit einer besseren Ladeakzeptanz al seine Blei-Batterie umfasst, als elektrische Energie eine regenerierte Energie speichert, die während eines Bremsvorganges erhalten wird, und die gespeicherte Energie in Betriebszuständen neben dem Bremsen verwendet.
Da die kinetische Energie, die durch eine mechanische Bremse während des Bremsvorganges in Wärme umgewandelt wird und somit verloren geht, jetzt als elektrische Energie gespeichert wird, kann die Energieversorgungszeit durch einen Generator verringert werden, und als Ergebnis kann eine Generatorlast reduziert werden, die dem Motor auferlegen ist, so dass die Kraftstoff-Kilometerleistungseffizienz (engl. Gas Mileage) erhöht werden kann.
Wenn bei der Verwendung zweier Batterien mit unterschiedlichen Nennspannungen diese direkt miteinander verbunden sind, fließt im Allgemeinen ein Strom von der Einen der zwei mit der höheren Spannung zu der mit der geringeren Spannung; zur Kompensation der Spannungsdifferenz wird daher eine DC-DC-Spannungswandlerschaltung, d. h. ein DC-DC-Wandler zwischen diesen Batterien verbunden.
Darüber hinaus wird im Allgemeinen durch eine ECU (Motorsteuereinheit bzw. engl. Engine Control Unit) ein Generator zum Steuern eines Feldstromes an den Rotor verwendet, um die Ausgabe des Generators zu steuern, wobei die Steuerung der Ausgabe des Generators in Abhängigkeit von Betriebszuständen erfolgt, wie zum Beispiel das Anwachsen der Ausgabe während des Bremsvorganges.
Obwohl die Lithium-Ionen-Batterie eine hohe Energiedichte aufweist und sich durch eine Ladeakzeptanz auszeichnet, kann die Batterie andererseits nur in einem begrenzten Spannungs- und Temperaturbereich sicher verwendet werden, ist empfindlich beim Überladen, Überentladen und auch, wenn diese bei geringen und hohen Temperaturen verwendet wird. Es ist weit bekannt, dass die Batterie der Gefahr eines Verschleißes und eines Feuerfangens unterliegt, wenn diese außerhalb eines nutzbaren Temperaturbereiches verwendet wird, oder wiederholt überladen oder überentladen wird.
Ein Fahrzeug-Stromversorgungssystem ist zum Beispiel in dem Patentdokument 1 offenbart, wobei der Generator und die Teilstromversorgung davon miteinander verbunden sind, eine beim Bremsvorgang regenerierte Energie in der Teilstromversorgung gespeichert wird, und die gespeicherte Energie mittels eines DC-DC-Wandlers und eines Schalters an dessen Hauptstromversorgung und die elektrische Last geliefert wird.
Darüber hinaus ist ein anderes Stromversorgungssystem in dem Patentdokument 2 offenbart, welches ein Relais zum Trennen der Teilstromversorgung von dem Stromversorgungssystem umfasst, und wobei, wenn eine Lithium-Ionen-Batterie, bei der es sich um die Teilstromversorgung handelt, überladen oder überentladen wird, das Relais ausgeschaltet wird, um die Lithium-Ionen-Batterie zu trennen, und eine durch den Generator erzeugte Energie mittels des DC-DC-Wandlers an dessen Blei-Batterie und die elektrische Last geliefert wird.
Patentdokument 1: Japanisches Patent 3972906
Patentdokument 2: Japanisches Patent 4100020
Jedoch wird die Lithium-Ionen-Batterie in den Patentdokumenten 1 und 2 selbst dann geladen und entladen, wenn sich die Temperatur der Batterie außerhalb des nutzbaren Temperaturbereiches befindet, was zur Gefahr eines beschleunigten Verschleißes der Lithium-Ionen-Batterie führt. Da darüber hinaus der Generator im Patentdokument 2 normalerweise gleich am Anfang des Starts der Erzeugung mit der Lithium-Ionen-Batterie verbunden ist, wird eine Energie von der Lithium-Ionen-Batterie geliefert, d. h. von einer Quelle außerhalb des Generators, um einen Feldstrom zu erzeugen und mit der Erzeugung zu beginnen, und sobald mit der Erzeugung gestartet wird, wird die Stromversorgung zu einer internen Energie umgeschaltet, die durch den Generator selbst erzeugt wird, um den Feldstrom zu erzeugen und Energie zu erzeugen.
Wenn daher das Relais ausgeschaltet wird, um die Lithium-Ionen-Batterie von dem Stromversorgungssystem zu trennen, kann der Generator den Feldstrom nicht erzeugen, der zum Start der Erzeugung notwendig ist, was zu einer Gefahr eines Mangels an erzeugter Energie führt.
Wenn darüber hinaus der Generator mit der Lithium-Ionen-Batterie verbunden ist, wobei ein Hochspannungssystem ausgebildet wird, wie durch die Konfiguration der Stromversorgungen gemäß der Patentdokumente 1 und 2 dargestellt, wird die an dem Generator angelegt Spannung gleich zu der Spannung der Lithium-Ionen-Batterie; daher besteht eine weitere Gefahr darin, dass eine durch den Generator erzeugte Spannung in einem Zustand einer geringen Motorrotationsgeschwindigkeit bzw. Motordrehzahl verringert wird, so dass die in einem Lehrlauf erzeugte Energie nicht ausgegeben werden kann.
Darüber hinaus besteht in Patentdokument 2 eine weitere Gefahr darin, dass, wenn die Lithium-Ionen-Batterie von dem Stromversorgungssystem getrennt wird, das Relais ein an- und ausschalten des Relais zu wiederholen, während ein Strom hindurch fließt, so dass Kontakte davon zusammenverschweißt werden, was zu einem beschleunigten Verschleiß des Relais führt.
Wenn darüber hinaus in den Patentdokumenten 1 und 2 die elektrische Last während einer bremsartigen Regenation plötzlich verloren geht, wenn Energie über den DC-DC-Wandler an die Lithium-Ionen-Batterie und die elektrische Last geliefert wird, steigt die Ladegröße der Lithium-Ionen-Batterie abrupt an; daher besteht eine weitere Gefahr darin, dass ein Überstrom durch die Lithium-Ionen-Batterie fließen würde oder eine Überspannung an der Batterie anliegt.
Da ferner die von dem Generator ausgegebene Leistung bzw. Energie von der Temperatur dessen abhängt, besteht eine weitere Gefahr darin, dass die Größe des Ladestroms an die Lithium-Ionen-Batterie nicht geeignet gesteuert werden kann.
Wenn darüber hinaus die Ausgangsspannung in den Patentdokumenten 1 und 2 auf eine Spannung eingestellt wird, welche die Blei-Batterie zu allen Zeiten laden kann, d. h. 14,5 V, besteht ein weiteres Problem darin, dass die in dem 12 V-System, das aus einer elektrischen Last besteht, die parallel mit der Blei-Batterie verbunden ist, umsonst verbrauchte Energie anwachsen würde.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung dient zur Lösung der oben beschriebenen Probleme und zielt auf die Bereitstellung eines Fahrzeug-Stromversorgungssystems, das mit einem System aus zwei Batterien ausgestattet ist, einschließlich einer Lithium-Ionen-Batterie und einer Blei-Batterie, wobei ein eine Energie sicher und ohne Mangel an die Blei-Batterie geliefert werden kann, selbst dann, wenn die Lithium-Ionen-Batterie durch ein Relais getrennt wird.
Ein Fahrzeug-Stromversorgungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Bleibatterie; eine Lithium-Ionen-Batterie, die bei einer Spannung geladen und entladen werden kann, die höher als die Bleibatterie-Spannung ist; einen Abwärts-DC-DC-Wandler, der zwischen der Bleibatterie und der Lithium-Ionen-Batterie verbunden ist, und dessen Ausgangsspannung steuerbar ist; einen Generator, der mit dem Abwärts-DC-DC-Wandler und der Lithium-Ionen-Batterie verbunden ist; ein Lithium-Ionen-Batterie-SOC-Erfassungsmittel zum Erfassen eines Ladezustands der Lithium-Ionen-Batterie; ein Relais für die Lithium-Ionen-Batterie, durch das die Lithium-Ionen-Batterie von dem Generator und dem Abwärts-DC-DC-Wandler verbunden und getrennt wird; und ein Steuermittel zum Steuern des An- und Aus-Schaltens des Relais für die Lithium-Ionen-Batterie auf Grundlage des Ladezustands der Lithium-Ionen-Batterie.
Gemäß einem Fahrzeug-Stromversorgungssystem der vorliegenden Erfindung kann die Lithium-Ionen-Batterie mit dem Stromversorgungssystem verbunden werden oder in Abhängigkeit von dem Ladezustand der Batterie von demselben getrennt werden; daher kann verhindert werden, dass die Lithium-Ionen-Batterie einem Verschleiß unterworfen wird und kann somit sicher verwendet werden.
Die vorhergehenden und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung ersichtlicher werden, wenn diese im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung der Konfiguration eines Fahrzeugstromversorgungssystems gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein erläuterndes Diagramm zur Darstellung eines Beispiels von Beziehungen zwischen einer Generatordrehzahl und einer Ausgangsleistung bezüglich verschiedener Generatorspannungen;
3 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung einer Routine der regenerativen Bremssteuerung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
4 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung einer Routine der Bleibatterie-Aufladungssteuerung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
5 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung einer Routine einer Generatorsteuerung bei geringen und hohen Temperaturen einer Lithium-Ionen-Batterie gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung;
6 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung einer Routine einer Generatorsteuerung bei einer geringen Generatorrotationsgeschwindigkeit gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung; und
7 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung einer Sequenz einer An/Aus-Steuerung eines Relais für eine Lithium-Ionen-Batterie gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Ausführungsform 1
1 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung der Konfiguration eines Fahrzeugstromversorgungssystems gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
Das vorliegenden Stromversorgungssystem in 1 umfasst eine Kombination einer Bleibatterie 9 (Nennspannung 12 V) mit einer Lithium-Ionen-Batterie 5, die eine Spannung aufweist, die höher als diese Spannung ist (z. B. eine Nennspannung von 18,5 V, wobei 5 Zellen in Reihe verbunden sind;) und einen Abwärts-DC-DC-Wandler 3, der zwischen diesen Batterien angeordnet ist, um die Spannungsdifferenz zwischen diesen zu kompensieren.
Die Lithium-Ionen-Batterie 5 weist eine größere Energiedichte und Ladungsaufnahmefähigkeit auf; jedoch ist die Batterie schwach beim Überladen und Überentladen, und es besteht auch die Gefahr, dass diese Feuer fängt; daher sind verschiedene Schutzschaltungen erforderlich, um die Batterie sicher zu verwenden. Bezüglich deren Temperatur kann die Batterie im Allgemeinen von –20°C bis 60°C verwendet werden; vom Standpunkt der Sicherheit bei der Verwendung ist es jedoch erforderlich, die Batterie nicht unter 0°C zu laden, noch oberhalb von 50°C zu laden und zu entladen.
Der Abwärts-DC-DC-Wandler 3 ist ein DC-DC-Spannungswandler, dessen Ausgangsspannung geringer als die Eingangsspannung ist, und ein Chopper-Wandler, der mit einem Mikrocomputer ausgestattet ist. Der Abwärts-DC-DC-Wandler 3 ist mit einer Batterie-ECU (elektrische Steuereinheit) 1 über ein LIN (engl. Local Interconnect Network) verbunden, wobei dies ein Beispiel ist; der Abwärts-DC-DC-Wandler 3 arbeitet nach Anweisungen von der Batterie-ECU 1. Die Batterie-ECU 1 gibt die Anweisungen an den Abwärts-DC-DC-Wandler 3 aus, kann den Wandler 3 betreiben und stoppen, und kann ebenso eine Zielausgangsspannung davon ändern, um die Ausgangsspannung zu steuern.
Die Batterie-ECU 1 ist ein Mirkocomputer einschließlich einer CPU, eines RAM, eines ROM und einer Eingabe-/Ausgabe-Einheit. Auf Grundlage von Informationen von einem Lithium-Ionen-Batterie-Spannungserfassungsmittel 6 zum Erfassen der Spannung der Lithium-Ionen-Batterie 5, einem Temperatursensor 7 zum Erfassen der Temperatur der Batterie 5 und einem Lithium-Ionen-Batterie-SOC-Erfassungsmittel 8 zum Erfassen eines SOC (Ladezustands (engl. State of Charge)) der Batterie 5, überwacht die Batterie-ECU die Lithium-Ionen-Batterie 5 und übernimmt die Steuerung der Ladung und Entladung der Batterie, so dass die Lithium-Ionen-Batterie 5 nicht überladen oder überentladen wird.
Auf Grundlage von Informationen von einem Bleibatterie-Spannungserfassungsmittel 11 zum Erfassen der Spannung einer Bleibatterie 9 und einem Bleibatterie-SOC-Erfassungsmittel 12 zum Erfassen eines SOC der Bleibatterie 9, übernimmt die Batterie-ECU darüber hinaus eine Steuerung zum Laden und Entladen der Batterie, so dass die Bleibatterie 9 weder überladen noch entladen wird.
Das Lithium-Ionen-Batterie-SOC-Erfassungsmittel 8 und das Bleibatterie-SOC-Erfassungsmittel 12 umfassen Lithium-Ionen-Batterie- und Bleibatterie-Ladungs/Entladungs-Erfassungsmittel zum Erfassen eines Lade/Entladestroms an/von der Lithium-Ionen-Batterie 5 bzw. der Bleibatterie 9, und ein Ladezustands-Erfassungsmittel zum Erfassen, auf Grundlage eines integrierten Werts von jedem erfassten Lade/Entladestrom, den Ladezustand von der Lithium-Ionen-Batterie 5 und der Bleibatterie 9, und berechnet unter Verwendung eines Stromintegrationsverfahrens Werte, die durch die folgende Gleichung normalisiert sind: {Lade/Entladestrom(A) × Abtastzeit(en)/Batteriekapazität(As).
Eine Motor-ECU 13 ist ebenso mit einem Mikrocomputer konfiguriert, einschließlich einer CPU, einem RAM, einem ROM und einer Eingabe/Ausgabeeinheit. Die Motor-ECU 13 und die Batterie-ECU 1 sind zum Beispiel über ein CAN (engl. Controller Area Network) miteinander verbunden, und kommunizieren eine Information zum Beispiel bezüglich der Temperatur und des Ladezustands der Lithium-Ionen-Batterie 5. Die Motor-ECU 13 übernimmt eine Steuerung der Erzeugungsleistung durch einen Generator 2, auf Grundlage eines Bremszustands des Motors (in der Figur nicht gezeigt) und der Temperatur und des Ladezustands der Lithium-Ionen-Batterie 5, so dass die Lithium-Ionen-Batterie 5 weder überladen noch überentladen wird.
Der Generator 2 ist ein Generator, der mit der Motorausgangswelle über ein Riemenband verbunden ist, und eine Spannung von 14–21 V erzeugen kann, und dessen Rotorfeldstrom durch ein Feld-Abtastsignal von der Motor-ECU 13 gesteuert wird, so dass dessen erzeugter Strom geeignet gesteuert werden kann.
Der Generator erzeugt die Spannung unter Verwendung einer Induktionsspannung, die in dessen Stator induziert wird, während der Rotor rotiert; daher ist bei einer höheren erzeugten Spannung die Rotationsgeschwindigkeit zum Start der Ausgabe der erzeugten Leistung höher. 2 zeigt ein Beispiel der Ausgabecharakteristik, wenn der Generator 2 Spannungen von 18,5 V und 14,0 V ausgibt.
Wenn die Ausgangsspannung von 14,0 V auf 18,5 V anwächst, wie zum Beispiel in 2 gezeigt, verschiebt sich die charakteristische Kurve der Ausgangsspannung nach rechts, und die Motorrotationsgeschwindigkeit, bei der der Generator die Ausgabe der erzeugten Leistung starten kann, wird daher höher.
Da in einem Lithium-Ionen-Stromversorgungssystem der Generator 2 und die Lithium-Ionen-Batterie 5 direkt miteinander verbunden sind, wird die Spannung des Generators 2 bei der Erzeugung der Leistung gleich zu der der Lithium-Ionen-Batterie 5. Wenn daher in einem Zustand, bei dem die Lithium-Ionen-Batterie 5 verbunden ist, die Generatorrotationsgeschwindigkeit gering ist, wie in einem Leerlauf, kann der Generator 2 keine Leistung mehr erzeugen.
Ein Relais 4 für die Lithium-Ionen-Batterie ist zwischen dem Generator 2 und der Lithium-Ionen-Batterie verbunden. Das Relais 4 ist ein Relais, das eine Spule oder ein Halbleiterelement verwendet, welches durch ein Ansteuersignal von der Batterie-ECU 1 angeschaltet (verbunden) wird. Eine elektrische Last 10 umfasst Scheinwerfer und Scheibenwischer, die angesichts der Kosten und Lebensdauerbeschränkungen mit einem 12 V-System einschließlich der Bleibatterie 9 verbunden sind.
Als nächstes wird der Steuerbetrieb detailliert mit Bezug auf die Flussdiagramme in 3 bis 7 erläutert. In der 3 bis zur 7 bezeichnet LIB hier die Lithium-Ionen-Batterie 5; bezeichnet ALT den Generator 2; und bezeichnet LIB-Relais das Relais 4 für die Lithium-Ionen-Batterie 5.
Die in den 3 bis 7 gezeigten Steuerroutinen sind Teil der Steuerroutinen, die in der Motor-ECU 13 ausgeführt werden; eine Berechnung für die Steuerung wird nicht nur für die Kraftstoffeinspritzmenge in den Motor und den Zündzeitpunkt ausgeführt, sondern auch für Zusatzausrüstungen wie den Generator 2.
3 zeigt eine Routine der regenerativen Bremssteuerung, und dient als Flussdiagramm zur Übernahme der Steuerung des Betriebs des Generators 2, wenn das Fahrzeug abbremst.
Zuerst wird ein regenerativer Bremsmodus definiert, wenn der Fahrzeugführer das Beschleunigungspedal freigibt, wenn das Fahrzeug eine vorbestimmte Geschwindigkeit überschreitet und das Fahrzeug in einen Kraftstoff-Abschaltungssteuerzustand gelangt.
Wenn das Fahrzeug im Schritt S101 in dem regenerativen Bremsmodus ist, folgt aus Schritt S102, dass der Abwärts-DC-DC-Wandler 3 gestoppt wird, und der gesamte durch den Generator 2 erzeugte Strom in die Lithium-Ionen-Batterie 5 fließt. Als nächstes wird ein durch den Generator 2 zu erzeugender Zielstrom aus dem Zielbremsdrehmoment des Fahrzeugs im Schritt S103 berechnet. Das Zielbremsdrehmoment wird mit Bezug auf eine Tabelle, die im Voraus gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit eingestellt wird, nachgesehen und eingestellt.
Ferner wird das Zielbremsdrehmoment als Antwort auf den An/Aus-Zustand eines Bremsschalters zum Erfassen einer Betätigung des Bremspedals umgeschaltet. Wenn das Bremspedal betätigt wird, wird ein größerer Zielbremsdrehmomentwert eingestellt, verglichen mit dem Fall, wenn das Pedal nicht betätigt wird, so dass eine größere Bremsenergie regeneriert werden kann.
Im Schritt S104 wird die hier durch den Generator 2 erzeugte Strommenge durch ein Feedback derart gesteuert, dass ein Ladestrom an die Lithium-Ionen-Batterie 5 mit dem Zielerzeugungsstrom übereinstimmt.
Der von dem Generator 2 ausgegebene Strom variiert mit der Temperatur, selbst dann, wenn das gleiche Feldtastverhältnis gegeben ist; der ausgegebene Strom wächst wahrscheinlich in einem Zustand geringerer Temperatur an. Wenn daher der ausgegebene Strom durch einen Open-Loop gesteuert wird, würde ein Überstrom in die Lithium-Ionen-Batterie 5 fließen, wodurch die Gefahr eines beschleunigten Verschleißes der Lithium-Ionen-Batterie 5 ansteigt.
In diesem Sinne wird der Abwärts-DC-DC-Wandler 3 abgeschaltet, um einen Zustand zu erzeugen, in dem der durch den Generator 2 erzeugte Strom gleich dem Ladestrom für die Lithium-Ionen-Batterie 5 ist, und bei dem ein in der Lithium-Ionen-Batterie 5 bereitgestellter Stromsensor verwendet wird, so dass der durch den Generator 2 erzeugte Strom genau gesteuert bzw. geregelt werden kann.
Eine Übernahme der wie oben beschriebenen Steuerung kann verhindern, dass der Überstrom in die Lithium-Ionen-Batterie 5 fließt, und kann auch verhindern, dass die Lithium-Ionen-Batterie einer Überladung unterliegt, selbst dann, wenn die elektrische Last plötzlich geändert wird und die Temperatur des Generators 2 fluktuiert, so dass der Verschleiß der Lithium-Ionen-Batterie 5 unterdrückt werden kann.
Wenn das Beschleunigungspedal bzw. Gaspedal erneut betätigt wird oder die Fahrzeuggeschwindigkeit unter den vorbestimmten Wert fällt, wird der regenerative Bremsmodus abgeschlossen.
Die in 4 gezeigte Bleibatterie-Aufladesteuerroutine wird mit Ausnahme des regenerativen Bremsmodus ausgeführt. Wenn im Schritt S201 die Spannung der Lithium-Ionen-Batterie 5 höher als eine vorbestimmte Spannung ist, und der SOC der Batterie größer als ein vorbestimmter Wert ist, wird erlaubt, dass die Lithium-Ionen-Batterie 5 entladen wird.
Wenn sich die Lithium-Ionen-Batterie 5 in einem entladbaren Zustand befindet, wird im Schritt S202 auf Grundlage des SOC der Batterie 9 bestimmt, ob die Bleibatterie 9 aufgeladen werden soll oder nicht. Wenn der SOC der Bleibatterie 9 geringer als ein vorbestimmter Wert ist, d. h., wenn die Bleibatterie nicht vollständig aufgeladen ist, stellt Schritt S203 sicher, dass die Zielausgangsspannung des Abwärts-DC-DC-Wandlers 3 auf eine Ladespannung der Bleibatterie von zum Beispiel 14,5 V eingestellt wird, und wobei der Abwärts-DC-DC-Wandler 3 dann aktiviert wird, um die Bleibatterie 9 aufzuladen.
Wenn das Laden der Bleibatterie 9 fortschreitet, so dass der SOC davon größer als der vorbestimmte Wert wird, wird die Zielausgabespannung des Abwärts-DC-DC-Wandlers 3 verringert und auf eine Spannung von z. B. 12,8 V eingestellt, bei der die Bleibatterie 9 weder entladen noch geladen wird, wodurch die umsonst an die elektrische Last 10 gelieferte Leistung reduziert wird und die in der Lithium-Ionen-Batterie 5 gespeicherte Energie effektiv genutzt wird.
Eine wie oben beschriebene Steuerung kann ferner die Kraftstoffeffizienz bzw. Kraftstofflaufleistung erhöhen, zusätzlich zu der Erhöhung durch die oben beschriebene Regeneration.
Wenn unterdessen die Lithium-Ionen-Batterie 5 nicht vollständig aufgeladen ist, und die Entladung im Schritt S201 nicht erlaubt ist, folgt Schritt S206 und der Abwärts-DC-DC-Wandler 3 wird gestoppt.
Die oben dargestellte Steuerroutine erfolgt unter normalen Bedingungen, um die Lithium-Ionen-Batterie 5 für die Bremsregeneration zu verwenden.
Als nächstes wird eine Erzeugungssteuerroutine mit Bezug auf 5 erläutert, wenn die Temperatur der Lithium-Ionen-Batterie 5 außerhalb eines Bereichs der Batterie ist, in dem diese sicher ohne Verschleiß betrieben werden kann.
Wenn die Lithium-Ionen-Batterie 5 bei einer geringen Temperatur geladen wird, z. B. bei einer Temperatur unter 0°C, oder die Batterie bei einer hohen Temperatur geladen und entladen wird, z. B. bei einer Temperatur höher als 60°C, wird deren Verschleiß signifikant beschleunigt. Wenn dies auftritt, muss die Verwendung der Lithium-Ionen-Batterie 5 gestoppt werden, und eine durch den Generator 2 erzeugte Energie muss direkt an die Bleibatterie 9 oder die elektrische Last 10 mittels des Abwärts-DC-DC-Wandlers 3 geliefert werden.
Wenn daher im Schritt S301 zuerst die Temperatur der Lithium-Ionen-Batterie 5 geringer als ein vorbestimmter Wert oder höher als ein anderer vorbestimmter Wert ist, folgt Schritt S302, um die Verwendung der Lithium-Ionen-Batterie 5 zu stoppen. Im Schritt S302 wird das Relais 4 für die Lithium-Ionen-Batterie ausgeschaltet, um die Lithium-Ionen-Batterie 5 von dem Stromversorgungssystem zu trennen. Die Details der Steuersequenz zum An- und Ausschalten des Relais 4 für die Lithium-Ionen-Batterie wird später mit Bezug auf 7 beschrieben.
Als nächstes wird im Schritt S303 ein Tastverhältnis zum Ansteuern des Abwärts-DC-DC-Wandlers 3 auf 100% erhöht, d. h., dass der Wandler in einen direkt verbundenen Zustand gebracht wird.
Im Allgemeinen wird der Generator 2 derart konfiguriert, dass beim Start der Erzeugung eine Energie von einer damit verbundenen Batterie geliefert wird, um einen Feldstrom zu erzeugen, der für die Erzeugung notwendig ist, und nachdem die Erzeugung ermöglicht ist, wird ein Feldstrom unter Verwendung der Energie, die durch sich selbst erzeugt wird.
Wenn aus diesem Grund die Lithium-Ionen-Batterie 5 getrennt wird, muss der Generator 2 temporär mit Energie von der Bleibatterie 9 versorgt werden, wenn die Erzeugung gestartet wird; daher kann der Generator 2 die Erzeugung nicht starten, es sei denn, dass der Abwärts-DC-DC-Wandler 3 zu Beginn direkt damit verbunden ist.
Danach wird der Generator 2 im Schritt S304 in einem Zustand gesteuert, bei dem der Abwärts-DC-DC-Wandler direkt verbunden ist, derart, dass die Spannung an die Bleibatterie 9 und die elektrische Last 10 14,5 V wird. Bei einer derartigen wie oben beschriebenen Steuerung kann die Bleibatterie 9 und die elektrische Last 10 stabil mit Energie versorgt werden, selbst dann, wenn die Lithium-Ionen-Batterie 5 von dem Stromversorgungssystem getrennt wird.
Im Folgenden wird die Steuersequenz zum Umschalten des Relais 4 für die Lithium-Ionen-Batterie von AN zu AUS oder umgekehrt mit Bezug auf 7 erläutert.
Wenn das Relais 4 für die Lithium-Ionen-Batterie zuerst zwischen den An- und Aus-Zuständen im Schritt S501 umgeschaltet wird, folgt Schritt S502 und der Generator 2 und der Abwärts-DC-DC-Wandler 3 werden gestoppt. Als nächstes wird ein in die Lithium-Ionen Batterie 5 fließender Strom im Schritt S503 überprüft. Wenn der in die Lithium-Ionen-Batterie fließende Strom geringer als ein vorbestimmter Wert wird, folgt Schritt S504, und dann wird das Relais 4 für die Lithium-Ionen-Batterie zwischen den An- und Aus-Zuständen umgeschaltet.
Durch die oben beschriebene Sequenzsteuerung kann das Relais 4 zwischen den An- und Aus-Zuständen umgeschaltet werden, nachdem erfasst wird, dass der in das Relais 4 fließende Strom auf nahezu 0 abgefallen ist, wodurch der Verschleiß des Relais 4 verhindert werden kann. Da darüber hinaus die für das Relais 4 erforderlichen Spezifikationen erleichtert werden können, können die Kosten wie auch die Größe des Relais reduziert werden.
Darüber hinaus stimmt in der Konfiguration des in 1 gezeigten Stromversorgungssystems die Erzeugungsspannung durch den Generator 2 mit der Spannung der Lithium-Ionen-Batterie 5 überein; daher kommt die erzeugte Spannung in die Nähe von 18,5 V, wenn die Batterie zum Beispiel aus 5 Zellen aufgebaut ist. Je größer die erzeugte Spannung ist, umso höher ist die Drehzahl, bei der der Generator 2 mit der Ausgabe einer Energie bzw. Leistung beginnt; daher kann der Generator 2 bei einer geringen Motorrotationsgeschwindigkeit, wie zum Beispiel im Leerlauf, keine Spannung erzeugen, die so hoch wie 18,5 V ist, und als Ergebnis kann die Lithium-Ionen-Batterie 5 nicht geladen werden.
Wenn sich der Leerlauft fortsetzt, wird die Lithium-Ionen-Batterie 5 nicht vollständig geladen, wodurch eine Gefahr anwächst, dass auch die Bleibatterie 9 nicht vollständig geladen werden kann.
Daher folgt im Leerlauft Schritt S402, wie in 6 gezeigt, und es wird dann bestimmt, ob die Lithium-Ionen-Batterie 5 entladen werde kann, d. h., ob die Batterie vollständig geladen ist oder nicht. Wenn sich die Batterie in einem nicht entladbaren Zustand befindet, folgt Schritt S403, und das Relais 4 für die Lithium-Ionen-Batterie wird ausgeschaltet, wobei der Sequenz in 7 gefolgt wird. Danach wird der Abwärts-DC-DC-Wandler 3 in den direkt verbundenen Zustand gebracht, der Generator 2 aktiviert, und die durch den Generator 2 erzeugte Energie an die Bleibatterie 9 und die elektrische Last 10 mittels des Wandlers geliefert.
Durch die oben beschriebene Steuerung kann verhindert werden, dass die Bleibatterie 9 nicht vollständig geladen wird, selbst dann, wenn sich ein Leerlauft fortsetzt, so dass die Bleibatterie 9 und die elektrische Last 10 stabil mit Energie versorgt werden können.
Wenn unterdessen im Schritt S402 der SOC der Lithium-Ionen-Batterie 5 hoch genug ist, selbst in einem Leerlaufzustand, und sich die Batterie in dem entladbaren Zustand befindet, verbleibt das Relais 4 für die Lithium-Ionen-Batterie angeschaltet, und die Lithium-Ionen-Batterie 5 lädt die Bleibatterie 9 über den Abwärts-DC-DC-Wandler 3.
Verschiedene Modifikationen und Änderungen dieser Erfindung werden dem Durchschnittsfachmann ersichtlich, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, und es wird verstanden, dass diese nicht durch die hier dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 3972906 [0008]
JP 4100020 [0008]

Claims

Fahrzeug-Stromversorgungssystem, umfassend: eine Bleibatterie (9); eine Lithium-Ionen-Batterie (5), die bei einer Spannung geladen und entladen werden kann, die höher als die Bleibatterie-Spannung ist; einen Abwärts-DC-DC-Wandler (3), der zwischen der Bleibatterie und der Lithium-Ionen-Batterie (5) verbunden ist, und dessen Ausgangsspannung steuerbar ist; einen Generator (2), der mit dem Abwärts-DC-DC-Wandler (3) und der Lithium-Ionen-Batterie (5) verbunden ist; ein Lithium-Ionen-Batterie-SOC-Erfassungsmittel (8) zum Erfassen eines Ladezustands der Lithium-Ionen-Batterie (5); ein Relais (4) für die Lithium-Ionen-Batterie (5), durch das die Lithium-Ionen-Batterie (5) von dem Generator (2) und dem Abwärts-DC-DC-Wandler (3) verbunden und getrennt wird; und einem Steuermittel (1) zum Steuern eines An- und Aus-Schaltens des Relais (4) für die Lithium-Ionen-Batterie (5) auf Grundlage des Ladezustands der Lithium-Ionen-Batterie (5).
Fahrzeug-Stromversorgungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Lithium-Ionen-Batterie-Temperaturerfassungsmittel (7) zum Erfassen einer Temperatur der Lithium-Ionen-Batterie (5), wobei das Steuermittel (1) das Relais (4) für die Lithium-Ionen-Batterie (5) ausschaltet, wenn die Temperatur der Lithium-Ionen-Batterie (5) geringer als oder höher als ein vorbestimmter Temperaturbereich ist; und den Generator (2) mit dem kontinuierlich aktivierten Abwärts-DC-DC-Wandler (3) betreibt.
Fahrzeug-Stromversorgungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Steuermittel (1) das Relais (4) für die Lithium-Ionen-Batterie (5) ausschaltet, wenn der Ladezustand der Lithium-Ionen-Batterie (5) geringer als ein vorbestimmter Wert ist und eine Motorrotationsgeschwindigkeit gering ist, und den Generator (2) mit dem kontinuierlich aktivierten Abwärts-DC-DC-Wandler (3) betreibt.
Fahrzeug-Stromversorgungssystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei, wenn das Relais (4) für die Lithium-Ionen-Batterie (5) an- oder ausgeschaltet ist, das An- oder Ausschalten des Relais (4) durchgeführt wird, nachdem der Generator (2) und der Abwärts-DC-DC-Wandler (3) gestoppt sind, so dass ein Lade- und Entladestrom der Batterie (5) auf einen Wert abfällt, der geringer als ein vorbestimmter Wert ist.
Fahrzeug-Stromversorgungssystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei, wenn der Generator (2) eine Energie während eines Bremsens regeneriert, das Steuermittel (1) den Abwärts-DC-DC-Wandler (3) stoppt und den Generator (2) derart steuert, dass der Ladestrom der Lithium-Ionen-Batterie (5) mit einem Zielerzeugungsstrom übereinstimmt.
Fahrzeug-Stromversorgungssystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, ferner mit einem Bleibatterie-SOC-Erfassungsmittel (12) zum Erfassen eines Ladezustands der Bleibatterie (9), wobei, wenn der Ladezustand der Bleibatterie (9) höher als ein vorbestimmter Wert ist, das Steuermittel (1) die Ausgangsspannung des Abwärts-DC-DC-Wandlers (3) auf eine Spannung einstellt, bei der die Bleibatterie (9) nicht entladen wird, wohingegen, wenn der Ladezustand dessen geringer als der vorbestimmte Wert ist, das Steuermittel (1) die Ausgangsspannung des Abwärts-DC-DC-Wandlers (3) auf eine Spannung einstellt, bei der die Bleibatterie (9) geladen werden kann.