DE102015111128A1 - Energieversorgungsgerät - Google Patents

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Toshiyo Teramoto
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Abstract

Ein Energieversorgungsgerät weist einen Generator, eine Bleibatterie und eine zweite Batterie auf. Leerlaufspannungen und Innenwiderstände der Batterien sind derart bestimmt, dass es einen Punkt, an dem die Leerlaufspannung der zweiten Batterie mit derjenigen der Bleibatterie übereinstimmt, in einer Region auf einer Seite mit kleineren Restkapazität in Bezug auf einen Verwendungsbereich in einem gesamten Restkapazitätsbereich der zweiten Batterie gibt, die Leerlaufspannung der zweiten Batterie größer als diejenige der Bleibatterie in dem Verwendungsbereich der zweiten Batterie ist, der Innenwiderstand der zweiten Batterie kleiner als derjenige der Bleibatterie in einem Ladezustand des Generators ist, und einer Anschlussspannung der zweiten Batterie in einem Zustand, in dem ein maximaler Ladestrom durch die zweite Batterie geleitet wird, kleiner als eine regulierte Spannung in einem Energieerzeugungszustand des Generators ist. Ein Öffnungs-/Schließabschnitt wird in einem Energieerzeugungszustand und/oder einem lastaktivierten Zustand geschlossen.

Description

  • HINTERGRUND
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energieversorgungsgerät, das beispielsweise in einem Fahrzeug installiert ist.
  • Stand der Technik
  • Beispielsweise weist ein allgemein bekanntes fahrzeuginternes Energieversorgungssystem eine Konfiguration auf, die eine Vielzahl von Batterien (beispielsweise eine Bleibatterie und eine Lithium-Ionen-Batterie) aufweist. Die Batterien werden unterschiedlich zur Zufuhr elektrischer Energie zu verschiedenen elektrischen Lasten verwendet, die in dem Fahrzeug eingebaut sind. Insbesondere ist bei der Konfiguration eine rotierende elektrische Maschine mit einer Funktion zum Erzeugen von elektrischer Energie mit einer Lithium-Ionen-Batterie und einer Bleibatterie über einen Verbindungspfad verbunden, der mit einem Halbleiterschalter versehen. Der Halbleiterschalter wird geöffnet/geschlossen, um die rotierende elektrische Maschine von/mit der Lithium-Ionen-Batterie und der Bleibatterie zu trennen/zu verbinden. Somit wird die Bleibatterie, die eine niedrige Haltbarkeit gegenüber einem häufigen Laden/Entladen (akkumulierte Lade-/Entlademenge) aufweist, vor einer frühen Verschlechterung geschützt.
  • Das japanische Patent Nr.: 5471083 offenbart eine Technik, gemäß der ein Punkt, an der die Leerlaufspannung einer Bleibatterie mit derjenigen einer Lithium-Ionen-Batterie (zweiten Batterie) übereinstimmt, in den Verwendungsbereichen der Restkapazität der Bleibatterie und der Lithium-Ionen-Batterie bereitgestellt ist. Entsprechend dieser Technik werden Batteriekennlinien derart bestimmt, dass eine Beziehung von "Li-Leerlaufspannung > Pb-Leerlaufspannung" auf einer oberen Grenzseite des Punktes in dem Verwendungsbereich der Restkapazität der Lithium-Ionen-Batterie erfüllt ist. Somit wird, während zum Reduzieren von Kosten die Verwendung eines Gleichspannungswandlers beseitigt wird, gewährleistet, dass die Größe des von der Lithium-Ionen-Batterie zu der Bleibatterie fließenden Stroms minimiert wird, um ein Überladen der Bleibatterie zu vermeiden.
  • Jedoch sind entsprechend der in dem japanischen Patent Nr.: 5471083 offenbarten Technik der Bereich, in dem "Li-Leerlaufspannung > Pb-Leerlaufspannung" erfüllt ist, und der Bereich, in dem "Li-Leerlaufspannung < Pb-Leerlaufspannung" erfüllt ist, beide in dem normalen Verwendungsbereich der zweiten Batterie vorhanden. Daher kann in einem Zustand, in dem "Li-Leerlaufspannung < Pb-Leerlaufspannung" gilt, ein Entladen nicht länger vorzugsweise von der Lithium-Ionen-Batterie-Seite durchgeführt werden. Dies bereitet Bedenken dahingehend, dass die Bleibatterie aufgrund der erhöhten akkumulierten Entlademenge der Bleibatterie verschlechtert wird.
  • Es gibt eine Maßnahme, die gegenüber der Verringerung der akkumulierten Entlademenge in der Bleibatterie getroffen werden kann, wenn der Bereich, der "Li-Leerlaufspannung > Pb-Leerlaufspannung" erfüllt, und der Bereich, der "Li-Leerlaufspannung < Pb-Leerlaufspannung" erfüllt, beide innerhalb des Verwendungsbereichs der zweiten Batterie vorhanden sind. Als eine derartige Maßnahme können beispielsweise die Bleibatterie und die Lithium-Ionen-Batterie voneinander getrennt werden (kann der Halbleiterschalter in dem Verbindungspfad ausgeschaltet werden), wenn der Zustand sich auf "Li-Leerlaufspannung < Pb-Leerlaufspannung" ändert. In diesem Fall wird jedoch der Halbleiterschalter wiederholt ein-/ausgeschaltet, was zu einer Wahrscheinlichkeit führt, dass ein Ausschaltfehler in dem Halbleiterschalter oder eine mangelhafte Steuerung an dem Halbleiterschalter verursacht wird. Jedoch gibt es Bedenken dahingehend, dass ein derartiger Ausschaltfehler einen Energieversorgungsverlust für die elektrischen Lasten hervorruft. Um einem derartigen Energieversorgungsverlust zu begegnen, ist das Vorsehen einer Sicherungsschaltung (Backup-Schaltung) erforderlich, um die Energieversorgung zu gewährleisten, was jedoch Bedenken dahingehend bereitet, dass Kosten erhöht werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Energieversorgungsgerät bereitgestellt, das eine Bleibatterie und eine zweite Batterie aufweist und korrekt Laden/Entladen der Batterien durchführt.
  • Gemäß einer Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels weist ein Energieversorgungsgerät einen Generator, eine Bleibatterie und eine zweite Batterie auf, wobei die Bleibatterie und die zweite Batterie parallel zu dem Generator geschaltet sind, und bei dem elektrische Leistung wird aus der Bleibatterie und der zweiten Batterie einer elektrischen Last zugeführt wird. Das Gerät weist auf: einen Schutzsteuerungsabschnitt, der eine Lademenge zu der zweiten Batterie begrenzt, um die zweite Batterie vor einem Überladen zu schützen, während eine Entlademenge aus der zweiten Batterie begrenzt wird, um die zweite Batterie vor einem Überentladen zu schützen, so dass eine Restkapazität der zweiten Batterie innerhalb eines vorbestimmten Verwendungsbereichs fällt, der in einem gesamten Restkapazitätsbereich bestimmt ist; einen Öffnungs-/Schließabschnitt, der für einen Verbindungspfad vorgesehen ist, der elektrisch die Bleibatterie und die zweite Batterie miteinander verbindet und zum Verbinden und Trennen der Bleibatterie und der zweiten Batterie ein- und ausgeschaltet wird; und einen Öffnungs-/Schließsteuerungsabschnitt, der den Öffnungs-/Schließabschnitt steuert. Leerlaufspannungen und Innenwiderstände der Bleibatterie und der zweiten Batterie sind derart bestimmt, dass ein Punkt vorgesehen ist, an dem die Leerlaufspannung der zweiten Batterie mit der Leerlaufspannung der Bleibatterie in einer Region auf einer Seite mit kleinerer Restkapazität in Bezug auf den Verwendungsbereich in dem gesamten Restkapazitätsbereich der zweiten Batterie zusammenfällt, in dem Verwendungsbereich der zweiten Batterie die Leerlaufspannung der zweiten Batterie größer als die Leerlaufspannung der Bleibatterie ist, der Innenwiderstand der zweiten Batterie kleiner als der Innenwiderstand der Bleibatterie in einem Ladezustand ist, der durch Energieerzeugung durch den Generator erzeugt wird, und eine Anschlussspannung der zweiten Batterie in einem Zustand, in dem ein maximaler Ladestrom durch die zweite Batterie geleitet wird, kleiner als eine regulierte Spannung in einem Energieerzeugungszustand des Generators ist. Der Öffnungs-/Schließsteuerungsabschnitt bewirkt, dass der Öffnungs-/Schließabschnitt sich in dem Energieerzeugungszustand des Generators und/oder dem lastaktivierten Zustand, in dem die elektrische Last aktiviert ist, in einem Aus-Zustand befindet.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:
  • 1 ein elektrischen Schaltbild, das ein Energieversorgungssystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
  • 2A und 2B Graphen, die jeweils SOC-Verwendungsbereiche einer Bleibbatterie und einer Lithium-Ionen-Batterie veranschaulichen,
  • 3 einen Graphen, der Differenzen in I-V-Kennlinien zwischen einer Bleibatterie und einer Lithium-Ionen-Batterie veranschaulicht,
  • 4 ein Zeitverlaufsdiagramm, das eine Korrelation zwischen einem Fahrzustand eines Fahrzeugs und Laden/Entladen einer Lithium-Ionen-Batterie veranschaulicht,
  • 5 eine elektrisches Schaltbild, das ein Energieversorgungssystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
  • 6 Spannungskennlinien einer Lithium-Ionen-Batterie,
  • 7 ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitung einer SOC-Berechnung veranschaulicht, und
  • 8A, 8B und 8C elektrische Schaltbilder, die Konfigurationen anderer Energieversorgungssysteme veranschaulichen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Unter Bezugnahme auf die beilegenden Zeichnungen ist nachstehend ein Ausführungsbeispiel beschrieben, auf das die vorliegende Erfindung angewendet wird. Ein fahrzeuginternes Energieversorgungsgerät gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist einem Fahrzeug installiert, das unter Verwendung einer Kraftmaschine (Brennkraftmaschine) als eine Antriebsquelle fährt und eine sogenannte Leerlaufstoppfunktion (automatische Stopp- und Neustartfunktion) aufweist.
  • (Erstes Ausführungsbeispiel)
  • 1 zeigt ein elektrisches Schaltbild, das ein Energieversorgungssystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Wie es in 1 gezeigt, weist das Energieversorgungssystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine rotierende Maschine 10, eine Bleibatterie 11, eine Lithium-Ionen-Batterie 12, einen Starter 13, verschiedene elektrische Lasten 14, einen MOS-Schalter 15 und einen SMR-Schalter 16 auf. Von diesen Komponenten sind die Lithium-Ionen-Batterie 12 sowie die Schalter 15 und 16 in einem Gehäuse (Unterbringungsgehäuse), das nicht gezeigt ist, zur Integration untergebracht, um dadurch eine Batterieeinheit U zu konfigurieren. Die Batterieeinheit U weist eine Steuerungseinrichtung 20 auf, die einen Batteriesteuerungsabschnitt (eine Batteriesteuerungseinrichtung) konfiguriert. Sowohl die Schalter 15 und 16 als auch die Steuerungseinrichtung 20 sind in dem Gehäuse in einem Zustand untergebracht, in dem sie auf einem einzelnen Substrat montiert sind.
  • Die Batterieeinheit U weist einen ersten Anschluss T1 und einen zweiten Anschluss T2 als externe Anschlüsse auf. Der externe Anschluss T1 ist mit der Bleibatterie 11, dem Starter 13 und den elektrischen Lasten 14 verbunden, wohingegen der zweite Anschluss T2 mit der rotierenden Maschine 10 verbunden ist. Die Anschlüsse T1 und T2 dienen als Hochstromeingangs-/-ausgangsanschlüsse, durch die ein Eingangs-/Ausgangsstrom der rotierenden Maschine 20 geleitet wird.
  • Die rotierende Maschine 10 weist eine Drehwelle auf, die über einen Riemen oder dergleichen mit einer Kraftmaschinenausgangswelle verbunden ist, die nicht gezeigt ist, um angetrieben zu werden. Die Drehung der Kraftmaschinenausgangswelle bewirkt eine Drehung der Drehwelle der rotierenden Maschine 10, wohingegen die Drehung der Drehwelle der rotierenden Maschine 10 eine Drehung der Kraftmaschinenausgangswelle bewirkt. In diesem Fall weist die rotierende Maschine 10 eine Generatorfunktion zum Erzeugen (Regenerieren) von elektrischer Energie mit der Drehung der Kraftmaschinenausgangswelle und einer Achsenwelle, sowie eine Bewegungsleistungsausgabefunktion des Zuführens eines Drehmoments zu der Kraftmaschinenausgangswelle auf, wodurch ein ISG (integrierter Startergenerator) konfiguriert ist.
  • Die Bleibatterie 11 und die Lithium-Ionen-Batterie 12 sind elektrisch parallel zu der rotierenden Maschine 10 geschaltet, um ein Laden der Batterien 11 und 12 durch die erzeugte Energie der rotierenden Maschine 10 zu ermöglichen. Der Antrieb der rotierenden Maschine 10 wird mit der aus den Batterien 11 und 12 zugeführten Energie gewährleistet.
  • Die Bleibatterie 11 ist eine allgemein bekannte Universalbatterie. Im Gegensatz dazu ist die Lithium-Ionen-Batterie 12 eine hochdichte Batterie, die im Vergleich zu der Bleibatterie 11 einen geringeren Energieverlust während des Ladens/Entladens bewirkt und eine höhere Ausgangsleistungsdichte und Energiedichte aufweist. In diesem Fall entspricht die Lithium-Ionen-Batterie 12 der zweiten Batterie. Die zweite Batterie kann eine Batterie mit einer höheren Ausgangsleistungsdichte oder Energiedichte als die Bleibatterie 11 sein.
  • Insbesondere weist die Bleibatterie 11 Bleidioxid (PbO2) als positives aktives Elektrodenmaterial, Blei (Pb) als aktives negatives Elektrodenmaterial und Schwefelsäure (H2SO4) als Elektrolyt auf. Die Bleibatterie 11 ist konfiguriert, indem eine Vielzahl von Batteriezellen, die jeweils aus diesen Materialien hergestellte Elektroden aufweisen, in Reihe geschaltet ist. In der Anordnung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist gewährleistet, dass die Bleibatterie 11 eine größere Speicherkapazität als diejenige der Lithium-Ionen-Batterie 12 aufweist.
  • Demgegenüber weist die Lithium-Ionen-Batterie 12 ein Oxid auf, das Lithium (Lithiummetallverbundoxid) als ein positives aktives Elektrodenmaterial enthält. Als ein spezifisches Beispiel für das Lithiummetallverbundoxid kann LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiFePO4 oder dergleichen erwähnt werden. Das negative aktive Elektrodenmaterial der Lithium-Ionen-Batterie 12, das verwendet werden kann, umfasst Kohlenstoff (C) oder Graphit, Lithiumtitanat (beispielsweise Li × TiO2) oder eine Legierung, die Si oder Sn enthält. Ein organischer Elektrolyt wird als der Elektrolyt der Lithium-Ionen-Batterie verwendet. Die Lithium-Ionen-Batterie 12 ist konfiguriert, indem eine Vielzahl von Batteriezellen, die jeweils aus diesen Materialien hergestellte Elektroden aufweisen, in Reihe geschaltet wird.
  • In 1 stellen die Bezugszeichen 11a und 12a Gruppen von Batteriezellen der Bleibatterie 11 und der Lithium-Ionen-Batterie 12 jeweils dar, wohingegen die Bezugszeichen 11b und 12b jeweils Innenwiderstände der Bleibatterie 11 und der Lithium-Ionen-Batterie 12 darstellen. In der nachfolgenden Beschreibung bezieht sich eine Leerlaufspannung V0 einer Batterie auf eine Spannung, die durch die Batteriezellengruppe 11a oder 12a erzeugt wird, während eine Anschlussspannung Vd oder Vc einer Batterie sich auf eine Spannung bezieht, die durch die nachfolgende Gleichung (1) oder (2) ausgedrückt ist. Vd = V0 – Id × R (1) Vc = V0 + Ic × R (2)
  • In den Gleichungen gibt Id einen Entladestrom an, gibt Ic einen Ladestrom an, gibt R einen Innenwiderstand einer Batterie an, und gibt V0 eine Leerlaufspannung der Batterie an. Wie es in diesen Gleichungen (1) und (2) gezeigt ist, wird die Anschlussspannung Vd in einem Entladezustand kleiner, wenn der Innenwiderstand R größer wird, wohingegen die Anschlussspannung Vc in einem Ladezustand größer wird, wenn der Innenwiderstand R größer wird.
  • Die elektrischen Lasten 14 weisen konstante Spannung erfordernde Lasten auf, bei denen es erforderlich ist, dass die Zufuhrleistung eine fast konstanten Spannung aufweist, oder es erforderlich ist, dass die Zufuhrleistung stabil ist, wobei deren Variation innerhalb zumindest eines vorbestimmten Bereichs liegt. Spezifische Beispiele für die Lasten, die eine konstante Spannung erfordern, umfassen ein Navigationssystem und ein Audiosystem. In diesem Fall kann eine Unterdrückung einer Spannungsvariation einen stabilen Betrieb dieser Systeme verwirklichen. Im Übrigen weisen die elektrischen Lasten 14 Frontscheinwerfer, Scheibenwischer wie die einer Windschutzscheibe, ein Gebläse einer Klimaanlage und eine Heizung für eine Enteisungseinrichtung einer Heckscheibe auf. Die Scheinwerfer, Scheibenwischer, das Gebläse und dergleichen erfordern, dass sie eine Zufuhrleistung mit einer konstanten Spannung erhalten, da eine Variation in der Spannung der Zufuhrleistung ein Flackern der Scheinwerfer, eine Variation in der Betriebsgeschwindigkeit der Scheibenwischer oder einer Variation in der Drehzahl des Gebläses (Variation in dem Gebläsegeräusch) bewirken kann.
  • Die Batterieeinheit U weist erste und zweite Verbindungspfade 21 und 22 als elektrische Pfade in der Einheit auf, die die ersten und zweiten Anschlüsse T1 und T2 mit der Lithium-Ionen-Batterie 12 jeweils verbinden. Von diesen Pfaden ist der erste Verbindungspfad 21, der die ersten und zweiten Anschlüsse T1 und T2 verbindet, mit einem MOS-Schalter 15 als ein Öffnungs-/Schließabschnitt (eine Öffnungs-/Schließeinrichtung) versehen. Demgegenüber ist der zweite Verbindungspfad 22, der einen Verbindungspunkt N1 (Batterieverbindungspunkt) auf dem ersten Verbindungspfad 21 mit der Lithium-Ionen-Batterie 12 verbindet, mit einem SMR-Schalter 16 versehen. Die Schalter 15 und 16 weisen jeweils 2 × n MOSFETs (Halbleiterschalter) auf. Die MOSFETs sind derart in Reihe geschaltet, dass die parasitären Dioden in einem Satz von zwei MOSFETs in zueinander entgegengesetzten Richtungen orientiert sind. Wenn der Schalter 15 oder 16 durch die parasitären Dioden ausgeschaltet wird, wird der Strom, der durch den Pfad geleitet wird, in dem der Schalter sich befindet, vollständig unterbrochen.
  • Das vorliegende Energieversorgungssystem weist einen Umgehungspfad 23 auf, der die Bleibatterie 11 und die rotierende Maschine 10 nicht über den MOS-Schalter 15 verbinden kann. Insbesondere ist der Umgehungspfad 23 derart vorgesehen, dass ein elektrischer Pfad, der mit dem ersten Anschluss T1 verbunden ist (Pfad, der mit der Bleibbatterie 11 und dergleichen verbunden ist) elektrisch mit einem elektrischen Pfad verbunden ist, der mit dem zweiten Anschluss T2 verbunden ist (Pfad, der mit der rotierenden Maschine 10 verbunden ist), wobei die Batterieeinheit U umgangen wird. Der Umgehungspfad 23 weist einen Umgehungsschalter 24 auf, der eine Bleibatterieseite von/mit einer Seite der rotierenden Maschine 10 trennt oder verbindet. Der Umgehungsschalter 24 ist ein normalerweise geschlossener Relaisschalter. Es sei bemerkt, dass der Umgehungspfad 23 und der Umgehungsschalter 24 in der Batterieeinheit U vorgesehen sein können, um den MOS-Schalter 25 zu umgehen.
  • Die Steuerungseinrichtung 20 schaltet einen Ein-Zustand (geschlossen) von jedem der Schalter 15 und 16 auf einen Aus-Zustand (geöffnet) oder umgekehrt. In diesem Fall führt die Steuerungseinrichtung 20 Ein-Aus-Steuerung an dem MOS-Schalter 15 in Abhängigkeit davon durch, ob es die Zeit des Entladens ist, wenn elektrische Energie den elektrischen Lasten 14 zugeführt wird (Zeit, wenn die Lasten aktiviert werden), ob es die Zeit des Ladens ist, wenn elektrische Energie von der rotierenden Maschine 10 zugefügt wird, oder ob es die Zeit des Neustarts ist, wenn die Maschine, die unter einer Leerlaufstoppsteuerung gestoppt ist, automatisch durch die rotierende Maschine 10 erneut gestartet wird. Die Einzelheiten der Ein-Aus-Steuerung sind nachstehend beschrieben. Der SMR-Schalter 16 ist normalerweise und im Wesentlichen in einem Ein-Zustand (geschlossen) gehalten, und es wird gewährleistet, dass dieser ausgeschaltet (geöffnet) wird, falls eine Anormalität wie in der Batterieeinheit U oder der rotierenden Maschine 10 aufgetreten ist.
  • Die Steuerungseinrichtung 20 ist mit einer ECU 30 verbunden, die außerhalb von der Batterieeinheit ist. Insbesondere sind die Steuerungseinrichtung 20 und die ECU 30 über ein Kommunikationsnetzwerk wie ein CAN (Controller Area Network) verbunden, um eine gegenseitige Kommunikation zu ermöglichen, wobei verschiedene Daten, die in der Steuerungseinrichtung 20 und der ECU 30 gespeichert sind, gemeinsam genutzt werden können. Die ECU 30 ist eine elektronische Steuerungseinheit mit einer Funktion zur Durchführung einer Leerlaufstoppsteuerung. Wie es allgemein bekannt ist, wird unter der Leerlaufstoppsteuerung die Maschine automatisch gestoppt, wenn vorbestimmte Automatikstoppbedingungen erfüllt sind, und wird die Maschine neu gestartet, wenn vorbestimmte Neustartbedingungen in dem automatisch gestoppten Zustand erfüllt sind.
  • Die rotierende Maschine 10 erzeugt elektrische Energie unter Verwendung der über die Kraftmaschinenausgangswelle übertragenen Drehenergie. Insbesondere wird, wenn der Rotor der rotierenden Maschine 10 durch die Kraftmaschinenausgangswelle gedreht wird, ein Wechselstrom in der Staturspule in Abhängigkeit von dem durch die Rotorspule geleiteten Erregungsstrom induziert, und der induzierte Wechselstrom wird durch einen nicht gezeigten Gleichrichter in einen Gleichstrom umgewandelt. Der durch die Rotorspule der rotierenden Maschine 10 geleitete Erregungsstrom wird durch eine Reglungseinrichtung reguliert, um die Spannung des erzeugten Wechselstroms auf eine vorbestimmte geregelte Spannung Vreg zu regulieren.
  • Die durch die rotierende Maschine 10 erzeugte elektrische Energie wird den elektrischen Lasten 14 zugeführt, wobei diese der Bleibatterie 11 und der Lithium-Ionen-Batterie 12 zugeführt wird. Wenn die Kraftmaschine gestoppt ist und somit keine elektrische Energie durch die rotierenden Maschine 10 erzeugt wird, wird elektrische Energie aus der Bleibatterie 11 und der Lithium-Ionen-Batterie 12 den elektrischen Lasten 14 zugeführt. Die Entlademenge aus der Bleibatterie 11 und der Lithium-Ionen-Batterie 12 zu den elektrischen Lasten 14 und die Lademenge aus der rotierenden Maschine 10 in geeigneter Weise innerhalb eines Bereiches justiert, bei dem der SOC weder ein überladener Zustand noch ein unterladener Zustand wird (SOC-Verwendungsbereich). Der Ausdruck SOC bezieht sich auf eine Restkapazität, die ein Anteil (Proportion) einer tatsächlichen Lademenge in Bezug auf eine Lademenge in einem vollständig geladenen Zustand ist. In diesem Fall führt die Steuerungseinrichtung 20 eine Schutzsteuerung derart durch, dass der SOC der Lithium-Ionen-Batterie 12 innerhalb eines vorbestimmten Verwendungsbereichs fällt (eines Verwendungsbereichs W2 gemäß 2B, der nachstehend beschrieben ist). Dabei begrenzt die Steuerungseinrichtung 20 die Lademenge der Lithium-Ionen-Batterie 12, um die Batterie 12 vor einem Überladen zu schützen, wohingegen die Entlademenge aus der Lithium-Ionen-Batterie 12 begrenzt wird, um die Batterie 12 vor einem Überentladen (übermäßigen Entladen) zu schützen. Für die Schutzsteuerung beschafft die Steuerungseinrichtung 20 konstant Erfassungswerte der Anschlussspannungen Vc und Vd oder der Leerlaufspannung V0 (Li) der Lithium-Ionen-Batterie 12, als auch einen Stromwert des durch die Lithium-Ionen-Batterie 12 geleiteten Stroms, wobei der Stromwert durch einen (nicht gezeigten) Stromerfassungsabschnitt (Stromerfassungseinrichtung) erfasst wird. Wenn beispielsweise die Anschlussspannung Vd der Lithium-Ionen-Batterie 12 in einem Entladezustand niedriger als eine untere Grenzspannung wird, wird dadurch, dass sie von der rotierenden Maschine 10 geladen wird, gewährleistet, dass die Lithium-Ionen-Batterie 12 vor einem Unterentladen geschützt wird. Die untere Grenzspannung kann auf der Grundlage einer Spannung entsprechend einem unteren Grenzwert (10%) des SOC-Verwendungsbereichs eingestellt werden. Die Steuerungseinrichtung 20 gibt eine Anweisung zu der Reglungseinrichtung in Bezug auf die variable Einstellung der geregelten Spannung Vreg aus, um zu vermeiden, dass die Anschlussspannung Vc der Lithium-Ionen-Batterie 12 eine obere Grenzspannung überstreitet, um dadurch die Batterie 12 vor einem Überladen zu schützen. Die obere Grenzspannung kann auf der Grundlage einer Spannung entsprechend einem oberen Grenzwert (90%) des SOC-Verwendungsbereichs eingestellt werden.
  • Für die Bleibatterie 11 wird eine ähnliche Schutzsteuerung durch eine andere Batteriesteuerungseinrichtung durchgeführt, die nicht gezeigt ist.
  • Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird regenerative Energie des Fahrzeugs verwendet, damit die rotierende Maschine 10 elektrische Energie zum Laden der Batterien 11 und 12 (hauptsächlich der Lithium-Ionen-Batterie 12) erzeugt, dass heißt, es wird eine Verlangsamungswiedergewinnung (Verlangsamungsregeneration) durchgeführt. Die Verlangsamungsregeneration wird durchgeführt, wenn derartige Bedingungen hergestellt sind, wie dass das Fahrzeug sich in Verlangsamung befindet und ein Kraftstoffeinspritzen in die Kraftmaschine abgeschnitten ist.
  • Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird gewährleistet, dass von den zwei Batterien 11 und 12 vorzugsweise die Lithium-Ionen-Batterie 12 geladen/entladen wird. Als eine Konfiguration für diesen Zweck sind die Kennlinien der Batterien 11 und 12 wie nachstehend beschrieben bestimmt. Die Einzelheiten sind unter Bezugnahme auf 2A, 2B und 3 beschrieben.
  • 2A und 2B zeigen Graphen, die SOC-Verwendungsbereiche der Bleibatterie 11 und der Lithium-Ionen-Batterie 12 jeweils veranschaulichen. 3 zeigt einen Graphen, der Differenzen in I-V-Kennlinien zwischen der Bleibatterie 11 und der Lithium-Ionen-Batterie 12 veranschaulicht. In 2A gibt die horizontale Achse den SOC der Bleibatterie 11 an, und ist die durchgezogene Linie A1 eine Spannungskennlinie, die eine Beziehung zwischen dem SOC und der Leerlaufspannung V0(Pb) der Bleibatterie 11 angibt. Proportional zu dem Anstieg des SOC in Zusammenhang mit dem Anstieg der Lademenge steigt die Leerlaufspannung V0(Pb) an. In 2B gibt die horizontale Linie den SOC der Lithium-Ionen-Batterie 12 an, und ist die durchgezogene Linie A2 einer Spannungskennlinie, die eine Beziehung zwischen dem SOC und der Leerlaufspannung V0(Li) der Lithium-Ionen-Batterie 12 angibt. Mit dem Anstieg der SOC in Zusammenhang mit dem Anstieg der Lademenge steigt die Leerlaufspannung V0(Li) ebenfalls an. Bei dem Anstieg der Leerlaufspannung V0(Li) ist die Steigung der Spannungskennlinie A2 zwischen Wendepunkten und P1 und P2 kleiner, an denen die Neigung drastisch geändert wird.
  • Ein Überladen oder Überentladen der Batterien 11 und 12 bereitet Bedenken bezüglich einer frühzeitigen Verschlechterung. Daher wird die vorstehende beschriebene Schutzsteuerung durchgeführt, um die Lade- oder Entlademenge von jeder der Batterien 11 und 12 auf dem Bereich (SOC-Verwendungsbereich) zum Vermeiden eines Überladens oder Überentladens durchgeführt. Beispielsweise ist ein SOC-Verwendungsbereich W1(Pb) der Bleibatterie 11 ein SOC von 88% bis 100%, wohingegen ein SOC-Verwendungsbereich W2(Li) der Lithium-Ionen-Batterie 12 ein SOC von 10% bis 90% ist. Die obere Grenze des Verwendungsbereichs W2(Li) ist kleiner als 100%, und die untere Grenze ist größer als 0%.
  • In der Bleibatterie 11 ist der SOC von 0% bis 88% der Bereich, der eine frühe Verschlechterung verursacht. Es sei bemerkt, dass 2B eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts zeigt, der in 2 durch die Strichpunktlinie angegeben ist (Abschnitt, der den Verwendungsbereich W1(Pb) angibt). Somit entspricht eine Position von SOC=0% der Lithium-Ionen-Batterie 12, die auf der horizontalen Achse von 2B gezeigt ist, dem Wert von 88% des Verwendungsbereichs W1(Pb).
  • Die Batteriekennlinien der Lithium-Ionen-Batterie 12 sind derart bestimmt, dass die Lithium-Ionen-Batterie 12 Spannungskennlinien aufweist, die die nachfolgenden Erfordernisse (a), (b), (c), (d) und (e) erfüllen. Diese Einstellungen können verwirklicht werden, indem die Leerlaufspannungen V0 und die Innenwiderstände R der Batterien 11 und 12 eingestellt werden. Diese Einstellungen der Leerlaufspannungen V0 können durch Auswahl des positiven aktiven Elektrodenmaterials, des negativen aktiven Elektrodenmaterials und des Elektrolyts der Lithium-Ionen-Batterie 12 verwirklicht werden.
  • <Erfordernis (a)>
  • Innerhalb des gesamten SOC-Bereichs (0 bis 100%) der Lithium-Ionen-Batterie 12 befindet sich ein nachstehend definierter Punkt Vds in einer spezifischen Region, die eine Region auf einer im Vergleich zu dem SOC-Verwendungsbereich W2(Li) Seite mit niedrigem SOC befindet. Dieser Punkt Vds ist als ein Punkt definiert, an dem die Leerlaufspannung V0(Li) der Lithium-Ionen-Batterie 12 mit der Leerlaufspannung V0(Pb) der Bleibatterie 11 übereinstimmt. Zusätzlich ist innerhalb des gesamten Bereichs des SOC-Verwendungsbereichs W2(Li) die Beziehung "Leerlaufsspannung V0(Li) > Leerlaufsspannung V0(Pb)" hergestellt. In den in 2B gezeigten Kennlinien sind die Wendepunkte P1 und P2 in Bezug auf den Verwendungsbereich W2(Li) jeweils auf einer Seite mit niedrigem SOC und einer Seite mit hohem SOC eingestellt. Weiterhin ist auf der Spannungskennlinie A2 der Punkt Vds in Bezug auf den Wendepunkt P1 auf einer Seite mit hohem SOC eingestellt. Alternativ dazu kann jedoch der Punkt Vds in Bezug auf den Wendepunkt P1 auf einer Seite mit niedrigem SOC eingestellt werden.
  • <Erfordernis (b)>
  • Der Innenwiderstand R(Li) der Lithium-Ionen-Batterie 12 und der Innenwiderstand R(Pb) der Bleibatterie 11 sind derart eingestellt, dass sie in einem Ladezustand "R(Li) < R(Pb)" erfüllen und in einem Entladezustand "R(Li) ≤ R(Pb)" erfüllen. In diesem Fall sind die Differenzen in den I-V-Kennlinien zwischen den Batterien 11 und 12 wie in 3 gezeigt. In 3 gibt die durchgezogene Linie B1 die I-V-Kennlinien der Bleibatterie 11 an, gibt die durchgezogene Linie B2 die I-V-Kennlinien der Lithium-Ionen-Batterie 12 an, und gibt die durchgezogene Linie B3 die regulierte Spannung Vreg an. Weiterhin gibt die horizontale Achse in dem Graphen von 3 Stromwerte Ic und Id an, und gibt die vertikale Achse die Anschlussspannungen Vc und Vd an. Der Strom Ic in einem Ladezustand ist durch ein Plus-Zeichen angegeben, wohingegen der Strom Id in einem Entladezustand durch ein Minus-Zeichen angegeben ist.
  • Die I-V-Kennlinien B1 und B2 zeigen, dass die Anschlussspannung Vc (der SOC) proportional zu dem Anstieg des Ladestroms Ic ansteigt, und dass die Anschlussspannung Vd (der SOC) sich proportional zu der Verringerung des Endladestroms Id verringert. Die Steigungen der I-V-Kennlinien B1 und B2 stellen den jeweiligen Innenwiderstand R da. In der Lithium-Ionen-Batterie 12 bleibt der Innenwiderstand R(Li) zwischen den Lade- und Entladezuständen unverändert. In der Bleibatterie 11 ist jedoch der Innenwiderstand R(Pb) in dem Ladezustand größer als der Innenwiderstand R(Pb) in den Entladezustand. Aus diesem Grund sind die Innenwiderstände derart bestimmt, dass "R(Li) < R(Pb)" in einem Ladezustand erfüllt wird und "R(Li) ≤ R(Pb)" in einem Entladezustand erfüllt wird.
  • Wenn zusätzlich die elektrischen Lasten 14 sich in einem aktivierten Zustand (Entladezustand) befinden, sind die Anschlussspannungen derart eingestellt, dass Vd(Li) > Vd(Pb) erfüllt ist. In einem Ladezustand, der durch die rotierende Maschine 10 erzeugt wird, sind die Anschlussspannungen derart eingestellt, dass Vc(Li) > Vc(Pb) in einem Bereich erfüllt wird, in dem Ic angenähert Null ist, jedoch Vc(Li) < Vc(Pb) außerhalb dieses Bereiches erfüllt wird. Derartige Einstellungen werden verwirklicht, wenn der Innenwiderstand R(Li) der Lithium-Ionen-Batterie 12 in einem Ladezustand kleiner als der Innenwiderstand R(Pb) der Bleibatterie 11 ist.
  • <Erfordernis (c)>
  • Die Anschlussspannung Vc(Li) der Lithium-Ionen-Batterie 12 in einem Zustand, in dem der maximale Ladestrom hindurch geleitet wird, ist kleiner als die regulierte Spannung Vreg in einem Energieerzeugungszustand (Motorbetrieb) der rotierenden Maschine 10. Anders ausgedruckt ist die Anschlussspannung Vc(Li) der Lithium-Ionen-Batterie 12 in einem Ladezustand, d.h. der Wert der Anschlussspannung Vc(Li) an dem oberen Grenzwert (90%) in dem SOC-Verwendungsbereich W2(Li), kleiner als die regulierte Spannung Vreg.
  • <Erfordernis (d)>
  • Die Steigung der Spannungskennlinie A2 (Steigung, die die Änderung der Leerlaufspannung in Bezug auf den SOC wiedergibt) ist zwischen einer Seite mit niedrigem und einer Seite mit hohem SOC in Bezug auf den Zwischenpunkt P3 unterschiedlich, der in dem SOC-Verwendungsbereich W2(Li) der Lithium-Ionen-Batterie 12 eingestellt ist. Anders ausgedrückt zeichnet die Spannungskennlinie A2 eine Kurve, die nach oben vorspringt. In diesem Fall ist die Steigung (durchschnittliche Steigung) der Spannungskennlinie A2 größer auf der Seite mit niedrigem SOC als auf der Seite mit hohem SOC. Der Zwischenpunkt P3 muss nicht notwendigerweise in der Mitte des SOC-Verwendungsbereich W2(Li) liegen, sondern kann etwas näher an dem oberen Grenzwert oder etwas näher an dem unteren Grenzwert liegen.
  • <Erfordernis (e)>
  • Die Spannungskennlinie A2 der Lithium-Ionen-Batterie 12 weist eine vergleichsweise kleine Steigung in einer Region zwischen den Wendepunkten P1 und P2 auf, und weist eine größere Steigung in Regionen auf einer Seite mit niedrigem SOC in Bezug auf P1 und auf einer Seite mit hohem SOC in Bezug auf P2 als in der Region zwischen den Wendepunkten P1 und P2 auf.
  • 4 veranschaulicht ein Zeitverlaufsdiagramm, das eine Korrelation zwischen einem Fahrzustand eines Fahrzeuges und Laden/Entladen der Lithium-Ionen-Batterie 12 veranschaulicht.
  • Gemäß 4 startet zu dem Zeitpunkt t1 der Starter 13 anfänglich die Kraftmaschine. Der MOS-Schalter 15, der sich dann in einem Aus-Zustand befindet, wird eingeschaltet, wenn der Starter 13 den Kraftmaschinenstart abgeschlossen hat. Danach wird der MOS-Schalter 15 unter der Bedingung, dass die Kraftmaschine sich im Betrieb befindet, in einem Ein-Zustand gehalten, wobei der Ein-Zustand, der gehalten wird, eine Zeitdauer eines regenerativen Ladens (Zeitdauer bzw. Periode TA in 4) abdeckt, das durch die rotierende Maschine 10 durchgeführt wird. Unter der Bedingung, dass der MOS-Schalter 15 sich in einem Ein-Zustand befindet, verringert sich der SOC(Li) allmählich aufgrund der Energiezufuhr (des Entladens) aus der Lithium-Ionen-Batterie 12 zu den elektrischen Lasten 14 in einem anderen Zustand als den regenerative Ladezustand (Zeitdauer TA), der durch die rotierende Maschine 10 erzeugt wird, jedoch erhöht sich der SOC(Li) in dem regenerativen Ladezustand.
  • Insbesondere wird nach Einschalten des MOS-Schalters 15, jedoch vor dem Zeitpunkt t2 von den zwei Batterien 11 und 12 vorzugsweise die Lithium-Ionen-Batterie 12 entladen. Dann startet zu dem Zeitpunkt t2 das Fahrzeug eine Verlangsamung, gefolgt durch einen automatischen Kraftmaschinenstopp unter einer Leerlaufstoppsteuerung. In diesem Fall erhöht sich der SOC(Li) in einer Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 aufgrund des regenerativen Ladens. Dann, in einer Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten t3 und t4, wenn die Kraftmaschine gestoppt ist, entlädt die Lithium-Ionen-Batterie 12 Energie zu den elektrischen Lasten 14. Unter dieser Bedingung kann die rotierende Maschine 10 keine Energieerzeugung (regenerative Erzeugung oder Erzeugung durch Maschinenantrieb) durchführen, weshalb die Verringerungsrate des SOC(Li) größer als im Vergleich zu dem Fall ist, wenn die Maschine sich im Betrieb befindet.
  • Dann wird bei Neustarten zu dem Zeitpunkt t4 der MOS-Schalter 15 bei Herstellung von Neustartbedingungen zeitweilig ausgeschaltet, und in diesem Zustand wird die Kraftmaschine durch die rotierende Maschine 10 neu gestartet. Bei dem Kraftmaschinenneustart wird ein vergleichsweise großer Strom von der Lithium-Ionen-Batterie 12 zu der rotierenden Maschine 10 geleitet. Da jedoch der MOS-Schalter 15 ausgeschaltet worden ist, wird die Energiezufuhr von der Bleibatterie 11 zu der rotierenden Maschine 10 unterbunden, um ein Absenken des SOC der Bleibatterie 11 zu vermeiden.
  • Danach wird gleichermaßen der MOS-Schalter 15 mit Ausnahme für die Neustartzeitdauer, die dem automatischen Kraftmaschinenstopp nachfolgt, in einem Ein-Zustand beibehalten. Somit wird der SOC(Li) in einer Weise erhöht und verringert, die ähnlich zu der Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten t1 bis t4 ist. Der MOS-Schalter 15 kann entweder in den durch die rotierende Maschine 10 erzeugten regenerativen Ladezustand oder in dem Zustand mit aktivierter Last ausgeschaltet werden.
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, kann die rotierende Maschine 10 eine Energieerzeugung (regenerative Erzeugung oder Erzeugung durch Kraftmaschinenantrieb) nicht durchführen, während die Kraftmaschine automatisch gestoppt ist. In diesem Fall kann eine unbegrenzte Dauer eines Kraftmaschinenstopps übermäßig den SOC(Li) verringern. Dementsprechend ist es wünschenswert, dass eine zulässige Dauer des Kraftmaschinenstopps bestimmt wird (beispielsweise zwei Minuten). Eine Bestimmung einer zulässigen Dauer des Kraftmaschinenstopps entspricht einer Bestimmung einer Entladegrenze (maximal zulässige Entlademenge) während des Kraftmaschinenstopps.
  • In diesem Fall bestimmt, wie es in 4 gezeigt ist, die Steuerungseinrichtung 20 die maximale zulässige Entlademenge Da, die erlaubt werden kann, während die Kraftmaschine automatisch gestoppt ist. Gleichzeitig erhält die Steuerungseinrichtung 20 einen SOC durch Addieren der maximalen zulässigen Entlademenge Da zu einer unteren Grenze K1 des Verwendungsbereichs W2 der Lithium-Ionen-Batterie 12 und stellt den erhaltenen SOC als eine essentielle untere Grenze K2 in dem Verwendungsbereich W2 ein. Dann steuert die Steuerungseinrichtung 20 unter der Bedingung, dass die Kraftmaschine sich in Betrieb befindet, den SOC der Lithiumionenbatterie 12 derart, dass er nicht unterhalb des essentiellen unteren Grenzwerts K2 in dem Verwendungsbereich W2 abfällt. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird gewährleistet, dass "Leerlaufspannung V0(Li) > Leerlaufspannung V0(Pb)" über den gesamten Verwendungsbereich W2 erfüllt wird. Dementsprechend kann der essentielle untere Grenzwert K2 unter Bezugnahme auf die untere Grenze K1 des Verwendungsbereichs W2 bestimmt werden, um dadurch zu ermöglichen, dass die Lithium-Ionen-Batterie 12 Energie innerhalb des vollständigen Verwendungsbereichs W2 entlädt.
  • Gemäß dem vorstehend beschriebenen vorliegenden Ausführungsbeispiel können die folgenden vorteilhaften Wirkungen erhalten werden.
  • Die Bleibatterie 11 und die Lithium-Ionen-Batterie 12 sind wie nachstehend beschrieben konfiguriert.
  • In einer Region auf einer Seite mit niedrigem SOC in Bezug auf den Verwendungsbereich W2 in dem gesamten SOC-Bereich (0 bis 100%) der Lithium-Ionen-Batterie 12 ist ein Punkt vorgesehen, bei dem die Leerlaufspannung der Lithium-Ionen-Batterie 12 mit derjenigen der Bleibatterie 11 übereinstimmt. Weiterhin ist in dem Verwendungsbereich W2 der Lithium-Ionen-Batterie 12 gewährleistet, dass "Li-Leerlaufspannung > Pb-Leerlaufspannung" erfüllt ist. Dementsprechend wird Energie vorzugsweise von der Lithium-Ionen-Batterie 12 über den gesamten Verwendungsbereich W2 entladen, um dadurch die akkumulierte Entlademenge in der Bleibatterie 11 soweit wie möglich zu verringern. Weiterhin wird in einem Ladezustand zugelassen, dass die Lithium-Ionen-Batterie 12 einen kleineren Innenwiderstand als denjenigen der Bleibatterie 11 aufweist. Dementsprechend wird in einem Ladezustand Energie vorzugsweise in die Lithium-Ionen-Batterie 12 geladen. Diese Ansätze sind effektiv, um eine Verschlechterung der Bleibatterie 11 zu vermeiden.
  • Die Spannungskennlinien A1 und A2 der Batterien 11 und 12 sind nicht über den gesamten SOC-Bereich vollständig voneinander getrennt, jedoch ist gewährleistet, dass sie sich einander auf einer Seite mit niedrigem SOC in Bezug auf den Verwendungsbereich W2 schneiden. Dementsprechend wird, während gewährleistet wird, dass die Lithium-Ionen-Batterie 12 vorzugsweise in dem Verwendungsbereich W2 geladen/entladen wird, gewährleistet, dass die Spannung sich nicht übermäßig von der regulierten Spannung Vreg unterscheidet, die in dem Motorbetrieb der rotierenden Maschine 10 hergeleitet wird. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass der Wirkungsgrad des Ladens verbessert wird.
  • Weiterhin kann eine Kombination der vorstehend beschriebenen Batteriekennlinien drastisch die Gelegenheiten zum Öffnen/Schließen des MOS-Schalters 15 verringern. Dies reduziert die Wahrscheinlichkeit, dass ein Energieverlust verursacht wird, der andernfalls dadurch verursacht würde, wenn der MOS-Schalter 15 offen (in einem Aus-Zustand) belassen wird. Anders ausgedrückt wird der MOS-Schalter 15 sowohl in dem Motorbetrieb der rotierenden Maschine 10 als auch dem lastaktivierten Zustand in einem geschlossenen Zustand beibehalten. Dementsprechend wird die Wahrscheinlichkeit des Verursachens eines Öffnungsfehlers (Ausschaltfehlers) in dem MOS-Schalter 15 reduziert, was zu einer Beseitigung von Nachteilen führt, wie beispielsweise dass ein momentaner oder ein kontinuierlicher Energiezufuhrverlust verursacht wird, der durch den Öffnungsfehler induziert wird. Kurz gesagt kann Energie stabil den elektrischen Lasten 14 zugeführt werden.
  • Wie es bisher beschrieben worden ist, kann bei dem Energieversorgungsgerät mit der Bleibatterie 11 und der Lithium-Ionen-Batterie 12 mit hoher Energiedichte das Laden/Entladen der Batterien 11 und 12 korrekt durchgeführt werden. Es wird gewährleistet, dass die Lade-/Entladehäufigkeit der Bleibatterie 11 abgesenkt ist, und es wird gewährleistet, dass der Kraftmaschinenneustart unter der Leerlaufstoppsteuerung durch die Energiezufuhr der Lithium-Ionen-Batterie 12 durchgeführt wird. Mit dieser Konfiguration kann eine kostengünstige Batterie für die Bleibatterie 11 verwendet werden. Dementsprechend kann eine Reduktion der auftretenden Kosten erwartet werden.
  • In dem Verwendungsbereich W2 der Lithium-Ionen-Batterie 12 zeichnet die Spannungskennlinie A2 (siehe 2B) eine Kurve, die nach oben vorspringt. Somit weist die Spannungskennlinie A2 eine größere Steigung auf der Seite mit niedrigem SOC in Bezug auf den Zwischenpunkt in dem Verwendungsbereich W2 als auf der Seite mit hohem SOC auf. In diesem Fall weist die Spannungskennlinie A2 eine kleine Steigung auf der Seite mit hohem SOC des Verwendungsbereichs W2 auf, weshalb ungeachtet des SOC die Spannung in Beziehung auf die regulierte Spannung Vreg gewährleistet werden kann, die in einem regenerativen Erzeugungszustand hergeleitet wird. Auf diese Weise kann der Ladewirkungsgrad der Lithium-Ionen-Batterie 12 verbessert werden.
  • Da die Spannungskennlinie A2 eine vergleichsweise große Steigung auf der Seite mit niedrigem SOC des Verwendungsbereichs W2 aufweist, kann die Genauigkeit der SOC-Berechnung (SOC-Empfindlichkeit) in Bezug auf einen Spannungserfassungswert der Lithium-Ionen-Batterie 12 verbessert werden. Dies ist zweckdienlich, um einen Spielraum für den unteren Grenzwert in dem Verwendungsbereich W2 in Bezug auf den SOC der Lithium-Ionen-Batterie 12 herauszufinden. Dies ist ebenfalls zweckdienlich, um ein Überentladen der Lithium-Ionen-Batterie 12 zu vermeiden.
  • Es wird gewährleistet, dass auf der Spannungskennlinie A2 der Lithium-Ionen-Batterie 12 die Wendepunkte P1 und P2 in Bezug auf den Verwendungsbereich W2 jeweils auf der Seite mit niedrigem SOC und der Seite mit hohem SOC eingestellt sind. Somit wird beim Laden von Energie in die Lithium-Ionen-Batterie 12 innerhalb des Verwendungsbereichs W2 durch regenerative Erzeugung verhindert, dass der Ladewirkungsgrad sich absenkt, was verursacht würde, wenn die Leerlaufspannung (Anschlussspannung) übermäßig nahe an der regulierten Spannung Vreg liegt. Anders ausgedrückt wird in einer Region eines hohen SOC in dem Verwendungsbereich W2 verhindert, dass der Wirkungsgrad des regenerativen Ladens aufgrund des drastischen Anstiegs der Leerlaufspannung abgesenkt wird. Weiterhin kann die Differenz zwischen einer Pb-Leerlaufspannung und einer Li-Leerlaufspannung so klein wie möglich an dem unteren Grenz-SOC in dem Verwendungsbereich W2 gemacht werden, was ebenfalls dazu beiträgt, ein Absenken des Wirkungsgrads des regenerativen Ladens zu verhindern.
  • Die Spannungskennlinie A2 weist eine Steigung auf, die auf der Seite mit niedrigem SOC und der Seite mit hohem SOC in Bezug auf den Verwendungsbereich W2 steiler als in dem Verwendungsbereich W2 ist. Dementsprechend kann die SOC-Berechnungsempfindlichkeit in den Regionen der Seite mit niedrigem SOC und der Seite mit hohem SOC in Bezug auf den Verwendungsbereich W2 verbessert werden. In dem Fall, dass der SOC in diesen Regionen liegt, kann der Zustand in geeigneter Weise erhalten werden.
  • Es wird gewährleistet, dass der MOS-Schalter 15 in einem Aus-Zustand (geöffneten Zustand) ist, wenn die Kraftmaschine durch Antrieb der rotierenden Maschine 10 (Starteinheit) unter der Leerlaufstoppsteuerung neu gestartet wird. In diesem Fall wird beim Neustarten der Kraftmaschine durch die rotierende Maschine 10 Energie aus der Lithium-Ionen-Batterie 12 der rotierenden Maschine 10 in einen Zustand zugeführt, in dem im Prinzip die Batterien 11 und 12 elektrisch voneinander getrennt sind. Dementsprechend wird keine Energiezufuhrlast der Bleibatterie 11 beim Maschinenneustart auferlegt. Dies verwirklicht eine Konfiguration, die vorteilhaft beim Minimieren der akkumulierten Entlademenge der Bleibatterie 11 ist.
  • Ein SOC, der durch Addieren der maximalen zulässigen Entlademenge Da zu dem unteren Grenzwert K1 in dem Verwendungsbereich W2 der Lithium-Ionen-Batterie 12 erhalten wird, wird als die essentielle untere Grenze K2 in den Verwendungsbereich W2 eingestellt. In einem Zustand, in dem die Kraftmaschine sich in Betrieb befindet, wird gewährleistet, dass der SOC der Lithium-Ionen-Batterie 12 derart gesteuert wird, dass er nicht unterhalb des essentiellen unteren Grenzwerts K2 in dem Verwendungsbereich W2 abfällt. Somit wird Energie korrekt von der Lithium-Ionen-Batterie 12 ungeachtet davon entladen, ob die Maschine gestoppt ist oder sich in Betrieb befindet. Anders ausgedrückt kann in diesem Fall der Verwendungsbereich W2, der die Beziehung "Leerlaufspannung V0(Li) > Leerlaufspannung V0(Pb)" erfüllt, vollständig verwendet werden, um Energie aus der Lithium-Ionen-Batterie 12 korrekt zu entladen.
  • Die Konfiguration gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendet die Lithium-Ionen-Batterie 12, die eine Batterie ist, die auf einer nichtflüssigen Elektrolytlösung basiert. Somit ist beispielsweise im Vergleich zu dem Fall, dass eine Nickelspeicherbatterie verwendet wird, die Energiedichte höher, und können die Leerlaufspannung und der Innenwiderstand leicht derart eingestellt werden, dass die in 2B gezeigte Spannungskennlinie erfüllt wird.
  • In der Konfiguration gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel weist das negative aktive Elektrodenmaterial der Lithium-Ionen-Batterie 12, das verwendet werden kann, Kohlenstoff, Graphit, Lithiumtitanat, eine Legierung, die Si enthält, und eine Legierung auf, die Sn enthält, und weist das positive aktive Elektrodenmaterial der Lithium-Ionen-Batterie 12, das verwendet werden kann, ein zusammengesetztes Lithiummetalloxid auf. Somit können die Leerlaufspannung und der Innenwiderstand leicht eingestellt werden, um wiederum die in 2B gezeigte Spannungskennlinie zu erfüllen. Das Material, das für das positive aktive Elektrodenmaterial der Lithium-Ionen-Batterie 12 verwendet wird, kann Lithiumeisenphosphat sein.
  • (Zweites Ausführungsbeispiel)
  • Nachstehend ist das zweite Ausführungsbeispiel beschrieben, wobei sich auf die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel konzentriert wird. 5 zeigt ein Energieversorgungssystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Die grundsätzliche Konfiguration des Energieversorgungssystems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist dieselbe wie diejenige, die in 1 gezeigt ist. Insbesondere sind ein Stromsensor 41 und ein Spannungssensor 42 explizit gezeigt. Der Stromsensor 41 erfasst einen Strom (Lade-/Entladestrom), der durch die Lithium-Ionen-Batterie 12 fließt. Der Spannungssensor 42 erfasst eine Anschlussspannung der Lithium-Ionen-Batterie 12.
  • Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein SOC durch ein Berechnungsverfahren berechnet, das für jede Region geeignet ist, unter Berücksichtigung der nachfolgenden Punkte gemäß 6, in der Spannungskennlinien der Lithium-Ionen-Batterie 12 veranschaulicht sind:
    • (1) Der Verwendungsbereich W2 überschneidet sich mit einer Hoch-SOC-Region Ra und einer Niedrig-SOC-Region Rb. In der Hoch-SOC-Region Ra ist eine Steigung, die eine Änderung der Leerlaufspannung V0 in Bezug auf den SOC wiedergibt, kleiner als diejenige in der Niedrig-SOC-Region Rb.
    • (2) Es gibt steile Regionen Rc, Rd, in denen die Steigung, die die Änderung der Leerlaufspannung V0 in Bezug auf den SOC wiedergibt, steiler als diejenige in dem Verwendungsbereich W2 auf der Seite mit niedrigerem SOC in Bezug auf die Niedrig-SOC-Region Rb und der Seite mit höherem SOC in Bezug auf die Hoch-SOC-Region Ra ist.
  • Es sei bemerkt, dass die Hoch-SOC-Region Ra einer ersten Region entspricht. Die Niedrig-SOC-Region Rb und die steigenden Regionen Rc, Rd entsprechen einer zweiten Region. Wenn der Zwischenpunkt P3 in dem Verwendungsbereich W2 existiert, kann ein Grenzabschnitt der Regionen Ra, Rb bei P3 oder in der Nähe davon definiert werden.
  • In diesem Fall werden ein erster Berechnungsprozess und ein zweiter Berechnungsprozess, die später beschrieben sind, als ein SOC-Berechnungsprozess verwendet. Die Berechnungsprozesse werden in korrekter Abhängigkeit von der Region verwendet, in der sich die Lithium-Ionen-Batterie 12 befindet. In dem ersten Berechnungsprozess wird ein SOC der Lithium-Ionen-Batterie 12 auf der Grundlage der Summe der Lade-/Entladeströme berechnet. Genauer berechnet die Steuerungseinrichtung 20 einen Anfangswert des SOC auf der Grundlage eines Messwerts der Leerlaufspannung V0 in einem Zustand, in dem die Schalter 15, 16 ausgeschaltet (geöffnet) sind, das heißt, in einem Zustand, in dem kein Lade-/Entladestrom durch die Lithium-Ionen-Batterie 12 fließt. Danach aktualisiert die Steuerungseinrichtung 20 sukzessiv den SOC durch Addieren oder Subtrahieren der Summe der Lade-/Entladeströme zu oder von dem SOC in einem Zustand, in dem die Schalter 15, 16 eingeschaltet (geschlossen) sind, das heißt in einem Zustand, in dem ein Lade-/Entladestrom durch die Lithium-Ionen-Batterie 12 fließt. Beispielsweise aktualisiert die Steuerungseinrichtung 20 den SOC durch Verwendung der nachfolgenden Gleichung 1: SOC[%] = SOC0 + 100 × ∫Idt/Qmax (1) dabei ist SOC0 ein vorhergehender Wert des SOC, ist I ein Stromerfassungswert und ist Qmax eine Menge einer vollständigen Ladung der Lithium-Ionen-Batterie 12.
  • Zusätzlich wird in dem zweiten Berechnungsprozess ein SOC auf der Grundlage der Leerlaufspannung V0 der Lithium-Ionen-Batterie 12 durch Verwendung von Korrelationskennlinien berechnet, die eine Beziehung zwischen dem SOC und der Leerlaufspannung V0 der Lithium-Ionen-Batterie 12 definieren. Insbesondere schätzt die Steuerungseinrichtung 20 zu jeder Zeit die Leerlaufspannung V0 auf der Grundlage einer Anschlussspannung (Spannung mit geschlossenem Stromkreis) der Lithium-Ionen-Batterie 12, einen Innenwiderstandswert und einen Wert des Lade-/Entladestroms in einem Zustand, in dem die Schalter 15, 16 eingeschaltet sind. Dann berechnet die Steuerungseinrichtung 20 den SOC auf der Grundlage eines V0-Schätzwerts durch Verwendung der in 6 gezeigten Spannungskennlinien (Korrelationsbeziehung).
  • Unter Bezugnahme von beispielweise der Hoch-SOC-Region Ra und der Niedrig-SOC-Region Rb in dem Verwendungsbereich W2 in der Hoch-SOC-Region Ra wird der SOC nicht einfach eindeutig in Bezug auf die Leerlaufspannung V0 bestimmt, da die Steigung, die eine Änderung der Leerlaufspannung V0 in Bezug auf den SOC wiedergibt, kleiner ist. Jedoch kann der SOC genau auf der Grundlage des Gleichgewichts berechnet werden, das aus der Summe der Ströme erhalten wird. Zusätzlich wird in der Niedrig-SOC-Region Rb der SOC leicht eindeutig unter Bezugnahme auf die Leerlaufspannung V0 bestimmt, da die Steigung, die eine Änderung der Leerlaufspannung V0 in Bezug auf den SOC wiedergibt, größer ist. Somit kann eine Bezugnahme auf die Spannungskennlinien den SOC genau berechnen.
  • Insbesondere wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der SOC in der ersten Region (Hoch-SOC-Region Ra) durch den ersten Berechnungsprozess berechnet. Zusätzlich wird, unter der Annahme, dass der SOC in der zweiten Region (Niedrig-SOC-Region Rb und steile Regionen Rc, Rd) durch den zweiten Berechnungsprozess berechnet wird, der SOC in der Niedrig-SOC-Region Rb der zweiten Region durch Verwendung des ersten Berechnungsprozesses und des zweiten Berechnungsprozesses in Kombination berechnet, und wird der SOC in den steilen Regionen Rc, Rd unter Verwendung des zweiten Berechnungsprozesses alleine berechnet.
  • Es sei bemerkt, dass in der Hoch-SOC-Region Ra eine Änderung der Leerlaufspannung V0 in Bezug auf den SOC kaum verursacht wird. Somit ist in der Hoch-SOC-Region Ra das Eingangsverhalten der Batterie, das durch die Differenz zwischen der Vreg und der Leerlaufspannung V0 bestimmt wird, im Wesentlichen konstant. Selbst wenn ein Fehler in dem Stromsensor 41 berücksichtigt wird, kann eine Berechnung des SOC anhand eines Summierens der Ströme angewendet werden.
  • Bei Verwendung des ersten Berechnungsprozesses und des zweiten Berechnungsprozesses in Kombination können beispielsweise der SOC, der durch den ersten Berechnungsprozess (Summieren der Ströme) berechnet wird, und der SOC, der durch den zweiten Berechnungsprozess (Bezugnahme auf die Spannungskennlinien) berechnet wird, mit einer vorbestimmten Gewichtung integriert werden, um das Ergebnis als den SOC der Lithium-Ionen-Batterie 12 zu verwenden. In diesem Fall ist sowohl in der Niedrig-SOC-Region Rb also auch in steilen Regionen Rc, Rd eine Steigung, die eine Änderung der Leerlaufspannung V0 in Bezug auf den SOC wiedergibt, größer als diejenige in der Hoch-SOC-Region Ra. In der Niedrig-SOC-Region Rb ist eine Steigung, die eine Änderung der Leerlaufspannung V0 in Bezug auf den SOC wiedergibt, kleiner als diejenigen in den steilen Regionen Rc, Rd. In dieser Hinsicht kann in der Niedrig-SOC-Region Rb die Berechnung des SOC durch Verwendung des ersten Berechnungsprozesses und des zweiten Berechnungsprozesses in Kombination die Genauigkeit bei der Berechnung des SOC verbessern.
  • In der gesamten Niedrig-SOC-Region Rb ist V0(Li) > V0(Pb) hergestellt, und wird der SOC durch Verwendung des ersten Berechnungsprozesses und des zweiten Berechnungsprozesses in Kombination berechnet.
  • Nachstehend ist unter Bezugnahme auf das in 7 gezeigte Flussdiagramm eine Verarbeitung der SOC-Berechnung beschrieben, die durch die Steuerungseinrichtung 20 (einschließlich eines ersten Berechnungsabschnitts (einer ersten Berechnungseinrichtung), eines zweiten Berechnungsabschnitts (einer zweiten Berechnungseinrichtung) und eines Regionsbestimmungsabschnitts (Regionsbestimmungseinrichtung)) beschrieben. Der Prozess von 7 wird wiederholt durch die Steuerungseinrichtung 20 zu vorbestimmten Intervallen durchgeführt.
  • Gemäß 7 bestimmt in Schritt S11 die Steuerungseinrichtung 20 die Region, in der sich die Lithium-Ionen-Batterie 12 zu der gegenwärtigen Zeit befindet, unter den Regionen Ra bis Rd (eine der Regionen Ra bis Rd, in der die Lithium-Ionen-Batterie 12 sich gegenwärtig befindet). In diesem Fall kann die Steuerungseinrichtung 20 die Änderungsgröße der Leerlaufspannung V0 oder einen Wert, der der Änderungsgröße entspricht, in einer Situation berechnen, in der ein Lade-/Entladestrom durch die Lithium-Ionen-Batterie 12 fließt, um die Regionsbestimmung auf der Grundlage der Änderungsgröße der Leerlaufspannung V0 oder den dem entsprechenden Wert durchzuführen.
  • Insbesondere führt die Steuerungseinrichtung 20 die Regionsbestimmung auf der Grundlage der Änderungsgröße der Leerlaufspannung V0 durch, die vor und nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeitdauer in einer Situation erhalten wird, in der ein Lade-/Entladestrom durch die Lithium-Ionen-Batterie 12 fließt, oder auf der Grundlage des Verhältnisses zwischen der Änderungsgröße der Leerlaufsspannung V0 und der Größe des Lade-/Entladestroms innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer durch. In diesem Fall ist ein Schwellwert für jede der Regionen definiert, und wird die Regionsbestimmung auf der Grundlage eines Vergleichs mit dem Schwellwert durchgeführt. Zusätzlich kann die Steuerungseinrichtung 20 die Regionsbestimmung auf der Grundlage der Differenz zwischen den Spannungen bei geschlossenem Stromkreis durchführen, die vor und nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeitdauer in einem Zustand eines stabilen Stroms erhalten werden. Alternativ dazu kann die Regionsbestimmung auf der Grundlage des vorhergehenden SOC oder der vorhergehenden Leerlaufspannung durch Verwendung der Korrelationskennlinien durchgeführt werden, die eine Beziehung zwischen dem SOC und der Leerlaufspannung definieren.
  • Dann, wenn das Ergebnis der Regionsbestimmung die Region Ra ist, macht die Steuerungseinrichtung 20 in Schritt S12 eine positive Bestimmung und geht zu Schritt S15 über, um den SOC anhand des Summierens der Ströme (des ersten Berechnungsprozesses) zu berechnen. Falls das Ergebnis der Regionsbestimmung die Region Rb ist, macht die Steuerungseinrichtung 20 in Schritt S13 eine positive Bestimmung und geht zu Schritt S16 über, um den SOC anhand des Summierens der Ströme und Bezugnahme auf die Spannungskennlinien (des ersten Berechnungsprozesses und des zweiten Berechnungsprozesses) zu berechnen. Falls das Ergebnis der Regionsbestimmung die Region Rc oder Rd ist, macht die Steuerungseinrichtung 20 in Schritt S14 eine positive Bestimmung und geht zu Schritt S17 über, um den SOC anhand einer Bezugnahme auf die Spannungskennlinien (des zweiten Berechnungsprozesses) zu berechnen.
  • Gemäß dem vorstehend beschriebenen vorliegenden Ausführungsbeispiel können die nachfolgenden vorteilhaften Wirkungen erhalten werden.
  • In den Spannungskennlinien der Lithium-Ionen-Batterie 12 unterscheidet sich die Steigung, die eine Änderung der Leerlaufspannung V0 in Bezug auf den SOC wiedergibt, zwischen den Regionen (Ra bis Rd), in denen der SOC oder die Leerlaufspannung V0 als ein Parameter dient. Jedoch kann unter Berücksichtigung davon der SOC durch das geeignete Berechnungsverfahren in geeigneter Weise berechnet werden. Somit kann die Genauigkeit bei der Berechnung des SOC verbessert werden.
  • In der Spannungskennlinie der Lithium-Ionen-Batterie 12 sind vier Regionen Ra bis Rd in Abhängigkeit von der Steigung, die die Änderung der Leerlaufspannung V0 in Bezug auf den SOC wiedergibt, definiert, und sind individuelle SOC-Berechnungsprozesse für die Regionen Ra bis Rd definiert. Somit kann der SOC in geeigneter Weise durch korrektes Durchführen der zwei Arten von Berechnungsprozessen berechnet werden.
  • Wenn der SOC der Lithium-Ionen-Batterie 12 sich innerhalb der Niedrig-SOC-Region Rb befindet, wird der SOC durch Verwendung sowohl des ersten Berechnungsprozesses als auch des zweiten Berechnungsprozesses berechnet. In diesem Fall ist in der Niedrig-SOC-Region Rb, während die Steigung, die eine Änderung der Leerlaufspannung V0 in Bezug auf den SOC wiedergibt, größer als diejenige in der Hoch-SOC-Region Ra ist, die Steigung kleiner als diejenige in den steilen Regionen Rc, Rd. Jedoch kann unter Berücksichtigung davon die SOC-Berechnung verwirklicht werden, die in der gesamten SOC-Region geeignet ist. Die Verwendung sowohl des ersten Berechnungsprozesses als auch des zweiten Berechnungsprozesses kann den Fehler von einem der Berechnungsprozesse durch den anderen der Berechnungsprozesse absorbieren.
  • Es sei bemerkt, dass in den Spannungskennlinien der Lithium-Ionen-Batterie 12 der erste Berechnungsprozess und der zweite Berechnungsprozess selektiv zwischen der Hoch-SOC-Region Ra und den anderen Regionen verwendet werden können. In diesem Fall wird der SOC durch den ersten Berechnungsprozess alleine in der Hoch-SOC-Region Ra berechnet, und wird der SOC durch den zweiten Berechnungsprozess alleine in den anderen Regionen als die Hoch-SOC-Region Ra (Regionen Rb bis Rd) berechnet.
  • Zusätzlich kann in dem Verwendungsbereich W2 der Regionsgrenzabschnitt variabel eingestellt werden, der die Hoch-SOC-Region Ra und die Niedrig-SOC-Region Rb voneinander trennt. Beispielsweise wird der Regionsgrenzabschnitt beispielweise in Abhängigkeit von einem Lade-/Entladezustand, das heißt zwischen einem Zustand, in dem ein Ladezustand der Lithium-Ionen-Batterie 12 anhält, und einen Zustand, in dem ein Entladezustand der Lithium-Ionen-Batterie 12 anhält, geändert. In diesem Fall wird in dem Zustand, in dem das Laden anhält, der Grenzabschnitt zu der Seite mit hohem SOC verschoben, um die Region des zweiten Berechnungsprozesses zu erweitern. In dem Zustand, in dem das Entladen anhält, wird der Grenzabschnitt zu der Seite mit niedrigem SOC verschoben, um die Region des ersten Berechnungsprozesses zu erweitern. Das heißt, es wird eine Hysterese an dem Grenzabschnitt von Ra/Rb bereitgestellt.
  • In der vorstehend beschriebenen Konfiguration ist die Hoch-SOC-Region Ra als eine erste Region definiert, und sind die Niedrig-SOC-Region Rb und die steilen Regionen Rc, Rd als eine zweite Region definiert. Alternativ dazu können die Hoch-SOC-Region Ra und die Niedrig-SOC-Region Rb als eine erste Region definiert werden, und können die steilen Regionen Rc, Rd als eine zweite Region definiert werden. In diesem Fall wird der SOC durch den ersten Berechnungsprozess alleine in der Hoch-SOC-Region Ra und der Niedrig-SOC-Region Rb berechnet, und wird der SOC durch den zweiten Berechnungsprozess alleine in den steilen Regionen Rc, Rd berechnet.
  • (Andere Ausführungsbeispiele)
  • Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel kann beispielsweise wie nachstehend beschrieben modifiziert werden.
  • In der Konfiguration gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind der Starter 13 und die elektrischen Lasten 14 auf einer Seite der Bleibatterie 11 (Seite des ersten Anschlusses T1) vorgesehen, und ist die rotierende Maschine 10, die durch einen ISG (integrierter Starter-Generator) konfiguriert ist, auf der Seite der Lithium-Ionen-Batterie 12 (Seite des zweiten Anschlusses T2) vorgesehen, wobei der MOS-Schalter 15 dazwischen angeordnet ist. Jedoch kann diese Konfiguration modifiziert werden. 8A, 8B und 8C zeigen elektrische Schaltbilder, die Konfigurationen anderer Energieversorgungssysteme veranschaulichen. Beispielsweise können, wie es in 8A gezeigt ist, die rotierende Maschine 10 und die elektrischen Lasten 14a gemeinsam auf der Seite des ersten Anschlusses T1 vorgesehen werden. In diesem Fall können elektrische Lasten auf der Seite des zweiten Anschlusses T2 vorgesehen werden oder nicht. Falls die elektrischen Lasten 14b auf der Seite des zweiten Anschlusses T2 vorgesehen sind, wie es durch die gestrichelte Linie in 8A angegeben ist, kann ein Umgehungsschalter 24 in den Umgehungspfad vorgesehen werden, der die T1-Seite und die T2-Seite miteinander verbindet (dasselbe gilt für die 8B und 8C, die nachstehend beschrieben sind).
  • Wie es in 8B gezeigt ist, kann ein Alternator 10A, der als Leistungsgenerator dient, und ein Starter 13, der als Starteinheit dient, auf der Seite des ersten Anschlusses T1 vorgesehen werden. Weiterhin kann, wie es in 8C gezeigt ist, der Alternator 10A, der als Leistungsgenerator dient, auf der Seite des ersten Anschlusses T1 vorgesehen werden, und kann der Starter 13, der als Starteinheit dient, auf der Seite des zweiten Anschlusses T2 vorgesehen werden.
  • In der Konfiguration gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Fahrzeug anfänglich durch die Energieversorgung aus der Bleibatterie 11 gestartet (Start durch den Starter 13), und wird unter der Leerlaufstoppsteuerung durch die Energieversorgung aus der Lithium-Ionen-Batterie 12 neu gestartet (Start durch die rotierende Maschine 10). Dies kann modifiziert werden. Beispielsweise kann das anfängliche Starten und das Neustarten beide durch die Energieversorgung aus der Lithium-Ionen-Batterie 12 durchgeführt werden. In diesem Fall können sowohl der anfängliche Start als auch der Neustart durch die rotierende Maschine 10 durchgeführt werden.
  • Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel zeichnet die Spannungskennlinie A2 der Lithium-Ionen-Batterie 12 eine Kurve, die nach oben vorspringt. Dies kann modifiziert werden. Beispielsweise kann die Spannungskennlinie A2 eine gerade oder im Wesentlichen gerade Linie zeichnen. Alternativ dazu kann die Spannungskennlinie A2 eine Kurve zeichnen, die nach unten vorspringt.
  • Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Wendepunkte P1 und P2 auf der Seite mit niedrigem SOC und der Seite mit hohem SOC in Bezug auf den Verwendungsbereich W2 auf der Spannungskennlinie A2 der Lithium-Ionen-Batterie 12 positioniert. Dies kann modifiziert werden. Beispielsweise kann der Wendepunkt P1 auf einer Seite mit hohem SOC in Bezug auf den unteren Grenzwert in dem Verwendungsbereich W2 positioniert werden, oder kann der Wendepunkt P2 auf einer Seite mit niedrigem SOC in Bezug auf den oberen Grenzwert in dem Verwendungsbereich W2 positioniert werden.
  • Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Lithium-Ionen-Batterie 12, die eine auf einer nichtflüssigen Elektrolytlösung basierende Batterie ist, als die zweite Batterie verwendet, die die Spannungskennlinie A2 zeigt. Jedoch sollte die zweite Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung nicht derart betrachtet werden, dass sie auf die Lithium-Ionen-Batterie 12 begrenzt ist. Solange wie die Erfordernisse (a) bis (e), insbesondere die Erfordernisse (a) bis (c) erfüllt sind, kann jede Batterie verwendet werden, wie eine Nickelspeicherbatterie, die eine aus einer Nickelverbindung hergestellte Elektrode aufweist.
  • Es sei bemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Konfigurationen begrenzt ist, sondern dass alle Modifikationen, Variationen oder Äquivalente die für den Fachmann klar sind, innerhalb des Umfangs der vorgegebenen Erfindung fallen.
  • Nachstehend sind Ausgestaltungen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele zusammengefasst.
  • Gemäß einer Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels weist ein Energieversorgungsgerät einen Generator (10), eine Bleibatterie (11) und eine zweite Batterie (12) auf, wobei die Bleibatterie und die zweite Batterie parallel zu dem Generator geschaltet sind. Elektrische Energie wird aus der Bleibatterie und der zweiten Batterie zu einer elektrischen Last (14) zugeführt. Das Gerät weist auf: einen Schutzsteuerungsabschnitt (eine Schutzsteuerungseinrichtung) (20), der (die) eine Lademenge zu der zweiten Batterie begrenzt, um die zweite Batterie vor einem Überladen zu schützen, während eine Entlademenge aus der zweiten Batterie begrenzt wird, um die zweite Batterie vor einem Überentladen zu schützen, so dass eine Restkapazität der zweiten Batterie innerhalb eines vorbestimmten Verwendungsbereichs fällt, der in einem gesamten Restkapazitätsbereich bestimmt ist; einen Öffnungs-/Schließabschnitt (eine Öffnungs-/Schließeinrichtung) (15), der (die) für einen Verbindungspfad (21) vorgesehen ist, der elektrisch die Bleibatterie und die zweite Batterie miteinander verbindet und zum Verbinden und Trennen der Bleibatterie und der zweiten Batterie ein- und ausgeschaltet wird; und einen Öffnungs-/Schließsteuerungsabschnitt (eine Öffnungs-/Schließsteuerungseinrichtung) (20), der (die) den Öffnungs-/Schließabschnitt (die Öffnungs-/Schließeinrichtung) steuert.
  • Zusätzlich sind Leerlaufspannungen und Innenwiderstände der Bleibatterie und der zweiten Batterie derart bestimmt, dass: ein Punkt vorgesehen ist, an dem die Leerlaufspannung der zweiten Batterie mit der Leerlaufspannung der Bleibatterie in einer Region auf einer Seite mit kleinerer Restkapazität in Bezug auf den Verwendungsbereich in dem gesamten Restkapazitätsbereich der zweiten Batterie zusammenfällt; in dem Verwendungsbereich der zweiten Batterie die Leerlaufspannung der zweiten Batterie größer als die Leerlaufspannung der Bleibatterie ist; der Innenwiderstand der zweiten Batterie kleiner als der Innenwiderstand der Bleibatterie in einem Ladezustand ist, der durch Energieerzeugung durch den Generator erzeugt wird; und eine Anschlussspannung der zweiten Batterie in einem Zustand, in dem ein maximaler Ladestrom durch die zweite Batterie geleitet wird, kleiner als eine regulierte Spannung in einem Energieerzeugungszustand des Generators ist. Der Öffnungs-/Schließsteuerungsabschnitt (die Öffnungs-/Schließsteuerungseinrichtung) bewirkt, dass der Öffnungs-/Schließabschnitt (die Öffnungs-/Schließeinrichtung) sich in dem Energieerzeugungszustand des Generators und/oder dem lastaktivierten Zustand in einem Aus-Zustand befindet, in dem die elektrische Last aktiviert ist.
  • In der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird der Öffnungs-/Schließabschnitt (die Öffnungs-/Schließeinrichtung) in einem Energieerzeugungszustand, in dem Energie durch den Generator erzeugt wird, und/oder einem lastaktivierten Zustand, in dem die elektrischen Lasten aktiviert sind, geschlossen, so dass die Bleibatterie und die zweite Batterie in einen Zustand gebracht werden können, in dem sie elektrisch miteinander verbunden sind. In diesem Fall wird, wenn es eine Differenz in den Anschlussspannungen dieser Batterien gibt, die Differenz bewirken, dass der Strom von der hochspannungsseitigen Batterie zu der niedrigspannungsseitigen Batterie fließt. Jedoch sind die Bleibatterie und die zweite Batterie gemäß dem Ausführungsbeispiel wie nachstehend beschrieben konfiguriert.
  • In einer Region auf einer Seite mit kleinerer Restkapazität in Bezug auf einen Verwendungsbereich (W2) in dem gesamten Restkapazitätsbereich (0 bis 100%) der zweiten Batterie ist ein Punkt vorgesehen, an dem die Leerlaufspannung der zweiten Batterie mit derjenigen der Bleibatterie übereinstimmt. Weiterhin ist in dem Verwendungsbereich (W2) der zweiten Batterie gewährleistet, dass die Leerlaufspannung der zweiten Batterie größer als diejenige der Bleibatterie ist. Dementsprechend wird sowohl in einem Ladezustand, der durch die Energieerzeugung des Generators erzeugt wird, und einem Entladezustand zum Aktivieren der elektrischen Lasten ein Zustand beibehalten, bei dem "Leerlaufspannung der zweiten Batterie > Leerlaufspannung der Bleibatterie" gilt. In diesem Fall wird über den gesamten Verwendungsbereich der Restkapazität der zweiten Batterie Energie vorzugsweise aus der zweiten Batterie entladen, weshalb die akkumulierte Entlademenge der Bleibatterie soweit wie möglich verringert werden kann. Da der Innenwiderstand der zweiten Batterie kleiner als derjenige der Bleibatterie in dem durch die Energieerzeugung des Generators erzeugten Ladezustand ist, wird Energie vorzugsweise der zweiten Batterie in dem Ladezustand zugeführt. Diese Ansätze sind effektiv, um eine Verschlechterung der Bleibatterie zu vermeiden.
  • Die Spannungskennlinien (Kennlinien, die jeweils eine Beziehung zwischen der Restkapazität und einer Leerlaufspannung angeben) der Bleibatterie und der zweiten Batterie sind nicht vollständig voneinander über den gesamten Restkapazitätsbereich getrennt, jedoch ist gewährleistet, dass diese sich auf einer Seite mit kleinerer Restkapazität in Bezug auf den Verwendungsbereich der zweiten Batterie schneiden. Dementsprechend wird, während gewährleistet wird, dass die zweite Batterie vorzugsweise innerhalb des Verwendungsbereichs geladen/entladen wird, gewährleistet, dass die Spannung sich nicht übermäßig von der regulierten Spannung unterscheidet, die in dem Energieerzeugungszustand der rotierenden Maschine hergeleitet wird. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass der Wirkungsgrad des Ladens verbessert wird.
  • Weiterhin kann eine Kombination der vorstehend beschriebenen Batteriekennlinien drastisch eine Verringerung der Gelegenheiten des Öffnens/Schließens des Öffnungs-/Schließabschnitts (der Öffnungs-/Schließeinrichtung) verringern. Dies reduziert die Wahrscheinlichkeit, dass ein Energieversorgungsverlust verursacht wird, der andernfalls dadurch verursacht würde, dass der Öffnungs-/Schließabschnitt (die Öffnungs-/Schließeinrichtung) offen gelassen (in einem Aus-Zustand) belassen wird. Anders ausgedrückt wird der Öffnungs-/Schließabschnitt (die Öffnungs-/Schließeinrichtung) sowohl in dem Energieerzeugungszustand des Generators als auch in dem lastaktivierten Zustand in einem geschlossenen Zustand behalten. Dementsprechend wird die Wahrscheinlichkeit, dass ein Öffnungsfehler (Ausschaltfehler) verursacht wird, in dem Öffnungs-/Schließabschnitt (der Öffnungs-/Schließeinrichtung) reduziert, was dazu führt, dass Nachteile wie diejenige, dass ein momentaner oder kontinuierlicher Energieversorgungsverlust verursacht wird, beseitigt werden, die durch den Öffnungsfehler induziert würden. Kurz gesagt kann Energie stabil den elektrischen Lasten zugeführt werden.
  • Als eine Technik, die dem Öffnungsfehler des Öffnungs-/Schließabschnitts (der Öffnungs-/Schließeinrichtung) begegnen kann, wird eine Technik vorgeschlagen, bei der ein Umgehungspfad vorgesehen ist, der eine Umgehung des Öffnungs-/Schließabschnitts (der Öffnungs-/Schließeinrichtung) nimmt, und ein Umgehungsrelais in dem Umgehungspfad bereitgestellt ist. Jedoch kann eine derartige Technik einen momentanen Energieversorgungsverlust (Leistungszufuhrverlust) verursachen, wenn es eine Verzögerung zwischen der Erkennung des Öffnungsfehlers und dem Schließen des Umgehungsrelais gibt. Weiterhin ist es zum Kompensieren der Verzögerung in dem Betrieb des Umgehungsrelais erforderlich, eine Sicherungsschaltung (Backup-Schaltung) oder dergleichen zusätzlich zu der Konfiguration bereitzustellen. In dieser Hinsicht kann die Konfiguration gemäß dem Ausführungsbeispiel die Wahrscheinlichkeit verringern, dass ein Energieversorgungsverlust verursacht wird, während verhindert wird, dass die Konfiguration kompliziert wird.
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, können bei dem Energieversorgungsgerät mit der Bleibatterie und der zweiten Batterie die Batterien korrekt geladen/entladen werden.
  • Ein Energieversorgungsgerät weist einen Generator, eine Bleibatterie und eine zweite Batterie auf. Leerlaufspannungen und Innenwiderstände der Batterien sind derart bestimmt, dass es einen Punkt, an dem die Leerlaufspannung der zweiten Batterie mit derjenigen der Bleibatterie übereinstimmt, in einer Region auf einer Seite mit kleineren Restkapazität in Bezug auf einen Verwendungsbereich in einem gesamten Restkapazitätsbereich der zweiten Batterie gibt, die Leerlaufspannung der zweiten Batterie größer als diejenige der Bleibatterie in dem Verwendungsbereich der zweiten Batterie ist, der Innenwiderstand der zweiten Batterie kleiner als derjenige der Bleibatterie in einem Ladezustand des Generators ist, und einer Anschlussspannung der zweiten Batterie in einem Zustand, in dem ein maximaler Ladestrom durch die zweite Batterie geleitet wird, kleiner als eine regulierte Spannung in einem Energieerzeugungszustand des Generators ist. Ein Öffnungs-/Schließabschnitt wird in einem Energieerzeugungszustand und/oder einem lastaktivierten Zustand geschlossen.
  • 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 5471083 [0003, 0004]

Claims (10)

  1. Energieversorgungsgerät, das einen Generator, eine Bleibatterie und eine zweite Batterie aufweist, wobei die Bleibatterie und die zweite Batterie parallel zu dem Generator geschaltet sind, und bei dem elektrische Leistung wird aus der Bleibatterie und der zweiten Batterie einer elektrischen Last zugeführt wird, wobei das Gerät aufweist: einen Schutzsteuerungsabschnitt, der eine Lademenge zu der zweiten Batterie begrenzt, um die zweite Batterie vor einem Überladen zu schützen, während eine Entlademenge aus der zweiten Batterie begrenzt wird, um die zweite Batterie vor einem Überentladen zu schützen, so dass eine Restkapazität der zweiten Batterie innerhalb eines vorbestimmten Verwendungsbereichs fällt, der in einem gesamten Restkapazitätsbereich bestimmt ist; einen Öffnungs-/Schließabschnitt, der für einen Verbindungspfad vorgesehen ist, der elektrisch die Bleibatterie und die zweite Batterie miteinander verbindet und zum Verbinden und Trennen der Bleibatterie und der zweiten Batterie ein- und ausgeschaltet wird; und einen Öffnungs-/Schließsteuerungsabschnitt, der den Öffnungs-/Schließabschnitt steuert, wobei Leerlaufspannungen und Innenwiderstände der Bleibatterie und der zweiten Batterie derart bestimmt sind, dass ein Punkt vorgesehen ist, an dem die Leerlaufspannung der zweiten Batterie mit der Leerlaufspannung der Bleibatterie in einer Region auf einer Seite mit kleinerer Restkapazität in Bezug auf den Verwendungsbereich in dem gesamten Restkapazitätsbereich der zweiten Batterie zusammenfällt; in dem Verwendungsbereich der zweiten Batterie die Leerlaufspannung der zweiten Batterie größer als die Leerlaufspannung der Bleibatterie ist; der Innenwiderstand der zweiten Batterie kleiner als der Innenwiderstand der Bleibatterie in einem Ladezustand ist, der durch Energieerzeugung durch den Generator erzeugt wird; und eine Anschlussspannung der zweiten Batterie in einem Zustand, in dem ein maximaler Ladestrom durch die zweite Batterie geleitet wird, kleiner als eine regulierte Spannung in einem Energieerzeugungszustand des Generators ist, und der Öffnungs-/Schließsteuerungsabschnitt bewirkt, dass der Öffnungs-/Schließabschnitt sich in dem Energieerzeugungszustand des Generators und/oder dem lastaktivierten Zustand, in dem die elektrische Last aktiviert ist, in einem Aus-Zustand befindet.
  2. Energieversorgungsgerät nach Anspruch 1, wobei eine Steigung, die eine Änderung der Leerlaufspannung in Bezug auf die Restkapazität wiedergibt, sich zwischen einer Seite mit kleinerer Restkapazität und einer Seite mit größerer Restkapazität in Bezug auf einen Zwischenpunkt in dem Verwendungsbereich der zweiten Batterie unterscheidet, und die Steigung auf der Seite mit kleinerer Restkapazität größer als auf der Seite mit größerer Restkapazität ist.
  3. Energieversorgungsgerät nach Anspruch 1, wobei eine Spannungskennlinie, die eine Änderung der Leerlaufspannung in Bezug auf die Restkapazität in dem gesamten Restkapazitätsbereich der zweiten Batterie wiedergibt, Wendepunkte aufweist, an denen die Steigung geändert wird, und die Wendepunkte jeweils auf einer Seite mit kleinerer Restkapazität und einer Seite mit größerer Restkapazität in Bezug auf den Verwendungsbereich in dem gesamten Restkapazitätsbereich eingestellt sind.
  4. Energieversorgungsgerät nach Anspruch 1, wobei die zweite Batterie eine Spannungskennlinie einschließlich einer ersten Region, in der eine Steigung, die eine Änderung der Leerlaufspannung in Bezug auf die Restkapazität wiedergibt, kleiner ist, und einer zweiten Region aufweist, in der die Steigung, die die Änderung der Leerlaufspannung in Bezug auf die Restkapazität wiedergibt, größer als diejenige in der ersten Region ist, wobei das Gerät weiterhin aufweist: einen ersten Berechnungsabschnitt, der in einem Zustand, in dem die zweite Batterie sich in der ersten Region befindet, die Restkapazität der zweiten Batterie auf der Grundlage einer Summe der Lade-/Entladeströme in der zweiten Batterie berechnet, und einen zweiten Berechnungsabschnitt, der in einem Zustand, in dem die zweite Batterie sich in der zweiten Region befindet, die Restkapazität der zweiten Batterie auf der Grundlage der Leerlaufspannung der zweiten Batterie durch Verwendung einer Korrelationskennlinie berechnet, die eine Beziehung zwischen der Restkapazität und der Leerlaufspannung der zweiten Batterie definiert.
  5. Energieversorgungsgerät nach Anspruch 4, weiterhin mit einem Regionsbestimmungsabschnitt, der eine Änderungsgröße der Leerlaufspannung oder einen Wert, der der Änderungsgröße entspricht, in einer Situation berechnet, in der ein Lade-/Entladestrom durch die zweite Batterie fließt, um auf der Grundlage der Änderungsgröße der Leerlaufspannung oder des Werts, der der Änderungsgröße entspricht, oder auf der Grundlage der Restkapazität oder der Leerlaufspannung, die durch Verwendung einer Korrelationskennlinie, die eine Beziehung zwischen der Restkapazität und der Leerlaufspannung definiert, zu bestimmen, ob die zweite Batterie in einem Zustand, in dem sie sich in der ersten Region befindet, oder in einem Zustand ist, in dem sie sich in der zweiten Region befindet.
  6. Energieversorgungsgerät nach Anspruch 4, wobei die Spannungskennlinie der zweiten Batterie als Regionen, die den Verwendungsbereich überlappen, einer Hoch-SOC-Region, in der die Restkapazität höher ist, und eine Niedrig-SOC-Region aufweist, in der die Restkapazität niedriger als diejenige in der Hoch-SOC-Region ist, und in der die Steigung, die eine Änderung der Leerlaufspannung in Bezug auf die Restkapazität wiedergibt, größer als diejenige in der Hoch-SOC-Region ist, die Spannungskennlinie der zweiten Batterie steile Regionen, in denen die Steigung, die die Änderung der Leerlaufspannung in Bezug auf die Restkapazität wiedergeben, steiler als diejenige in dem Verwendungsbereich ist, auf der Seite mit niedrigerem SOC in Bezug auf die Niedrig-SOC-Region und einer Seite mit höheren SOC in Bezug auf die Hoch-SOC-Region aufweist, der erste Berechnungsabschnitt die Restkapazität der zweiten Batterie berechnet, wenn die Restkapazität der zweiten Batterie sich in der Hoch-SOC-Region befindet, unter der Annahme, dass die zweite Batterie sich in der ersten Region befindet, und der zweite Berechnungsabschnitt die Restkapazität der zweiten Batterie berechnet, wenn die Restkapazität der zweiten Batterie sich in der Niedrig-SOC-Region und der steilen Region befindet, unter der Annahme, dass die zweite Batterie sich in der zweiten Region befindet.
  7. Energieversorgungsgerät nach Anspruch 6, wobei der erste Berechnungsabschnitt einen ersten Berechnungsprozess, der die Restkapazität auf der Grundlage der Summe der Lade-/Entladeströme berechnet, und einen zweiten Berechnungsprozess durchführt, der die Restkapazität durch Verwendung der Korrelationskennlinie berechnet, wenn die Restkapazität der zweiten Batterie sich in der Hoch-SOC-Region befindet, der erste Berechnungsabschnitt die Restkapazität der zweiten Batterie durch den ersten Berechnungsprozess berechnet, wenn die Restkapazität der zweiten Batterie sich in der Niedrig-SOC-Region befindet, der zweite Berechnungsabschnitt die Restkapazität der zweiten Batterie durch sowohl den ersten Berechnungsprozess als auch den zweiten Berechnungsprozess berechnet, und wenn die Restkapazität der zweiten Batterie sich in der steilen Region befindet, der zweite Berechnungsabschnitt die Restkapazität der zweiten Batterie durch den zweiten Berechnungsprozess berechnet.
  8. Energieversorgungsgerät nach Anspruch 1, wobei das Gerät in einem Fahrzeug installiert ist, das Fahrzeug eine automatische Stopp- und Neustartfunktion aufweist, unter der eine Kraftmaschine automatisch gestoppt wird, wenn eine vorbestimmte automatische Stoppbedingung erfüllt ist, und die Kraftmaschine automatisch durch eine Starteinheit neu gestartet wird, wenn eine vorbestimmte Neustartbedingung erfüllt ist, nachdem die Kraftmaschine automatisch gestoppt worden ist, die Starteinheit mit einer Seite des Verbindungspfads verbunden ist, und die elektrische Last mit der anderen Seite des Verbindungspfads verbunden ist, wobei der Öffnungs-/Schließabschnitt dazwischen angeordnet ist, und der Öffnungs-/Schließsteuerungsabschnitt den Öffnungs-/Schließabschnitt in einen Ein-Zustand bringt, wenn die Kraftmaschine durch die Starteinheit gestartet wird.
  9. Energieversorgungsgerät nach Anspruch 8, wobei der Generator mit der Kraftmaschine derart verbunden ist, dass dieser angetrieben wird und eine Funktion des Starters aufweist, und der Generator mit dem Verbindungspfad auf einer Seite der zweiten Batterie in Bezug auf den Öffnungs-/Schließabschnitt verbunden ist, und die elektrische Last mit einer Bleibatterieseite des Verbindungspfads in Bezug auf den Öffnungs-/Schließabschnitt verbunden ist.
  10. Energieversorgungsgerät nach Anspruch 8, wobei eine maximale zulässige Entlademenge, die zugelassen ist, wenn die Kraftmaschine automatisch gestoppt ist, bestimmt wird, und eine Restkapazität, die durch Addieren der maximalen zulässigen Entlademenge zu einem unteren Grenzwert des Verwendungsbereichs der zweiten Batterie erhalten wird, als ein essentieller unterer Grenzwert in dem Verwendungsbereich eingestellt wird, und das Gerät weiterhin einen Entladesteuerungsabschnitt aufweist, der unter einer Bedingung, in der die Kraftmaschine in Betrieb ist, die Restkapazität der zweiten Batterie derart steuert, dass sie nicht unterhalb des essentiellen unteren Grenzwerts in dem Verwendungsbereich abfällt.
DE102015111128.4A 2014-07-10 2015-07-09 Energieversorgungsgerät Pending DE102015111128A1 (de)

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