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ERFINDUNGSFELD
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung für einen Motorstart.
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HINTERGRUND
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Weil eine Energiespeichervorrichtung für einen Motorstart vorübergehend einen großen Kurbelstrom während des Motorstarts führen muss, muss die Leistungsreaktion hoch sein, sodass vorübergehend ein großer Strom zugeführt werden kann. Außerdem ist die Energiespeichervorrichtung für einen Motorstart konfiguriert, um durch eine Lichtmaschine geladen zu werden, während das Fahrzeug fährt. Es ist zu beachten, dass das auf die Energiespeichervorrichtung für einen Motorstart bezogene Dokument zum Beispiel
JP 2013-201888 A ist.
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Bei einem Laden mit einer Spannung, die höher als eine angemessene Ladespannung ist, wird die Energiespeichervorrichtung überladen. Um eine Überladung der Energiespeichervorrichtung zu vermeiden, kann eine Herabstufungsschaltung in der Energiespeichervorrichtung vorgesehen sein, um die Ladespannung auf einen angemessenen Wert einzustellen. Weil jedoch die Energiespeichervorrichtung für einen Motorstart eine hohe Leistungsreaktion erfordert, damit vorübergehend ein großer Strom zugeführt werden kann, muss verhindert werden, dass eine Überspannung an der Energiespeichervorrichtung angelegt wird, während die Reaktion beim Motorstart sichergestellt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Anlegen einer Überspannung an einer Energiespeichervorrichtung zu verhindern, während die Reaktion beim Motorstart sichergestellt wird.
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Eine Energiespeichervorrichtung für einen Motorstart umfasst: eine Energiespeichereinrichtung; einen ersten Schalter, der in einem ersten Stromführungspfad zu der Energiespeichereinrichtung vorgesehen ist; eine Herabstufungsschaltung, die in einem zweiten Stromführungspfad zu der Energiespeichereinrichtung vorgesehen ist; und eine Steuereinrichtung, die den ersten Schalter einschaltet, um die Energiespeichereinrichtung über den ersten Stromführungspfad beim Motorstart zu entladen, und den ersten Schalter ausschaltet, um den zweiten Stromführungspfad zu wählen, wenn eine Ausgabespannung eines Fahrzeuggenerators höher als eine vorbestimmte Spannung ist, um zu veranlassen, dass die Ausgabespannung des Fahrzeuggenerators durch die Herabstufungsschaltung herabgestuft wird, um die Energiespeichereinrichtung zu laden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Seitenansicht eines Fahrzeugs.
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2 ist eine perspektivische Ansicht einer Batterie.
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3 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Batterie.
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4 ist ein Schaltungsdiagramm der Batterie.
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5 ist ein Kurvendiagramm, das die SOC-OCV-Eigenschaften einer Sekundärbatterie zeigt.
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6 ist ein Schaltungsdiagramm einer Entladeschaltung.
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7 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozessfluss zum Schalten der Ladespannung zeigt.
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8 ist eine Tabelle, die die Schaltmuster der Halbleiterschalter Q1 und Q2 zusammenfasst.
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9 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Vergleichsbeispiel einer Batterie zeigt.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine Energiespeichervorrichtung für einen Motorstart umfasst: eine Energiespeichereinrichtung; einen ersten Schalter, der in einem ersten Stromführungspfad zu der Energiespeichereinrichtung vorgesehen ist; eine Herabstufungsschaltung, die in einem zweiten Stromführungspfad zu der Energiespeichereinrichtung vorgesehen ist; und eine Steuereinrichtung, die den ersten Schalter einschaltet, um die Energiespeichereinrichtung über den ersten Stromführungspfad beim Motorstart zu entladen, und den ersten Schalter ausschaltet, um den zweiten Stromführungspfad zu wählen, wenn eine Ausgabespannung eines Fahrzeuggenerators höher als eine vorbestimmte Spannung ist, um zu veranlassen, dass die Ausgabespannung des Fahrzeuggenerators durch die Herabstufungsschaltung herabgestuft wird, um die Energiespeichereinrichtung zu laden. Es ist zu beachten, dass die vorbestimmte Spannung die obere Grenze der angemessenen Ladespannung der Energiespeichervorrichtung ist.
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Ein Verfahren zum Steuern einer Energiespeichervorrichtung für einen Motorstart umfasst: Entladen über einen ersten Stromführungspfad mit einer höheren Reaktion als ein zweiter Stromführungspfad, der eine Herabstufungsschaltung enthält, beim Motorstart; und Auswählen des zweiten Stromführungspfads, wenn eine Ausgabespannung eines Fahrzeuggenerators höher als eine vorbestimmte Spannung ist, um die Ausgabespannung des Fahrzeuggenerators mit der Herabstufungsschaltung herabzustufen, um zu laden.
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Gemäß der Energiespeichervorrichtung für einen Motorstart der vorliegenden Erfindung kann verhindert werden, dass eine Überspannung an der Energiespeichervorrichtung angelegt wird, während die Reaktion beim Motorstart sichergestellt wird.
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Im Folgenden wird die Energiespeichervorrichtung für einen Motorstart gemäß der Erfindung kurz umrissen.
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Die Energiespeichervorrichtung für einen Motorstart umfasst: eine Energiespeichereinrichtung; einen ersten Schalter, der in einem ersten Stromführungspfad zu der Energiespeichereinrichtung vorgesehen ist; eine Herabstufungsschaltung, die in einem zweiten Stromführungspfad zu der Energiespeichereinrichtung vorgesehen ist; und eine Steuereinrichtung, die den ersten Schalter einschaltet, um die Energiespeichereinrichtung über den ersten Stromführungspfad beim Motorstart zu entladen, und den ersten Schalter ausschaltet, um den zweiten Stromführungspfad zu wählen, wenn eine Ausgabespannung eines Fahrzeuggenerators höher als eine vorbestimmte Spannung ist, um zu veranlassen, dass die Ausgabespannung des Fahrzeuggenerators durch die Herabstufungsschaltung herabgestuft wird, um die Energiespeichereinrichtung zu laden. Weil der erste Stromführungspfad beim Motorstart ausgewählt wird, kann diese Konfiguration eine hohe Reaktion aufweisen und kann vorübergehend einen großen Strom entladen. Und wenn während des Ladens die Ausgabespannung des Fahrzeuggenerators höher ist als die vorbestimmte Spannung, wird die Ausgabespannung herabgestuft, wodurch verhindert werden kann, dass eine Überspannung an der Energiespeichervorrichtung angelegt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Energiespeichervorrichtung für einen Motorstart der Erfindung enthält die Herabstufungsschaltung einen Herabstufungs-Zerhacker, der umfasst: einen zweiten Schalter, der in dem zweiten Stromführungspfad vorgesehen ist; eine Drosselspule, die in dem zweiten Stromführungspfad vorgesehen ist, wobei ein Ende der Drosselspule mit dem zweiten Schalter verbunden ist und ein anderes Ende mit einer positiven Elektrode der Energiespeichereinrichtung verbunden ist, und eine Freilaufdiode mit einer Kathode, die mit einem Zwischenverbindungspunkt zwischen dem zweiten Schalter und der Drosselspule verbunden ist, und mit einer Anode, die mit einer negativen Elektrode der Energiespeichereinrichtung verbunden ist. Weil in dieser Konfiguration die Ausgabespannung der Herabstufungsschaltung in mehreren Stufen eingestellt werden kann, indem das Einschaltverhältnis des zweiten Schalters geschaltet wird, kann die Ladespannung auf eine angemessene Spannung eingestellt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Energiespeichervorrichtung für einen Motorstart der Erfindung umfasst die Energiespeichervorrichtung für einen Motorstart weiterhin eine Erfassungseinheit, die konfiguriert ist zum Erfassen einer Ausgabespannung des Fahrzeuggenerators. In dieser Konfiguration kann die Ausgabespannung des Fahrzeuggenerators auf der Batterieseite erfasst werden. Also auch wenn zum Beispiel eine Batterie in einem Fahrzeug montiert ist, das Spezifikationen aufweist, die keine Kommunikation mit einer Batterie gestatten, kann die Ladespannung alleine durch die Batterie zu einer angemessenen Spannung eingestellt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Energiespeichervorrichtung für einen Motorstart der Erfindung umfasst die Energiespeichervorrichtung für einen Motorstart weiterhin externe Anschlüsse, mit denen der Fahrzeuggenerator verbunden ist, und erfasst die Erfassungseinheit die Spannung zwischen den externen Anschlüssen als die Ausgabespannung des Fahrzeuggenerators. Gemäß dieser Konfiguration kann die Ausgabespannung des Fahrzeuggenerators mittels einer einfachen Konfiguration erfasst werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Energiespeichervorrichtung für einen Motorstart der Erfindung stuft die Herabstufungsschaltung die Ausgabespannung des Fahrzeuggenerators zu einem angemessenen Wert gleich oder kleiner als die vorbestimmte Spannung herab. Gemäß dieser Konfiguration kann die Energiespeichereinrichtung auch dann, wenn die Ausgabespannung des Fahrzeuggenerators höher als die vorbestimmte Spannung ist, zu einem angemessenen Wert gleich oder kleiner als die vorbestimmte Spannung geladen werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Energiespeichervorrichtung für einen Motorstart der Erfindung umfasst die Energiespeichervorrichtung für einen Motorstart weiterhin eine Vielzahl von Entladeschaltungen und umfasst die Energiespeichereinrichtung eine Vielzahl von in Reihe verbundenen Energiespeichereinrichtungen, wobei die Entladeschaltungen parallel mit den Energiespeichereinrichtungen verbunden sind und konfiguriert sind, um die Energiespeichereinrichtungen zu entladen, und wobei die Steuereinrichtung die Entladeschaltungen betreibt, um die Spannungen der Energiespeichereinrichtungen auszugleichen, während die Energiespeichereinrichtungen geladen werden. In dieser Konfiguration können die Spannungen der Energiespeichereinrichtungen ausgeglichen werden. Dadurch kann verhindert werden, dass eine Überspannung aufgrund einer Spannungsvariation an einer spezifischen Energiespeichereinrichtung angelegt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Energiespeichervorrichtung für einen Motorstart der Erfindung ist der erste Schalter ein FET, der eine parasitäre Diode mit einer Vorwärtsrichtung in einer Entladerichtung enthält. In dieser Konfiguration sieht das Ausschalten des FET eine Blockierung des Ladens und eine Fortsetzung des Entladens vor.
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Weiterhin ist die Energiespeichereinrichtung eine Eisenphosphat-basierte Lithium-Ionen-Sekundärbatterie. In der Eisenphosphat-basierten Lithium-Ionen-Sekundärbatterie neigt die Spannung in einer Endstufe des Ladens zu einem Anstieg, sodass eine Neigung zum Anlegen einer Überspannung gegeben ist. Durch die Anwendung dieser Technik kann verhindert werden, dass eine Überladung an der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie angelegt wird und die Sicherheit der Batterie sichergestellt wird.
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<AUSFÜHRUNGSFORM>
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Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 1 bis 9 beschrieben.
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1. BESCHREIBUNG DER BATTERIE
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1 ist eine Seitenansicht eines Fahrzeugs, 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Batterie und 3 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Batterie.
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Wie in 1 gezeigt, enthält das Fahrzeug 1 eine Motorstarteinrichtung 10, eine Lichtmaschine 15 und eine Batterie 20. Es ist zu beachten, dass die Batterie 20 der „Energiespeichervorrichtung” entspricht und die Lichtmaschine dem „Fahrzeuggenerator” entspricht.
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Wie in 2 gezeigt, enthält die Batterie 20 ein blockförmiges Batteriegehäuse 21. Eine zusammengesetzte Batterie 30 mit einer Vielzahl von Sekundärbatterien 31 und einer Leiterplatte 28 sind in dem Batteriegehäuse 21 aufgenommen. Es ist zu beachten, dass in der folgenden Beschreibung mit Bezug auf 2 und 3 die vertikale Richtung des Batteriegehäuses 21, wenn das Batteriegehäuse 21 horizontal ohne eine Neigung in Bezug auf die Installationsfläche platziert ist, als die Y-Richtung bezeichnet wird, die Richtung entlang der Längsrichtung des Batteriegehäuses 21 als die X-Richtung bezeichnet wird und die Tiefenrichtung des Batteriegehäuses 21 als die Z-Richtung bezeichnet wird.
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Wie in 3 gezeigt, ist das Batteriegehäuse 21 derart konfiguriert, dass es umfasst: einen Gehäusekörper 23 mit einer nach oben geöffneten Kastenform, ein Positionierungsglied 24 zum Positionieren der Vielzahl von Sekundärbatterien 31, einen inneren Deckel 25, der an dem oberen Teil des Gehäusekörpers 23 montiert ist, und einen oberen Deckel 26, der an dem oberen Teil des inneren Deckels 25 montiert ist. In dem Gehäusekörper 23 ist wie in 3 gezeigt eine Vielzahl von Zellenkammern 23A, in denen die entsprechenden Sekundärbatterien 31 einzeln aufgenommen sind, nebeneinander in der X-Richtung vorgesehen.
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Wie in 3 gezeigt, enthält das Positionierungsglied 24 eine Vielzahl von Sammelschienen 27, die an der oberen Fläche angeordnet sind, wobei das Positionierungsglied 24 in dem oberen Teil der Vielzahl von in dem Gehäusekörper 23 angeordneten Sekundärbatterien 31 positioniert ist, um die Vielzahl von Sekundärbatterien 31 zu positionieren und durch die Vielzahl von Sammelschienen 27 in Reihe zu verbinden.
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Wie in 2 gezeigt, weist der innere Deckel 25 eine annähernd rechteckige Form in einer Draufsicht und weiterhin eine Form mit einer Höhendifferenz in der Y-Richtung auf. Ein Paar von Anschlüssen 22P und 22N, mit denen ein Kabelbaumanschluss (nicht gezeigt) verbunden ist, ist an beiden Enden des inneren Deckels 25 in der X-Richtung vorgesehen. Das Paar von Anschlüssen 22P und 22N ist aus einem Metall wie etwa einer Bleilegierung ausgebildet, wobei zum Beispiel der Anschluss 22P ein positiver Elektrodenanschluss ist, und der Anschluss 22N ein negativer Elektrodenanschluss ist. Es ist zu beachten, dass der positive Elektrodenanschluss 22P und der negative Elektrodenanschluss 22N ein Beispiel für den „externen Anschluss” sind.
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Außerdem kann wie in 3 gezeigt der innere Deckel 25 die Leiterplatte 28 aufnehmen. Und wenn der innere Deckel 25 an dem Gehäusekörper 23 montiert ist, sind die sekundäre Batterie 31 und die Leiterplatte 28 miteinander verbunden.
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2. ELEKTRISCHE KONFIGURATION DER BATTERIE 20
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Die Batterie 20 ist für den Motorstart vorgesehen, wobei wie in 4 gezeigt die Motorstarteinrichtung 10 und die Lichtmaschine 15 elektrisch mit der Batterie 20 über den positiven Elektrodenanschluss 22P und den negativen Elektrodenanschluss 22N als den externen Anschlüssen verbunden sind. Wie in 4 gezeigt, enthält die Batterie 20: eine zusammengesetzte Batterie 30, einen Halbleiterschalter Q1, eine Herabstufungsschaltung 35 und eine Verwaltungseinrichtung 50. Außerdem enthält die Batterie 20 einen ersten Stromführungspfad L1 und einen zweiten Stromführungspfad 12 als Stromführungspfade, die den positiven Elektrodenanschluss 22P mit der positiven Elektrode der zusammengesetzten Batterie 30 verbinden.
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Der Halbleiterschalter Q1 ist in dem ersten Stromführungspfad L1 vorgesehen. Der Halbleiterschalter Q1 ist ein N-Kanal-FET (Feldeffekttransistor). Der Drain des Halbleiterschalters Q1 ist mit dem positiven Elektrodenanschluss 22P verbunden, und die Source ist mit der positiven Elektrode der zusammengesetzten Batterie 30 verbunden. Ein Treiber 47 ist mit dem Gate des Halbleiterschalters Q1 verbunden. Ein Steuersignal von der Steuereinrichtung 70 wird in den Treiber 47 eingegeben, und der Halbleiterschalter Q1 dient dazu, den ersten Stromführungspfad L1 in Reaktion auf die Befehle von der Steuereinrichtung 70 (Steuersignal) zu öffnen und zu schließen.
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Außerdem enthält der Halbleiterschalter Q1 eine parasitäre Diode 37. In der parasitären Diode 37 ist die Entladerichtung der zusammengesetzten Batterie 30 die Vorwärtsrichtung, sodass auch dann, wenn der Halbleiterschalter Q1 gesteuert wird, um den Aus-Zustand zu halten, die zusammengesetzte Batterie 30 über die parasitäre Diode 37 entladen werden kann. Es ist zu beachten, dass der Halbleiterschalter Q1 ein Beispiel für den „ersten Schalter” ist.
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Die Herabstufungsschaltung 35 ist in dem zweiten Stromführungspfad 12 vorgesehen. Die Herabstufungsschaltung 35 ist ein Herabstufungs-Zerhacker und enthält einen Halbleiterschalter Q2, eine Drosselspule Re und eine Freilaufdiode D. Der Halbleiterschalter Q2 ist ein N-Kanal-FET (Feldeffekttransistor). Der Halbleiterschalter Q2 ist in dem zweiten Stromführungspfad 12 vorgesehen, wobei sein Drain mit dem positiven Elektrodenanschluss 22P verbunden ist und seine Source mit der Drosselspule Re verbunden ist. Ein Treiber 48 ist mit dem Gate des Halbleiterschalters Q2 verbunden. Ein Steuersignal von der Steuereinrichtung 70 wird in den Treiber 48 eingegeben, und der Halbleiterschalter Q2 dient dazu, den zweiten Stromführungspfad 12 in Reaktion auf die Befehle von der Steuereinrichtung 70 (Steuersignal) zu öffnen und zu schließen. Es ist zu beachten, dass der Halbleiterschalter Q2 ein Beispiel für den „zweiten Schalter” ist.
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Die Drosselspule Re ist in dem zweiten Stromführungspfad 12 vorgesehen, wobei ein Ende der Drosselspule Re mit der Source des Halbleiterschalters Q2 verbunden ist und das andere Ende mit der positiven Elektrode der zusammengesetzten Batterie 30 verbunden ist. Die Kathode der Freilaufdiode D ist mit dem Zwischenverbindungspunkt zwischen dem Halbleiterschalter Q2 und der Drosselspule Re verbunden, und die Anode ist mit der Erdungsleitung 13 verbunden.
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Die Herabstufungsschaltung 35 führt die Herabstufungsfunktion der Ausgabespannung der Lichtmaschine 15 (Ladespannung) durch, indem sie den Halbleiterschalter Q2 mit einem vorbestimmten Zyklus schaltet. Insbesondere wenn der Halbleiterschalter Q2 eingeschaltet wird, fließt ein Strom durch die Drosselspule Re in dem zweiten Stromführungspfad 12 und speichert die Drosselspule Re magnetische Energie. Wenn dann der Halbleiterschalter Q2 ausgeschaltet wird, entlädt die Drosselspule Re die gespeicherte magnetische Energie durch die Freilaufdiode D. Durch das periodische Wiederholen dieser Operationsschritte wird die Spannung vermindert.
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Außerdem gestattet das Schalten des Einschaltverhältnisses Dy des Halbleiterschalters 02, dass die Ausgabespannung der Herabstufungsschaltung 35 (die Herabstufungsgröße) eingestellt wird.
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Die zusammengesetzte Batterie 30 enthält eine Vielzahl (vier in diesem Beispiel) von Lithium-Ionen-Sekundärbatterien, die in Reihe verbunden sind (ein Beispiel für die „Energiespeichereinrichtung”). Die Sekundärbatterie 31 ist zum Beispiel eine Eisenphosphat-basierte Lithium-Ionen-Sekundärbatterie, die Lithiumeisenphosphat (LiFePO4) für das positive, aktive Material und Kohlenstoff (Graphit) für das negative, aktive Material verwendet.
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Es ist zu beachten, dass die „Eisenphosphat-basierte Lithium-Ionen-Sekundärbatterie” eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie ist, die Lithiumeisenphosphat (LiFePO4) für das positive, aktive Material verwendet, während das negative, aktive Material zum Beispiel Lithiumtitanat oder Silizium zusätzlich zu Kohlenstoff sein kann. 5 zeigt die SOC-OCV-Korrelationseigenschaften der Eisenphosphat-basierten Lithium-Ionen-Sekundärbatterie 31.
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Wie in 5 gezeigt, weist die Eisenphosphat-basierte Lithium-Ionen-Sekundärbatterie 31 einen Kleine-Änderung-Bereich auf, in dem die Änderungsgröße der OCV in Bezug auf die Änderungsgröße des SOC relativ klein ist, und einen Große-Änderung-Bereich, in dem die Änderungsgröße der OCV in Bezug auf die Änderungsgröße des SOC relativ groß ist. Insbesondere ist eine Anfangsstufe des Ladens (Endstufe des Entladens), in welcher der SOC kleiner als 10% ist, ein Große-Änderung-Bereich, in dem sich die OCV abrupt in Bezug auf die Änderungsgröße des SOC ändert. Weiterhin ist eine Endstufe des Ladens, in welcher der SOC 90% oder mehr ist (Anstiegsbereich F in 5), ebenfalls ein Große-Änderung-Bereich, in dem sich die OCV abrupt in Bezug auf die Änderungsgröße des SOC ändert. Weiterhin ist eine mittlere Stufe des Ladens (mittlere Stufe des Entladens), in welcher der SOC 10% oder mehr und weniger als 90% beträgt, ein flacher Bereich (Plateaubereich), in dem die OCV annähernd konstant in Bezug auf den SOC ist. Es ist zu beachten, dass unter dem SOC der Ladezustand zu verstehen ist und unter der OCV die Leerlaufspannung zu verstehen ist.
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Außerdem enthält wie in 4 gezeigt die Batterie 20 einen Stromerfassungswiderstand 41, einen Temperatursensor 43 und eine Entladeschaltung 45.
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Der Stromerfassungswiderstand 41 ist auf der Negativelektrodenseite der zusammengesetzten Batterie 30 vorgesehen und dient dazu, einen durch die Sekundärbatterien 31 fließenden Strom zu erfassen. Weiterhin ist der Temperatursensor 43 vom Kontakttyp oder vom nicht-Kontakttyp und dient dazu, die Temperatur [°C] der Sekundärbatterie 31 zu messen.
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Der Stromerfassungswiderstand 41 und der Temperatursensor 43 sind elektrisch mit der Verwaltungseinrichtung 50 über eine Signalleitung verbunden, wobei die Erfassungswerte des Stromerfassungswiderstands 41 und des Temperatursensors 43 in der Verwaltungseinrichtung 50 aufgenommen werden.
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Die Entladeschaltung 45 ist für jede Sekundärbatterie 31 vorgesehen. Wie in 6 gezeigt, enthält die Entladeschaltung 45 einen Entladewiderstand R und einen Entladeschalter SW und ist parallel mit der Sekundärbatterie 31 verbunden. Durch das Ausgeben von Befehlen von der Steuereinrichtung 70 zum Einschalten des Entladeschalters SW kann die Sekundärbatterie 31 individuell entladen werden.
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Die Verwaltungseinrichtung 50 ist eine Einrichtung zum Verwalten der Batterie 20 und enthält eine erste Spannungserfassungseinheit 61, eine zweite Spannungserfassungseinheit 65 und eine Steuereinrichtung 70. Die erste Spannungserfassungseinheit 61 ist mit beiden Enden jeder Sekundärbatterie 31 über Erfassungsleitungen verbunden und dient dazu, die Spannung jeder Sekundärbatterie 31 und die Gesamtspannung der zusammengesetzten Batterie 30 zu messen.
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Die zweite Spannungserfassungseinheit 65 ist mit dem positiven Elektrodenanschluss 22P und dem negativen Elektrodenanschluss 22N über die Erfassungsleitungen verbunden und dient dazu, die Ausgabespannung Vs der Lichtmaschine 15 durch das Messen der Zwischenanschlussspannung Vs zu erfassen. Es ist zu beachten, dass die zweite Spannungserfassungseinheit 65 ein Beispiel für die „Erfassungseinheit ist.
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Die Steuereinrichtung 70 enthält eine CPU 71, die eine zentrale Verarbeitungseinheit ist, und einen Speicher 73. Die CPU 71 überwacht den Strom, die Spannung und die Temperatur der Sekundärbatterie 31 anhand der Ausgaben aus dem Stromerfassungswiderstand 41, der ersten Spannungserfassungseinheit 61 und des Temperatursensors 43 und überwacht die Ausgabespannung der Lichtmaschine 15 anhand der Ausgabe aus der zweiten Spannungserfassungseinheit 65. Die Informationen für das Überwachen der Batterie 20 und die Daten für das Durchführen der Schaltsteuerung der Ladungsspannung und der Ausgleichsverarbeitung der Sekundärbatterie wie weiter unten beschrieben sind in dem Speicher 73 gespeichert.
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Die Verwaltungseinrichtung 50, der Halbleiterschalter Q1, die Herabstufungsschaltung 35, die Entladeschaltung 45 und der Stromerfassungswiderstand 41 sind an der Leiterplatte 28 montiert und innerhalb der Batterie 20 vorgesehen. Außerdem ist auch der Temperatursensor 43 innerhalb der Batterie 20 vorgesehen.
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3. SCHALTSTEUERUNG ÜBER DER LADESPANNUNG
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In dieser Ausführungsform ist die Ladezielspannung der Gesamtspannung der zusammengesetzten Batterie 30 gleich 14,4 V und wird die zusammengesetzte Batterie 30 durch die Lichtmaschine 15 zu der Ladezielspannung geladen. Wenn jedoch die Batterie 20 zu einer höheren Spannung als der vorbestimmten Spannung Vt (zum Beispiel 15,5 V) geladen wird, die die obere Grenze für den angemessenen Wert der Ladespannung für das Laden der Batterie 20 ist, kann aufgrund von zum Beispiel Anormalitäten der Lichtmaschine 15 eine Überspannung an der Batterie 20 angelegt werden. Deshalb führt nach dem Starten des Ladens die Steuereinrichtung 70 eine Schaltsteuerung über der unten beschriebenen Ladespannung (7) durch.
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Die Steuereinrichtung 70 kann anhand der Polarität des durch den Stromerfassungswiderstand 41 erfassten Stromwerts bestimmen, ob sich die Batterie 20 in einem Ladezustand oder einem Entladezustand befindet. Wenn dann erfasst wird, dass sich die Batterie 20 in einem Ladezustand befindet, misst die Steuereinrichtung 70 die Zwischenanschlussspannung Vs mit der zweiten Spannungserfassungseinheit 65, um die Ausgabespannung Vs der Lichtmaschine 15 zu erfassen (S10). Dann führt die Steuereinrichtung 70 eine Verarbeitung für das Vergleichen der Ausgabespannung Vs der Lichtmaschine 15 mit der vorbestimmten Spannung Vt durch (S20).
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Wenn dann die Ausgabespannung Vs der Lichtmaschine 15 gleich oder kleiner als die vorbestimmte Spannung Vt ist, wählt die Steuereinrichtung 70 den in 8 gezeigten normalen Modus und steuert den Halbleiterschalter Q1 in einem Zustand zum Halten von EIN (Halten des Einschaltverhältnisses von 100%) und den Halbleiterschalter Q2 der Herabstufungsschaltung 35 in einem Zustand zum Halten von AUS (Halten des Einschaltverhältnisses von 0%). Weil also eine Stromführung nur auf dem ersten Stromführungspfad L1 möglich ist, wird die Batterie 20 mit der Ausgabespannung Vs der Lichtmaschine 15 geladen.
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Wenn dagegen die Ausgabespannung Vs der Lichtmaschine 15 höher ist als die vorbestimmte Spannung Vt, wählt die Steuereinrichtung 70 den in 8 gezeigten Herabstufungsmodus und schaltet den Halbleiterschalter Q1 von dem Zustand zum Halten von EIN zu dem Zustand zum Halten von AUS.
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Dadurch wird der erste Stromführungspfad L1 blockiert. Außerdem schaltet die Steuereinrichtung 70 den Halbleiterschalter Q2 der Herabstufungsschaltung 35 von dem Zustand zum Halten von AUS zu der Schaltsteuerung, in der EIN und AUS in einer vorbestimmten Periode wiederholt werden (S40). Dadurch kann der zweite Stromführungspfad L2 Strom führen und kann die Ausgabespannung Vs der Lichtmaschine 15 durch die Herabstufungsschaltung 35 herabgestuft werden, um die Batterie 20 zu laden.
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Die Ladespannung der Batterie 20 kann also vermindert werden; und es kann verhindert werden, dass eine Überspannung an der Batterie 20 angelegt wird.
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Es ist zu beachten, dass in diesem Beispiel die Schaltfrequenz des Halbleiterschalters Q2 zwischen 100 Hz und mehreren kHz beträgt, wobei unter dem „Halten von EIN” zu verstehen ist, dass die Halbleiterschalter Q1 und Q2 in dem Zustand eines 100%-Einschaltverhältnisses für eine längere Zeit gehalten werden als die Schaltperiode des Halbleiterschalters Q2 (zum Beispiel wenigstens einige Perioden oder mehr). Außerdem ist unter dem „Halten von AUS” zu verstehen, dass das Einschaltverhältnis Dy in dem Zustand von 0% für eine längere Zeit als die Schaltperiode gehalten wird (zum Beispiel wenigstens einige Perioden oder mehr).
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Außerdem wird die Ausgabespannung Vo der Herabstufungsschaltung 35 durch die Ausgabespannung Vs der Lichtmaschine 15 und das Einschaltverhältnis Dy des Halbleiterschalters Q2 bestimmt. Deshalb bestimmt die Steuereinrichtung 71 vorzugsweise das Einschaltverhältnis Dy des Halbleiterschalters Q1 derart, dass die Ausgabespannung Vo nach dem Herabstufen einen angemessenen Wert gleich oder kleiner als die vorbestimmte Spannung Vt (angemessene Spannung für das Laden von zum Beispiel 15 V) annimmt. Dy = Ton/(Ton + Toff) Gleichung (1)
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Ton ist die EIN-Zeit des Halbleiterschalters Q2, und Toff ist die AUS-Zeit des Halbleierschalters Q2.
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Und wenn während des Ladens der Zustand, in dem kein wesentlicher Strom fließt, für eine vorbestimmte Zeitdauer anhält, bestimmt die Steuereinrichtung 70, dass das Laden abgeschlossen wurde, basierend auf dem Erfassungswert des Stromerfassungswiderstands 41 und führt die Verarbeitung zum Zurückführen der Steuermuster der Halbleiterschalter Q1 und Q2 zu dem in 8 gezeigten normalen Modus durch.
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4. REAKTION BEIM MOTORSTART
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Die Steuereinrichtung 71 hält den normalen Modus während des Entladens aufrecht, und die Batterie 20 entlädt über den ersten Stromführungspfad L1. In dem ersten Stromführungspfad L1 ist nur der Halbleiterschalter Q1 vorgesehen und sind keine Elemente wie etwa eine Drosselspule, die als eine große Last auf den durchgehenden Strom wirkt, vorgesehen. Deshalb kann ein großer Strom vorübergehend zugeführt werden und ist die Reaktion der Leistung viel größer als über den zweiten Stromführungspfad 12. Deshalb kann beim Motorstart ein Kurbelstrom mit der erforderlichen Größe innerhalb einer kurzen Zeit zugeführt werden und kann ein Fehlschlagen des Motorstarts verhindert werden.
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9 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Vergleichsbeispiel der Batterie 20 zeigt. Die in 9 gezeigte Batterie 120 kann die Ausgabespannung Vs der Lichtmaschine 15 herabstufen, indem sie eine Schaltsteuerung auf dem Halbleiterschalter Q4 durchführt, während der Halbleiterschalter Q3 EIN gehalten wird. Die Batterie 120 enthält allerdings nur einen Stromführungspfad L4, wobei eine Drosselspule Re an dem Pfad 14 vorgesehen ist. Weil die Drosselspule Re eine große Last für einen durchgehenden Strom ist, ist es schwierig, einen vorübergehenden großen Strom in der Schaltungskonfiguration von 9 zuzuführen, sodass die Schaltungskonfiguration also ungeeignet für einen Motorstart ist.
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Und weil die Drosselspule Re in dem zweiten Strompfad 12 der Batterie 20 vorgesehen ist, ist die Reaktion der Leistung kleiner als diejenige des ersten Stromführungspfads L1 und ist der zweite Stromführungspfad 12 nicht für das Zuführen eines vorübergehenden großen Stroms geeignet.
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5. SPANNUNGSAUSGLEICHSVERARBEITUNG DER ENTLADESCHALTUNG 45
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Nach dem Starten des Ladens vergleicht die Steuereinrichtung 70 die durch die erste Spannungserfassungseinheit 61 gemessene Spannung jeder Sekundärbatterie 31 mit einem Schwellwert (zum Beispiel 3,5 V). Dann werden alle Entladeschaltungen 45 in Entsprechung zu der den Schwellwert überschreitenden Sekundärbatterie 31 betrieben und wird die den Schwellwert überschreitende Sekundärbatterie 31 über einen Widerstand entladen.
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Weil also die Spannung der Sekundärbatterie 31 mit einer hohen Spannung abfällt, können die Spannungen der Sekundärbatterien 31 ausgeglichen werden. Deshalb kann während des Ladens verhindert werden, dass die Spannung der spezifischen Sekundärbatterie 31 die Höhe der Überspannung aufgrund von Spannungsvariationen erhöht.
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Es ist zu beachten, dass in dieser Ausführungsform die Ladezielspannung der zusammengesetzten Batterie 30 „14,4 V” beträgt und die durch das Teilen von dieser durch die Anzahl von Zellen erhaltene Spannung gleich „3,6 V” ist. Außerdem liegt der Schwellwert, bei dem die Ausgleichsverarbeitung durchgeführt wird, bei „3,5 V”.
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Deshalb wird in der Endstufe des Ladens, wenn sich die Spannung der zusammengesetzten Batterie 30 der Zielladespannung nähert, die Spannungsausgleichsverarbeitung durch die Entladeschaltung 45 durchgeführt. Deshalb kann in der Endstufe des Ladens die Spannung der spezifischen Sekundärbatterie 31 vergrößert werden, während eine Spannungsvariation jeder Sekundärbatterie 31 in der zusammengesetzten Batterie 30 verhindert wird.
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In der Endstufe des Ladens kann die Spannungsvariation einfach größer werden. Weil jedoch eine Spannungsvariation der Sekundärbatterie 31 durch die Spannungsausgleichsverarbeitung in dem Bereich verhindert werden kann, kann verhindert werden, dass die Spannung der spezifischen Sekundärbatterie 31 zu der Höhe einer Überspannung erhöht wird.
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6. BESCHREIBUNG DER EFFEKTE
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Weil in dieser Ausführungsform eine Entladung über den ersten Stromführungspfad L1 beim Motorstart durchgeführt wird, kann vorübergehend ein großer Strom entladen werden. Und wenn die Ausgabespannung Vs der Lichtmaschine 15 größer als die vorbestimmte Spannung Vt ist, wird ein Schalten zu dem zweiten Stromführungspfad 12 durchgeführt und wird die Ausgabespannung V2 in der Herabstufungsschaltung 35 herabgestuft, um geladen zu werden. Deshalb kann verhindert werden, dass eine Überspannung an der Batterie 20 angelegt wird, während die Reaktion beim Motorstart sichergestellt wird.
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Außerdem beinhaltet die Batterie 20 die Herabstufungsschaltung 35 und erfasst die Ausgabespannung Vs der Lichtmaschine 15 selbst. Also auch wenn die Batterie 20 an einem Fahrzeug montiert ist, das keine Funktion für eine Kommunikation mit der Batterie 20 aufweist, kann, wenn die Ausgabespannung Vs der Lichtmaschine 15 höher ist als die vorbestimmte Spannung Vt die Ausgabespannung Vs durch die Batterie alleine herabgestuft werden, um zu verhindern, dass eine Überspannung an der Batterie 20 angelegt wird.
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<ANDERE AUSFÜHRUNGSFORMEN>
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene und in den Zeichnungen gezeigte Ausführungsform beschränkt, wobei zum Beispiel auch die folgenden Ausführungsformen innerhalb des Erfindungsumfangs realisiert werden können.
- (1) In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Batterie 20 an einem Auto montiert, wobei sie aber auch an zum Beispiel einem Motorrad montiert sein könnte. Solange das Fahrzeug durch einen Motor angetrieben wird, kann die vorliegende Technik angewendet werden.
- (2) In der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Halbleiterschalter Q1 als ein Beispiel für den ersten Schalter verwendet, wobei aber auch ein Relais anstelle des Halbleiterschalters Q1 verwendet werden könnte. Und auch wenn ein Halbleiterschalter verwendet wird, kann ein anderes Element als ein FET wie etwa ein Leistungstransistor verwendet werden. Das gleiche gilt auch für den zweiten Schalter.
- (3) In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Eisenphosphat-basierte Lithium-Ionen-Sekundärbatterie 31 ein Beispiel für die Energiespeichereinrichtung, wobei die vorliegende Erfindung aber auch zum Beispiel auf eine ternäre Lithium-Ionen-Sekundärbatterie angewendet werden kann. Es ist zu beachten, dass die ternäre Lithium-Ionen-Sekundärbatterie eine Batterie ist, die ein Lithium enthaltendes Metalloxid mit den Elementen Co, Mn und Ni für das positive, aktive Material und weiterhin Graphit, Kohlenstoff oder ähnliches für das negative, aktive Material verwendet. Außerdem kann die Energiespeichereinrichtung eine andere Sekundärbatterie wie etwa eine Bleisäurebatterie oder ein Kondensator sein.
- (4) In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Entladeschaltung 45 vorgesehen, wobei aber auch eine Schaltungskonfiguration ohne die Entladeschaltung 45 verwendet werden kann. Außerdem ist in dem beschriebenen Beispiel eine Vielzahl von Energiespeichereinrichtungen in Reihe verbunden, wobei aber auch nur eine einzelne Energiespeichereinrichtung verwendet werden kann.
- (5) In der oben beschriebenen Ausführungsform wird das Schalten von dem Herabstufungsmodus zu dem normalen Modus durchgeführt, indem der Abschluss des Ladens erfasst wird. Es ist jedoch lediglich erforderlich, dass der normale Modus beim Motorstart ausgewählt wird, wobei das Schalten des Modus zum Beispiel auch durch das Erfassen des EIN-Betriebs des Zündungsschalters durchgeführt werden kann.
- (6) In der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Ausgabespannung Vs der Lichtmaschine 15 durch die in der Batterie 20 eingebaute zweite Spannungserfassungseinheit 65 erfasst. Wenn jedoch die Batterie und das Fahrzeug miteinander kommunizieren können, können die Informationen zu der Ausgabespannung Vs der Lichtmaschine 15 auch durch eine Kommunikation mit dem Fahrzeug erhalten werden. Außerdem kann in diesem Fall auf die zweite Spannungserfassungseinheit 65 verzichtet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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