-
GEBIET
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Stromversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug.
-
HINTERGRUND
-
Derzeit werden automatische Bremssysteme und automatische Fahrsysteme von Automobilherstellern aktiv entwickelt. Ein derartiger Trend der Elektrifizierung von Fahrzeugen erhöht die Bedeutung der Stromversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug. Es ist immer noch typisch, dass eine einzelne Blei-Säure-Batterie und ein Generator als Stromquelle für ein Fahrzeug für die Stromversorgung verwendet werden. Bei einer derartigen herkömmlichen Konfiguration kann ein Fahrzeug eine Stromquelle verlieren, wenn die Batterie plötzlich stirbt oder wenn ein Anschluss zum Zuführen von Strom ausfällt; daher können Dual-Stromversorgungskonfigurations-Batterien verwendet werden, um eine Redundanz zu gewährleisten.
JP 2015-67042 A beschreibt eine Konfiguration, bei der eine Fahrzeug-Stromversorgungsvorrichtung eine Steuervorrichtung, einen elektrischen Verbraucher, ein Hauptrelais, einen Starter, einen Generator, eine Blei-Säure-Batterie, eine wiederaufladbare Nickel-Metall-Hydrid-Batterie und dergleichen umfasst.
-
Wenn die Batterien in einer Dual-Stromversorgungsanordnung verwendet werden, ist es wünschenswert, dass die Verbindungen von zwei Batterien unter Verwendung eines Schalters geändert werden, um den Freiheitsgrad der Kombination der beiden Batterien zu erhöhen. Wenn der Schalter in dem Zustand geschlossen ist, in dem es zu einer Spannungsdifferenz zwischen den beiden Batterien aufgrund einer SOC-Differenz kommt, kann ein großer Strom durch den Schalter fließen; daher ist eine Maßnahme erforderlich, um dieses Problem zu lösen.
-
ÜBERSICHT
-
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, zu verhindern, dass ein großer Strom durch den Schalter fließt, wenn der Schalter umgeschaltet wird, indem die Spannungsdifferenz zwischen den Batterien verringert wird und gleichzeitig der Stromversorgungsvorrichtung Redundanz gegeben wird.
-
Eine Stromversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: eine erste Energiespeichervorrichtung mit einem ersten Energiespeicherelement; eine zweite Energiespeichervorrichtung mit einem zweiten Energiespeicherelement; einen Schalter, der zwischen einem Zustand, in dem die erste Energiespeichervorrichtung und die zweite Energiespeichervorrichtung parallelgeschaltet sind, und einem Zustand, in dem die erste Energiespeichervorrichtung und die zweite Energiespeichervorrichtung voneinander getrennt sind, umschaltet; und eine Schaltersteuereinheit. Sowohl das erste Energiespeicherelement als auch das zweite Energiespeicherelement ist ein Energiespeicherelement mit einer SOC-OCV-Kennlinie mit einem darauf befindlichen flachen Bereich, wobei die Schaltersteuereinheit den Schalter von einem Aus-Zustand in einen Ein-Zustand umschaltet, wenn sich jedes des ersten Energiespeicherelementes und des zweiten Energiespeicherelementes in dem flachen Bereich der SOC-OCV-Kennlinie befindet.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine Seitenansicht eines Fahrzeugs, das auf eine Ausführungsform angewendet wird.
-
2 ist ein Blockschaltbild, das eine elektrische Konfiguration einer Stromversorgungsvorrichtung zeigt.
-
3 ist eine Tabelle, die ein Muster des Ein- und Ausschaltens eines ersten Schalters zeigt.
-
4 ist ein Graph, der eine SOC-OCV-Kennlinie einer Sekundärbatterie zeigt.
-
5 ist ein Flussdiagramm, das die Umschaltsteuerung des ersten Schalters zu einem Zeitpunkt des Maschinenstarts zeigt.
-
6 ist ein Blockschaltbild, das eine andere Ausführungsform einer Stromversorgungsvorrichtung zeigt
-
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Eine Stromversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: eine erste Energiespeichervorrichtung mit einem ersten Energiespeicherelement; eine zweite Energiespeichervorrichtung mit einem zweiten Energiespeicherelement; einen Schalter, der zwischen einem Zustand, in dem die erste Energiespeichervorrichtung und die zweite Energiespeichervorrichtung parallelgeschaltet sind, und einem Zustand, in dem die erste Energiespeichervorrichtung und die zweite Energiespeichervorrichtung voneinander getrennt sind, umschaltet; und eine Schaitersteuereinheit. Sowohl das erste Energiespeicherelement als auch das zweite Energiespeicherelement ist ein Energiespeicherelement mit einer SOC-OCV-Kennlinie mit einem darauf befindlichen flachen Bereich, wobei die Schaltersteuereinheit den Schalter von einem Aus-Zustand in einen Ein-Zustand umschaltet, wenn sich jedes des ersten Energiespeicherelementes und des zweiten Energiespeicherelementes im flachen Bereich der SOC-OCV-Kennlinie befindet.
-
Bei dieser Konfiguration ist die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Energiespeichervorrichtungen, auch wenn es eine SOC-Differenz zwischen den beiden Energiespeichervorrichtungen gibt, klein, wenn sich jeder der SOCs in einem Plateaubereich befindet. Daher ist es möglich zu verhindern, dass ein großer Strom durch den Schalter fließt, wenn der Schalter umgeschaltet wird.
-
Die erste Energiespeichervorrichtung kann mit einer Maschinenstartervorrichtung verbunden sein, und wenn eine vorbestimmte Bedingung zu einem Zeitpunkt des Motorstarts erfüllt ist, kann die Schaltersteuereinheit den Schalter einschalten, um die erste Energiespeichervorrichtung und die zweite Energiespeichervorrichtung miteinander parallelzuschalten. In dieser Konfiguration sind, wenn die vorbestimmte Bedingung erfüllt ist, die beiden Energiespeichervorrichtungen parallelgeschaltet; daher teilen sich die Energiespeichervorrichtungen einen zum Einschalten des Motors notwendigen Anlassstrom. Somit ist die Startfähigkeit des Motors im Vergleich zu dem Fall verbessert, dass der Anlassstrom nur von der ersten Energiespeichervorrichtung bereitgestellt wird, wobei die Startfähigkeit auf dem gleichen Niveau wie zu einem normalen Zeitpunkt gesichert werden kann. Die vorbestimmte Bedingung kann sein, dass die Startfähigkeit des Motors nur mit der ersten Energiespeichervorrichtung leicht abgesenkt wird. Insbesondere kann die vorbestimmte Bedingung sein, dass eine Temperatur des ersten Energiespeicherelements niedriger als ein Schwellenwert ist, dass ein Innenwiderstand des ersten Energiespeicherelements größer als ein Schwellenwert ist oder dass ein Spannungswert des ersten Energiespeicherelements niedriger ist als ein Schwellenwert.
-
Die zweite Energiespeichervorrichtung kann mit einem elektrischen Verbraucher verbunden sein, der sich von der Maschinenstartervorrichtung unterscheidet; und wenn die vorbestimmte Bedingung zu einem Zeitpunkt des Maschinenstarts nicht erfüllt ist, kann die Schaltersteuereinheit den Schalter ausschalten, um die erste Energiespeichervorrichtung und die zweite Energiespeichervorrichtung voneinander zu trennen. Diese Konfiguration kann die Schwankung der Spannung der zweiten Energiespeichervorrichtung, die mit dem Start des Motors verbunden ist, verringern, wodurch die Energie dem elektrischen Verbraucher stabil zugeführt werden kann.
-
Ein Typ eines positiven aktiven Materials des ersten Energiespeicherelements und ein Typ eines positiven aktiven Materials des zweiten Energiespeicherelements können identisch sein, und ein Typ eines negativen aktiven Materials des ersten Energiespeicherelements und ein Typ eines negativen aktiven Materials des zweiten Energiespeicherelements können identisch sein kann. In dieser Konfiguration sind die SOC-OCV-Kennlinien des ersten Energiespeicherelements und des zweiten Energiespeicherelements im Wesentlichen identisch. Daher wird eine Spannungsdifferenz zwischen den beiden Energiespeichervorrichtungen weniger wahrscheinlich erzeugt als in einem Fall, bei dem Energiespeicherelemente mit unterschiedlichen Eigenschaften in Kombination verwendet werden.
-
Das positive aktive Material kann Lithiumeisenphosphat umfassen und das negative aktive Material kann Graphit umfassen. Für dem Fall, dass das positive aktive Material Lithiumeisenphosphat ist, beträgt eine Zellenspannung (OCV) etwa 3,3 V und die Spannung von vier in Reihe geschalteten Zellen 13,4 V; daher wird eine gute Spannungsabstimmung mit elektrischer Ausrüstung für ein Fahrzeug (12 Volt-System) bereitgestellt. Wenn ferner ein negatives aktives Material Graphit ist, ist die Energiedichte hoch und die Anzahl der Zellen kann vorteilhafterweise reduziert werden. Eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie auf Eisenphosphatbasis hat einen großen Plateaubereich und ein Nutzungsbereich überlappt mit dem Plateaubereich. Bei Verwendung im Nutzungsbereich kann der Schalter jederzeit umgeschaltet werden.
-
Die erste Energiespeichervorrichtung und die zweite Energiespeichervorrichtung können unterschiedliche tatsächliche Kapazitäten aufweisen. Wenn zwei Energiespeichervorrichtungen mit unterschiedlichen tatsächlichen Kapazitäten verwendet werden, während sie voneinander getrennt sind, wird in einigen Fällen eine Spannungsdifferenz zwischen den beiden Energiespeichervorrichtungen erzeugt. Durch die Anwendung der vorliegenden Technik auf eine derartige Stromversorgungsvorrichtung ist es möglich, die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Energiespeichervorrichtungen zu reduzieren; daher kann der Schalter jederzeit ohne Berücksichtigung der Spannungsdifferenz umgeschaltet werden.
-
<Eine Ausführungsform>
-
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 bis 5 beschrieben.
-
1. Beschreibung einer Stromversorgungsvorrichtung S für ein Fahrzeug
-
Wie in 1 gezeigt, ist ein Fahrzeug 1 mit einer Maschinenstartervorrichtung 10, wie einem Startermotor, und einer Stromversorgungsvorrichtung S ausgestattet. Man beachte, dass, obwohl dies in 1 nicht gezeigt ist, das Fahrzeug 1 zusätzlich zu der Maschinenstartervorrichtung 10 mit einem Generator 20 und einem elektrischen Verbraucher 30 ausgestattet ist. Als elektrischer Verbraucher 30 können beispielhaft eine Klimaanlage, ein Audiosystem, ein Fahrzeugnavigationssystem und dergleichen verwendet werden.
-
2 ist ein Blockschaltbild, das eine elektrische Konfiguration einer Stromversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug zeigt.
-
Die Stromversorgungsvorrichtung S umfasst eine erste Batterie 50A, eine zweite Batterie 50B, einen ersten Schalter SW1 und eine Fahrzeug-ECU 70. Wie in 2 gezeigt, sind mit der ersten Batterie 50A die Maschinenstartervorrichtung 10 und die Lichtmaschine 20 verbunden, und mit der zweiten Batterie 50B sind der elektrische Verbraucher 30 und die elektronische Steuereinheit (ECU) 70 verbunden. Es ist zu beachten, dass die erste Batterie 50A ein Beispiel einer ”ersten Energiespeichervorrichtung” ist und die zweite Batterie 50B ein Beispiel für einer ”zweite Energiespeichervorrichtung” ist. Der erste Schalter SW1 ist ein Beispiel eines ”Schalters” und die Fahrzeug-ECU 70 ist ein Beispiel einer ”Schaltersteuereinheit”.
-
Der erste Schalter SW1 ist an einem elektrischen Draht I vorgesehen, der eine positive Elektrode der ersten Batterie 50A und eine positive Elektrode der zweiten Batterie 50B verbindet. Wenn der erste Schalter SW1 ausgeschaltet wird (offener Schaltkreis), werden die erste Batterie 50A und die zweite Batterie 50B voneinander getrennt. Wenn der erste Schalter SW1 eingeschaltet wird (geschlossener Kreislauf), werden die erste Batterie 50A und die zweite Batterie 50B parallelgeschaltet.
-
Wie in 2 gezeigt ist, umfasst die erste Batterie 50A eine zusammengesetzte Batterie 51A, einen zweiten Schalter SW2, einen Temperatursensor 55, einen Stromsensor 56 als eine Strommesseinheit, einen Spannungsdetektor 57 und eine Überwachungseinheit 60A. Die zusammengesetzte Batterie 51A ist mit einer Vielzahl (beispielsweise vier) von in Reihe geschalteten Sekundärbatterien 53A konfiguriert. Die Sekundärbatterien 53A sind ein Beispiel für ein ”erstes Energiespeicherelement”.
-
Der Temperatursensor 55 ist berührungsartig oder berührungslos und hat eine Funktion zum Messen einer Temperatur T (°C) der zusammengesetzten Batterie 51. Der Stromsensor 56 hat eine Funktion zum Erfassen eines Stroms I, der durch die zusammengesetzte Batterie 51A fließt. Der Spannungsdetektor 57 ist mit jedem Ende der Sekundärbatterien 53A über Erfassungsleitungen verbunden und hat eine Funktion zum Messen der Spannungen der jeweiligen Sekundärbatterien 53A und einer Gesamtspannung Va der zusammengesetzten Batterie 51A. Der zweite Schalter SW2 ist auf der positiven Elektrodenseite der zusammengesetzten Batterie 51A angeordnet.
-
Die Überwachungseinheit 60A überwacht die Zustände der ersten Batterie 50A von den Ausgängen des Temperatursensors 55, des Stromsensors 56 und des Spannungsdetektors 57. Das heißt, die Überwachungseinheit 60A überwacht die Temperatur T, den Strom 1 und die Gesamtspannung V der zusammengesetzten Batterie 51A sowie die Spannungen der jeweiligen Sekundärbatterien 53A. Wenn eine Abnormität in der zusammengesetzten Batterie 51A vorliegt, schaltet die Überwachungseinheit 60A den zweiten Schalter SW2 aus, um den durch die zusammengesetzte Batterie 51A fließenden Strom zu unterbrechen.
-
Die zweite Batterie 50B enthält eine zusammengesetzte Batterie 51B, einen zweiten Schalter SW2, einen Temperatursensor 55, einen Stromsensor 56, einen Spannungsdetektor 57 und eine Überwachungseinheit 60B und hat die identische Konfiguration wie die erste Batterie 50A. Man beachte, dass die zusammengesetzte Batterie 51B der zweiten Batterie 50B auch eine Vielzahl von (beispielsweise vier) in Reihe geschalteten Sekundärbatterien 53B auf die gleiche Weise wie die erste Batterie 50A hat und die Anzahl der Zellen der zweiten Batterie 50B gleich der Anzahl der Zellen der ersten Batterie 50A ist. Die Sekundärbatterien 53B sind ein Beispiel für ein ”zweites Energiespeicherelement”.
-
Die Fahrzeug-ECU 70 steuert die Ausrüstung eines in dem Fahrzeug installierten Stromversorgungssystems. Insbesondere ist die Fahrzeug-ECU 70 mit der Überwachungseinheit 60A der ersten Batterie 50A und der Überwachungseinheit 60B der zweiten Batterie 50B kommunizierend verbunden und empfängt von den Überwachungseinheiten 60A und 60B Daten über die Zustände der Batterien 50A und 50B, insbesondere die Daten über die Temperaturen, die Ströme, die Gesamtspannungen und die SOCs der zusammengesetzten Batterien 51A und 51B bei einem konstanten Zyklus. Zusätzlich ist die Fahrzeug-ECU 70 mit dem Generator 20 kommunizierend verbunden und führt eine Ladungssteuerung der Batterien 50A und 50B durch Steuern eines Ausgangssignals des Generators 20 in Abhängigkeit der Zustände der Batterien 50A und 50B durch.
-
Weiterhin ist die Fahrzeug-ECU 70 mit einer weiteren Fahrzeug-ECU (nicht gezeigt) kommunizierend verbunden, um ein Antriebssystem, wie eine Maschine, zu steuern, und bezieht Informationen über den Zustand des Fahrzeugs von einer anderen Fahrzeug-ECU. Dann führt die Fahrzeug-ECU 70 eine Steuerung durch, so dass der erste Schalter SW1 entweder auf einen Ein-Zustand (geschlossener Schaltkreis) oder einen Aus-Zustand (offener Schaltkreis) geschaltet wird, indem er einen Befehl an den ersten Schalter SW1 der Stromversorgungsvorrichtung S auf der Grundlage des Zustandes des Fahrzeugs sendet.
-
Genauer gesagt wird, wie in Fig. in 3 gezeigt, die Steuerung so durchgeführt, dass sich der erste Schalter SW1 in einem Aus-Zustand befindet, während dessen die Maschine gestoppt wird, und dass sich der erste Schalter SW1 während des Fahrens in einem Ein-Zustand befindet. Durch Ausführen einer Steuerung, derart dass der erste Schalter SW1 während des Fahrens in einen Ein-Zustand versetzt wird, werden die beiden Batterien 50A und 50B parallelgeschaltet. Daher kann beispielsweise auch dann, wenn sich ein Anschluss, der mit einem Stab einer der Batterien 50A und 50B verbunden ist, aufgrund von Vibrationen während des Fahrens oder anderer Ursachen löst, die andere Batterie die Stromversorgung aufrechterhalten und kann die Stromquelle eine Redundanz aufweisen.
-
2. Die SOC-OCV-Kennlinie
-
Sämtliche Sekundärbatterien 53A der ersten Batterie 50A und der Sekundärbatterien 53B der zweiten Batterie 50B sind Lithiumionenbatterien auf Eisenphosphatbasis, in denen Lithiumeisenphosphat (LiFePO4) für das positive aktive Material verwendet wird und Graphit für das negative aktive Material verwendet wird.
-
4 ist eine SOC-OCV-Korrelationseigenschaft jeder der Lithiumionen-Sekundärbatterien 53A und 53B, wobei die horizontale Achse einen SOC [%] darstellt und die vertikale Achse eine OCV [V] darstellt. Es wird darauf hingewiesen, dass der SOC (State of Charge) ein Verhältnis von Restkapazität zu einer vollen Ladungskapazität ist. Ferner ist die OCV (Open Circuit Voltage) eine offene Spannung von jeder der Sekundärbatterie 53A und 53B.
-
Hinsichtlich der eisenphosphat-basierten Lithiumionen-Sekundärbatterien 53A und 53B, wie in 4 gezeigt, hat die SOC-OCV-Korrelationseigenschaft einen flachen Bereich (nachfolgend als Plateaubereich P bezeichnet), bei dem der Betrag der Änderung in die OCV in Bezug auf den Betrag der Änderung in dem SOC so klein ist, dass die OCV annähernd konstant ist. Man beachte, dass der Plateaubereich P ein Bereich ist, in dem der Betrag der Änderung in dem OCV in Bezug auf den Betrag der Änderung in dem SOC gleich oder kleiner als 2 mV/% ist.
-
Insbesondere liegt der Plateaubereich P im Bereich von 31 [%] bis 97 [%] im Wert des SOC. Der Plateaubereich P umfasst einen ersten Plateaubereich P1, in dem die OCV annähernd konstant 3,3 V ist, und einen zweiten Plateaubereich P2, in dem die OCV annähernd konstant 3,34 V ist, wobei der Plateaubereich P einen Stufenbereich D umfasst, der eine größere Änderung der OCV zwischen den beiden Plateaubereichen P1 und P2 aufweist.
-
Zusätzlich hat jede der eisenphosphat-basierten Lithiumionen-Sekundärbatterien 53A und 53B zwei grolle Änderungsbereiche H1 und H2 auf der SOC-OCV-Korrelationseigenschaft. Der erste große Änderungsbereich H1 liegt im Bereich kleiner als 31 [%] im Wert des SOC und befindet sich auf der niedrigeren SOC-Seite des Plateaubereichs P1. Der zweite große Änderungsbereich H2 liegt im Bereich größer als 97 [%] im Wert des SOC und befindet sich auf der höheren SOC-Seite des Plateaubereichs P2. Jeder der großen Änderungsbereiche H1 und H2 hat einen relativ höheren Änderungsumfang in der OCV (die Abstufung des in 4 gezeigten Graphen) in Bezug auf den Änderungsumfang im SOC als die Plateaubereiche P1 und P2.
-
Ferner wird in dem vorliegenden Beispiel ein Einsatzbereich W jeder der Lithiumionen-Sekundärbatterien 53A und 53B auf beispielsweise 35 [%] bis 95 [%] im SOC eingestellt, wodurch der gesamte Verwendungsbereich W mit dem Plateaubereich P überlappt. Die OCV ist im Plateaubereich P annähernd konstant; daher ist auch bei einer SOC-Differenz zwischen den beiden Batterien 50A und 50B eine Spannungsdifferenz Va – Vb zwischen den beiden Batterien klein. Somit ist es im Einsatzbereich W möglich zu verhindern, dass ein großer Strom aufgrund der Spannungsdifferenz Va – Vb zwischen den Batterien fließt, wenn der erste Schalter SW1 von einem Aus-Zustand in einen Ein-Zustand geschaltet wird.
-
Es wird darauf hingewiesen, dass die OCV des ersten Plateaubereichs P1 3,3 V und die OCV des zweiten Plateaubereichs 3,34 V beträgt, was bedeutet, dass eine Spannungsdifferenz der OCV zwischen den beiden Plateaubereichen P1 und P2 vorliegt. Die Spannungsdifferenz der OCV beträgt jedoch nur etwa 0,04 V. Selbst wenn der erste Schalter SW1 von einem Aus-Zustand in einen Ein-Zustand geschaltet wird, wenn sich die beiden Batterien 50A und 50B in den verschiedenen Plateau-Bereichen P1 und P2 befinden, ist es möglich, aufgrund der Spannungsdifferenz Va – Vb einen seitlichen Strom (den Strom zwischen den Batterien) zu reduzieren. Somit ist es möglich, zu verhindern, dass ein Überstrom durch den ersten Schalter SW1 fließt.
-
Weiterhin hat die erste Batterie 50A eine tatsächliche Kapazität von 40 Ah und die zweite Batterie 50B hat eine tatsächliche Kapazität von 20 Ah; so gibt es einen Unterschied in der Kapazität. Die Gesamtkapazität der beiden Batterien 50A und 50B beträgt 60 Ah und entspricht der tatsächlichen Kapazität von 60 Ah einer Allzweck-Blei-Säure-Batterie (in der Zeichnung nicht gezeigt) zum Starten der Maschine. Es wird darauf hingewiesen, dass der Begriff ”tatsächliche Kapazität” eine Kapazität ist, die einer Batterie entnommen werden kann, wenn der Akku vollständig aufgeladen ist.
-
3. Umschaltsteuern des ersten Schalters SW1 beim Start des Motors
-
Die Fahrzeug-ECU 70 schaltet den ersten Schalter SW1 zwischen einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand auf der Basis der Temperatur T der ersten Batterie 50A zu einem Zeitpunkt des Maschinenstarts um. Genauer gesagt führt, wie in 5 gezeigt, die Fahrzeug-ECU 70 einen Vorgang zum Erfassen des Zustands eines Zündschalters durch (Schritt S10).
-
Wenn die Fahrzeug-ECU 70 einen Einschaltzustand des Zündschalters erkennt, führt die Fahrzeug-ECU 70 ein Verfahren zum Vergleichen der Temperatur T der zusammengesetzten Batterie 51A der ersten Batterie 50A mit einem Schwellenwert X durch (Schritt S20). Man beachte, dass der Schwellenwert X verwendet wird um zu bestimmen, ob sich die erste Batterie 50A in einem niedrigen Temperaturzustand befindet oder nicht, wobei ein Beispiel des Schwellenwertes X 0°C ist.
-
Wenn die Temperatur T der zusammengesetzten Batterie 51A der ersten Batterie 50A gleich oder höher als der Schwellenwert X ist, mit anderen Worten, wenn die erste Batterie 50A keine niedrigen Temperaturen hat, gibt die Fahrzeug-ECU 70 eine Anweisung an den ersten Schalter SW1 aus, um eine Steuerung derart auszuführen, dass der erste Schalter SW1 in einen Aus-Zustand (offener Schaltkreis) versetzt wird (Schritt S30). Durch diesen Vorgang wird nur die erste Batterie 50A mit der Maschinenstartervorrichtung 10 verbunden, und wenn die erste Batterie 50A keine niedrigen Temperaturen hat, arbeitet die Maschinenstartervorrichtung 10 mit einem von der ersten Batterie 50A gelieferten Anlassstrom (Schritt S50). Wie es oben beschrieben ist, wird der erste Schalter SW1 ausgeschaltet, um die zweite Batterie 50B von der Maschinenstartervorrichtung 10 in dem Fall zu trennen, in dem die erste Batterie 50A nicht bei niedrigen Temperaturen ist. Daher ist es möglich, die Schwankung der Spannung der zweiten Batterie 50B, die dem Maschinenstart zugeordnet ist, zu reduzieren, wodurch der elektrische Verbraucher 30 und die Fahrzeug-ECU 70 stabil versorgt werden können.
-
Man beachte, dass die Kapazität der ersten Batterie 50A 40 Ah beträgt, was geringer ist als die Kapazität einer Allzweck-Blei-Säure-Batterie. Allerdings hat die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie einen geringen Innenwiderstand; daher kann die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie den zum Starten der Maschine notwendigen Anlassstrom abgeben, wodurch der Motor nur mit der ersten Batterie 50A starten kann.
-
Wenn andererseits die Temperatur T der zusammengesetzten Batterie 51A der ersten Batterie 50A niedriger als der Schwellenwert X ist, mit anderen Worten, wenn die erste Batterie 50A niedrige Temperaturen hat, gibt die Fahrzeug-ECU 70 eine Anweisung an den ersten Schalter SW1 aus, um eine Steuerung derart auszuführen, dass der erste Schalter SW1 in einen Ein-Zustand (geschlossener Kreislauf) gesetzt wird (Schritt S40). Durch diesen Vorgang werden die beiden Batterien 50A und 50B parallel zu der Maschinenstartervorrichtung 10 geschaltet. Somit arbeitet die Maschinenstartervorrichtung 10 mit einem von den beiden Batterien 50A und 50B gelieferten Anlassstrom (Schritt S50).
-
Der Innenwiderstand der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie ist in einem niedrigen Temperaturzustand hoch; daher kann die Startfähigkeit der Maschine nur mit der ersten Batterie 50A abgesenkt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind jedoch die beiden Batterien 50A und 50B parallelgeschaltet, um den zum Starten der Maschine notwendigen Anlassstrom zu teilen. Daher ist die Startfähigkeit der Maschine im Vergleich zu dem Fall verbessert, bei dem nur die erste Batterie 50A den Anlassstrom bereitstellt, und selbst wenn die Temperatur niedrig ist, wird die Startfähigkeit auf dem gleichen Niveau gehalten, wie wenn die Temperatur normal ist.
-
4. Die Beschreibung der Wirkungen
-
In der Stromversorgungsvorrichtung S der vorliegenden Ausführungsform sind die erste Batterie 50A und die zweite Batterie 50B die Lithiumionen-Sekundärbatterien 53A und 53B, die beide eisenphosphat-basierte Batterien sind und von denen jede den Plateaubereich P auf der SOC-OCV-Kennlinie hat. In dem Plateaubereich P ist auch bei einer SOC-Differenz zwischen den beiden Batterien die Spannungsdifferenz Va – Vb zwischen den beiden Batterien klein. Daher ist es möglich zu verhindern, dass ein großer Strom (seitlicher Strom), der durch die Spannungsdifferenz Va – Vb verursacht wird, zwischen den Batterien durch den ersten Schalter SW1 fließt, wenn der erste Schalter SW1 ausgeschaltet ist. Es wird darauf hingewiesen, dass der seitliche Strom einen Strom bezeichnet, der zwischen den beiden Batterien aufgrund der Spannungsdifferenz Va – Vb fließt.
-
Wenn die Maschine im Tieftemperaturzustand (T < X) gestartet wird, schaltet die Fahrzeug-ECU 70 den ersten Schalter SW1 ein, um die beiden Batterien 50A und 50B parallel zu verbinden, so dass die beiden Batterien 50A und 50B den notwendigen Anlassstrom teilen, um die Maschine zu starten. Somit ist die Startfähigkeit der Maschine im Vergleich zu dem Fall verbessert, bei dem der Anlassstrom nur durch die erste Batterie 50A bereitgestellt wird, und kann die Startfähigkeit auf dem gleichen Niveau wie bei einer normalen Temperaturumgebung sichergestellt werden.
-
Wenn die Maschine in dem anderen Zustand als jenem der niedrigen Temperaturen (T ≥ X) gestartet wird, schaltet die Fahrzeug-ECU 70 den ersten Schalter SW1 aus, um die zweite Batterie 50B von der Maschinenstartervorrichtung 10 zu trennen. Daher ist es möglich, die Schwankung der Spannung der zweiten Batterie 50B, die mit dem Maschinenstart verbunden ist, zu verringern, wodurch Strom mit einer kleinen Spannungsschwankung dem elektrischen Verbraucher 30 und der Fahrzeug-ECU 70 stabil zugeführt werden kann.
-
Bei der Stromversorgungsvorrichtung S der vorliegenden Ausführungsform hat die erste Batterie 50A eine tatsächliche Kapazität von 40 Ah, die zweite Batterie 50B eine tatsächliche Kapazität von 20 Ah und haben die beiden Batterien 50A und 50B unterschiedliche tatsächliche Kapazitäten. Wenn die beiden Batterien 50A und 50B mit unterschiedlichen tatsächlichen Kapazitäten verwendet werden, während sie voneinander getrennt sind, wird in einigen Fällen eine Spannungsdifferenz Va – Vb zwischen den beiden Energiespeichervorrichtungen erzeugt. Durch die Anwendung der vorliegenden Technik (Technik, bei der ”Elemente, die jeweils einen flachen Bereich auf einer SOC-OCV-Kennlinie aufweisen, als Energiespeicherelemente verwendet wird, die Batterien bilden) auf die Stromversorgungsvorrichtung S, bei der die Batterien 50A und 50B, die unterschiedliche tatsächliche Kapazitäten aufweisen, kombiniert werden, ist es möglich, die Spannungsdifferenz Va – Vb zwischen den beiden Batterien zu reduzieren. Daher ist es möglich, den ersten Schalter SW1 jederzeit ohne Berücksichtigung der Spannungsdifferenz Va – Vb umzuschalten.
-
<Andere Ausführungsformen>
-
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die in der obigen Beschreibung und den Zeichnungen beschriebene Ausführungsform beschränkt, und zum Beispiel sind die folgenden Ausführungsformen auch in dem technischen Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten.
- (1) Die vorliegende Ausführungsform zeigt ein Beispiel, bei dem die Batterien 50A und 50B mit den zusammengesetzten Batterien 51A und 51B konfiguriert sind; jedoch können die Batterien 50A und 50B jeweils mit einer einzigen Zelle konfiguriert sein. Beispielsweise können die Batterien 50A und 50B mit einer einzigen Lithiumionen-Sekundärbatterie 53A und einer einzelnen Lithiumionen-Sekundärbatterie 53B konfiguriert sein.
- (2) Bei der vorliegenden Ausführungsform wird als aktive Materialien der Lithiumionen-Sekundärbatterien 53A und 53B Lithiumeisenphosphat für die positiven Elektroden verwendet, und Graphit wird für die negativen Elektroden verwendet. Die Lithiumionen-Sekundärbatterien 53A und 53B müssen nur Energiespeicherelemente sein, die jeweils einen flachen Bereich (Plateaubereich) auf einer SOC-OCV-Kennlinie aufweisen, und die Typen der aktiven Materialien sind nicht auf die Beispiele in der Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann das positive aktive Material Lithiummanganoxid sein, und das negative aktive Material kann Lithiumtitanat sein. Es wird darauf hingewiesen, dass ein anderes Energiespeicherelement als eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie, das einen flachen Bereich auf einer SOC-OCV-Kennlinie aufweist, verwendet werden kann.
- (3) Wenn die Typen der positiven aktiven Materialien und Typen der negativen aktiven Materialien jeweils zwischen den Lithiumionen-Sekundarbatterien 53A und den Lithiumionen-Sekundärbatterien 53B identisch sind, sind die SOC-OCV-Kennlinien annähernd identisch, weshalb die Spannungsdifferenz wahrscheinlich nicht auftritt. Daher wird es bevorzugt, dass jeder der Typen der positiven aktiven Materialien und der Typen der negativen aktiven Materialien zwischen den Lithiumionen-Sekundärbatterien 53A und den Lithiumionen-Sekundärbatterien 53B identisch gemacht werden. Man beachte, dass bezüglich der Arten der aktiven Materialien entweder Lithiumeisenphosphat und Lithiummanganoxid für die positive Elektrode gewählt werden können und entweder Graphit und Lithiumtitanat für die negative Elektrode gewählt werden können.
- (4) Die vorliegende Ausführungsform zeigt ein Beispiel, bei dem der gesamte Einsatzbereich W jeder der Batterien 50A und 50B mit dem Plateaubereich P überlappt; jedoch kann wenigstens ein Teil des Einsatzbereichs W jeder der Batterien 50A und 50B mit dem Plateaubereich P überlappen. In diesem Fall wird es bevorzugt, dass man den SOC-Wert jeder der Batterien 50A und 50B durch einen Stromintegrationsverfahren oder andere Verfahren erhält, und dass der erste Schalter SW1 umgeschaltet wird, wenn die beiden Batterien 50A und 50B beide in den Plateaubereichen P enthalten sind.
- (5) In der vorliegenden Ausführungsform ist der erste Schalter SW1 außerhalb der Batterie vorgesehen; jedoch kann der erste Schalter SW1 in der Batterie eingebaut sein, wie es in 2 gezeigt ist. Es wird darauf hingewiesen, dass mit Bezug auf 6 ein Schalter SW1a, der in einer Batterie 150A eingebaut ist, und einen Schalter SW1b, der in einer Batterie 150B eingebaut ist, die Funktion des ersten Schalters SW1 aus 1 haben.
- (6) Die vorliegende Ausführungsform zeigt die Fahrzeug-ECU 70 als ein Beispiel der Schaltersteuereinheit; jedoch kann eine Schaltersteuereinheit zur ausschließlichen Verwendung getrennt von der Fahrzeug-ECU 70 vorgesehen sein. Alternativ kann die Überwachungseinheit 60A der ersten Batterie 50A oder die Überwachungseinheit 60B der zweiten Batterie 50B dazu gebracht werden, die Funktion der Schaltersteuereinheit zu übernehmen.
- (7) Bei der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Schwellenwert X 0°C; jedoch kann der Schwellenwert X eine andere Temperatur als 0°C sein.
- (8) Wenn bei der vorliegenden Ausführungsform die erste Batterie 50A zu einem Zeitpunkt des Maschinenstarts eine niedrige Temperatur hat, insbesondere wenn die Temperatur T der ersten Batterie 50A niedriger ist als der Schwellenwert X zu einem Zeitpunkt des Motorstarts (Schritt S20: NEIN), wird der erste Schalter SW1 eingeschaltet, um die beiden Batterien 50A und 50B parallelzuschalten (Schritt S40). Die Bedingung um zu bestimmen, ob die beiden Batterien 50A und 50B zum Zeitpunkt des Motorstarts parallelgeschaltet sind oder nicht, ist jedoch nicht auf die Temperatur T der ersten Batterie 50A beschränkt, wobei eine andere Bedingung verwendet werden kann, wenn die Bedingung mit der Temperatur korreliert. Wenn beispielsweise die Startfähigkeit des Motors nur mit der ersten Batterie 50A mit Wahrscheinlichkeit niedrig wird, wenn der Motor gestartet wird, beispielsweise wenn ein Innenwiderstand der ersten Batterie 50A größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, oder wenn eine Batteriespannung Va der ersten Batterie 50A niedriger ist als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, kann der erste Schalter SW1 eingeschaltet werden, um die beiden Batterien 50A und 50B parallelzuschalten.
- (9) Ferner ist die Bedingung um zu bestimmen, ob die beiden Batterien 50A und 50B parallelgeschaltet werden sollen oder nicht, nicht notwendigerweise auf eine Bedingung beschränkt, die mit der Temperatur korreliert, wobei eine Bedingung verwendet werden kann, die mit einer Verschlechterung der Batterie korreliert. Wenn beispielsweise die Startfähigkeit der Maschine nur mit der ersten Batterie 50A niedrig wird, wenn die Maschine gestartet wird, wenn beispielsweise eine erhöhte Menge des Innenwiderstandes aufgrund einer Verschlechterung der ersten Batterie 50A größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, kann der erste Schalter SW1 eingeschaltet werden, um die beiden Batterien 50A und 50B parallelzuschalten.
-
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
-
