JP2018186084A5 - - Google Patents
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Description
本発明はバッテリ給電システムに関し、特にバッテリ電力持続装置及びバッテリ電力持続方法に関する。
現在、車両は、不足電圧が生じる(始動バッテリの電力が無い)と、車両は元々の始動システムによって始動できない。その場合、始動システムはジャンプスタート(jump
start)させる必要がある。ジャンプスタートは始動システムのバッテリの二つの電極端に別の電池を並列させて、始動装置に十分な電圧値を有させてトリガーする。
start)させる必要がある。ジャンプスタートは始動システムのバッテリの二つの電極端に別の電池を並列させて、始動装置に十分な電圧値を有させてトリガーする。
このようなジャンプスタートは面倒であるだけではなく、バッテリの電極の誤接続によって危険が発生する可能性もある。
さらに、車両においてバッテリを使用する必要がある任意の電子装置は始動の瞬間にバッテリの電圧が瞬間的に低下することから、バッテリの電圧をどのように安定にして電子装置及び点火システムの寿命を延長させるか、及び如何にしてバッテリの寿命を延ばすかは至急解決すべきことである。
周知のように、前述の問題を解決するために、CN103812166特許出願において、バッテリに制御スイッチを直列接続し、スーパーキャパシタを並列接続し、バッテリの電力残量が設定値より少ない時、制御スイッチを切断し、車両始動信号を受信する時、該制御スイッチを閉じて、ストレージバッテリにスーパーキャパシタを充電させて、二次始動を実現する車両用始動電源を開示している。しかしながら、このような車両用始動電源において、バッテリ電力が不足する時、制御スイッチによってバッテリとシステムの接続及びバッテリとキャパシタの並列接続を切断して、バッテリの電力を保留し、二次始動信号生成時に、制御スイッチを閉じて、バッテリに電力残量によってスーパーキャパシタを充電させると、バッテリパックに始動とスーパーキャパシタの充電を同時に行わせる二つの重い負荷を背負うことになり、バッテリのパワーが劇的に消費され、老化、または、劣化が速くなる、又は、始動とスーパーキャパシタの充電を同時に行う十分な電力を有することができない。
上記欠点に鑑みて、本発明の目的は、バッテリ給電システムにおいてバッテリ電力持続装置によってバッテリ始動を補助する目的を達成させ、システムが正常に運転している時に始動バッテリの電圧を安定にする効果も達成でき、始動バッテリと車載電子機器の寿命を延長させるバッテリ電力持続装置及び方法を提供することである。
本発明の別の目的は、始動バッテリの消費される電力のピークの低下、始動バッテリ使用寿命の延長、始動バッテリ寿命状態を正確に検出でき、始動バッテリ電力量を使い切ることができるバッテリ電力持続装置を提供して、ユーザーは安心して始動バッテリ電力量を使い切る前に始動バッテリを交換でき、始動バッテリを早めに交換することによるバッテリ資源の浪費や環境汚染を低減できることである。
前述の目的を達成するために、本発明のバッテリ給電システムに用いられるバッテリ電力持続装置は、スイッチと処理回路とを含む。スイッチは、急速エネルギー貯蔵モジュールと始動バッテリの間の接続を制御する。処理回路は、複数の操作モードに対応して前記スイッチの動作を切り換えるのに用いられ、始動モードにある時、前記スイッチを制御して、前記急速エネルギー貯蔵モジュールに、前記始動バッテリと並列接続させることを含む。また、前記バッテリ給電システムの運転停止信号に基づき生成されるトリガー信号に基づき、充電モードに入る時、前記スイッチを制御して、前記急速エネルギー貯蔵モジュールに、前記始動バッテリとの並列接続を切断させる。
前述の目的を達成するために、本発明は、並列接続工程と、充電工程と、を含むバッテリ電力持続方法をさらに提供する。並列接続工程は、始動モードにある時、スイッチを制御して、急速エネルギー貯蔵モジュールに、始動バッテリと並列接続させる。充電工程は、バッテリ給電システムの運転停止信号に基づき生成されるトリガー信号に基づき、充電モードに入る時、スイッチを制御して、急速エネルギー貯蔵モジュールに、始動バッテリとの並列接続を切断させて、始動バッテリを電源として、急速エネルギー貯蔵モジュールが始動可能な電圧値以上に達するまで、処理回路によって急速エネルギー貯蔵モジュールの充電を行う。更なる観点において、トリガー信号によって、始動バッテリに、急速エネルギー貯蔵モジュールと並列接続を切断してから、すぐに急速エネルギー貯蔵モジュールを始動可能な電圧以上に達するまで充電することができ、急速エネルギー貯蔵モジュールが所定の電圧値より低い時、それを充電することもできる。
また、本発明の別の目的を達成するために、本発明が開示するバッテリ電力持続装置は、該始動バッテリの異なる始動時の消費される電気特性の変化を検出及び比較する測定回路をさらに含み、該始動バッテリが低い消費電力条件に符合する時、交換警告を生成する。
上述の装置及び方法によって、システムが運転を停止する時、トリガー信号は、処理回路に、前記始動バッテリと急速エネルギー貯蔵モジュールの並列接続を切断させることができ、前記始動バッテリに、急速エネルギー貯蔵モジュールに対して始動可能な電圧以上に達するまで充電させて、始動時に始動バッテリと急速エネルギー貯蔵モジュールは並列接続して、バッテリ給電システムに急速エネルギー貯蔵モジュールの電力によって始動を補助させることができる。再始動時に、始動バッテリは、周知の技術のように、急速エネルギー貯蔵モジュールを充電する必要は無く、前記十分な電力量の急速エネルギー貯蔵モジュールは、バッテリによってバッテリ給電システムの負荷を始動する補助であり、始動バッテリが瞬間的にバッテリのパワーが重度に消費されるのを減少させて、急速エネルギー貯蔵モジュールが始動成功を補助するように確保し、該始動バッテリの起動時にバッテリのパワーが重度に消費されることによって老化又は劣化する事情及び速度を低減させ、前述に記載の始動バッテリ及び車載電子装置の寿命を延ばす目的を達成できる。また、システムの正常運転時に、急速エネルギー貯蔵モジュールに、前記始動バッテリを並列接続させて、始動バッテリの電圧を安定に維持し、電圧安定の効果を達成することもできる。
また、本発明は、停車後すぐに前記始動バッテリを、前記急速エネルギー貯蔵モジュールに対して充電させ、正常モードにおいて、エネルギー貯蔵モジュールはすでに予め貯蔵エネルギーを充電し、したがって、少量のバッテリ電力量は、始動要求を満たす。さらに、バッテリ性能の検出と警告によって、前記始動バッテリは、前記急速エネルギー貯蔵モジュールに対して始動可能な電圧に充電するのに十分な本当に最少の電力残量の下限状態まで使用されて、その後前記バッテリを交換することができる。したがって、本当に安心して始動バッテリの全ての使用可能な電力量を使い切る機能を実現でき、周知の始動バッテリ内部抵抗の大きさのみを測定し、急速エネルギー貯蔵モジュールの並列接続始動が無いことで、始動バッテリが本当に使用できない状態まで達していないときに交換されるなどの資源の浪費を改善できる。本発明が提供するバッテリ電力持続装置の詳細な構造、特長、組立又は使用方法に関して、以降の実施形態の詳細説明において記述される。しかしながら、これらの詳細な説明及び本発明を実施するために例を挙げた特定の実施形態は、本発明を説明するためだけに用いられるものであって、本発明の特許請求の範囲を制限するものではないことを、当業者は理解すべきである。
以下に、各図面と併せて対応する好ましい実施形態を列挙して本発明のバッテリ電力持続装置の構成要素及び達成する効果を説明する。しかしながら、各図面中のバッテリ電力持続装置の構成要素、サイズ及び外観は本発明の技術的特徴を説明するためだけに用いられ、本発明の構成を制限するものではない。
図1に示すように、該図は本発明のバッテリ電力持続装置をバッテリ給電システムに合わせたブロック図である。本発明のバッテリ電力持続装置10はバッテリ給電システム30に接続される。本実施形態において、バッテリ給電システム30は車両始動システムであり、バッテリ電力持続装置10は始動バッテリ33の給電補助に用いられる。バッテリ給電システム30は始動モータ31と始動バッテリ33を含み、始動モータ31は始動バッテリ33に接続される。正常始動モードの時、始動モータ31はいずれも始動バッテリ33の給電電力により始動する目的を達成し、エンジンを駆動して運転する。また、バッテリ給電システム30は業界で公知の技術であり、ここでは繰り返し述べない。
バッテリ電力持続装置10は処理回路11とスイッチ15を含み、また、急速エネルギー貯蔵モジュール13を含んでいてもよい。処理回路11の入力端111はバッテリ給電システム30の始動バッテリ33に接続される。急速エネルギー貯蔵モジュール13は処理回路11の出力端113に接続される。スイッチ15は処理回路11の出力端113、急速エネルギー貯蔵モジュール13及びバッテリ給電システム30の始動バッテリ33に接続される。
処理回路11はトリガー信号に基づきスイッチ15によって急速エネルギー貯蔵モジュール13と始動バッテリ33との接続を切断し、急速エネルギー貯蔵モジュール13を急速エネルギー貯蔵モジュール13の電圧値が始動可能な電圧値以上に達するまで充電する。本発明の実施形態において、処理回路11はハードウェア、ファームウェア又はメモリに保存されて、マイクロプロセッサ又はデジタルシグナルプロセッサによってロード実行されるソフトウェア又はマシン実行可能なコードであってもよい。ハードウェアによって実現する場合、処理回路11は一つの集積回路チップによって達成でき、複数の回路チップによって完成することもできるが、本発明はこれに制限されない。上記複数の回路チップ又は一つの集積回路チップは特定用途向け集積回路(ASIC)又はフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)によって実現できる。上記メモリは例えば、RAM、ROM又はフラッシュメモリ等であってもよい。
本発明の実施形態において、処理回路11はバックブースト(buck−boost)モジュール115を含み、入力端111の電圧値を調整して、電圧を出力端113に出力するのに用いられる。本実施形態において、バックブーストモジュール115は入力端111の電圧値を高めるのに用いられる、即ち、出力端113の電圧値を入力端111の電圧値より高くして、急速エネルギー貯蔵モジュール13を充電する。また、急速エネルギー貯蔵モジュール13の充電は他の充電回路を用いてもよく、例えば、昇圧モジュール又は他の回路であり、バックブーストモジュールに制限されない。
本発明の実施形態において、急速エネルギー貯蔵モジュール13はスーパーキャパシタであり、スーパーキャパシタの充放電速度は始動バッテリ33より速く、寿命も始動バッテリ33より長く、したがって、スーパーキャパシタは短時間で始動時に必要な電圧を累積できる。しかしながら、急速エネルギー貯蔵モジュール13はスーパーキャパシタに制限されない。
この実施形態において、トリガー信号はトリガースイッチ17によって提供され、トリガースイッチ17は処理回路11に接続され、トリガースイッチ17がオンの時トリガー信号を発生して処理回路11に提供され、処理回路11はトリガー信号に基づきスイッチ15が始動バッテリ33と急速エネルギー貯蔵モジュール13との接続を切断し、急速エネルギー貯蔵モジュール13を充電するよう命令する。しかしながら、実用上、トリガー信号は他のトリガー回路又は他の形式によって処理回路11に提供されてもよく、したがって、トリガー信号の発生と提供は本実施形態の記載に制限されない。
本実施形態において、スイッチ15はリレー(Relay)、トランジスタ又は電子回路によって構成されてもよく、したがって、スイッチ15は一つのスイッチ素子に制限されない。
処理回路11は始動バッテリ33の性能状態を検出して、リマインダー(警告メッセージ)を対応して発生してもよい。始動バッテリ33の性能状態は出力電圧、バッテリ内部抵抗、バッテリ寿命のパーセンテージ等を含む。発生したリマインダーは例えばディスプレイ、ランプ又はスピーカー等によって実行されることを含んでもよい。ディスプレイは始動バッテリ33の性能状態を表示し、ランプは異なる可視光の色によって始動バッテリ33の性能状態を再認識させ、異なる可視光は、例えば赤、黄、緑の光等である。
これまでは本発明のバッテリ電力持続装置の構成を説明しており、ここから本発明のバッテリ電力持続装置の動作と効果について詳細に述べる。
図1を参照すると、バッテリ給電システム30は正常に始動して、始動バッテリ33の電圧値がバッテリ給電システム30の始動モータ31を動作させるのに十分である時、したがって、正常に始動する時、スイッチ15はバッテリ給電システム30の始動信号に基づきオンにし、始動バッテリ33と急速エネルギー貯蔵モジュール13に電気的並列接続を形成させる。また、始動信号はバッテリ給電システム30が直接提供する、又はバッテリ給電システム30が処理回路11に提供し、それから処理回路11によってスイッチ15に提供されてもよい。始動信号は業界で公知のバッテリ給電システム30の始動スイッチ(図中には不図示)によって発生するものであり、ここでは繰り返し述べない。
オンしたスイッチ15は始動バッテリ33と急速エネルギー貯蔵モジュール13に並列(parallel)接続関係を形成させ、並列接続関係は急速エネルギー貯蔵モジュール13の電圧値を始動バッテリ33の電圧値とほぼ同じにし、この時、処理回路11は急速エネルギー貯蔵モジュール13を充電しない。このように、本発明のバッテリ電力持続装置10は急速エネルギー貯蔵モジュール13によって電圧安定化の効果とし、電圧安定化モードに入り、自動車用電子製品の安定性と使用寿命を有効的に向上させ、車両の点火システムの寿命を延長させる。
急速エネルギー貯蔵モジュール13は始動バッテリ33より速く充放電する能力を有し、したがって、急速エネルギー貯蔵モジュール13は高い電圧値を速く蓄積できる。
始動バッテリ33の電圧値が低すぎると、この現象も不足電圧と称され、バッテリ給電システム30は正常に始動できず、したがって、バッテリ電力持続装置10の充電モードはバッテリ給電システム30を補助して始動できる。
図1を参照すると、充電モードにおいて、処理回路11はトリガー信号に基づきスイッチ15によって始動バッテリ33と急速エネルギー貯蔵モジュール13との間の電気的接続を切断し、始動バッテリ33の残りの電力によって急速エネルギー貯蔵モジュール13を充電して、その結果、急速エネルギー貯蔵モジュール13に高い電圧値まで累積させる。このように、バッテリ給電システム30は瞬間的な大電流を必要とする時、即ち、始動時に、急速エネルギー貯蔵モジュール13から優先的に抽出されることから、始動バッテリ33は大電流を速く抽出することで損傷寿命が早まることはない。
充電モードの動作は、トリガースイッチ17によって処理回路11を該充電モードに入らせて、続いて、処理回路11はトリガー信号に基づきスイッチ15を制御して開回路状態を形成する。開回路状態とは始動バッテリ33と急速エネルギー貯蔵モジュール13とが並列接続を形成しないことを指す。したがって、急速エネルギー貯蔵モジュール13は処理回路11のバックブーストモジュール115を介して始動バッテリ33によって充電され、その電圧値を自動車を始動可能な電圧値以上まで上昇させる。それから、処理回路11は始動信号に基づきスイッチ15を制御してオン状態を形成する。オン状態とは始動バッテリ33と急速エネルギー貯蔵モジュール13とが並列接続を形成することを指す。したがって、オンしたスイッチ15は、急速エネルギー貯蔵モジュール13がバッテリ給電システム30に瞬間的な高電流を提供して、自動車を始動する経路を生成する。最後に、バッテリ給電システム30の始動後に、本発明のバッテリ電力持続装置10は前述の電圧安定化モードに入る。
スイッチ15はオンで、始動バッテリ33と急速エネルギー貯蔵モジュール13に並列接続を形成させる。したがって、バッテリ給電システム30は始動を行う時に、バッテリ給電システム30は急速エネルギー貯蔵モジュール13の高電圧値によって始動し、始動する目的を達成する。
例えば、正常な始動バッテリ33の定格電圧値が12.6Vであることは、バッテリ給電システム30は正常に始動できることを表し、始動バッテリ33の電圧値が11V又はそれ以下であると、始動バッテリ33の瞬間的に放電する電力は不足することを表す。この場合、始動バッテリ33は十分な始動電流を始動モータ31に提供できない。したがって、本発明のバッテリ電力持続装置10は急速エネルギー貯蔵モジュール13を急速に充電した後、始動電圧値を14Vに上昇させ、始動モータ31の始動電力、又は始動バッテリ33の補助電力とすることができる。
実施形態において、車両が正常に動作している間、始動バッテリ33と急速エネルギー貯蔵モジュール13も並列接続され、始動バッテリ33は充電されることから、始動バッテリ33の電圧値は14V程度に維持される。この時、急速エネルギー貯蔵モジュール13の電圧値も14V程度に維持され、したがって、始動バッテリ33の電圧を安定にする目的を達成できる。
前述されているように、トリガー信号の発生と提供は本実施形態の記載に制限されない。また、前述の動作の説明において既に記載したとおり、本発明の主要な技術的思想は、、トリガー信号によって始動バッテリ33と急速エネルギー貯蔵モジュール13との並列接続を切断し、急速エネルギー貯蔵モジュール13を充電させ、始動時及び始動成功後の運転時に並列接続を保持し、補助始動及び電圧安定化モードの機能を実行することである。したがって、バッテリ給電システム30の始動失敗時に、トリガースイッチ17を押すことで、トリガー信号を処理回路11に提供して、処理回路11を復旧を含む充電モードに入らせることに限定されない。変形例において、処理回路11は、バッテリ給電システム30の始動失敗時に、始動失敗信号を自動受信して、トリガー信号を生成して、該充電モードに自動で入り、トリガースイッチ17を再度押すことなく充電モードに入る。
これ以外にも、前述したように、バッテリ給電システム30は始動後運転しない時に、急速エネルギー貯蔵モジュール13を充電させるが、本発明はこれに制限されない。本発明の別の変形例において、自動車を始動して運転終了後にエンジンを切って運転を停止させた後に、バッテリ電力持続装置10を該充電モードに自動で入らせる。このように、自動車を運転しない時、処理回路11は、バッテリ給電システム30の運転停止信号に基づきトリガー信号を生成して、バッテリ給電システム30の運転停止後に、急速エネルギー貯蔵モジュール13に始動バッテリ33との並列接続を自動切断させる。これにより、急速エネルギー貯蔵モジュール13は始動バッテリ33によって充電され、自動車を始動しようとする時に、急速に始動信号によって並列状態に入ることができ、十分な電力を提供して始動バッテリ33の始動を補助することができ、自動車の始動の成功を確実にする。
また、急速エネルギー貯蔵モジュール13は、バッテリ給電システム30の始動後の通常運転モード時に、始動バッテリ33と並列関係を維持して電圧安定化の効果を有する。変形例において、通常運転時に並列接続しないが、運転停止後に、急速エネルギー貯蔵モジュールを充電して、本発明の効果に影響させなくてもよい。又、別の変形例において、運転停止後に、急速エネルギー貯蔵モジュールを充電せず、電力状況が充電が必要な条件に符合する時に、始動バッテリ33によって充電されることを選択してもよい。通常運転モードにおいて、急速エネルギー貯蔵モジュールを並列接続する時に、このようにすることができ、本発明の目的及び効果を達成できる。また、上記実施形態は、自動車の始動バッテリ33を例にして始動を補助しているが、本発明が開示する始動用バッテリ給電システムのバッテリ電力持続装置は、自動車の始動バッテリに制限されるものではない。該バッテリ電力持続装置は、始動バッテリを配してモータを始動するのに大電力を必要とする各種の可能性のある装置、例えば、コードレス掃除機、ディーゼル発電機等、又は、バッテリ給電によって、大電流等の大きな負荷を瞬間的に必要とするバッテリ給電システムに用いられてもよい。したがって、始動と言うのは、代表的な言葉でしかなく、実質的には、任意の大電流を必要とする状況及びシステムを含み、ここで称する始動バッテリは、始動用ではないバッテリも含む。
図1及び図2を併せて参照すると、図2は、本発明の実施形態に基づき図示されたバッテリ電力持続方法の工程フロー図である。該バッテリ電力持続方法は、図1に示すバッテリ電力持続装置10に用いることができるが、本発明はこれに制限されない。まず、工程S210において、処理回路11によってトリガー信号を受信したか否かを判定する。工程S210の判定結果が「いいえ」である場合、処理回路11はトリガー信号を受信していないことを表し、処理回路11によって工程S220に示す並列工程を実行する。工程S220において、通常運転モード及び始動モード時に、処理回路11によってスイッチ15を制御して、急速エネルギー貯蔵モジュール13と始動バッテリ33とを並列接続させる。反対に、工程S210の判定結果が「はい」である場合、処理回路11はトリガー信号を受信したことを表し、処理回路11によって工程S230に示す充電工程を実行する。工程S230において、トリガー信号に基づき充電モードに入る時、処理回路11によってスイッチ15を制御して、急速エネルギー貯蔵モジュール13に、始動バッテリ33との並列接続を切断させ、始動バッテリ33を電源として、処理回路11によって、急速エネルギー貯蔵モジュール13が始動可能な電圧値以上に達するまで急速エネルギー貯蔵モジュール13の充電を行う。ちなみに、上記並列工程(即ち、工程S220)及び充電工程(即ち、工程S230)は、各種操作モードに対応して切り換えられる。また、バッテリ電力持続方法の他の詳細は、図1の関連説明から十分な教示、提示及び実施説明が得られることから、繰り返し説明しない。
上述において、処理回路11は、始動バッテリの性能状態を検出して、リマインダー(警告メッセージ)を対応して発生することを言及しており、以下に、バッテリの性能を検出する方法について、さらに具体的な実施形態を挙げる。本発明の別の実施形態において、バッテリ電力持続装置は、バッテリ状態検出機能をさらに備え、ユーザーに、始動バッテリ33が完全に電力を使い切る前の適切なタイミングで始動バッテリ33を確実に交換させる。図3を参照すると、図3は、本発明の別の実施形態に基づき図示されたバッテリ電力持続装置をバッテリ給電システムに合わせたブロック図である。バッテリ電力持続装置20は、バッテリ給電システム30に接続される。図3のバッテリ給電システム30は図1のバッテリ給電システム30に類似していることから、上述の図1の関連説明を参照でき、ここでは繰り返し説明しない。
図1のバッテリ電力持続装置10に類似する、図3のバッテリ電力持続装置20は、同様に、処理回路11と、スイッチ15と、急速エネルギー貯蔵モジュール13と、を含んでもよい。図3の処理回路11と、スイッチ15と、急速エネルギー貯蔵モジュール13はそれぞれ上述の図1の関連説明を参照でき、ここでは繰り返し説明しない。図1のバッテリ電力持続装置10に対して、図3のバッテリ電力持続装置20は、測定回路24をさらに含んでもよいが、本発明はこれに制限されず、本発明の他の実施形態において、測定回路24は処理回路11に集積されていてもよい。
測定回路24は、急速エネルギー貯蔵モジュール13、始動バッテリ33、処理回路11に結合される。測定回路24は、始動バッテリ33の開回路電圧(open circuit voltage)、始動バッテリ33の内部抵抗値を測定するのに用いられる。これ以外に、測定回路24は、始動モータ31(即ち、負荷)が始動される時の負荷電圧又は引き出し電圧(ピーク値及び平均値を含む)、負荷電流又は引き出し電流(ピーク値及び平均値を含む)、始動時間長を測定するのに用いられてもよく、始動時に、始動バッテリ33又は急速エネルギー貯蔵モジュールの引き出し電流、引き出し電圧等を単独で測定してもよく、測定された引き出し電流、電圧、始動時間等に基づき、始動電力量を算出する。さらに、測定回路24は、急速エネルギー貯蔵モジュール13の充電電圧等を測定するのに用いられてもよい。測定回路24は、業界で公知の電圧測定回路、電流測定回路、抵抗測定回路によって実現できるものであり、ここでは繰り返し述べない。
本発明の観点に基づき、始動バッテリ性能の判定は、主に、本発明が開示するバッテリ電力持続装置を採用することを前提として判定する。実施形態の観点に基づき、まず、急速エネルギー貯蔵モジュール13及び始動バッテリ33の二つのうちの少なくとも一つから提供される、始動モータ31が必要な始動電力量を測定できる。そこで、処理回路11は測定回路24によって測定された上述の情報(例えば、始動バッテリ33の開回路電圧、始動バッテリ33の内部抵抗値、始動モータ31が始動される時の負荷電圧及び負荷電流及び始動時間長、始動バッテリ33の引き出し電流、引き出し電圧)に基づき、始動モータ31の始動電力量及び始動バッテリ33が提供する出力電力量を見積もることができる。また、処理回路11は始動バッテリ33の出力電力量と始動モータ31の始動電力量との間の割合に基づき、始動バッテリ33の性能状態を判定できる。又は、単に、始動バッテリ33の出力電力量の異なる回数における始動時の比が特定値より低いか否かによって比較できる。
始動電力量及び始動バッテリ33の引き出し電力量によって判定する例において、理解できることは、始動バッテリ33の循環的充放電に伴い、始動バッテリ33の性能は、徐々に低下し、それが提供する出力電力量を徐々に減少させる。本発明の観点に基づき、始動時に急速エネルギー貯蔵モジュール13は、いずれも始動バッテリ33と並列接続され、この構造によれば、始動モータ31の始動電力量が変わらない場合、急速エネルギー貯蔵モジュール13が提供しなければならない出力電力量は、徐々に増加することになる。したがって、始動バッテリ33の出力電力量が始動モータ31の始動電力量を占める割合を計算することで、始動バッテリ33の性能状態をさらに正確に見積もることができる。詳細な説明を以下に示す。
図3及び図4を併せて参照すると、図4は、本発明の実施形態に基づき図示されたバッテリ電力持続方法の始動モード及び測定始動モードの工程フロー図である。図3に示すバッテリ電力持続装置20及び始動バッテリ33の性能状態を検出するのに用いることができるが、本発明はこれに制限されない。まず、工程S410において、バッテリ給電システム30の始動バッテリ33は交換された後、又は、このバッテリ電力持続装置20が始動されたばかりの時、処理回路11は、変数Nを0にする。続いて、工程S412において、測定回路24によって始動バッテリ33の開回路電圧及び始動バッテリ33の内部抵抗値を測定できる。それから、工程S420において、処理回路11は、始動信号に基づき、始動モータ31は始動するか否か判定する。工程S420の結果が「いいえ」である場合、始動モータ31は始動しないことを表し、工程S412に戻る。工程S420の結果が「はい」である場合、工程S422に示すように、始動モータ31が始動されることを表し、処理回路11は、変数N=N+1と設定する。
続いて、工程S430において、処理回路11は、変数Nが1であるか否か判定できる。変数Nが1である場合、始動バッテリ33は始動モータ31に初めて給電することを表し、この時バッテリ電力持続装置20は測定始動モードに入り、工程S440に示すように、処理回路11は、スイッチ15を制御して、始動バッテリ33に、急速エネルギー貯蔵モジュール13との並列接続を切断させ、始動バッテリ33の出力電力量を始動モータ31の始動電力量とする。換言すると、始動バッテリ33は始動モータ31に初めて給電する時、始動モータ31の始動電力量は、始動バッテリ33のみによって提供される。その等価回路は図5Aに示され、Eは始動バッテリ33の開回路電圧を表し、rTHは始動バッテリ33の内部抵抗値を現し、VLは始動モータ31の電圧(即ち、負荷電圧)を表し、ILは始動モータ31の電流(即ち、負荷電流)を表し、RLは始動モータ31の抵抗値を表す。この時、測定された始動電力量は、測定始動モードであることから、単独に始動バッテリ33によって提供されるものである。当然ながら、変形例において、急速エネルギー貯蔵モジュールのみによって始動及び測定されるように設計する、又は始動バッテリ及び急速エネルギー貯蔵モジュールによって始動及び測定されるように設計してもよく、前述したように、以上をまとめると、急速エネルギー貯蔵モジュール13及び始動バッテリ33の二つのうちの少なくとも一つによって、始動モータ31が必要とする始動電力量を提供できる。
それから、工程S442において、測定回路24によって始動モータ31が始動される時の負荷電圧VL(t)、負荷電流IL(t)及び始動時間長Tを測定できる。負荷電圧VL(t)及び負荷電流IL(t)は時間の変更に伴う変数である。それから、工程S444において、式(1)に示すように、処理回路11によって測定された負荷電圧VL(t)、負荷電流IL(t)及び始動時間長Tによって始動モータ31の始動電力量JLを計算できる。ここで、式(1)の演算子*は畳み込み演算(Convolution)を表す。工程S444終了後、処理回路11は、始動モータ31の始動電力量をすでに取得しており、工程S412に戻る。
本発明の実施形態において、測定回路24は、始動モータ31の負荷電圧又は負荷電流に基づき、始動モータ31の始動時間長を検出できる。図5A及び図5Bを併せて参照すると、図5Bは、本発明の実施形態に基づき図示された始動モータ31が始動される時の負荷電圧VL及び負荷電流ILのタイミング概略図であり、横軸は時間を表し、縦軸は電圧又は電流を表す。前述したように、始動モータ31は始動するのに瞬間的な巨大な電流(即ち、負荷電流IL)を必要することから、測定回路24は、測定された負荷電流ILの大きさに基づき、(図5Bに示すように)始動モータ31の始動時間長Tを見積もることができる。これ以外に、始動モータ31が始動する時、負荷電流ILは始動バッテリ33の内部抵抗(その内部抵抗値はrTHである)を流れる時、この内部抵抗の両端に電圧降下が生じ、負荷電圧VLが低くなる。したがって、測定回路24は測定された負荷電圧VLの大きさに基づき、(図5Bに示すように)始動モータ31の始動時間長Tを見積もることもできる。
図3及び図4を新たに併せて参照すると、工程S430において、変数Nが1ではない場合、バッテリ電力持続装置20は始動モードにおいて動作し、始動バッテリ33が始動モータ31に給電することは初めてではないことを表す。この時、処理回路11は、工程S450に示すように、スイッチ15を制御して、急速エネルギー貯蔵モジュール13に、始動バッテリ33を並列接続させて、始動モータ31の始動電力量を共通して提供する。換言すると、始動バッテリ33が始動モータ31に給電することは初めてではない時、始動モータ31の始動電力量は始動バッテリ33及び急速エネルギー貯蔵モジュール13によって共通して提供される。その等価回路は図6に示され、Eは始動バッテリ33の開回路電圧を表し、rTHは始動バッテリ33の内部抵抗値を表し、Cは急速エネルギー貯蔵モジュール13のキャパシタを表し、rcは急速エネルギー貯蔵モジュール13の抵抗(無視できる)を表し、VLは始動モータ31の電圧(即ち、負荷電圧)を表し、ILは始動モータ31の電流(即ち、負荷電流)を表し、RLは始動モータ31の抵抗値を表す。ここで、前述の変更例にあるように、該始動電力量はこの正常始動モードまで待ってから測定する、即ち、N=2の時、始動バッテリ33と急速エネルギー貯蔵モジュール13の共通始動出力を測定して、前述で言及された始動電力量として、始動バッテリ性能を評価する基礎の一つとしてもよい。したがって、始動電力量は、実質的に、毎回の始動に必 要な総始動電力量を含み、始動モードは、測定始動モードを含む。
それから、工程S452において、測定回路24によって始動モータ31が始動される時の負荷電圧を測定できる。それから、工程S454において、式(2)に示すように、処理回路11によって急速エネルギー貯蔵モジュール13のキャパシタC、開回路電圧E、負荷電圧VLに基づき、急速エネルギー貯蔵モジュール13が提供する出力電力量(又は、消費される電力量)Jcを計算できる。式(3)に示すように、処理回路11は式(1)の始動電力量JL及び式(2)で示される急速エネルギー貯蔵モジュール13の出力電力量Jcに基づき、始動バッテリ33が提供する出力電力量(又は、始動バッテリの消費される電力量)JEを計算できる。
続いて、工程S456において、処理回路11は、始動バッテリ33の出力電力量JEが始動モータ31の始動電力量JLを占める割合を計算できる。それから、工程S458において、処理回路11は、上述の割合に基づき、始動バッテリ33の性能状態が正常であるか否かを判定できる。工程S458の判定結果が正常である場合、工程S412に戻って、次の始動モータ31が始動される始動バッテリ33の性能検出動作を待つ。工程S460に示すように、工程S458の判定が異常である場合、処理回路11は、警告メッセージを生成できる。
本発明の実施形態において、工程S458において、出力電力量JEが始動電力量JLを占める割合が第一の臨界値より小さい場合、処理回路11は、始動バッテリ33の性能状態が異常であると判定できる。工程S460において、警告メッセージを生成する。本発明の実施形態において、処理回路11は、上記警告メッセージを送信してディスプレイ上に表示できるが、本発明はこれに制限されない。本発明の他の実施形態において、処理回路11は、ランプの光又はスピーカー等によってユーザーに警告してもよい。
本発明の実施形態において、処理回路11は、出力電力量JEが始動電力量JLを占める異なる割合に基づき、異なる警告メッセージを生成できる。例えば、出力電力量JEが始動電力量JLを占める割合が第一の臨界値より小さく、第二の臨界値より大きい時、処理回路11は、始動バッテリ33の始動の電力量が不足している(又はバッテリ寿命は間も無く終了する)という警告メッセージを送信できる。ここで第一の臨界値は第二の臨界値より大きい。また、出力電力量JEが始動電力量JLを占める割合が第二の臨界値より小さい時、処理回路11は、始動バッテリ33の始動の電力量が著しく不足している(又は始動バッテリを至急交換する)という警告メッセージを送信できる。上記第一の臨界値及び第二の臨界値は、実際の使用又は設計要求によって設定できる。
本発明の実施形態において、処理回路11は、出力電力量JEが始動電力量JLを占める異なる割合に基づき、始動バッテリ33は始動モータ31を始動できる回数をディスプレイ上に表示して、ユーザーに始動バッテリ33の交換をリマインダーする参考とすることもできる。
本発明の実施形態において、処理回路11は、測定された始動バッテリ33の内部抵抗値rTH及び出力電力量JEが始動電力量JLを占める割合に基づき、始動バッテリ33の性能状態を共に判定することもできる。例えば、上記割合が第一の臨界値より小さく、内部抵抗値rTHが参照抵抗値より大きい時、処理回路11は、始動バッテリ33の性能状態が異常であると判定し、警告メッセージを生成できる。
本発明は、始動モータ31が始動される時、始動バッテリ33の性能状態を検出することから、処理回路11によって検出される始動バッテリ33の性能状態は、始動バッテリ33が現時点で、始動モータ31に対して放電する実際の性能状態を反映している。バッテリに対して短時間で小電流の放電によって検出されるバッテリの性能状態を実施する一般的なハンドヘルドのバッテリアナライザに比べて、本発明が提出する始動バッテリ33の性能状態の検出動作は、実際の動作における始動バッテリ33の性能状態をより正確に検出でき、ユーザーに、始動バッテリ33が完全に電力を使い切る前の適切なタイミングで始動バッテリ33を確実に交換させることができる。
また、始動バッテリ33の性能警告について、上述の実施形態において、始動バッテリ33の出力電力量JEに対する総始動電力量JLの割合が初期値より低い、低い消費電力条件は判定するものであり、始動バッテリ33の出力電力量は直接測定される、又は、急速キャパシタの出力電力量によって、始動バッテリ33の出力電力量を計算できる。しかしながら、更なる変形例において、該バッテリ性能の警告は、他のデータの比較によって得られてもよい。例えば、判断基準として、該低い消費電力条件は、該始動バッテリの消費される電力量と急速エネルギー貯蔵モジュールの消費される電力量との比が特定値より小さいことを指してもよい。本発明が開示するバッテリ電力持続装置の最後の一回の該始 動バッテリの消費される電力量と一回目の使用時に測定される該始動バッテリの消費される電力量との比が特定値より小さくてもよい。又は、始動バッテリ33が低い消費電力条件に符合するだけの時、警告メッセージを送信してもよい。該低い消費電力条件は、前述したように測定され、比較データが異なるだけで、その詳細は繰り返し説明しない。
また、前述したように、急速エネルギー貯蔵モジュールの被充電電圧は特定の始動可能な電圧値に達することができるか否かを単独で測定して、始動バッテリの電力残量が警告を送信するか否かの判定とすることもできる。また、本実施形態の別の観点に基づき、該始動バッテリの性能は、直接該始動バッテリの消費される電流値が特定値より低い、また は、反対に、該急速エネルギー貯蔵モジュールの消費される電流が特定値より高い、即ち 、特定値を超えることで判定することもできる。または、前述したように、各引き出し電 力量と始動バッテリの各種比を取る方法と同じように、始動バッテリまたは急速エネルギ ー貯蔵モジュールの今回の消費される電流と、各最初の始動の消費される電流、または始 動バッテリに相当する始動時の負荷電流との比から判定することができる。したがって、以上をまとめると、本発明が開示する急速エネルギー貯蔵モジュールと始動バッテリの並列モードを合わせて、始動バッテリと急速エネルギー貯蔵モジュールの消費される電気特性を測定することで、始動バッテリを極限まで使用でき、元の使用寿命の2〜4倍、さらにはそれ以上に達する可能性があり、使い切る前の適切なタイミングでユーザーに、始動バッテリの交換をリマインダーすることができる。
最後に、本発明のこれまでの実施形態で開示した構成部品は例を挙げて説明したものに過ぎず、本願の範囲を制限するためではなく、他の同じ部材の置換又は変更も本願の特許請求の範囲に及ぶものであることを強調する。
本発明のバッテリ電力持続装置は、バッテリ給電システムに適用できる。
10、20:バッテリ電力持続装置
11:処理回路
111:入力端
113:出力端
115:バックブーストモジュール
13:急速エネルギー貯蔵モジュール
15:スイッチ
17:トリガースイッチ
24:測定回路
30:車両始動システム
31:始動モータ
33:始動バッテリ
C:急速エネルギー貯蔵モジュールのキャパシタ
E:始動バッテリの開回路電圧
IL:始動モータの電流
S210、S220、S230、S410、S412、S420、S422、S430、S440、S442、S444、S450、S452、S454、S456、S458、S460:工程
T:始動時間長
rC:急速エネルギー貯蔵モジュールの抵抗値
rTH:始動バッテリの内部抵抗値
VL:始動モータの電圧
RL:始動モータの抵抗値
11:処理回路
111:入力端
113:出力端
115:バックブーストモジュール
13:急速エネルギー貯蔵モジュール
15:スイッチ
17:トリガースイッチ
24:測定回路
30:車両始動システム
31:始動モータ
33:始動バッテリ
C:急速エネルギー貯蔵モジュールのキャパシタ
E:始動バッテリの開回路電圧
IL:始動モータの電流
S210、S220、S230、S410、S412、S420、S422、S430、S440、S442、S444、S450、S452、S454、S456、S458、S460:工程
T:始動時間長
rC:急速エネルギー貯蔵モジュールの抵抗値
rTH:始動バッテリの内部抵抗値
VL:始動モータの電圧
RL:始動モータの抵抗値
Claims (19)
- 急速エネルギー貯蔵モジュールと始動バッテリとの接続を制御するスイッチと、
前記始動バッテリが給電するバッテリ給電システムの始動によって始動モードに入る時、前記スイッチを制御して、前記急速エネルギー貯蔵モジュールに、前記始動バッテリと並列接続させる処理回路と、
前記バッテリ給電システムが始動する間の前記始動モードにおいて、前記始動バッテリ と前記急速エネルギー貯蔵モジュールの少なくとも一つの消費される電気特性を測定する のに用いられ、前記処理回路が前記始動バッテリの性能状態を判断するための測定回路と 、を含むバッテリ電力持続装置。 - 前記処理回路は、前記バッテリ給電システムが始動する前の運転停止期間において、ト リガー信号に対応して充電モードに入り、前記スイッチを制御して、前記急速エネルギー 貯蔵モジュールと前記始動バッテリの並列接続を切断し、前記始動バッテリを電源として、前記急速エネルギー貯蔵モジュールの充電を行って、前記急速エネルギー貯蔵モジュールが始動可能な電圧値以上に達するのに用いられる請求項1に記載のバッテリ電力持続装置。
- 前記充電モードにおいて、前記処理回路は、前記急速エネルギー貯蔵モジュールの電圧が特定値より低い時、前記始動バッテリを電源として、前記急速エネルギー貯蔵モジュー ルの充電を行って、前記急速エネルギー貯蔵モジュールが前記始動可能な電圧値以上に達する請求項2に記載のバッテリ電力持続装置。
- 前記処理回路はバックブーストモジュールを含み、前記始動可能な電圧値は前記始動バッテリの定格電圧値より大きい請求項2に記載のバッテリ電力持続装置。
- 前記急速エネルギー貯蔵モジュールをさらに含み、前記バッテリ給電システムが運転中の通常運転モード時に、前記処理回路も前記スイッチを制御して、前記急速エネルギー貯蔵モジュールに、前記始動バッテリと並列接続させる請求項1に記載のバッテリ電力持続装置。
- 前記トリガー信号は、前記バッテリ給電システムの運転停止信号に対応して生成される 請求項2に記載のバッテリ電力持続装置。
- 前記処理回路は、更に、前記始動バッテリが特定のバッテリの性能状態に符合すると判 断する時、警告メッセージを送信するのに用いられる請求項1に記載のバッテリ電力持続装置。
- 前記測定回路は、前記バッテリ給電システムが始動する間、前記始動バッテリと前記急速エネルギー貯蔵モジュールのうちの少なくとも一つを測定して得られる始動電力量を検出することを含み、前記バッテリ電力持続装置の前記始動モードにおいて、前記始動バッテリと前記急速エネルギー貯蔵モジュールのうちの一つの消費される電力量を検出するのに用いられ、前記特定のバッテリの性能状態は、始動時、前記始動バッテリと前記急速エ ネルギー貯蔵モジュールのうちの一つの前記消費される電力量と前記始動電力量との比が特定値を超えることを指す請求項7に記載のバッテリ電力持続装置。
- 前記測定回路は、前記急速エネルギー貯蔵モジュールのキャパシタ、前記始動バッテリの開回路電圧、負荷電圧に基づき、前記急速エネルギー貯蔵モジュールが提供する消費さ れる電力量を計算し、前記始動電力量及び前記急速エネルギー貯蔵モジュールの前記消費 される電力量に基づき、前記始動バッテリの前記消費される電力量を計算する請求項8に記載のバッテリ電力持続装置。
- 前記測定回路は、前記バッテリ電力持続装置の前記始動モードにおいて、前記始動バッテリの消費される電力量と前記急速エネルギー貯蔵モジュールの消費される電力量を検出し、前記特定のバッテリの性能状態は、前記始動バッテリの前記消費される電力量と前記急速エネルギー貯蔵モジュールの前記消費される電力量との比が特定値より小さい時、お よび、前記始動バッテリと前記急速エネルギー貯蔵モジュールのうちの一つの最後の一回 の消費される電力量と一回目の使用時の消費される電力量との比が特定値を超える時のう ちの一つであることを指す請求項7に記載のバッテリ電力持続装置。
- 前記消費される電気特性は、消費される電流を指し、前記バッテリ給電システムが始動 モードにおいて負荷電流を有し、前記特定のバッテリの性能状態は、前記始動バッテリと 前記急速エネルギー貯蔵モジュールのうちの一つの消費される電流、前記始動バッテリと 前記急速エネルギー貯蔵モジュールのうちの一つの最後の一回の消費される電流と初めて 使用される消費される電流との比、及び前記始動バッテリと前記急速エネルギー貯蔵モジ ュールのうちの一つの最後の一回の消費される電流と前記負荷電流との比の三者のうちの 一つが特定値を超える時を指す請求項7に記載のバッテリ電力持続装置。
- 前記測定回路は、更に、前記急速エネルギー貯蔵モジュールの電圧を検出するのに用い られ、前記処理回路は、更に、前記急速エネルギー貯蔵モジュールの電圧を特定値まで充電できない時に警告を発するのに用いられる請求項2に記載のバッテリ電力持続装置。
- バッテリ給電システムが始動する間の始動モードにおいて、処理回路によって、スイッチを制御して、急速エネルギー貯蔵モジュールに、始動バッテリと並列接続させる並列接続工程と、
前記バッテリ給電システムが始動する間の前記始動モードにおいて、前記始動バッテリ と前記急速エネルギー貯蔵モジュールの少なくとも一つの消費される電気特性を測定し、 前記処理回路が前記始動バッテリの性能状態を判断する測定工程と、を含むバッテリ電力持続方法。 - 前記バッテリ給電システムが始動する前の運転停止期間において、トリガー信号に対応 して充電モードに入り、前記スイッチを制御して、前記急速エネルギー貯蔵モジュールと 前記始動バッテリの並列接続を切断し、前記始動バッテリを電源として、前記急速エネル ギー貯蔵モジュールの充電を行って、前記急速エネルギー貯蔵モジュールが始動可能な電圧値以上に達し、前記急速エネルギー貯蔵モジュールは、電圧が特定値より低い時、選択的に充電されるのに用いられる充電工程を更に含む請求項13に記載のバッテリ電力持続方法。
- 前記測定工程は、
前記急速エネルギー貯蔵モジュール及び前記バッテリのうちの少なくとも一つが前記バ ッテリ給電システムに提供する負荷の始動に必要な始動電力量を検出する工程を更に含み 、、
前記バッテリ電力持続方法は、
前記始動バッテリと前記急速エネルギー貯蔵モジュールのうちの一つの出力電力量と前記始動電力量との間の割合が、第一の臨界値を越える時、警告メッセージを発する警告工 程をさらに含み、
前記消費される電気特性は、前記出力電力量を指す請求項13に記載のバッテリ電力持続方法。 - 前記始動電力量を検出する工程は、
初めて使用する測定始動モードにおいて、前記スイッチを制御して、前記始動バッテリに前記急速エネルギー貯蔵モジュールとの並列接続を切断させて、前記始動バッテリと前 記急速エネルギー貯蔵モジュールのうちの一つの出力電力量を前記始動電力量とする工程と、
前記負荷が始動する時の負荷電圧、負荷電流、始動時間長を検出し、これによって前記始動電力量を計算する工程と、を含む請求項15に記載のバッテリ電力持続方法。 - 前記始動バッテリと前記急速エネルギー貯蔵モジュールの前記出力電力量を測定する工程は、
前記始動バッテリの開回路電圧を検出する工程と、
前記始動モードにおいて、前記スイッチを制御して、前記急速エネルギー貯蔵モジュールに、前記始動バッテリと並列接続させて、前記始動電力量を共通して提供する工程と、
前記負荷始動時の負荷電圧を検出する工程と、
前記急速エネルギー貯蔵モジュールのキャパシタ、前記開回路電圧、前記負荷電圧に基づき、前記急速エネルギー貯蔵モジュールが提供する出力電力量を計算する工程と、
前記始動電力量及び前記急速エネルギー貯蔵モジュールの前記出力電力量に基づき、前記始動バッテリの前記出力電力量を計算する工程と、を含む請求項15に記載のバッテリ電力持続方法。 - 前記急速エネルギー貯蔵モジュールの電圧を検出する電圧測定工程と、前記急速エネルギー貯蔵モジュールを特定の電圧値まで充電できない時に警告を発する警告工程と、をさらに含む請求項14に記載のバッテリ電力持続方法。
- 前記消費される電気特性は、消費される電流を指し、前記バッテリ給電システムが前記 始動モードにおいて負荷電流を有し、前記バッテリ電力持続方法は、前記始動バッテリが 特定のバッテリの性能状態に符合する時、警告を発し、前記特定のバッテリの性能状態は 、前記始動バッテリと前記急速エネルギー貯蔵モジュールのうちの一つの消費される電流 、前記始動バッテリと前記急速エネルギー貯蔵モジュールのうちの一つの最後の一回の消 費される電流と初めて使用される消費される電流との比、及び前記始動バッテリと前記急 速エネルギー貯蔵モジュールのうちの一つの最後の一回の消費される電流と前記負荷電流 との比の三者のうちの一つが特定値を超える時を指す請求項13に記載のバッテリ電力持続方法。
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