СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЕЮ
POWER SUPPLY SYSTEM AND METHOD OF ITS MANAGING

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к системе электропитания, включающей в себя два типа аккумуляторных батарей, которые отличаются по долговечности относительно повторения заряда и разряда, и к способу управления ею.
Предпосылки изобретения
[0002] JP 2011-234479 A раскрывает электрическую цепь для транспортного средства, включающую в себя свинцово-кислотную аккумуляторную батарею (далее также называемую «свинцово-кислотной батареей») и литий-ионную аккумуляторную батарею (далее также называемую «литий-ионной батареей»). Эта электрическая цепь выполнена так, что при автоматическом перезапуске двигателя из состояния остановки на холостом ходу напряжение электропитания транспортного средства падает на мгновение вследствие высокого тока, который протекает через электродвигатель стартера, и, поэтому, с точки зрения защиты части электрического оборудования транспортного средства от нагрузок, предусматриваемых на стороне литий-ионной батареи, запитывание электродвигателя стартера от литий-ионной батареи прерывается и электроэнергия подается к электродвигателю стартера только от свинцово-кислотной аккумуляторной батареи.
Сущность изобретения
[0003] Между тем, в электрической цепи, включающей в себя два различных типа аккумуляторных батарей, т.е. свинцово-кислотную батарею и литий-ионную батарею, аналогично электрической цепи из вышеописанного документа, время заряда свинцово-кислотной батареи и литий-ионной батареи обычно определяется так, что ток разряда свинцово-кислотной батареи на электрическую нагрузку (далее также называемую просто "нагрузкой") становится равным или меньшим, чем заданное пороговое значение. Т.е., когда ток разряда свинцово-кислотной батареи становится больше заданного порогового значения, устройством управления приводится в действие электрогенератор, так что каждая батарея переключается с фазы разряда на фазу заряда.
[0004] Однако в системе электропитания, которая переключается с фазы разряда на фазу заряда на основе значения тока разряда свинцово-кислотной батареи, возникает та проблема, что, когда свинцово-кислотная батарея является столь же хорошей, как и новая, имеющаяся при запросе заряда степень заряда (СЗ) литий-ионной батареи не может быть задана низкой. Т.е. в традиционной системе электропитания литий-ионная батарея может быть использована только до нижнего предельного значения СЗ, ограниченного разрядом свинцово-кислотной батареи, которое выше нижнего предельного значения СЗ, ограниченного самой литий-ионной батареей.
[0005] Поэтому, когда свинцово-кислотная батарея деградирует настолько, что невозможно получить достаточный ток разряда от свинцово-кислотной батареи в фазе разряда, ток разряда от литий-ионной батареи увеличивается соответствующим образом. В таком состоянии СЗ литий-ионной батареи рано уменьшается до нижнего предельного значения СЗ, ограниченного разрядом свинцово-кислотной батареи, и, в результате, заряд и разряд литий-ионной батареи и свинцово-кислотной батареи повторяются за короткое время.
[0006] С другой стороны, когда имеющаяся при запросе заряда СЗ литий-ионной батареи задана на нижнее предельное значение СЗ, ограниченное самой литий-ионной батареей, возникает та проблема, что, когда свинцово-кислотная батарея является новой, состояние, в котором ток разряда свинцово-кислотной батареи большой, длиться в течение долгого времени, способствуя (содействуя) деградации свинцово-кислотной батареи.
[0007] Настоящее изобретение было создано с учетом вышеописанных проблем и имеет целью предоставить систему электропитания, которая может эффективно использовать СЗ литий-ионной батареи, пресекая деградацию свинцово-кислотной батареи, причем такая система электропитания включает в себя два типа батарей, которые отличаются по долговечности относительно повторения заряда и разряда, и является устанавливаемой на транспортное средство, а также способ управления такой системой электропитания.
[0008] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, система электропитания включает в себя две аккумуляторные батареи с различными зарядными и разрядными характеристиками и является устанавливаемой на транспортное средство. Система электропитания имеет свинцово-кислотную аккумуляторную батарею, соединенную с электрической нагрузкой; литий-ионную аккумуляторную батарею, соединенную параллельно со свинцово-кислотной аккумуляторной батареей относительно электрической нагрузки; электрогенератор, выполненный с возможностью заряжать свинцово-кислотную аккумуляторную батарею и литий-ионную аккумуляторную батарею; и блок управления, выполненный с возможностью приводить в действие электрогенератор на основе соотношения между током разряда свинцово-кислотной аккумуляторной батареи и током разряда литий-ионной аккумуляторной батареи.
Краткое описание чертежей
[0009] Фиг. 1 - блок-схема, показывающая общее строение системы электропитания в первом варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 - блок-схема, показывающая один пример функционального строения БУД, который управляет всей системой электропитания в этом варианте осуществления.
Фиг. 3 - временная диаграмма в этом варианте осуществления, показывающая изменения физических величин, когда свинцово-кислотная батарея и литий-ионная батарея переключаются с фазы разряда на фазу заряда в случае, если свинцово-кислотная батарея новая.
Фиг. 4 - временная диаграмма в этом варианте осуществления, показывающая изменения физических величин, когда свинцово-кислотная батарея и литий-ионная батарея переключаются с фазы разряда на фазу заряда в случае, если свинцово-кислотная батарея деградировала.
Фиг. 5 - блок-схема последовательности операций, показывающая один пример процесса переключения заряда/разряда, который исполняется БУД системы электропитания первого варианта осуществления.
Фиг. 6 - временная диаграмма в сравнительном примере, показывающая изменения физических величин, когда свинцово-кислотная батарея и литий-ионная батарея переключаются с фазы разряда на фазу заряда в случае, если свинцово-кислотная батарея новая.
Фиг. 7 - временная диаграмма в сравнительном примере, показывающая изменения физических величин, когда свинцово-кислотная батарея и литий-ионная батарея переключаются с фазы разряда на фазу заряда в случае, если свинцово-кислотная батарея деградировала.
Фиг. 8 - блок-схема, показывающая общее строение системы электропитания во втором варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 9 - блок-схема последовательности операций, показывающая один пример процесса переключения заряда/разряда, который исполняется БУД системы электропитания второго варианта осуществления.
Фиг. 10 - график, показывающий время переключения заряда/разряда литий-ионной батареи в этом варианте осуществления.
Фиг. 11 - блок-схема, показывающая общее строение системы электропитания в третьем варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 12 - блок-схема последовательности операций, показывающая один пример процесса переключения заряда/разряда, который исполняется БУД системы электропитания третьего варианта осуществления.
Фиг. 13 - график, показывающий время переключения заряда/разряда свинцово-кислотной батареи в этом варианте осуществления.
Фиг. 14 - блок-схема, показывающая общее строение системы электропитания в четвертом варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 15 - блок-схема последовательности операций, показывающая один пример процесса переключения заряда/разряда, который исполняется БУД системы электропитания четвертого варианта осуществления.
Фиг. 16 - график, показывающий время переключения заряда/разряда литий-ионной батареи в этом варианте осуществления.
Варианты осуществления изобретения
[0010] Далее будут описаны варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на сопровождающие чертежи.
(Первый вариант осуществления)
[0011] Фиг. 1 - это блок-схема, показывающая общее строение системы 100 электропитания в первом варианте осуществления настоящего изобретения. Система 100 электропитания по этому варианту осуществления является системой электропитания, которая включает в себя две аккумуляторные батареи с различными зарядными и разрядными характеристиками и является устанавливаемой на транспортное средство. Система 100 электропитания применяется, например, в транспортном средстве или т.п., которое оборудовано двигателем с системой стоп-старт.
[0012] Как показано на фиг. 1, система 100 электропитания включает в себя свинцово-кислотную батарею (свинцово-кислотную аккумуляторную батарею) 3 и литий-ионную батарею (литий-ионную аккумуляторную батарею) 4, которые соединены параллельно относительно электрической нагрузки 50. Дополнительно, система 100 электропитания включает в себя генератор 1 переменного тока (электрогенератор, обозначен «ГЕН»), стартер 2, контроллер 20 литий-ионной батареи (далее называемый "КЛБ"), который управляет литий-ионной батареей 4, и блок 10 управления двигателем (далее называемый "БУД"), который управляет всей системой 100 электропитания.
[0013] В этом варианте осуществления фрагмент, окруженный пунктирными линиями, целиком образован в виде блока P литий-ионной батареи. Блок P литий-ионной батареи включает в себя литий-ионную батарею 4, реле 42 вспомогательного оборудования литий-ионной батареи, МОП-транзистор (MOSFET) 40 и КЛБ 20. Дополнительно, в этом варианте осуществления, к блоку P литий-ионной батареи присоединен датчик 32 тока, который обнаруживает ток, текущий при зарядке в или текущий при разрядке из литий-ионной батареи 4.
[0014] В этом варианте осуществления система 100 электропитания включает в себя датчик 31 тока, который обнаруживает ток, текущий при зарядке в или текущий при разрядке из свинцово-кислотной батареи 3, и датчик 32 тока, который обнаруживает ток, текущий при зарядке в или текущий при разрядке из литий-ионной батареи 4. Данные о значениях тока, выявленные датчиками 31, 32 тока, выводятся в БУД 10.
[0015] Система 100 электропитания включает в себя реле 41 ветви свинцово-кислотной батареи для непосредственного соединения свинцово-кислотной батареи 3 с генератором 1 переменного тока и стартером 2. Как показано на фиг.1, свинцово-кислотная батарея 3 соединена с литий-ионной батареей 4 первой ветвью, подключенной к литий-ионной батарее 4 через MOSFET 40 и реле 42 вспомогательного оборудования литий-ионной батареи, и второй ветвью, подключенной к литий-ионной батарее 4 через реле 41 ветви свинцово-кислотной батареи и реле 42 вспомогательного оборудования литий-ионной батареи.
[0016] БУД 10 образован микрокомпьютером, включающим в себя центральный процессор (ЦП), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и интерфейс ввода/вывода (I/O-интерфейс). БУД 10 может альтернативно быть образован множеством микрокомпьютеров.
[0017] КЛБ 20 принимает от БУД 10 сигнал, указывающий команду на разряд на стартер 2 или электрическую нагрузку 50 или команду на заряд согласно состоянию работы двигателя, не показан. На основе этого сигнала КЛБ 20 выполняет управление включением/выключением реле 42 вспомогательного оборудования литий-ионной батареи и MOSFET 40.
[0018] В системе 100 электропитания этого варианта осуществления электрическая нагрузка 50 подсоединена со стороны свинцово-кислотной батареи 3 относительно реле 41 ветви свинцово-кислотной батареи. Генератор 1 переменного тока и стартер 2 подсоединены со стороны литий-ионной батареи 4 относительно реле 41 ветви свинцово-кислотной батареи.
[0019] Реле 41 ветви свинцово-кислотной батареи образовано так называемым реле обычно замкнутого типа, которое находится во включенном состоянии (токопроводящем состоянии), когда катушка не возбуждается. Реле 42 вспомогательного оборудования литий-ионной батареи образовано так называемым реле обычно разомкнутого типа, которое находится в выключенном состоянии (непроводящем состоянии), когда катушка не возбуждается.
[0020] MOSFET 40 подключен таким образом, что прямое направление его паразитного диода совпадает с направлением со стороны литий-ионной батареи 4 в сторону свинцово-кислотной батареи 3. Следовательно, независимо от включенного/выключенного состояния MOSFET 40, предотвращается подача питания от свинцово-кислотной батареи 3 к литий-ионной батарее 4 по первой ветви.
[0021] Генератор 1 переменного тока приводится в действие движущей силой двигателя, вырабатывая электрическую энергию. При выработке электрической энергии напряжение выработки электроэнергии переменным образом регулируется посредством связи по LIN (локальной соединительной сети) или по проводной схеме (жесткого монтажа). Генератор 1 переменного тока может также регенерировать кинетическую энергию транспортного средства в виде электрической энергии во время замедления транспортного средства. Управление такой выработкой и регенерацией электроэнергии выполняется БУД 10.
[0022] Стартер 2 предусмотрен рядом с соединением между двигателем и автоматической коробкой передач, не показана. Аналогично обычному стартеру для запуска, стартер 2 включает в себя ведущую шестерню, которая перемещается вперед и назад. Когда стартер 2 работает, ведущая шестерня зацепляется с шестерней, предусмотренной на внешней периферии ведущего диска, прикрепленного к ближнему концу коленчатого вала, тем самым выполняя проворачивание коленчатого вала.
[0023] Внутреннее сопротивление литий-ионной батареи 4 составляет примерно 1/10 внутреннего сопротивления свинцово-кислотной батареи 3. Поэтому в фазе разряда обеих батарей 3, 4 на первоначальной стадии ток разряда литий-ионной батареи 4 больше тока разряда свинцово-кислотной батареи 3. Затем, в то время как ток разряда литий-ионной батареи 4 уменьшается по мере того, как уменьшается оставшийся заряд (СЗ – степень заряда) литий-ионной батареи 4, ток разряда свинцово-кислотной батареи 3 увеличивается согласно потребности электрической нагрузки 50. С помощью временных диаграмм конкретная работа будет описана позже подробно.
[0024] Фиг. 2 - это блок-схема, показывающая один пример функционального строения БУД 10, который управляет всей системой 100 электропитания в этом варианте осуществления. В этом варианте осуществления БУД 10 включает в себя блок 11 получения значений тока, блок 12 сравнения значений тока, таймер 13 и блок 14 управления генератором.
[0025] Блок 11 получения значений тока выполнен с возможностью получать ток разряда свинцово-кислотной батареи 3, обнаруживаемый датчиком 31 тока, и ток разряда литий-ионной батареи 4, обнаруживаемый датчиком 32 тока. Полученные соответствующие данные о токах разряда (значениях тока) выводятся в блок 12 сравнения значений тока.
[0026] Блок 12 сравнения значений тока выполнен с возможностью сравнивать значение тока разряда свинцово-кислотной батареи 3 и значение тока разряда литий-ионной батареи 4, полученные блоком 11 получения значений тока. Результат сравнения блоком 12 сравнения значений тока выводится в блок 14 управления генератором. В этом варианте осуществления блок 12 сравнения значений тока вычисляет отношение между значением тока разряда свинцово-кислотной батареи 3 и значением тока разряда литий-ионной батареи 4 и выводит результат вычисления (отношение токов) в блок 14 управления генератором.
[0027] Таймер 13 получает текущее время из радиоволновой или беспроводной сети, такой как Интернет, не показано, и измеряет время управления при управлении всей системой 100 электропитания. В этом варианте осуществления таймер 13, совместно с позже описанным блоком 14 управления генератором, измеряет время, когда отношение токов стало равным или меньшим заданного значения. Данные результата измерения (измеренное время) выводятся в блок 14 управления генератором.
[0028] Блок 14 управления генератором выполнен с возможностью приводить в действие генератор 1 переменного тока, заряжая свинцово-кислотную батарею 3 и литий-ионную батарею 4 на основе результата сравнения блока 12 сравнения значений тока. В этом варианте осуществления блок 14 управления генератором определяет, стало ли или нет полученное блоком 12 сравнения значений тока отношение токов равным или меньшим, чем заданное значение. Затем, на основе измеренного значения таймера 13, блок 14 управления генератором определяет, прошло ли или нет заданное время с того момента, когда отношение токов стало равным или меньшим заданного значения.
[0029] Когда блок 14 управления генератором определил, что прошло заданное время с того момента, когда отношение токов стало равным или меньшим заданного значения, блок 14 управления генератором определяет, что настало время заряжать свинцово-кислотную батарею 3 и литий-ионную батарею 4, и приводит в действие генератор 1 переменного тока.
[0030] Далее, с помощью временных диаграмм, показанных на фиг. 3 и 4, будет описана работа системы 100 электропитания этого варианта осуществления. Эти временные диаграммы соответственно показывают тот случай, когда свинцово-кислотная батарея 3 новая, и тот случай, когда свинцово-кислотная батарея 3 деградировала (например, сульфатировалась или т.п.).
[0031] Сначала будет приведено описание случая, когда свинцово-кислотная батарея 3 является новой. Фиг. 3 - временная диаграмма в этом варианте осуществления, показывающая изменения физических величин, когда свинцово-кислотная батарея 3 и литий-ионная батарея 4 переключаются с фазы разряда на фазу заряда в случае, если свинцово-кислотная батарея 3 новая.
[0032] Фиг. 3(a) показывает соотношение между напряжением нагрузки, которое подается на электрическую нагрузку 50, и управляющим напряжением генератора, которое выдается генератором 1 переменного тока. Это значение напряжения является напряжением системы и практически равно напряжению, получаемому вычитанием внутренней электродвижущей силы свинцово-кислотной батареи 3 из напряжения разомкнутой цепи свинцово-кислотной батареи 3, или напряжению, получаемому вычитанием внутренней электродвижущей силы литий-ионной батареи 4 из напряжения разомкнутой цепи литий-ионной батареи 4. Ток системы 100 электропитания (ток системы) является суммой тока разряда свинцово-кислотной батареи 3 и тока разряда литий-ионной батареи 4. Т.е. установлены следующие формулы.
system
Li
Li
Li
PB
PB
PB
V = OCV - I × R = OCV - I × R              (1)
system
Li
PB
I = I+ I                                                                  (2)
system
system
Li
Li
PB
PB
Li
PB
[0033] Здесь V и I представляют собой напряжение и ток системы 100 электропитания, OCV и I – напряжение разомкнутой цепи (НРЦ) и ток разряда литий-ионной батареи 4, OCV и I – напряжение разомкнутой цепи (НРЦ) и ток разряда свинцово-кислотной батареи 3, R – внутреннее сопротивление литий-ионной батареи 4, и R – внутреннее сопротивление свинцово-кислотной батареи 3.
[0034] Как показано на фиг. 3(a), когда генератор 1 переменного тока приводится в действие, генератор 1 переменного тока начинает выработку электроэнергии, так что управляющее напряжение генератора быстро увеличивается. С ростом управляющего напряжения генератора напряжение нагрузки и напряжения заряда обеих батарей 3, 4 также увеличиваются.
[0035] Фиг. 3(b) показывает соотношение между токами заряда/разряда свинцово-кислотной батареи 3 и литий-ионной батареи 4, током генератора, который выводится из генератора 1 переменного тока, и током нагрузки, который подается на электрическую нагрузку 50. Для того, чтобы облегчать описание, предполагается, что ток нагрузки является постоянным на этой временной диаграмме. Как описано выше, когда отношение токов разряда свинцово-кислотной батареи 3 и литий-ионной батареи 4 становится равным или меньшим заданного значения и затем прошло заданное время, БУД 10 переключает фазу с фазы разряда на фазу заряда и приводит в действие генератор 1 переменного тока, чтобы начать зарядку свинцово-кислотной батареи 3 и литий-ионной батареи 4 (круглая метка на фиг. 3(b)).
[0036] Как показано на фиг. 3(b), на первоначальной стадии фазы разряда, ток разряда литий-ионной батареи 4 больше тока разряда свинцово-кислотной батареи 3. Причина этого состоит в том, что внутреннее сопротивление литий-ионной батареи 4 равно примерно 1/10 внутреннего сопротивления свинцово-кислотной батареи 3.
[0037] В этом варианте осуществления, например, в качестве заданного значения отношения токов разряда используется значение 1,0 (т.е. когда ток разряда свинцово-кислотной батареи 3 становится равным или большим тока разряда литий-ионной батареи 4), а в качестве заданного времени используется, например, 6 секунд. Эти числовые значения могут быть получены заранее посредством экспериментов, моделирований или т.п., принимая во внимание емкости свинцово-кислотной батареи 3 и литий-ионной батареи 4, общее строение системы 100 электропитания и т.д.
[0038] Фиг. 3(c) показывает соотношение между СЗ свинцово-кислотной батареи 3 и СЗ литий-ионной батареи 4. Фиг. 3(d) показывает время выработки электроэнергии генератором 1 переменного тока. Традиционно, когда СЗ литий-ионной батареи 4 снижается до нижнего предельного значения СЗ, ограниченного разрядом свинцово-кислотной батареи 3 (например, 60%), БУД 10 приводит в действие генератор 1 переменного тока, начиная зарядку свинцово-кислотной батареи 3 и литий-ионной батареи 4. В этом варианте осуществления, как показано на фиг. 3(b), когда заданное время прошло, в то время как отношение токов разряда равно или меньше заданного значения (далее называется "первым условием"), БУД 10 приводит в действие генератор 1 переменного тока, начиная зарядку свинцово-кислотной батареи 3 и литий-ионной батареи 4.
[0039] Таким образом, когда свинцово-кислотная батарея 3 является новой или столь же хорошей, как новая, заряд и разряд свинцово-кислотной батареи 3 и литий-ионной батареи 4 повторяются, пока СЗ литий-ионной батареи 4 не уменьшается до приблизительно нижнего предельного значения СЗ, ограниченного самой литий-ионной батареей 4 (например, 50%).
[0040] Генератор 1 переменного тока приводится в действие не только во время запроса заряда свинцово-кислотной батареи 3 и литий-ионной батареи 4, но и тогда, когда, например, транспортное средство движется по длинному спускающемуся склону, так что из БУД 10 выводится команда на регенерацию генератором 1 переменного тока.
[0041] Далее будет приведено описание случая, когда свинцово-кислотная батарея 3 деградировала. Фиг. 4 - временная диаграмма в этом варианте осуществления, показывающая изменения физических величин, когда свинцово-кислотная батарея 3 и литий-ионная батарея 4 переключаются с фазы разряда на фазу заряда в случае, если свинцово-кислотная батарея 3 деградировала. Фиг. 4(a)-4(d) соответственно аналогичны фиг. 3(a)-(d).
[0042] В традиционной системе электропитания свинцово-кислотная батарея 3 и литий-ионная батарея 4 переключаются с фазы разряда на фазу заряда вблизи левой вертикальной прерывистой линии на фиг. 4(c). Однако в этом варианте осуществления, поскольку фаза переключается с фазы разряда на фазу заряда на основе результата вычисления (отношения токов) блоком 12 сравнения значений тока, тот период, в котором выработка электроэнергии генератором 1 переменного тока не выполняется (период невыработки электроэнергии) может быть продлен, как указано стрелкой на фиг. 4(d).
[0043] В частности, как показано на фиг. 4(b), когда свинцово-кислотная батарея 3 деградировала, ток разряда от свинцово-кислотной батареи 3 становится меньше, чем тогда, когда свинцово-кислотная батарея 3 новая. Следовательно, как показано на фиг. 4(c), скорость уменьшения СЗ литий-ионной батареи 4 становится немного быстрее.
[0044] Когда текущее отношение токов разряда свинцово-кислотной батареи 3 и литий-ионной батареи 4 становится равным или меньшим заданного значения и это состояние длится в течение заданного времени, блок 14 управления генератором приводит в действие генератор 1 переменного тока, начиная зарядку свинцово-кислотной батареи 3 и литий-ионной батареи 4, как указано круглой меткой на фиг. 4(b). Как показано на фиг. 4(c), СЗ литий-ионной батареи 4 может быть использована до значения, которое ниже нижнего предельного значения СЗ, ограниченного свинцово-кислотной батареей 3.
[0045] В примере по фиг. 4 показан случай, когда фаза переключается с фазы разряда на фазу заряда прежде, чем СЗ литий-ионной батареи 4 уменьшается до нижнего предельного значения СЗ, ограниченного самой литий-ионной батареей 4. Однако, когда СЗ литий-ионной батареи 4 достигает ограниченного самой литий-ионной батареей 4 нижнего предельного значения СЗ прежде, чем устанавливаются условия отношения токов и времени длительности, блок 14 управления генератором приводит в действие генератор 1 переменного тока, чтобы заряжать свинцово-кислотную батарею 3 и литий-ионную батарею 4. Однако, поскольку СЗ литий-ионной батареи 4 может быть использована до такого уровня, где ток разряда литий-ионной батареи 4 уменьшается, возможно увеличивать используемый диапазон СЗ литий-ионной батареи 4, в то же время подавляя чрезмерный разряд свинцово-кислотной батареи 3.
[0046] Далее будет описана работа системы 100 электропитания этого варианта осуществления. Фиг. 5 - блок-схема последовательности операций, показывающая один пример процесса переключения заряда/разряда, который исполняется БУД 10 системы 100 электропитания первого варианта осуществления. Процесс переключения заряда/разряда исполняется с заданным интервалом времени (например, каждые 10 миллисекунд), пока оборудованное системой 100 электропитания транспортное средство работает.
[0047] В процессе переключения заряда/разряда БУД 10 сначала определяет, работает ли или нет система 100 электропитания (этап S101). Когда БУД 10 определил, что система 100 электропитания не работает, БУД 10 заканчивает процесс переключения заряда/разряда, как он есть.
[0048] С другой стороны, когда БУД 10 определил, что система 100 электропитания работает, БУД 10 обнаруживает ток I1 разряда литий-ионной батареи 4 с помощью датчика 32 тока (этап S102) и обнаруживает ток I2 разряда свинцово-кислотной батареи 3 с помощью датчика 31 тока (этап S103). Затем блок 11 получения значений тока получает токи I1, I2 разряда.
[0049] Затем блок 12 сравнения значений тока БУД 10 вычисляет отношение токов I1/I2 в качестве отношения токов разряда и выводит результат вычисления в блок 14 управления генератором. Блок 14 управления генератором определяет, действительно ли или нет отношение токов I1/I2, полученное от блока 12 сравнения значений тока, равно или меньше заданного значения (этап S104). Когда блок 14 управления генератором определил, что отношение токов I1/I2 больше заданного значения, блок 14 управления генератором определяет, что фаза должна все еще быть фазой разряда (этап S108), и заканчивает процесс переключения заряда/разряда, как он есть.
[0050] С другой стороны, когда блок 14 управления генератором определил, что отношение токов I1/I2 равно или меньше заданного значения, блок 14 управления генератором, с помощью таймера 13, измеряет время, прошедшее с того момента, когда отношение токов I1/I2 стало равным или меньшим заданного значения. Затем блок 14 управления генератором определяет, достигло ли или нет прошедшее время заданного времени (этап S105). Когда блок 14 управления генератором определил, что прошедшее время не достигло заданного времени, блок 14 управления генератором повторяет определения на этапах S104 и S105. Когда блок 14 управления генератором определил на этапе S104, что отношение токов I1/I2 стало больше заданного значения до истечения заданного времени, блок 14 управления генератором определяет, что фаза должна все еще быть фазой разряда (этап S108), и сразу заканчивает процесс переключения заряда/разряда.
[0051] Когда блок 14 управления генератором определил на этапе S105, что прошло заданное время с того момента, когда отношение токов I1/I2 стало равным или меньшим заданного значения, блок 14 управления генератором определяет, что фаза должна быть переключена на фазу заряда (этап S106), приводит в действие (включает) генератор 1 переменного тока (этап S107) и заканчивает процесс переключения заряда/разряда.
[0052] В дополнение к условию отношения токов, существует условие, при котором БУД 10 переключает свинцово-кислотную батарею 3 и литий-ионную батарею 4 с фазы разряда на фазу заряда. Например, для того, чтобы предотвращать деградацию свинцово-кислотной батареи 3, когда ток разряда свинцово-кислотной батареи 3 становится равным или большим заданного максимального значения, БУД 10 приводит в действие генератор 1 переменного тока, чтобы заряжать свинцово-кислотную батарею 3 и литий-ионную батарею 4. Само собой разумеется, что переключение на фазу заряда на основе установления такого условия имеет приоритет по отношению к управлению этого варианта осуществления.
[0053] Как описано выше, система 100 электропитания этого варианта осуществления является системой 100 электропитания, которая включает в себя две аккумуляторные батареи с различными зарядными и разрядными характеристиками и является устанавливаемой на транспортное средство, причем эта система 100 электропитания выполнена включающей в себя свинцово-кислотную батарею (свинцово-кислотную аккумуляторную батарею) 3, которая подключена к электрической нагрузке 50, литий-ионную батарею (литий-ионную аккумуляторную батарею) 4, которая подключена параллельно со свинцово-кислотной батареей 3 относительно электрической нагрузки 50, генератор 1 переменного тока (электрогенератор), который заряжает свинцово-кислотную батарею 3 и литий-ионную батарею 4, и БУД (блок управления) 10, который приводит в действие генератор 1 переменного тока на основе соотношения между током разряда свинцово-кислотной батареи 3 и током разряда литий-ионной батареи 4 (например, текущего отношения I1/I2 этих токов). Поскольку она выполнена так, что момент времени переключения с фазы разряда на фазу заряда определяется на основе текущего отношения токов разряда свинцово-кислотной батареи 3 и литий-ионной батареи 4, т.е. не на основе нижнего предельного значения СЗ литий-ионной батареи 4, ограниченного свинцово-кислотной батареей 3, как в традиционной системе электропитания, возможно увеличивать используемый диапазон СЗ литий-ионной батареи 4, в то же время подавив увеличение тока разряда от свинцово-кислотной батареи 3 или чрезмерный разряд свинцово-кислотной батареи 3. Когда момент времени переключения на фазу заряда определяется на основе нижнего предельного значения СЗ литий-ионной батареи 4, ограниченного свинцово-кислотной батареей 3, существует та проблема, что, особенно когда свинцово-кислотная батарея 3 деградировала, заряд и разряд повторяются за короткое время. С системой 100 электропитания этого варианта осуществления, когда свинцово-кислотная батарея 3 деградировала, СЗ литий-ионной батареи 4 может быть использована более эффективно, и поэтому такая традиционная проблема не возникает.
[0054] В системе 100 электропитания этого варианта осуществления, как показано на фиг. 2, БУД (блок управления) 10 выполнен включающим в себя блок 11 получения значений тока, который получает ток разряда свинцово-кислотной батареи (свинцово-кислотной аккумуляторной батареи) 3 и ток разряда литий-ионной батареи (литий-ионной аккумуляторной батареи) 4, блок 12 сравнения значений тока, который сравнивает ток разряда свинцово-кислотной батареи 3 и ток разряда литий-ионной батареи 4, полученные блоком 11 получения значений тока, и блок 14 управления генератором (блок управления электрогенератором), который приводит в действие генератор 1 переменного тока (электрогенератор), чтобы заряжать свинцово-кислотную батарею и литий-ионную батарею на основе результата сравнения I1/I2 блоком 12 сравнения значений тока. С БУД 10, имеющим такое строение, может быть проявлен вышеописанный эффект системы 100 электропитания этого варианта осуществления.
[0055] В системе 100 электропитания этого варианта осуществления блок 12 сравнения значений тока выполнен с возможностью вычислять отношение токов I1/I2 между током разряда свинцово-кислотной батареи 3 и током разряда литий-ионной батареи 4, а блок 14 управления генератором выполнен с возможностью приводить в действие генератор 1 переменного тока, когда прошло заданное время с того момента, когда отношение токов I1/I2 стало равным или меньшим заданного значения (во время установления первого условия). С этой конфигурацией, даже когда отношение токов I1/I2 на мгновение становится равным или меньшим заданного значения, переключение с фазы разряда на фазу заряда не происходит. Следовательно, возможно увеличивать используемый диапазон СЗ литий-ионной батареи 4, в то же время устраняя нарушение вследствие колебания электрической нагрузки 50.
[0056] Способ управления системой 100 электропитания этого варианта осуществления является способом управления системой 100 электропитания, которая включает в себя свинцово-кислотную батарею (свинцово-кислотную аккумуляторную батарею) 3, соединенную с электрической нагрузкой 50, литий-ионную батарею (литий-ионную аккумуляторную батарею) 4, соединенную параллельно со свинцово-кислотной батареей 3 относительно электрической нагрузки 50, и генератор 1 переменного тока (электрогенератор), выполненный с возможностью заряжать свинцово-кислотную батарею 3 и литий-ионную батарею 4, и является устанавливаемой на транспортное средство, причем этот способ выполнен включающим в себя этап обнаружения тока разряда свинцово-кислотной батареи 3, этап обнаружения тока разряда литий-ионной батареи 4 и этап приведения в действие генератора 1 переменного тока на основе соотношения между током разряда свинцово-кислотной батареи 3 и током разряда литий-ионной батареи 4 (например, текущего отношения I1/I2 этих токов). При выполнении способа управления системой 100 электропитания таким образом, может быть проявлен вышеописанный эффект системы 100 электропитания.
(Сравнительный пример)
[0057] Далее для того, чтобы прояснять работу и эффект системы 100 электропитания первого варианта осуществления, будет описано управление традиционной системой электропитания с помощью временных диаграмм на фиг. 6 и 7. Фиг. 6 - это временная диаграмма в сравнительном примере, показывающая изменения физических величин, когда свинцово-кислотная батарея и литий-ионная батарея переключаются с фазы разряда на фазу заряда в случае, если свинцово-кислотная батарея новая.
[0058] Как показано во временной диаграмме фиг. 6(a)-6(d), эти физические величины являются приблизительно такими же, что и физические величины на временной диаграмме системы 100 электропитания первого варианта осуществления, показанной на фиг. 3(a)-3(d). В частности, в системе электропитания этого сравнительного примера, как показано на фиг. 6(c), когда СЗ литий-ионной батареи достигла нижнего предельного значения СЗ, ограниченного свинцово-кислотной батареей, приводится в действие генератор переменного тока, так что свинцово-кислотная батарея и литий-ионная батарея переключаются с фазы разряда на фазу заряда.
[0059] Таким образом, когда свинцово-кислотная батарея является новой или столь же хорошей, как и новая, как показано на фиг. 6(b), ток разряда свинцово-кислотной батареи и ток разряда литий-ионной батареи изменяются приблизительно в том же состоянии, что и в первом варианте осуществления. В этом случае одинаковый эффект проявляется в системе 100 электропитания первого варианта осуществления и в системе электропитания сравнительного примера.
[0060] Далее будет приведено описание случая, когда свинцово-кислотная батарея деградирует в сравнительном примере. Фиг. 7 - это временная диаграмма в сравнительном примере, показывающая изменения физических величин, когда свинцово-кислотная батарея и литий-ионная батарея переключаются с фазы разряда на фазу заряда в случае, когда свинцово-кислотная батарея деградировала. Фиг. 7(a)-7(d) соответственно аналогичны фиг. 6(a)-6(d).
[0061] В системе электропитания сравнительного примера, как показано на фиг. 7(c), как и в случае, когда свинцово-кислотная батарея является новой или столь же хорошей, как и новая, когда СЗ литий-ионной батареи достигла нижнего предельного значения СЗ, ограниченного свинцово-кислотной батареей, приводится в действие генератор переменного тока, так что свинцово-кислотная батарея и литий-ионная батарея переключаются с фазы разряда на фазу заряда.
[0062] Как также описано выше в работе системы 100 электропитания первого варианта осуществления, когда свинцово-кислотная батарея деградировала, невозможно выдавать достаточный ток разряда из свинцово-кислотной батареи. Поэтому, при высокой потребности электрической нагрузки, литий-ионная батарея выдает больший ток разряда, чем когда свинцово-кислотная батарея является новой или столь же хорошей, как новая. В этом случае, по сравнению со случаем, когда свинцово-кислотная батарея является новой или столь же хорошей, как новая, СЗ литий-ионной батареи снижается быстрее, так что время до того момента, когда СЗ литий-ионной батареи достигает нижнего предельного значения СЗ, ограниченного свинцово-кислотной батареей, сокращается. Таким образом, управляя переключением фазы с фазы разряда на фазу заряда при нижнем предельном значении СЗ, ограниченном свинцово-кислотной батареей, генератор переменного тока многократно включается/выключается.
[0063] При традиционном управлении переключением заряда/разряда невозможно увеличивать ток разряда деградировавшей свинцово-кислотной батареи, и поэтому, как показано на фиг. 7(b), согласно потребности электрической нагрузки системы электропитания, литий-ионная батарея продолжает выдавать больший ток разряда, чем когда свинцово-кислотная батарея является новой или столь же хорошей, как новая. Поэтому, в отличие от управления в процессе переключения заряда/разряда системой 100 электропитания первого варианта осуществления, отношение токов разряда, т.е. (ток разряда литий-ионной батареи)/(ток разряда свинцово-кислотной батареи), не уменьшается до заданного значения.
[0064] Таким образом, в традиционном управлении переключением заряда/разряда, когда свинцово-кислотная батарея является новой или столь же хорошей, как новая, СЗ (т.е. сила тока разряда) литий-ионной батареи может быть использована эффективно до некоторой степени. Однако, когда свинцово-кислотная батарея деградировала, поскольку ток разряда свинцово-кислотной батареи уменьшается, даже когда СЗ литий-ионной батареи может все еще быть использована, свинцово-кислотная батарея и литий-ионная батарея переключаются с фазы разряда на фазу заряда.
[0065] Когда свинцово-кислотная батарея является новой или столь же хорошей, как новая, внутреннее сопротивление свинцово-кислотной батареи низко с точки зрения ее физических свойств, так что свинцово-кислотная батарея может принимать относительно высокий ток заряда в фазе заряда. Однако, после деградации свинцово-кислотной батареи она не способна принимать такой высокий ток. Дополнительно, свинцово-кислотная батарея склонна рано деградировать из-за повторения заряда и разряда высоким током. Поэтому в системе 100 электропитания первого варианта осуществления, эффективно используя диапазон использования (диапазона управления) СЗ литий-ионной батареи, особенно когда свинцово-кислотная батарея деградировала, возможно пресекать повторение заряда и разряда свинцово-кислотной батареи и литий-ионной батареи.
(Второй вариант осуществления)
[0066] Далее будет описан второй вариант осуществления настоящего изобретения, главным образом в отношении отличий от первого варианта осуществления. В этом варианте осуществления те же символы будут присвоены тем частям, которые выполняют те же функции, что и в первом варианте осуществления, тем самым пропуская дублирующее описание по мере необходимости. Поскольку функциональное строение системы электропитания этого варианта осуществления является таким же, что и в первом варианте осуществления, оно будет описано с помощью функциональной блок-схемы на фиг. 2 по мере необходимости.
[0067] В первом варианте осуществления, описанном выше, система 100 электропитания выполняет управление так, что свинцово-кислотная батарея 3 и литий-ионная батарея 4 переключаются с фазы разряда на фазу заряда тогда, когда отношение между током разряда литий-ионной батареи 4 и током разряда свинцово-кислотной батареи 3 (отношение токов) становится равным или меньшим заданного значения, и это состояние длится в течение заданного времени (когда первое условие установилось). Второй вариант осуществления отличается от первого варианта осуществления тем, что свинцово-кислотная батарея 3 и литий-ионная батарея 4 переключаются с фазы разряда на фазу заряда тогда, когда ток разряда литий-ионной батареи 4 превысил заданное пороговое значение, после того как удовлетворяется первое условие, применяемое в первом варианте осуществления.
[0068] Фиг. 8 - это блок-схема, показывающая общее строение системы 101 электропитания во втором варианте осуществления настоящего изобретения. Система 101 электропитания этого варианта осуществления отличается от системы 100 электропитания первого варианта осуществления тем, что стартер 2 подсоединен со стороны свинцово-кислотной батареи 3 относительно реле 41 ветви свинцово-кислотной батареи. Следовательно, при запуске транспортного средства или возврате из состояния остановки на холостом ходу, управления в системе 100 электропитания первого варианта осуществления и системе 101 электропитания второго варианта осуществления различаются. Однако, при управлении переключением заряда/разряда по настоящему изобретению, поскольку свинцово-кислотная батарея 3 и литий-ионная батарея 4 соединены параллельно генератору 1 переменного тока в любой из систем 100, 101 электропитания, операции переключения одинаковы относительно реле 41 ветви свинцовой батареи и реле 42 вспомогательного оборудования литий-ионной батареи.
[0069] Аналогично системе 100 электропитания первого варианта осуществления, система 101 электропитания этого варианта осуществления включает в себя, как показано на фиг. 8, генератор 1 переменного тока, стартер 2, свинцово-кислотную батарею 3, литий-ионную батарею 4, MOSFET 40, электрическую нагрузку 50, БУД 10, КЛБ 20, два датчика 31, 32 тока, реле 41 ветви свинцово-кислотной батареи и реле 42 вспомогательного оборудования литий-ионной батареи.
[0070] Далее будет описана работа системы 101 электропитания этого варианта осуществления. Фиг. 9 - это блок-схема последовательности операций, показывающая один пример процесса переключения заряда/разряда, который исполняется БУД 10 системы 101 электропитания второго варианта осуществления. Те же номера этапов будут присвоены тем же этапам, что и этапы процесса переключения заряда/разряда первого варианта осуществления, и одинаковая обработка будет описана кратко. Процесс переключения заряда/разряда исполняется с заданным интервалом времени (например, каждые 10 миллисекунд), пока оборудованное системой 101 электропитания транспортное средство работает.
[0071] В процессе переключения заряда/разряда БУД 10 сначала определяет, работает ли или нет система 101 электропитания (этап S101). Когда БУД 10 определил, что система 101 электропитания не работает, БУД 10 заканчивает процесс переключения заряда/разряда, как он есть.
[0072] С другой стороны, когда БУД 10 определил, что система 101 электропитания работает, БУД 10 обнаруживает ток I1 разряда литий-ионной батареи 4 с помощью датчика 32 тока (этап S102) и обнаруживает ток I2 разряда свинцово-кислотной батареи 3 с помощью датчика 31 тока (этап S103). Затем блок 11 получения значений тока получает токи I1, I2 разряда.
[0073] Затем блок 12 сравнения значений тока БУД 10 вычисляет отношение токов I1/I2 в качестве отношения токов разряда и выводит результат вычисления в блок 14 управления генератором. Блок 14 управления генератором определяет, является ли или нет отношение токов I1/I2, полученное от блока 12 сравнения значений тока, равным или меньшим заданного значения (этап S104). Когда блок 14 управления генератором определил, что отношение токов I1/I2 больше заданного значения, блок 14 управления генератором определяет, что фаза должна все еще быть фазой разряда (этап S108), и заканчивает процесс переключения заряда/разряда, как он есть.
[0074] С другой стороны, когда блок 14 управления генератором определил, что отношение токов I1/I2 равно или меньше заданного значения, блок 14 управления генератором, с помощью таймера 13, измеряет время, прошедшее с того момента, когда отношение I1/I2 токов стало равным или меньшим заданного значения. Затем блок 14 управления генератором определяет, достигло ли или нет прошедшее время заданного времени (этап S105). Когда блок 14 управления генератором определил, что прошедшее время не достигло заданного времени, блок 14 управления генератором повторяет определения на этапах S104 и S105.
[0075] Когда блок 14 управления генератором определил, что прошло заданное время с того момента, когда отношение токов I1/I2 стало равным или меньшим заданного значения, блок 14 управления генератором затем определяет, является ли или нет ток I1 разряда литий-ионной батареи 4 большим, чем первое пороговое значение (этап S201). Когда блок 14 управления генератором определил, что ток I1 разряда больше первого порогового значения, блок 14 управления генератором определяет, что фаза должна быть переключена на фазу заряда (этап S106), приводит в действие (включает) генератор 1 переменного тока (этап S107) и заканчивает процесс переключения заряда/разряда.
[0076] С другой стороны, когда блок 14 управления генератором определил, что ток I1 разряда равен или меньше первого порогового значения, поскольку ток разряда литий-ионной батареи 4 все еще может быть использован, блок 14 управления генератором определяет, что фаза все еще должна быть фазой разряда (этап S108), и заканчивает процесс переключения заряда/разряда, как он есть.
[0077] Теперь будет описано первое пороговое значение для определения момента времени переключения заряда/разряда свинцово-кислотной батареи 3 и литий-ионной батареи 4. Фиг. 10 является графиком, показывающим время переключения заряда/разряда литий-ионной батареи 4 в этом варианте осуществления. В этом варианте осуществления, в процессе переключения заряда/разряда, показанном на фиг. 9, когда отношение токов I1/I2 стало равным или меньшим заданного значения ("Да" на этапе S104), затем прошло заданное время ("Да" на этапе S105), а затем ток разряда литий-ионной батареи 4 стал большим первого порогового значения ("Да" на этапе S201), свинцово-кислотная батарея 3 и литий-ионная батарея 4 переключаются с фазы разряда на фазу заряда (этап S106).
[0078] В этом варианте осуществления первое пороговое значение определяется с помощью линейной функции, заданной следующей формулой (3).
[0079] (первое пороговое значение) = α×(СЗ литий-ионной батареи)+β               (3)
Здесь константа α является положительным значением и представляет собой наклон прямой линии перехода разряд-заряд. Константа β является «виртуальным» значением тока, когда СЗ литий-ионной батареи 4 равна нулю. Константы α, β могут быть определены посредством моделирований, экспериментов или т.п. на основе строения системы.
[0080] В этом варианте осуществления, когда блок 14 управления генератором определил, что прошло заданное время с того момента, когда отношение токов I1/I2 стало равным или меньшим заданного значения, блок 14 управления генератором переключает свинцово-кислотную батарею 3 и литий-ионную батарею 4 с фазы разряда на фазу заряда только тогда, когда блок 14 управления генератором определил, что был совершен переход из области разряда в область заряда через такую прямую линию перехода разряд-заряд.
[0081] Причиной переключения заряда и разряда, когда ток разряда литий-ионной батареи 4 превышает прямую линию с наклоном, т.е. не постоянным значением, является то, что по мере увеличения СЗ литий-ионной батареи 4 он способен справиться с более высоким током разряда.
[0082] Как описано выше, система 101 электропитания этого варианта осуществления выполнена так, что при истечении заданного времени с того момента, когда отношение токов I1/I2 между током разряда свинцово-кислотной батареи 3 и током разряда литий-ионной батареи 4 стало равным или меньшим заданного значения (первое условие), блок 14 управления генератором (блок управления электрогенератором) приводит в действие генератор 1 переменного тока тогда, когда ток разряда литий-ионной батареи 4 больше первого порогового значения. Следовательно, возможно увеличивать используемый диапазон СЗ литий-ионной батареи 4, в то же время пресекая увеличение тока разряда от свинцово-кислотной батареи 3 или чрезмерный разряд свинцово-кислотной батареи 3.
[0083] В качестве первого порогового значения можно использовать прямую линию линейной функции между СЗ и током разряда литий-ионной батареи 4, заданной вышеописанной формулой (3). Выполняя управление переходом свинцово-кислотной батареи 3 и литий-ионной батареи 4 от фазы разряда к фазе заряда таким образом, когда СЗ литий-ионной батареи 4 высока, возможно обеспечить вывод относительно высокого тока разряда. Постепенно снижая ток разряда литий-ионной батареи 4, служащий в качестве момента времени перехода, согласно уменьшению СЗ литий-ионной батареи 4, возможно использовать СЗ литий-ионной батареи 4 более эффективно.
[0084] Конфигурация аппаратных средств системы 101 электропитания этого варианта осуществления показывает один пример компоновки соответствующих устройств и может быть применена в способе управления первого варианта осуществления. Конфигурация аппаратных средств системы 100 электропитания первого варианта осуществления может также быть применена в способе управления системой 101 электропитания этого варианта осуществления.
(Третий вариант осуществления)
[0085] Далее будет описан третий вариант осуществления настоящего изобретения, главным образом в отношении отличий от первого варианта осуществления. В этом варианте осуществления те же символы будут присвоены тем частям, которые выполняют те же функции, что и в первом варианте осуществления, тем самым пропуская дублирующее описание по мере необходимости. Поскольку функциональное строение системы электропитания этого варианта осуществления такое же, что и в первом варианте осуществления, она будет при необходимости описана с помощью функциональной блок-схемы на фиг. 2.
[0086] В первом варианте осуществления, описанном выше, система 100 электропитания выполняет управление так, что свинцово-кислотная батарея 3 и литий-ионная батарея 4 переключаются с фазы разряда на фазу заряда тогда, когда отношение между током разряда литий-ионной батареи 4 и током разряда свинцово-кислотной батареи 3 (отношение токов) стало равным или меньшим заданного значения, и это состояние длится в течение заданного времени (когда первое условие установилось). Третий вариант осуществления отличается от первого варианта осуществления тем, что, даже если применяемое в первом варианте осуществления первое условие не удовлетворяется, свинцово-кислотная батарея 3 и литий-ионная батарея 4 переключаются с фазы разряда на фазу заряда тогда, когда ток разряда свинцово-кислотной батареи 3 превысил заданное пороговое значение.
[0087] Фиг. 11 - это блок-схема, показывающая общее строение системы 102 электропитания в третьем варианте осуществления настоящего изобретения. Система 102 электропитания этого варианта осуществления отличается от системы 100 электропитания первого варианта осуществления тем, что исключена первая ветвь от литий-ионной батареи 4 до свинцово-кислотной батареи 3, и тем, что исключен MOSFET 40, предусмотренный на первой ветви. При таком строении, когда приводится в действие генератор 1 переменного тока, ток заряда подается к свинцово-кислотной батарее 3 через реле 41 ветви свинцово-кислотной батареи.
[0088] За исключением MOSFET 40, аналогично системе 100 электропитания первого варианта осуществления, система 102 электропитания этого варианта осуществления включает в себя, как показано на фиг. 11, генератор 1 переменного тока, стартер 2, свинцово-кислотную батарею 3, литий-ионную батарею 4, электрическую нагрузку 50, БУД 10, КЛБ 20, два датчика 31, 32 тока, реле 41 ветви свинцово-кислотной батареи и реле 42 вспомогательного оборудования литий-ионной батареи.
[0089] Далее будет описана работа системы 102 электропитания этого варианта осуществления. Фиг. 12 - это блок-схема последовательности операций, показывающая один пример процесса переключения заряда/разряда, который исполняется БУД 10 системы 102 электропитания третьего варианта осуществления. Те же номера этапов будут присвоены тем же этапам, что и этапы процесса переключения заряда/разряда первого варианта осуществления, и одинаковая обработка будет описана кратко. Процесс переключения заряда/разряда исполняется с заданным интервалом времени (например, каждые 10 миллисекунд), пока оборудованное системой 102 электропитания транспортное средство работает.
[0090] В процессе переключения заряда/разряда БУД 10 сначала определяет, работает ли или нет система 102 электропитания (этап S101). Когда БУД 10 определил, что система 102 электропитания не работает, БУД 10 заканчивает процесс переключения заряда/разряда, как он есть.
[0091] С другой стороны, когда БУД 10 определил, что система 102 электропитания работает, БУД 10 обнаруживает ток I1 разряда литий-ионной батареи 4 с помощью датчика 32 тока (этап S102) и обнаруживает ток I2 разряда свинцово-кислотной батареи 3 с помощью датчика 31 тока (этап S103). Затем блок 11 получения значений тока получает токи I1, I2 разряда.
[0092] Затем блок 12 сравнения значений тока БУД 10 вычисляет отношение токов I1/I2 в качестве отношения токов разряда и выводит результат вычисления в блок 14 управления генератором. Блок 14 управления генератором определяет, является ли или нет отношение токов I1/I2, полученное от блока 12 сравнения значений тока, равным или меньшим, чем заданное значение (этап S104). Когда блок 14 управления генератором определяет, что отношение токов I1/I2 равно или меньше заданного значения, блок 14 управления генератором, с помощью таймера 13, измеряет время, прошедшее с того момента, когда отношение токов I1/I2 стало равным или меньшим заданного значения. Затем блок 14 управления генератором определяет, достигло ли или нет прошедшее время заданного времени (этап S105). Когда блок 14 управления генератором определил, что прошедшее время не достигло заданного времени, блок 14 управления генератором повторяет определения на этапах S104 и S105.
[0093] Когда блок 14 управления генератором определил на этапе S105, что прошло заданное время с того момента, когда отношение токов I1/I2 стало равным или меньшим заданного значения, блок 14 управления генератором определяет, что фаза должна быть переключена на фазу заряда (этап S106), приводит в действие (включает) генератор 1 переменного тока (этап S107) и заканчивает процесс переключения заряда/разряда.
[0094] С другой стороны, когда блок 14 управления генератором определил на этапе S104, что отношение токов I1/I2 больше заданного значения, блок 14 управления генератором затем определяет, является ли или нет ток I2 разряда свинцово-кислотной батареи 3 большим второго порогового значения (этап S301).
[0095] Когда блок 14 управления генератором определил, что ток I2 разряда свинцово-кислотной батареи 3 больше второго порогового значения, блок 14 управления генератором определяет, что фаза должна быть переключена на фазу заряда (этап S106), приводит в действие (включает) генератор 1 переменного тока (этап S107) и заканчивает процесс переключения заряда/разряда.
[0096] С другой стороны, когда блок 14 управления генератором определил, что ток I2 разряда свинцово-кислотной батареи 3 равен или меньше второго порогового значения, блок 14 управления генератором определяет, что фаза должна все еще быть фазой разряда (этап S108), и заканчивает процесс переключения заряда/разряда, как он есть.
[0097] Теперь будет описано второе пороговое значение для определения момента времени переключения заряда/разряда свинцово-кислотной батареи 3 и литий-ионной батареи 4. Фиг. 13 – график, показывающий момент времени переключения заряда/разряда свинцово-кислотной батареи 3 в этом варианте осуществления. В этом варианте осуществления, в процессе переключения заряда/разряда, показанном на фиг. 12, даже если отношение токов I1/I2 больше заданного значения ("Нет" на этапе S104), свинцово-кислотная батарея 3 и литий-ионная батарея 4 переключаются с фазы разряда на фазу заряда (этап S106) тогда, когда ток I2 разряда свинцово-кислотной батареи 3 определен как больший, чем второе пороговое значение ("Да" на этапе S301).
[0098] Второе пороговое значение определяется на основе максимального допустимого тока разряда свинцово-кислотной батареи 3, и то, на какую процентную долю максимального допустимого тока разряда должно быть задано второе пороговое значение, может быть определено посредством моделирований, экспериментов или т.п. Как показано на фиг. 13, второе пороговое значение может быть постоянным значением независимо от СЗ свинцово-кислотной батареи 3.
[0099] Как описано выше, система 102 электропитания этого варианта осуществления выполнена так, что, даже если отношение токов I1/I2 между током разряда свинцово-кислотной батареи 3 и током разряда литий-ионной батареи 4 больше заданного значения, блок 14 управления генератором (блок управления электрогенератором) приводит в действие генератор 1 переменного тока (электрогенератор) тогда, когда ток разряда свинцово-кислотной батареи 3 больше второго порогового значения. Следовательно, возможно увеличивать используемый диапазон СЗ литий-ионной батареи 4, в то же время пресекая увеличение тока разряда от свинцово-кислотной батареи 3 или чрезмерный разряд свинцово-кислотной батареи 3. В частности, задавая верхнее предельное значение тока разряда свинцово-кислотной батареи 3, возможно эффективно предотвращать деградацию свинцово-кислотной батареи 3 вследствие чрезмерного разряда.
[0100] Конфигурация аппаратных средств системы 102 электропитания этого варианта осуществления показывает один пример компоновки соответствующих устройств и может быть применена в способе управления первого варианта осуществления и второго варианта осуществления. Конфигурация аппаратных средств системы 100 электропитания первого варианта осуществления и конфигурация аппаратных средств системы 101 электропитания второго варианта осуществления могут быть также применены в способе управления системой 102 электропитания этого варианта осуществления.
(Четвертый вариант осуществления)
[0101] Далее будет описан четвертый вариант осуществления настоящего изобретения, главным образом в отношении отличий от первого и третьего вариантов осуществления. В этом варианте осуществления те же символы будут присвоены тем частям, которые выполняют те же функции, что и в третьем варианте осуществления, тем самым пропуская дублирующее описание по мере необходимости. Поскольку функциональное строение системы электропитания этого варианта осуществления такое же, что и в первом варианте осуществления, она будет по мере необходимости описана с помощью функциональной блок-схемы на фиг. 2.
[0102] В первом варианте осуществления, описанном выше, система 100 электропитания выполняет управление так, что свинцово-кислотная батарея 3 и литий-ионная батарея 4 переключаются с фазы разряда на фазу заряда тогда, когда отношение между током разряда литий-ионной батареи 4 и током разряда свинцово-кислотной батареи 3 (отношение токов) стало равным или меньшим заданного значения, и это состояние длится в течение заданного времени (когда первое условие установилось). В третьем варианте осуществления, даже если применяемое в первом варианте осуществления первое условие не удовлетворяется, свинцово-кислотной батареей 3 и литий-ионной батареей 4 управляют с переключением с фазы разряда на фазу заряда тогда, когда ток разряда свинцово-кислотной батареи 3 превысил заданное пороговое значение. Четвертый вариант осуществления отличается от первого и третьего вариантов осуществления тем, что, даже если применяемое в первом варианте осуществления первое условие не удовлетворяется, свинцово-кислотной батареей 3 и литий-ионной батареей 4 управляют с переключением с фазы разряда на фазу заряда тогда, когда ток разряда литий-ионной батареи 4 превысил заданное пороговое значение.
[0103] Фиг. 14 - это блок-схема, показывающая общее строение системы 103 электропитания в четвертом варианте осуществления настоящего изобретения. Система 103 электропитания этого варианта осуществления отличается от системы 102 электропитания третьего варианта осуществления тем, что стартер 2 подсоединен со стороны свинцово-кислотной батареи 3 относительно реле 41 ветви свинцово-кислотной батареи. При запуске транспортного средства или возврате из состояния остановки на холостом ходу различаются управления в системе 102 электропитания третьего варианта осуществления и системе 103 электропитания четвертого варианта осуществления. Однако, при управлении переключением заряда/разряда по настоящему изобретению, поскольку свинцово-кислотная батарея 3 и литий-ионная батарея 4 соединены параллельно генератору 1 переменного тока в любой из систем 102, 103 электропитания, операции переключения одинаковы относительно реле 41 ветви свинцово-кислотной батареи и реле 42 вспомогательного оборудования литий-ионной батареи.
[0104] Аналогично системе 102 электропитания третьего варианта осуществления, система 103 электропитания этого варианта осуществления включает в себя, как показано на фиг. 14, генератор 1 переменного тока, стартер 2, свинцово-кислотную батарею 3, литий-ионную батарею 4, электрическую нагрузку 50, БУД 10, КЛБ 20, два датчика 31, 32 тока, реле 41 ветви свинцово-кислотной батареи и реле 42 вспомогательного оборудования литий-ионной батареи.
[0105] Далее будет описана работа системы 103 электропитания этого варианта осуществления. Фиг. 15 - это блок-схема последовательности операций, показывающая один пример процесса переключения заряда/разряда, который исполняется БУД 10 системы 103 электропитания четвертого варианта осуществления. Те же номера этапов будут присвоены тем же этапам, что и этапы процесса переключения заряда/разряда первого варианта осуществления, и одинаковая обработка будет описана кратко. Процесс переключения заряда/разряда исполняется с заданным интервалом времени (например, каждые 10 миллисекунд), пока оборудованное системой 103 электропитания транспортное средство работает.
[0106] В процессе переключения заряда/разряда БУД 10 сначала определяет, работает ли или нет система 103 электропитания (этап S101). Когда БУД 10 определил, что система 103 электропитания не работает, БУД 10 заканчивает процесс переключения заряда/разряда, как он есть.
[0107] С другой стороны, когда БУД 10 определил, что система 103 электропитания работает, БУД 10 обнаруживает ток I1 разряда литий-ионной батареи 4 с помощью датчика 32 тока (этап S102) и обнаруживает ток I2 разряда свинцово-кислотной батареи 3 с помощью датчика 31 тока (этап S103). Затем блок 11 получения значений тока получает токи I1, I2 разряда.
[0108] Затем блок 12 сравнения значений тока БУД 10 вычисляет отношение токов I1/I2 в качестве отношения токов разряда и выводит результат вычисления в блок 14 управления генератором. Блок 14 управления генератором определяет, является ли или нет отношение токов I1/I2, полученное от блока 12 сравнения значений тока, равным ли меньшим, чем заданное значение (этап S104). Когда блок 14 управления генератором определил, что отношение токов I1/I2 равно или меньше заданного значения, блок 14 управления генератором, с помощью таймера 13, измеряет время, прошедшее с того момента, когда отношение токов I1/I2 стало равным или меньшим заданного значения. Затем блок 14 управления генератором определяет, достигло ли или нет прошедшее время заданного времени (этап S105). Когда блок 14 управления генератором определил, что прошедшее время не достигло заданного времени, блок 14 управления генератором повторяет определения на этапах S104 и S105.
[0109] Когда блок 14 управления генератором определил на этапе S105, что прошло заданное время с того момента, когда отношение токов I1/I2 стало равным или меньшим заданного значения, блок 14 управления генератором определяет, что фаза должна быть переключена на фазу заряда (этап S106), приводит в действие (включает) генератор 1 переменного тока (этап S107) и заканчивает процесс переключения заряда/разряда.
[0110] С другой стороны, когда блок 14 управления генератором определил на этапе S104, что отношение токов I1/I2 больше заданного значения, блок 14 управления генератором затем определяет, является ли или нет ток I1 разряда литий-ионной батареи 4 большим, чем третье пороговое значение (этап S401).
[0111] Когда блок 14 управления генератором определил, что ток I1 разряда литий-ионной батареи 4 больше третьего порогового значения, блок 14 управления генератором определяет, что фаза должна быть переключена на фазу заряда (этап S106), приводит в действие (включает) генератор 1 переменного тока (этап S107) и заканчивает процесс переключения заряда/разряда.
[0112] С другой стороны, когда блок 14 управления генератором определил, что ток I1 разряда литий-ионной батареи 4 равен или меньше третьего порогового значения, блок 14 управления генератором определяет, что фаза должна все еще быть фазой разряда (этап S108), и заканчивает процесс переключения заряда/разряда, как он есть.
[0113] Теперь будет описано третье пороговое значение для определения момента времени переключения заряда/разряда свинцово-кислотной батареи 3 и литий-ионной батареи 4. Фиг. 16 – график, показывающий момент времени переключения заряда/разряда литий-ионной батареи 4 в этом варианте осуществления. В этом варианте осуществления, в процессе переключения заряда/разряда, показанном на фиг. 15, даже если отношение токов I1/I2 больше заданного значения ("Нет" на этапе S104), свинцово-кислотная батарея 3 и литий-ионная батарея 4 переключаются с фазы разряда на фазу заряда (этап S106) тогда, когда ток I1 разряда литий-ионной батареи 4 определен как больший, чем третье пороговое значение ("Да" на этапе S401).
[0114] Третье пороговое значение определяется на основе максимального допустимого тока разряда и т.п. литий-ионной батареи 4, и то, на какую процентную долю максимального допустимого тока разряда должно быть задано третье пороговое значение, может быть определено посредством моделирований, экспериментов или т.п. Как показано на фиг. 16, третье пороговое значение может быть постоянным значением независимо от СЗ литий-ионной батареи 4.
[0115] На фиг. 16 прямая линия перехода первого порогового значения на графике фиг. 10, используемом при описании второго варианта осуществления, указана пунктирной линией. В примере по фиг. 16 первое пороговое значение больше третьего порогового значения на том участке, где СЗ литий-ионной батареи 4 высока. Однако, первое пороговое значение и третье пороговое значение могут быть заданы на одинаковое значение, когда СЗ литий-ионной батареи 4 равна 100%.
[0116] Как описано выше, система 103 электропитания этого варианта осуществления выполнена так, что, даже когда отношение токов I1/I2 между током разряда свинцово-кислотной батареи 3 и током разряда литий-ионной батареи 4 больше заданного значения, блок 14 управления генератором (блок управления электрогенератором) приводит в действие генератор 1 переменного тока (электрогенератор) тогда, когда ток разряда литий-ионной батареи 4 больше третьего порогового значения, которое больше первого порогового значения из второго варианта осуществления. Следовательно, возможно увеличивать используемый диапазон СЗ литий-ионной батареи 4, в то же время пресекая увеличение тока разряда от свинцово-кислотной батареи 3 и чрезмерный разряд литий-ионной батареи 4. В частности, задавая верхнее предельное значение тока разряда литий-ионной батареи 4, возможно эффективно предотвращать деградацию литий-ионной батареи 4 вследствие чрезмерного разряда.
[0117] Конфигурация аппаратных средств системы 103 электропитания этого варианта осуществления показывает один пример компоновки соответствующих устройств и может быть применена в способе управления по любому из первого-третьего вариантов осуществления. Конфигурация аппаратных средств системы 100 электропитания первого варианта осуществления, конфигурация аппаратных средств системы 101 электропитания второго варианта осуществления и конфигурация аппаратных средств системы 102 электропитания третьего варианта осуществления могут быть также применены в способе управления системой 103 электропитания этого варианта осуществления.
[0118] Хотя выше были описаны варианты осуществления настоящего изобретения, вышеописанные варианты осуществления показывают лишь часть примеров применения настоящего изобретения и не предназначены ограничивать технические рамки настоящего изобретения конкретными конфигурациями вышеописанных вариантов осуществления.
[0119] В первом и втором вариантах осуществления предусмотрен единственный MOSFET 40 на первой ветви, подключенной от литий-ионной батареи 4 до свинцово-кислотной батареи 3. Однако настоящее изобретение не ограничено такой конфигурацией. Например, на этой первой ветви могут быть предусмотрены два MOSFET 40 с паразитными диодами, обращенными друг к другу, или может быть предусмотрен просто один диод.
[0120] При необходимости, способы управления по второму-четвертому вариантам осуществления могут быть объединены и осуществлены сообразно обстоятельствам. Следовательно, способы управления могут быть эффективно использованы с предотвращением деградации свинцово-кислотной батареи 3 и литий-ионной батареи 4.
[0121] В первом-четвертом вариантах осуществления свинцово-кислотная батарея 3 и литий-ионная батарея 4 выполнены с возможностью переключаться с фазы разряда на фазу заряда на основе отношения между током разряда свинцово-кислотной батареи 3 и током разряда литий-ионной батареи 4 (отношения токов). Однако настоящее изобретение не ограничено таким выполнением. Например, можно устроить так, что то, установлено ли или нет первое условие для момента времени переключения с фазы разряда на фазу заряда, определяется на основе тока системы, т.е. суммарного тока (суммарной силы тока) из тока разряда свинцово-кислотной батареи 3 и тока разряда литий-ионной батареи, и разницы (разницы токов) между током разряда свинцово-кислотной батареи 3 и током разряда литий-ионной батареи.
[0122] Данная заявка испрашивает приоритет японской патентной заявки № 2016-003702, поданной в патентное ведомство Японии 12 января 2016 года, все содержание которой настоящим включено сюда по ссылке.