CN104827990B - 车辆电池系统 - Google Patents

Abstract

一种车辆电池系统，包括：第一蓄电池，该第一蓄电池将电力供应至启动器；第二蓄电池，该第二蓄电池与第一蓄电池并联连接并且包括内部切换单元，该内部切换单元切换与第一蓄电池的连接状态；交流发电机，该交流发电机连接到第一和第二蓄电池并且由发动机驱动从而产生电力；充电状态检测单元，该充电状态单元检测第二蓄电池的充电状态：充电控制单元，该充电制单元基于充电状态检测单元的检测结果来控制交流发电机的发电状态和内部切换单元的切换状态；以及发电余裕判定单元，该发电余裕判定单元判定是否存在交流发电机的发电余裕。当充电状态检测单元检测到第二蓄电池的充电率高于最小阈值，并且发电余裕判定单元判定不存在发电余裕时，充电控制单元控制将内部切换单元控制到开路状态。

Description

车辆电池系统

技术领域

本发明涉及一种车辆电池系统，该车辆电池系统具有在设置有发动机的车辆上安装的第一和第二蓄电池，并且具体涉及通过由交流发电机产生的电力对第一和第二蓄电池充电。

背景技术

在诸如汽车的车辆上安装有各种电气设备(电气负载)，诸如包括车头灯、小灯、制动灯、室内灯等的灯；电动窗；雨刮器；用于空调器、散热器等的风扇的驱动马达；用于启动发动机的启动器；音频设备、导航设备等。这些电气负载所消耗的电力从能够被充电和放电的电池供应。另一方面，车辆设置有由发动机驱动的交流发电机(发电机)。电池通过交流发电机产生的电力而实时充电。

此外，最近，安装有多个电池的车辆已经投入使用以便增多电气负载或提高车辆的燃料效率。例如，车辆设置有第一蓄电池和第二蓄电池，该第一蓄电池是用于将电力供应至的电气负载的铅酸蓄电池，该电气负载包括用于启动发动机的启动器，该第二蓄电池与第一蓄电池并联连接。

在设置有第一蓄电池和第二蓄电池的这样的车辆电池系统中，第一和第二蓄电池可以同时充电。具体地，例如，诸如继电器这样的切换单元被安置在将交流发电机和铅酸蓄电池(第一蓄电池)与锂离子蓄电池(第二蓄电池)连接的连接线中，使得切换单元能够被切换以控制第二蓄电池的充电或放电(参见JP-A-2013-198318)。

如上所述，为了使第一蓄电池和第二蓄电池同时充电，存在如下担忧：第一蓄电池和第二蓄电池充电所需的电力不能够被共享，而每 个蓄电池的充电能力可能极度下降。例如，在空转期间由电气负载所消耗的电力是相当大的这种情形下，交流发电机中的发电余裕是小的以致于每个蓄电池的充电能力都可能极度下降。特别地，由镍氢电池等构成的第二蓄电池的理论电动势大于由铅酸蓄电池构成的第一蓄电池的理论电动势，并且第二蓄电池的放电速度高于第一蓄电池的放电速度。因此，第二蓄电池的充电能力倾向于极度下降。

于是，存在这样的问题，当充电能力低于预定值时，即，当第二蓄电池过度放电时，劣化可能在由镍氢电池等构成的第二蓄电池中容易地进行。

发明内容

考虑到前述情况，已经研发了本发明。本发明的目的是提供一种车辆电池系统，在多个蓄电池同时充电的情况下，该车辆电池系统能够抑制至少一个蓄电池的充电率的降低并且能够抑制该至少一个蓄电池中的劣化的进行。

为了实现以上目的，根据本发明，提供有一种车辆电池系统，该车辆电池系统包括：第一蓄电池，该第一蓄电池被构造成向用于启动发动机的启动器供应电力；第二蓄电池，该第二蓄电池与所述第一蓄电池并联连接，并且该第二蓄电池包括内部切换单元，该内部切换单元被构造成切换与所述第一蓄电池的连接状态；交流发电机，该交流发电机连接到所述第一蓄电池和所述第二蓄电池，并且该交流发电机被构造成由所述发动机驱动从而产生电力；充电状态检测单元，该充电状态检测单元被构造成检测所述第二蓄电池的充电状态：充电控制单元，该充电控制单元被构造成基于所述充电状态检测单元的检测结果来控制所述交流发电机的发电状态和所述内部切换单元的切换状态；和发电余裕判定单元，该发电余裕判定单元被构造成判定是否存在所述交流发电机的发电余裕，其中，当所述充电状态检测单元检测到所述第二蓄电池的充电率不高于最小阈值，并且所述发电余裕判定单元判定不存在所述发电余裕时，所述充电控制单元将所述内部切换单元控制到开路状态。

根据以上构造，能够抑制第二蓄电池的充电率的极度下降，使得能够延迟劣化的进行。

在充电状态检测单元检测到第二蓄电池的充电率不高于最小阈值之后，一旦第二蓄电池的充电率下降了一比率，充电控制单元就可以将内部切换单元控制到开路状态。

在这种情况下，能够尽可能小地抑制内部切换单元内的操作数。此外，能够在适当的时刻停止第二蓄电池的充电率的下降，使得能够有效地使用第二蓄电池中的电力。

此外，第一蓄电池可以由铅酸蓄电池构成，并且第二蓄电池可以由镍氢电池或锂离子电池构成。

根据本发明，如上文已经描述的，能够有效地抑制第二蓄电池的劣化。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例的车辆电池系统的构造的图。

图2是示出根据本发明的实施例的车辆电池系统的构造的图。

图3是示出根据本发明的实施例的车辆电池系统的构造的图。

图4是示出根据本发明的实施例的车辆电池系统的构造的图。

具体实施方式

下面将参考附图详细地描述根据本发明的实施例的车辆电池系统。

如图1所示，根据实施例的车辆电池系统10具有两个蓄电池，即，第一蓄电池11和第二蓄电池12，以将电力供应至安装在车辆上的各种电气负载。第一蓄电池11由铅酸蓄电池构成，并且第二蓄电池12由镍氢电池、锂离子电池等构成。实施例中的第二蓄电池12具有电池单体单元13。虽然未示出，但是电池单体单元13具有其中多个电池单体(镍氢单体)，例如10个电池单体串联连接的构造。

第一蓄电池11和第二蓄电池12并联地连接。具体地，车辆电池系统10包括：第一电路14，该第一电路14包括第一蓄电池11；和第二电路15，该第二电路15包括第二蓄电池12。第一电路14和第二电路15通过连接线16连接。

第一电路14具有如下构造：其中，第一蓄电池11、由发动机17驱动以产生电力的交流发电机(发电机)18、用于启动发动机17的启动器19以及第一电气负载20并联地连接。此外，用于检测第一蓄电池11的充电状态，例如用于检测充电率(SOC)、温度等的电池传感器(第一充电状态检测单元)21设置在第一电路14中。顺便提及，第一电气负载20是这样的电气负载：当发动机17启动时可以重新启动，即，在车辆的运行期间只要电力被供应到该电气负载就不会出现问题。第一电气负载20的实例可以包括车辆中的车头灯、加热器等。

另一方面，第二电路15具有其中第二蓄电池12和第二电气负载22并联地连接的构造。不像第一电气负载20，第二电气负载22是当发动机17启动时优选不被重新启动的电气负载。第二电气负载22的实例可以包括汽车导航装置、音频设备等。顺便提及，如何将各种电气负载分配到第一电气负载20和第二电气负载22中并不限于上述实例，而是可以根据需要按期望设置。

外部继电器单元(外部切换单元)23设置在将如此构造的第一电路14和第二电路15相连接的连接线16中，该外部继电器单元23可 以阻断从第二电路15侧到第一电路14侧的电流的流动。外部继电器单元23具有由二极管构成的整流部分23b以及开关部分23a。

如图1所示，当开关部分23a处于闭合状态(连接状态)时，能够根据第一蓄电池11和第二蓄电池12的充电状态、交流发电机18的发电状态、第一电气负载20和第二电气负载22中的电力消耗量等，产生从第一电路14侧到第二电路15侧的电流和从第二电路15侧到第一电路14侧的电流。即，电力有时从第一蓄电池11或交流发电机18供应至第二电气负载22，并且有时从第二蓄电池12供应至第一电气负载20。

例如，当在发动机17的运行期间，第一蓄电池11和第二蓄电池12的充电电容足够时，开关部分23a被控制处于闭合状态。在这种状态下，电力不仅从第一蓄电池11而且从第二蓄电池12供应至第一电气负载20。因此，能够抑制交流发电机18中的发电量，使得可以相应地提高燃料效率。

另一方面，如图2所示，当开关部分23a处于开路状态(断开状态)时，仅从第二电路15侧到第一电路14侧的电流被阻断。即，如图2中的箭头所示，从第一电路14侧到第二电路15侧的电流由属于外部继电器单元23的整流部分23b维持。因此，在这种状态下，能够不仅从第二蓄电池12而且从第一蓄电池11或交流发电机18将电力供应至第二电气负载22。另一方面，不能从第一蓄电池12而是仅从第一蓄电池11或交流发电机18将电力供应至第一电气负载20。

此外，第二蓄电池12具有这样的构造：其中设置例如机械式内部继电器(内部切换单元)24，使得电池单体单元13与连接线16之间的连接状态能够通过该内部继电器24而适当地转换。顺便提及，内部切换单元24可以不由机械式继电器而是由半导体继电器等构成。

外部继电器单元23和内部继电器24基于来自ECU 25的信号由电池控制部分(BMU)26适当的控制。BMU 26由如下构成：用于检测构成第二蓄电池12的电池单体单元13的充电状态等的电池传感器(第一充电状态检测单元)、用于控制外部继电器单元23和内部继电器24的控制单元等。虽然BMU 26在该实施例中还包括第二蓄电池12，但是BMU 26可以与第二蓄电池12独立地设置。

ECU(电子控制单元)25具有：输入输出单元；用于存储控制程序、控制map图等的存储单元；中央处理单元；定时器和计数器。ECU25基于来自各种传感器的信息总体地控制包括交流发电机18、启动器19等的发动机17。

根据该实施例，ECU 25还充当车辆电池系统10的一部分。例如，ECU 25通过如上文所描述的BMU 26控制外部继电器单元23和内部继电器24的切换状态，并且适当地控制交流发电机18的发电状态(发电量)。因此，能够在适当地控制第一蓄电池11和第二蓄电池12的充电状态(充电率)的同时，将所需的电力供应至各种电气负载。

下面将描述车辆电池系统10中蓄电池的充电状态的控制(充电控制)的实例。

ECU 25具有充电控制单元27和发电余裕判定单元28，作为用于控制第一蓄电池11和第二蓄电池12的充电状态(充电率)的工具。

充电控制单元27根据第一蓄电池11和第二蓄电池12的充电状态(充电率)来控制交流发电机18中的发电量，并且对第一蓄电池11和第二蓄电池12充电。在该实施例中，第一蓄电池11的充电状态由电池传感器(第一充电状态检测单元)21检测，并且第二蓄电池12的充电状态由BMU(第二充电状态检测单元)26检测。基于车辆的行驶状态和环境状态等以及电池传感器21和BMU 26的检测结果，充电控 制单元27适当地控制发动机17的驱动，从而获取作为交流发电机18中的发电量的期望值。

当第一蓄电池11或第二蓄电池12似乎放电时，即，当第一蓄电池11或第二蓄电池12的充电率(SOC)下降到充电开始阈值或在充电开始阈值以下时，充电控制单元27启动交流发电机18中的发电从而开始对第一蓄电池11或第二蓄电池12充电。然后，一旦充电率达到充电结束阈值，充电控制单元27就终止交流发电机18中的发电。

顺便提及，上述充电开始阈值和上述充电结束阈值根据蓄电池11和12的特性等适当地判定。在该实施例中，用于第一蓄电池11的充电开始阈值和充电结束阈值被分别设置成90％和95％，并且用于第二蓄电池12的充电开始阈值和充电结束阈值被分别设置成30％和50％。

在常态时间期间，当对第一蓄电池11和第二蓄电池12充电时，充电控制单元27使内部继电器24进入闭合状态(连接状态)。在这种状态下，例如，在车辆的减速或空转期间，在交流发电机18中产生的电力不仅被供应至第一电气负载20和第二电气负载22而且被供应至第一蓄电池11和第二蓄电池12，如图2中的箭头所示。因此，蓄电池11和12同时被充电。顺便提及，词语“常态时间”在此处意指第一蓄电池11和第二蓄电池12中的一个或两个似乎要放电的状态，即，其充电率不高于充电开始阈值，而是在交流发电机18的发电中存在余裕。例如，如下状态对应于所述“常态时间”：第一蓄电池11或第二蓄电池12的充电率不高于充电开始阈值，而将在稍后描述的交流发电机18的发电余裕率不低于预定值。

其后，当第一蓄电池11或第二蓄电池12的充电率(SOC)到达充电结束阈值或更高时，例如，在空转期间由发动机17在交流发电机18中的发电量受到抑制，并且终止对蓄电池11或12充电。

如上所述，在常态时间期间，充电控制单元27根据第一蓄电池11和第二蓄电池12的充电状态控制交流发电机18的发电。然而，充电控制单元27根据第二蓄电池12的某个充电状态(充电率)和发电余裕判定单元28的某个判定结果，使第二蓄电池12的内部继电器24进入开路状态，如下面将描述的。

发电余裕判定单元28判定是否存在交流发电机18的发电余裕。在该实施例中，发电余裕判定单元28判定交流发电机18的发电余裕是否等于或低于预定值。充电余裕(发电余裕率)是示出在交流发电机18的发电状态中存余的余裕程度的值。具体地，发电余裕率是交流发电机18的最大发电量与第一电气负载20和第二电气负载22所消耗的电力量和对第一蓄电池11和第二蓄电池12充电所需的电力量的合计值的比率。例如，当上述合计值不低于交流发电机18的最大发电量时，发电余裕率是0％。

虽然发电余裕判定单元28判定是否存在交流发电机18的发电余裕，但是语句“不存在发电余裕”在此处并非总是意指发电余裕率为0％的状态。例如，“不存在发电余裕”的状态还可以包括不存在足以对两个蓄电池11和12同时充电的余裕的状态，例如，发电余裕率临时达到预定值或以下时，或对第一蓄电池11和第二蓄电池12充电花费太多时间时。在该实施例中，发电余裕判定单元28判定：当发电余裕率不高于第一预定值(例如，约10％)时，“不存在发电余裕”。

然而，例如，假设在不存在交流发电机18的发电余裕的状态下，第一电气负载20或第二电气负载22的功率消耗增加。在这种情况下，即使第一蓄电池11和第二蓄电池12将被充电，第一蓄电池11和第二蓄电池12也将被放电，如图3中由箭头示出的电流所示。因此，蓄电池11和12的充电率将逐渐下降。此外，由镍氢电池等构成的第二蓄电池12相比由铅酸蓄电池构成的第一蓄电池11具有更大的理论电动势。因此，第二蓄电池12以比第一蓄电池11更高的速度放电。因此， 当第一蓄电池11和第二蓄电池12以这样的方式连续地放电时，存在第二蓄电池12的充电能力可能极度下降的担忧。

因此，充电控制单元27适当地控制内部继电器24的切换状态以便抑制第二蓄电池12的充电能力的极度下降。具体地，当BMU 26检测到第二蓄电池12的充电率不高于比充电开始阈值低的最小阈值(例如，约10％)时，并且进一步当发电余裕判定单元28判定“不存在发电余裕”时，即，当发电余裕率不高于预定值时，充电控制单元27通过BMU 26控制属于第二蓄电池12的内部继电器24并且使该内部继电器24处于开路状态(断开状态)，如图4所示。

因此，能够防止第二蓄电池12放电。即，不存在第二蓄电池12的充电能力极度下降到最小阈值以下的担忧。因此，能够抑制由第二蓄电池12的充电能力的下降引起的劣化。

当发电余裕判定单元28然后判定“存在发电余裕”时，即，当发电余裕判定单元28然后判定发电余裕率不低于第二预定值时，充电控制单元27将内部继电器24从开路状态改变到闭合状态(连接状态)。因此，恢复对第二蓄电池12以及第一蓄电池11充电。虽然第二预定值可以等于第一预定值，但是优选的是，第二预定值设置为大于第一预定值的值。

当第二预定值等于第一预定值时，存在内部继电器24在车辆的某个行驶状态下可能被频繁地切换的担忧。由于每当内部继电器24被切换时都产生相当大的声音，所以内部继电器24的频繁切换控制可能给乘客不愉快的感觉。特别地当将第二蓄电池12放置在车辆的地板下面时，可能容易给乘客带来不愉快的感觉。然而，当将第二预定值设置成大于第一预定值的值时，能够尽可能低地抑制内部继电器24的切换控制的数量。

在该实施例中，当检测到第二蓄电池12的充电率不高于最小阈值(例如，约10％)时，内部继电器24被控制到开路状态(断开状态)。然而，内部继电器24的切换状态受到控制的时刻不受上述限制。例如，在检测到第二蓄电池12的充电率已经不高于最小阈值之后，一旦第二蓄电池12的充电率进一步下降了一比率(例如，2％)，内部继电器24就可以被控制到开路状态。此外，可以基于充电率不高于最小阈值的持续时间来判定第二蓄电池12的充电率是否下降了所述比率。具体地，当检测到第二蓄电池12的充电率不高于最小阈值的事实时，测量该事实的持续时间。当持续时间不短于预定的时间时，可以判定，第二蓄电池12的充电率下降了所述比率(例如，2％)。

当一旦第二蓄电池12的充电率下降了所述比率(例如，2％)就以这样的方式将内部继电器24控制到开路状态时，能够在更适当的时刻将内部继电器24控制到闭合状态。例如，即使当第二蓄电池12的充电率达到最小阈值或以下时，也能够认为第一电气负载20和第二电气负载22的功率消耗可能随后下降，使得第二蓄电池12的充电率将在短时间内高于最小阈值。当以这样的状态控制内部继电器24的切换状态时，如上所述，对内部继电器24的切换控制如此频繁以致于可能给乘客带来令人不愉快的感觉。然而，如上所述，当一旦第二蓄电池12的充电率下降了所述比率就将内部继电器24控制到开路状态时，能够尽可能低地抑制内部继电器24的切换控制的数量。

虽然上文已经描述了本发明的实施例，但是毋庸置疑的是，本发明并不限于上述实施例，而可以在不脱离本发明的主旨的情况下适当地改变。

Claims (3)

1.一种车辆电池系统，包括：

第一蓄电池，该第一蓄电池被构造成向用于启动发动机的启动器供应电力；

第二蓄电池，该第二蓄电池与所述第一蓄电池并联连接，并且该第二蓄电池包括内部切换单元，该内部切换单元被构造成切换与所述第一蓄电池的连接状态；

交流发电机，该交流发电机连接到所述第一蓄电池和所述第二蓄电池，并且该交流发电机被构造成由所述发动机驱动从而产生电力；

充电状态检测单元，该充电状态检测单元被构造成检测所述第二蓄电池的充电状态：

充电控制单元，该充电控制单元被构造成基于所述充电状态检测单元的检测结果来控制所述交流发电机的发电状态和所述内部切换单元的切换状态；和

发电余裕判定单元，该发电余裕判定单元被构造成判定是否存在所述交流发电机的发电余裕，其中，

当所述充电状态检测单元检测到所述第二蓄电池的充电率不高于最小阈值，并且所述发电余裕判定单元判定不存在所述发电余裕时，所述充电控制单元将所述内部切换单元控制到开路状态，并且当所述发电余裕判定单元判定存在所述发电余裕时，所述充电控制单元将所述内部切换单元从所述开路状态改变到闭合状态。

2.根据权利要求1所述的车辆电池系统，其中，

在所述充电状态检测单元检测到所述第二蓄电池的充电率不高于所述最小阈值之后，一旦所述第二蓄电池的所述充电率下降了一比率，所述充电控制单元就将所述内部切换单元控制到所述开路状态。

3.根据权利要求1所述的车辆电池系统，其中，

所述第一蓄电池由铅酸蓄电池构成，并且所述第二蓄电池由镍氢电池或锂离子电池构成。