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CN105329194A - 用于车辆的电源 - Google Patents

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CN105329194A
CN105329194A CN201510469657.7A CN201510469657A CN105329194A CN 105329194 A CN105329194 A CN 105329194A CN 201510469657 A CN201510469657 A CN 201510469657A CN 105329194 A CN105329194 A CN 105329194A
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dynamotor
battery
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CN201510469657.7A
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三宅圭二
藤田胜义
高田和良
横山亘
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Toyota Industries Corp
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Toyoda Automatic Loom Works Ltd
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Abstract

本发明提供了一种用于车辆的电源，该电源包括发电机、铅电池、与发电机以及与铅电池并联连接的蓄电装置、具有电容器和起动机且与发电机以及与铅电池并联连接的起动机电路、以及与铅电池串联连接的第一开关、与电源串联连接的第二开关和与起动机电路串联连接的第三开关中的至少两个开关。

Description

用于车辆的电源
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的电源。
背景技术
日本专利申请公报No.H10-184506公开了一种用于车辆的电源，该电源具有包括铅电池和附加蓄电池的两个蓄电池。
然而，这种具有两个蓄电池的电源的一个问题在于该电源难以根据各蓄电装置的特性而操作。
例如用于车辆的电源需要履行诸如向辅助装置供电、向起动机供电、针对电动发电机的动力供给操作、铅电池的电压高于其上限电压(例如14.4V)时的再生操作的功能。对这些操作的控制取决于负载和各蓄电装置的特性。具体地，车辆的负载包括辅助装置、起动机和交流发电机，并且电力输入和输出要求随着根据车辆需求而操作的相应负载来变化。此外，输入和输出要求的范围根据各蓄电池的特性而不同，因此，电源在变化的车辆状态下难以提供最佳操作。
例如，用来向起动机供给电力的铅电池的问题在于对辅助装置供电的耐久性和失效。
尽管可获得能应对各种负载的单个电池，例如怠速停止铅电池，但这种电池的成本高。
已鉴于上述问题而完成的本发明针对于提供一种用于车辆的电源，该电源具有多个蓄电装置，所述多个蓄电装置包括根据各蓄电装置的特性而适当地操作的铅电池。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种用于车辆的电源，该电源包括发电机、铅电池、与发电机以及与铅电池并联连接的蓄电装置、具有电容器和起动机且与发电机以及与铅电池并联连接的起动机电路、以及与铅电池串联连接的第一开关、与电源串联连接的第二开关和与起动机电路串联连接的第三开关中的至少两个开关。
从下面结合通过示例的方式示出本发明原理的附图所作的描述，本发明的其它方面和优点将变得显而易见。
附图说明
参照以下对目前优选的实施例及附图的描述可最好地理解本发明及其目的和优点，在附图中：
图1是示出根据本发明的第一实施例的用于车辆的电源的示意图；
图2是示出图1的电源为了满足车辆的各种需求而进行的操作的表；
图3是示出根据本发明的第二实施例的用于车辆的电源的示意图；
图4是示出图3的电源为了满足车辆的各种需求而进行的操作的表；
图5是示出根据本发明的第二实施例的另一个示例的用于车辆的电源的示意图；
图6是示出图5的电源为了满足车辆的各种需求而进行的操作的表；
图7是示出根据本发明的第三实施例的用于车辆的电源的示意图；以及
图8是示出图7的电源为了满足车辆的各种需求而进行的操作的表。
具体实施方式
下面将参照附图描述根据本发明的实施例。
第一实施例
参照示出本发明的第一实施例的图1，以附图标记1表示的电源向车辆上搭载的各种装置供给电力。
电源1包括具有逆变器(INV)的电动发电机(MG)2。根据车辆的控制需求，电动发电机作为发电机经逆变器向各装置供给电力并且作为负载经逆变器消耗电力。
电源1还包括串联连接并与电动发电机2并联连接的第一开关3和第一电路10。第一电路10具有与电动发电机2以及与彼此并联连接的铅电池(Pb)11和辅助装置12。辅助装置12是负载的一个示例。第一电路10可具有除辅助装置12以外的负载。本实施例的铅电池11不是怠速停止铅电池，而是普通电池。应指出的是，这不一定意味着该铅电池从怠速停止铅电池被排除。
电源1还包括与电动发电机2并联连接并且还与第一开关3和第一电路10连接的第二开关4和第二电路20。第二开关4和第二电路20串联连接。第二电路20具有与电动发电机2以及与铅电池11并联连接的镍氢电池(Ni)21。第二电路20可具有与镍氢电池21连接的负载。
该电源还包括与第一开关3和第一电路10并联连接的第三开关5和第三电路30(或起动机电路)。亦即，第三电路30与电动发电机2以及与铅电池11并联连接。第一开关3和第二开关4、5与电动发电机2以及与彼此并联连接。第三开关5和第三电路30串联连接。第三电路30具有与电动发电机2以及与彼此并联连接的电容器(Cap)31和起动机32。
电源1至少具有电动发电机2、第一开关3、第二开关4、第三开关5、铅电池11、镍氢电池21和电容器31并且向诸如辅助装置和起动机32的负载供给电力。亦即，电源1具有三个蓄电装置，包括彼此并联连接的铅电池11、镍氢电池21和电容器31。
尽管在图中未示出，但电源1具有用于控制电源1的操作的控制装置。该控制装置包括计算机或具有计算装置的微处理器以及存储装置。对图1所示的各装置或部件的控制由控制装置执行，但将省略对这种控制的详细描述。
第一开关3能接通和断开。当第一开关3接通时，包括铅电池11的第一电路10与电动发电机2并联连接。当第一开关3断开时，包括铅电池11的第一电路10与电动发电机2断开。应指出，在对各实施例的描述中，电路元件与另一个电路元件断开的表述是指没有形成允许电流在各电路元件之间流动的电路，而不一定意味着各电路元件彼此分离。
当第一开关3断开时，仅铅电池11向辅助装置12供给电力。当第一开关3接通且电动发电机2进行再生操作时，电动发电机2代替铅电池11或连同铅电池11一起向辅助装置12供给电力。此外，当第一开关3接通且第二开关4或第三开关5然后接通时，镍氢电池21或电容器31代替铅电池11或连同铅电池11一起向辅助装置12供给电力。
类似地，第二开关4能接通或断开。当第二开关4接通时，包括镍氢电池21的第二电路20与电动发电机2并联连接。当第二开关4断开时，包括镍氢电池21的第二电路20与电动发电机2断开。
类似地，第三开关5能接通和断开。当第三开关5接通时，包括电容器31的第三电路30与电动发电机2并联连接。当第三开关5断开时，包括电容器31的第三电路30与电动发电机2断开。
当第三开关5断开时，仅电容器31向起动机32供给电力。当第三开关5接通且电动发电机2进行再生操作时，电动发电机2代替电容器31或连同电容器31一起向起动机32供给电力。此外，当第三开关5接通且第一开关3或第二开关4接通时，铅电池11或镍氢电池21代替电容器31或连同电容器31一起向起动机32供给电力。
电源1的控制装置事先存储了铅电池11、镍氢电池21和电容器31的上限电压的数据。这些上限电压代表了例如针对所述控制的基准数据的预定阈值。铅电池11的上限电压可以是开始产生气体且为例如14.4伏的电压。镍氢电池21的上限电压为例如16伏。电容器31的上限电压为例如18伏。电源1的控制装置可将各电路控制成使得铅电池11、镍氢电池21和电容器31的电压不超过各自的上限电压。本领域技术人员可适当地设计所述控制。
镍氢电池21是可在比铅电池11的上限电压高的电压下被充电的蓄电装置的一个示例。可在比铅电池11的上限电压高的电压下被充电的蓄电装置可使用除镍氢电池21以外的二次电池或电容器31。例如，可使用锂离子电池。电容器31是可在比铅电池11和镍氢电池21的上限电压高的电压下被充电的蓄电装置的一个示例。
下面将描述根据本发明的第一实施例的电源1的操作。图2是示出电源1为了满足车辆的各种需求而进行的操作的表。车辆的需求是指车辆所要求的电源1的操作。当发动机(或内燃发动机)在怠速停止之后再起动时，当电动发动机2执行动力供给操作时，以及当电动发电机2执行再生操作时，电源1以不同的通-断模式控制各开关3、4、5的开关操作。
在怠速停止之后再起动发动机时，电源1使第三开关5断开并且使起动机32运转。第三开关5至少在起动机32的运转完成之前保持(维持)断开。亦即，在起动机32运转时，通过保持第三开关5处于断开位置而使起动机32与铅电池11和镍氢电池21断开。结果，仅电容器31向起动机32供给电力。由于铅电池11和镍氢电池21独立于起动机32而操作，所以辅助装置12可被供给以足量的电力。
如图2的表中所示，第一开关3和第二开关4可以处于接通和断开位置中的任一者，且因此可按需设计所述控制。
在电动发电机2正执行动力供给操作时，电源1保持第一开关3、第二开关4和第三开关5分别处于断开、接通和断开位置。亦即，三个蓄电装置中仅镍氢电池21与电动发电机2连接。结果，仅从镍氢电池21向电动发电机2供给电力。由于铅电池11和电容器31独立于电动发电机2而操作，所以铅电池11能向辅助装置12供给足量的电力且电容器31能保持储存足量的电力以用于起动机32的运转。
在电动发电机2的再生操作时，电源1根据诸如电容器31的蓄电装置的电压来执行各种控制。如果在电动发电机2的再生操作时电压为14.4伏以下，则电源1保持第一开关3、第二开关4和第三开关5分别处于它们的接通位置。亦即，三个蓄电装置11、21、31全都与电动发电机2连接。应指出的是，14.4伏是三个蓄电装置11、21、31的上限电压中的最低电压。
如果电动发电机2执行再生操作且在电动发电机2的再生操作时电压超过14.4伏并可高达16伏，则电源1保持第一开关3、第二开关4和第三开关5分别断开、接通和接通。亦即，铅电池11与电动发电机2断开，而镍氢电池21和电容器31与电动发电机2连接。应指出的是，16伏是三个蓄电装置的上限电压中的中间水平电压或第二低的电压。
在此情况下，电压已超过其上限电压的蓄电装置(或铅电池11)被禁止充电。电压低于它们的上限电压的蓄电装置(或镍氢电池21和电容器31)被充电。
如果电动发电机2执行再生操作且在电动发电机2的再生操作时电压超过16伏并可高达18伏，则电源1保持第一开关3、第二开关4和第三开关5分别断开、断开和接通。亦即，铅电池11和镍氢电池21与电动发电机2断开且仅电容器31与电动发电机2连接。应指出的是，18伏是三个蓄电装置的上限电压中的最高电压。
在此情况下，电压已超过它们的上限电压的蓄电装置(或铅电池11和镍氢电池21)被禁止充电。电压低于其上限电压的蓄电装置(或电容器31)被充电。
因此，根据各蓄电装置的上限电压，在电动发电机2的再生操作时执行了精细的控制。结果，蓄电装置可被适当地充电至其上限电压而不受具有上限电压中的低电压的蓄电装置(或铅电池11)的限制，且因此能有效地使用再生电力。
如从以上描述可见，根据本发明的第一实施例的电源1根据各蓄电装置的特性而适当地执行各种操作，使得各蓄电装置最大限度地操作。例如，每个蓄电装置都根据其可充电电压而被控制，使得各蓄电装置能在更宽的电压范围内执行再生操作且通过有效地利用再生电力而提高燃料效率。此外，能使用普通铅电池来代替高成本的怠速停止铅电池。因此，能抑制电源1的制造成本。
尽管根据第一实施例的电源1具有三个开关，但作为第一实施例的一个变型，电源1可免除这些开关的其中一个。亦即，电源1可具有第一开关3、第二开关4和第三开关5中的至少两个开关。
例如，在第一开关3从电源1移除的情况下，铅电池11在发动机再起动和电动发电机2的动力供给操作期间放电。然而，根据三个蓄电装置的上限电压而被控制的再生电力能与图1的第一实施例中一样被有效地利用。
在第二开关4从电源1移除的情况下，其可构造成使得在电压超过16伏时不执行再生操作。在此情况下，能通过电动发电机2实现与图1的第一实施例中相同的再生电力效果。此外，能在电动发电机2的电压超过铅电池11的上限电压的电压范围的一部分中执行电力再生。因此，能至少部分地执行根据三个蓄电装置的上限电压的电力再生。
此外，当第三开关5从电源1移除时，电容器31在电动发电机2的动力供给操作期间放电，但能与图1的第一实施例中一样地执行根据三个蓄电装置的上限电压的电力再生。在再起动发动机时，能通过保持第一开关3和第二开关4分别处于它们的断开位置来与图1的第一实施例中一样有效地执行再生操作。
因此，移除三个开关中的任何一个能降低电源1的制造成本。
第二实施例
在第一实施例中，各开关接通和断开以将其相关联的蓄电装置与电动发电机2连接和断开。在第二实施例中，第一实施例中的第三开关5被移除且一个开关控制包括电容器31的两个蓄电装置与电动发电机2的连接和断开。下面将描述第一实施例和第二实施例之间的差别。
图3是示出根据第二实施例的电源1A的示意图。如图3所示，第一实施例的第三开关5被移除且包括第一实施例的第三电路30和第一电路10的第三电路30A(或起动机电路)与第一开关3A连接。亦即，铅电池11、辅助装置12、电容器31和起动机32分别与第一开关3A串联连接，并且第一开关3A控制电容器31的开关。图4是示出电源1A用于满足车辆的各种需求而进行的操作的表。图4所示的控制项可按需变更。
在第二实施例中可构造成使得第二开关4控制电容器31与电动发电机2的连接。图5是示出根据第二实施例的另一示例的电源1B的示意图。如图5中所示，电源1B免除了第一实施例的第三开关5(图1)且包括第一实施例的第二电路20和第三电路30的第三电路30B(或起动机电路)与第二开关4B连接。亦即，镍氢电池21、电容器31和起动机32分别与第二开关4B串联连接。第二开关4B控制电容器31与电动发电机2的连接。图6是示出电源1B用于满足车辆的各种需求而进行的操作的表。图6所示的控制项可按需变更。
根据本发明的第二实施例的电源1A和1B根据各蓄电装置的特性来执行适当的开关操作，使得各蓄电装置最大限度地履行它们的功能。例如，通过有效地利用再生电力而提高了燃料效率，并且能使用普通铅电池11来代替高成本的怠速停止铅电池。在后一种情况下，能抑制电源1A和1B的成本。
第三实施例
在第三实施例中，与第一实施例不同，第一开关3和第三开关5串联连接。下面将描述第三实施例。第三实施例与第一实施例的不同之处在于，第一实施例的第一开关3和第三开关5串联连接。参照图7，第一开关3C和第三开关5C与电动发电机2以及与第二开关4并联连接。第三开关5C和第三电路30C(或起动机电路)与第一开关3C串联连接。此外，第三开关5C和第三电路30C与电动发电机2以及与第一电路10C(主要与铅电池11)并联连接。
图8所示的控制项可按需变更。
在怠速停止之后再起动发动机时，电源1C断开第三开关5C以使起动机32运转并且至少在起动机32的运转完成之前保持第三开关5C断开。亦即，在起动机32正在运转时保持第三开关5C断开，铅电池11和镍氢电池21与起动机32断开。结果，仅电容器31向起动机32供给电力，并且铅电池11和镍氢电池21独立于起动机32而操作。因此，能向辅助装置12供给足量的电力。
应指出的是，第一开关3C和第二开关4可根据任何需求而被控制且该控制可按需变更。
在电动发电机2的动力供给操作期间，电源1C分别接通第二开关4以及断开第一开关3C和第三开关5C。亦即，三个蓄电装置中仅镍氢电池21与电动发电机2连接且电容器31与辅助装置12断开。结果，仅从镍氢电池21向电动发电机2供给电力且铅电池11和电容器31独立于电动发电机2而操作。因此，铅电池11向辅助装置12供给足量的电力且电容器31储存用于起动机32的运转的充足电力。
应指出的是，当允许铅电池11放电以用于动力供给操作时，第一开关3C可被控制为接通。
在电动发电机2的再生操作期间，电源1C根据诸如电容器31的蓄电装置的电压来执行各种控制。当电压低于14.4伏时，电源1C接通第一开关3、第二开关4和第三开关5。亦即，三个蓄电装置全都与电动发电机2连接。
当电压大于14.4伏但不大于16伏时，电源1C断开第一开关3C并接通第二开关4。第三开关5C于是可处于接通和断开位置中的任一者，并且本领域技术人员能适当地设计所述控制。亦即，铅电池11和电容器31与电动发电机2断开且镍氢电池21与电动发电机2连接。
根据本发明的第三实施例的电源1C根据各蓄电装置的特性来执行适当的开关操作，使得各蓄电装置最大限度地履行它们的功能。例如，通过分别有效地利用再生电力而提高了燃料效率，并且能使用普通铅电池11来代替高成本的怠速停止铅电池。在后一种情况下，能抑制电源1C的总成本。

Claims (4)

1.一种用于车辆的电源(1，1A，1B，1C)，包括：
发电机(2)；
铅电池(11)；
与所述发电机(2)以及与所述铅电池(11)并联连接的蓄电装置(21)；和
起动机电路(30，30A，30B，30C)，所述起动机电路具有电容器(31)和起动机(32)且与所述发电机(2)以及与所述铅电池(11)并联连接，
所述电源的特征在于，
所述电源包括与所述铅电池(11)串联连接的第一开关(3，3A，3C)、与所述蓄电装置(21)串联连接的第二开关(4，4B)和与所述起动机电路(30，30A，30B，30C)串联连接的第三开关(5，5C)中的至少两个开关。
2.根据权利要求1所述的用于车辆的电源(1，1C)，其特征在于，所述电源(1，1C)包括全部所述三个开关(3，3C，4，5，5C)，并且其中在所述起动机(32)运转时，所述第三开关(5，5C)被保持处于断开位置以使所述铅电池(11)和所述蓄电装置(21)与所述起动机(32)断开。
3.根据权利要求2所述的用于车辆的电源(1)，其特征在于，所述三个开关(3，4，5)与所述发电机(2)以及与彼此并联连接。
4.根据权利要求2所述的用于车辆的电源(1C)，其特征在于，所述第一开关(3C)和所述第三开关(5C)串联连接并与所述发电机(2)以及与所述第二开关(4)并联连接，其中所述第三开关(5C)和所述起动机电路(30C)与所述第一开关(3C)串联连接，并且其中所述第三开关(5C)和所述起动机电路(30C)与所述发电机(2)以及与所述铅电池(11)并联连接。
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