電源裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及安裝諸如在車輛內(nèi)的電源裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]例如，眾所周知的車載式電源系統(tǒng)具有包括多個電池(例如鉛電池和鋰離子電池)的配置。這些電池不同地用于向安裝在車輛上的各種電氣負(fù)載提供電力。具體地，在該配置中，具有產(chǎn)生電力的功能的旋轉(zhuǎn)電機經(jīng)提供有半導(dǎo)體開關(guān)的連接路徑被連接至鋰離子電池和鉛電池。半導(dǎo)體開關(guān)被打開/閉合以使旋轉(zhuǎn)電機與鋰離子電池和鉛電池電斷開/連接。因此，要防止對頻繁的充電/放電具有低耐久度(充電/放電的累積量)的鉛電池的早期劣化。
[0003]日本專利N0.5471083公開了一種技術(shù)，根據(jù)該技術(shù)，在鉛電池和鋰離子電池的剩余容量的使用范圍內(nèi)，提供了鉛電池的開路電壓與鋰離子電池(第二電池)的開路電壓重合的點。根據(jù)該技術(shù)，確定了電池特性以使“Li開路電壓>Pb開路電壓”的關(guān)系在鋰離子電池的剩余容量的使用范圍內(nèi)該點的上限側(cè)得到滿足。因此，避免使用在傳統(tǒng)技術(shù)中必要的DC-DC變壓器以降低成本的同時，確保最小化從鋰離子電池流入鉛電池的電流量以避免鉛電池的過度充電。
[0004]然而，根據(jù)日本專利N0.5471083所公開的技術(shù)，滿足“Li開路電壓>Pb開路電壓”的范圍以及滿足“Li開路電壓〈Pb開路電壓”的范圍兩者都在第二電池的正常使用范圍內(nèi)。因此，在“Li開路電壓〈Pb開路電壓”的狀態(tài)下，不再能優(yōu)先地從鋰離子電池側(cè)執(zhí)行放電。這引起了由鉛電池的累積放電量的增加而產(chǎn)生鉛電池劣化的擔(dān)憂。
[0005]當(dāng)滿足“Li開路電壓>Pb開路電壓”的范圍以及滿足“Li開路電壓〈Pb開路電壓”的范圍兩者都在第二電池的使用范圍內(nèi)時，可以對鉛電池內(nèi)的累積放電量的降低進(jìn)行測量。就如此的測量而言，例如當(dāng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椤癓i開路電壓〈Pb開路電壓”時，鉛電池和鋰離子電池可相互斷開(可斷開連接路徑中的半導(dǎo)體開關(guān))。然而，在此情況下，半導(dǎo)體開關(guān)重復(fù)地被接通/斷開，導(dǎo)致了半導(dǎo)體開關(guān)內(nèi)引起斷開失敗或半導(dǎo)體開關(guān)的不理想控制的可能性。有如此的斷開失敗會引起對于電氣負(fù)載的電源損失的擔(dān)憂。為了應(yīng)對如此的電源損失，需要提供后備電路來確保供電，但這引起增加成本的擔(dān)憂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]實施例提供了包括鉛電池和第二電池并且適當(dāng)?shù)貓?zhí)行電池的充電/放電的電源
目.ο
[0007]作為實施例的一方面，電源裝置包括發(fā)電機、鉛電池和第二電池，鉛電池和第二電池與發(fā)電機并聯(lián)連接。從鉛電池和第二電池提供電力給電氣負(fù)載。該裝置包括:保護(hù)控制部，該保護(hù)控制部限制對第二電池的充電量以保護(hù)第二電池免于過度充電，同時限制從第二電池的放電量以保護(hù)第二電池免于過度放電，從而第二電池的剩余容量落入整個剩余容量范圍中所確定的預(yù)定使用范圍內(nèi)；開/閉部，被提供在在鉛電池和第二電池之間進(jìn)行電連接的連接路徑上，并且被接通和斷開以便在鉛電池與第二電池之間進(jìn)行連接和斷開；以及開/閉控制部，控制開/閉部。
[0008]確定鉛電池和第二電池的開路電壓與內(nèi)阻，從而在與第二電池的整個剩余容量范圍內(nèi)使用范圍相比較小的剩余容量側(cè)上的區(qū)域內(nèi)提供了第二電池的開路電壓與鉛電池的開路電壓重合的點，在第二電池的使用范圍內(nèi)第二電池的開路電壓大于鉛電池的開路電壓，由發(fā)電機的發(fā)電所創(chuàng)建的充電狀態(tài)下第二電池的內(nèi)阻小于鉛電池的內(nèi)阻，并且處于最大充電電流從第二電池中穿過的狀態(tài)中的第二電池的端電壓小于處于發(fā)電機的發(fā)電狀態(tài)中的經(jīng)調(diào)節(jié)電壓。處于發(fā)電機的發(fā)電狀態(tài)和電氣負(fù)載被激活的負(fù)載激活狀態(tài)中的至少一個，開/閉控制部使開/閉部為斷開狀態(tài)。
【附圖說明】
[0009]在附圖中:
[0010]圖1是示出根據(jù)第一實施例的電源系統(tǒng)的電路圖；
[0011]圖2A和2B分別示出描繪鉛電池和鋰離子電池的S0C使用范圍的曲線圖；
[0012]圖3示出描繪鉛電池和鋰離子電池之間1-V特性的差異的曲線圖；
[0013]圖4示出描繪車輛的運轉(zhuǎn)狀態(tài)與鋰離子電池的充電/放電之間的相互關(guān)系的時間圖；
[0014]圖5是示出根據(jù)第二實施例的電源系統(tǒng)的電路圖；
[0015]圖6示出鋰離子電池的電壓特性；
[0016]圖7是示出S0C計算的過程的流程圖；以及
[0017]圖8A、8B和8C是示出其他電源系統(tǒng)的配置的電路圖。
【具體實施方式】
[0018]參考附圖，下文描述了應(yīng)用本發(fā)明的實施例。本實施例的車載式電源裝置安裝在使用發(fā)動機(內(nèi)燃機)作為驅(qū)動源運轉(zhuǎn)并且具有所謂空閑停止功能(自動停止和重新啟動功能)的車輛內(nèi)。
[0019](第一實施例)
[0020]圖1是示出根據(jù)第一實施例的電源系統(tǒng)的電路圖。如圖1所示，本實施例的電源系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)機10、鉛電池11、鋰離子電池12、起動機13、多種電氣負(fù)載14、M0S開關(guān)15以及SMR開關(guān)16。這些組件中的鋰離子電池12和開關(guān)15及16容納在未被示出的外殼(容納外殼)內(nèi)，用于整合以便配置為電池單元U。電池單元U包括配置了電池控制部(裝置)的控制器20。開關(guān)15和16以及控制器20以安裝在單個基板上的狀態(tài)容納在外殼內(nèi)。
[0021]電池單元U包括第一端子T1和第二端子T2作為外部端子。第一端子T1與鉛電池11、起動機13和電氣負(fù)載14連接，而第二端子T2與旋轉(zhuǎn)機相10連接。端子T1和T2用作旋轉(zhuǎn)機10的輸入/輸出電流通過的高電流輸入/輸出端子。
[0022]旋轉(zhuǎn)機10具有通過皮帶等與未被示出的發(fā)動機輸出軸連接以便被驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)軸。發(fā)動機輸出軸的旋轉(zhuǎn)引起旋轉(zhuǎn)機10的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)，同時旋轉(zhuǎn)機10的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)引起旋轉(zhuǎn)輸出軸的旋轉(zhuǎn)。在此情況下，旋轉(zhuǎn)機10具有隨著發(fā)動機輸出軸與輪軸的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生(再生)電力的發(fā)電功能，以及向發(fā)動機輸出軸施加扭矩的動力輸出功能，由此配置ISG (集成啟動發(fā)電機)。
[0023]鉛電池11和鋰離子電池12與旋轉(zhuǎn)機10并聯(lián)電連接以使電池11和12能夠由旋轉(zhuǎn)機10所產(chǎn)生的電力充電。確保用電池11和12所提供的電力驅(qū)動旋轉(zhuǎn)機10。
[0024]鉛電池11是眾所周知的通用電池。相反，鋰離子電池12是高密度電池，與鉛電池11相比，在充電/放電期間引起較少的電力損耗并且具有更高輸出密度及能量密度。在此情況下，鋰離子電池12對應(yīng)于第二電池。第二電池可以是比鉛電池11具有更高輸出密度或能量密度的電池。
[0025]具體地，鉛電池11包括作為正電極活性材料的二氧化鉛(Pb02)，作為負(fù)電極活性材料的鉛(Pb)以及作為電解質(zhì)的硫酸(H2S04)。鉛電池11被配置為串聯(lián)連接各自包括由這些材料制成的電極的多個電池單元。在本實施例的設(shè)置中，確保鉛電池11具有比鋰離子電池12更大的存儲容量。
[0026]另外一方面，鋰離子電池12包括含有鋰的氧化物(鋰金屬復(fù)合氧化物)作為正電極活性材料。作為鋰金屬復(fù)合氧化物的具體示例，所述鋰金屬復(fù)合氧化物能夠由LiCo02、LiMn204、LiNi02和LiFeP04等制成?？捎玫匿囯x子電池12的負(fù)電極活性材料包括碳(C)或石墨、鈦酸鋰(例如LixTi02)或含有Si或Sn的合金。有機電解質(zhì)被用作鋰離子電池12的電解質(zhì)。鋰離子電池12被配置為串聯(lián)連接各自包括由這些材料制成的電極的多個電池單元。
[0027]在圖1中，附圖標(biāo)記11a和12a分別表示鉛電池11與鋰離子電池12的電池單元組，而附圖標(biāo)記lib和12b分別表示鉛電池11與鋰離子電池12的內(nèi)阻。在下文描述中，電池的開路電壓V0是指由電池單元組11a或12a所產(chǎn)生的電壓，而電池的端電壓Vd或Vc是指由下文表達(dá)式⑴或⑵所表示的電壓。
[0028]Vd = VO -1dXR...(1)
[0029]Vc = VO+IcXR...(2)
[0030]在表達(dá)式中，Id指放電電流、Ic指充電電流、R指電池的內(nèi)阻以及V0指電池的開路電壓。如表達(dá)式⑴和⑵所示，放電狀態(tài)下的端電壓Vd隨著內(nèi)阻R變大而變小，而充電狀態(tài)下的端電壓Vc隨著內(nèi)阻R變大而變大。
[0031]電氣負(fù)載14包括恒定電壓需求負(fù)載，其中，電力需要具有幾乎恒定的電壓，或者電力需要是穩(wěn)定的，其變化在至少預(yù)定的范圍之內(nèi)。恒定電壓需求負(fù)載的具體示例包括導(dǎo)航系統(tǒng)和音頻系統(tǒng)。在此情況下，電壓變化的抑制能夠?qū)崿F(xiàn)這些系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。此外，電氣負(fù)載14包括前燈、諸如前擋風(fēng)玻璃的刮水器、空調(diào)的送風(fēng)機以及用于后擋風(fēng)玻璃的除霜裝置的加熱器。前燈、刮水器、送風(fēng)機等需要有恒定電壓的電力，因為電力的電壓變化能夠?qū)е虑盁舻拈W爍、刮水器的運行速度變化或者送風(fēng)機的旋轉(zhuǎn)速度變化(送風(fēng)聲音變化)。
[0032]電池單元U包括第一和第二連接路徑21和22作為相互連接第一和第二端子T1和T2以及鋰離子電池12的單元內(nèi)電路徑。這些路徑中，連接在第一和第二端子T1和T2之間的第一連接路徑21上提供M0S開關(guān)15作為開/閉部(裝置)。另外一方面，連接在第一連接路徑21上的連接點N1 (電池連接點)與鋰離子電池12之間的第二連接路徑22提供有SMR開關(guān)16。開關(guān)15和16各自包括2Xn M0SFET (半導(dǎo)體開關(guān))。M0SFET被串聯(lián)連接以使一組兩個M0SFET的寄生二極管取向在互相相反的方向上。當(dāng)通過寄生二極管關(guān)閉開關(guān)15和16時，穿過開關(guān)所在的路徑的電流被完全中斷。
[0033]本電源系統(tǒng)包括能夠不通過M0S開關(guān)15連接在鉛電池11與旋轉(zhuǎn)機10之間的旁路路徑23。具體地，提供了旁路路徑23，從而與第一端子T1相連接的電路徑(連接至鉛電池11等的路徑)與第二端子T2相連接的電路徑(連接至旋轉(zhuǎn)機10的路徑)電連接，在電池單元U周圍采取了繞行。旁路路徑23包括使鉛電池11側(cè)與旋轉(zhuǎn)機10側(cè)斷開或連接的旁路開關(guān)24。旁路開關(guān)24是正常閉合繼電器開關(guān)。應(yīng)該注意到，旁路路徑23和旁路開關(guān)24可提供在電池單元U內(nèi)，從而繞過M0S開關(guān)15。
[0034]控制器20將開關(guān)15和