專利名稱：具有多個(gè)蓄電池的電源單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電源單元，其包括兩個(gè)蓄電池鉛蓄電池和具有比鉛蓄電池高的功率密度和能量密度的第二蓄電池(諸如鋰蓄電池)。
背景技術(shù)：
向諸如起動(dòng)器電動(dòng)機(jī)的各種電負(fù)載提供電力的鉛蓄電池通常被安裝在使用內(nèi)燃機(jī)作為行駛驅(qū)動(dòng)源的車輛中。盡管鉛蓄電池比諸如鎳蓄電池和鋰蓄電池的高輸出和高能量密度蓄電池(高性能蓄電池)更廉價(jià)，但是其對(duì)頻繁充電和放電(累積充電和放電量)的耐久性低。鉛蓄電池特別地在具有怠速-停止功能的車輛中被頻繁放電，并且鉛蓄電池的早期劣化成為問題。此外，鉛蓄電池在具有交流發(fā)電動(dòng)機(jī)(該交流發(fā)電動(dòng)機(jī)通過(guò)從車輛的再生能量生成電力來(lái)對(duì)鉛蓄電池充電)的車輛中被頻繁充電，并且鉛蓄電池的早期劣化成為問題。為了解決這些問題而簡(jiǎn)單地將鉛蓄電池更換為上述高性能電池導(dǎo)致了成本的大幅增加。因此，JP-A-2007-46508、JP-A-2007-131134、JP-A-2008-29058、 JP-A-2008-155814和JP-A-2009-126395提出以并聯(lián)連接方式安裝具有對(duì)頻繁充電和放電的高耐久性的高性能蓄電池(第二蓄電池)和廉價(jià)的鉛蓄電池。換言之，高性能蓄電池優(yōu)先向電負(fù)載供電并且在怠速-停止期間被充電(特別地，再生充電)，從而抑制鉛蓄電池的劣化。另一方面，廉價(jià)的鉛蓄電池在諸如停車的長(zhǎng)時(shí)間段中提供所需的電力(暗電流供給)， 從而減少高性能蓄電池的容量并且抑制成本增加。當(dāng)蓄電池處于過(guò)度充電狀態(tài)或者過(guò)度放電狀態(tài)時(shí)，早期劣化成為問題。因此，需要控制這兩個(gè)蓄電池的充電和放電，使得表示充電狀態(tài)的充電的狀態(tài)(state of charge, SOC 實(shí)際充電量相對(duì)于充滿電的充電量的百分比)在如下范圍(適當(dāng)范圍)內(nèi)，在該范圍中蓄電池不會(huì)被過(guò)度充電或過(guò)度放電。具體地，當(dāng)鉛蓄電池的SOC下降到適當(dāng)范圍以下時(shí)， 通過(guò)將由調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)的生成電力的設(shè)定電壓Vreg設(shè)定為高電壓來(lái)促進(jìn)鉛蓄電池的充電。 另一方面，當(dāng)鉛蓄電池的SOC上升到適當(dāng)范圍以上時(shí)，通過(guò)將設(shè)定電壓Vreg設(shè)定為低電壓來(lái)促進(jìn)鉛蓄電池的放電。然而，盡管蓄電池的開路電壓值根據(jù)SOC而不同，但是鉛蓄電池的適當(dāng)范圍中的開路電壓(諸如12. 7V至12.8V)和高性能蓄電池的適當(dāng)范圍中的開路電壓通常不匹配。 因此，例如，當(dāng)設(shè)定電壓Vreg被設(shè)定為高電壓以促進(jìn)鉛蓄電池的充電時(shí)，即使高性能電池的SOC足夠高，生成的電力仍流入到高性能蓄電池中，因此高性能蓄電池的過(guò)度充電成為問題。此外，從高性能蓄電池將電力提供給被布置為使用鉛蓄電池作為電源操作的諸如起動(dòng)器電動(dòng)機(jī)的電負(fù)載，因此高性能蓄電池的過(guò)度放電成為問題。

發(fā)明內(nèi)容
完成本發(fā)明以解決上述問題。本發(fā)明的目的在于提供一種電源單元，其通過(guò)在鉛蓄電池之外還包括高性能蓄電池(第二蓄電池)來(lái)抑制鉛蓄電池的劣化并且降低成本，其中防止了第二蓄電池的過(guò)度充電和過(guò)度放電。通過(guò)關(guān)注經(jīng)由以下研究而明確的問題構(gòu)思了本發(fā)明。在描述本發(fā)明的配置之前， 以下將首先描述該研究的細(xì)節(jié)。對(duì)于上述問題，即第二蓄電池的過(guò)度充電和過(guò)度放電，本發(fā)明的發(fā)明人討論了在交流發(fā)電機(jī)10 (發(fā)電機(jī))和鉛蓄電池20，以及鋰蓄電池30 (第二蓄電池)之間提供開閉開關(guān)50，如圖18A和圖18B中所示。根據(jù)該配置，由于在對(duì)鉛蓄電池20充電時(shí)防止鋰蓄電池 30被充電時(shí)，或者防止從鋰蓄電池30到鉛蓄電池20側(cè)的放電時(shí)開閉開關(guān)50阻擋電流，解決了上述問題。然而，由于開閉開關(guān)50被頻繁地接通和斷開，因此需要開閉開關(guān)50對(duì)開/關(guān)切換具有耐久性。因此，本發(fā)明人決定使用諸如金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOS-FET)的半導(dǎo)體開關(guān)而非機(jī)械繼電器作為開閉開關(guān)50。然而，由于典型的MOS-FET 50中因結(jié)構(gòu)需要而具有寄生二極管，因此通過(guò)發(fā)明人的研究可清楚看到出現(xiàn)了如下問題。換言之，當(dāng)以如圖18A中所示的取向提供MOS-FET 50時(shí)，當(dāng)在MOS-FET 50中出現(xiàn)作為寄生二極管51的勢(shì)壘電壓或更大的電位差時(shí)，即使MOS-FET 50被斷開，電流仍經(jīng)由寄生二極管51從交流發(fā)電機(jī)10流到鋰蓄電池30 (參見圖18A中的虛線)。因此，不能確定地避免鋰蓄電池30的過(guò)度充電。此外，當(dāng)以如圖18B中所示的取向提供MOS-FET 50時(shí)，當(dāng)在MOS-FET 50中出現(xiàn)作為寄生二極管51的勢(shì)壘電壓或更大的電位差時(shí)，即使MOS-FET 50被斷開，電流仍經(jīng)由寄生二極管51從鋰蓄電池30流到起動(dòng)器電動(dòng)機(jī)41 (參見圖18B中的虛線)。因此，不能確定地避免鋰蓄電池30的過(guò)度放電。本發(fā)明在解決上述問題的同時(shí)防止了第二蓄電池的過(guò)度充電和過(guò)度放電。下面將描述本發(fā)明的操作和效果。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種電源單元包括發(fā)電機(jī)，其生成電力；第一電池，其能夠以發(fā)電機(jī)生成的電力被充電；第二電池，其與所述第一電池并聯(lián)電連接，能夠以發(fā)電機(jī)生成的電力被充電，并且具有比第一電池更高的輸出密度或者更高的能量密度；以及開關(guān)部件，其電連接在發(fā)電機(jī)和第一電池與第二電池之間，并且在發(fā)電機(jī)和第一電池與第二電池之間的傳導(dǎo)和阻擋之間切換。開關(guān)部件通過(guò)多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)來(lái)配置，該多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接，使得半導(dǎo)體開關(guān)中存在的各自的寄生二極管面對(duì)相反的電流流動(dòng)方向。簡(jiǎn)言之，通過(guò)將多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)(開關(guān)部件)串聯(lián)連接在發(fā)電機(jī)和鉛蓄電池(即第一電池)以及第二蓄電池(即第二電池)之間來(lái)配置上述本發(fā)明，使得半導(dǎo)體開關(guān)中存在的各個(gè)寄生二極管面對(duì)相反的方向。因此，當(dāng)所有半導(dǎo)體開關(guān)斷開時(shí)，即使在電流流過(guò)某個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)的寄生二極管時(shí)，該傳導(dǎo)也會(huì)被具有面對(duì)相反方向的寄生二極管的其他半導(dǎo)體開關(guān)阻擋。因此，在第二蓄電池的過(guò)度充電成為問題的情況中，如果所有半導(dǎo)體開關(guān)均被斷開，則可以確定地避免電流從發(fā)電動(dòng)機(jī)流到第二蓄電池。因此，可以確定地避免第二蓄電池的過(guò)度充電。此外，在第二蓄電池的過(guò)度放電成為問題的情況中，如果所有半導(dǎo)體開關(guān)均被斷開，則可以確定地避免從第二蓄電池對(duì)被布置為從鉛蓄電池供電的諸如起動(dòng)器電動(dòng)機(jī)的電負(fù)載的供電。因此，可以確定地避免第二蓄電池的過(guò)度放電。
如上文所述，提供鉛蓄電池和第二蓄電池的目的在于減小第二蓄電池的容量并且抑制成本增加。因此，當(dāng)在內(nèi)燃機(jī)停止時(shí)從這兩個(gè)蓄電池向電負(fù)載供電時(shí)，由于第二蓄電池的容量小于鉛蓄電池的容量，因此不能長(zhǎng)時(shí)間段地向被布置為從第二蓄電池供電的電負(fù)載 (第二電負(fù)載)提供足夠的電力。在該情形中，如果開關(guān)部件被接通，則可以從鉛蓄電池向第二電負(fù)載供電。然而，當(dāng)作為例如點(diǎn)火開關(guān)被斷開(IG OFF)的結(jié)果而停止對(duì)控制部件 (其控制對(duì)開關(guān)部件輸出通電信號(hào))供電時(shí)，開關(guān)部件不能被接通，并且不能將電力提供給第二電負(fù)載成為問題。在這一點(diǎn)上，根據(jù)本發(fā)明的第二方面，電源單元進(jìn)一步包括控制部件，其用于通過(guò)控制施加到開關(guān)部件的通電信號(hào)的輸出來(lái)控制開關(guān)部件接通和斷開。此外，針對(duì)開關(guān)部件在第二電池側(cè)提供能夠由第二電池供電的電負(fù)載以與第二電池并聯(lián)電連接。開關(guān)部件包括通電維持部件，其用于當(dāng)停止針對(duì)控制部件的供電時(shí)維持其中電流從第一電池流動(dòng)到第二電池側(cè)的通電狀態(tài)。根據(jù)上述配置，即使在內(nèi)燃機(jī)停止并且停止對(duì)控制部件供電的條件下，通電維持部件仍維持其中電流從鉛蓄電池流到第二蓄電池側(cè)的通電狀態(tài)。因此，具有比第二蓄電池更大的容量的鉛蓄電池可以向第二電負(fù)載供電。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，通電維持部件包括并聯(lián)地電連接到開關(guān)部件的電阻器， 并且被配置為當(dāng)由于停止對(duì)控制部件供電而停止通電信號(hào)的輸出時(shí)，經(jīng)由電阻器從第一電池向第二電池側(cè)提供電力。假設(shè)通過(guò)通電維持部件的維持功能從鉛蓄電池提供給第二電負(fù)載的電力是極小的量。因此，即使電阻元件的電阻值被設(shè)定為足夠高，通電維持部件仍可以充分地確保提供給第二電負(fù)載的電力的量。因此，即使在內(nèi)燃機(jī)停止并且停止對(duì)控制部件供電的條件下，仍可以維持其中將電流從鉛蓄電池經(jīng)由電阻元件發(fā)送到第二蓄電池的通電狀態(tài)。另一方面，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)正在工作時(shí)，作為電阻元件的電阻值被設(shè)定為足夠高的結(jié)果， 即使在開關(guān)部件的阻擋操作期間，從鉛蓄電池側(cè)經(jīng)由電阻元件流到第二蓄電池側(cè)的電力的量足夠小到可被忽略。因此，在根據(jù)第三方面的本發(fā)明中，由于通電維持部件可以簡(jiǎn)單地通過(guò)提供電阻元件來(lái)配置，因此可以通過(guò)少量的部件低成本地實(shí)現(xiàn)通電維持部件。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，通電維持部件包括電阻器和整流元件，整流元件串聯(lián)連接到電阻器并且被布置為使得整流元件的正向方向被設(shè)定為允許電流從第一電池流動(dòng)到第二電池側(cè)。根據(jù)上述配置，在其中通電維持部件維持通電狀態(tài)，同時(shí)內(nèi)燃機(jī)停止并且停止對(duì)控制部件供電的條件下，可以避免從第二蓄電池向被布置為從鉛蓄電池供電的電負(fù)載供電。因此，可以促進(jìn)防止第二蓄電池的過(guò)度放電。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，其中寄生二極管的正向方向被設(shè)定為允許電流從第一電池流動(dòng)到第二電池側(cè)的半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接到電阻器，并且半導(dǎo)體開關(guān)的寄生二極管用作整流元件。根據(jù)上述配置，較之與半導(dǎo)體開關(guān)的寄生二極管分離地提供專用于通電維持部件的整流元件的情況，可以減少部件數(shù)目(參見圖12)。可替選地，作為專用于通電維持部件的整流元件和半導(dǎo)體開關(guān)的寄生二極管串聯(lián)連接的結(jié)果(參見圖11)，可以實(shí)現(xiàn)如下配置，在該配置中即使在整流元件或寄生二極管中的任一個(gè)被損壞時(shí)，仍可以避免第二蓄電池的過(guò)度放電。根據(jù)本發(fā)明的第六方面，通電維持部件是具有自鎖功能的閉鎖開關(guān)。當(dāng)由于停止對(duì)控制部件的電力供應(yīng)而停止通電信號(hào)的輸出時(shí)，閉鎖開關(guān)接通以通過(guò)自鎖來(lái)維持通電狀態(tài)。根據(jù)上述配置，即使在其中內(nèi)燃機(jī)停止并且停止對(duì)控制部件供電的條件下，作為閉鎖開關(guān)被接通的結(jié)果，仍可以維持其中將電流從鉛蓄電池發(fā)送到第二蓄電池側(cè)的通電狀態(tài)。另一方面，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)正在工作時(shí)，作為閉鎖開關(guān)被斷開的結(jié)果，可以完全避免在開關(guān)部件的阻擋操作期間作為通電維持部件(閉鎖開關(guān))的結(jié)果而進(jìn)入通電狀態(tài)。在這一點(diǎn)上，本發(fā)明比前述通過(guò)電阻元件配置通電維持部件的發(fā)明更加有利。根據(jù)本發(fā)明的第七方面，通電維持部件包括輸出保持電路，當(dāng)停止對(duì)控制部件的電力供應(yīng)時(shí)，其保持通電信號(hào)的輸出。根據(jù)該配置，即使在其中內(nèi)燃機(jī)停止并且停止對(duì)控制部件供電的條件下，作為使通電信號(hào)保持在輸出狀態(tài)的結(jié)果，可以維持將電流從鉛蓄電池發(fā)送到第二蓄電池側(cè)的通電狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的第八方面，電源單元進(jìn)一步包括第二開關(guān)部件，其電連接開關(guān)部件和第二電池之間的電流路徑。第二開關(guān)部件由控制部件開關(guān)，使得電流路徑在傳導(dǎo)和阻擋狀態(tài)之間切換，并且用作常開類型的開關(guān)，當(dāng)控制部件未輸入第二通電信號(hào)時(shí)斷開以阻擋電流路徑。根據(jù)上述配置，當(dāng)作為例如正在執(zhí)行IG OFF操作的結(jié)果而停止對(duì)控制部件的電力供應(yīng)時(shí)，作為常開類型開關(guān)的第二開關(guān)部件被斷開。因此，在IG OFF期間可防止從第二蓄電池到被布置為使用第二蓄電池作為電源進(jìn)行操作的電負(fù)載(第二電負(fù)載)的放電。因此， 可以避免由第二蓄電池長(zhǎng)時(shí)間段地放電引起的過(guò)度放電。特別地，在將上述發(fā)明應(yīng)用于根據(jù)第二至第七方面中的任一方面的本發(fā)明時(shí)，在 IG OFF期間，作為通電維持部件的操作的結(jié)果，鉛蓄電池向第二電負(fù)載供電。因此，由于即使在第二開關(guān)部件防止第二蓄電池的放電時(shí)仍可以維持對(duì)第二電負(fù)載的電力供應(yīng)，將上述發(fā)明應(yīng)用于根據(jù)第二至第七方面中的任一方面的本發(fā)明是有利的。根據(jù)本發(fā)明的第九方面，當(dāng)?shù)诙姵氐拇鎯?chǔ)電力的量低于下限閾值時(shí)，開關(guān)部件切換到傳導(dǎo)以便于對(duì)第二電池充電。在具有怠速-停止功能的車輛中，即使在已建立用于執(zhí)行怠速-停止的條件時(shí) (諸如制動(dòng)踏板被壓下并且車輛速度下降到零)，當(dāng)?shù)诙铍姵卮鎯?chǔ)的電量小于如上文所述的下限閾值時(shí)，優(yōu)選地禁止怠速-停止以防止過(guò)度放電。根據(jù)本發(fā)明的第十方面，當(dāng)?shù)诙姵氐拇鎯?chǔ)電力的量高于下限閾值時(shí)，開關(guān)部件切換到阻擋以便于停止對(duì)第二電池充電。在再生發(fā)電期間，優(yōu)選地通過(guò)再生生成的電力對(duì)第二蓄電池充電，并且收集再生生成的電力。然而，當(dāng)?shù)诙铍姵卮鎯?chǔ)的電量大于如上文所述的上限閾值時(shí)，即使在再生發(fā)電期間仍優(yōu)選地禁止開關(guān)部件的通電操作以防止過(guò)度充電。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的電源單元的電框圖；圖2是在圖1中的電源單元中執(zhí)行的再生充電期間的操作的圖；圖3是在圖1中的電源單元中執(zhí)行的自動(dòng)重啟期間的操作的圖；圖4是在圖1中的電源單元中執(zhí)行的怠速-停止(Vd(Pb) > Vd(Li))期間的操作的圖；圖5是在圖1中的電源單元中執(zhí)行的怠速-停止(VdOn3)彡Vd(Li))期間的操作的圖；圖6是針對(duì)驅(qū)動(dòng)許可標(biāo)志和驅(qū)動(dòng)請(qǐng)求標(biāo)志的設(shè)定條件的圖；圖7是針對(duì)SOC(Li)優(yōu)化控制的過(guò)程的流程圖；圖8是根據(jù)點(diǎn)火開關(guān)的狀態(tài)和附件開關(guān)的狀態(tài)的、針對(duì)MOS-FET 50和60以及Li 蓄電池繼電器70的控制細(xì)節(jié)的圖；圖9是由ECU 80執(zhí)行的用于執(zhí)行如圖8中所示的控制的處理中的過(guò)程的流程圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的電源單元的電框圖；圖11是根據(jù)第二實(shí)施例的第一變化示例的電框圖；圖12是根據(jù)第二實(shí)施例的第二變化示例的電框圖；圖13是根據(jù)第二實(shí)施例的第二變化示例的電框圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的電源單元的電框圖；圖15是根據(jù)第三實(shí)施例的變化示例的電框圖；圖16是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的電源單元的電框圖；圖17是根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的電源單元的電框圖；以及圖18A和圖18B是由本發(fā)明入在構(gòu)思本發(fā)明的過(guò)程期間研究的電源單元的電框圖。
具體實(shí)施例方式將參照附圖描述具體指定本發(fā)明的實(shí)施例。在實(shí)施例通篇中，在附圖中對(duì)彼此相同或等同的部分賦予相同的附圖標(biāo)記，并且具有相同附圖標(biāo)記的部分的描述被合并。(第一實(shí)施例)在其中安裝了根據(jù)第一實(shí)施例的電源單元的車輛使用內(nèi)燃機(jī)作為行駛驅(qū)動(dòng)源。該車輛具有怠速-停止功能，其在滿足預(yù)定自動(dòng)停止條件時(shí)自動(dòng)地停止內(nèi)燃機(jī)，并且在滿足預(yù)定自動(dòng)重起動(dòng)條件時(shí)自動(dòng)地重起動(dòng)內(nèi)燃機(jī)。盡管包括在起動(dòng)內(nèi)燃機(jī)時(shí)旋轉(zhuǎn)曲柄軸的起動(dòng)器電動(dòng)機(jī)，但是不包括輔助車輛行駛的行駛電動(dòng)機(jī)。 如圖1中所示，車輛包括下文描述的交流發(fā)電機(jī)10 (發(fā)電機(jī))，調(diào)節(jié)器11 (發(fā)電控制部件)，鉛蓄電池20(第一電池)，鋰離子電池30(第二電池)，各種電負(fù)載41、42和43， 兩個(gè)MOS-FET 50和60 (開關(guān)部件，和半導(dǎo)體開關(guān))，以及Li (鋰)蓄電池繼電器70 (第二開關(guān)部件)。鉛蓄電池20、鋰離子電池30和電負(fù)載41至43并聯(lián)地電連接到交流發(fā)電機(jī) 10。 MOS-FET 50和60被布置在交流發(fā)電機(jī)10和鉛蓄電池20與鋰離子電池30之間， 并且用作開關(guān)部件，用于針對(duì)交流發(fā)電機(jī)10和鉛蓄電池20在鋰離子電池30的通電(ON)和阻擋(OFF)之間切換。此外，MOS-FET 50和60可以被視為因其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的必要性而用作整流部件。換言之，MOS-FET 50和60的內(nèi)部電路可以被視為等同于其中半導(dǎo)體開關(guān)部分52和62 (開關(guān)部件)分別與寄生二極管51和61 (整流部件)并聯(lián)連接的電路。到半導(dǎo)體開關(guān)部分52和 62的柵極的輸入信號(hào)由電子控制單元(EOT 80)控制。換言之，MOS-FET 50和60的ON操作(通電操作)和OFF操作(阻擋操作)被控制為由ECU 80進(jìn)行切換。兩個(gè)MOS-FET 50和60被串聯(lián)連接，使得寄生二極管51和61面對(duì)彼此相反的方向。因此，當(dāng)兩個(gè)MOS-FET 50和60被斷開時(shí)，可以完全阻擋電流流過(guò)寄生二極管51和61。 因此，如果兩個(gè)MOS-FET 50和60被斷開，則可以避免從鋰離子電池30到鉛蓄電池20側(cè)的放電，并且還可以避免從鉛蓄電池20側(cè)到鋰離子電池30的充電。Li蓄電池繼電器70是電磁繼電器，其具有機(jī)械接觸并且不具有整流部件。Li蓄電池繼電器70的ON操作(通電操作)和OFF操作(阻擋操作)被控制為由ECU 80切換。 Li蓄電池繼電器70在緊急情況中使用并且在普通操作期間總是接通。在緊急情況(下文給出了其示例)中，Li蓄電池繼電器70被斷開，從而避免了鋰離子電池30的過(guò)度充電和過(guò)度放電。例如，當(dāng)調(diào)節(jié)器11出故障并且設(shè)定電壓Vreg變得異常高時(shí)，進(jìn)入過(guò)度充電狀態(tài)的鋰離子電池30成為問題。在該情形中，Li蓄電池繼電器70被斷開。此外，當(dāng)鋰離子電池 30因交流發(fā)電機(jī)10或者M(jìn)OS-FET 50和60中的故障而不能被充電時(shí)，鋰離子電池30的過(guò)度放電成為問題。在該情形中，Li蓄電池繼電器70也被斷開。電負(fù)載41至43中的由附圖標(biāo)記43指示的負(fù)載是需要恒定電壓的電負(fù)載43，其需要提供的電力的電壓穩(wěn)定，或者大致恒定或者至少在預(yù)定范圍內(nèi)變化。需要恒定電壓的電負(fù)載43電連接在MOS-FET 50和60的鋰離子電池30側(cè)上。結(jié)果，對(duì)需要恒定電壓的電負(fù)載43的電力供應(yīng)被分配給鋰離子電池30。需要恒定電壓的電負(fù)載43的具體示例包括導(dǎo)航設(shè)備和音頻設(shè)備。例如，當(dāng)提供的電力的電壓不是恒定的并且顯著變化，或者顯著變化從而超過(guò)預(yù)定范圍時(shí)，出現(xiàn)了如下問題當(dāng)電壓暫時(shí)下降到最小操作電壓以下時(shí)，導(dǎo)航設(shè)備等的操作重置。因此，對(duì)需要恒定電壓的電負(fù)載43提供的電力的電壓需要在不下降到最小操作電壓以下的恒定值處保持穩(wěn)定。電負(fù)載41至43中的由附圖標(biāo)記41指示的負(fù)載是起動(dòng)內(nèi)燃機(jī)的起動(dòng)器電動(dòng)機(jī)。由附圖標(biāo)記42指示的負(fù)載是需要恒定電壓的電負(fù)載43和起動(dòng)器電動(dòng)機(jī)41以外的普通電負(fù)載。普通電負(fù)載42的具體示例包括前燈、用于前擋風(fēng)玻璃等的擋風(fēng)玻璃雨刷、用于空調(diào)的鼓風(fēng)機(jī)和用于后擋風(fēng)玻璃的除霜器加熱器等。起動(dòng)器電動(dòng)機(jī)41和普通電負(fù)載42電連接在MOS-FET 50和60的鉛蓄電池20側(cè)上。結(jié)果，對(duì)起動(dòng)器電動(dòng)機(jī)41和普通電負(fù)載42的電力供應(yīng)被分配給鉛蓄電池20。交流發(fā)電機(jī)10從曲柄軸的旋轉(zhuǎn)能量生成電力。具體地，當(dāng)交流發(fā)電機(jī)10的轉(zhuǎn)子被曲柄軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，基于流到轉(zhuǎn)子線圈IOa的勵(lì)磁電流在定子線圈中感生了交流電流，并且該交流電流由整流器(未示出)轉(zhuǎn)換為直流電流。隨后，作為調(diào)節(jié)器11調(diào)整流到轉(zhuǎn)子線圈 IOa的勵(lì)磁電流的結(jié)果，所生成的直流電流的電壓被調(diào)整為變?yōu)樵O(shè)定電壓Vreg。交流發(fā)電機(jī)10生成的電力被提供給各種電負(fù)載41至43，并且還被提供給鉛蓄電池20和鋰離子電池30。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動(dòng)停止并且交流發(fā)電機(jī)10不再發(fā)電時(shí)，鉛蓄電池20 和鋰離子電池30向電負(fù)載41至43供電。調(diào)整設(shè)定電壓Vreg并且控制MOS-FET 50和60 的操作，使得從鉛蓄電池20和鋰離子電池30到電負(fù)載41至43的放電量，以及來(lái)自交流發(fā)電機(jī)10的充電量處于SOC不會(huì)變得過(guò)度充電或者過(guò)度放電的范圍(適當(dāng)范圍)內(nèi)。此外，根據(jù)第一實(shí)施例，執(zhí)行減速再生，其中交流發(fā)電機(jī)10從車輛的再生能量生成電力并且對(duì)蓄電池20和30(主要是鋰離子電池30)充電。當(dāng)滿足諸如車輛處于減速狀態(tài)并且針對(duì)內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射被切斷的條件時(shí)，執(zhí)行減速再生。鉛蓄電池20是已知的通用蓄電池。具體地，鉛蓄電池20的陰極活性材料是二氧化鉛0 )，陽(yáng)極活性材料是鉛(Pb)，并且電解液是硫酸(H2SO4)。鉛蓄電池20通過(guò)串聯(lián)連接多個(gè)由這些電極構(gòu)成的電池單元來(lái)配置。鉛蓄電池20的充電容量被設(shè)定為大于鋰離子電池30的充電容量。另一方面，包含鋰的氧化物(組合了鋰的金屬氧化物)被用作鋰離子電池30的陰極活性材料。其具體示例包括LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiFePO4等。碳(C)、石墨、鈦酸鋰 (諸如LixTiO2)、含Si或Su的合金等被用作鋰離子電池30的陽(yáng)極活性材料。有機(jī)電解液被用作鋰離子電池30的電解液。鋰離子電池30通過(guò)串聯(lián)連接多個(gè)由這些電極構(gòu)成的電池單元來(lái)配置。特別地根據(jù)第一實(shí)施例，鈦酸鋰被用作鋰離子電池30的陽(yáng)極活性材料。圖1中的附圖標(biāo)記21和31表示鉛蓄電池20和鋰離子電池30的電池單元組件。 附圖標(biāo)記22和32表示鉛蓄電池20和鋰離子電池30的內(nèi)阻。在下面的描述中，蓄電池的開路電壓VO指的是電池單元組件21和31生成的電壓。蓄電池的端電壓Vd和Vc指的是由以下等式1和2表示的電壓。Vd = VO-IdXR (等式 1)Vc = VO+IcXR (等式 2)這里，放電電流是Id ；充電電流是Ic ；蓄電池的內(nèi)阻是R ；并且蓄電池的開路電壓是V0。如等式1和2所指示的，放電期間的端電壓Vd隨著內(nèi)阻R增加而變?yōu)楦〉闹担⑶页潆娖陂g的端電壓Vc隨著內(nèi)阻R增加而變?yōu)楦蟮闹?。這里，由于蓄電池20和30并聯(lián)連接，因此當(dāng)交流發(fā)電機(jī)10執(zhí)行充電時(shí)，如果 MOS-FET 50和60已被接通，則交流發(fā)電機(jī)10的感生電流以較低的端電壓Vc流入到蓄電池中。另一方面，當(dāng)向電負(fù)載42和43提供電力(放電)時(shí)，如果MOS-FET 50和60在非發(fā)電期間已被接通，則以更高的端電壓Vd從蓄電池向電負(fù)載放電。 此外，在再生充電期間，通過(guò)增加鋰離子電池30的端電壓Vc (Li)低于鉛蓄電池20 的端電壓Vc(Pb)的機(jī)會(huì)，將鋰離子電池30設(shè)定為較之鉛蓄電池20被優(yōu)先充電。此外，在放電期間，通過(guò)增加鋰離子電池30的端電壓Vd(Li)高于鉛蓄電池20的端電壓Vd(Pb)的機(jī)會(huì)，將鋰離子電池30設(shè)定為較之鉛蓄電池20優(yōu)先向需要恒定電壓的電負(fù)載43放電?？梢酝ㄟ^(guò)設(shè)定蓄電池20和30的開路電壓VO和內(nèi)阻值R來(lái)實(shí)現(xiàn)上述設(shè)置。開路電壓VO的設(shè)定可以通過(guò)選擇鋰離子電池30的陰極活性材料、陽(yáng)極活性材料和電解液來(lái)實(shí)現(xiàn)。下面將描述用于增加在再生充電期間實(shí)現(xiàn)Vc (Li) < Vc(Pb)的機(jī)會(huì)以及在放電期間實(shí)現(xiàn)Vd(Li) > Vd(Pb)的機(jī)會(huì)的設(shè)置的細(xì)節(jié)。鉛蓄電池20的SOC的適當(dāng)范圍(Pb)是SOC 88%至92%，并且鋰離子電池30的
9SOC的適當(dāng)范圍(Li)是SOC 35%至80%。適當(dāng)范圍(Li)的上限低于適當(dāng)范圍(Pb)的上限，并且適當(dāng)范圍(Li)的下限低于適當(dāng)范圍(Pb)的下限。此外，鋰離子電池30被設(shè)定為實(shí)現(xiàn)滿足如下條件(a)至(c)的鋰離子電池30的電壓特性(開路電壓和SOC之間的關(guān)系)。 具體地，通過(guò)選擇鋰離子電池30的陰極活性材料、陽(yáng)極活性材料和電解液的組合，可以創(chuàng)建滿足條件(a)至(c)的電壓特性。條件(a)在鉛蓄電池20的適當(dāng)范圍(Pb)內(nèi)和鋰離子電池30的適當(dāng)范圍(Li)內(nèi)存在鉛蓄電池20的開路電壓VO(Pb)和鋰離子電池30的開路電壓VO(Li)匹配的點(diǎn)Vds。條件(b)在鋰離子電池30的適當(dāng)范圍(Li)中的匹配點(diǎn)Vds的上限側(cè)上，鋰離子電池30的開路電壓VO (Li)高于鉛蓄電池20的開路電壓VO (Pb)。條件(c)在鋰離子電池30的適當(dāng)范圍(Li)中的匹配點(diǎn)Vds的下限側(cè)上，鋰離子電池30的開路電壓VO (Li)低于鉛蓄電池20的開路電壓VO (Pb)。接下來(lái)，將描述用于根據(jù)引擎的操作狀態(tài)切換MOS-FET 50和60的ON和OFF的方法。如上文所述，除非在緊急情況中，否則Li蓄電池繼電器70 —直被接通。如圖2中所示，當(dāng)交流發(fā)電機(jī)10通過(guò)減速再生來(lái)發(fā)電時(shí)，M0S-FET50和60被接通。 結(jié)果，通過(guò)減速再生生成的電力對(duì)鋰離子電池30充電。此外，一部分再生能量還被提供給電負(fù)載42和43以及鉛蓄電池20。如圖3中所示，在怠速-停止功能的自動(dòng)重起動(dòng)期間，MOS-FET 50和60被斷開。 結(jié)果，由鉛蓄電池20執(zhí)行對(duì)起動(dòng)器電動(dòng)機(jī)41的電力供應(yīng)，并且避免了從鋰離子電池30到起動(dòng)器電動(dòng)機(jī)41的放電。提供給起動(dòng)器電動(dòng)機(jī)41的電力明顯大于提供給其他電負(fù)載42 和43的電力。因此，當(dāng)具有比鉛蓄電池20小的容量的鋰離子電池30向起動(dòng)器電動(dòng)機(jī)41 供電時(shí)，鋰離子電池30的SOC(Li)立即進(jìn)入過(guò)度放電狀態(tài)。因此，通過(guò)如上文所述避免從鋰離子電池30到起動(dòng)器電動(dòng)機(jī)41的放電，可以防止鋰離子電池30的過(guò)度放電。鉛蓄電池 20向普通電負(fù)載42提供電力，并且鋰離子電池30向需要恒定電壓的電負(fù)載43提供電力。如圖4中所示，當(dāng)在怠速-停止功能的怠速-停止(自動(dòng)停止)期間鉛蓄電池20 的端電壓Vd (Pb)高于鋰離子電池30的端電壓Vd(Li)時(shí)，MOS-FET 50和60被斷開。結(jié)果， 避免了電流從鉛蓄電池20流到鋰離子電池30，并且避免了鋰離子電池30的過(guò)度充電。鉛蓄電池20向普通電負(fù)載42供電，并且鋰離子電池30向需要恒定電壓的電負(fù)載43供電。另一方面，如圖5中所示，當(dāng)在怠速-停止功能的怠速-停止期間Vd(Pb)彡Vd(Li) 時(shí)，MOS-FET 50和60被接通。結(jié)果，由于從鋰離子電池30向普通電負(fù)載42供電，因此可以解決對(duì)普通電負(fù)載42電力供應(yīng)不足。鉛蓄電池20由鋰離子電池30充電，并且鋰離子電池30向需要恒定電壓的電負(fù)載43供電。在非再生期間(諸如在怠速操作、加速行駛和穩(wěn)定行駛期間)當(dāng)交流發(fā)電機(jī)10沒有通過(guò)減速再生發(fā)電時(shí)，根據(jù)鋰離子電池30的SOC(Li)來(lái)切換MOS-FET 50和60的ON和 OFF，從而將SOC(Li)控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。具體地，當(dāng)在非再生期間SOC(Li)大于第一閾值THl (上限閾值)時(shí)，如圖4中所示，MOS-FET 50和60被斷開。結(jié)果，從鋰離子電池30向需要恒定電壓的電負(fù)載43供電。 另一方面，當(dāng)在非再生期間SOC(Li)是第二閾值TH2(下限閾值)或其以下時(shí)，如圖2中所示，MOS-FET 50和60被接通。結(jié)果，從鉛蓄電池20或交流發(fā)電機(jī)10向需要恒定電壓的電負(fù)載43供電。結(jié)果，可以避免鋰離子電池30的過(guò)度放電。
將參照?qǐng)D6和圖7描述如上文所述的為了將SOC(Li)設(shè)定在適當(dāng)范圍內(nèi)而執(zhí)行的控制(SOC(Li)最優(yōu)化控制)。ECU 80 —直獲取蓄電池20和30的端電壓Vc和Vd或者開路電壓VO (Li)的檢測(cè)值，并且一直獲取由電流檢測(cè)部件71和72(參見圖1)檢測(cè)到的流過(guò)蓄電池20和30的電流的電流值。ECU 80還一直獲取鋰離子電池30的溫度(鋰溫度)和鉛蓄電池20的溫度 (鉛溫度)。E⑶80基于所獲取的鋰離子電池30的端電壓、鋰溫度等計(jì)算SOC(Li)，并且還基于所獲取的鉛蓄電池20的端電壓、鉛溫度等計(jì)算SOC(Pb)。圖6中的水平軸指示所計(jì)算的SOC(Li)值。如下文所述根據(jù)SOC(Li)值設(shè)定針對(duì) MOS-FET 50和60的驅(qū)動(dòng)許可標(biāo)志和驅(qū)動(dòng)請(qǐng)求標(biāo)志。換言之，當(dāng)SOC(Li)大于第一閾值THl (在圖6中的示例中THl = 80和90)時(shí)，為了避免鋰離子電池30的過(guò)度充電，驅(qū)動(dòng)許可標(biāo)志被設(shè)定為OFF并且MOS-FET 50和60的 ON操作被禁止。結(jié)果，交流發(fā)電機(jī)10或鉛蓄電池20對(duì)鋰離子電池30的充電被禁止(參見圖4)。另一方面，當(dāng)SOC(Li)是第二閾值TH2(在圖6中的示例中TH2 = 30和40)或其以下時(shí)，為了避免鋰離子電池30的過(guò)度放電，驅(qū)動(dòng)請(qǐng)求標(biāo)志被設(shè)為0N，并且MOS-FET 50和 60被接通。結(jié)果，交流發(fā)電機(jī)10或鉛蓄電池20對(duì)鋰離子電池30充電(參見圖幻。第一閾值THl和第二閾值TH2被設(shè)定為具有滯后作用，以根據(jù)SOC(Li)是在上升還是下降而具有不同的值。圖7是關(guān)于SOC(Li)最優(yōu)化控制的過(guò)程的流程圖，該過(guò)程由E⑶80中的微計(jì)算機(jī)
按預(yù)定周期重復(fù)執(zhí)行。首先，在圖7中的步驟SlO處，E⑶80判斷是否正在進(jìn)行減速再生。當(dāng)判斷出正在進(jìn)行減速再生(步驟SlO處的是)時(shí)，在驅(qū)動(dòng)許可標(biāo)志被設(shè)定為ON的條件下(SOC(Li) < THl)(步驟Sll處的是)，在后繼步驟S12處E⑶80使M0S-FET 50和60接通(參見圖 2)。結(jié)果，由鋰離子電池30收集減速再生電力。然而，即使當(dāng)判斷出正在進(jìn)行減速再生(步驟SlO處的是)時(shí)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)許可標(biāo)志被設(shè)定為OFF(步驟Sll處的否)時(shí)，在后繼步驟S13 處E⑶80仍禁止MOS-FET 50和60的ON操作，并且避免鋰離子電池30的過(guò)度充電。在該情形中，優(yōu)選地終止再生發(fā)電。另一方面，當(dāng)判斷出沒有在進(jìn)行減速再生(步驟SlO處的否)時(shí)，在驅(qū)動(dòng)請(qǐng)求標(biāo)志未被設(shè)定為ON的條件下(S0C (Li)彡TH2)，在后繼步驟S13處ECU 80使MOS-FET 50和60 斷開(參見圖4)。結(jié)果，鋰離子電池30向需要恒定電壓的電負(fù)載43放電。然而，即使當(dāng)判斷出沒有在進(jìn)行減速再生(步驟SlO處的否)時(shí)，如果SOC(Li) <TH2，則在步驟S12中 E⑶80仍使MOS-FET 50和60接通(參見圖2)。結(jié)果，鉛蓄電池20或者交流發(fā)電機(jī)10對(duì)鋰離子電池30充電，并且避免了鋰離子電池30的過(guò)度放電。在怠速-停止期間當(dāng)判斷出沒有在進(jìn)行減速再生(步驟SlO處的否)時(shí)，如早先參照?qǐng)D4和圖5所述，基于Vd(Pb)和Vd(Li)的比較來(lái)決定是接通還是斷開MOS-FET 50和 60。此外，在重起動(dòng)期間當(dāng)沒有在進(jìn)行減速再生(步驟SlO處的否)時(shí)，如早先參照?qǐng)D3所述，MOS-FET 50和60被斷開，并且避免了鋰離子電池30的過(guò)度放電。作為如上文所述進(jìn)行切換的MOS-FET 50和60的ON和OFF操作的結(jié)果，鋰離子電池30的SOC(Li)可以被控制在最優(yōu)范圍內(nèi)。另一方面，通過(guò)調(diào)整設(shè)定電壓Vreg，將鉛蓄電池20的SOC(Pb)控制在最優(yōu)范圍內(nèi)。具體地，當(dāng)計(jì)算的SOC(Pb)高于預(yù)定上限閾值時(shí)，作為將設(shè)定電壓Vreg控制為低于鉛蓄電池20的端電壓Vd(Pb)的結(jié)果，可以避免從交流發(fā)電機(jī)10對(duì)鉛蓄電池20的充電， 因此可以防止鉛蓄電池20的過(guò)度充電。另一方面，當(dāng)計(jì)算的SOC(Pb)低于預(yù)定下限閾值時(shí)， 作為將設(shè)定電壓Vreg控制為高于鉛蓄電池20的端電壓Vc (Pb)的結(jié)果，交流發(fā)電機(jī)10對(duì)鉛蓄電池20充電，因此防止了鉛蓄電池20的過(guò)度放電。上文描述了當(dāng)操作點(diǎn)火開關(guān)使其接通(IG ON)時(shí)的MOS-FET 50和60等的控制細(xì)節(jié)。與之對(duì)照，以下參照?qǐng)D8的描述是當(dāng)操作點(diǎn)火開關(guān)以使其斷開(IG OFF)時(shí)的MOS-FET 50和60、Li蓄電池繼電器70等的控制細(xì)節(jié)。如圖8中的行(a)中所示，當(dāng)車輛的電源狀態(tài)是OFF，即在IG OFF期間，并且附件開關(guān)也被斷開時(shí)，停止對(duì)E⑶80的電力供應(yīng)。隨之還停止從E⑶80到MOS-FET 50和60 的0N/0FF信號(hào)(通電信號(hào))的輸出。因此，MOS-FET 50和60被斷開。這里，Li蓄電池繼電器70被控制為根據(jù)來(lái)自E⑶80的0N/0FF信號(hào)(第二通電信號(hào))在ON和OFF之間切換，但是在一般的非緊急情況中一直是0N。當(dāng)沒有從ECU 80輸入0N/0FF信號(hào)時(shí)執(zhí)行OFF操作(斷開操作)以阻擋電流的常開類型的開關(guān)被用作Li蓄電池繼電器70。因此，當(dāng)如上文所述停止對(duì)E⑶80的電力供應(yīng)時(shí)，常開類型的Li蓄電池繼電器70被斷開。如圖8中的行(b)中所示，當(dāng)在IG OFF期間附件開關(guān)被接通時(shí)，由于向E⑶80提供電力，因此可以控制MOS-FET 50和60以及Li蓄電池繼電器70。然而，此時(shí)假設(shè)仍未完成許可Li蓄電池繼電器70接通的判斷(諸如Li蓄電池繼電器70的接觸沒有被焊接的判斷，或者鋰離子電池30的電壓和溫度在正常范圍內(nèi)的判斷)，且因此Li蓄電池繼電器70保持?jǐn)嚅_。此外，作為MOS-FET 50和60被接通的結(jié)果，鉛蓄電池20向需要恒定電壓的電負(fù)載43提供電力。如圖8中的行(c)中所示，在初次引擎起動(dòng)之前或者在初次引擎起動(dòng)期間當(dāng)IG ON 操作已被執(zhí)行時(shí)，假設(shè)仍未完成許可Li蓄電池繼電器70接通的判斷(諸如Li蓄電池繼電器70的接觸沒有被焊接的判斷，或者鋰離子電池30的電壓和溫度在正常范圍內(nèi)的判斷)， 且因此Li蓄電池繼電器70保持?jǐn)嚅_。此外，作為MOS-FET 50和60被接通的結(jié)果，鉛蓄電池20向需要恒定電壓的電負(fù)載43提供電力。此外，在怠速-停止期間，如早先參照?qǐng)D4和圖5所述，基于Vd(Pb)和Vd(Li)的比較來(lái)決定是接通還是斷開MOS-FET 50和60，并且Li蓄電池繼電器70被接通。在怠速-停止之后的重起動(dòng)期間，如早先參照?qǐng)D3所述，MOS-FET 50和60被斷開， 并且Li蓄電池繼電器70被接通。在減速再生期間，如早先參照?qǐng)D2所述，MOS-FET 50和60被接通并且Li蓄電池繼電器70被斷開。然而，當(dāng)SOC(Li)彡THl并且驅(qū)動(dòng)許可標(biāo)志未被設(shè)定為ON(步驟Sll處的否)時(shí)，則禁止MOS-FET 50和60的ON操作。在起動(dòng)和減速再生以外的一般操作期間，基于驅(qū)動(dòng)請(qǐng)求標(biāo)志的設(shè)定來(lái)決定 MOS-FET 50和60的0N-0FF操作，并且Li蓄電池繼電器70被接通。圖9是由E⑶80執(zhí)行的用于執(zhí)行如圖8中所示的控制的處理的過(guò)程的流程圖。 首先，在圖9中的步驟S20處，ECU 80判斷車輛是否處于其中點(diǎn)火開關(guān)處于IG OFF狀態(tài)，并且附件開關(guān)斷開的電源OFF狀態(tài)。當(dāng)判斷出車輛電源OFF(步驟S20處的是)時(shí)，停止向 E⑶80的電力供應(yīng)并且MOS-FET 50和60以及Li蓄電池繼電器70進(jìn)入OFF狀態(tài)(步驟 S21)。當(dāng)判斷出車輛電源不是OFF(步驟S20處的否)時(shí)，則在后繼步驟S22處ECU 80 判斷點(diǎn)火開關(guān)是否處于IG ON狀態(tài)。當(dāng)判斷出點(diǎn)火開關(guān)不處于IG ON狀態(tài)(步驟S22處的否)時(shí)，或者換言之，附件開關(guān)是ON，E⑶80使MOS-FET 50和60接通，并且使Li蓄電池繼電器70保持在OFF狀態(tài)(步驟S23)。當(dāng)判斷出點(diǎn)火開關(guān)處于IG ON狀態(tài)(步驟S22處的是)，引擎停止(步驟SM處的是)，并且引擎處于初次起動(dòng)之前(步驟S25處的是)時(shí)，E⑶80使MOS-FET 50和60接通并且使Li蓄電池繼電器70保持在OFF狀態(tài)(S23)。當(dāng)判斷出點(diǎn)火開關(guān)處于IG ON狀態(tài)(步驟S22處的是)，引擎停止(步驟SM處的是)，并且引擎不處于初次起動(dòng)之前(步驟S25處的否)時(shí)，ECU 80基于Vd(Pb)和Vd(Li)的比較來(lái)決定是執(zhí)行MOS-FET 50和60的ON操作還是OFF操作。具體地，當(dāng)Vd (Pb) < Vd (Li) (步驟S^處的是)時(shí)，E⑶80使MOS-FET 50和60接通，并且使Li蓄電池繼電器70接通 (步驟S12)。另一方面，當(dāng)Vd(Pb)彡Vd(Li)(步驟S^處的否)時(shí)，ECU 80斷開M0S-FET 50和60，并且使Li蓄電池繼電器70接通(步驟S13)。當(dāng)判斷出點(diǎn)火開關(guān)處于IG ON狀態(tài)(步驟S22處的是)并且引擎正在操作(步驟SM處的否)時(shí)，如果判斷出引擎正在執(zhí)行初次起動(dòng)(步驟S27處的是和步驟幻8處的是)，則E⑶80使MOS-FET 50和60接通，并且使Li蓄電池繼電器70保持在OFF狀態(tài)(步驟S2!3)。另一方面，在怠速-停止功能的自動(dòng)重起動(dòng)期間(步驟S27處的是和步驟幻8處的否)，E⑶80使MOS-FET 50和60斷開，并且使Li蓄電池繼電器70接通(步驟S13)。當(dāng)判斷出引擎正在操作(步驟SM處的否)時(shí)，如果判斷出引擎沒有在執(zhí)行起動(dòng) (步驟S27處的否)時(shí)，ECU 80執(zhí)行圖7中的上述處理(由虛線指示的步驟SlO至步驟S30 處的處理)。換言之，ECU 80基于是否正在進(jìn)行減速再生并且根據(jù)驅(qū)動(dòng)請(qǐng)求標(biāo)志和驅(qū)動(dòng)許可標(biāo)志的狀態(tài)，決定MOS-FET 50和60的ON狀態(tài)和OFF狀態(tài)。鋰溫度在鋰離子電池30的充電期間上升。當(dāng)鋰電池溫度變得過(guò)高時(shí)，促進(jìn)了鋰離子電池30的劣化。因此，在步驟Sll和步驟S13處的處理中，可以在鋰溫度小于預(yù)定值 TH3的條件下執(zhí)行步驟S12處的MOS-FET 50和60的ON操作(換言之，鋰離子電池30的充電)。根據(jù)上文，可以根據(jù)第一實(shí)施例實(shí)現(xiàn)如下效果。換言之，在交流發(fā)電機(jī)10、鉛蓄電池20與鋰離子電池30之間串聯(lián)連接多個(gè)雙 MOS-FET 50和60，使得寄生二極管51和61面對(duì)相反的方向。因此，當(dāng)MOS-FET 50和60 均被斷開時(shí)，阻擋電流流過(guò)寄生二極管51和61中的任一個(gè)。結(jié)果，在其中鋰離子電池30的過(guò)度充電成為問題的情況中，如果MOS-FET 50和60 被斷開，則可以確定地避免電流從交流發(fā)電機(jī)10或鉛蓄電池20流到鋰離子電池30。因此， 可以確定地防止鋰離子電池30的過(guò)度充電。此外，在鋰離子電池30的過(guò)度放電成為問題的情況中，如果MOS-FET 50和60被斷開，則可以確定地避免從鋰離子電池30到特別是起動(dòng)器電動(dòng)機(jī)41的放電。因此，可以確定地防止鋰離子電池30的過(guò)度放電。當(dāng)通過(guò)調(diào)整設(shè)定電壓Vreg將鉛蓄電池20的SOC(Pb)控制在適當(dāng)范圍內(nèi)時(shí)，當(dāng)鋰離子電池30未被充電時(shí)，如果MOS-FET 50和60被斷開，則可以與鋰離子電池30的端電壓Vc的幅度無(wú)關(guān)地調(diào)整設(shè)定電壓Vreg。另一方面，可以通過(guò)使MOS-FET 50和60在ON和 OFF之間切換來(lái)調(diào)整鋰離子電池30的SOC(Li)。因此，可以獨(dú)立且分離地控制SOC(Pb)和 SOC(Li)。(第二實(shí)施例)當(dāng)車輛的電源狀態(tài)是OFF時(shí)，隨之針對(duì)E⑶80的電力供應(yīng)停止，從E⑶80到 MOS-FET 50和60的0N/0FF信號(hào)的輸出也停止。因此，如上文所述，MOS-FET 50和60以及 Li蓄電池繼電器70也被斷開。因此，盡管從鉛蓄電池20提供在電源OFF期間需要的到普通電負(fù)載42的暗電流， 但是不能從鋰離子電池30提供在電源OFF期間需要的到需要恒定電壓的電負(fù)載43的暗電流。例如如果常開類型的繼電器被用作Li蓄電池繼電器70，則可以從鋰離子電池30向需要恒定電壓的電負(fù)載43提供暗電流。然而，由于鋰離子電池30的容量被設(shè)定為明顯小于鉛蓄電池20的容量，因此鋰離子電池30立即變?yōu)檫^(guò)度放電。對(duì)于該問題，根據(jù)第二實(shí)施例，如圖10中所示使電阻元件90 (通電維持部件)與 MOS-FET 50和60并聯(lián)連接。在電源OFF期間，經(jīng)由電阻元件90從鉛蓄電池20向需要恒定電壓的電負(fù)載提供暗電流。假設(shè)在電源OFF期間需要的到需要恒定電壓的電負(fù)載43的暗電流是極小的電力的量。因此，即使電阻元件90的電阻值被設(shè)定為足夠高，仍可以充分確保提供給需要恒定電壓的電負(fù)載43的暗電流的量。在電源ON期間，作為電阻元件90的電阻值被設(shè)定為足夠高的結(jié)果，即使當(dāng)MOS-FET 50和60被斷開時(shí)，經(jīng)由電阻元件90從鉛蓄電池20側(cè)流到鋰離子電池30側(cè)的電力的量也可以被設(shè)定為足夠小到可以忽略。此外，根據(jù)第二實(shí)施例，如圖10中所示，整流元件91串聯(lián)連接到電阻元件90。整流元件91被布置為如下取向，使得其中將電流從鉛蓄電池20側(cè)發(fā)送到鋰離子電池30側(cè)的方向是正向方向。結(jié)果，即使Li蓄電池繼電器70出故障并且在電源OFF期間保持接通， 仍可以在電源OFF期間避免經(jīng)由電阻元件90從鋰離子電池30向普通電負(fù)載42提供暗電流，并且可以避免鋰離子電池30的過(guò)度放電。此外，由于常開類型的繼電器被用作Li蓄電池繼電器70，因此Li蓄電池繼電器 70可以在電源OFF期間保持在OFF狀態(tài)。因此，在電源OFF期間到需要恒定電壓的電負(fù)載 43的暗電流供應(yīng)可以被分配給鉛蓄電池20，并且可以避免從鋰離子電池30向需要恒定電壓的電負(fù)載43提供暗電流。因此，可以避免電源OFF期間的鋰離子電池30的過(guò)度放電。(根據(jù)第二實(shí)施例的第一變化示例)盡管在圖10中電阻元件90與兩個(gè)MOS-FET 50和60并聯(lián)連接，電阻元件90的連接可如圖11中所示進(jìn)行修改。換言之，電阻元件90和整流元件91串聯(lián)連接到被布置為如下取向的MOS-FET 50，使得其中電流從鉛蓄電池20側(cè)流到鋰離子電池30側(cè)的方向是正向方向，并且與被布置為面對(duì)相反方向的MOS-FET 60并聯(lián)連接。結(jié)果，由于可以在電源OFF期間經(jīng)由電阻元件90和寄生二極管51從鉛蓄電池20 向需要恒定電壓的電負(fù)載43提供暗電流，因此可以實(shí)現(xiàn)與根據(jù)圖10中示出的實(shí)施例的效果相似的效果。在第一變化示例中，在電源OFF期間流過(guò)電阻元件90的暗電流由MOS-FET 50的整流元件(寄生二極管51)和整流元件91 二者進(jìn)行整流。因此，即使任一整流元件的整流功能出故障，仍可以確定地避免電源OFF期間從鋰離子電池30向普通電負(fù)載42放電。(根據(jù)第二實(shí)施例的第二變化示例)盡管在圖10和圖11中整流元件91與電阻元件90串聯(lián)連接，但是如圖12中所示，可以去除整流元件91并且可以通過(guò)MOS-FET 50的整流元件(寄生二極管51)實(shí)現(xiàn)電源OFF期間針對(duì)暗電流的整流功能。在該情形中也實(shí)現(xiàn)了與圖10中的效果相似的效果。當(dāng)整流元件91被去除時(shí)，如圖13中所示，可以將電阻元件90并聯(lián)連接到兩個(gè) MOS-FET 50和60。在該情形中也可以在電源OFF期間經(jīng)由電阻元件90從鉛蓄電池20向需要恒定電壓的電負(fù)載43提供暗電流。(第三實(shí)施例)根據(jù)圖10至圖13中所示的上述第二實(shí)施例，在電源OFF期間經(jīng)由電阻元件90從鉛蓄電池20向需要恒定電壓的電負(fù)載43提供暗電流。另一方面，根據(jù)圖14中示出的第三實(shí)施例，具有自鎖功能的閉鎖繼電器92(閉鎖開關(guān)(通電維持部件))替換電阻元件90，并且在該情形中不需要整流元件91。閉鎖繼電器92的ON操作和OFF操作被控制為由E⑶80進(jìn)行切換。當(dāng)附件開關(guān)被接通并且向ECU 80提供電力時(shí)，閉鎖繼電器92被控制為一直O(jiān)FF。緊挨著附件開關(guān)被斷開時(shí)阻擋對(duì)E⑶80的電力供應(yīng)之前，E⑶80使閉鎖繼電器92接通。因此，在阻擋對(duì)E⑶ 80的電力供應(yīng)之后，閉鎖繼電器90保持在ON狀態(tài)。結(jié)果，在電源OFF期間，可以通過(guò)接通的閉鎖繼電器92從鉛蓄電池20向需要恒定電壓的電負(fù)載43提供暗電流。此外，根據(jù)使用電阻元件90的圖10至圖13中示出的上述實(shí)施例，即使當(dāng)MOS-FET 50和60斷開時(shí)，在電源ON期間電流(盡管是最小量)仍流過(guò)電阻元件90。另一方面，根據(jù)第三實(shí)施例，由于閉鎖繼電器92被控制為在電源ON期間一直 OFF,因此當(dāng)MOS-FET 50和60被斷開時(shí)可以完全阻擋電流。然而，由于與使用閉鎖繼電器92時(shí)相比，可減少根據(jù)使用電阻元件90的上述實(shí)施例的元件數(shù)目，因此上述實(shí)施例在尺寸減小和成本降低方面是有利的。根據(jù)第三實(shí)施例的閉鎖開關(guān)被配置為具有機(jī)械繼電器，其中接觸由電磁螺線管來(lái)開閉；以及自鎖電路。然而，閉鎖開關(guān)可以通過(guò)半導(dǎo)體開關(guān)和自鎖電路來(lái)配置。(根據(jù)第三實(shí)施例的變化示例)盡管閉鎖繼電器92并聯(lián)連接到兩個(gè)MOS-FET 50和60，閉鎖繼電器92的連接可以如圖15中所示進(jìn)行修改。換言之，閉鎖繼電器92串聯(lián)連接到被布置為如下取向的MOS-FET 50，使得其中電流從鉛蓄電池20側(cè)流到鋰離子電池30側(cè)的方向是正向方向，并且與被布置為面對(duì)相反方向的MOS-FET 60并聯(lián)連接。結(jié)果，由于可以經(jīng)由閉鎖繼電器92和寄生二極管51從鉛蓄電池20向需要恒定電壓的電負(fù)載43提供暗電流，因此可以實(shí)現(xiàn)與根據(jù)圖14中示出的實(shí)施例的效果相似的效果。在該變化示例中，即使在電源OFF期間Li蓄電池繼電器70出故障并且沒有進(jìn)入通電OFF狀態(tài)，作為寄生二極管51的整流效應(yīng)的結(jié)果，仍可以防止經(jīng)由閉鎖繼電器92從鋰離子電池30向普通電負(fù)載42提供暗電流。因此，可以抑制電源OFF期間鋰離子電池30的過(guò)度放電。(第四實(shí)施例)
根據(jù)圖16中所示的第四實(shí)施例，電源單元包括輸出保持電路93 (通電維持部件)， 其保持從E⑶80輸出到MOS-FET 50和60的0N/0FF信號(hào)(通電信號(hào))。此外，上述閉鎖繼電器92和電阻元件90被去除。輸出保持電路93連接在MOS-FET 50和60與E⑶80之間，并且輸出保持電路93 的信號(hào)保持功能被配置為能夠由E⑶80停止。當(dāng)附件開關(guān)被接通并且向E⑶80提供電力時(shí)，停止輸出保持電路93的信號(hào)保持功能。另一方面，緊挨著附件開關(guān)被斷開時(shí)阻擋對(duì)ECU 80的電力供應(yīng)之前，E⑶80操作信號(hào)保持功能，并且輸出用于接通MOS-FET 50和60的通電信號(hào)。因此，在阻擋對(duì)E⑶80的電力供應(yīng)之后，MOS-FET 50和60保持在ON狀態(tài)。結(jié)果，在電源OFF期間可以經(jīng)由處于ON狀態(tài)的MOS-FET 50和60從鉛蓄電池20 向需要恒定電壓的電負(fù)載43提供暗電流。(第五實(shí)施例)根據(jù)圖1等中示出的上述實(shí)施例中的每個(gè)，單個(gè)ECU 80執(zhí)行用于計(jì)算鉛蓄電池20 的SOC(Pb)并且控制調(diào)節(jié)器11的操作使得SOC(Pb)在適當(dāng)范圍內(nèi)的鉛蓄電池控制，以及用于計(jì)算鋰離子電池30的SOC(Li)并且控制MOS-FET 50和60的操作使得SOC(Li)在適當(dāng)范圍內(nèi)的鋰離子電池控制。另一方面，根據(jù)圖17中示出的第五實(shí)施例，分離地提供執(zhí)行鉛蓄電池控制的ECU 81和執(zhí)行鋰離子電池控制的E⑶82。E⑶82、鋰離子電池30、M0S-FET 50和60以及Li蓄電池繼電器70被集成地配置為鋰離子電池單元30U。E⑶81和82被連接為能夠雙向通
fn °結(jié)果，電源單元可以被改變?yōu)槿缦聠卧獌H通過(guò)將鋰離子電池單元30U添加到由交流發(fā)電機(jī)10，調(diào)節(jié)器11，各種電負(fù)載41、42和43、鉛蓄電池20和E⑶81構(gòu)成的現(xiàn)有電源單元，鉛蓄電池20并聯(lián)連接到鋰離子電池30。因此，可以減少現(xiàn)有電源單元中需要硬件設(shè)計(jì)修改的改變。在根據(jù)圖17中示出的第五實(shí)施例的硬件配置中，也執(zhí)行與根據(jù)上述第一至第四實(shí)施例的控制相似的控制以控制MOS-FET 50和60、Li蓄電池繼電器70和調(diào)節(jié)器11。因此，根據(jù)第五實(shí)施例也實(shí)現(xiàn)了與根據(jù)第一至第四實(shí)施例的操作和效果相似的操作和效果。(其他實(shí)施例)本發(fā)明不限于根據(jù)上述實(shí)施例的描述，并且可以進(jìn)行如下文所述的修改。每個(gè)實(shí)施例的特性配置也可以被任意組合。根據(jù)上述實(shí)施例中的每個(gè)，兩個(gè)MOS-FET 50和60的源極端子彼此連接。然而， MOS-FET 50和MOS-FET 60的位置可以反轉(zhuǎn)，且其漏極端子可以彼此連接。此外，MOS-FET 50和60的數(shù)目不限于兩個(gè)，并且可以是三個(gè)或更多。根據(jù)上述實(shí)施例中的每個(gè)，包括用于緊急事件的Li蓄電池繼電器70。然而，Li蓄電池繼電器70可以被去除。根據(jù)每個(gè)上述實(shí)施例，非水電解液類型的鋰離子電池30被用作具有電壓特性A2 的第二蓄電池。然而，本發(fā)明的第二蓄電池不限于鋰離子電池30，并且例如可以使用在其電極中使用鎳化合物的鎳蓄電池。然而，優(yōu)選地滿足上述條件(a)至(C)。
權(quán)利要求
1.一種電源單元，包括發(fā)電機(jī)，其生成電力；第一電池，其能夠以所述發(fā)電機(jī)生成的所述電力被充電；第二電池，其與所述第一電池并聯(lián)電連接，能夠以所述發(fā)電機(jī)生成的所述電力被充電， 并且具有比所述第一電池更高的輸出密度或者更高的能量密度；以及開關(guān)部件，其電連接在所述發(fā)電機(jī)和所述第一電池與所述第二電池之間，并且在所述發(fā)電機(jī)和所述第一電池與所述第二電池之間的傳導(dǎo)和阻擋之間切換，其中所述開關(guān)部件通過(guò)多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接、以使得所述半導(dǎo)體開關(guān)中存在的各自的寄生二極管面對(duì)相反的電流流動(dòng)的方向來(lái)配置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源單元，其中所述電源單元進(jìn)一步包括控制部件，其用于通過(guò)控制施加到所述開關(guān)部件的通電信號(hào)的輸出來(lái)控制所述開關(guān)部件接通和斷開，能夠由所述第二電池提供電力的電負(fù)載針對(duì)所述開關(guān)部件在所述第二電池側(cè)處被提供以與所述第二電池并聯(lián)電連接，以及所述開關(guān)部件包括通電維持部件，其用于當(dāng)停止針對(duì)所述控制部件的電力供應(yīng)時(shí)維持其中電流從所述第一電池流動(dòng)到所述第二電池側(cè)的通電狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電源單元，其中所述通電維持部件包括并聯(lián)地電連接到所述開關(guān)部件的電阻器，并且被配置為當(dāng)由于停止對(duì)所述控制部件的電力供應(yīng)而停止所述通電信號(hào)的輸出時(shí)，經(jīng)由所述電阻器從所述第一電池向所述第二電池側(cè)提供電力。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電源單元，其中所述通電維持部件包括所述電阻器和整流元件，所述整流元件串聯(lián)連接到所述電阻器并且被布置為使得所述整流元件的正向方向被設(shè)定為允許電流從所述第一電池流動(dòng)到所述第二電池側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電源單元，其中所述寄生二極管的正向方向被設(shè)定為允許電流從所述第一電池流動(dòng)到所述第二電池側(cè)的所述半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)連接到所述電阻器，并且所述半導(dǎo)體開關(guān)的所述寄生二極管用作所述整流元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電源單元，其中所述通電維持部件是具有自鎖功能的閉鎖開關(guān)，當(dāng)停止對(duì)所述控制部件的電力供應(yīng)而停止所述通電信號(hào)的輸出時(shí)，所述閉鎖開關(guān)接通以通過(guò)自鎖來(lái)維持通電狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電源單元，其中所述通電維持部件包括輸出保持電路，當(dāng)停止對(duì)所述控制部件的電力供應(yīng)時(shí)，所述輸出保持電路保持所述通電信號(hào)的輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7中任一項(xiàng)所述的電源單元，其中所述電源單元進(jìn)一步包括第二開關(guān)部件，其電連接所述開關(guān)部件和所述第二電池之間的電流路徑，所述第二開關(guān)部件由所述控制部件開關(guān)，使得所述電流路徑在傳導(dǎo)和阻擋狀態(tài)之間切換，并且用作當(dāng)所述控制部件未輸入第二通電信號(hào)時(shí)斷開以阻擋所述電流路徑的常開類型的開關(guān)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源單元，其中當(dāng)所述第二電池的存儲(chǔ)電力的量低于下限閾值時(shí)，所述開關(guān)部件切換到傳導(dǎo)以對(duì)所述第二電池充電。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源單元，其中當(dāng)所述第二電池的存儲(chǔ)電力的量高于下限閾值時(shí)，所述開關(guān)部件切換到阻擋以停止對(duì)所述第二電池充電。
全文摘要
供電單元包括鉛蓄電池(第一電池)，其能夠以交流發(fā)電機(jī)(發(fā)電機(jī))生成的電力被充電；鋰蓄電池(第二電池)，其并聯(lián)電連接到鉛蓄電池，能夠以交流發(fā)電機(jī)(發(fā)電機(jī))生成的電力被充電，并且具有比鉛蓄電池更高的輸出密度或更高的能量密度；和開關(guān)部件，其電連接在交流發(fā)電機(jī)和鉛蓄電池與鋰蓄電池之間，并且在傳導(dǎo)和阻擋之間切換。開關(guān)部件通過(guò)多個(gè)MOS-FET和(半導(dǎo)體開關(guān))串聯(lián)連接、以使得半導(dǎo)體開關(guān)中存在的各自的寄生二極管面對(duì)相反的方向來(lái)配置。
文檔編號(hào)H02J7/14GK102237706SQ201110111740
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月27日
發(fā)明者今井敦志, 田村博志, 齊藤成則 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝