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CN109643906A - 管理装置和电源系统 - Google Patents

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CN109643906A CN201780050788.9A CN201780050788A CN109643906A CN 109643906 A CN109643906 A CN 109643906A CN 201780050788 A CN201780050788 A CN 201780050788A CN 109643906 A CN109643906 A CN 109643906A
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Abstract

为了有效利用在车辆内进行加强的蓄电设备，管理装置(20)对第二蓄电设备(10)进行管理，该第二蓄电设备(10)对用于向车辆内的负载供电的第一蓄电设备进行加强。管理装置(20)的电源部(21)对从第一蓄电设备(2)供给的电压进行降压。控制部(22)将由电源部(21)生成的电压作为电源电压，监视第二蓄电设备(10)的状态，对第二蓄电设备(10)的充放电进行控制。开关(SW2)使第二蓄电设备(10)与电源部(21)之间导通/非导通。开关(SW2)在点火开状态下接通，在点火关状态下断开。

Description

管理装置和电源系统
技术领域
本发明涉及一种对蓄电设备进行管理的管理装置和电源系统。
背景技术
目前，很多车辆上搭载有铅蓄电池。从该铅蓄电池向启动电动机、各种电装件供给电力。铅蓄电池虽然便宜，但是与镍氢蓄电池、锂离子蓄电池相比，具有循环寿命短的特性。在具有怠速停止功能的车辆中充放电次数多，因此铅蓄电池的寿命尤其短。另外，近年来，搭载于车辆的电装件的数量和消耗电力正在增加。
因此，提出了一种与已有的铅蓄电池并联地连接其它蓄电设备(例如，锂离子蓄电池、镍氢蓄电池、双电层电容器)的方法(例如，参照专利文献1、2)。
专利文献1：日本特开2016-28543号公报
专利文献2：日本特开2016-123212号公报
发明内容
发明要解决的问题
以往，向控制基板的电源供给是由铅蓄电池进行的，该控制基板对新搭载的蓄电设备的状态进行管理，并对该蓄电设备的充放电进行控制。因而，当铅蓄电池无法使用时，即使蓄电设备剩余有容量也无法再从蓄电设备向电装件提供电源。
本发明是鉴于这种状况而完成的，其目的在于提供一种有效利用在车辆内进行加强的蓄电设备的技术。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，本发明的某个方式的管理装置对第二蓄电设备进行管理，该第二蓄电设备对用于向车辆内的负载供电的第一蓄电设备进行加强，所述管理装置具备：电源部，其对从所述第一蓄电设备供给的电压进行降压；控制部，其将由所述电源部生成的电压作为电源电压，监视所述第二蓄电设备的状态，对所述第二蓄电设备的充放电进行控制；以及开关，其使所述第二蓄电设备与所述电源部之间导通/非导通。
此外，以上的结构要素的任意的组合、将本发明的表现在方法、装置、系统等之间进行变换所得到的方式也作为本发明的方式有效。
发明的效果
根据本发明，能够有效利用在车辆内进行加强的蓄电设备。
附图说明
图1是用于说明本发明的实施方式所涉及的电源系统的图。
图2是表示图1的管理装置的详细结构的图。
图3是总结了第二开关的接通/断开状态的图。
具体实施方式
图1是用于说明本发明的实施方式所涉及的电源系统1的图。电源系统1是对铅蓄电池2进行加强的副电池系统。在搭载有铅蓄电池2和电源系统1的车辆中，作为与它们相关联的构件，搭载有点火开关3、起动机4、交流发电机5和电装件6。
点火开关3是发动机起动用的开关。起动机4是发动机起动用的电动机。起动机4利用从铅蓄电池2供给的电力进行旋转，使发动机起动。当通过驾驶员的操作来接通点火开关3时，从铅蓄电池2经由供电线L1向起动机4供给电力，使起动机4起动。交流发电机5利用发动机的曲轴的旋转能量来进行发电。交流发电机5将发出的电力经由供电线L1供给到铅蓄电池2和/或电源系统1。
电装件6是表示前灯、动力转向器、油泵、汽车导航系统、音响等搭载于车辆内的各种电负载(辅机)的总称。此外，在本说明书中，为了便于说明，将起动机4、交流发电机5与电装件6进行了分开描绘。电装件6利用从铅蓄电池2和/或电源系统1经由供电线L1供给的电力被驱动。
铅蓄电池2是用于蓄积由交流发电机5发出的电力、向起动机4和电装件6供电的主电池。电源系统1包括镍氢蓄电池10、管理装置20、第一开关SW1、分流电阻R1和热敏电阻T1。镍氢蓄电池10是用于蓄积由交流发电机5发出的电力、向电装件6供电的副电池。镍氢蓄电池10的容量被设计成比铅蓄电池2的容量小。铅蓄电池2与镍氢蓄电池10并联连接。
铅蓄电池2具有比较便宜、能够在比较宽的温度范围内动作、高输出等优点，作为车辆用的蓄电池被广泛普及。但是，具有充放电能量效率低、不耐过放电、循环寿命短等缺点。镍氢蓄电池10具有充放电能量效率比较高、耐过充电和过放电、使用温度范围宽、SOC(State Of Charge：荷电状态)范围宽、循环寿命比较长等优点。
此外，也可以使用锂离子蓄电池来代替镍氢蓄电池10。锂离子蓄电池是能量密度和充放电能量效率高、高性能的蓄电池。但是，需要严格的电压/温度管理。另外，也可以使用双电层电容器、锂离子电容器等电容器来代替镍氢蓄电池10。
镍氢蓄电池10的正极经由第一开关SW1来与供电线L1连接，镍氢蓄电池10的负极与地连接。对于第一开关SW1，能够使用继电器或半导体开关(例如，MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金属-氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅型双极晶体管))。在与镍氢蓄电池10的负极连接的电流路径上插入有分流电阻R1。此外，分流电阻R1也可以插入到正极侧。在镍氢蓄电池10的附近设置有热敏电阻T1。
图2是表示图1的管理装置20的详细结构的图。管理装置20包括电源电路21、控制部22、电压检测电路23、温度检测电路24、电流检测电路25、点火输入信号检测电路26、通信电路27、第二开关SW2、第一二极管D1以及第二二极管D2。在本实施方式中，它们被安装于1个控制基板。
电压检测电路23检测镍氢蓄电池10的电压并将检测出的电压输出到控制部22。电压检测电路23例如构成为包括放大器、AD变换器。温度检测电路24与热敏电阻T1连接，基于热敏电阻T1的输出值来检测镍氢蓄电池10的温度并将检测出的温度输出到控制部22。温度检测电路24例如构成为包括分压电阻、放大器、AD变换器。电流检测电路25基于分流电阻R1的两端电压来检测镍氢蓄电池10的电流并将检测出的电流输出到控制部22。电流检测电路25例如构成为包括放大器、AD变换器。
点火输入信号检测电路26对表示点火开关3的状态的点火输入信号进行检测并将检测出的信号输出到控制部22。通信电路27执行用于与车辆内的通信网络(例如，CAN(Controller Area Network：控制器局域网络))连接的通信处理。
控制部22监视镍氢蓄电池10的状态，对镍氢蓄电池10的充放电进行控制。控制部22例如由CPU构成。控制部22基于从电压检测电路23、温度检测电路24和电流检测电路25输入的电压、温度和电流来对镍氢蓄电池10的状态进行管理。例如，基于电压、温度和电流进行对镍氢蓄电池10的SOC(State Of Charge)管理和SOH(State Of Health：健康状态)管理。另外，当检测到过电压、欠电压、高温异常、低温异常或过电流时，控制部22关断第一开关SW1来使充放电停止。另外，控制部22经由通信电路27来与车辆内的各种ECU(ElectronicControl Unit：电子控制单元)交换各种信息。
电源电路21对从电源系统1的外部的铅蓄电池2供给的电压进行降压，将降压后的电压作为电源电压分别供给到控制部22、电压检测电路23、温度检测电路24、电流检测电路25、点火输入信号检测电路26和通信电路27。电源电路21例如由开关调节器构成，将从铅蓄电池2供给的12V降压到3V～5V。
在本实施方式中，电源电路21也能够从电源系统1内的镍氢蓄电池10接受电源提供。第二开关SW2是用于对镍氢蓄电池10与电源电路21之间的导通/非导通进行控制的开关。对于第二开关SW2，能够使用继电器或半导体开关(例如，MOSFET、IGBT)。
在铅蓄电池2与电源电路21之间以铅蓄电池2侧为阳极和电源电路21侧为阴极的朝向插入有第一二极管D1。在第一二极管D1的阴极端子与电源电路21之间的第一连接点N1同第二开关SW2之间以第二开关SW2侧为阳极和第一连接点N1侧为阴极的朝向插入有第二二极管D2。
电压检测电路23检测铅蓄电池2与第一二极管D1之间的第二连接点N2的电压作为铅蓄电池2的电压，并输出到控制部22。此外，如果检测第一二极管D1的阴极侧的电压，则在从镍氢蓄电池10向电源电路21供电的状态下无法准确地检测铅蓄电池2的电压。
在以上的电路结构中，根据点火输入信号来控制第二开关SW2。具体地说，在点火输入信号为开(on)时将第二开关SW2控制为接通状态，在点火输入信号为关(off)时将第二开关SW2控制为断开状态(第二开关SW2的基本控制)。
另外，根据来自控制部22的信号来控制第二开关SW2。控制部22在从电压检测电路23输入的铅蓄电池2的电压低于规定的下限电压(例如8V)时，将第二开关SW2控制为接通状态。
图3是总结了第二开关SW2的接通/断开状态的图。在点火输入信号为开时，与铅蓄电池2的电压无关地，第二开关SW2被控制为接通状态。在点火输入信号为关时，在铅蓄电池2的电压正常的情况下第二开关SW2被控制为断开状态，在铅蓄电池2的电压低于下限值的情况下第二开关SW2被控制为接通状态。
如以上说明的那样，根据本实施方式，即使在铅蓄电池2失效的情况下，也能够利用来自镍氢蓄电池10的电源提供，继续进行对镍氢蓄电池10的监视和对第一开关SW1的控制。因而，即使在铅蓄电池2失效的情况下，也能够将第一开关SW1控制为接通状态，从镍氢蓄电池10向电装件6提供电源。以往，在铅蓄电池2失效的情况下，对镍氢蓄电池10的监视和对第一开关SW1的控制停止，即使镍氢蓄电池10剩余有容量，也无法从镍氢蓄电池10向电装件6提供电源。像这样，根据本实施方式，与以往相比，能够有效利用镍氢蓄电池10的容量。
另外，通过在点火输入信号为关的期间将从镍氢蓄电池10向电源电路21的电源提供切断，能够使镍氢蓄电池10的容量比铅蓄电池2的容量小。与此相对，在点火输入信号为关的期间也从镍氢蓄电池10向电源电路21提供电源的情况下，需要使镍氢蓄电池10的容量与铅蓄电池2的容量同等，以防止镍氢蓄电池10的容量下降。
当铅蓄电池2失效时，从铅蓄电池2向点火开关3的供电也停止。在车辆行驶中铅蓄电池2失效的情况下，即使点火输入信号为关的状态，继续从镍氢蓄电池10向电源电路21供电的必要性也高。因此，在当点火输入信号从开变化为关时铅蓄电池2的电压低于下限电压的情况下，控制部22判定为铅蓄电池2失效，维持第二开关SW2的接通状态，直到镍氢蓄电池10的SOC达到下限值为止。由此，即使在车辆行驶中铅蓄电池2失效，也能够使车辆自行地移动到汽车经销商处、修理工厂。
另外，在管理装置20内，将第一二极管D1与第二二极管D2反向地插入，使得铅蓄电池2与镍氢蓄电池10不直接导通。由此，能够防止在管理装置20内流过大的循环电流。在没有插入第一二极管D1和第二二极管D2的情况下，存在如下可能性：在第一开关SW1或第二开关SW2的过渡状态下，在铅蓄电池2与镍氢蓄电池10之间经由供电线L1及管理装置20内的供电路径流通大电流。
以上，基于实施方式对本发明进行了说明。本领域技术人员能够理解，实施方式是例示，它们的各结构要素、各处理过程的组合能够存在各种变形例，另外，这些变形例也包含在本发明的范围内。
例如，也可以在管理装置20内设置铅蓄电池2用的电源电路和镍氢蓄电池10用的电源电路这两个电源电路。在该情况下，即使在管理装置20内不设置第一二极管D1和第二二极管D2，也能够将铅蓄电池2与镍氢蓄电池10完全分离。
另外，在上述的实施方式中，说明了将铅蓄电池2用作主电池的例子，但是也可以将镍氢蓄电池或锂离子蓄电池用作主电池。
此外，实施方式也可以由以下的项目确定。
[项目1]
一种管理装置(20)，对第二蓄电设备(10)进行管理，该第二蓄电设备(10)对用于向车辆内的负载(4、6)供电的第一蓄电设备(2)进行加强，该管理装置(20)的特征在于，具备：
电源部(21)，其对从所述第一蓄电设备(2)供给的电压进行降压；
控制部(22)，其将由所述电源部(21)生成的电压作为电源电压，监视所述第二蓄电设备(10)的状态，对所述第二蓄电设备(10)的充放电进行控制；以及
开关(SW2)，其使所述第二蓄电设备(10)与所述电源部(21)之间导通/非导通。
据此，能够根据需要从第二蓄电设备(10)向电源部(21)供电，能够有效利用第二蓄电设备(10)。
[项目2]
根据项目1所记载的管理装置(20)，其特征在于，
所述开关(SW2)在点火开状态下接通，在点火关状态下断开。
据此，能够防止在车辆停止时第二蓄电设备(10)的容量被管理装置(20)消耗。
[项目3]
根据项目2所记载的管理装置(20)，其特征在于，
还具备电压检测部(23)，所述电压检测部(23)检测所述第一蓄电设备(2)的电压，将检测出的电压输出到所述控制部(22)，
所述控制部(22)如下那样进行控制：在从点火开状态变化为点火关状态且所述第一蓄电设备(2)的电压低于下限电压时，维持所述开关(SW2)的接通状态。
据此，即使在第一蓄电设备(2)为无法使用的状态的情况下，也能够使从第二蓄电设备(10)向管理装置(20)的供电继续。
[项目4]
根据项目1至3中的任一项所记载的管理装置(20)，其特征在于，
所述第一蓄电设备(2)与所述第二蓄电设备(10)并联连接，
所述管理装置(20)还具备：第一二极管(D1)，其以所述电源部(21)侧为阴极的朝向插入到所述第一蓄电设备(2)与所述电源部(21)之间；以及
第二二极管(D2)，其以所述第一二极管(D1)的阴极端子与所述电源部(21)之间的连接点(N1)侧为阴极的朝向插入到所述连接点(N1)与所述开关(SW2)之间。
据此，能够防止在第一蓄电设备(2)与第二蓄电设备(10)之间流过循环电流。
[项目5]
根据项目1至4中的任一项所记载的管理装置(20)，其特征在于，
所述第一蓄电设备(2)是铅蓄电池(2)，
所述第二蓄电设备(10)是镍氢蓄电池(10)或锂离子蓄电池。
据此，能够利用镍氢蓄电池(10)或锂离子蓄电池来对铅蓄电池(2)进行加强。
[项目6]
一种电源系统(1)，其特征在于，具备：
第二蓄电设备(10)，其对用于向车辆内的负载(4、6)供电的第一蓄电设备(2)进行加强；以及
对所述第二蓄电设备(10)进行管理的根据项目1至5中的任一项所记载的管理装置(20)。
据此，能够根据需要从第二蓄电设备(10)向电源部(21)供电，能够构建能够有效利用第二蓄电设备(10)的电源系统(1)。
附图标记说明
1：电源系统；2：铅蓄电池；3：点火开关；4：起动机；5：交流发电机；6：电装件；10：镍氢蓄电池；L1：供电线；SW1：第一开关；SW2：第二开关；T1：热敏电阻；R1：分流电阻；20：管理装置；21：电源电路；22：控制部；23：电压检测电路；24：温度检测电路；25：电流检测电路；26：点火输入信号检测电路；27：通信电路；D1：第一二极管；D2：第二二极管。

Claims (6)

1.一种管理装置，对第二蓄电设备进行管理，该第二蓄电设备对用于向车辆内的负载供电的第一蓄电设备进行加强，所述管理装置的特征在于，具备：
电源部，其对从所述第一蓄电设备供给的电压进行降压；
控制部，其将由所述电源部生成的电压作为电源电压，监视所述第二蓄电设备的状态，对所述第二蓄电设备的充放电进行控制；以及
开关，其使所述第二蓄电设备与所述电源部之间导通/非导通。
2.根据权利要求1所述的管理装置，其特征在于，
所述开关在点火开状态下接通，在点火关状态下断开。
3.根据权利要求2所述的管理装置，其特征在于，
还具备电压检测部，其检测所述第一蓄电设备的电压，将检测出的电压输出到所述控制部，
所述控制部如下那样进行控制：在从点火开状态变化为点火关状态且所述第一蓄电设备的电压低于下限电压时，维持所述开关的接通状态。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的管理装置，其特征在于，
所述第一蓄电设备与所述第二蓄电设备并联连接，
所述管理装置还具备：第一二极管，其以所述电源部侧为阴极的朝向插入到所述第一蓄电设备与所述电源部之间；以及
第二二极管，其以所述第一二极管的阴极端子与所述电源部之间的连接点侧为阴极的朝向插入到所述连接点与所述开关之间。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的管理装置，其特征在于，
所述第一蓄电设备是铅蓄电池，
所述第二蓄电设备是镍氢蓄电池或锂离子蓄电池。
6.一种电源系统，其特征在于，具备：
第二蓄电设备，其对用于向车辆内的负载供电的第一蓄电设备进行加强；以及
对所述第二蓄电设备进行管理的根据权利要求1至5中的任一项所述的管理装置。
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