電源系統和電源控制方法
2023-09-22 07:34:15 2
專利名稱：電源系統和電源控制方法
技術領域：
本發明涉及電源系統和電源控制方法，尤其涉及能確保車輛動作所必須的最低限度的電力，並延長高壓電池的壽命的電源系統和電源控制方法。
背景技術：
一般所知的，電池在外部氣溫低的環境下，內部電阻急劇增加，放電能力降低(例如參見非專利文獻1)。在圖1中示出非專利文獻1公開的標稱容量為2000mAh的鋰離子電池的相對於環境溫度變化的放電特性(放電溫度特性)。圖1橫軸表示放電容量，縱軸表示電池電壓。參照圖1可知，變到o°c以下時，內部電阻急劇增加，放電能力降低。因而，在混合動力車等中的高壓電池，在寒冷地等外部氣溫低的環境中，內部電阻增大導致負荷變大，高壓電池電壓下降，能夠輸出的電力減小。能夠輸出的電力減小時，不能確保作為高壓電池的負荷而動作的各單元所必須的電力，各單元的動作受到影響。並且，內部電阻增大，負荷增大，使得高壓電池的壽命縮短。但是，混合動力汽車或電動汽車中，直接驅動汽車本體的高壓電力和驅動各種車載設備的低壓電力中的任何一種電力都需要的情況很多。這是因為，目前，車載設備裝載在汽油動力車等中時，設計成由裝載在這些車內的低壓電池電壓(例如12V)驅動，而這些現有的車載設備同樣也設置在電動汽車等中，並且它們被繼續使用的需要及必要性現在仍然
很1 。因此，在電動汽車等內，為了構成為在車內提供高壓電力和低壓電力，一般情況下，裝載高壓電池和低壓電池雙方。目前還知道，為了向低壓電池提供電力補充，而裝載 DCDC變換器，以構成為在改變電壓後從高壓電池向低壓電池進行供電。並且，公開了這樣一種技術(例如參照專利文獻1)，在具有這樣結構的電動汽車等中，為了不使高壓電池的壽命白白地縮短，具體地，通過控制為在低溫時以低電壓啟動 DCDC變換器，之後以高電壓進行驅動，從而實現對高壓電池的保護。現有技術文獻專利文獻1日本特許第3566252號公報非專利文獻1寸> HP株式會社、放電溫度特性、網際網路(URL ;http://www. baysun. net/1ithium/lithiumlO. html)但是，專利文獻1中公開的技術手段採用的是「控制用計算機及輔助設備」，也就是說將各種車載設備集中起來進行控制。在車載設備中存在如發動機ECU (Electronic control unit)等那樣在電池剩餘量較少的場合也必須優先驅動的設備，以及如像音頻裝置等那樣驅動優先級相對較低的設備，但是按照專利文獻1公開的技術手段，不能進行僅優先驅動一部分車載設備之類的控制。
發明內容
鑑於上述情況，實施了本發明，本發明能夠在確保車輛動作所必須的最低限度的電力的同時，延長高壓電池的壽命。本發明的一個方面的電池系統包括以第一電壓提供電力的第一電池；以低於所述第一電壓的第二電壓提供電力的第二電池；電壓變換單元，其與所述第一電池和所述第二電池連接，從所述第一電池接收電流，並從所述第一電壓向所述第二電壓進行電壓變換之後，向所述第二電池提供所述電流；測定單元，其測定所述第一電池的溫度；由所述第二電池驅動、被定為第一優先級的一個或多個第一負荷；由所述第二電池驅動、被定為第二優先級的一個或多個第二負荷；以及控制單元，其在所述第一電池的溫度在規定溫度以下時， 基於所述第一電池能夠輸出的電力量和驅動車輛的驅動電機的電力需求量，優先從所述第一負荷開始驅動。本發明的一個方面的電源系統中，檢測以第一電壓提供電力的第一電池的溫度， 在第一電池的溫度在規定溫度以下時，基於第一電池能夠輸出的電力量和驅動車輛的驅動電機的電力需求量，在由以低於第一電壓的第二電壓提供電力的第二電池驅動的第一負荷和第二負荷中，優先從第一優先級的第一負荷開始驅動。因此，在第一電池的溫度在規定溫度以下時，通過限制向具有第二優先級的第二負荷提供電力，抑制向由第一電池提供電力的驅動電機以外輸出電力，不會使第一電池不工作。因此，第一電池的輸出電力得到抑制，並且能夠在確保車輛動作所需的最低限度的電力的同時，延長第一電池的壽命。第一電池由以例如144V、300V、334V等的電壓提供電力的電池構成，第二電池由例如以12V等的電壓提供電力的電池構成，電壓變換單元例如由DCDC變換器構成，檢測單元例如由溫度傳感器構成，第一負荷例如由EPSECU、發動機ECU等構成，第二負荷例如由空調、音頻裝置、導航裝置等構成，控制單元例如由作為控制部的CPU、ECU、BMU等構成。而且，所述控制裝置還在所述第一電池的溫度高於所述規定溫度的情況下，僅基於所述第一電池能夠輸出的電力量，限制向所述驅動電機以外的由所述第一電池驅動的多個負荷的一部分供給電力。因此，在第一電池能夠輸出的電力量少的情況下，能夠抑制第一電池的輸出電力， 能夠在確保車輛動作所需的最低限度的電力的同時，延長第一電池的壽命。而且，所述控制裝置還能夠至少根據所述第二電池的充電率狀態、以及所述驅動電機以外的由所述第一電池驅動的多個負荷的驅動電壓中的最大電壓，抑制所述電壓變換單元的輸出電壓。因此，能夠抑制多個負荷的耗電。本發明的一個方面的電源系統中的電源控制方法，該電源系統包括以第一電壓提供電力的第一電池；以低於所述第一電壓的第二電壓提供電力的第二電池；電壓變換單元，其與所述第一電池和所述第二電池連接，從所述第一電池接收電流，並從所述第一電壓向所述第二電壓進行電壓變換之後，向所述第二電池提供所述電流；測定單元，其測定所述第一電池的溫度；由所述第二電池驅動、被定為第一優先級的一個或多個第一負荷；由所述第二電池驅動、被定為第二優先級的一個或多個第二負荷；以及控制所述第一負荷和所述第二負荷的驅動的控制單元，所述電源控制方法包含如下步驟所述控制單元在所述第一電池的溫度在規定溫度以下的情況下，基於所述第一電池能夠輸出的電力量和驅動車輛的驅動電機的電力需求量，優先從第一負荷開始驅動。本發明的一個方面的電源控制方法中，測定第一電池的溫度，在第一電池的溫度在規定溫度以下時，基於第一電池能夠輸出的電力量和驅動車輛的驅動電機的電力需求量，優先從第一負荷開始驅動。因此，在第一電池的溫度在規定溫度以下時，限制向具有第二優先級的第二負荷的電力供給，從而抑制向由第一電池提供電力的驅動電機以外輸出電力，不會使第一電池不能工作。因此，第一電池的輸出電力得到抑制，能夠在確保車輛動作所需的最低限度的電力的同時，延長第一電池的壽命。實現這些步驟的控制單元例如由CPU(中央處理器，Central Processing Unit)、 ECU, BMU (電池管理單元，Battery Management Unit)等構成。根據本發明的一個方面，能夠在確保車輛動作所需的最低限度的電力的同時，延長高壓電池的壽命。
圖1是示出電池放電溫度特性的圖。
圖2是應用本發明的電源系統的結構例的框圖。
圖3是說明第一電源控制處理的流程圖。
圖4是示出與圖3中第一動作負荷限制處理關聯的表格的圖。
圖5是說明圖3中第一動作負荷限制處理的流程圖。
圖6是示出與圖3中第二動作負荷限制處理關聯的表格的圖。
圖7是說明圖3中第二動作負荷限制處理的流程圖。
圖8是說明第二電源控制處理的流程圖。
圖9是說明第三電源控制處理的流程圖。
圖10是示出應用本發明的計算機的一實施方式的結構例的框圖。
附圖標號
1電源系統
11高壓電池
12溫度傳感器
13D⑶C變換器
14車載設備
15低壓電池
16驅動電機
17控制部。
具體實施例方式電源系統的結構例圖2是應用本發明的電源系統的結構例的框圖。圖2的電源系統1是執行通過電池中積蓄的電力而行駛的電動汽車
5(ElectricVehicle)的電源控制的系統。並且，圖2中通過雙重線表示電力供給線，通過單條實線表示控制線。電源系統1由高壓電池11、溫度傳感器12、D⑶C變換器13、車載設備組14』，低壓電池15、驅動電機16以及控制部17構成。高壓電池11是電動汽車的主電源，根據需要提供積蓄的電力(放電)。高壓電池 11中，作為輸出電壓採用例如144V、300V、334V等。溫度傳感器12設置於高壓電池11的附近，測定高壓電池11的溫度，並輸出至控制部17。而且，本實施方式中，使用溫度傳感器12直接測量高壓電池11的溫度，但是將溫度傳感器12設置安裝在更容易的其它位置上，並間接測量高壓電池11的溫度的方法也是可以的。或者，不使用溫度傳感器，通過規定計算間接推測高壓電池11的溫度的方法也是可以的。D⑶C變換器13連接在高壓電池11和低壓電池15上，從高壓電池11接受電流，進行從作為高壓電池11的輸出電壓的第一電壓向作為低壓電池15的輸出電壓的第二電壓的電壓變換之後，向低壓電池15提供電流。也就是說，DCDC變換器13進行電力變換，將由高壓電池11提供的電力變換成提供給以低壓動作的車載設備14。當前的車載設備14以12V 驅動的較多，所以本實施方式中由DCDC變換器13變換至12V的電源電壓。但是，變換電壓不限定於12V，能夠根據車載設備14的驅動電壓進行適當設定。將通過D⑶C變換器13變換了電壓後的電力提供給低壓電池15及車載設備組14』。車載設備組14』是以電源電壓12V動作的多個車載設備14的集合。本實施例中， 屬於車載設備組14』的車載設備14按照動作優先級分類為車載設備14A、車載設備14B及車載設備14C。車載設備14A是優先級最高(記為優先級A)的、車輛安全運行不可缺少的設備。車載設備14A例如對應於EPSECU(Electric Power Steering(電動動力轉向裝置) ECU)、發動機ECU等。車載設備B是優先級第二高(記為優先級B)的、為了舒適的車輛動作所需的設備。車載設備14B例如對應於空氣調節器(所謂的空調)等。車載設備14C是優先級最低(記為優先級C)的、車載設備14A、14B之外的對用戶影響小的設備。車載設備 14C例如對應於音頻裝置、導航裝置等。而且，權利要求1的第一負荷相當於本實施方式中的車載設備14A，權利要求1的第二負荷相當於本實施方式中的車載設備14B及14C。在這裡，第二負荷的優先級再分成兩級，根據其優先級分別設為車載設備14B及14C，必要時可再對優先級進行細分。車載設備14A至14C是通過D⑶C變換器13或低壓電池15接收電力供給、執行規定動作的高壓電池11的動作負荷。低壓電池15積蓄從DOTC變換器13提供的電力，並且向車載設備14A至14C提供電力。驅動電機16是由高壓電池11驅動的最大負荷(動作負荷)，是驅動電動汽車(車輛)的電機。驅動電機16相當於以汽油作為燃料進行驅動的汽車的發動機。並且，驅動電機16具有在車輛制動時發電並向高壓電池11充電，並回收再生能量的發電功能。因此，在下文中驅動電機16也稱作驅動電動發電機16。控制部17控制驅動電機16。例如，控制部17控制驅動電機16的輸出，或者檢測驅動電機(發電機)16的發電力量。並且，控制部17管理高壓電池11及D⑶C變換器13的輸出電力，根據需要執行限制車載設備組14』中的一部分的動作的控制。此外，控制部17 能夠根據需要從屬於車載設備14A的、控制各單元的ECU獲得各種信息。由如以上構成的電源系統1中，高壓電池11的溫度變成低溫度(例如0°C以下) 時，高壓電池電壓下降，能夠輸出的電力減小。這種情況下，電源系統1的控制部17根據高壓電池11的SOCGtate of charge =充電率)的狀態和驅動電機16的電力需求量，執行對車載設備組14』中的一部分的動作進行限制的電源控制處理。下文參照
電源系統1執行的電源控制處理。第一實施方式最先，參照圖3的流程圖，說明第一電源控制處理。第一電源控制處理中，根據高壓電池11的SOC狀態計算得出高壓電池11能夠輸出的電力量(下文適當稱為高壓電池電力量)，根據高壓電池電力量和驅動電機16的電力需求量(下文適當稱為驅動電機電力需求量)，限制作為DCDC變換器13的負荷的車載設備組14，中的一部分的動作。初始時，步驟Sl中，控制部17從高壓電池11獲得SOCGtate of charge =充電率)狀態。於是，控制部17由獲得的高壓電池11的SOC狀態計算高壓電池電力量。並且， 高壓電池11的滿充電狀態下的電力量是已知的。高壓電池11的SOC狀態也可以從管理高壓電池11的E⑶等處間接獲得。步驟S2中，控制部17通過取得溫度傳感器12的傳感值而獲得高壓電池11的溫度。步驟S3中，控制部17判定高壓電池11的溫度是否在規定閾值以下。這裡閾值定為0。C。即，步驟S3中，控制部17判定高壓電池11的溫度是否在0°C溫度以下。而且，步驟S3中作為閾值的溫度能夠相應於動作設定而適當地確定。步驟S3中，判定為高壓電池11的溫度在0°C以下的情況下，處理進入步驟S4，控制部17測定驅動電動發電機16的發電力量，步驟S5中，測定DCDC變換器13的輸出電力。並且，在步驟6中，控制部17判定驅動電動發電機16的發電力量是否比DOTC變換器13的輸出電力大。步驟S6中，在判定為驅動電動發電機16的發電力量比DCDC變換器13的輸出電力大的情況下，處理進入步驟S7中，控制部17設定內部的發電良好標誌為「1」。發電良好標誌「 1 」表示發電充足，發電良好標誌「 0 」表示發電不足。另一方面，步驟S6中，在判定為驅動電動發電機16的發電力量在DCDC變換器13 的輸出電力以下的情況下，處理進入步驟S8，控制部17設定內部的發電良好標誌為「0」。然後，在步驟S9，控制部17使驅動電動發電機16的發電轉矩增加。步驟S7或S9處理之後，步驟SlO中，控制部17判定高壓電池11的SOC狀態處於不到20%、20%以上不到80%、80%以上中的哪個範圍內。步驟SlO中，在判定為高壓電池11的SOC狀態不到20%的狀態的情況下，處理進入步驟S11，控制部17使用未圖示的音頻發生裝置、指示器等，發出高壓電池電力量不足的警告。另一方面，步驟SlO中，在判定為高壓電池11的SOC狀態為20%以上不到80%的情況下，處理進入步驟S12，控制部17從驅動電機16獲得驅動電機電力需求量。而且，驅動電機電力需求量也可以從控制驅動電機16的ECU獲得。
然後，步驟S13中，控制部17根據由高壓電池11的SOC狀態計算出的高壓電池電力量和獲得的驅動電機電力需求量，執行限制作為動作負荷的車載設備14A至14C中的一部分的動作的第一動作負荷限制處理。該處理的細節將在下面參考圖4和圖5進行描述。另一方面，步驟SlO中，在判定為高壓電池11的SOC狀態在80%以上的情況下，不特別對車載設備14A至14C的動作進行限制，處理進入步驟S14中。步驟S14中，控制部17判定發電良好標誌是否為「1」。步驟S14中，在判定為發電良好標誌為1的情況下，處理進入步驟S15，控制部17 對DCDC變換器13執行使DCDC輸出電壓為正常輸出的設定。另一方面，步驟S14中，在判定為發電良好標誌為0的情況下，處理進入步驟S16， 控制部17對DCDC變換器13執行抑制DCDC輸出電壓的設定。這裡，將說明在控制部17抑制DOTC輸出電壓時的求出抑制之後的DOTC輸出電壓
的方法。控制部17從規定的E⑶獲得低壓電池15的SOC狀態和D⑶C負荷要求電壓Vreq。 這裡，D⑶C負荷要求電壓Vreq是使得車載設備14動作的驅動電壓中的最大電壓。而且，控制部17使用低壓電池15的SOC狀態、D⑶C負荷要求電壓Vreq以及電動發電機16的發電力量的不足部分，如下地求得抑制後的DCDC輸出電壓Vout。Vout，= K+(kX 低壓 SOC 狀態)X (ρ X I P-Pgen I)(1)並且，在Vreq > Vout，成立的情況下，Vreq的值為Vout的值。在Vreq > Vout， 不成立的情況下，Vout，的值為Vout的值。這裡，K、k、ρ是規定的常數，P是發電目標值，Pgen表示電動發電機16的發電力量。即，抑制後的D⑶C輸出電壓Vout可以通過在發電目標值P和電動發電機發電力量I^gen的絕對值的ρ倍與低壓電池15的SOC狀態的k倍的相乘結果上，再加上係數K後的和來算出。但是，在計算出的DCDC輸出電壓Vout小於DCDC負荷要求電壓Vreq的情況下，D⑶C負荷要求電壓Vreq為D⑶C輸出電壓Vout。因此，控制部17使用低壓電池15的SOC狀態、D⑶C負荷要求電壓Vreq以及電動發電機16的發電力量的不足部分，來抑制DCDC輸出電壓，從而能夠抑制車載設備14的耗 H1^ ο另一方面，在上述步驟S3，在判定為高壓電池11的溫度高於0°C的情況下，處理進入步驟S17，控制部17判定高壓電池11的SOC狀態是否在規定閾值以上。這裡的閾值例如取70%。因此，步驟S17中，控制部17判定高壓電池11的SOC狀態是否在70%以上。步驟S17中，在判定為高壓電池11的SOC狀態不在70%以上的情況下，處理進入步驟S18，控制部17根據由高壓電池11的SOC狀態計算出的高壓電池電力量，執行限制動作負荷的動作的第二動作負荷限制處理。該處理在後面參照圖6及圖7詳細解釋。另一方面，步驟S17中，在判定為高壓電池11的SOC狀態在70%以上的情況下，不特別限制動作負荷的動作，處理進入步驟S19。通過上述步驟S3至S18的處理，在根據需要而執行了根據由高壓電池11的SOC狀態計算出的高壓電池電力量來限制動作負荷的動作的動作負荷限制處理之後，在步驟S19 中，控制部17判定DCDC變換器13是否斷開。
步驟S19中，在判定為D⑶C變換器13斷開的情況下，換言之，在DOTC變換器13 沒有輸出的情況下，在步驟S20，控制部17使D⑶C變換器13接通，處理結束。另一方面，步驟S19中，在判定為D⑶C變換器13接通的情況下，直接結束處理。不管是在車輛空轉時還是行駛時都持續地執行上述第一電源控制處理。也就是說，重複地執行上述步驟Sl至S20的處理。第一動作負荷限制處理的說明接著，參照圖4及圖5，對圖3中的步驟S13的第一動作負荷限制處理進行說明。第一動作負荷限制處理中，根據高壓電池電力量及驅動電機電力需求量，限制車載設備14A至14C中的一部分的動作。圖4示出用於根據高壓電池電力量和驅動電機電力需求量各自的大小，確定限制對象的車載設備14的表格。在圖3的步驟SlO中判定為高壓電池11的SOC狀態在20%以上不到80%的情況下，執行第一動作負荷限制處理。控制部17分別將由高壓電池11的SOC狀態計算出的高壓電池電力量分類成「高」、「中」、「低，，三個等級，將驅動電機電力需求量分成「大」、「中」、 「小」三個等級。例如，控制部17將高壓電池11的SOC狀態在70%以上不到80%時的驅動電機電力需求量定為「高」等級，將高壓電池11的SOC狀態在40%以上不到70%時的驅動電機電力需求量定為「中」等級，將高壓電池11的SOC狀態在20%以上不到40%時的驅動電機電力需求量定為「低」等級。同時，關於驅動電機電力需求量，控制部17將高壓電池11 的額定電力的50%以上定為「大」等級，將額定電力的20%以上不到50%定為「中」等級， 將額定電力的20%以下定為「小」等級。其中，圖4的表格中，「A」表示使優先級A的車載設備14A動作，「B」表示使優先級 B的車載設備14B動作。因此，根據圖4的表格，控制部17在高壓電池電力量為「高」等級的情況下，不管驅動電機電力需求量如何，僅向優先級A的車載設備14A和優先級B的車載設備14B提供電力，僅使優先級A的車載設備14A和優先級B的車載設備14B動作。換言之，控制部17 限制向優先級C的車載設備14C的電力供給。接著，在高壓電池電力量為「中」等級、驅動電機電力需求量為「中」等級或「小」等級的情況下，以及高壓電池電力量為「低」等級、驅動電機電力需求量為「小」等級的情況下， 控制部17也僅使優先級A的車載設備14A和優先級B的車載設備14B動作。另一方面，在高壓電池電力量為「中」等級、驅動電機電力需求量為「大」等級的情況下，或者高壓電池電力量為「低」等級、驅動電機電力需求量為「大」或「中」等級的情況下，控制部17僅向優先級A的車載設備14A提供電力，僅使優先級A的車載設備14A動作。 換言之，控制部17限制向優先級B的車載設備14B以及優先級C的車載設備14C的電力供圖5是基於圖4的表格執行限制動作的處理的第一動作負荷限制處理的流程圖。在步驟S41中，控制部17判定高壓電池電力量屬於「高」、「中」、「低」的哪個等級。步驟S41中，在判定為高壓電池電力量為「高」的情況下，處理進入步驟S44。另一方面，步驟S41中，在判定為高壓電池電力量為「中」等級的情況下，處理進入步驟S42，控制部17判定驅動電機電力需求量是否為「中」或「小」等級，或者是否為「大」
9等級。步驟S42中，在判定為驅動電機電力需求量為「中」或「小」等級的情況下，處理進入步驟S44，在判定為驅動電機電力需求量為「大」等級的情況下，處理進入步驟S45。而且在步驟S41中，在判定為高壓電池電力量為「低」等級的情況下，處理進入步驟S43，控制部17判定驅動電機電力需求量是否為「小」等級，或者是否為「大」或者「中」等級。步驟S43中，在判定為驅動電機電力需求量為「小」的情況下，處理進入步驟S44， 在判定為驅動電機電力需求量為「大」或「中」等級的情況下，處理進入步驟S45。步驟S44中，控制部17允許到優先級B為止的車載設備14的動作。也就是說，控制部17僅給車載設備14A和車載設備14B提供電力，僅使車載設備14A和車載設備14B動作。步驟S45中，控制部17允許到優先級A為止的車載設備14動作。也就是說，控制部17僅給車載設備14A提供電力，僅使車載設備14A動作。通過步驟S44或是步驟S45的處理，第一動作負荷限制處理結束，返回到圖3的第一電源控制處理。根據以上處理，能夠執行與圖4的表格對應的第一動作負荷限制處理。第一動作負荷限制處理的其它例子接著，說明第一動作負荷限制處理的其它例子。圖5的第一動作負荷限制處理中，將當前時刻的高壓電池電力量和驅動電機電力需求量與圖4的表格對照，確定對哪個車載設備14進行限制。與此相對，下文敘述的第一動作負荷限制處理的其它例子中，控制部17基於使用高壓電池電力量和驅動電機電力需求量得到的計算結果，確定對哪個車載設備14進行限制。具體地，控制部17根據下式O)的計算結果，確定是僅使優先級為A的車載設備 14A動作，還是僅使優先級為A的車載設備14A和優先級為B的車載設備14B動作。Lvalue = IX (高壓電池電力量)-mX (驅動電機電力需求量) (2)這裡，l、m是正的常數。而且，IX (高壓電池電力量)一定比mX(驅動電機電力需求量)大。因此，Lvalue —定是正的值。控制部17計算式(2)中的Lvalue，如果Lvalue比閾值X大(Lvalue > X)，則僅使車載設備14A和車載設備14B動作，如果Lvalue在閾值X以下(Lvalue ( X)，則僅使車載設備14A動作。例如，在式O)中，設定Lvalue在0到100的範圍內。並且，根據圖1，由於從超過額定容量的70%開始，電壓下降變大，所以在考慮高壓電池電力量的閾值為70%時，將驅動電機電力需求量的閾值設為50%。這樣設定的理由，是依據不使用電機電力直到所述電力量的閾值的界限，仍保有一定程度的富裕量的原則。即，驅動電機電力需求量設定在0 到50的範圍內。因此，閾值X是設定冰點以下時的高壓電池電力量為額定的70% (70)與需要最大轉矩時的驅動電機電力量閾值的50% (50)的差(70-50)，為20 (X = 20)。為了使(IX高壓電池電力量)的值在0到100的範圍內，(mX驅動電機電力需求量)的值在O到50的範圍內，例如，在高壓電池電力量的額定值由1 表示、驅動電機電力需求量的額定值由Tmax表示的情況下，能夠設定常數1 = 100/Pb, m = 50/Tmax。第二動作負荷限制處理的說明接著，參照圖6以及圖7，說明圖3的步驟S18中的第二動作負荷限制處理。第二動作負荷限制處理中，根據高壓電池電力量，限制車載設備14A至14C中的一部分的動作。圖6示出與高壓電池電力量對應的、確定限制對象的車載設備14的表格。圖6中的「中」、「低」、「A」以及「B」的含義與圖4中相同。如同參照圖3進行的說明那樣，在高壓電池11的溫度高於0°C，且高壓電池11的 SOC狀態小於70%的情況下，執行第二動作負荷限制處理。在高壓電池11的溫度在0°C以上的狀態下，如參照圖1說明的那樣，高壓電池11能夠輸出的電力增大。因此，在當前時刻的高壓電池電力量處於「中」等級的情況下，控制部17向優先級 A的車載設備14A和優先級B的車載設備14B提供電力，使優先級A的車載設備14A和優先級B的車載設備14B動作。換言之，控制部17僅對優先級C的車載設備14C限制電力供
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口 ο另一方面，在當前時刻的高壓電池電力量處於「低」等級的情況下，控制部17僅向優先級A的車載設備14Α提供電力，僅使優先級A的車載設備14Α動作。換言之，控制部限制向優先級B的車載設備14Β以及優先級C的車載設備14C的電力供給。圖7是基於圖6的表格的第二動作負荷限制處理的流程圖。在步驟S61，控制部17判定由高壓電池11的SOC狀態計算得出的高壓電池電力量屬於「中」、「低」的哪個等級。步驟S61中，在判定為高壓電池電力量處於「中」等級的情況下，處理進入步驟 S62，控制部17允許到優先級B為止的車載設備14的動作。也就是說，控制部17向車載設備14Α和車載設備14Β提供電力，使車載設備14Α和車載設備14Β動作。步驟S61中，在判定為高壓電池電力量處於「低」等級的情況下，處理進入步驟 S63，控制部17允許到優先級A為止的車載設備14的動作。也就是說，控制部17僅向車載設備14Α提供電力，僅使車載設備14Α動作。根據步驟S62或S63的處理，第二動作負荷限制處理結束，返回到圖3的第一電源限制處理。綜上所述，根據說明的第一電源控制處理，控制部17在高壓電池11的溫度處於低溫(例如o°c以下)的情況下，根據高壓電池電力量和驅動電機電力需求量，使車輛安全動作不可缺少的優先級A的車載設備14優先驅動。因此，在高壓電池電力量少的情況下，通過抑制高壓電池11的輸出電力，能夠在確保車輛動作所需的最低限度的電力的同時，延長高壓電池的壽命。第二實施方式下面，對作為本發明第二實施方式的第二電源控制處理進行說明。第一電源控制處理中，使用高壓電池電力量和驅動電機電力需求量2個參數，限制一部分車載設備14的動作，從而抑制高壓電池11的輸出電力。第二電源控制處理中，除了高壓電池電力量和驅動電機電力需求量2個參數以外，還考慮低壓電池15的SOC狀態以及據其算出的低壓電池15能夠輸出的電力量(以下適當稱為低壓電池電力量)，執行對動作負荷的限制處理。在低壓電池電力量充足的情況下，能夠通過低壓電池15使各種車載設備14動作， 在低壓電池電力量不足的情況下，由低壓電池15進行驅動存在困難。圖8是電源系統1的第二電源控制處理的流程圖。圖8中的第二電源控制處理由步驟S81至步驟SlOO的處理構成，步驟S81至SlOO 的各步驟分別與圖3的步驟Sl至S20的各步驟對應。但是，第二電源控制處理中，為了在執行動作負荷的限制時也考慮低壓電池電力量，涉及該部分的步驟，具體而言步驟S81和S93的處理與圖3的步驟Sl和步驟S13不同。因此，這裡僅對步驟S81和S93的處理進行說明，省略其之外的步驟的處理的說明。步驟S81中，控制部17獲得高壓電池11和低壓電池15的SOC狀態。而且，控制部17由高壓電池11的SOC狀態計算高壓電池電力量，並且由低壓電池15的SOC狀態計算低壓電池電力量。並且，低壓電池15的SOC狀態與高壓電池11的SOC狀態相同，也可以從管理低壓電池15的E⑶處間接獲得。步驟S93中，控制部17根據高壓電池電力量、低壓電池電力量以及驅動電機電力需求量，執行限制動作負荷的動作的第一動作負荷限制處理。第二電源控制處理中的第一動作負荷限制處理中，基於使用了與上述第一電源控制處理中的式( 相同的運算式的計算結果，確定對哪個車載設備14限制動作。具體地，控制部17根據下式C3)的計算結果，確定是僅使優先級A的車載設備14A 動作，還是使優先級A的車載設備14A和優先級B的車載設備14B動作。Lvalue = 1 X (高壓電池電力量+低壓電池電力量)_mX (驅動電機電力需求量) (3)式(3)中，在式⑵的IX (高壓電池電力量)的基礎上，考慮低壓電池電力量，成為1X(高壓電池電力量+低壓電池電力量)。其它均相同。控制部17計算式(3)中的Lvalue,如果Lvalue比閾值X大(Lvalue > X)，則使車載設備14A和車載設備14B動作，如果Lvalue在閾值X以下(Lvalue ( X)，則僅使車載設備14A動作。通過進行以上處理，在第二電源控制處理中，可以使用高壓電池電力量、低壓電池電力量以及驅動電機電力需求量這三個參數，限制作為動作負荷的車載設備14A至14C中的一部分的動作，抑制高壓電池11的輸出電力。第三實施方式接著，說明作為本發明第三實施方式的第三電源控制處理。第二電源控制處理中，使用高壓電池電力量、低壓電池電力量和驅動電機電力需求量這3個參數，限制車載設備14中的一部分的動作，從而抑制高壓電池11的輸出電力。第三電源控制處理中，除了 3個參數以外，還考慮使優先級A的車載設備14A和優先級B的車載設備14B動作的情況下的總電力量，來執行動作負荷的限制處理。這裡，使優先級A的車載設備14A和優先級B的車載設備14B動作的情況下的總電力量稱作DCDC負荷電力需求量。圖9是電源系統1的第三電源控制處理的流程圖。
圖9中的第三電源控制處理由步驟S121至步驟S140的處理構成，步驟S121至步驟S140的各步驟分別與圖8的步驟S81至SlOO的各步驟對應。但是，第三電源控制處理中，由於在執行動作負荷的限制時還考慮DCDC負荷電力需求量，因此涉及到該部分的步驟，具體而言步驟S132和S133的處理與圖8的步驟S92和步驟S93不同。因此，這裡僅對步驟S132和S133的處理進行說明，省略之外的步驟的處理的說明。步驟S132中，控制部17從驅動電機16獲得驅動電機電力需求量，並且從包含於車載設備14A中的ECU獲得DCDC負荷電力需求量。並且，在步驟S133，控制部17根據高壓電池電力量、低壓電池電力量、驅動電機電力需求量以及DCDC負荷電力需求量，執行限制動作負荷的動作的第一動作負荷限制處理。在第三電源控制處理的第一動作負荷限制處理中，基於使用了與上述第二電源控制處理中的式C3)相同的計算式的計算結果，確定對哪個車載設備14限制動作。具體地，控制部17根據下式(4)的計算結果，確定是僅使優先級A的車載設備14A 動作，還是使優先級A的車載設備14A和優先級B的車載設備14B動作。Lvalue = 1 X (高壓電池電力量+低壓電池電力量)_mX (驅動電機電力需求量 +DCDC負荷電力需求量) (4)式⑷中，在式(3)的mX (驅動電機電力需求量)的基礎上，考慮DCDC負荷電力需求量，成為mX (驅動電機電力需求量+DCDC負荷電力需求量)。其它均相同。並且，控制部17計算式(4)中的Lvalue，如果Lvalue比閾值X大(Lvalue > X), 則使車載設備14A和車載設備14B動作，如果Lvalue在閾值X以下(Lvalue ( X)，則僅使車載設備14A動作。通過進行以上處理，在第三電源控制處理中，可以使用高壓電池電力量、低壓電池電力量、驅動電機電力需求量以及DCDC負荷電力需求量這四個參數，限制作為動作負荷的車載設備14A至14C中的一部分的動作，抑制高壓電池11的輸出電力。根據上文說明的電源系統1的第一至第三電源控制處理，在由於外部氣溫降低等而使高壓電池11的溫度降為低溫的情況下，根據其優先級限制向車載設備14的一部分的電力供給。具體地，電源系統1將車載設備分類成車輛安全動作不可缺少的車載設備14、以及除此之外的車載設備14，根據高壓電池電力量、驅動電機電力需求量等，優先驅動車輛安全動作不可缺少的優先級A的車載設備14A。由此，在高壓電池11的溫度降為低溫的情況下，可以與高壓電池11能夠輸出的電力下降對應地，抑制輸出電力，從而能夠在確保車輛動作所需的最低限度的電力的同時，延長高壓電池的壽命。本發明例如適用於電動汽車和混合動力車等在動力源的一部分或全部中使用電池的車輛中的控制電池的電源的電源系統。上述一系列處理能夠以硬體實現也可以以軟體實現。在使用軟體執行一系列處理的情況下，經由程序存儲介質或通過區域網、網際網路、數字衛星傳送的有線或無線傳送介質，將構成該軟體的程序提供、安裝到組裝入專用硬體中的計算機(CPU(中央處理器， Central Processing Unit)、ECU、BMU (Battery ManagementUn it) φ )
13能夠通過裝入各種程序而執行各項功能的例如通用個人計算機等中。圖10是通過程序執行上述一系列處理的作為控制部17的計算機硬體結構例的框圖。計算機中，CPU(中央處理器，CentralProcessing Unit) 101、R0M(只讀存儲器， Read Only Memory) 102、RAM(隨機存取存儲器，Random Aceess Memory) 103 通過總線 104
相互連接。在總線104上，還連接有輸入輸出接口 105。輸入輸出接口 105上還連接有輸入部 106、輸出部107、存儲部108、通信部109以及驅動器110。輸出部106由鍵盤、滑鼠、麥克風等構成。輸出部107由顯示器、揚聲器等構成。存儲部108由硬碟或者非易失性存儲器等構成。通信部109由網絡接口等構成。驅動器110 驅動磁碟、光碟、光磁碟或者半導體存儲器等可擦除的存儲介質111。如上構成的計算機中，CPU101例如通過輸入輸出接口 105以及總線104，將存儲部 108中存儲的程序裝載到RAM103中並執行，從而進行上述的一系列處理。例如，計算機(CPU101)執行的程序能夠記錄在作為程序包介質等的可擦除記錄介質111中。此外，程序還可以通過區域網、網際網路、數字衛星傳送的有線或無線傳送介質來提供。計算機中，通過將可擦除記錄介質111安裝到驅動器110，從而將程序通過輸入輸出接口 105安裝到存儲部108中。並且，程序可以通過有線或者無線傳送介質，由通信部 109接收，並安裝在存儲部108中。另外，程序也可以預先安裝在R0M102或存儲部108中。而且，計算機執行的程序可以是根據本說明書中說明的順序，按時間順序執行處理的程序，還可以是並行地，或者在被進行了調用時等必要時刻進行處理的程序。而且，在本說明書中，系統指的是由多個裝置構成的裝置總體。本發明的實施方式並不限定於上文記載的實施方式，在不脫離本發明主旨的範圍內可以進行各種變形。
權利要求
1.一種電源系統，其包括以第一電壓提供電力的第一電池；以低於所述第一電壓的第二電壓提供電力的第二電池；電壓變換單元，其與所述第一電池和所述第二電池連接，從所述第一電池接收電流，並從所述第一電壓向所述第二電壓進行電壓變換之後，向所述第二電池提供所述電流； 測定單元，其測定所述第一電池的溫度；由所述第二電池驅動、被定為第一優先級的一個或多個第一負荷； 由所述第二電池驅動、被定為第二優先級的一個或多個第二負荷；以及控制單元，其在所述第一電池的溫度在規定溫度以下時，基於所述第一電池能夠輸出的電力量和驅動車輛的驅動電機的電力需求量，優先從所述第一負荷開始驅動。
2.根據權利要求1所述的電源系統，其中，所述控制裝置還在所述第一電池的溫度高於所述規定溫度的情況下，僅基於所述第一電池能夠輸出的電力量，限制向所述驅動電機以外的由所述第一電池驅動的多個負荷的一部分供給電力。
3.根據權利要求1所述的電源系統，其中，所述控制裝置還至少根據所述第二電池的充電率狀態、以及所述驅動電機以外的由所述第一電池驅動的多個負荷的驅動電壓中的最大電壓，抑制所述電壓變換單元的輸出電壓。
4.一種電源系統中的電源控制方法，該電源系統包括 以第一電壓提供電力的第一電池；以低於所述第一電壓的第二電壓提供電力的第二電池；電壓變換單元，其與所述第一電池和所述第二電池連接，從所述第一電池接收電流，並從所述第一電壓向所述第二電壓進行電壓變換之後，向所述第二電池提供所述電流； 測定單元，其測定所述第一電池的溫度；由所述第二電池驅動、被定為第一優先級的一個或多個第一負荷； 由所述第二電池驅動、被定為第二優先級的一個或多個第二負荷；以及控制所述第一負荷和所述第二負荷的驅動的控制單元， 所述電源控制方法包含如下步驟所述控制單元在所述第一電池的溫度在規定溫度以下的情況下，基於所述第一電池能夠輸出的電力量和驅動車輛的驅動電機的電力需求量，優先從第一負荷開始驅動。
全文摘要
本發明提供電源系統和電源控制方法，能夠在確保車輛動作所必須的最低限度的電力的同時，延長高壓電池的壽命。溫度傳感器(12)檢測高壓電池(11)的溫度。控制部(17)在高壓電池(11)的溫度在規定溫度以下的情況下，基於高壓電池(11)能夠輸出的電力量和驅動車輛的驅動電機(16)的電力需求量，優先從驅動電機(16)以外的由高壓電池(11)驅動的多個負荷中的被定為第一優先級的第一負荷開始驅動。即，控制部(17)基於高壓電池(11)能夠輸出的電力量和驅動車輛的驅動電機(16)的電力需求量，優先從車載設備(14A)至(14C)中的優先級最高的車載設備(14A)開始驅動。本發明例如可以適用於電動汽車的電源系統。
文檔編號H02J7/00GK102161331SQ20111008452
公開日2011年8月24日 申請日期2011年2月16日 優先權日2010年2月16日
發明者井戶勇作, 大元靖理, 蜂谷孝治 申請人:歐姆龍汽車電子株式會社