用于车辆的充电控制器的制造方法
【专利摘要】一种充电控制器用于车辆，所述车辆装备有旋转电机（10）、用于存储供应至所述旋转电机的电功率的主电池（Bm）、功率存储设备（Ba，Bsb）以及太阳能发电机。该充电控制器包括功率转换器（36，37，80a）、第一充电部（38）、升压部（32a、50、22）以及第二充电部（32b，27）。该功率转换器插置在太阳能发电机与存储设备之间。第一充电部（38）控制功率转换器，以将所述太阳能发电机产生的电功率存储在功率存储设备中。升压部将存储在功率存储设备中的功率升压并输出至主电池。第二充电部控制升压部，以利用存储在功率存储设备中的功率对主电池充电。
【专利说明】用于车辆的充电控制器
【技术领域】
[0001]本公开内容涉及用于车辆的充电控制器，该车辆装配有太阳能发电机和用于存储给车辆的旋转电机提供功率的电功率的电池。
【背景技术】
[0002]JP-A-7-123510公开了一种用于电动车辆的充电系统，该电动车辆装配有用于存储电功率以驱动车辆的主电池和具有电压低于主电池的辅助电池。在该充电系统中，当太阳能电池板的输出电压较高时，直接对辅助电池充电。相反，当输出电压较低时，通过对输出电压升压来给主电池充电。
[0003]本发明人发现，当上述技术应用到混合动力车辆或电动车辆时，太阳能电池板所产生的功率的使用效率变得十分低。具体来说，当对用于存储电功率(其给车辆的旋转电机提供功率)的车辆电池充电时，包括用于监测电池充电状态的监测设备的许多电子设备被通电。因此，由电子设备消耗的功率是很大的。另外，当太阳能电池板的输出电压很小时，太阳能电池板的输出功率很小。在这种情况下，如果通过对由太阳能电池板产生的功率升压来给电池充电，则由电子设备消耗的功率量可能会超过由太阳能电池板产生的功率量。
【发明内容】
[0004]鉴于上述，本公开内容的目的是提供一种适于控制车辆中的太阳能产生的充电控制器，在该车辆中装配有太阳能发电机和用于存储给车辆的旋转电机提供功率的电功率的电池。
[0005]根据本公开内容的一方面，一种充电控制器用于车辆，所述车辆装备有旋转电机、用于存储供应至所述旋转电机的电功率的主电池、功率存储设备以及太阳能发电机。所述功率存储设备的最大存储容量小于主电池的最大存储容量。该充电控制器包括功率转换器、第一充电部、升压部以及第二充电部。该功率转换器插置在太阳能发电机与存储设备之间。第一充电部控制功率转换器，以将太阳能发电机产生的电功率存储在功率存储设备中。升压部将存储在功率存储设备中的功率升压并输出至主电池。第二充电部控制升压部，以利用存储在功率存储设备中的功率对主电池充电。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]根据参照附图所做出的以下详细描述，本公开内容的上述和其它目的、特征以及优点将变得更加明显。在附图中:
[0007]图1是根据本公开内容的第一实施例的系统的视图；
[0008]图2是根据第一实施例的用于对主电池充电的充电处理的流程图；
[0009]图3A是根据比较示例的系统的时序图，并且图3B是根据第一实施例的系统的时序图；
[0010]图4是根据本公开内容的第二实施例的系统的视图；[0011]图5是根据本公开内容的第三实施例的系统的视图；
[0012]图6是根据本公开内容的第四实施例的系统的视图；
[0013]图7是根据本公开内容的第五实施例的系统的视图；
[0014]图8是根据本公开内容的第六实施例的系统的视图；
[0015]图9是根据本公开内容的第七实施例的系统的视图；
[0016]图10是根据第七实施例的用于对主电池充电的充电处理的流程图；
[0017]图11是根据本公开内容的第八实施例的系统的视图；
[0018]图12是根据第八实施例的用于对主电池充电的充电处理的流程图；
[0019]图13是根据本公开内容的第九实施例的系统的视图；
[0020]图14是根据第九实施例的用于对主电池充电的充电处理的流程图；以及
[0021]图15是根据本公开内容的第十实施例的用于对主电池充电的充电处理的流程图。
【具体实施方式】
[0022](第一实施例)
[0023]以下参照图1来描述根据本公开内容的第一实施例的包括充电控制器的系统。充电控制器可以利用来自外部电源(例如，公用电源)的功率给车辆充电，该外部电源如由图1的虚线中的AC电源所示。
[0024]首先，描述该系统的概要，并随后描述使用太阳能电池板对主电池充电的充电处理。
[0025](系统概要)
[0026]图1所示的电动发电机(MG)IO是安装在车辆上的旋转电机。电动发电机10机械地稱合到车辆的驱动轮(未图示)。电动发电机10连接到功率控制单元12。具体来说,功率控制单元12包括逆变器12a和用于控制和驱动逆变器12a的驱动器12b。电动发电机10连接到逆变器12a。逆变器12a通过系统的主继电器SMR连接到主电池Bm。
[0027]主电池Bm相对于车辆的底盘而暴露在阳光下。具体来说，底盘的电位是主电池Bm的正端子电位与负端子电位之间的中间值。例如，可以通过在主电池Bm的正端子与负端子之间插入一对电阻器并通过将电阻器之间的连接点连接至底盘来相对于底盘绝缘主电池Bm。将电阻器的电阻设定为使得可以相对于底盘来绝缘主电池Bm。主电池Bm是组装电池并包括串联连接的电池单元。根据第一实施例，电池单元是锂离子二次电池。
[0028]由电池E⑶14监测和控制主电池Bm的状态(B卩，每一电池单元的状态)。具体来说，电池E⑶14监测每一电池单元的过量充电和过量放电，并均衡电池单元的充电状态(S0C)。因此，保护电池单元免于过量充电和过量放电，以使得可以避免减小电池单元的可靠性。充电状态表现出当前存储在电池单元中的能量与电池单元的标称额定容量的比率。
[0029]将主电池Bm的正负端子通过充电继电器CHR连接至充电单元20。充电单元20利用来自外部电源的功率对主电池Bm充电。充电单元20具有充电电路。在该充电电路中，整流器电路21将来自外部电源的功率转换为直流(DC)功率，并将DC功率输入到功率因数校正(PFC)电路22，进而输入到桥电路23。桥电路23将DC功率转换为交流(AC)功率，并将AC功率施加到变压器24的初级线圈。将变压器24的次级线圈连接到整流器电路25，以使得可以将从变压器24的次级线圈输出的AC功率转换为DC功率。整流器电路25的输出功率由滤波器26来平滑，并通过充电继电器CHR输入至主电池Bm。
[0030]充电单元20具有驱动器27，并通过使用驱动器27电子操作PFC电路22和桥电路23的切换元件来执行充电控制。充电单元20可以用作权利要求中的主充电器。
[0031]主电池Bm通过系统主继电器SMR连接到转换器单元50。具体来说，转换器单元50包括DC-DC转换器50a和驱动器50b。主电池Bm连接到DC-DC转换器50a的初级侧。DC-DC转换器50a的次级侧连接到辅助电池Ba。辅助电池Ba的额定容量小于主电池Bm的额定容量。将辅助电池Ba的参考电位(S卩，负端子的电位)设定为底盘的电位。例如，辅助电池Ba可以是铅酸电池。
[0032]根据第一实施例，DC-DC转换器50a配置为降压型转换器(即，降压转换器)。也就是说，DC-DC转换器50a可以将来自主电池Bm的功率供应至辅助电池Ba，但无法将来自辅助电池Ba的功率供应至主电池Bm。在图1中，在DC-DC转换器50a的初级侧中示出了切换设备的符号，并且在DC-DC转换器50a的次级侧示出了二极管的符号。符号仅用于示出可以供应功率的方向。也就是说，DC-DC转换器50a的配置并不限于该符号。
[0033]太阳能电池板16连接到太阳能电池板E⑶(SE⑶)30。SE⑶30包括升压单元32和降压单元34。该降压单元34对太阳能电池板16的输出电压Vs进行降压，并将降压的电压供应到辅助电池Ba。该升压单元32对辅助电池Ba的电压进行升压，并将升压的电压供应到主电池Bm。该降压单元34包括降压斩波电路(B卩，降压型转换器)36和驱动电路38。该降压斩波电路36包括切换设备36a、二极管36b以及电感器36c。当切换设备36a接通时，电流从太阳能电池板16流至辅助电池Ba，以使得可以增加电感器36c的能量。相反，当切换设备36a关断时，存储在电感器36c中的能量通过由二极管36b、电感器36c以及辅助电池Ba构建的闭合电路来放电。应注意的是，由驱动器38操作切换设备36a。
[0034]升压单元32包括升压电路(即，升压型转换器)32a和用于电子操作升压电路32a的驱动器32b。根据第一实施例，升压电路32a是绝缘型升压电路。使用绝缘型升压电路的原因在于:尽管辅助电池Ba的负端子的电位是底盘的电位，然而主电池Bm相对于底盘被绝缘。升压电路32a通过太阳能继电器SLR连接到主电池Bm。
[0035]根据第一实施例，系统还包括上层E⑶(UE⑶)54。该UE⑶54可以将命令信号SC1-SC6输出到系统的控制部件。UE⑶54相对于用户的命令位于SE⑶30和功率控制单元12的上游。UE⑶54的参考电位是底盘的电位，并且UE⑶54利用来自辅助电池Ba的功率来工作。当第一功率开关56接通时，将来自辅助电池Ba的功率供应到UE⑶54。可以由用户的操作来接通第一功率开关56。一旦第一功率开关56接通，使得可以给UE⑶54通电，UE⑶54可以保持第一功率开关56接通。另外，在用户未接通第一功率开关56的情况下，诸如在车辆正处于停放时，可以由定时器(未图示)等周期性地接通第一功率开关56。
[0036]UE⑶54具有用于电子操作第二功率开关58的功能。第二功率开关58用于在辅助电池Ba的功率至电池E⑶14、充电单元20、SE⑶30、以及转换器单元50的供应与中断之间进行切换。图1示出可以通过第二功率开关58将辅助电池Ba的功率供应到电池E⑶14、充电单元20的驱动器27、SE⑶30的驱动器32b以及转换器单元50的驱动器50b。
[0037]尽管图中未不出，电池E⑶14具有闻压部和低压部。低压部的参考电位是底盘电位。通过第二功率开关58将辅助电池Ba的功率供应到低压部。根据第一实施例，高压部连接到主电池Bm，并利用来自主电池Bm的功率进行工作。因此，在电池E⑶14中，即使在由第二功率开关58中断辅助电池Ba至低压部的功率时，也能够为高压部供应来自主电池Bm的功率。可替换地，可以将辅助电池Ba供应到低压部的功率通过绝缘型转换器等供应到高压部。
[0038]应注意的是，辅助电池Ba至电池E⑶14、充电单元20、SE⑶30以及转换器单元50的功率的中断并不总是意味着功率并不供应到电池ECU14、充电单元20、SECU30以及转换器单元50中的每一个的任意部件。例如，假定转换器50的驱动器50b具有不考虑第二功率开关58的状况而被持续供应功率的备份存储器(即，RAM),即使在第二功率开关58关断使得至转换器单元50的几乎所有部件的功率均被中断时，也将保持为备份存储器供应功率。
[0039]UECU54还具有用于电子操作第三功率开关的功能，该第三功率开关用作功率控制单元12的功率开关(即，驱动器12b)。
[0040]在第一功率开关56接通时所接通的电源在下文有时称作“第一电源”，在第二功率开关58接通时所接通的电源在下文有时称作“第二电源”，而在第三功率开关接通时所接通的电源在下文有时称作“第三电源”。如图1的右上方所示，第二电源在充电模式和驱动模式下接通。相反，第三电源仅在驱动模式下接通。也就是说，第三电源在充电模式下关闭。在利用来自外部电源的功率对主电池Bm充电时，使用充电模式。在驱动车辆时，使用驱动模式。
[0041](利用太阳能电池板16对主电池Bm充电)
[0042]太阳能电池板16可以不管车辆是被驱动还是停放而产生功率。根据第一实施例，由太阳能电池板16产生的功率不仅在车辆驱动时而且在车辆停放时均对主电池Bm充电。由太阳能电池板16产生的功率存储在辅助电池Ba中，并随后用于对主电池Bm充电，从而提高太阳能电池板16的充电效率。
[0043]也就是说，为了对主电池Bm充电，需要给电池E⑶14通电。因此，需要接通第二功率开关58，以给电池E⑶14通电。在该情况下，当第二功率开关58接通时，除了电池E⑶14之外，还包括充电单元20和转换器单元50的电子设备被通电。因此，在对主电池Bm充电的充电时段期间，电子设备消耗功率。将由太阳能电池板16产生的最大功率量设定为大于由电子设备消耗的功率总量。然而，因为由太阳能电池板16产生的实际功率量取决于诸如天气之类的因素，因此，存在由电子设备消耗的功率量超过由太阳能电池板16产生的实际功率量的可能性。为此，当第二功率开关58 (即，第二电源)接通以利用由太阳能电池板16产生的功率对主电池Bm充电时，存储在车辆中的功率总量可能会减少而不是增加。
[0044]为了避免这样的缺点，根据第一实施例，由太阳能电池板16产生的功率临时存储在辅助电池Ba中。应注意的是，基于太阳能电池板16的输出电压Vs来给降压单元34通电，以使得由太阳能电池板16产生的功率可以临时存储在辅助电池Ba中而并未接通第二电源。具体来说，辅助电池Ba的功率可以通过局部功率开关42供应到降压单元34的驱动器38。根据比较器40的输出信号来接通和关断局部功率开关42，该比较器40比较太阳能电池板16的输出电压Vs与预定参考电压Vref。具体来说，当太阳能电池板16的输出电压Vs变为等于或大于参考电压Vref时，局部功率开关42接通。比较器40可以用作权利要求中的确定部，而降压单元34可以用作权利要求中的第一充电部。
[0045]如先前所述，由定时器等周期性地接通第一功率开关56。也就是说，可以周期性地给UE⑶54通电。每当给UE⑶54通电时，UE⑶54读取检测辅助电池Ba的端子电压Va的电压传感器52的检测值。UECU54基于检测值检测存储在辅助电池Ba中的由太阳能电池板16提供的功率量。当存储在辅助电池Ba中的由太阳能电池板16提供的功率量超过预定值时，UE⑶54接通第二功率开关58，使得可以将存储在辅助电池Ba中的功率通过升压单元32供应到主电池Bm。升压单元32可以用作权利要求中的升压部。
[0046]图2示出用于对主电池Bm充电的充电处理。当车辆停放时，每当UE⑶54被周期性导通时，UE⑶54以预定时间间隔执行充电处理。
[0047]充电处理开始于S10，其中，UE⑶54确定辅助电池Ba的端子电压Va是否等于或大于充电开始阈值VthH。也就是说，在S10，UE⑶54确定存储在辅助电池Ba中的由太阳能电池板16提供的功率量是否达到了足够高的值以对主电池Bm充电。例如，可以通过将在车辆停放时观察到的辅助电池Ba的正常端子电压加至与在利用由太阳能电池板16产生的功率对辅助电池B进行充分充电时观察到的辅助电池Ba的端子电压的增加相对应的电压值，来计算充电开始阈值VthH。
[0048]如果辅助电池Ba的端子电压Va等于或大于充电开始阈值VthH，即对应于在SlO处的“是”，则充电处理行进到S12。在S12，UE⑶54接通第二电源并接通太阳能继电器SLR，从而对主电池Bm进行充电。具体来说，在S12，UE⑶54将充电命令发送到电池E⑶14和升压单元32的驱动器32b中的每一个。UE⑶54通过执行S12来用作权利要求的第二充电部。应注意的是，在步骤S12之后，UE⑶54保持通电。当UE⑶54保持通电时，以预定时间间隔来执行步骤SlO。
[0049]相反，如果辅助电池Ba的端子电压Va小于充电开始阈值VthH，即对应于在SlO的“否”，充电处理行进到S14。在S14，UE⑶54确定辅助电池Ba的端子电压Va是否等于或小于充电停止阈值VthL。也就是说，在S14，UE⑶54确定是否停止对主电池Bm充电。如果辅助电池Ba的端子电压Va等于或小于充电停止阈值VthL，即对应于在S14的“是”，充电处理行进到S16。在S16，UECU54关断第二功率开关58和太阳能继电器SLR。
[0050]在S12和S16之后，或如果辅助电池Ba的端子电压Va大于充电停止阈值VthL，即对应于在S14的“否”，充电处理结束。另外，在步骤S16完成时，关断第一功率开关56。
[0051]以下参照图3A和图3B来描述第一实施例的优点。图3A示出通过使用升压单元32将由太阳能电池板16产生的功率直接存储到主电池Bm的比较示例。图3B示出第一实施例。在图3A和图3B中，“Pcha (主)”和“Pcha (Bm)”表示存储在主电池Bm中的功率，“Peon”表示系统中的功耗，“Bm-SOC”和“SOC(Bm) ”表示主电池Bm的S0C，“S0C (Ba)”表示辅助电池Ba的S0C，“Ps (太阳能电池板)”表示太阳能电池板16的输出功率，Pst (升压型转换器)表示升压单元32的输出功率，以及Pck (降压型转换器)表示降压单元34的输出功率。
[0052]在比较示例中，升压单元32的输出功率Pst取决于太阳能电池板16的输出功率Ps。另外，因为电池E⑶14、充电单元20以及SE⑶30和转换器单元50消耗功率，在系统中持续消耗了大量功率。
[0053]在第一实施例中，降压单元34的输出功率Pck取决于太阳能电池板16的输出功率Ps。另外，除了在执行对电池Bm充电的充电处理时之外，系统的功耗限制到由降压单元34消耗的功率和由被周期性通电的UECU54消耗的功率。确切地说，当转换器单元50或充电单元20具有持续供应功率的备份存储器时，备份存储器消耗的功率量增大了系统的功耗。另外，例如，当UECU54具有用于与用户携载的移动设备(例如，智能钥匙)无线通信的通信部时，给通讯部持续供应功率，从而使得通讯部消耗的功率量增大了系统的功耗。然而，在未执行充电处理时通电的电子设备的数量远小于在执行充电处理时通电的电子设备的数量。因此，在未执行充电处理时系统的功耗远小于在执行充电处理时系统的功耗。因此，被通电以利用由太阳能电池板16产生的功率对电池Bm充电的电子设备的数量减少了，从而能够减少电子设备消耗的功率。因此，可以尽可能得增大在充电时段期间存储在车辆(即，主电池Bm和辅助电池Ba)中的由太阳能电池板16提供的功率量。
[0054]因此，根据第一实施例，充电效率(其被定义为在充电时段期间存储在主电池Bm中的功率量的增加与由太阳能电池板16产生的功率量的比例)可以保持在预定值以上。相反，根据比较示例，充电效率取决于太阳能电池板16产生的功率量而变化。
[0055]以下详细描述了优点。
[0056](I)为了利用由太阳能电池板16产生的功率对主电池Bm进行充电，将由太阳能电池板16产生的功率临时存储在辅助电池Ba中。在对辅助电池Ba充电时，很少需要监测辅助电池Ba的充电状态。因此，可以在没有给电子设备通电以监测辅助电池Ba的充电状态的情况下，对辅助电池Ba充电。因此，可以减小在对辅助电池Ba充电时由这样的电子设备消耗的功率量。
[0057](2)为了对主电池Bm充电，使用第二电源。在这样的方案中，可以将车辆设计对于利用由太阳能电池板16产生的功率给主电池Bm充电的变化最小化。因此，例如，可以以低成本将太阳能电池板16作为可选增加至车辆。
[0058](3)辅助电池Ba (其为通常安装在车辆上的铅酸电池)用作用于临时存储由太阳能电池板16产生的功率的功率存储设备。因此，不需要额外设备。
[0059](4)通过使用降压斩波电路36来对辅助电池Ba充电。因此，即使在发生太阳能电池板16的输出电压Vs的变化时，也可以采用合适的充电电流对辅助电池Ba进行充电。降压斩波电路36用作权利要求中的功率转换器。
[0060](5)UE⑶54 (其用作权利要求中的第二充电部)被周期性通电，并基于辅助电池Ba的端子电压Va执行充电处理，以对主电池Bm充电。因此，相比于在UE⑶54在所有时间均保持通电的时候，可以减小功耗。
[0061](6)在太阳能电池板16的输出电压Vs变为等于或大于参考电压Vref时,给降压单元34通电，以对辅助电池Ba充电(B卩，将由太阳能电池板16产生的功率临时存储在辅助电池Ba中)。因此，在用于对主电池Bm充电的所有电子设备当中，当太阳能电池板16的输出电压Vs小于参考电压Vref时,仅给比较器40通电。
[0062](第二实施例)
[0063]以下参照图4来描述根据本公开内容的第二实施例的系统。第一实施例与第二实施例之间的差别如下。
[0064]如图4中所示，在第二实施例中，去除降压单元34，使得太阳能电池板16可以直接连接至辅助电池Ba。因此，通过分别将辅助电池Ba的正负端子连接到太阳能电池板16的输出端子来提供权利要求中的第一充电部。如同第一实施例中，当车辆停放时，每当UECU54被周期性通电时，该UECU54以预定时间间隔执行图2中所示的充电处理。[0065](第三实施例)
[0066]以下参照图5来描述根据本公开内容的第三实施例的系统。第一实施例与第三实施例之间的差别如下。
[0067]如图5中所示，根据第三实施例，电容器60连接到太阳能电池板16。另外，电容器60连接到升压电路32a的输入端子和降压电路34的降压斩波电路36的输入端子。也就是说，电容器60可以用作用于临时存储由太阳能电池板16产生的功率的功率存储设备。应注意的是，通过将电容器60的正负端子分别连接到太阳能电池板16的输出端子来提供权利要求中的第一充电部。
[0068](第四实施例)
[0069]以下参照图6来描述根据本公开内容的第四实施例的系统。第一实施例与第四实施例之间的差别如下。
[0070]如图6中所示，根据第四实施例，SE⑶30不具有升压电路32。另外，转换器单元50具有双向转换器50c而不是DC-DC转换器50a。在图6中，将切换设备的符号示为双向转换器50c的电路，以允许功率从辅助电池Ba供应到主电池Bm。这仅是一个示例，并且双向转换器50c的配置不限于该符号。
[0071]双向转换器50c可以用作权利要求中的用于利用由太阳能电池板16产生的功率对主电池Bm充电的升压部。因此，可以去除升压单元32和太阳能继电器SLR。
[0072](第五实施例)
[0073]以下参照图7来描述根据本公开内容的第五实施例的系统。第一实施例与第五实施例之间的差别如下。
[0074]如图7所示，根据第五实施例，位于充电单元20的充电电路可以用作权利要求中的用于利用由太阳能电池板16产生的功率对主电池Bm充电的升压部。具体来说，辅助电池Ba连接到PFC电路22。例如，该PFC电路22可以配置为升压斩波电路。因此，存储在辅助电池Ba中的功率可以由PFC电路22升压，并随后通过桥电路23、变压器24、整流器25以及滤波器26供应到主电池Bm。
[0075]在这样的方案中，可以在不使用升压单元32和太阳能继电器SLR的情况下，利用由太阳能电池板16产生的功率对主电池Bm充电。
[0076]另外，根据第五实施例，降压单元34具有与降压斩波电路36串联连接的升压斩波电路37。该升压斩波电路37包括电感器37a、切换设备37b、二极管37c以及电容器37d。当切换设备37b接通时，电流流经由太阳能电池板16、电感器37a以及切换设备37b构建的闭合电路，使得可以增加存储在电感器37a中的能量。随后，在切换设备37b关断时，存储在电感器37a中的能量通过由太阳能电池板16、电感器37a、二极管37c和电容器37d构建的闭合电路来放电。应注意的是，由驱动器38操作切换设备37b。
[0077]该方案能够因为以下原因而提高太阳能电池板16的充电效率。太阳能电池板16的充电效率取决于太阳能电池板16的输出电流而变化。假定降压斩波电路36直接连接到太阳能电池板16，每当降压斩波电路36的切换设备36a接通时，太阳能电池板16的输出电流从零增大，而每当切换设备36a关断时太阳能电池板16的输出电流减小至零。因此，降压斩波电路36直接连接到太阳能电池板16，充电效率下降。相反，当升压斩波电路37连接到太阳能电池板16的输出端子时，太阳能电池板16的输出电流在升压斩波电路37的切换设备37b的接通/关断操作期间保持在零以上。另外，因为可以通过调节电感器37a的电感来调节升压斩波电路37的输出电流的变化量，因此可以保持高的充电效率。
[0078]具体来说，驱动器38控制施加到辅助电池Ba的电压，使得可以将太阳能电池板16的输出电压Vs反馈控制到目标电压。例如，驱动器38可以通过调节施加到升压斩波电路37的切换设备37b的驱动信号的占空比和施加到降压斩波电路36的切换设备36a的驱动信号的占空比，来控制施加到辅助电池Ba的电压。如众所周知的那样，占空比是“0N”时间在切换设备的整个完整的切换周期上的比例。因此，将太阳能电池板16的输出电压Vs反馈控制到目标电压，使得可以保持高的充电效率。
[0079]因此，提高了太阳能电池板产生的功率的使用效率。例如，可以增加以下可能性，即太阳能电池板16产生的功率超过了在局部功率开关42接通时被通电的电子设备所消耗的功率。通常而言，难以按以下方式来设定参考电压Vref，即当太阳能电池板16产生的功率超过电子设备(其在局部功率开关42接通时被通电)所消耗的功率时，接通局部功率开关42。
[0080](第六实施例)
[0081]以下参照图8来描述根据本公开内容的第六实施例的系统。第一实施例与第六实施例之间的差别如下。
[0082]根据第六实施例，如图8所示，该系统包括连接到充电单元20的转换器单元70。该转换器单元70对从外部电源供应的功率进行降压，并且将降压的功率输出到辅助电池Ba。转换器单元70包括DC-DC转换器70a和用于控制和驱动DC-DC转换器70a的驱动器70b。该DC-DC转换器70a可以用作用于辅助电池Ba的充电电路。DC-DC转换器70a连接到整流器电路21的输出端子。整流器电路21的输出功率由整流器电路21降压，并随后施加至辅助电池Ba。根据第六实施例，DC-DC转换器70a配置成双向转换器。该转换器单元70可以用作权利要求中的辅助充电器。
[0083]另外，根据第六实施例，该系统包括升压单元80。该太阳能电池板16的输出电压Vs由升压单元80升压，并随后供应到DC-DC转换器70a。升压单元80包括升压电路(SP，升压型转换器)80a和用于控制并驱动升压电路80a的驱动器80b。升压电路80a连接在太阳能电池板15的输出端子与DC-DC转换器70a的输入端子之间。升压电路80a用于减小DC-DC转换器70a在由整流器电路21施加输入电压时与在由升压电路80a施加输入电压时之间的输入电压的差。升压电路80a也用于将太阳能电池板16的输出电压Vs维持在辅助电池Ba的端子电压Va以上。应注意的是，二极管64连接在升压电路80a与DC-DC转换器70a之间。二极管64防止电流在从整流器电路21至升压电路80a的方向上流动。
[0084]当太阳能电池板16的输出电压Vs变为等于或大于参考电压Vref时，给升压单元80的驱动器80b和转换器单元70的驱动器70b中的每一个通电。具体来说，驱动器80b通过局部功率开关80c连接到辅助电池Ba，并且驱动器70b通过局部功率开关70c连接到辅助电池Ba。根据比较器40的输出信号来接通和关断局部功率开关70c和80c。
[0085]此外，当第二功率开关58接通时，驱动器70b通电。也就是说，根据第六实施例，增加用于驱动器70b的电源，以利用由太阳能电池板16产生的功率对电池Bm充电。具体来说，仅增加升压单元80和局部功率开关70c，以利用由太阳能电池板16产生的功率对电池Bm充电。因此，尽可能得限制了被增加用于利用由太阳能电池板16产生的功率对电池Bm充电的设计变化和部件数量。
[0086]升压单元80的升压电路80a可以是非绝缘型转换器。在此情况下，无需在升压单元80与充电单元20之间增加继电器，因为充电单元20的变压器24可以用作用于将太阳能电池板16侧与主电池Bm侧绝缘的绝缘体。
[0087]例如，升压斩波电路37可以用作升压电路80a。可替换地，升压电路80a可以为绝缘型转换器。
[0088](第七实施例)
[0089]以下参照图9来描述根据本公开内容的第七实施例的系统。第一实施例与第七实施例之间的差别如下。
[0090]根据第六实施例，系统包括电流传感器90和积分器92。电流传感器90检测辅助电池Ba的充电和放电电流。积分器92位于降压单元34，并计算由电流传感器90检测的电流的积分值In。将积分器92计算的积分值In输出到UE⑶54。该UE⑶54基于积分值In执行充电处理，以对主电池Bm充电。
[0091]图10示出根据第七实施例的充电处理。在停放车辆时，每当UE⑶54被周期性通电时，UECU54以预定时间间隔执行充电处理。在图2和图10中，相同的步骤编号对应于相同的处理。
[0092]充电处理开始于SlOa，其中UE⑶54确定积分值In是否等于或大于预定阈值Inth。在SlOa处执行的处理对应于图2中在SlO执行的处理。假定电流传感器90没有检测误差，UE⑶54基于积分值In比基于端子电压Va可以更加精确地检测存储在辅助电池Ba中的由太阳能电池板16提供的功率量。对此的第一个原因是端子电压Va不仅取决于存储在辅助电池Ba中的由太阳能电池板16提供的功率量，而且还取决于在充电处理之前辅助电池Ba的S0C。对此的第二原因是端子电压Va取决于辅助电池Ba的充电和放电历史被两极化。
[0093]如同在图2的S16，在S16a，UECU54关断第二功率开关58和太阳能继电器SLR。另外，在S16a，UE⑶54通过将初始化命令发生至SE⑶30来初始化积分器92。
[0094](第八实施例)
[0095]以下参照图11来描述根据本公开内容的第八实施例的系统。第一实施例与第八实施例之间的差别如下。
[0096]如同图7中所示的第五实施例，降压单元34具有与降压斩波电路36串联连接的升压斩波电路37，并且通过将输出电压Vs反馈控制到目标电压来对辅助电池Ba充电。另夕卜，根据第八实施例，用于检测太阳能电池板16的输出电流的电流传感器38a连接在降压斩波电路36和升压斩波电路37的串联电路与太阳能电池板16之间。
[0097]图12不出根据第八实施例的用于对主电池Bm充电的充电处理。在车辆停放时，每当UE⑶54被周期性通电时，UE⑶54以预定时间间隔执行充电处理。在图2和图12中，相同的步骤编号对应于相同的处理。
[0098]充电处理开始于SlOb，其中，UE⑶54确定两个条件之间的逻辑或是真还是假。第一条件是辅助电池Ba的端子电压Va等于或大于充电开始阈值VthH。第二条件是太阳能电池板16的输出功率Ps等于或大于预定阈值Psth。在SlOb执行的处理对应于在图2中的SlO执行的处理。第二条件用于减小对太阳能继电器SLR的磨损。[0099]也就是说，假定在仅满足第一条件时就执行充电处理，当由于辅助电池Ba的端子电压随着充电处理的进展而降低从而导致第一条件变得不满足时，充电处理停止。在这种情况下，为了绝缘，通常关断(即，断开)太阳能继电器SLR。然而，如果太阳能电池板16的输出功率Ps很大，第一条件在短时间内再次变得满足，使得可以关断太阳能继电器SLR。以这种方式，可能会频繁的接通和关断太阳能继电器SLR，从而可能会加速太阳能继电器SLR的磨损。
[0100]可以将太阳能电池板16的输出功率Ps计算为太阳能电池板16的输出电压Vs与电流传感器38a检测的输出电流的乘积。
[0101](第九实施例)
[0102]以下参照图13来描述根据本公开内容的第九实施例的系统。第一实施例与第九实施例之间的差别如下。
[0103]如图13所示，根据第九实施例，降压单元34包括降压转换器(即，降压型转换器)39。例如，该降压转换器39可以由图7中所示的升压斩波电路37和降压斩波电路36来构建。驱动器38基于太阳能电池板16的输出电流和输出电压Vs来控制降压转换器39,从而执行最大功率点跟踪控制(MPPT)。可以由电流传感器38a检测太阳能电池板16的输出电流。驱动器38可以用作权利要求中的最大功率点跟踪控制器。
[0104]另外，根据第九实施例，子电池Bsb代替辅助电池Ba来用作功率存储设备，以临时存储由太阳能电池板16产生并从降压转换器39输出的功率。子电池Bsb是镍氢二次电池。因此，子电池Bsb可以以高可靠度来存储由太阳能电池板16产生的功率，并还提高了由太阳能电池板16产生的功率的使用效率。也就是说，因为辅助电池Ba是铅酸电池，由于SOC的变化会导致辅助电池Ba可靠性下降。因此，当利用存储在辅助电池Ba中的功率对主电池Bm充电时，需要减少在每次充电处理中从辅助电池Ba供应到主电池Bm的功率量，以确保辅助电池Ba的可靠性。相反，作为镍氢二次电池的子电池Bsb可抵抗SOC的变化。因此，当利用存储在子电池Bsb中的功率对主电池Bm充电时，大量功率可以在每次充电处理中从子电池Bsb供应至主电池Bm。因此，可以减少太阳能继电器SLR接通和关断的频率，从而能够减小对太阳能继电器SLR的磨损。
[0105]另外，根据第九实施例，DC-DC转换器100连接在子电池Bsb与辅助电池Ba之间。尽管附图中未示出，DC-DC转换器100包括转换器电路和用于控制和驱动转换器电路的驱动器。DC-DC转换器100在第二功率开关58接通时操作被接通的第二电源。
[0106]图12不出根据第九实施例的用于对主电池Bm充电的充电处理。在车辆停放时，每当UE⑶54被周期性通电时，UE⑶54以预定时间间隔执行充电处理。
[0107]充电处理开始于S20，其中，UECU54确定子电池Bsb的充电状态SOC (Bsb)是否等于或大于预定阈值SthH。也就是说，在S20，UE⑶54确定存储在子电池Bsb中的由太阳能电池板16提供的功率量是否达到足够高的值以对主电池Bm充电。如果SOC (Bsb)等于或大于阈值SthH，即对应于在S20的“是”，充电处理进行到S22。
[0108]在S22，UE⑶54接通第二功率开关58，接通太阳能继电器SLR，并将用于升压单元32的输出功率Pst的命令值Pst*设定为大于零的预定值PstO (B卩，Pst0>0)。将命令值Pst*设定为大于在辅助电池Ba的SOC减小至可能会降低辅助电池Ba的可靠性的程度时所观察到的辅助电池Ba的端子电压。以这样的方案，即使在由于第二功率开关58接通而导致由电子设备消耗的功率增加时，也能够避免辅助电池Ba的SOC的过度减少，从而能够保持辅助电池Ba的可靠性。
[0109]在S22之后，充电处理行进到S24，其中，UE⑶54增加计数器的计数值T，该计数器测量充电处理的持续时间。在S24之后，充电处理行进到S26，其中，UECU54确定两个条件之间的逻辑或是真还是假。第一条件是子电池Bsb的SOC (Bsb)等于或小于阈值SthL。第二条件是计数值T等于或大于阈值时间Tth。在S26执行的处理用于确定是否停止充电处理。将阈值SthL设定为使得在对子电池Bsb充分放电时，子电池Bsb的SOC (Bsb)达到阈值SthL。将阈值时间Tth设定为使得在由太阳能电池板16产生的功率达到可能的最大值时，花费该阈值时间Tth来将存储在子电池Bsb中的功率充分放电。使用阈值时间Tth的目的是通过防止充电处理由于例如SOC (Bsb)的计算误差而导致的不当持续，来保护子电池Bsb被过量放电。
[0110]如果UE⑶54确定逻辑或是真，即对应于在S26的“是”，充电处理进行到S28。在S28，UE⑶54关断第二功率开关58，关断太阳能继电器SLR，停止升压单元32的输出，并停止将功率供应到辅助电池Ba。
[0111]在S28之后，或如果SOC (Bsb)小于阈值SthH，即对应于在S20的“否”，充电处理结束。
[0112](第十实施例)
[0113]以下参照图15来描述根据本公开内容的第十实施例的系统。第一实施例与第十实施例之间的差别如下。
[0114]图15不出根据第十实施例的用于对主电池Bm充电的充电处理。在车辆停放时，每当UE⑶54被周期性通电时，UE⑶54以预定时间间隔执行充电处理。在图14和图15中，相同的步骤对应于相同的处理。
[0115]如同在图14中的S28，在S28a，UE⑶54关断第二功率开关58，关断太阳能继电器SLR，停止升压单元32的输出，并停止将功率供应到辅助电池Ba。另外，在S28a，UE⑶54将阈值时间Tth改变为通过将余量时间Λ加至计数值T而计算的值。在S28a处执行的处理用于学习适于阈值时间Tth的时间长度。例如，由于日光量的变化，当前计数值T可能会偏离允许存储在子电池Bsb中的功率在主电池Bm的下一个充电处理中充分放电的时间长度。鉴于计数值T的偏离来设定余量时间Λ。
[0116]优选的是，阈值时间Tth应当具有默认值。在此情况下，如果从主电池Bm先前的充电处理到当前的充电处理所经过的时间太长的话，可以代替学习值，而使用默认值。
[0117](变形)
[0118]尽管已参照本公开内容的实施例描述了本公开内容，然而应当理解本公开内容不限于这些实施例和构造。本公开内容旨在涵盖各种变形和等价设置。此外，尽管各种组合和配置，然而包括更多、更少或仅单个元件的其它组合和配置也均落在本公开内容的精神和范围内。
[0119](积分器的变形)
[0120]积分器92不限于图9中所示的第七实施例中所描述的那个。例如，该积分器92可位于降压单元34的外部而并非降压单元34的内部。也就是说，积分器92可作为外部零件增加至降压单元34。即使在此情况下，积分器92也能操作独立于第一和第二电源的电源。[0121]在第七实施例中，积分器92计算通过电流传感器90检测的电流的积分值In。可替换地，可以通过方法而并非电流传感器来获得电流。例如，可以根据太阳能电池板16的输出电压Vs、辅助电池Ba的端子电压Va以及施加至切换设备36a的驱动信号的占空比来计算电流。即使在此情况下，积分器92也能操作独立于第一和第二电源的电源。
[0122](第一充电部的变形)
[0123]可以通过方法而并非局部功率开关42来将驱动器38通电。例如，可以将驱动器38的功率端子连接到输出端子，使得驱动器38可以使用太阳能电池板16作为电源。
[0124](功率转换器的变形)
[0125]在图7中所示的第五实施例和图11中所示的第八实施例中，降压单元34可以用作升压电路。在这样的方案中，即使在太阳能电池板16的输出电压Vs不大于辅助电池Ba的端子电压Va时，也能对输出电压Vs升压，使得可以对辅助电池Ba充电。为了增加对辅助电池Ba充电的机会，优选的是，功率转换器应具有用于通过对输入电压升压来产生输出电压的功能和用于通过对输入电压降压来产生输出电压的功能。
[0126](确定部的变形)
[0127]为了周期性给SE⑶30通电，确定部可以确定太阳能电池板16的输出电压Vs是否等于或大于参考电压Vref。在此情况下，每当确定部确定出太阳能电池板16的输出电压Vs等于或大于参考电压Vref时，可以给SE⑶30通电。另外，每当给SE⑶30通电时，确定部可以确定太阳能电池板16的输出电压Vs是否等于或大于参考电压Vref。另外，例如，每当给UECU54通电时,确定部可以确定太阳能电池板16的输出电压Vs是否等于或大于参考电压Vref0
[0128]即使在确定部确定出太阳能电池板16的输出电压Vs等于或大于参考电压Vref时，如果主电池Bm的SOC是高的，则也可以禁止太阳能电池板16产生功率。
[0129]例如，可以通过将太阳能电池板16的输出端子连接到调节器并通过将调节器的输出电压施加到驱动器38来去除确定部。另外，用户可以给驱动器38通电和断电。在此情况下，当用于给驱动器38通电时，驱动器38可以保持通电以对功率存储设备充电，而不考虑太阳能电池板16的输出电压Vs是大于还是小于参考电压Vref。
[0130](第二充电部的变形)
[0131]在该实施例中，由UE⑶54执行用于对主电池Bm充电的充电处理。可替换地，不同于UE⑶54的其它装置可以执行充电处理。例如，SE⑶30可以执行充电处理。
[0132]第二充电部可以基于不同于端子电压Va和积分值In的其它值，来确定是否停止充电处理。例如,在第七实施例中，当主电池Bm的每一电池单元的SOC的增加达到基于存储在辅助电池Ba中的功率量所计算的预定值时，第二充电部可以确定停止充电处理。在此情况下，可以通过电池ECU14来计算主电池Bm中的每一电池单元的SOC的增加，并且可以基于由积分器92计算的积分值In来计算存储在辅助电池Ba中的功率量。
[0133]在第二充电部对主电池Bm充电时，太阳能电池板16可以停止对辅助电池Ba充电。
[0134](主充电器的变形)
[0135]主充电器的绝缘体不限于变压器24。例如，可以代替变压器24，而使用快速电容器。[0136](辅助充电器的变形)
[0137]辅助充电器不限于具有双向DC-DC转换器70a的转换器单元70。例如，辅助充电器可以在从外部电源至辅助电池Ba的方向上传送功率，但不在从辅助电池Ba至外部电源的方向上传送功率。
[0138](主电池Bm的变形)
[0139]主电池Bm不限于锂离子二次电池。即使在主电池Bm不同于锂离子二次电池时，只要由于S0C、端子电压等的变化导致主电池Bm的可靠性下降就需要给电池ECU14通电。因此，即使在主电池Bm不同于锂离子二次电池时，也可以有效应用本公开内容。
[0140]将主电池Bm与车辆底盘绝缘并不总是必需的。例如，当主电池Bm被配置为输出大电流以减少端子电压时，负端子的电位可以是底盘的电位。在此情况下，不需要使用绝缘型转换器作为用于在主电池Bm与其它部件之间交换功率的功率转换器。
[0141 ](辅助电池Ba的变形)
[0142]辅助电池Ba不限于铅酸电池。例如，辅助电池Ba可以是镍氢二次电池。
[0143](子电池Bsb的变形)
[0144]子电池Bsb不限于镍氢二次电池。例如，子电池Bsb可以是锂离子二次电池。
[0145](其它)
[0146]即使在车辆运行时，也能够通过使用功率转换器对功率存储设备充电而不是通过利用太阳能电池板16产生的功率直接对功率存储设备充电，来提高太阳能电池板16的功率产生效率。根据本公开内容，以这种方式,可以提高功率产生的控制性。
【权利要求】
1.一种用于车辆的充电控制器，所述车辆装备有旋转电机(10)、主电池(Bm)、功率存储设备(Ba，Bsb)以及太阳能发电机，所述主电池(Bm)具有用于存储供应至所述旋转电机的电功率的第一最大存储容量，所述功率存储设备(Ba，Bsb)具有小于所述第一最大存储容量的第二最大存储容量，该充电控制器包括: 功率转换器(36，37，80a)，其插置在所述太阳能发电机与所述功率存储设备之间； 第一充电部(38)，其配置为控制所述功率转换器，以将所述太阳能发电机产生的电功率存储在所述功率存储设备中； 升压部(32a、50、22)，其配置为将存储在所述功率存储设备中的功率升压并输出至所述主电池；以及 第二充电部(32b，27)，其配置为控制所述升压部，以利用存储在所述功率存储设备中的功率对所述主电池充电。
2.根据权利要求1所述的充电控制器，其中 当所述车辆停放时，所述第二充电部通过对安装在所述车辆上的第一数量的电子设备通电，来利用存储在所述功率存储设备中的功率对所述主电池充电， 在所述车辆停放时，所述第一充电部通过对第二数量的电子设备通电，来将由所述太阳能发电机产生的功率存储在所述功率存储设备中，并且 所述第二数量小于所述第一数量，使得在所述第一充电部将由所述太阳能发电机产生的功率存储在所述功率存储设备中时的功耗小于在所述第二充电部利用存储在所述功率存储设备中的功率对所述主电池充电时的功耗。
3.根据权利要求1所述的充电控制器，其中 在所述第一充电部将由所述太阳能发电机产生的功率存储在所述功率存储设备中时，所述第二充电部控制所述升压部，使得所述升压部对存储在所述功率存储设备中的功率和所述功率转换器的输出功率的总和进行升压。
4.根据权利要求3所述的充电控制器，其中 所述第一充电部包括最大功率点跟踪控制器，所述最大功率点跟踪控制器用于通过控制所述功率转换器来执行最大功率点跟踪控制， 所述第二充电部将所述升压部的输出功率控制到命令值(Pst*)，并且 所述命令值不同于所述功率转换器的输出功率。
5.根据权利要求1所述的充电控制器，其中 所述第一充电部将由所述太阳能发电机产生的功率存储在所述功率存储设备中而不考虑所述主电池的充电状态。
6.根据权利要求1所述的充电控制器，其中 当所述车辆停放时，所述第二充电部利用存储在所述功率存储设备中的功率对所述主电池充电而不考虑所述太阳能发电机的输出电压。
7.根据权利要求1所述的充电控制器，其中 在所述功率转换器将电流输出至所述功率存储设备的时段期间，所述功率转换器将从所述太阳能发电机输入的电流保持在零以上。
8.根据权利要求1所述的充电控制器，其中 所述功率存储设备是辅助电池。
9.根据权利要求1所述的充电控制器，其中 当所述车辆停放时，所述第二充电部被周期性通电，并且 每当所述第二充电部被周期性通电时，所述第二充电部检测存储在所述功率存储设备中的功率量，并且 当存储在所述功率存储设备中的功率量等于或大于预定参考值时，所述第二充电部利用存储在所述功率存储设备中的功率对所述主电池充电。
10.根据权利要求1所述的充电控制器，其中 所述第一充电部包括积分器(92)，所述积分器(92)用于计算至所述功率存储设备的充电电流的积分值，并且 所述第二充电部基于所述积分值，来利用存储在所述功率存储设备中的功率对所述主电池充电。
11.根据权利要求1所述的充电控制器，还包括: 确定部(40)，其配置为确定所述太阳能发电机的输出电压(Vs)是否等于或大于预定参考电压(Vref)，其中 在所述确定部确定所述太阳能发电机的输出电压等于或大于所述参考电压时，所述第一充电部开始将由所述太阳能发电机产生的功率存储在所述功率存储设备中。
12.根据权利要求1-11中 任一项所述的充电控制器，还包括: 充电器(20)，其配置为连接到外部电源，以利用来自所述外部电源的功率对所述主电池充电，其中 所述充电器包括用作所述升压部的升压电路(22 )。
13.根据权利要求1-11中任一项所述的充电控制器，其中: 所述功率存储设备是辅助电池，并且 所述升压部是用于在所述主电池与所述辅助电池之间交换功率的双向转换器(50c)。
14.根据权利要求1-11中任一项所述的充电控制器，还包括: 主充电器(20)，其配置为连接到外部电源，以利用来自所述外部电源的功率对所述主电池充电，以及 辅助充电器(70)，其配置为利用来自所述外部电源的功率对所述功率存储设备充电，其中 所述外部存储设备是辅助电池， 所述主充电器具有绝缘体(24)，所述绝缘体用于通过使初级侧与次级侧绝缘而在所述绝缘体的所述初级侧与所述次级侧之间传送功率， 所述辅助充电器具有将所述初级侧上的电压降压并施加至所述辅助电池的功能， 所述第一充电部包括升压电路(80a)、控制部(70b，80b)以及辅助充电器， 所述升压电路将所述太阳能发电机的输出电压升压并施加至所述辅助充电器， 所述控制部电子控制所述升压电路和所述辅助充电器，并且 所述升压部包括所述主充电器和所述辅助充电器。
15.根据权利要求1-11中任一项所述的充电控制器，其中 所述第二充电部基于所述功率存储设备的端子电压，来停止利用存储在所述功率存储设备中的功率对所述主电池充电。
16.根据权利要求1-11中任一项所述的充电控制器，还包括: 开关(SLR),其配置为将所述主电池连接至所述升压部和将所述主电池与所述升压部断开，其中 当所述太阳能发电机的输出功 率大于预定参考值时，所述开关保持所述主电池连接到所述升压部，以使得在由所述太阳能发电机产生的功率存储在所述功率存储设备期间，利用存储在所述功率存储设备中的功率对所述主电池充电。
【文档编号】H02J7/00GK103457312SQ201310213668
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年5月31日 优先权日:2012年6月1日
【发明者】神谷庆, 山本健儿 申请人:株式会社电装