电源装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及安装诸如在车辆内的电源装置。
【背景技术】
[0002]例如，众所周知的车载式电源系统具有包括多个电池(例如铅电池和锂离子电池)的配置。这些电池不同地用于向安装在车辆上的各种电气负载提供电力。具体地，在该配置中，具有产生电力的功能的旋转电机经提供有半导体开关的连接路径被连接至锂离子电池和铅电池。半导体开关被打开/闭合以使旋转电机与锂离子电池和铅电池电断开/连接。因此，要防止对频繁的充电/放电具有低耐久度(充电/放电的累积量)的铅电池的早期劣化。
[0003]日本专利N0.5471083公开了一种技术，根据该技术，在铅电池和锂离子电池的剩余容量的使用范围内，提供了铅电池的开路电压与锂离子电池(第二电池)的开路电压重合的点。根据该技术，确定了电池特性以使“Li开路电压>Pb开路电压”的关系在锂离子电池的剩余容量的使用范围内该点的上限侧得到满足。因此，避免使用在传统技术中必要的DC-DC变压器以降低成本的同时，确保最小化从锂离子电池流入铅电池的电流量以避免铅电池的过度充电。
[0004]然而，根据日本专利N0.5471083所公开的技术，满足“Li开路电压>Pb开路电压”的范围以及满足“Li开路电压〈Pb开路电压”的范围两者都在第二电池的正常使用范围内。因此，在“Li开路电压〈Pb开路电压”的状态下，不再能优先地从锂离子电池侧执行放电。这引起了由铅电池的累积放电量的增加而产生铅电池劣化的担忧。
[0005]当满足“Li开路电压>Pb开路电压”的范围以及满足“Li开路电压〈Pb开路电压”的范围两者都在第二电池的使用范围内时，可以对铅电池内的累积放电量的降低进行测量。就如此的测量而言，例如当状态转变为“Li开路电压〈Pb开路电压”时，铅电池和锂离子电池可相互断开(可断开连接路径中的半导体开关)。然而，在此情况下，半导体开关重复地被接通/断开，导致了半导体开关内引起断开失败或半导体开关的不理想控制的可能性。有如此的断开失败会引起对于电气负载的电源损失的担忧。为了应对如此的电源损失，需要提供后备电路来确保供电，但这引起增加成本的担忧。
【发明内容】
[0006]实施例提供了包括铅电池和第二电池并且适当地执行电池的充电/放电的电源
目.ο
[0007]作为实施例的一方面，电源装置包括发电机、铅电池和第二电池，铅电池和第二电池与发电机并联连接。从铅电池和第二电池提供电力给电气负载。该装置包括:保护控制部，该保护控制部限制对第二电池的充电量以保护第二电池免于过度充电，同时限制从第二电池的放电量以保护第二电池免于过度放电，从而第二电池的剩余容量落入整个剩余容量范围中所确定的预定使用范围内；开/闭部，被提供在在铅电池和第二电池之间进行电连接的连接路径上，并且被接通和断开以便在铅电池与第二电池之间进行连接和断开；以及开/闭控制部，控制开/闭部。
[0008]确定铅电池和第二电池的开路电压与内阻，从而在与第二电池的整个剩余容量范围内使用范围相比较小的剩余容量侧上的区域内提供了第二电池的开路电压与铅电池的开路电压重合的点，在第二电池的使用范围内第二电池的开路电压大于铅电池的开路电压，由发电机的发电所创建的充电状态下第二电池的内阻小于铅电池的内阻，并且处于最大充电电流从第二电池中穿过的状态中的第二电池的端电压小于处于发电机的发电状态中的经调节电压。处于发电机的发电状态和电气负载被激活的负载激活状态中的至少一个，开/闭控制部使开/闭部为断开状态。
【附图说明】
[0009]在附图中:
[0010]图1是示出根据第一实施例的电源系统的电路图；
[0011]图2A和2B分别示出描绘铅电池和锂离子电池的S0C使用范围的曲线图；
[0012]图3示出描绘铅电池和锂离子电池之间1-V特性的差异的曲线图；
[0013]图4示出描绘车辆的运转状态与锂离子电池的充电/放电之间的相互关系的时间图；
[0014]图5是示出根据第二实施例的电源系统的电路图；
[0015]图6示出锂离子电池的电压特性；
[0016]图7是示出S0C计算的过程的流程图；以及
[0017]图8A、8B和8C是示出其他电源系统的配置的电路图。
【具体实施方式】
[0018]参考附图，下文描述了应用本发明的实施例。本实施例的车载式电源装置安装在使用发动机(内燃机)作为驱动源运转并且具有所谓空闲停止功能(自动停止和重新启动功能)的车辆内。
[0019](第一实施例)
[0020]图1是示出根据第一实施例的电源系统的电路图。如图1所示，本实施例的电源系统包括旋转机10、铅电池11、锂离子电池12、起动机13、多种电气负载14、M0S开关15以及SMR开关16。这些组件中的锂离子电池12和开关15及16容纳在未被示出的外壳(容纳外壳)内，用于整合以便配置为电池单元U。电池单元U包括配置了电池控制部(装置)的控制器20。开关15和16以及控制器20以安装在单个基板上的状态容纳在外壳内。
[0021]电池单元U包括第一端子T1和第二端子T2作为外部端子。第一端子T1与铅电池11、起动机13和电气负载14连接，而第二端子T2与旋转机相10连接。端子T1和T2用作旋转机10的输入/输出电流通过的高电流输入/输出端子。
[0022]旋转机10具有通过皮带等与未被示出的发动机输出轴连接以便被驱动的旋转轴。发动机输出轴的旋转引起旋转机10的旋转轴的旋转，同时旋转机10的旋转轴的旋转引起旋转输出轴的旋转。在此情况下，旋转机10具有随着发动机输出轴与轮轴的旋转产生(再生)电力的发电功能，以及向发动机输出轴施加扭矩的动力输出功能，由此配置ISG (集成启动发电机)。
[0023]铅电池11和锂离子电池12与旋转机10并联电连接以使电池11和12能够由旋转机10所产生的电力充电。确保用电池11和12所提供的电力驱动旋转机10。
[0024]铅电池11是众所周知的通用电池。相反，锂离子电池12是高密度电池，与铅电池11相比，在充电/放电期间引起较少的电力损耗并且具有更高输出密度及能量密度。在此情况下，锂离子电池12对应于第二电池。第二电池可以是比铅电池11具有更高输出密度或能量密度的电池。
[0025]具体地，铅电池11包括作为正电极活性材料的二氧化铅(Pb02)，作为负电极活性材料的铅(Pb)以及作为电解质的硫酸(H2S04)。铅电池11被配置为串联连接各自包括由这些材料制成的电极的多个电池单元。在本实施例的设置中，确保铅电池11具有比锂离子电池12更大的存储容量。
[0026]另外一方面，锂离子电池12包括含有锂的氧化物(锂金属复合氧化物)作为正电极活性材料。作为锂金属复合氧化物的具体示例，所述锂金属复合氧化物能够由LiCo02、LiMn204、LiNi02和LiFeP04等制成。可用的锂离子电池12的负电极活性材料包括碳(C)或石墨、钛酸锂(例如LixTi02)或含有Si或Sn的合金。有机电解质被用作锂离子电池12的电解质。锂离子电池12被配置为串联连接各自包括由这些材料制成的电极的多个电池单元。
[0027]在图1中，附图标记11a和12a分别表示铅电池11与锂离子电池12的电池单元组，而附图标记lib和12b分别表示铅电池11与锂离子电池12的内阻。在下文描述中，电池的开路电压V0是指由电池单元组11a或12a所产生的电压，而电池的端电压Vd或Vc是指由下文表达式⑴或⑵所表示的电压。
[0028]Vd = VO -1dXR...(1)
[0029]Vc = VO+IcXR...(2)
[0030]在表达式中，Id指放电电流、Ic指充电电流、R指电池的内阻以及V0指电池的开路电压。如表达式⑴和⑵所示，放电状态下的端电压Vd随着内阻R变大而变小，而充电状态下的端电压Vc随着内阻R变大而变大。
[0031]电气负载14包括恒定电压需求负载，其中，电力需要具有几乎恒定的电压，或者电力需要是稳定的，其变化在至少预定的范围之内。恒定电压需求负载的具体示例包括导航系统和音频系统。在此情况下，电压变化的抑制能够实现这些系统的稳定运行。此外，电气负载14包括前灯、诸如前挡风玻璃的刮水器、空调的送风机以及用于后挡风玻璃的除霜装置的加热器。前灯、刮水器、送风机等需要有恒定电压的电力，因为电力的电压变化能够导致前灯的闪烁、刮水器的运行速度变化或者送风机的旋转速度变化(送风声音变化)。
[0032]电池单元U包括第一和第二连接路径21和22作为相互连接第一和第二端子T1和T2以及锂离子电池12的单元内电路径。这些路径中，连接在第一和第二端子T1和T2之间的第一连接路径21上提供M0S开关15作为开/闭部(装置)。另外一方面，连接在第一连接路径21上的连接点N1 (电池连接点)与锂离子电池12之间的第二连接路径22提供有SMR开关16。开关15和16各自包括2Xn M0SFET (半导体开关)。M0SFET被串联连接以使一组两个M0SFET的寄生二极管取向在互相相反的方向上。当通过寄生二极管关闭开关15和16时，穿过开关所在的路径的电流被完全中断。
[0033]本电源系统包括能够不通过M0S开关15连接在铅电池11与旋转机10之间的旁路路径23。具体地，提供了旁路路径23，从而与第一端子T1相连接的电路径(连接至铅电池11等的路径)与第二端子T2相连接的电路径(连接至旋转机10的路径)电连接，在电池单元U周围采取了绕行。旁路路径23包括使铅电池11侧与旋转机10侧断开或连接的旁路开关24。旁路开关24是正常闭合继电器开关。应该注意到，旁路路径23和旁路开关24可提供在电池单元U内，从而绕过M0S开关15。
[0034]控制器20将开关15和