专利名称：车辆用电源设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及车辆用电源设备，特别地，涉及装备有多个电力存储装置的车辆电源 设备。
背景技术：
近年来，装备有电池和驱动电动机的车辆，例如，电动汽车和混合动力汽车，正日 益变得常见。为车辆装备多个电池以实现更长的电池驱动时长正在研究中。日本专利3655277公开了使用具有低电压电池模块的高电压逆变器-电动机组 (inverter-motor set)的电源控制系统。用于电力牵引电动机的该电源控制系统包括 至少一个逆变器和多个电源级，所述至少一个逆变器用于向电牵引电动机提供经调节的 (conditioned)电力，所述多个电源级用于向该至少一个逆变器提供DC电力，每个电源级 包括电池和升压/降压(boost/buck)DC-DC转换器，并且这些电源级被并行地布线。电源 级被控制为保持向所述至少一个逆变器的输出电压。在上述日本专利3655277中公开的技术的目的为消除多个电池之间的充电状态 (SOC)的差异。虽然没有特别限定，但假定不使用具有不同输入/输出特性的多个电池，这 是因为，除非所述多个电池具有相同的输出特性，否则不可能使各电池的充电状态均勻。此外，在一些情况下，对电力存储装置(包括作为电力存储装置的电池和电容器) 的电压进行升压以允许有效率地操作负载，然而，由于升压转换器具有电压升压比的限制， 电力存储装置的电压不能太过降低。
发明内容
本发明的目标为提供这样的车辆电源设备，其装配有具有不同特性的电力存储装 置并提供改善的性能。本发明被总结为一种用于向安装在车辆上的电负载供给电力和从该电负载接收 电力的车辆用电源设备。所述车辆电源设备包括第一电力存储装置；第一正母线，其被连 接到所述第一电力存储装置的正电极；第一负母线，其被连接到所述第一电力存储装置的 负电极；第一电力转换器，其被设置在所述电负载与由所述第一正母线和所述第一负母线 构成的第一母线对之间；第二电力存储装置；第二正母线，其被连接到所述第二电力存储 装置的正电极；第二负母线，其被连接到所述第二电力存储装置的负电极；以及第二电力 转换器，其被设置在所述第一母线对与由所述第二正母线和所述第二负母线构成的第二母 线对之间。优选地，所述车辆用电源设备还包括用于控制所述第一电力转换器和所述第二电 力转换器的控制器。所述控制器使所述第一电力转换器与所述第二电力转换器协作，并实现所述第一电力存储装置与所述电负载之间的双向电力传送、所述第二电力存储装置与所 述电负载之间的双向电力传送以及所述第一电力存储装置与所述第二电力存储装置之间 的双向电力传送。优选地，所述第二电力存储装置具有比所述第一电力存储装置低的能量密度以及 比所述第一电力存储装置高的可输入/输出电力(availableinput/output power) 0优选地，所述第一电力存储装置和所述第二电力存储装置具有随温度变化而彼此 不同地变化的各自的可输入/输出电力特性。优选地，所述控制器将所述第一和第二电力存储装置中的一个的充电状态控制为 使充电状态不小于满充电状态(full-charge state)的50%，并将另一电力存储装置的充 电状态控制为使充电状态小于满充电状态的50%。更优选地，充电状态被控制为不小于满充电状态的50%的所述一个电力存储装置 具有优于充电状态被控制为小于满充电状态的50%的所述另一电力存储装置的输出特性。 充电状态被控制为小于满充电状态的50%的所述另一电力存储装置具有优于充电状态被 控制为不小于满充电状态的50%的所述一个电力存储装置的输入特性。根据本发明，可以实现这样的车辆电源设备，其装配有具有不同特性的电力存储 装置并提供改善的性能。通过结合附图给出的对本发明的以下详细说明，本发明的上述和其他目的、特征、 方面以及优点将变得更加显而易见。
图1示例了根据本发明的实施例的车辆用电源设备的基本配置；图2为电路图，其示例了装配有根据本发明的实施例的车辆用电源设备的车辆的 更详细的配置；图3示例了主电源和辅助电源的组合的效果；图4示出了电力存储装置的示例性组合A到G ；图5示出了电力存储装置的SOC与输入/输出性能之间的关系的实例；图6为示例了当组合使用具有不同SOC的电池A2、B2时的控制的波形图；图7为示例了其中在实施例3中控制器确定分担率(share ratio)的控制的流程 图；图8示例了可输出值的图；以及图9示例了可输入值的图。
具体实施例方式下面，将参考附图详细描述本发明的实施例。在附图中，通过相同的参考标号表示 相同或相应的部分，并且将不重复对其的描述。实施例1图1示例了根据本实施例的车辆用电源设备的基本配置。参考图1，本实施例的车辆用电源设备包括主电源7和辅助电源2，主电源7由主 电力存储装置B (例如，电池)和电力转换器12B构成，辅助电源2由辅助电力存储装置23(例如，电容器)和电力转换器12C构成。可以并联设置多个辅助电源。电力转换器12C具有连接到辅助电力存储装置23的输入侧和连接到主电力存储 装置和电力转换器12B的连接节点的输出侧。主电力存储装置B可以通过电力转换器12B双向地向车辆电负载4供给电力和从 其接收电力。辅助电力存储装置23可以通过电力转换器12C双向地向车辆电负载4供给 电力和从其接收电力。此外，主电力存储装置B可以通过电力转换器12C双向地向辅助电 力存储装置23供给电力和从其接收电力。通过这样的复合电源系统的配置，电力转换器(例如，升压转换器、降压转换器以 及升压/降压转换器)允许吸收电力存储装置之间的差异，并且允许每个电力存储装置的 输入/输出电力被独立地控制和与负载交换(exchange)。此外，其还允许电力在电力存储 装置之间交换。图2为电路图，其示例了装配有根据本实施例的车辆用电源设备的车辆的更详细 的配置。图2示出了这样的实例，其中，使用二次电池(电池)作为主电力存储装置B的 实例，使用电容器作为辅助电力存储装置23的实例，并且使用升压转换器作为电力转换器 12B、12C。由此，即使具有不同的名称，但相应要素仍将用与图1相同的参考标号表示。参考图2，根据本实施例的车辆包括主电源7、辅助电源2、车辆电负载4以及控制 器30。主电源7包括电池单元40B、升压转换器12B、平滑电容器(smoothing capacitor) Cl和C2以及电压传感器13和21。辅助电源2包括电容器单元40C和升压转换器12C。车 辆电负载4包括逆变器14和电动发电机Ml。平滑电容器Cl被连接在电源线PLlB与地线SL之间。电压传感器21感测平滑电 容器Cl的两端之间的电压VL并将其输出到控制器30。升压转化器12B对平滑电容器Cl 的端子之间的电压进行升压。平滑电容器C2对通过升压变换器12B升压的电压进行平滑 化。电压传感器13感测平滑电容器C2的端子之间的电压VH并将其输出到控制器30。电池单元40B被连接到电源线PLlB和地线SL。电池单元40B包括电池B、连接在 电池B的负电极与地线SL之间的系统主继电器SBG、以及连接在电池B的正电极与电源线 PLlB之间的系统主继电器SBP。响应于从控制器30供给的控制信号SE而控制系统主继电 器SBP、SBG的导通/非导通状态。电池单元40B还包括测量电池B的端子之间的电压VB的电压传感器IOB和感测 通过电池B的电流IB的电流传感器11B。对于电池B，例如，可以使用诸如高容量锂离子电 池的二次电池，将在下面更详细地描述该电池。电容器单元40C被连接到电源线PLlC和地线SL。电容器单元40C包括用于储电 的大容量电容器23、连接在电容器23的负电极与地线SL之间的系统主继电器SCG以及连 接在电容器23的正电极与电源线PLlC之间的系统主继电器SCP。响应于从控制器30供给 的控制信号SE而控制系统主继电器SCP、SCG的导通/非导通状态。电容器单元40C还包括测量电容器23的端子之间的电压VC的电压传感器IOC和 感测通过电容器23的电流IC的电流传感器11C。升压转换器12B包括具有连接到电源线PLlB的一端的电抗器(reactor) LIB、串联 连接在电源线PL2与地线SL之间的IGBT元件Q1B、Q2B以及分别与IGBT元件Q1B、Q2B并联连接的二极管D1B、D2B。电抗器LIB的另一端被连接到IGBT元件QlB的发射极和IGBT元件Q2B的集电极。 二极管DlB的阴极被连接到IGBT元件QlB的集电极，而二极管DlB的阳极被连接到IGBT 元件QlB的发射极。二极管D2B的阴极被连接到IGBT元件Q2B的集电极，而二极管D2B的 阳极被连接到IGBT元件Q2B的发射极。升压转换器12C包括具有连接到电源线PLlC的一端的电抗器L1C、串联连接在电 源线PL2与地线SL之间的IGBT元件QIC、Q2C以及分别与IGBT元件QIC、Q2C并联连接的 二极管 D1C、D2C。电抗器LlC的另一端被连接到IGBT元件QlC的发射极和IGBT元件Q2C的集电极。 二极管DlC的阴极被连接到IGBT元件QlC的集电极，而二极管DlC的阳极被连接到IGBT 元件QlC的发射极。二极管D2C的阴极被连接到IGBT元件Q2C的集电极，而二极管D2C的 阳极被连接到IGBT元件Q2C的发射极。逆变器14将从升压转换器12B或12C供给的DC电压转变为三相AC电压并将其 输出到电动发电机Ml。逆变器14被连接到电源线PL2和地线SL。逆变器14将由升压转换器12B和 12C输出的DC电压转变为三相AC电压并将其输出到驱动车轮的电动发电机Ml。通过再 生制动(regenerative braking)，逆变器14还将在电动发电机Ml处产生的电力返回到升 压转换器12B和12C。此时，升压转换器12B和12C被控制器30控制而操作为递降电路 (step-downcircuit)。逆变器14包括U相臂15、V相臂16以及W相臂17。U相臂15、V相臂16以及W 相臂17被并联连接在电源线PL2与地线SL之间。U相臂15包括被串联连接在电源线PL2与地线SL之间的IGBT元件Q3、Q4以及 分别与IGBT元件Q3、Q4并联连接的二极管D3、D4。二极管D3的阴极被连接到IGBT元件 Q3的集电极，而二极管D3的阳极被连接到IGBT元件Q3的发射极。二极管D4的阴极被连 接到IGBT元件Q4的集电极，而二极管D4的阳极被连接到IGBT元件Q4的发射极。V相臂16包括被串联连接在电源线PL2与地线SL之间的IGBT元件Q5、Q6以及 分别与IGBT元件Q5、Q6并联连接的二极管D5、D6。二极管D5的阴极被连接到IGBT元件 Q5的集电极，而二极管D5的阳极被连接到IGBT元件Q5的发射极。二极管D6的阴极被连 接到IGBT元件Q6的集电极，而二极管D6的阳极被连接到IGBT元件Q6的发射极。W相臂17包括被串联连接在电源线PL2与地线SL之间的IGBT元件Q7、Q8以及 分别与IGBT元件Q7、Q8并联连接的二极管D7、D8。二极管D7的阴极被连接到IGBT元件 Q7的集电极，而二极管D7的阳极被连接到IGBT元件Q7的发射极。二极管D8的阴极被连 接到IGBT元件Q8的集电极，而二极管D8的阳极被连接到IGBT元件Q8的发射极。各相臂的中间点被连接到电动发电机Ml的各相线圈的各相端部。也就是，电动发 电机Ml为三相永磁同步电动机，其中U、V以及W相的三个线圈各具有共同连接到中点的一 端。然后，U相线圈的另一端被连接到IGBT元件Q3、Q4的连接节点。此外，V相线圈的另 一端被连接到IGBT元件Q5、Q6的连接节点。此外，W相线圈的另一端被连接到IGBT元件 Q7、Q8的连接节点。电流传感器M检测通过电动发电机Ml的电流作为电动机电流值MCRT1，并将电动机电流值MCRTl输出到控制器30。控制器30接收扭矩命令值TRl、电动机的转数MRNl、各电压值VB、VC和VH以及电 流值IB、IC、电动机电流值MCRTl、以及起动信号IG0N。控制器30还从温度传感器41B、41C 接收温度TB、TC。然后，控制器30向升压转换器12B输出用于实施(effect)电压升压指 令的控制信号PWUP、用于实施电压递降指令的控制信号PWDB、以及用于指示操作禁止的信 号 CSDN。此外，控制器30向逆变器14输出驱动指令PWMIl以将由升压转换器12B、12C输出 的DC电压转变为用于驱动电动发电机Ml的AC电压，并且向逆变器14输出再生指令PWMCl 以将在电动发电机Ml处产生的AC电压转变为DC电压并将其返回到升压转换器12B、12C 侧。电容器23是具有比平滑电容器C2大的容量的电力存储装置，其包括例如多 个串联连接的电双层电容器。注意，电双层电容器具有高能量密度，但耐受每基元(per cell) 2. 5到2. 7V量级的电压。这样，当在超过100V的电压条件下使用时，需要使用串联连 接的多个电双层电容器基元以使每个基元分担电压。为了允许有效地操作车辆电负载4，通过升压转换器12B将电压VL升压到电压 VH。由于升压转换器12B具有电压升压比的限制，不能使电压VH与电压VL之间的差异太 大。如果有效地操作车辆电负载4需要预定的电压VH，则电压VL不能太低。例如，当将电 压VH从200V升压到600V时，如果电压升压比的极限为4，则电压VL的最小电压为150V。 如果电容器23被连接到电压VL，则需要增加串联连接的电容器的数目以便能够耐受等于 或大于150V的电压。因此，车辆的制造成本会增加。在本实施例的电路中，电容器23通过升压转换器12C而被连接到电源线PLlB和 地线SL，并进一步通过升压转换器12B而被连接到电负载4。在该情况下，电容器两端之间 的电压仅需为可通过升压转换器12C和升压转换器12B升高到电压VH的电压。假设使用能够实现最高达4的电压升压比的升压转换器，如果电压VL的最大值为 200V，则仅需制备各具有50V( = 200V/4)的耐压的四个电容器，这降低了成本。图3示例了主电源和辅助电源的组合的效果。参考图3，横坐标轴示出了温度，纵坐标轴示出了当在常温下的电力为1时电池的 可输出电力(可以输出的电力)。线Ll示出了例如锂离子电池的特性。锂离子电池的特性 为在0°C或更低的低温下在输出电力方面具有极大的困难。线L2示出了例如电双层电容 器的特性。线L2的特性也表明在低温下可输出电力的降低，但达不到线Ll的特性的程度。 因此，可通过使用具有线Ll的特性的电力存储装置(例如，锂离子电池)与具有线L2的特 性的电力存储装置(例如，电双层电容器)的组合来改善在低温下的可输出电力。在本发明的情况下，用于例如混合动力车辆和电动车辆的二次电池提供了比在常 温下的输入/输出性能低的在低温下的输入/输出性能。由于该原因，当将电池规格设计 为满足车辆在常温下的性能要求时，电池不能在低温下输入/输出需要的电力。因此，不能 满足车辆的性能要求(例如，燃料效率、驾驶性能以及废气排放规范)。相反地，当将电池规格设计为满足车辆在低温下的性能要求时，所产生的性能在 常温下倾向于过量，这导致了高成本。也就是，如果电池规格被设计为通过单个二次电池满 足车辆的性能要求，则由图3的线Ll示出的电池特性会造成由车辆在低温下的性能要求确定电池规格。那么，电池在常温下会提供过量的性能。由此，考虑组合使用具有与二次电池不同的相对于温度的输入/输出特性的另一 电力存储装置。例如，电双层电容器(EDLC)具有这样的特性，即，虽然其具有比二次电池低 的能量密度，但在充电/放电时不涉及化学反应，因而其即使在低温下也经历相对小的内 阻增加。因此，通过具有用于在低温下在短时长内输入/输出高电力的电双层电容器，可以 降低在低温下对二次电池的输入/输出电力的要求。因此，可以使二次电池的尺寸较小。将给出具有不同特性的电力存储装置的组合的另一实例。图4示出了电力存储装置的示例性组合A到G。如图4所示，示例性组合A为采用用于能量型电源的(1)高容量锂离子电池和用 于功率型电源的C3)高功率型铅电池。示例性组合A具有输入/输出的温度依赖性低的优 点。还示出了采用用于能量型电源的(2)高容量镍-金属氢化物电池和用于功率型电源的 (3)高功率型铅电池的示例性组合B。示例性组合B具有输入/输出的温度依赖性低的优 点，然而，示例性组合B在尺寸减小方面不如示例性组合A有利。对于这些实例，还可以通过组合使用多于一个的具有不同特性的电力存储装置来 满足单个电力存储装置不能实现的电力和电力量的要求。此外，要组合的两个电力存储装置可以都是锂离子电池，但具有不同的特性。示出 了示例性组合C，其采用用于能量型电源的⑴高容量锂离子电池和用于功率型电源的(5) 高功率锂离子电池。(1)高容量锂离子电池为将氧化锂钴用于正电极材料的常规锂离子电池。另一方 面，(5)高功率锂离子电池为将橄榄石锂离子磷酸盐用于正电极材料的锂离子电池。此外，锂离子电池的负电极材料可以不同。当将二次电池(特别地，锂离子电池) 用于电力存储装置时，多于一种类型的具有不同负电极材料的锂离子电池的组合使用允许 改善输入性能并降低输出性能的劣化。例如，将石墨用于负电极的锂离子电池具有低的负电极电位和优良的输出密度的 特性，然而，另一方面，其却具有缺点，该缺点在于其具有低的为低于金属锂的电位所必需 的电流率和低的对锂沉积的抵抗性。此外，将氧化锂钛用于负电极的锂离子电池的特性在于其具有与将石墨用于负电 极的锂离子电池相比高的负电极电位，因而，其具有较高的为低于金属锂的电位所需的电 流率，这导致高的对锂沉积的抵抗性和优良的输入密度以及优良的安全性。另一方面，由于 将氧化锂钛用于负电极的锂离子电池的高的负电极开路电位，其具有与将石墨用于负电极 的锂离子电池相比低的输出密度。因此，配置了这样的复合电源系统，其组合使用将石墨用于负电极的锂离子电池 (下文中称为电池Al)与将氧化锂钛用于负电极的锂离子电池(下文中称为电池Bi)。在 高电力充电时，给电池Bl的充电以优先权可以防止锂的沉积并确保输入性能，而在高电力 放电时，给电池Al的放电以优先权可以确保输出性能。以该方式组合两种类型的锂离子电池的示例性组合C具有比组合A和B高的输入 /输出温度依赖性。然而，示例性组合C具有的优点在于，其对于尺寸减小是有利的。将与组合C相同的组合应用于镍-金属氢化物电池。图4示出了示例性组合D， 其采用用于能量型电源的(2)高容量镍-金属氢化物电池和用于功率型电源的(4)高功率镍-金属氢化物电池。虽然没有达到示例性组合C的程度，但示例性组合D能够减小尺寸 并具有比示例性组合C低的输入/输出温度依赖性。此外，图4示出了示例性组合E，其采用用于能量型电源的(1)高容量锂离子电池 或(2)高容量镍-金属氢化物电池以及用于功率型电源的(7)电双层电容器。(7)电双层 电容器的特性在于其具有比二次电池低的内阻且可以在短时长内以大电流充电和放电。示 例性组合E具有的优点在于，其具有低的输入/输出温度依赖性并可以被制造为小尺寸。还示出了示例性组合F，其采用用于能量型电源的⑴高容量锂离子电池或(2)高 容量镍-金属氢化物电池以及用于功率型电源的(6)锂离子电容器。(6)锂离子电容器为 例如将Nanogate Cartjon 用于正电极并将石墨碳用于负电极的称为Premlis 的不对称 型电容器。虽然逊于示例性组合E，但示例性性组合F的优点在于，其具有低的输入/输出 温度依赖性并且可以以比示例性组合E小的尺寸制造。还示出了示例性组合G，其采用用于能量型电源的(6)锂离子电容器和用于功率 型电源的(7)电双层电容器。示例性组合G具有的优点在于，其具有低的输入/输出温度 依赖性并且可以被制造为在功率方面最大，然而，其尺寸是最大的。如上所述，同样可以通过组合使用多于一个的具有不同特性的电力存储装置来满 足单个电力存储装置不能实现的对电力和电力的量的要求。作为又一实例，例如，还可以使用其中电池的有机电解质被无机固体电解质所取 代的全固态电池。全固态电池具有难以在高功率下使用的问题，这是因为，虽然该电池具 有高能量密度，但却具有低输入/输出密度。然而，例如，与具有高输入/输出密度的电双 层电容器组合地使用具有高能量密度的全固态电池以配置复合电源系统，这能够在电双层 电容器处进行对电力波动的吸收，并能够在全固态电池与电双层电容器之间以低速率(low rate)进行能量的供给/接收，从而在全固态电池中存储能量。这允许需要具有高功率的输入/输出的用途(例如，混合动力车辆和电动汽车) 享有高能量密度的全固态电池的益处。结合液体电解质使用全固态电池的另一实例可以获 得相似的效果。实施例2在使用多于一个的电力存储装置的复合电源系统中，即使该系统使用相同类型的 电力存储装置而不是不同类型的电力存储装置，与使用单个装置时相比，通过根据其充电 状态而利用输入/输出特性的变化，同样可以改善输入/输出性能。图5示出了电力存储装置的SOC与输入/输出性能之间的关系的实例。参考图5的上部，例如，在特定类型的锂离子电池中，与当SOC为20%时的10秒输 出(可被连续输出10秒的电力)P0(20% )相比，当SOC为80%时的10秒输出PO(80% ) 为约十倍。在该情况下，SOC越高，输出特性越好。另一方面，如图5的下部所示，当SOC为 20%时的输入性能PI为当SOC为80%时的输入性能PI (80% )的约四倍。也就是， SOC越低，输入特性越好。图6为示例了当组合使用具有不同SOC的电池A2、B2时的控制的波形图。参考图6，将说明在使用相同类型的两个锂离子电池配置复合电源系统的情况下 的SOC的时间变化。将一个电池(下文中称为电池A2)的SOC控制在低SOC (例如，SOC = 20% )附近且在上限值MAX (A2)与下限值MIN(A2)之间。将另一电池(下文中称为电池B2)的SOC控制在高SOC(例如，SOC = 80% )附近且在上限值MAX(B2)与下限值MIN(B2) 之间。然后，在高电力放电时，优先权被给予从电池B2的输出(时刻tl到t2)。相反地，在 高电力充电时，优先权被给予电池A2(时刻t3到t4)。以该方式将两个电力转换器控制为 对两个电力存储装置设定不同的SOC目标值来对电池进行充电/放电，与将两个电力存储 装置控制在相同SOC附近的情况相比，这允许更高的电力输入/输出。实施例3在实施例3中，在如实施例1和2中所述的复合电源系统中，计算分担率K(辅助 电源以该分担率K分担由电负载要求的要求电力P)，将主电源的电力转换器12B控制为使 输出电力为(I-K) XP,并且将辅助电源的电力转换器12C控制为使输出电力为KXP。图7为示例了实施例3中的其中控制器确定分担率的控制的流程图。以一定的时 间间隔(at a regular time intervals)或每当满足预定条件时从预定的主程序调用并执 行该流程图的过程。参考图1和7，首先，在步骤Sl中，控制器30获得主电源(电池B)的温度TB。通 过温度传感器41B测量温度TB。然后，在步骤S2中，控制器30获得主电源(电池B)的 SOC0这里使用的SOC为基于例如电流IB的总和(summation)和电压VB而计算出的S0C。 然后，在步骤S3中，控制器30从图(map)获得主电源(电池B)的可输入/输出值(可以 输入/输出的电力的值)PB。接下来，在步骤S4中，控制器30获得辅助电源(电容器23)的温度TC。通过温 度传感器41C测量温度TC。然后，在步骤S5中，控制器30获得辅助电源(电容器23)的 SOC0这里使用的SOC为基于例如电流IC的总和和电压VC而计算出的S0C。然后，在步骤 S6中，控制器30从图获得辅助电源(电容器23)的可输入/输出值PC。图8示例了可输出值的图。图9示例了可输入值的图。参考图8和9，对于-30°C到60°C的温度与0%到100%的SOC的组合，可输入值 PIN(kff)和可输出值POUT(kW)各自被存储在各自的图中。例如，对应于每5°C的温度和每 5%的SOC的PIN和POUT的数据由例如实验预先确定，并存储在各自的图中。基于主电源 和辅助电源中的各自的特性单独地确定可输出图和可输入图。再次参考图7，在步骤S3和S6中获得主电源的可输入/输出值PB和辅助电源的 可输入/输出值PC之后，在步骤7中，在PB+PC的范围内确定对包括主电源和辅助电源的 电源设备的输入/输出要求值PA。在步骤S8中，确定条件IpcHPAI > ο是否为真。当IPCHPAI > ο为真时，便 是仅需向辅助电源输入要求值PA或仅需从辅助电源输出要求值PA而不需要使用主电源的 情况。在该情况下，在步骤S9中，主电源的输入/输出值PM被设定为PM = 0，而辅助电源 的输入/输出值PS被设定为PS = ΡΑ。另一方面，当IPC卜IPAI > O不为真时，便是不能仅由辅助电源接收要求值PA的 情况或者不能仅由辅助电源输出要求值PA的情况。在这样的情况下，需要使用主电源。在 该情况下，在步骤SlO中，主电源的输入/输出值PM被设定为PM = PA-PC，而辅助电源的输 入/输出值PS被设定为PS = PC。虽然在上面给出了确定分担率的方法的实例，但同样可以通过其他方法设定分担率。通过控制器30设定辅助电源的分担率以控制电力转换器，这允许任意地控制主电源与 辅助电源之间的分担率。修改例注意，对于在图1的主电源侧的电力转换器12B，电压控制被进行为使车辆电负载 4的输出端之间的电压处于预定的值。同时，对于在辅助电源侧的电力转换器12C，电压可 被控制为从辅助电力存储装置23向车辆电负载4供给预定的电力。这允许在对于车辆负载4高效的电压下操作车辆电负载4并允许从辅助电源供给 任何电力。最后，参考例如图1和2，将概括本发明的实施例。一种用于向安装在车辆上的电 负载(车辆电负载4)供给电力和从该电负载接收电力的车辆电源设备包括第一电力存储 装置(电池B)、连接到第一电力存储装置的正电极的第一正母线(bus)、连接到第一电力存 储装置的负电极的第一负母线、设置在电负载与由第一正母线和第一负母线构成的第一母 线对之间的第一电力转换器(升压转换器12B)、第二电力存储装置(电容器23)、连接到 第二电力存储装置的正电极的第二正母线、连接到第二电力存储装置的负电极的第二负母 线、以及设置在第一母线对与由第二正母线和第二负母线构成的第二母线对之间的第二电 力转换器(升压转换器12C)。优选地，该车辆用电源设备还包括用于控制第一电力转换器和第二电力转换器的 控制器30。控制器30使第一电力转换器与第二电力转换器(升压转换器12B和12C)协作， 并实现第一电力存储装置与电负载之间的双向电力传送、第二电力存储装置与电负载之间 的双向电力传送、以及第一电力存储装置与第二电力存储装置之间的双向电力传送。优选地，第二电力存储具有比第一电力存储装置低的能量密度和比第一电力存储 装置高的可输入/输出电力。例如，第一电力存储装置可以为锂离子电池，第二电力存储装 置可以为电双层电容器，然而，也可以采用其他组合。优选地，如图3所示，第一电力存储装置和第二电力存储装置具有随温度变化而 彼此不同地变化的各自的可输入/输出电力特性。优选地，如图5和6所示，控制器30将第一和第二电力存储装置中的一个的充电 状态控制为使充电状态不小于满充电状态的50%，并将另一电力存储装置的充电状态控制 为使充电状态小于满充电状态的50%。更优选地，充电状态被控制为不小于满充电状态的50%的所述一个电力存储装置 具有优于充电状态被控制为小于满充电状态的50%的所述另一电力存储装置的输出特性。 充电状态被控制为小于满充电状态的50%的所述另一电力存储装置具有优于充电状态被 控制为不小于满充电状态的50%的所述一个电力存储装置的输入特性。虽然已经详细地描述并示例了本发明，但应该清楚地理解，这仅仅是示意性和示 例性的而不受限制，本发明的范围由所附权利要求的条目进行解释。
权利要求
1.一种用于向安装在车辆上的电负载(4)供给电力和从该电负载(4)接收电力的车辆 用电源设备，包括第一电力存储装置(B)；第一正母线(PLlB)，其被连接到所述第一电力存储装置(B)的正电极；第一负母线(SL)，其被连接到所述第一电力存储装置(B)的负电极；第一电力转换器(12B)，其被设置在所述电负载(4)与由所述第一正母线(PLlB)和所 述第一负母线(SL)构成的第一母线对之间；第二电力存储装置03)；第二正母线(PLlC)，其被连接到所述第二电力存储装置03)的正电极；第二负母线，其被连接到所述第二电力存储装置的负电极；以及第二电力转换器(12C)，其被设置在所述第一母线对与由所述第二正母线(PLlC)和所 述第二负母线构成的第二母线对之间。
2.根据权利要求1的车辆用电源设备，还包括用于控制所述第一电力转换器(12B)和 所述第二电力转换器(12C)的控制器(30)，其中所述控制器(30)使所述第一电力转换器 (12B)与所述第二电力转换器(12C)协作，并实现所述第一电力存储装置(B)与所述电负 载⑷之间的双向电力传送、所述第二电力存储装置03)与所述电负载⑷之间的双向电 力传送、以及所述第一电力存储装置(B)与所述第二电力存储装置之间的双向电力传 送。
3.根据权利要求1或2的车辆用电源设备，其中所述第二电力存储装置具有比 所述第一电力存储装置(B)低的能量密度以及比所述第一电力存储装置(B)高的可输入/ 输出电力。
4.根据权利要求1或2的车辆用电源设备，其中所述第一电力存储装置⑶和所述第 二电力存储装置具有随温度变化而彼此不同地变化的各自的可输入/输出电力特性。
5.根据权利要求1或2的车辆用电源设备，其中所述控制器(30)将所述第一电力存储 装置(B)和所述第二电力存储装置中的一个的充电状态控制为使充电状态不小于满 充电状态的50%，并且将另一电力存储装置的充电状态控制为使充电状态小于满充电状态 的 50%。
6.根据权利要求5的车辆用电源设备，其中充电状态被控制为不小于满充电状态的50%的所述一个电力存储装置具有优于充电 状态被控制为小于满充电状态的50%的所述另一电力存储装置的输出特性，并且充电状态被控制为小于满充电状态的50 %的所述另一电力存储装置具有优于充电状 态被控制为不小于满充电状态的50%的所述一个电力存储装置的输入特性。
全文摘要
本发明涉及车辆用电源设备。控制器(30)使第一电力转换器与第二电力转换器(升压转换器12B和12C)协作，并实现第一电力存储装置(电池B)与电负载(4)之间的双向电力传送、第二电力存储装置(电容器23)与电负载(4)之间的双向电力传送、以及第一电力存储装置(B)与第二电力存储装置(23)之间的双向电力传送。这可以提供这样的车辆电源设备，其装配有具有不同特性的电力存储装置并提供改善的性能。
文档编号H02J7/02GK102148525SQ20111003372
公开日2011年8月10日 申请日期2011年1月31日 优先权日2010年2月4日
发明者户村修二, 木村健治, 梅野孝治, 石垣将纪 申请人:丰田自动车株式会社