[发明专利]具有多个蓄电池的电源单元

说明书

技术领域

本发明涉及一种电源单元，其包括两个蓄电池：铅蓄电池和具有比铅蓄电池高的功率密度和能量密度的第二蓄电池(诸如锂蓄电池)。 

背景技术

向诸如起动器电动机的各种电负载提供电力的铅蓄电池通常被安装在使用内燃机作为行驶驱动源的车辆中。尽管铅蓄电池比诸如镍蓄电池和锂蓄电池的高输出和高能量密度蓄电池(高性能蓄电池)更廉价，但是其对频繁充电和放电(累积充电和放电量)的耐久性低。铅蓄电池特别地在具有怠速-停止功能的车辆中被频繁放电，并且铅蓄电池的早期劣化成为问题。此外，铅蓄电池在具有交流发电动机(该交流发电动机通过从车辆的再生能量生成电力来对铅蓄电池充电)的车辆中被频繁充电，并且铅蓄电池的早期劣化成为问题。为了解决这些问题而简单地将铅蓄电池更换为上述高性能电池导致了成本的大幅增加。 

因此，JP-A-2007-46508、JP-A-2007-131134、JP-A-2008-29058、JP-A-2008-155814和JP-A-2009-126395提出以并联连接方式安装具有对频繁充电和放电的高耐久性的高性能蓄电池(第二蓄电池)和廉价的铅蓄电池。换言之，高性能蓄电池优先向电负载供电并且在怠速-停止期间被充电(特别地，再生充电)，从而抑制铅蓄电池的劣化。另一方面，廉价的铅蓄电池在诸如停车的长时间段中提供所需的电力(暗电流供给)，从而减少高性能蓄电池的容量并且抑制成本增加。 

当蓄电池处于过度充电状态或者过度放电状态时，早期劣化成为问题。因此，需要控制这两个蓄电池的充电和放电，使得表示充电状态的充电的状态(state of charge，SOC：实际充电量相对于充满电的充电量的百分比)在如下范围(适当范围)内，在该范围中蓄电池不会被过度充电或过度放电。具体地，当铅蓄电池的SOC下降到适当范围以下时，通过将由调节器调节的生成电力的设定电压Vreg设定为高电压来促进铅蓄电池的充电。另一方面，当铅蓄电池的SOC上升到适当范围以上时，通过将 设定电压Vreg设定为低电压来促进铅蓄电池的放电。 

然而，尽管蓄电池的开路电压值根据SOC而不同，但是铅蓄电池的适当范围中的开路电压(诸如12.7V至12.8V)和高性能蓄电池的适当范围中的开路电压通常不匹配。因此，例如，当设定电压Vreg被设定为高电压以促进铅蓄电池的充电时，即使高性能电池的SOC足够高，生成的电力仍流入到高性能蓄电池中，因此高性能蓄电池的过度充电成为问题。此外，从高性能蓄电池将电力提供给被布置为使用铅蓄电池作为电源操作的诸如起动器电动机的电负载，因此高性能蓄电池的过度放电成为问题。 

发明内容

完成本发明以解决上述问题。本发明的目的在于提供一种电源单元，其通过在铅蓄电池之外还包括高性能蓄电池(第二蓄电池)来抑制铅蓄电池的劣化并且降低成本，其中防止了第二蓄电池的过度充电和过度放电。 

通过关注经由以下研究而明确的问题构思了本发明。在描述本发明的配置之前，以下将首先描述该研究的细节。 

对于上述问题，即第二蓄电池的过度充电和过度放电，本发明的发明人讨论了在交流发电机10(发电机)和铅蓄电池20，以及锂蓄电池30(第二蓄电池)之间提供开闭开关50，如图18A和图18B中所示。根据该配置，由于在对铅蓄电池20充电时防止锂蓄电池30被充电时，或者防止从锂蓄电池30到铅蓄电池20侧的放电时开闭开关50阻挡电流，解决了上述问题。 

然而，由于开闭开关50被频繁地接通和断开，因此需要开闭开关50对开/关切换具有耐久性。因此，本发明人决定使用诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOS-FET)的半导体开关而非机械继电器作为开闭开关50。 

然而，由于典型的MOS-FET 50中因结构需要而具有寄生二极管，因此通过发明人的研究可清楚看到出现了如下问题。 

换言之，当以如图18A中所示的取向提供MOS-FET 50时，当在MOS-FET 50中出现作为寄生二极管51的势垒电压或更大的电位差时，即使MOS-FET 50被断开，电流仍经由寄生二极管51从交流发电机10流到锂蓄电池30(参见图18A中的虚线)。因此，不能确定地避免锂蓄电池30的过度充电。 

此外，当以如图18B中所示的取向提供MOS-FET 50时，当在MOS-FET 50中出现作为寄生二极管51的势垒电压或更大的电位差时，即使MOS-FET 50被断开，电流仍经由寄生二极管51从锂蓄电池30流到起动器电动机41(参见图18B中的虚线)。因此，不能确定地避免锂蓄电池30的过度放电。