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CN101443980A - 用于车辆的双电源系统和供电方法 - Google Patents

用于车辆的双电源系统和供电方法 Download PDF

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CN101443980A
CN101443980A CNA2007800176562A CN200780017656A CN101443980A CN 101443980 A CN101443980 A CN 101443980A CN A2007800176562 A CNA2007800176562 A CN A2007800176562A CN 200780017656 A CN200780017656 A CN 200780017656A CN 101443980 A CN101443980 A CN 101443980A
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CN
China
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converter
battery
load
engine
electric energy
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Application number
CNA2007800176562A
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English (en)
Inventor
牧田圣嗣
夈宜伸
尾岛义敬
荒木慎也
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Abstract

一种用于车辆的双电源系统，包括利用发动机的旋转输出产生电能的发电机(34)、连接至所述发电机的DC/DC变换器、和连接至所述发电机(34)用来提供电能的电池(40)。

Description

用于车辆的双电源系统和供电方法
技术领域
本发明涉及用于车辆的双电源系统和供电方法，其中电源之一由发电机构成。
背景技术
传统上，已经为混合动力车公布了具有双电源系统的驱动装置。这种双电源系统包括连接至发动机的用于与该发动机交换转矩的电动机/发电机；连接至电动机/发电机的用于与电动机-发电机交换电能的高压电能存储设备；将电能提供给低压电负载的低压电能存储设备；和连接两个存储设备以便它们可以在两个方向上交换电能的DC-DC变换器。这里，驱动装置包括控制设备，该控制设备被配置成当使用电动机/发电机启动发动机时，通过驱动DC-DC变换器将电能从低压电能存储设备传送到高压电能存储设备(参见，例如，日本专利申请公布第2002-176704号)。
在像上述现有技术那样的传统双电源系统中，将电能存储设备(电池)安排在DC-DC变换器的左侧和右侧作为电源。这样的配置是非常可靠的，因为当DC-DC变换器出故障时，各电池保证了负载的工作。但是，这导致昂贵的系统。并且，因为双电源系统与单电池系统相比占据了过大的电池容纳空间，所以将双电源系统应用于仅有小容纳空间的小型车辆是不实用的。
发明内容
本发明提供了可以在不损害其可靠性的情况下以相对低成本构成的用于车辆的双电源系统和供电方法。
在本发明的第一方面中，提供了用于车辆的双电源系统，它包括发电机、连接至该发电机的DC/DC变换器、和经过该DC/DC变换器连接至该发电机并且提供电能的电池。这里，发电机通过利用发动机的旋转输出产生电能。这样，双电源系统基本上可以通过使用一个电池来构成。
负载正常工作所需的电能由电池供给和由发电机产生。
并且，在靠路边停车时所需的负载可以设置在DC/DC变换器的输入侧和输出侧上，并且，当该DC/DC变换器不工作时，在靠路边停车时所需的负载可以由电池的电能和发电机产生的电能供电。对于这种配置，因为可以充分保证用于靠路边停车所需的负载的电能，所以可以维持双电源系统的高可靠性。
并且，当发动机处于停止状态时，设置在发电机侧的负载可以由电池的电能供电。利用这种配置，可以为具有备用电流的负载保证适当的电源。
并且，DC/DC变换器可以是仅在从发电机侧到电池侧的方向上工作的降压或升压变换器，并且设置在发电机侧并且经过DC/DC变换器连接至电池的负载还不经过DC/DC变换器地连接至电池。利用这种配置，即使将具有备用电流的负载设置在发电机侧上，也可以利用简单的配置为负载保证必要的电源。并且，通过根据各个负载的功耗特性将负载分开设置在发电机侧和电池侧，可以将负载划分成两部分。
并且，电池可以经过附加DC/DC变换器连接至设置在发电机侧的负载。该附加DC/DC变换器具有比DC/DC变换器小的容量并且用于提供备用电流。利用这种配置，即使将具有备用电流的多个负载设置在发电机侧上，也可以高效地为多个负载保证必要电源。并且，通过根据各个负载的功耗特性将负载设置在发电机侧或电池侧，可以将负载分成两部分。
并且，DC/DC变换器可以是双向升压和降压变换器，并且DC/DC变换器在发动机正在工作时，在从发电机侧到电池侧的第一方向上工作，而在发动机处于停止状态时，在从电池侧到发电机侧的第二方向上工作。利用这种配置，即使将具有备用电流的负载设置在发电机侧上，也可以高效地为多个负载保证必要电源。并且，通过根据各个负载的功耗特性将负载设置在发电机侧或电池侧，可以将负载分成两部分。
并且，当发动机处于停止状态时，DC/DC变换器可以通过断续工作将电池的电能提供给设置在发电机侧的负载。利用这种配置，在抑制不必要功耗的同时保证了对具有备用电流的负载的必要电源。
并且，可以在起动发动机之前使DC/DC变换器从断续工作切换到连续工作。利用这种配置，可以在抑制不必要功耗的同时提供可以在起动发动机之前增加的、发电机侧的负载所需的电能。
并且，如果在发动机处于停止状态时检测到发动机起动前阶段，使DC/DC变换器从断续工作切换到连续工作。利用这种配置，可以高效地提供可以在起动发动机之前增加的、发电机侧的负载所需的电能。
并且，如果检测到发动机停止前阶段，在发动机停止之前使DC/DC变换器的工作方向从第一方向切换到第二方向。利用这种配置，可以在没有瞬时中断的情况下保证当发动机处于停止状态时可能突然切断的、发电机侧的负载所需的电能。
并且，如果发电机产生的电能大于设置在发电机侧的负载所需的电能，可以利用发电机产生的电能对电池充电。
并且，如果电池的充电状态等于或高于阈值电平，并且发电机产生的电能大于设置在发电机侧的负载所需的电能，可以抑制发电机产生的电能量。利用这种配置，可以优化发电机的发电控制。
并且，低压负载可以连接至DC/DC变换器的发电机侧，而高压负载可以连接至DC/DC变换器的电池侧。利用这种配置，没有必要为发电机或DC/DC变换器指定过多的性能技术要求。另外，可以减小可能由短期高压负载的工作引起的对其它负载的影响。
依照本发明的第二方面，提供了用于车辆的供电方法，其中该车辆消耗的全部电能主要由电池和经过DC/DC变换器连接至该电池的发电机提供。该方法由发电机通过利用发动机的旋转输出产生电能。
并且，该方法可以进一步在发动机处于停止状态时，经过DC/DC变换器将电池的电能提供给设置在发电机侧的负载。
并且，该方法可以进一步在发动机处于停止状态时，不经过DC/DC变换器地将电池的电能提供给设置在发电机侧的负载。
并且，在该方法中，当发动机处于停止状态时，可以经过附加变换器将电池的电能提供给设置在发电机侧的负载。
并且，DC/DC变换器可以是双向升压和降压变换器。该方法可以进一步在发动机正在工作时，使DC/DC变换器在从发动机侧到电池侧的第一方向上工作，而在发动机处于停止状态时，可以使DC/DC变换器在从电池侧到发电机侧的第二方向上工作。
并且，在该方法中，当发动机处于停止状态时，DC/DC变换器可以通过断续工作将电池的电能提供给设置在发电机侧的负载。
附图说明
通过参照附图描述本发明的示范性实施例，本发明的以上和进一步的目的、特征和优点将变得显而易见，其中相同的标号用于表示相同的，并且在附图中：
图1是例示依照本发明第一实施例的车辆电源系统的主要元件的系统配置图；
图2是依照本发明第一实施例的车辆电源系统的控制系统；
图3是例示依照本发明第二实施例的车辆电源系统的主要元件的系统配置图；
图4是例示依照本发明第二实施例的修改的车辆电源系统的主要元件的系统配置图；
图5是例示依照本发明第三实施例的车辆电源系统的主要元件的系统配置图；
图6是示出由控制设备在发动机处于停止状态时执行的、用于DC/DC变换器的控制方法的第一例子的流程图；
图7是示出由控制设备在发动机处于停止状态时执行的、用于DC/DC变换器的控制方法的第二例子的流程图；
图8是示出由控制设备在发动机处于停止状态时执行的、用于DC/DC变换器80C的控制方法的第三例子的流程图；
图9是示出依照本发明第四实施例的车辆电源系统的主要元件的系统配置图；
图10是示出由控制设备和发动机ECU在车辆的发动机处于停止状态时执行的、用于车辆电源系统的控制方法的例子的流程图；
图11是例示依照本发明第五实施例的车辆电源系统的主要元件的系统配置图；
图12是例示由控制设备在车辆的发动机正在启动时执行的、用于车辆电源系统的控制方法的例子的流程图；
图13是例示依照本发明第六实施例的车辆电源系统的主要元件的系统配置图；
图14是例示由控制设备针对电池充电执行的、用于车辆电源系统的控制方法的例子的流程图；和
图15是例示由控制设备针对电池充电执行的、用于车辆电源系统的控制方法的另一个例子的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本发明的实施例。
图1是例示依照本发明第一实施例的车辆电源系统的主要元件的系统配置图。
依照第一实施例的车辆电源系统10A包括DC/DC变换器80A；电池40；和交流发电机34，其中电池40和交流发电机34经过DC/DC变换器80A相互连接。依照本发明的第一实施例，高压负载30A与电池40一起连接至DC/DC变换器80A的输出端子。并且，低压负载32A与交流发电机34一起连接至DC/DC变换器80A的输入端子。
电池40是具有，例如，42V的额定电压的高压电源。电池40可以是铅电池或锂离子电池，或由像电偶层电容器那样的电容负载构成。
DC/DC变换器80A是在本实施例中将DC电压从14V变换成42V、如图1所示的升压DC/DC变换器。用于DC/DC变换器80A的开关元件受控制设备50A(参见图2)控制。并且，只要DC/DC变换器80A被配置成进行从14V到42V的升压变换，它的相数和用于它的开关元件的类型可以按需要配置，并且可以是绝缘型的或非绝缘型的。
高压负载30A是42V负载，包括在42V下工作以起动车辆发动机的起动器31。另外，高压负载30A可以包括像鼓风机电动机、除雾器、制动执行器(actuator)和动力转向单元(辅助电动机)那样，在工作期间临时流过大电流的其它负载。而且，除了在工作期间临时流过大电流的负载之外，高压负载30A还可以包括能够在发动机起动之前或在发动机停止之后工作的其它负载，例如，防盗安全系统。这样的负载需要能够将电压从42V变换成14V的电路。
低压负载32A是14V负载(除了高压负载30A之外的负载)，并且可以包括，例如，各种类型的灯、仪表或ECU。
在第一实施例中，交流发电机34通过发动机旋转产生大约14V的电能。交流发电机34产生的电能量由控制发动机的发动机ECU52(参见图2)依照驱动条件控制。例如，在车辆处在正常驱动条件下时或当发动机空转时，交流发电机34产生的目标电能量被控制成具有防止电池40放电的值。并且，将交流发电机34在车辆减速期间(在再生制动操作期间)产生的目标电能量设置成比为正常驱动条件或发动机空转而设置的目标值高的值。此外，调整车辆加速期间的目标电能量，使得累积的当前量对应于预定目标值。另外，在空转停止期间(即，当发动机处于停止状态时)，交流发电机34产生的目标电能量是零(即，不进行发电)。并且，本发明不局限于针对交流发电机34的特定类型发电控制，因此可以应用于任何控制类型的发电。
图2是例示依照第一实施例的车辆电源系统10A的控制系统的图。车辆电源系统10A包括控制DC/DC变换器80A的控制设备50A。控制设备50A可以由微型计算机或像专用集成电路(ASIC)那样的控制电路构成。此外，控制设备50A可以与DC/DC变换器80A的单元形成一体。
发动机ECU 52经过像控制器局域网(CAN)那样的适当总线连接至控制设备50A。控制设备50A与控制交流发电机34产生的电能量的发动机ECU 52协作，控制车辆电源系统10A。通过与发动机ECU52通信，将发动机的工作状态或交流发电机34的发电状态通知给控制设备50A。同样，可以通过与控制设备50A通信，将DC/DC变换器80A的工作状态(包括故障等)通知给发动机ECU 52。
在下文中，将描述在控制设备50A和发动机ECU 52的控制下执行的、依照第一实施例的车辆电源系统10A的主要操作。
一旦接通点火开关，来自电池40的电能就启动起动器31，以将转动惯性施加于曲轴。也就是说，发动机开始曲柄转动。并且，当通过曲柄转动惯性支持的燃料注入和点火控制使发动机达到足够发动机转速时，起动器31停止。也就是说，发动机被成功起动(成功起动)。
此后，当发动机工作时，通过交流发电机34产生的电能(发电能)驱动低压负载32A。并且，通过DC/DC变换器80A的工作使交流发电机34产生的电能的电压升高到大约42V，并且将这个升高的电压提供给高压负载30A。当，例如，在发动机起动之后电池40的电荷状态(SOC)下降或在电池40上检测到大放电电流时，将交流发电机34产生的目标电能量设置成较高值，并且由交流发电机34对电池40充电。
因此，在本实施例中，仅在如下条件下使用电池40的电能：当发动机还未起动时；当交流发电机34不工作时；和当高压负载30A请求交流发电机34产生的电能不能提供的大电能时。在发动机起动之后，交流发电机34产生的电能使负载30A和32A正常工作。
如果在发动机工作期间发生了任何故障(包括DC/DC变换器80A中的工作故障和异常，下同)，从而使交流发电机34产生的电能无法通过DC/DC变换器80A提供给高压负载30A，则马上向驾驶员发出警告，以便驾驶员可以将车辆停靠在路边。
在这样的情况下，交流发电机34继续产生电能，以便交流发电机34产生的电压保证靠路边停车所需的低压负载32A的工作。而且，来自电池40的电能保证靠路边停车所需的高压负载30A的功能。这里，术语“靠路边停车”用于表示驾驶相对短的距离以将车辆停放在像路肩那样的安全地方。“靠路边停车所需的高压负载30A的功能”指的是配置成停止用于像空气调节器那样的驾驶员便利设施的负载的工作的各种ECU功能，和/或将优先级给予驾驶车辆(例如，通过制动设备的制动或通过转向设备的转向)所需的负载的功能。
如上所述，依照本实施例，利用一个电池实现了划分成高压系统和低压系统的双电源系统，从而实现了成本的降低和所需容纳空间的缩小。并且，即使DC/DC变换器80A无法工作，也可以由交流发电机34和电池40提供靠路边停车所需的低压负载32A和高压负载30A的电能。于是，实现了高度可靠的电源系统。
而且，当发动机处于停止状态时，交流发电机34不产生电能。于是，设置在交流发电机侧(即，连接至交流发电机34连接至的变换器80A的一个端子)的低压负载32A不能工作。但是，在本实施例中，将能够在发动机起动之前或在发动机停止之后工作的负载设置在电池侧(即，连接至电池40连接至的变换器80A的另一端子)作为高压负载30A的一部分。因此，即使发动机处于停止状态，电池40提供的电能也可以保证必要负载的工作。
并且，在本实施例中，因为将具有与高压负载30A相对应的高额定电压的电池40设置在高压负载30A那一侧上，所以如上所述，可以从电池40中引出使高压负载30A工作所需的大瞬时电能。因此，没有必要对交流发电机34或DC/DC变换器80A指定过多的性能技术要求。而且，当高压负载30A正在工作时，防止低压负载32A在不稳定条件下工作(例如，在不稳定条件下，灯会闪烁)。并且，本实施例中不排除将不带起动器31的高压负载30A设置在交流发电机侧的配置。降压DC/DC变换器可以取代升压DC/DC变换器80A；可以将交流发电机产生的电压设置成42V的高压；并可以将高压负载30A设置在交流发电机侧上。此外，可以配备具有14V的额定电压的电池，并且可以将低压负载32A设置在电池侧上。
依照本实施例，为了实现更高级的防故障特征，可以将小型电池(例如，电容器)作为备份电源分配给位于交流发电机侧的低压负载32A中的与车辆的安全驾驶有关的一些低压负载32A(例如，制动器ECU和/或气囊ECU)。在这种情况下，例如，即使交流发电机34在交流发电机34出故障的情况下不能发电或发电不足，小型电池也可以将靠路边停车所需的最小电能提供给特定低压负载32A。
本发明的第二实施例与第一实施例的不同之处主要在于，第二实施例具有考虑了低压负载的备用电流的配置。在下文中，将相同的标号分别指定给与上面第一实施例的那些元件相同的元件，并且省略对它们的描述。
图3是例示依照本发明第二实施例的车辆电源系统的主要元件的系统配置图。
依照第二实施例的车辆电源系统10B包括DC/DC变换器80B；电池40；和交流发电机34，其中电池40和交流发电机30经过DC/DC变换器80B相互连接。DC/DC变换器80B是在本实施例中将DC电压从14V变换成42V、如图3所示的升压DC/DC变换器。依照本实施例，高压负载30B与电池40一起连接至DC/DC变换器80B的输出端子。并且，低压负载32B与交流发电机34一起连接至DC/DC变换器80B的输入端子。
高压负载30B是42V负载，包括起动发动机的起动器31。另外，高压负载30B进一步包括像鼓风机电动机、除雾器、制动执行器和动力转向单元(辅助电动机)等那样，在相对短的时间间隔内需要大电能的短期大功率负载。低压负载32B是14V负载(除了高压负载30B之外的负载)，并且包括小功率负载。低压负载32B可以包括，例如，各种灯、仪表或ECU。但是，与第一实施例中的低压负载32A不同，低压负载32B可能需要维持RAM或像防盗安全系统那样的、能够在发动机处于停止状态时工作的小功率负载的备用电流(standbycurrent)。
在第二实施例中，将低压负载32B设置在交流发电机侧上，并且经过备用电流供电线70连接至电池40，以便低压负载32B可以在不经过DC/DC变换器80B连接的情况下电耦合至电池40。也就是说，备用电流供电线70从DC/DC变换器80B的输出侧(电池侧)引出，连接至低压负载32B。
并非低压负载32B的所有部分都需要通过备用电流供电线70连接至电池40。只有必要负载连接至电池40。也就是说，在低压负载32B中，为了，例如，计时(时钟工作)或RAM的备份而工作的负载、和像音频设备、汽车导航设备和各种安全系统那样的各种备用电流负载需要连接至电池40。并且，在低压负载32B的这些部分中，需要或最好增加电源冗余度以便保证车辆安全的负载可以与备用电流负载一起连接至电池40。通常，这样的负载包括，例如，制动车辆所必需的制动器ECU、设计成紧急时与外部设施(中心)通信的紧急呼叫系统(求救系统)等。在下文中，除非另有说明，假设备用电流供电线70连接至低压负载32B的所有部分。
低压负载32B包含能够将电压从42V变换成12V的设备。这种设备可以是在负载电路内形成的电阻器分压电路，或由小型DC/DC变换器或降压(dropper)型调节器形成的降压电路。如果一个单独的DC/DC变换器用于提供备用电流，该DC/DC变换器是能够将电压从42V变换成14V的降压变换器，因此，与管理大电能的DC/DC变换器不同，可以具有小型配置(例如，缺乏散热器件或散热区的配置)。因此，可以将小DC/DC变换器放置在低压负载32B内。
来自电池40的馈电线(即，备用电流供电线70)和来自交流发电机34的馈电线可切换地连接至低压负载32B。这种类型的连接可以利用逻辑电路(包括二极管OR连接)实现。
图4是例示依照本发明第二实施例的修改的车辆电源系统的主要元件的系统配置图。如图4所示的修改与如图3所示的第二实施例的不同之处在于，将电压从42V变换成14V的公用降压DC/DC变换器72被设置在低压负载32B的前面。如上所述，主要用于提供备用电流的DC/DC变换器可以具有小型配置(例如，芯片配置)，并且可以与如图3所示的第二实施例一样包含在每个低压负载32B内。但是，当与如图4所示的修改一样，多个低压负载32B需要备用电流时，可以外部安装用于各个低压负载32B的公用DC/DC变换器72，以便单个设备可以为多个低压负载32B进行从42V到14V的电压变换。这里，可以与图3的第二实施例一样，通过控制DC/DC变换器72的输出电压，在交流发电机34和电池40之间切换低压负载32B的电源。
在下文中，将描述依照本实施例(包括它的修改)的用于车辆的电源系统10B的主要操作。如果接通点火开关，则来自电池40的电能使起动器31工作，以便起动发动机。
此后，当发动机已起动时，通过交流发电机34产生的电能(发电能)驱动低压负载32B。然后，通过DC/DC变换器80B的工作使来自交流发电机34的电压提升到大约42V，然后提供给高压负载30B。并且，例如，在如下情况下，使用交流发电机34产生的电能对电池40充电：当电池40的SOC下降时或当从电池40中检测到大放电电流时。
如果在发动机正在运转的时候DC/DC变换器80B发生了故障，因此交流发电机34不能经过DC/DC变换器80B向高压负载30B提供电能，交流发电机34继续产生电能。因此，交流发电机34产生的电压保证了靠路边停车所需的低压负载32B的工作。并且，来自电池40的电能保证了靠路边停车所需的高压负载30B的功能。
并且，当在发动机正在运转的时候，在交流发电机34中发生故障，因此交流发电机34不可能发电或发电不足时，电池40通过备用电流供电线70提供的电能保证了靠路边停车所需的低压负载32B的工作。此外，来自电池40的电能保证了靠路边停车所需的高压负载30B的功能。
并且，当发动机处于停止状态时，交流发电机34不能产生电能。因此，以与在交流发电机34中发生故障的上述情况相同的方式，由电池40通过备用电流供电线70实现对低压负载32B的供电。于是，尽管没有将可以在发动机起动之前或在发动机停止之后工作的负载设置在电池侧作为高压负载30B的一部分，但当发动机处于停止状态时，可以利用来自电池40的电能保证该负载的工作。其结果是，视各个负载的功耗特性而定(例如，视是否消耗大电能而定)，可以将各种负载适当地设置在低压侧和高压侧上。
依照第二实施例，与第一实施例一样，可以利用一个电池实现划分成高压系统和低压系统的双电源系统，从而实现了成本的降低和所需容纳空间的缩小。并且，即使DC/DC变换器80B无法工作，也可以由交流发电机34和电池40分别提供靠路边停车所需的低压负载32B和高压负载30B的电能。因此，实现了高度可靠的电源系统。
而且，依照第二实施例，即使交流发电机34无法工作，也可以通过备用电流供电线70从电池40提供靠路边停车所需的低压负载32B和高压负载30B的电能。因此，实现了高度可靠的电源系统。
并且，在本实施例中，将具有42V的高额定电压的电池40设置在高压负载侧上。因此，如上所述，通过从电池40中引出电能，可以获得使高压负载30B工作所需的大瞬时电能。因此，没有必要对交流发电机34和DC/DC变换器80B指定过多的性能技术要求。并且，本实施例不排除将不带起动器31的高压负载30B设置在交流发电机侧的配置。换句话说，降压DC/DC变换器可以用于取代升压DC/DC变换器80B，可以将高压负载30B设置在交流发电机侧上，并且可以将低压负载32B设置在电池侧上。
并且，在本实施例中，电池40可以由附带有14V抽头的带抽头电池形成。在这种情况下，备用电流供电线70从安装在电池40上的低压端子(14V端子)引出，直接连接至低压负载32B。低压端子在电池40的高压端子(连接至DC/DC变换器80B的输出端子的端子)和地之间形成。低压端子可以通过，例如，将抽头附在包括在电池40中的叠层电池的适当电池部分(与14V相对应的电池部分)上形成。在这种配置中，在低压负载32B内可以不需要将电压从42V变换成14V的器件(电阻分压电路等)。而且，也没有必要配备DC/DC变换器72。
并且，依照本实施例，为了实现更高级的防故障特征，可以为位于交流发电机侧的低压负载32B中的、与车辆的安全驾驶有关的一些低压负载32B(例如，制动器ECU或气囊ECU)分配小型电池作为备份电源。在这种情况下，例如，即使在交流发电机34无法工作的同时备用电流供电线70断了或电压变换器件出故障了，小型电池也可以将靠路边停车所需的最小电能提供给特定低压负载32B。
本发明的第三实施例与第一实施例的不同之处主要在于，DC/DC变换器可以以双向方式工作。在下文中，将相同的标号分别指定给与第一实施例的那些元件相同的元件，并且省略对它们的描述。
图5是例示依照本发明第三实施例的车辆电源系统的主要元件的系统配置图。在图5中，控制系统和电源系统被例示成分开的。但是，尽管控制设备50C和发动机ECU52未描绘成车辆电源设备的负载，但控制设备50C和发动机ECU52实际上包括在，例如，低压负载32C中。
依照第三实施例的车辆电源系统10C包括DC/DC变换器80C、电池40、和交流发电机34，其中电池40和交流发电机34经过DC/DC变换器80C相互连接。依照本实施例，高压负载30C与电池40一起连接至DC/DC变换器80C的高压侧。并且，低压负载32C与交流发电机34一起连接至DC/DC变换器80C的低压侧。
电池40是具有，例如，42V的额定电压的高压电源。电池40可以是铅电池或锂离子电池，或由像电偶层电容器那样的电容负载构成。
高压负载30C是42V负载，包括起动发动机的起动器31。另外，高压负载30C可以进一步包括像鼓风机电动机、除雾器、制动执行器和动力转向单元(辅助电动机)等那样，在相对短的时间间隔内需要大电能的短期大功率负载。低压负载32C是14V负载(除了高压负载30C之外的负载)，并且包括小功率负载。低压负载32C可以包括，例如，各种类型的灯、仪表或ECU。此外，与第一实施例中的低压负载32A不同，低压负载32C可以包括像防盗安全系统那样的、能够在发动机处于停止状态时工作的小功率负载。
DC/DC变换器80C是在本实施例中能够将DC电压从14V变换成42V和从42V变换成14V、如图5所示的双向DC/DC变换器(可逆斩波型升压DC/DC变换器)。
在如图5所示的例子中，DC/DC变换器80C是同步整流和非绝缘DC/DC变换器。电池40的正端子通过线圈元件和第二开关元件22连接至交流发电机34的正端子。第二开关元件22被安排成使得它的源极处在电池侧上。其源极接地的第一开关元件20的漏极连接至线圈和第二开关元件22。并且，在如图5所示的例子中，开关元件20和22由金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)构成。而且，图5示出了在MOSFET中形成的体二极管(body diode)。
并且，只要DC/DC变换器80C被配置成进行从14V到42V的升压变换和从42V到14V的降压变换，它的相数和用于它的开关元件的类型可以按需要配置，并且可以是绝缘型的或非绝缘型的。例如，尽管在如图5所示的例子中将MOSFET用作开关元件，但也可以将像绝缘栅双极晶体管(IGBT)那样的双极晶体管用作开关元件。并且，可以将防止涌流的第三开关元件设置在线圈和平滑电容器之间。
控制施加在开关元件20和22的栅极上的电压的控制设备50C连接至开关元件20和22。开关元件20和22由驾驶员(未示出)响应控制设备50C提供的驱动信号Vg1和Vg2接通和断开。控制设备50C监视作为DC/DC变换器80C的低压的电压V1(交流发电机34那一侧的输出电压V1)。
发动机ECU52经过像CAN那样的适当总线连接至控制设备50C。与上述第一实施例一样，发动机ECU 52控制交流发电机34产生的电能量，以及发动机的各种操作。控制设备50C与发动机ECU 52协作，控制车辆电源系统10C的工作。通过与发动机ECU 52通信，将发动机的工作状态或交流发电机34的发电状态通知给控制设备50C。同样，也可以通过与控制设备50C通信，将DC/DC变换器80C的工作状态(包括故障等)通知给发动机ECU 52。
在下文中，将描述在控制设备50C和发动机ECU 52的控制下执行的、依照第三实施例的车辆电源系统10C的主要操作。
当接通点火开关时，电池40使起动器31工作，以便起动发动机。
当发动机被起动时，通过交流发电机34产生的电能使低压负载32C工作。而且，当发动机被起动时，控制设备50C使DC/DC变换器80C在升压方向(从交流发电机34到电池40的方向)上工作(升压工作)。因此，交流发电机34产生的电压经过DC/DC变换器80C从14V提升到42V，然后提供给高压负载30C。并且，例如，在如下情况下，使用交流发电机34产生的电能对电池40充电：当电池40的SOC下降时或当从电池40中检测到大放电电流时。
如果DC/DC变换器80C在发动机工作期间出了故障，从而不能通过DC/DC变换器80C将交流发电机34产生的电能提供给高压负载30C，通过交流发电机34产生的电能来为靠路边停车所需的低压负载32C的功能供电。并且，通过来自电池40的电能完成靠路边停车所需的高压负载30C的功能。
并且，当交流发电机34在发动机工作期间出故障，从而使交流发电机34不能发电或发电不足时，控制设备50C将DC/DC变换器80C的工作方向从升压方向切换到降压方向。换句话说，控制设备50C使DC/DC变换器80C在降压方向(从电池40到交流发电机34的方向)上工作(降压工作)。因此，电池40的电压由DC/DC变换器80C从42V降到14V，然后提供给交流发电机34。如上所述，在本实施例中，即使交流发电机34无法工作，也可以通过由电池40通过DC/DC变换器80C提供的电能保证靠路边停车所需的低压负载32C的工作。并且，可以通过来自电池40的电能保证靠路边停车所需的高压负载30C的功能。
并且，当发动机处于停止状态时，以与在交流发电机34中发生故障时相同的方式，由电池40经过DC/DC变换器80C提供低压负载32C所需的电能。于是，尽管没有将可以在发动机起动之前或在发动机停止之后工作的负载设置在电池侧作为高压负载30C的一部分，但可以通过由电池40通过DC/DC变换器80C提供的电能保证发动机处于停止状态时该负载的工作。因此，视各个负载的功耗特性而定(即，视是否消耗大电能而定)，可以将各种负载适当地设置在低压侧和高压侧上。
因此，依照第三实施例，与第一实施例一样，可以利用一个电池实现划分成高压系统和低压系统的双电源系统，从而实现了成本的降低和所需容纳空间的缩小。并且，即使DC/DC变换器80C无法工作，也可以由交流发电机34和电池40分别提供靠路边停车所需的低压负载32C和高压负载30C的电能。因此，可以实现高度可靠的电源系统。
而且，依照第三实施例，即使交流发电机34无法工作，也可以通过DC/DC变换器80C从电池40提供靠路边停车所需的低压负载32C和高压负载30C的电能。因此，可以实现高度可靠的电源系统。
并且，在本实施例中，将具有42V的高额定电压的电池40设置在高压负载侧上。因此，如上所述，通过从电池40中引出电能，可以获得使高压负载30C工作所需的大瞬时电能。因此，没有必要对交流发电机34和DC/DC变换器80C指定过多的性能技术要求。并且，本实施例不排除将不带起动器31的高压负载30C设置在交流发电机侧的配置。换句话说，可以将高压负载30C设置在交流发电机侧上，并且可以将低压负载32C设置在电池侧上。
并且，依照本实施例，为了实现更高级的防故障特征，可以为位于交流发电机侧的低压负载32C中的、与车辆的安全驾驶有关的一些低压负载32C(例如，制动器ECU和/或气囊ECU)分配小型电池作为备份电源。在这种情况下，例如，即使DC/DC变换器80C和交流发电机34两者同时出故障，小型电池仍然可以将靠路边停车所需的最小电能提供给特定低压负载32C。
在下文中，将参照图6-8描述依照第三实施例，在发动机处于停止状态时控制DC/DC变换器80C的示范性方法。
图6是示出用于DC/DC变换器80C的控制方法的一个例子的流程图。该方法由控制设备50C在发动机处于停止状态时执行。在断开发动机的点火开关之后，在每个规定时段内执行如图6所示的处理例程。
在步骤S100中，确定时间计数器的计数值高于还是低于规定值。当第一处理开始时，将时间计数器的计数值设置成零。所述规定值对应于DC/DC变换器80C的断续工作中的工作停止时间。例如，如果发动机处于停止状态时备用电流的量值是事先已知的几乎恒定的值，并且DC/DC变换器80C的低压侧上的电压V1(即，变换器80C的低压端子的电压)由DC/DC变换器80C升高到目标值，规定值(即，工作停止时间)可以是固定值。可替代地，如果发动机处于停止状态时备用电流的量值可以改变，或DC/DC变换器80C停止工作时的电压V1可以改变，规定值(工作停止时间)可以随DC/DC变换器80C停止工作时检测到的备用电流和电压V1而变。
如果在步骤S100中确定时间计数器的计数值高于规定值，控制设备50C在步骤S120中，在规定时间量内进行DC/DC变换器80C的降压操作。于是，电池40的电压由DC/DC变换器80C从42V降低到14V，然后提供给交流发电机34那一侧，以便使低压负载侧上的电压V1升高。因此，可以暂时保证基于低压负载32C的备用电流的操作。然后，如果计数值再次变成规定值，再次执行DC/DC变换器80C的降压操作。
如上所述，控制设备50C在步骤S120中，在规定时间内使DC/DC变换器80C工作。然后，控制设备50C停止DC/DC变换器80C的工作，并且将时间计数器重置成零(步骤S130)。这里，可以根据DC/DC变换器80C停止工作时检测到的备用电流和电压V1设置重新用于下一个确定处理的步骤S100的规定值。
同时，如果在步骤S100中确定时间计数器的计数值等于或低于规定值，控制设备50C维持DC/DC变换器80C的工作停止状态(步骤S110)。
图7是示出用于DC/DC变换器80C的另一种控制方法的流程图。该方法由控制设备50C在发动机处于停止状态时执行。在断开发动机的点火开关之后，在每个规定时段内执行如图7所示的处理。
在步骤S200中，根据低压负载侧上的电压V1的当前检测值确定电压V1是否低于下限值。下限值可以通过将余量值(可以通过，例如，考虑电压容限、DC/DC变换器80C的工作时间等确定)加入使具有备用电流的低压负载32C工作所需并且足够的最低可能电压中而获得。
如果在步骤S200中确定电压V1低于下限值，控制设备50C在步骤S220中，在规定时段内执行DC/DC变换器80C的降压操作。规定时段可以随高压负载侧上的电压、温度等而变(例如按照映射)。于是，电池40的电压由DC/DC变换器80C从42V降低到14V，然后提供给交流发电机侧，以便使低压负载侧上的电压V1升高。因此，可以暂时保证基于低压负载32C的备用电流的操作。然后，如果低压负载侧上的电压V1因低压负载32C的操作而变成低于下限值，则再次执行DC/DC变换器80C的降压操作。
在步骤S220中，控制设备50C在规定时间内使DC/DC变换器80C工作。此后，控制设备50C再次停止DC/DC变换器80C的工作。
同时，如果在步骤S200中确定电压V1等于或高于下限值，控制设备50C维持DC/DC变换器80C的工作停止状态(步骤S210)。
图8是示出用于DC/DC变换器80C的控制方法的另一个例子的流程图。该方法由控制设备50C在发动机处于停止状态时执行。在断开发动机的点火开关之后，在每个规定时段内执行如图8所示的处理。
在步骤S300中，根据低压负载侧上的电压V1的当前检测值确定电压V1是否低于下限值。下限值可以通过将余量值(通过，例如，考虑电压容限、DC/DC变换器80C的工作时间等确定)加入使具有备用电流的低压负载32C工作所需并且足够的最低可能电压中而获得。
如果在步骤S300中确定电压V1低于下限值，控制设备50C在步骤S320中执行DC/DC变换器80C的降压操作，直到低压负载侧上的电压V1变成高于目标值(即，直到步骤S330中的“是”)。于是，电池40的电压由DC/DC变换器80C从42V降低到14V，然后提供给交流发电机侧，以便使低压负载侧上的电压V1升高，最终达到目标值。目标值可以是低压负载侧上的电压V1的上限。因此，可以暂时保证基于低压负载32C的备用电流的操作。然后，如果低压负载侧上的电压V1因低压负载32C的操作而变成低于下限值，则再次执行DC/DC变换器80C的降压操作。
发动机处于停止状态时所需的电能与DC/DC变换器80C的实际能力相比非常小。考虑到这一点，在本实施例中，在发动机处于停止状态时，为了提供备用电流，使DC/DC变换器80C断续地工作。因此，在禁止不必要功耗的同时，保证了备用电流的必要供应。
本发明的第四实施例与第一实施例的不同之处主要在于DC/DC变换器以双向方式工作，并且主要特征在于发动机处于停止状态时的控制方法。在下文中，将相同的标号分别指定给与第一实施例的那些元件相同的元件，并且省略对它们的描述。
图9是例示依照本发明第四实施例的车辆电源系统的主要元件的系统配置图。在图9中，控制系统和电源系统被例示成分开的。但是，尽管控制设备50D、发动机ECU 52和发动机56未描绘成车辆电源设备的负载，但它们实际上包括在，例如，低压负载32D中。
DC/DC变换器80D与上述第三实施例一样，是双向DC/DC变换器。高压负载30D与第三实施例一样，是42V负载，并且包括起动发动机52的起动器31。另外，高压负载30D进一步包括像鼓风机电动机、除雾器、制动执行器和动力转向单元(辅助电动机)等那样，在相对短的时间间隔内需要大电能的短期大功率负载。低压负载32D是14V负载(除了高压负载30D之外的负载)，并且包括小功率负载。低压负载32D可以包括，例如，各种类型的灯、仪表或ECU。但是，与第一实施例中的低压负载32A不同，低压负载32D可以包括像防盗安全系统那样，能够在发动机处于停止状态时工作的小功率负载。
控制发动机56和交流发电机34的发动机ECU 52经过像CAN那样的适当总线连接至控制设备50D。控制设备50D与发动机ECU 52协作，控制车辆电源系统10D的工作。通过与发动机ECU 52通信，将发动机52的工作状态或交流发电机34的发电状态通知给控制设备50D。同样，也可以通过与控制设备50D通信，将DC/DC变换器80D的工作状态通知给发动机ECU 52。并且，控制设备50D接收附属开关的OFF信号(ACC OFF信号)和点火开关的OFF信号(IG OFF信号)。ACC OFF信号在驾驶员停止发动机时(例如，在驾驶员将点火钥匙从IG ON位置转到ACC位置或IG OFF位置时)生成，然后输入控制设备50D中。
在下文中，将描述在控制设备50D和发动机ECU 52的控制下执行的、依照第四实施例的车辆电源系统10D的主要操作。除了发动机处于停止状态时执行的操作之外的其它主要操作(例如，发动机起动时或发动机运转时用于车辆的电源系统10D的主要操作)可以与上述第三实施例的那些操作相同。
图10是例示与发动机停止有关、在控制设备50D和发动机ECU52的控制下执行的、用于车辆电源系统10D的示范性控制方法的流程图。
如图10所示，当发动机正在运转时，控制设备50D监视ACC OFF信号和IG OFF信号的出现，并且在步骤S400中进行DC/DC变换器80D的升压操作，直到检测到ACC OFF信号或IG OFF信号(即，直到步骤S410中的“是”)。也就是说，控制设备50D使双向DC/DC变换器80D在从低压负载32D到高压负载30D的方向上工作。
如果检测到ACC OFF信号或IG OFF信号(即，步骤S410中的“是”)，控制设备50D使双向DC/DC变换器80D在从高压负载30D到低压负载32D的方向上工作(步骤S420)。也就是说，如果检测到发动机停止前阶段(例如，检测到ACC OFF信号或IG OFF信号)，控制设备50D将DC/DC变换器80D的工作模式从升压工作模式切换到降压工作模式。
在切换了DC/DC变换器80D的工作方向之后，控制设备50D生成向发动机ECU 52通知切换的切换终止信号(步骤S430)。并且，当根据低压负载侧上的电压V1的检测结果将低压负载侧上的电压V1升高到规定值时，控制设备50D可以确定DC/DC变换器80D的工作方向已经切换了。该规定值可以是，例如，14V。
一旦接收到切换终止信号，发动机ECU 52就开始降低交流发电机34的输出，同时停止发动机56(在步骤S440中)。
如上所述，在第四实施例中，即使，例如，车辆驾驶员将点火钥匙从IG ON位置转到ACC位置或IG OFF位置，发动机ECU 52也不马上停止发动机56，而是在DC/DC变换器80D的工作完全从一个方向切换到另一个方向之后才停止发动机56。于是，即使在生成ACCOFF信号或IG OFF信号之后发动机56也可以继续运转，直到DC/DC变换器80D的工作方向完全得到切换，从而使交流发电机34能够产生足够的电能。因此，可以有把握地防止否则会在发动机56处于停止状态时发生的对低压负载32D供电的立即停止。换句话说，发动机56只有在DC/DC变换器80D的工作方向切换之后才停止。因此，在发动机停止之后，可以不瞬时中断地经过DC/DC变换器80D将来自电池40的电能提供给低压负载32D。
并且，依照第四实施例，与第一实施例一样，可以利用一个电池实现划分成高压系统和低压系统的双电源系统，从而实现了成本的降低和所需容纳空间的缩小。并且，即使DC/DC变换器80D无法工作，也可以由交流发电机34和电池40分别提供靠路边停车所需的低压负载32D和高压负载30D的电能。因此，可以实现高度可靠的电源系统。
而且，依照第四实施例，与第三实施例一样，即使交流发电机34在发动机正在运转的时候出了故障，也可以通过DC/DC变换器80D从电池40提供靠路边停车所需的低压负载32D和高压负载30D的电能。因此，可以实现高度可靠的电源系统。
此外，在第四实施例中，与第三实施例一样，由于将具有42V的高额定电压的电池40设置在高压负载侧上，因此，如上所述，可以从电池40中引出使高压负载30D工作所需的大瞬时电能。因此，没有必要为交流发电机34或DC/DC变换器80D指定过多的性能技术要求。而且，可以防止高压负载30D工作时使用的大电能引起的、对低压负载32D工作的影响(例如，灯光闪烁)。并且，本实施例不排除将不带起动器31的高压负载30D设置在交流发电机侧的配置。因此，可以将高压负载30D设置在交流发电机侧上，并且可以将低压负载32D设置在电池侧上。
而且，如果本实施例被配置成各种系统在发动机56处于停止状态的时候工作(像停止(immobilizer)系统、智能通信系统和ABS系统的检查操作那样)，控制设备50D可以配置成继续执行DC/DC变换器80D的降压操作，直到那些系统的操作完成。在那些系统的操作完成之后，控制设备50D可以像在第三实施例中所述的那样断续地操作DC/DC变换器80D。
本发明的第五实施例与第一实施例的不同之处主要在于DC/DC变换器以双向方式工作，和主要特征在于发动机起动的控制方法。在下文中，将相同的标号分别指定给与第一实施例的那些相同元件的元件，并且省略对它们的描述。
图11是例示依照本发明第五实施例的车辆电源系统的主要元件的系统配置图。在图11中，控制系统和电源系统被例示成分开的。但是，尽管控制设备50E未描绘成车辆电源设备的负载，但它实际上包括在，例如，低压负载32E中。
DC/DC变换器80E与上述第三实施例一样，是双向DC/DC变换器。高压负载30E与第三实施例一样，是42V负载，并且包括起动发动机的起动器31。另外，高压负载30E可以进一步包括像鼓风机电动机、除雾器、制动执行器等那样，在短时段内需要大电能的短期大功率负载。低压负载32E是14V负载(除了高压负载30E之外的负载)，并且包括小功率负载。低压负载32E可以包括，例如，各种类型的灯、仪表或ECU。但是，与第一实施例中的低压负载32A不同，低压负载32E可以包括像防盗安全系统那样，能够在发动机处于停止状态时工作的小功率负载。
控制设备50E通过像CAN那样的适当总线连接至各种车辆装备。如后所述，控制设备50E根据从各种车辆装备中收集的信息(外部信号)检测发动机起动前阶段。控制设备50E利用，例如，电流传感器或分流电阻器监视从低压负载流入的外部电流I1。并且，控制设备50E接收附属开关的ON信号(ACC ON信号)和点火开关的ON信号(IG ON信号)。ACC ON信号和IG ON信号在驾驶员通过将，例如，点火钥匙从IG OFF位置转到ACC位置或IG ON位置起动发动机时生成。然后，将这些信号输入控制设备50E中。
在下文中，将描述在控制设备50E和发动机ECU 52的控制下执行的、依照第五实施例的车辆电源系统10E的主要操作。除了起动发动机时执行的那些操作之外的其它主要操作(例如，发动机处于停止状态时或发动机运转时车辆电源系统10E的主要操作)可以与在第三和第四实施例中讨论的那些操作相同。
图12是例示用于车辆电源系统的示范性控制方法的流程图。该方法由控制设备10E在车辆的发动机起动时执行。
如图12所示，在发动机不工作的时候，控制设备50E进行DC/DC变换器80E的断续降压操作(步骤S500)，直到检测到发动机起动前阶段(即，直到步骤S510中的“是”)。也就是说，控制设备50E使双向DC/DC变换器80E在从高压负载30E到低压负载32E的方向上断续地工作。DC/DC变换器80E的断续操作可以以与在第三实施例中所述的相应操作相似的方式进行。
在步骤S510中，控制设备50E根据外部信号和外部电流I1中的至少一个，确定发动机当前是否处在发动机起动前阶段。发动机起动前阶段可以包括：从远处发送指示驾驶员想驾驶车辆的信号(电磁波)，以及车辆接收该信号的步骤1；用户接近车辆的驾驶座的步骤2；用户打开门锁的步骤3；用户打开驾驶员侧车门的步骤4；用户坐在驾驶座上的步骤5；用户插入点火钥匙的步骤6；或驾驶员接通附属开关的步骤7。
例如，当车辆的接收器通过智能通信系统检测到包括从驾驶员持有的便携式钥匙输出的合法ID的响应信号时，可以检测到步骤2。步骤3可以通过，例如，如下之一检测到：门锁执行器的工作信号；按照智能通信系统检测驾驶员是否触摸了外部把手的触摸传感器的输出信号；和按照密钥输入系统从驾驶员持有的便携式钥匙发出的解开门锁的命令信号。并且，步骤4可以通过，例如，车门开关的输出信号检测到。而且，步骤5可以通过，例如，嵌在座椅内的座椅传感器(压力传感器)的输出信号检测到。除了步骤1到7之外，发动机起动前阶段可以进一步包括刚接通整体地控制车身内的电子设备(如门锁)的车身ECU(未示出)的步骤；或刚接通车内通信系统(CAN等)的步骤。
但是，最好在低压负载32E请求的电能增大到超过规定上限值之前检测发动机起动前阶段。规定的“上限值”指的是可以通过DC/DC变换器80E的断续操作提供的电能的最大可能值。低压负载32E请求的电能是否大于上限值可以通过监视外部电流I1的增大或外部信号的出现来确定。并且，取代外部电流I1或除了外部电流I1之外，可以监视DC/DC变换器80E内外的电压或在DC/DC变换器80E内流动的电流。可以监视低压负载32E的电流(如后所述的低压负载电流I2)等。而且，如果事先知道步骤1到7中的一个步骤等同于低压负载32E请求的电能超过规定上限值的步骤，可以将相应步骤之前的步骤确定为发动机起动前阶段。
如果检测到发动机起动前阶段(步骤S510中的“是”)，控制设备50E使双向DC/DC变换器80E在从高压负载30E到低压负载32E的方向上连续地工作(步骤S520)。也就是说，如果检测到发动机起动前阶段，控制设备50E将DC/DC变换器80E的工作模式从断续工作模式切换到连续工作模式。在连续工作模式下，控制设备50E使DC/DC变换器80E工作，以便低压负载侧上的输出电压V1可以保持在目标值上。于是，可以不多不少地经过DC/DC变换器80E将电能从电池40提供给低压负载32E。因此，在本实施例中，可以由DC/DC变换器80E通过连续工作提供在发动机起动前阶段之后增大的、低压负载32E需求的电能。
如果检测到IG ON信号(步骤S530中的“是”)，因为预计电能由交流发电机34产生，所以控制设备50E使双向DC/DC变换器80E在从低压负载32E到高压负载30E的方向上工作(步骤S540)。换句话说，如果检测到IG ON信号，控制设备50E将DC/DC变换器80E的工作模式从降压工作模式切换到升压工作模式。在升压工作模式下，如上所述，通常由交流发电机34为低压负载32E的所有操作供电。并且，在升压工作模式下，如有必要，经过DC/DC变换器80E将交流发电机34产生的电能提供给电池40那一侧，由此用于对电池40充电或使高压负载30E工作。
如上所述，依照本实施例，当检测到发动机起动前阶段时，将DC/DC变换器80E的工作模式从断续工作模式切换到连续工作模式。因此，可以充分地和高效地将发动机起动之前所需的电能提供给低压负载32E。
并且，依照第五实施例，与第一实施例一样，可以利用一个电池实现划分成高压系统和低压系统的双电源系统，从而实现了成本的降低和所需容纳空间的缩小。并且，即使DC/DC变换器80E无法工作，也可以由交流发电机34和电池40分别提供靠路边停车所需的低压负载32E和高压负载30E的电能。于是，实现了高度可靠的电源系统。
依照第五实施例，与上述第三实施例一样，即使交流发电机34无法工作，也可以通过DC/DC变换器80E从电池40提供靠路边停车所需的低压负载32E和高压负载30E的电能。于是，可以实现高度可靠的电源系统。
并且，在第五实施例中，与上述第三实施例一样，将具有42V的高额定电压的电池40设置在高压负载侧上。因此，如上所述，通过从电池40中引出电能可以获得高压负载30E工作期间可能需要的大瞬时电能。因此，没有必要对交流发电机34和DC/DC变换器80E指定过多的性能技术要求。并且，可以防止高压负载30E工作时使用的大电能引起的、对低压负载32E工作的影响(例如，灯光闪烁)。并且，本实施例不排除将不带起动器31的高压负载30E设置在交流发电机侧的配置。可以将高压负载30E设置在交流发电机侧上，并且可以将低压负载32E设置在电池侧上。
并且，依照本实施例，因为在发动机刚起动之后交流发电机34产生的电能量可能不是马上足够，所以可以将DC/DC变换器80E配置成当检测到IG ON信号时，它的工作模式不是马上从降压工作模式切换到升压工作模式，而是可以暂时在降压工作模式下进行连续操作或断续操作。同样，如果，例如，在发动机起动之前不需要大电能，当检测到IG ON信号时，可以使DC/DC变换器80E的工作模式从断续工作模式快切(flip)成连续工作模式，并且当交流发电机34产生的电能量变充足时，可以使DC/DC变换器80E的工作模式从降压工作模式快切成升压工作模式。
而且，在本实施例中，连续工作模式可能未必要求DC/DC变换器80E以完全连续方式工作，而可以是缩短DC/DC变换器80E的断续工作的工作停止时间的模式。
本发明的第六实施例与第一实施例的不同之处主要在于DC/DC变换器以双向方式工作，和主要特征在于对电池40充电的控制方法。在下文中，将相同的标号分别指定给与第一实施例的那些元件相同的元件，并且省略对它们的描述。
图13是例示依照本发明第六实施例的车辆电源系统的主要元件的系统配置图。在图13中，控制系统和电源系统被例示成分开的。但是，尽管控制设备50F、电池状态检测ECU 12和各种传感器14、16和18未描绘成车辆电源设备的负载，但它们实际上包括在例如低压负载32F中。
DC/DC变换器80F与上述第三实施例一样，是双向DC/DC变换器。高压负载30F与第三实施例一样，是42V负载，并且包括起动发动机的起动器31。另外，高压负载30F可以进一步包括像鼓风机电动机、除雾器、和制动执行器那样，在短时间间隔内需要大电能的短期大功率负载。低压负载32F是14V负载(除了高压负载30F之外的负载)，并且包括小功率负载。低压负载32F可以包括，例如，各种类型的灯、仪表或ECU。但是，与第一实施例中的低压负载32A不同，低压负载32F可以包括像防盗安全系统那样，能够在发动机处于停止状态时工作的小功率负载。
控制设备50F通过像CAN那样的适当总线连接至控制交流发电机34的发动机ECU 52、和电池状态检测ECU 12。控制设备50F与发动机ECU 52协作，控制车辆电源系统10F。通过与发动机ECU 52通信，将交流发电机34的发电状态(例如，要产生的目标电能量)通知给控制设备50F。控制设备50F利用，例如，电流传感器和/或分流电阻器监视从低压负载流入的低压负载电流I2。
电池状态检测ECU 12接收电池电流、电池电压、和电池温度的信息。这里，电池电流由电流传感器14检测。电流传感器14安装在，例如，电池40的正端子上，并且在每个取样时段内检测电池40的充电和放电电流的强度，从而将这样的信号提供给电池状态检测ECU12。并且，电流传感器14将由充电和放电电流在线圈单元中产生的磁通密度的变化量变换成电压，并且可以利用例如霍耳(Hall)集成电路(IC)将该电压输出给电池状态检测ECU 12。电池电压由电压传感器16检测。电压传感器16安装在电池40的正端子上，并且在每个取样时段内检测电池40的端电压，从而将这样的信号提供给电池状态检测ECU 12。并且，电池温度由电池温度传感器18检测，电池温度传感器18包括由热敏电阻构成的传感器单元。电池温度传感器18安装在，例如，电池40的绝缘体那一侧，并且在每个取样时段内检测电池40的流体温度(电池温度)，从而将这样的信号提供给电池状态检测ECU 12。
电池状态检测ECU 12根据如上所述在每个取样时段内输入的电池电流、电池电压和电池温度，检测电池40的电荷状态(SOC)。检测电池40的SOC的方法是高度多样的，可以是任何类型的方法，只要它能工作就行。
在下文中，将描述在控制设备50F和发动机ECU 52的控制下执行的、依照第六实施例的车辆电源系统10F的主要操作。除了对电池充电时的操作之外的其它主要操作(例如，当发动机不在运转、被停止或被起动时执行的车辆电源系统10F的操作)可以与在第三到第五实施例中讨论的那些操作相同。
图14是例示用于车辆电源系统10F的示范性控制方法的流程图。该方法是控制设备50F针对电池充电执行的。当在正常条件下发动机正在运转和DC/DC变换器80F以升压工作模式工作时，执行如图14所示的处理。
如图14所示，控制设备50F在步骤S600中监视电池40的SOC的检测结果(如有必要，由电池状态检测ECU 12提供)，直到低压负载侧的低压负载电流I2减小(即，直到步骤S610中的“是”)。
如果当，例如，低压负载32F的操作终止时检测到低压负载电流I2的减小(步骤S610中的“是”)，控制设备50F在步骤S620中确定是否允许对电池40充电以便按照低压负载电流的减小量对电池40充电。这种确定基于电池40的当前SOC。例如，如果电池40的当前SOC是100％或充分接近100％，控制设备50F可以确定不允许对电池40充电。可替代地，为了在车辆减速时保证在电池40中充电余量，控制设备50F可以确定只有当电池40的当前SOC是，例如，85％或更小时才允许对电池40充电。在这种情况下，在车辆减速时交流发电机34产生的电能(再生能)可以明确用于对电池40充电。因此，可以提高汽油里程数。并且，即使低压负载所需的电能等于交流发电机产生的电能，当检测到高压负载电流增大或(高压)电池的SOC减小时，也可以增加电能，通过DC/DC变换器升压，然后提供给要充电的电池或高压负载。这里，可以直接检测高压负载电流，或可以从DC/DC变换器的升压输出电流(或从输入电流中估计的输出电流)和电池电流中计算高压负载电流。
如果在步骤S620中确定允许对电池40充电，控制设备50F不对电池40的充电设限。也就是说，对电池40充电。
同时，如果在步骤S620中确定不允许对电池40充电，控制设备50F确定交流发电机34产生的电能量高于所需的，并且向发动机ECU52发送命令以便减少交流发电机34的发电量。一旦接收到该命令，发动机ECU 52或者停止交流发电机34的发电或减少目标发电量。
图15是例示用于车辆电源系统10F的另一种示范性控制方法的流程图。该方法是控制设备50F针对电池充电执行的。这里，在发动机正在运转和DC/DC变换器80F以升压工作模式工作的正常状态下执行如图15所示的处理。
如图15所示，控制设备50F监视电池40的SOC的检测结果(步骤S700)，直到交流发电机34产生的电能量增大(即，直到步骤S710中的“是”)。如有必要，检测结果由电池状态检测ECU 12提供。
如果当，例如，车辆加速时检测到交流发电机34产生的电能量增大(步骤S710中的“是”)，控制设备50F在步骤S720中确定是否允许对电池40充电，以便利用增加的量对电池40充电。这种确定可以以与上述相同的方式进行。
如果在步骤S720中确定允许对电池40充电，控制设备50F不对电池40的充电设限。也就是说，对电池40充电。
同时，如果在步骤S720中确定不允许对电池40充电，控制设备50F确定交流发电机34产生的电能量高于所需的，并且向发动机ECU52发送命令以便减少交流发电机34的发电量。一旦接收到该命令，发动机ECU 52或者停止交流发电机34的发电或减少目标发电量。
如上所述，依照本实施例，即使在交流发电机侧未配备可充电电池，也可以在利用来自交流发电机34的电能对电池40充电的同时优化对交流发电机34的发电控制。
同时，在本实施例中，可以将电池状态检测ECU 12的功能嵌入控制设备50F中。类似地，可以将发动机ECU 52的功能嵌入控制设备50F中。
至此，已经详细描述了本发明的实施例。但是，本发明不局限于此，而是可以在本发明的范围之内以各种方式修改上面的实施例和改变它们的元件。
例如，尽管在上面的实施例中将低压和高压系统描述成分别在14V和42V下工作，但也可以将工作电压设置成想要的，只要高压系统的工作电压明显不同于低压系统的电压即可。
而且，尽管在上面的实施例中，假设车辆是只由发动机提供动力的车辆或由发动机和电动机两者提供动力的混合动力车，但本发明也可以应用在由电动机提供动力的电动车中。在这种情况下，取代起动器31，将电动机设置在电池侧上作为高压负载30A-30F之一。并且，在这种情况下，可以将通过电动机的输出轴的旋转产生电能的交流发电机设置在低压负载侧上作为交流发电机34。
并且，尽管在第六实施例中将DC/DC变换器80F描述成双向DC/DC变换器，但在具有不是双向的DC/DC变换器80A和80B的第一和第二实施例中也可以进行如图14和15所示的电池充电控制。
而且，在第二实施例的修改(参见图4)中，当发动机以与第三实施例的DC/DC变换器80C相同的方式停止时，包括在低压负载32B内的小型DC/DC变换器或公用DC/DC变换器72可以断续地经历降压操作。同样，在第二实施例的修改(参见图4)中，当以与第四实施例的DC/DC变换器80D相同的方式检测到发动机起动之前的发动机起动前阶段时，包括在低压负载32B内的小型DC/DC变换器或公用DC/DC变换器72可以从断续工作切换到连续工作。
并且，尽管在第三到第五实施例中将控制方法描述成在车辆驾驶员停止或起动发动机时执行，但也可以在根据车辆空转停止而停止或重新起动发动机时执行控制方法。这里，空转停止控制通常在满足特定空转停止开始条件时(例如，当在车辆处于停止状态时以等于或高于阈值的强度踩压制动踏板时)开始，在满足特定空转停止结束条件时(例如，当驾驶员释放制动踏板时)终止。因此，如果满足空转停止结束条件，控制设备50按照第四实施例的控制方法完成DC/DC变换器80的工作方向从升压方向到降压方向的切换，然后停止发动机。在空转停止期间，控制设备50按照第三实施例的控制方法控制DC/DC变换器80以断续地进行降压操作。在空转停止期间，当处在满足空转停止结束条件的阶段或在此之前的阶段时，控制设备50按照第五实施例的控制方法将DC/DC变换器80E的工作模式从断续工作模式切换到连续工作模式。
而且，尽管在上面的实施例中将交流发电机34描述成受发动机ECU 52控制，但交流发电机34也可以受其它ECU控制。并且，可以配备电能管理ECU专用于控制交流发电机34。
虽然已经参照实施例显示和描述了本发明，但本领域的普通技术人员应该明白，可以不偏离如所附权利要求书限定的本发明范围地作出各种改变和修改。

Claims (22)

1.一种用于车辆的双电源系统，包括：
发电机，通过利用发动机的旋转输出产生电能；
DC/DC变换器，连接至所述发电机；和
电池，经过所述DC/DC变换器连接至第一电源，所述电池提供电能。
2.如权利要求1所述的双电源系统，其中负载正常工作所需的电能由所述电池供给和由所述发电机产生。
3.如权利要求1或2所述的双电源系统，其中在靠路边停车时所需的负载被分开设置在所述DC/DC变换器的输入侧和输出侧上，并且
其中，当所述DC/DC变换器不工作时，在靠路边停车时所需的负载由所述电池的电能和所述发电机产生的电能供电。
4.如权利要求1-3中任何一项所述的双电源系统，其中，当发动机处于停止状态时，设置在发电机侧的负载由所述电池的电能供电。
5.如权利要求4所述的双电源系统，其中所述DC/DC变换器是仅在从发电机侧到电池侧的方向上工作的降压或升压变换器，和
其中设置在发电机侧并且经过所述DC/DC变换器连接至所述电池的负载还不经过所述DC/DC变换器地连接至所述电池。
6.如权利要求5所述的双电源系统，其中所述电池经过附加DC/DC变换器连接至设置在发电机侧的负载，所述附加DC/DC变换器具有比所述DC/DC变换器小的容量并用于提供备用电流。
7.如权利要求4所述的双电源系统，其中DC/DC变换器是双向升压和降压变换器，和
其中所述DC/DC变换器在所述发动机正在工作时，在从发电机侧到电池侧的第一方向上工作，而在所述发动机处于停止状态时，在从电池侧到发电机侧的第二方向上工作。
8.如权利要求7所述的双电源系统，其中，当所述发动机处于停止状态时，所述DC/DC变换器通过断续工作将所述电池的电能提供给设置在发电机侧的所述负载。
9.如权利要求8所述的双电源系统，其中在起动发动机之前使所述DC/DC变换器从断续工作切换到连续工作。
10.如权利要求8所述的双电源系统，其中，如果在所述发动机处于停止状态时检测到发动机起动前阶段，使所述DC/DC变换器从断续工作切换到连续工作。
11.如权利要求7或8所述的双电源系统，其中，如果检测到发动机停止前阶段，在所述发动机停止之前使所述DC/DC变换器的工作方向从第一方向切换到第二方向。
12.如权利要求1所述的双电源系统，其中，如果所述发电机产生的电能大于设置在发电机侧的负载所需的电能，利用所述发电机产生的电能对所述电池充电。
13.如权利要求12所述的双电源系统，其中，如果所述电池的充电状态等于或高于阈值电平，并且所述发电机产生的电能大于设置在发电机侧的所述负载所需的电能，抑制所述发电机产生的电能量。
14.如权利要求1-3中任何一项所述的双电源系统，其中低压负载被连接至所述DC/DC变换器的发电机侧，而高压负载被连接至所述DC/DC变换器的电池侧。
15.如权利要求4、7、12和13中任何一项所述的双电源系统，其中低压负载被连接至所述DC/DC变换器的发电机侧，而高压负载被连接至所述DC/DC变换器的电池侧。
16.如权利要求5、6和8-11中任何一项所述的双电源系统，其中低压负载被连接至所述DC/DC变换器的发电机侧，而高压负载被连接至所述DC/DC变换器的电池侧。
17、一种用于车辆的供电方法，其中该车辆消耗的全部电能主要由电池和经过DC/DC变换器连接至该电池的发电机提供，该方法包括：由发电机通过利用发动机的旋转输出产生电能。
18.如权利要求17所述的供电方法，进一步包括：当所述发动机处于停止状态时，经过所述DC/DC变换器将所述电池的电能提供给设置在发电机侧的负载。
19.如权利要求17所述的供电方法，进一步包括：当所述发动机处于停止状态时，不经过所述DC/DC变换器地将所述电池的电能提供给设置在发电机侧的负载。
20.如权利要求19所述的供电方法，其中，当所述发动机处于停止状态时，经过附加变换器将所述电池的电能提供给设置在发电机侧的负载。
21.如权利要求17所述的供电方法，其中所述DC/DC变换器是双向升压和降压变换器，所述供电方法进一步包括：
当所述发动机正在工作时，使所述DC/DC变换器在从发电机侧到电池侧的第一方向上工作；而
当所述发动机处于停止状态时，使所述DC/DC变换器在从电池侧到发电机侧的第二方向上工作。
22.如权利要求21所述的供电方法，其中，当所述发动机处于停止状态时，所述DC/DC变换器通过断续工作将所述电池的电能提供给设置在发电机侧的所述负载。
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