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CN115768651A - 备用电源系统和移动体 - Google Patents

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CN115768651A
CN115768651A CN202180045839.5A CN202180045839A CN115768651A CN 115768651 A CN115768651 A CN 115768651A CN 202180045839 A CN202180045839 A CN 202180045839A CN 115768651 A CN115768651 A CN 115768651A
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本房敏治
三谷庸介
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Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Abstract

备用电源系统1在电源2发生了故障的情况下向一个或多个负载3供电。备用电源系统1包括多个电力存储设备C1和切换单元12。多个电力存储设备C1由电源2进行充电。切换单元12将多个电力存储设备C1之间的电连接切换为多个电力存储设备C1与电源2并联连接的第一状态或多个电力存储设备C1彼此串联连接的第二状态。切换单元12在多个电力存储设备C1正在被充电时将电连接切换为第一状态，并且在电源2发生了故障时将电连接切换为第二状态。

Description

备用电源系统和移动体
技术领域
本公开总体上涉及备用电源系统和移动体。更具体地，本公开涉及一种用于在电源发生了故障时向一个或多个负载供电的备用电源系统和包括这种备用电源系统的移动体。
背景技术
专利文献1的升压电源电路(电压变换电路)在电池的供电停止时将来自锂离子电池(电力存储设备)的电力作为备用电源向各种类型的负载供应。升压电源电路对从锂离子电池供应的DC电压进行升压，并向各种类型的负载供应如此升压后的电压。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP 2020-5481 A
发明内容
升压电源电路对锂离子电池的输出电压进行升压，并向各种类型的负载一次性供应如此升压后的电压。因此，升压电源电路需要将电压自适应地升压至最低保证工作电压比各种类型的负载中的任何其他负载高的负载，并一次性供应如此升压后的电压。这使得升压电源电路内部要处理的电压和电流很高并且很大，使得升压电源电路内部产生的噪声可能显著增加。
因此，本公开的目的在于提供一种备用电源系统和移动体，它们两者被配置为降低要产生的噪声。
根据本公开的一个方面的备用电源系统在电源发生了故障的情况下向一个或多个负载供电。备用电源系统包括多个电力存储设备和切换单元。多个电力存储设备由电源进行充电。切换单元将多个电力存储设备之间的电连接切换为多个电力存储设备与电源并联连接的第一状态，或多个电力存储设备彼此串联连接的第二状态。切换单元在多个电力存储设备正在被充电时将电连接切换为第一状态，并且在电源发生了故障时将电连接切换为第二状态。
根据本公开的另一方面的移动体包括上述备用电源系统和移动体本体。移动体本体配备有备用电源系统和一个或多个负载。
本公开实现了能够降低要产生的噪声的优点。
附图说明
图1是根据示例实施例的备用电源系统的示意性电路图；
图2是配备有备用电源系统的车辆的部分剖面侧视图；
图3是示出了备用电源系统充电期间的电流路径的示意性电路图；
图4是示出了在备用电源系统的电源发生了故障的情况下电流路径的示意性电路图；
图5是示出了在备用电源系统的电源发生了故障的情况下电流路径的示意性电路图；
图6是示出了车辆匀速行驶停止时备用电源系统如何供电的示意性电路图；
图7是示出了车辆远程停车时备用电源系统如何供电的示意性电路图。
具体实施方式
(实施例)
(1)概述
将参照附图描述根据示例实施例的备用电源系统1。请注意，上述实施例仅是本公开的各种实施例中的一个示例实施例，并且不应被解释为限制。相反，在不脱离本公开的真实精神和范围的情况下，可以根据设计选择或任何其他因素容易地以各种方式修改示例实施例。
如图1所示，备用电源系统1可以安装在例如车辆9中(参照图2)。如果电源2(诸如电池)发生了故障，则备用电源系统1从多个电力存储设备C1向一个或多个负载3(例如，本实施例中的多个负载)供电。即使电源2发生了故障，允许一个或多个负载3利用从多个电力存储设备C1供应的电力而持续运行。如本文所用，“电源2发生了故障”是指由于电源2的故障、劣化或断开连接而导致电源2向负载3的供电中断的情况。
根据本实施例的备用电源系统1包括多个电力存储设备C1和切换单元12。多个电力存储设备C1由电源2进行充电。切换单元12将多个电力存储设备C1之间的电连接切换为多个电力存储设备C1与电源2并联连接的第一状态，或多个电力存储设备C1彼此串联连接的第二状态。切换单元12在多个电力存储设备C1正在被充电时将电连接切换为第一状态，并且在电源2发生了故障时将电连接切换为第二状态。
当充电时，多个电力存储设备C1与电源2并联连接。与多个电力存储设备C1彼此串联连接的情况相比，这允许以较低电压对多个电力存储设备C1进行充电。因此，不需要用于对多个电力存储设备C1进行充电的充电电路来将电源2的电压升压至较高电压，因此减小了充电电路的切换操作产生噪声和/或热量的机会。另外，在电源2发生了故障的情况下，多个电力存储设备C1彼此串联连接。与多个电力存储设备C1彼此并联连接的情况相比，这允许多个电力存储设备C1输出较高电压。因此，不需要用于将多个电力存储设备C1的输出电压变换为负载3所需电压的电压变换电路来将多个电力存储设备C1的输出电压升压至较高电压，从而减小电压变换电路的切换操作产生噪声和/或热量的机会。因此，本公开使得能够提供具有降低要产生的噪声的能力的备用电源系统1和提供具有减少要产生的热量的能力的备用电源系统1。
另外，根据本实施例的备用电源系统1安装在包括电源2和多个负载3的车辆9中。也就是说，车辆9(移动体)包括备用电源系统1和移动体本体91。移动体本体91配备有备用电源系统1和一个或多个负载3。在以下实施例的描述中，将描述备用电源系统1安装在车辆9中的情况作为示例。然而，这仅是示例，并且不应被解释为限制。备选地，备用电源系统1也可以安装在任何其他合适类型的移动体(诸如飞机、船只或火车)中。
在本实施例中，多个负载3在电源2发生了故障的情况下由备用电源系统1供电。多个负载3包括第一负载31和第二负载32，第一负载31包括致动器，并且第二负载32用作用于控制致动器的控制系统。
第一负载31是包括致动器的电力系统负载3。第一负载31是满足以下条件的负载3：负载3具有大于第二负载32的功耗(即，需要较大工作电流)的条件(以下称为“第一条件”)，以及负载3具有低于第二负载32的最低保证工作电压的条件(以下称为“第二条件”)。如本文所用，“工作电流”是指为了允许负载3工作而供应的电流。另外，如本文所用的“最低保证工作电压”是指负载3工作所需要施加的最低电压。也就是说，第一负载31是需要较大工作电流但工作电压可以降低到一定程度(即，允许其工作电压降低到一定程度)的负载。具体地，第一负载31的示例包括产生制动力的制动设备31A(在图1中标记为“制动器”)和用于电子辅助驾驶员转向的电子助力转向系统(EPS)31B。
第二负载32是用于控制致动器的控制系统负载。第二负载32是满足以下条件的多个负载3：负载3具有小于第一负载31的功耗(即，需要较小工作电流)的条件，以及负载3具有高于第一负载31的最低保证工作电压的条件。也就是说，第二负载32是需要较小工作电流但需要相对较高工作电压(即，不允许工作电压降低)的负载。具体地，第二负载32的示例包括用于制动(即，用于控制制动设备31A)的电子控制单元(ECU)32A、用于控制电子助力转向系统31B的ECU 32B、以及用于控制高级驾驶员辅助系统(ADAS)的ECU 32C。请注意，这些仅是第一负载31和第二负载32的示例，并且不应被解释为限制。
(1.1)备用电源系统的详细描述
如上所述，备用电源系统1包括多个电力存储设备C1和切换单元12。另外，如图1所示，备用电源系统1在电源2未发生故障时向多个负载3供应电源2的输出电力，并且如果电源2发生了故障，则向多个负载3供应多个电力存储设备C1的输出电力而不是电源2的输出电力。也就是说，备用电源系统1具有供电路径5，在电源2未发生故障时，通过该供电路径5向多个负载3供应电源2的输出电力，并且如果电源2发生了故障，则通过该供电路径5向多个负载3供应多个电力存储设备C1的输出电力。备用电源系统1还包括主开关10、电压检测电路11、用于充电的降压电源电路13、电压变换电路14、开关15、控制电路16和控制器17。
接下来，将对备用电源系统1的这些构成要素一一进行详细描述。
(1.1.1)供电路径
供电路径5是向多个负载3和多个电力存储设备C1供应电源2的输出电力并向多个负载3供应多个电力存储设备C1的输出电力的电路径。供电路径5包括第一供电路径51、第二供电路径52、第三供电路径53和第四供电路径54。
第一供电路径51是向多个负载3供应电源2的输出电力的供电路径(如图1中的箭头F1所示)。也就是说，备用电源系统1包括用于从电源2向一个或多个负载3(例如，本实施例中的多个负载3)供电的供电路径5(第一供电路径51)。第一供电路径51包括主电路径51a和从主电路径51a分支的多个分支路径51b。主电路径51a连接到电源2的输出单元。多个分支路径51b与多个负载3一一关联。多个分支路径51b在多个不同点处从主电路径51a分支，并且连接到它们相关联的负载3。
第二供电路径52(如图1中的箭头F2所示)和第三供电路径53(如图1中的箭头F3所示)是备用供电路径，通过该备用供电路径向多个负载3供应多个电力存储设备C1的输出电力。在这种情况下，多个(例如，在本实施例中为两个)电力存储设备C1包括在第二状态下(其中两个电力存储设备C1彼此串联连接)具有低电位的第一电力存储设备C11，以及在第二状态下具有高电位的第二电力存储设备C12。第二供电路径52是用于在电源2发生了故障的情况下从彼此串联连接的两个电力存储设备C1两者向负载3供电的主供电路径。第二供电路径52是经由电压变换电路14向负载3供应两个电力存储设备C1的输出电压的电路径。第三供电路径53是从具有低电位的第二电力存储设备C12向一个或多个负载3供电的旁路。第三供电路径53(旁路)是用于不经由电压变换电路14向负载3供应第二电力存储设备C12的输出电压的电路径。
第四供电路径54是向电力存储设备C1供应电源2的输出电力的电路径。第四供电路径54包括用于向第一电力存储设备C11供应电源2的输出电力的第一充电路径541(如图1中的箭头F41所示)，以及用于向第二电力存储设备C12供应电源2的输出电力的第二充电路径542(如图1中的箭头F42所示)。降压电源电路13插入第四供电路径54中。也就是说，备用电源系统1还包括用于利用从电源2供应的电力对多个电力存储设备C1进行充电的降压电源电路13。降压电源电路13包括插入第一充电路径541中的第一降压电源电路131和插入第二充电路径542中的第二降压电源电路132。
(1.J.2)主开关
主开关10插入第一供电路径51的主电路径51a中。主开关10连接在电源2与第一供电路径51和第四供电路径54之间的分支节点之间。此外，主开关10连接在电源2与第二供电路径52和第三供电路径53与第一供电路径51汇合的节点之间。
主开关10包括例如串联插入主电路径51a中的两个开关元件Q1、Q2。例如，开关元件Q1、Q2可以是半导体开关(诸如p沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))。这些开关元件Q1、Q2具有彼此电连接的漏极，并具有也彼此电连接的栅极，并且能够从电流双向流动的状态切换为电流被切断的状态，反之亦然。
这些开关元件Q1、Q2响应于从电压检测电路11供应的电源故障信号而导通和断开。将开关元件Q1、Q2导通允许通过第一供电路径51从电源2向负载3供电，并且还允许通过第四供电路径54从电源2向电力存储设备C1供电。将开关元件Q1、Q2断开使得第一供电路径51和第四供电路径54被切断。
(1.1.3)电压检测电路
电压检测电路11监测电源2的输出电压(例如，正常状态下为12.5V)。当发现电源2的输出电压等于或大于预定阈值(例如，9V)时，电压检测电路11判定电源2没有发生故障。另一方面，当发现电源2的输出电压小于阈值时，电压检测电路11判定电源2发生了故障，并且输出指示检测到电源2发生了故障的电源故障信号。
请注意，上述阈值仅是示例，并且例如可以根据电源2的输出电压或负载3的最低保证工作电压来适当地进行改变。
(1.1.4)电力存储设备
电力存储设备C1(即，第一电力存储设备C11和第二电力存储设备C12)被提供为电源2的备用电源(即，辅助或备用电源)。换言之，电力存储设备C1是在电源2发生了故障的情况下可以向多个负载3供应电力的电源。电力存储设备C1例如可以是双电层电容器(EDLC)，其可以快速地充电和放电。每个电力存储设备C1可以由彼此并联、串联、或并联和串联电连接的两个或更多个电力存储设备(诸如EDLC)构成。也就是说，每个电力存储设备C1可以实现为两个或更多个电力存储设备或其组合的并联或串联电路。
(1.1.5)降压电源电路
降压电源电路13包括第一降压电源电路131和第二降压电源电路132。第一电力存储设备C11连接在第一降压电源电路131的输出端子和备用电源系统1的参考电位之间。第二电力存储设备C12和切换单元12的开关元件Q4彼此串联连接在第二降压电源电路132的输出端子和参考电位之间。第一降压电源电路131是为第一充电路径541设置的。第二降压电源电路132是为第二充电路径542设置的。第一降压电源电路131和第二降压电源电路132具有相同的电路配置。因此，下面的描述将集中于第一降压电源电路131，而省略第二降压电源电路132的描述。
第一降压电源电路131是用于通过将电源2的输出电压(例如，12.5V的第一电压)降低至恒定电压(例如，12V的第二电压)，保持该恒定电压，并将该恒定电压输出到第一电力存储设备C11来对第一电力存储设备C11进行充电的恒压电路。第一降压电源电路131可以是例如包括插入第一充电路径541中的开关元件Q7和电阻器R2、放大器A2和开关元件Q8的串联电路的稳压电路。例如，开关元件Q7、Q8可以是半导体开关。在本实施例中，开关元件Q7可以是例如p沟道MOSFET。开关元件Q8可以是例如NPN晶体管，并连接在开关元件Q7的控制端子和参考电位之间。电阻器R2是用于检测流过第一电力存储设备C11的充电电流的电阻器。电阻器R2两端的电压被供应到放大器A2。放大器A2的输出端子连接到开关元件Q8的控制端子。第一降压电源电路131被配置为随着电阻器R2两端电压的升高，调节用于对第一电力存储设备C11进行充电的电流。这使得第一电力存储设备C11充满电时的电压低于电源2的输出电压。请注意，图1所示的第一降压电源电路131的电路配置仅是示例，并且可以被适当地修改。
(1.1.6)切换单元
切换单元12将第一电力存储设备C11和第二电力存储设备C12之间的电连接切换为第一电力存储设备C11和第二电力存储设备C12与电源2并联连接的第一状态，或第一电力存储设备C11和第二电力存储设备C12彼此串联连接的第二状态。
切换单元12包括开关元件Q3、Q4和逆变器121。
例如，开关元件Q3可以是半导体开关元件(诸如MOSFET)。开关元件Q3连接在第一电力存储设备C11的高电位端子和第二电力存储设备C12的低电位端子之间。逆变器121的输出信号(即，电压检测电路11的输出信号的反相信号)被供应到开关元件Q3的控制端子。
例如，开关元件Q4可以是半导体开关元件(诸如MOSFET)。开关元件Q4连接在第二电力存储设备C12的低电位端子和参考电位之间。电压检测电路11的输出信号被供应到开关元件Q3的控制端子。
因此，在电压检测电路11未输出电源故障信号时，开关元件Q3断开且开关元件Q4导通，从而将第一电力存储设备C11和第二电力存储设备C12之间的电连接切换到第一电力存储设备C11和第二电力存储设备C12与电源2并联连接的第一状态。在第一状态下，与电源2并联电连接的第一电力存储设备C11和第二电力存储设备C12利用从电源2供应的电力进行充电。第一电力存储设备C11和第二电力存储设备C12与电源2并联电连接，并且因此，两者都被充电到约12V。
另一方面，在电压检测电路11输出电源故障信号时，开关元件Q3导通且开关元件Q4断开，从而将第一电力存储设备C11和第二电力存储设备C12之间的电连接切换到第一电力存储设备C11和第二电力存储设备C12彼此串联连接的第二状态。在第二状态下，从彼此串联连接的第一电力存储设备C11和第二电力存储设备C12输出第一电力存储设备C11和第二电力存储设备C12各自的电压之和(即，约24V的电压)。
请注意，切换单元12的这种电路配置仅是示例，并且不应被解释为限制。相反，切换单元12的电路配置可以被适当地修改，只要第一电力存储设备C11和第二电力存储设备C12之间的电连接可以被切换到第一状态或第二状态即可。
(1.1.7)电压变换电路
电压变换电路14是用于将彼此串联连接的第一电力存储设备C11和第二电力存储设备C12的输出电压变换为恒定电压，保持恒定电压，并输出如此保持的恒定电压的恒压电路。电压变换电路14是为第二供电路径52设置的。也就是说，电压变换电路14在电源2发生了故障的情况下(即，在放电时)，将彼此串联连接的多个电力存储设备C1的输出电压变换为与一个或多个负载3相适配的输出电压。
电压变换电路14可以是例如升压型DC/DC转换器。电压变换电路14包括开关元件Q9、Q10、齐纳二极管ZD1、电感器L1、二极管D3、电容器C2和控制单元141。例如，开关元件Q9、Q10可以是半导体开关元件(诸如MOSFET)。开关元件Q9和齐纳二极管ZD1彼此串联连接在第二电力存储设备C12的高电位端子和参考电位之间。电感器L1和开关元件Q10彼此串联连接在齐纳二极管ZD1的两个端子之间。二极管D3和电容器C2彼此串联连接在开关元件Q10的两个端子之间。
控制单元141控制开关元件Q9、Q10的导通/断开状态。
在没有接收到来自控制电路16的输出指令时，控制单元141控制开关元件Q9处于断开状态，以使开关元件Q10停止执行开关操作。以此方式，控制单元141停止从电压变换电路14向负载3供电。
另一方面，在接收到来自控制电路16的输出指令时，控制单元141控制开关元件Q9处于导通状态，并且对开关元件Q10执行PWM控制。当开关元件Q9导通时，经由开关元件Q9从彼此串联连接的第一电力存储设备C11和第二电力存储设备C12向齐纳二极管ZD1施加电压。然后，控制单元141对开关元件Q10执行PWM控制，从而将齐纳二极管ZD1两端的电压变换为预定电压值，并输出该电压值。电压变换电路14保持电压略高于负载3的最低保证工作电压(例如，11.5V)，并输出该电压。这允许即使彼此串联连接的第一电力存储设备C11和第二电力存储设备C12的输出电压降低，从第一电力存储设备C11和第二电力存储设备C12向负载3输出的电压也保持在高于最低保证工作电压的电压。
(1.1.8)开关
开关15插入第三供电路径53(旁路)中。
开关15可以包括例如串联插入第三供电路径53中的两个开关元件Q11、Q12。例如，开关元件Q11、Q12可以是半导体开关(诸如p沟道MOSFET)。这些开关元件Q11、Q12具有彼此电连接的漏极，并且具有也彼此电连接的栅极，并且能够从电流双向流动的状态切换为电流被切断的状态，反之亦然。
这些开关元件Q11、Q12响应于从控制电路16供应的控制信号而导通和断开。将开关元件Q1、Q2导通允许通过第三供电路径53从第一电力存储设备C11向负载3供电。将开关元件Q11、Q12断开使得第三供电路径53被切断。如果电源2发生了故障，则开关15将保持导通直到电压变换电路14被激活，并且当电压变换电路14被完全激活时断开。
(1.1.9)控制电路
控制电路16被实现为例如包括处理器和存储器的微型计算机。也就是说，控制电路16被实现为包括处理器和存储器的计算机系统。计算机系统通过使处理器执行适当的程序来执行控制电路16的功能。该程序可以预先存储在存储器中。备选地，该程序也可以经由诸如互联网之类的电信线路下载，或在存储在诸如存储卡之类的非暂时性存储介质中之后分发。
响应于从电压检测电路11供应的电力故障信号，控制电路16不仅控制电压变换电路14的操作，而且还控制开关15的导通/断开状态。在本实施例中，当电源2发生了故障时，控制电路16开始激活电压变换电路14，并控制开关15以保持开关15导通直到电压变换电路14被激活，并且当电压变换电路14被完全激活时将开关15断开。
当电压检测电路11没有输出电源故障信号时，控制电路16控制开关15处于断开状态，以使电压变换电路14停止执行电压变换操作。因此，当电压检测电路11没有输出电源故障信号时，第二供电路径52和第三供电路径53被切断。
当电压检测电路11输出电源故障信号时，控制电路16向电压变换电路14发出输出指令，从而激活电压变换电路14。在接收到输出指令时，电压变换电路14的控制单元141将开关元件Q9导通，并开始对开关元件Q10执行PWM控制。
另外，直到从控制电路16从电压检测电路11接收到电源故障信号的时刻起经过预定时间(例如，100毫秒(ms))，控制电路16保持开关15导通，以允许通过第三供电路径53从具有低电位的第一电力存储设备C11向负载3供电。在这种情况下，该预定时间被设置为略长于从电压变换电路14开始被激活起，电压变换电路14准备好输出等于或高于最低保证工作电压(即，为了完全激活电压变换电路14)的电压所花费的时间。这允许当电压变换电路14的输出电压低于最低保证工作电压时，通过第三供电路径53从具有低电位的第一电力存储设备C11向负载3供电。此后，当控制电路16从电压检测电路11接收到电源故障信号的时刻起经过了预定时间时，控制电路16将开关15断开，切断第三供电路径53，并且具有从电压变换电路14向负载3供应的电力。
(1.1.10)控制器
控制器17被实现为例如包括处理器和存储器的微型计算机。也就是说，控制器17被实现为包括处理器和存储器的计算机系统。计算机系统通过使处理器执行适当的程序来执行控制器17的功能。该程序可以预先存储在存储器中。备选地，该程序也可以经由诸如互联网之类的电信线路下载，或在存储在诸如存储卡之类的非暂时性存储介质中之后分发。
控制器17执行选择单元171的功能，该选择单元171根据设置有多个负载3的目标设备(例如，本实施例中的车辆9)的使用状态，选择多个负载3中的任一负载作为待供电的目标负载(在下文中简称为“目标负载3”)。控制器17从车辆9的ECU 4接收指示车辆9的使用状态的通知信息。选择单元171根据由ECU 4提供的通知信息来选择目标负载3。根据本实施例的备用电源系统1还包括用于选择性地为多个负载3供电的多个开关Q20-Q24。这些开关Q20-Q24分别插入通向制动设备31A的分支路径51b、通向电子助力转向系统31B的分支路径51b、通向用于制动的ECU 32A的分支路径51b、通向用于EPS的ECU 32B的分支路径51b、以及通向用于ADAS的ECU 32C的分支路径51b。例如，这些开关Q20-Q24中的每一个开关都可以是半导体开关(诸如p沟道MOSFET)。在控制器17的控制下将这些开关Q20-Q24导通或断开使设置有开关Q20-Q24的分支路径51b导电或不导电。这允许选择性地提供或切断从电力存储设备C1向与分支路径51b连接的负载3的供电。
当电源2没有发生故障时，控制器17将这些开关Q20-Q24导通以允许从电源2向所有负载3供电。
在电源2发生了故障的情况下，选择单元171根据由ECU 4提供的通知信息来选择目标负载3。然后，控制器17仅将开关Q20-Q24中的与目标负载3相关联的开关导通，以允许从电力存储设备C1仅向目标负载3供电。
在本实施例中，选择单元171可以根据车辆9的使用状态，例如以以下方式来选择目标负载3。如果当电源2发生了故障时车辆9正在自动驾驶，则选择单元171选择所有负载3作为目标负载，并且控制器17控制所有开关Q20-Q24处于导通状态。这允许从电力存储设备C1向所有的负载3供电。因此，如果在电源2发生了故障时车辆9正在自动驾驶，则从电力存储设备C1向参与自动驾驶的所有负载3供电。
另一方面，当电源2发生了故障时，除非车辆9正在自动驾驶，否则控制器17控制开关Q20处于导通状态，并控制开关Q21-Q24处于断开状态。这允许切断从电力存储设备C1向与开关Q21-Q24连接的负载3的供电。因此，从电力存储设备C1向参与制动车辆9且需要驾驶员参与的负载(诸如制动设备31A)供电。另一方面，不从电力存储设备C1向不参与制动车辆9且不需要驾驶员参与的其他负载(诸如电子助力转向系统及其ECU和制动设备的ECU)供电。
(1.2)操作的描述
接下来，将参照图1至图7主要描述备用电源系统1如何操作。
(1.2.1)当电源正常工作时
在电源2没有发生故障时，电压检测电路11不输出电源故障信号。因此，主开关10导通，并且控制电路16控制开关15处于断开状态，以停用电压变换电路14。因此，通过第一供电路径51(具体地，主电路径51a和多个分支路径51b)向多个负载3(即，第一负载31和第二负载31)供应电源2的输出电力。
此外，在电源2没有发生故障时，切换单元12的开关元件Q3断开，并且其开关元件Q4导通，从而使第一电力存储设备C11和第二电力存储设备C12与电源2并联电连接。因此，第一降压电源电路131和第二降压电源电路132对第一电力存储设备C11和第二电力存储设备C12进行充电，同时降低电源2的输出电压。在图3中，箭头F21和F22指示在这种情况下的电流路径。可以看出，在充电时，多个电力存储设备C1与电源2并联连接，并且由降压电源电路13进行充电。由此，充满电的多个电力存储设备C1的电压变为等于或小于电源2的输出电压。此时，分别对第一电力存储设备C11和第二电力存储设备C12进行充电的第一降压电源电路131和第二降压电源电路132不执行任何开关操作，从而减少与开关操作相关的热量和噪声。
(1.2.2)当电源发生了故障时
当电源2发生了故障且电压检测电路11输出电源故障信号时，主开关10断开，并且第一供电路径51和第四供电路径54被切断。另外，当电压检测电路11输出电源故障信号时，开关单元12的开关元件Q3导通，并且其开关元件Q4断开，从而使第一电力存储设备C11和第二电力存储设备C12彼此串联连接。同时，在接收到来自电压检测电路11的电源故障信号时，控制电路16向电压变换电路14的控制单元141输出激活指令，以激活电压变换电路14。在这种情况下，从电压变换电路14开始其电压变换操作起，电压变换电路14输出等于或高于最低保证工作电压的电压需要花费一些时间(即，完全激活电压变换电路14需要花费一些时间)。因此，控制电路16控制开关15以保持开关15导通，直到从接收到电源故障信号的时刻起经过预定时间。如果开关15导通，则第三供电路径53变得导电。这允许通过第三供电路径53从具有低电位的第一电力存储设备C11向负载3供电。此时，电流从第一电力存储设备C11沿图4中的箭头F23所示的路径流向多个负载3。第一电力存储设备C11被充电至等于或高于最低保证工作电压的电压。这允许负载3利用从第一电力存储设备C11向负载3供应的电力进行操作，直到电压变换电路14被完全激活，从而减小了输出电压向负载3的供应被切断的机会。
此后，当从电源2发生故障的时刻起经过了预定时间时，控制电路16将开关15断开，并且电压变换电路14将第一电力存储设备C11和第二电力存储设备C12的输出电压降低，并且向负载3供应如此生成的输出电压。此时，电流从电压变换电路14沿图4中的箭头F24所示的路径流向负载3。在这种情况下，如果电源2发生了故障，则第一电力存储设备C11和第二电力存储设备C12彼此串联连接，从而使第一电力存储设备C11和第二电力存储设备C12的输出电压高于负载3的最低保证工作电压。这允许电压变换电路14向负载3供应通过将第一电力存储设备C11和第二电力存储设备C12的输出电压降低而生成的输出电压。这使得能够减少流过电压变换电路14的初级电路部分的电流量，从而减少在电压变换电路14执行开关操作时由开关元件Q10产生的热量和噪声。
在这种情况下，使电流沿向一个或多个负载3供电的方向流动的二极管插入第三供电路径53(旁路)中。在本实施例中，用作开关元件Q12的MOSFET的寄生二极管用作使电流沿向负载3供电的方向流动的二极管。用作开关元件Q12的MOSFET的寄生二极管基本上防止电流沿与从第一电力存储设备C11向负载3供电的方向相反的方向流动。这可以减少应该向负载3供应的电力流过第一电力存储设备C11从而导致向负载3供应的电力不足的机会。可选地，在该实施例中，使电流沿向负载3供电的方向流动的另一二极管可以与用作开关元件Q12的MOSFET的寄生二极管分开地连接到第三供电路径53。这可以基本上防止电流沿相反方向流动。
请注意，在第一供电路径51上，二极管D4连接在与第一负载31连接的分支路径51b和与第二负载32连接的分支路径51b之间。因此，二极管D4可以防止在通过第二供电路径52或第三供电路径53从电力存储设备C1向第二负载32供电的情况下，向第二负载32供应的电力通过第一供电路径51反向流入第一负载31。
(1.2.3)选择目标负载的操作
如上所述，在根据本实施例的备用电源系统1中，控制器17的选择单元171根据由车辆9的ECU 4提供的通知信息来选择目标负载3。
例如，如果在以预定速度(例如，60km/h)行驶的车辆9中电源2发生了故障，则选择单元171将开关Q20导通并将开关Q21-Q24断开，以从电力存储设备C1仅向制动设备31A供电(参照图6)。即使如此，从电源2发生故障的时刻起直到电压变换电路14被完全激活，也通过第三供电路径53(旁路)(即，沿图6中的箭头F25所示的路径)从第一电力存储设备C11向制动设备31A供电。然后，当电压变换电路14被完全激活时，通过第二供电路径52(即，沿图6中的箭头F26所示的路径)从电压变换电路14向制动设备31A供电。
在本实施例中，从电源2发生故障起一定时间(例如，6秒)内，向负载3持续供应等于或高于最低保证工作电压的恒定电压。该一定时间例如可以比以预定速度(例如，60km/h)行驶的车辆9在同一车道上安全停止所花费的时间长。这允许即使在车辆9以预定速度行驶时电源2发生了故障，驾驶员也能够安全地使车辆9停止。
另外，备用电源系统1还允许在车辆9的电源2正常工作时，通过远程控制停放车辆9时(即，当进行所谓的“远程停车”时)，例如通过第二供电路径52从电压变换电路14向制动设备31A供电。换句话说，只有当电源2正常工作并且可以从备用电源系统1向制动设备31A供电时，车辆9才可以进行远程停车。也就是说，如图7所示，车辆9仅当从电源2向制动设备31A供电的路径(即，箭头F27所示的路径)和从电压变换电路14向制动设备31A供电的路径(即，箭头F28所示的路径)两者都被确保时，才可以进行远程停车。在这种情况下，控制器17的选择单元171根据由ECU 4提供的要进行远程停车的通知信息，允许通过将开关Q20导通并将开关Q21-Q24断开，从电力存储设备C1仅向制动设备31A供电。然后，控制器17控制切换单元12将电连接切换到第一电力存储设备C11和第二电力存储设备C12彼此串联连接的第二状态，向控制电路16输出控制信号以控制开关15处于断开状态，并激活电压变换电路14。这使得从电压变换电路14向制动设备31A供电，从而允许车辆9进行远程停车。
如果在车辆9进行远程停车时电源2发生了故障，则开始(沿图7中的箭头F28所示的路径)从电压变换电路14向制动设备31A供电，从而允许驾驶员安全地停止车辆9。
请注意，如果在车辆9进行远程停车时，直到电源2发生故障才开始激活电压变换电路14，则控制器17可以控制开关15处于导通状态，以从第一电力存储设备C11向制动设备31A供电，直到电压变换电路14被完全激活。在这种情况下，当电压变换电路14被完全激活时，控制器17可以控制开关15处于断开状态，以从电压变换电路14向制动设备31A供电。
请注意，即使车辆9在预定时间段(例如，75天)内未被使用，备用电源系统1仍允许车辆9进行远程停车。电力存储设备C1在长时间不使用时放电。然而，其充电和放电性能被设置为即使在经过预定时间段之后制动设备31A也可以运行。
(2)变型
接下来，将逐一列举示例实施例的变型。请注意，可以适当地组合采用下面要描述的变型。下面对变型的描述将集中于与上述示例实施例的不同之处。具有与上述示例实施例的对应部分相同功能的变型的任何构成元件将由与该对应部分相同的附图标记表示，并且本文将省略对其的描述。
在上述示例实施例中，每个电力存储设备C1可以是诸如锂离子电容器(LIC)或锂离子电池(LIB)之类的二次电池。在锂离子电容器中，其阴极可以由与EDLC相同的材料(诸如活性炭)制成，并且其阳极可以由与LIB相同的材料(例如，碳材料，诸如石墨)制成。
此外，电力存储设备C1不一定是EDLC，也可以是具有下面将描述的配置的电化学设备。如本文所用，“电化学设备”包括阴极元件、阳极元件和非水电解质溶液。正极元件包括正极集电体和由正极集电体支撑并包含正极活性材料的正极材料层。正极材料层包含用作正极活性材料的导电聚合物，该正极活性材料用于掺杂和去掺杂负离子(掺杂剂)。负极元件包括负极材料层，该负极材料层包含负极活性材料。负极活性材料可以是例如促进涉及锂离子吸留和释放的氧化还原反应的材料。具体地，负极活性材料的示例包括碳材料、金属化合物、合金和陶瓷。非水电解质溶液可以具有例如锂离子传导性。这种类型的非水电解质溶液包括锂盐和溶解锂盐的非水溶液。例如，具有这种配置的电化学设备的能量密度比双电层电容器高。
此外，在上述实施例中，电压变换电路14包括升压型DC/DC转换器。然而，电压变换电路14的电路配置可以适当地修改，只要电压变换电路14可以将输入电压变换为适配于负载3的电压值即可。例如，电压变换电路14可以包括升压/降压型DC/DC转换器。
此外，在上述示例实施例中，电力存储设备C1由降压电源电路13的输出进行充电。然而，用于向电力存储设备C1供应充电电流的电路不一定是降压电源电路13。向电力存储设备C1供应充电电流的电路优选地为开关电源电路以外的电路，并且可以是串联稳压电路，或包括在电源2和电力存储设备C1之间连接有限流电阻的电路。
此外，在上述示例实施例中，第一负载31和第二负载32中的每一个都是一组负载(即，包括多个负载)。然而，这仅是示例，并且不应被解释为限制。备选地，第一负载31和第二负载32中的每一个可以是单个负载。又备选地，第一负载31或第二负载32中的至少一个可以是一组负载。
此外，在上述示例实施例中，与第二负载32相比，第一负载31满足第一条件和第二条件两者。然而，这仅是示例，并且不应被解释为限制。备选地，第一负载31可以满足第一条件或第二条件中的至少一个。请注意，第一条件是负载具有相对较大的功耗(即，需要相对较大的工作电流)。第二条件是负载需要相对较低的最低保证工作电压。
此外，在上述示例实施例中，包括多个负载3的目标设备是车辆9(移动体)。然而，目标设备不一定是车辆9(移动体)，例如也可以是在设施中使用的电气设备。
(概括)
从以上描述可以看出，根据第一方面的备用电源系统(1)在电源(2)发生了故障的情况下向一个或多个负载(3)供电。备用电源系统(1)包括多个电力存储设备(C1)和切换单元(12)。多个电力存储设备(C1)由电源(2)进行充电。切换单元(12)将多个电力存储设备(C1)之间的电连接切换为多个电力存储设备(C1)与电源(2)并联连接的第一状态，或多个电力存储设备(C1)彼此串联连接的第二状态。切换单元(12)在多个电力存储设备(C1)正在被充电时将电连接切换为第一状态，并且在电源(2)发生了故障时将电连接切换为第二状态。
根据该方面，当充电时，多个电力存储设备(C1)与电源(2)并联连接。与多个电力存储设备(C1)彼此串联连接的情况相比，这允许以较低电压对多个电力存储设备(C1)进行充电。因此，不需要用于对多个电力存储设备(C1)进行充电的充电电路来将电源(2)的电压升压至较高电压，因此减小了充电电路的切换操作产生噪声和/或热量的机会。另外，当电源(2)发生了故障时，多个电力存储设备(C1)彼此串联连接。与多个电力存储设备(C1)彼此并联连接的情况相比，这允许多个电力存储设备(C1)输出较高电压。因此，不需要用于将多个电力存储设备(C1)的输出电压变换为负载(3)所需电压的电压变换电路来将多个电力存储设备(C1)的输出电压升压至较高电压，从而减小电压变换电路的切换操作产生噪声和/或热量的机会。因此，本公开使得能够提供具有降低要产生的噪声的能力的备用电源系统(1)和提供具有减少要产生的热量的能力的备用电源系统(1)。
在根据可以结合第一方面来实现的第二方面的备用电源系统(1)中，多个电力存储设备(C1)包括：在第二状态下具有低电位的第一电力存储设备(C11)；以及在第二状态下具有高电位的第二电力存储设备(C12)。备用电源系统(1)还包括旁路(53)，在电源(2)发生了故障的情况下，通过旁路(53)从第一电力存储设备(C11)向一个或多个负载(3)供电。
该方面使得能够通过旁路(53)从第一电力存储设备(C11)向一个或多个负载(3)供电。
在根据可以结合第二方面来实现的第三方面的备用电源系统(1)中，二极管插入旁路(53)中。二极管允许电流沿向一个或多个负载(3)供电的方向流动。
该方面使得能够减小电流沿与供电方向相反的方向流过旁路(53)的机会。
根据可以结合第二方面或第三方面来实现的第四方面的备用电源系统(1)还包括电压变换电路(14)和开关(15)。电压变换电路(14)在电源(2)发生了故障的情况下，将彼此串联连接的多个电力存储设备(C1)的输出电压变换为与一个或多个负载(3)相适配的输出电压。开关(15)插入旁路(53)中。在电源(2)发生了故障的情况下，开关(15)保持导通直到电压变换电路(14)被激活，并且当电压变换电路(14)被完全激活时断开。
根据该方面，通过旁路(53)向一个或多个负载(3)持续供电，直到电压变换电路(14)被激活。这可以减小向一个或多个负载(3)的供电被切断的机会。
根据可以结合第四方面来实现的第五方面的备用电源系统(1)还包括控制电路(16)。当电源(2)发生了故障时，控制电路(16)开始激活电压变换电路(14)，并控制开关(15)以保持开关(15)导通直到电压变换电路(14)被激活，并且当电压变换电路(14)被完全激活时将开关(15)断开。
根据该方面，通过旁路(53)向一个或多个负载(3)持续供电，直到电压变换电路(14)被激活。这可以减小向一个或多个负载(3)的供电被切断的机会。
根据可以结合第一方面至第五方面中任一方面来实现的第六方面的备用电源系统(1)还包括降压电源电路(13)。降压电源电路(13)利用从电源(2)供应的电力对多个电力存储设备(C1)进行充电。
根据该方面，降压电源电路(13)对多个电力存储设备(C1)进行充电。与多个电力存储设备(C1)利用由开关电源升压的电压进行充电的情况相比，这可以减小开关电源产生噪声和/或热量的机会。
在根据可以结合第一方面至第六方面中任一方面来实现的第七方面的备用电源系统(1)中，一个或多个负载(3)包括多个负载(3)。备用电源系统(1)还包括选择单元(171)。选择单元(171)根据设置有多个负载(3)的目标设备(9)的使用状态，选择多个负载(3)中的任一负载作为待供电的目标负载。
根据该方面，仅向根据目标设备(9)的使用状态所选择的负载(3)供电。与向所有多个负载(3)供电的情况相比，这使得能够供电更长的时间。
在根据可以结合第七方面来实现的第八方面的备用电源系统(1)中，多个负载(3)包括：包括致动器的第一负载(31)；以及用作控制致动器的控制系统的第二负载(32)。
该方面使得能够根据目标设备(9)的使用状态，从第一负载(31)和第二负载(32)中选择目标负载(3)。
根据可以结合第一方面至第八方面中任一方面来实现的第九方面的备用电源系统(1)还包括供电路径(51)，通过该供电路径(51)从电源(2)向一个或多个负载(3)供电。
该方面使得能够通过电源路径(51)从电源(2)向一个或多个负载(3)供电。
根据第十方面的移动体(9)包括根据第一方面至第九方面中任一方面的备用电源系统(1)和移动体本体(91)。移动体本体(91)配备有备用电源系统(1)和一个或多个负载(3)。
该方面使得能够为移动体(9)提供减小要产生的噪音的能力。
请注意，这些不是本公开仅有的方面，并且根据上述示例实施例的备用电源系统(1)的各种配置(包括变型)也可以实现为用于控制备用电源系统(1)的方法、(计算机)程序、或在其上存储程序的非暂时性存储介质。
请注意，根据第二方面至第八方面的构成元件不是备用电源系统(1)的必要构成元件，而是可以适当地省略。
附图标记列表
1 备用电源系统
2 电源
3 负载
9 车辆(移动体、目标设备)
12 切换单元
13 降压电源电路
14 电压变换电路
15 开关
16 控制电路
31 第一负载
32 第二负载
51 第一供电路径(供电路径)
53 第三供电路径(旁路)
91 移动体本体
171 选择单元
C1 电力存储设备
C11 第一电力存储设备
C12 第二电力存储设备。

Claims (10)

1.一种备用电源系统，被配置为在电源发生了故障的情况下为一个或多个负载供电，所述备用电源系统包括：
多个电力存储设备，被配置为由所述电源进行充电；以及
切换单元，被配置为将所述多个电力存储设备之间的电连接切换为所述多个电力存储设备与所述电源并联连接的第一状态或所述多个电力存储设备彼此串联连接的第二状态，
所述切换单元被配置为在所述多个电力存储设备正在被充电时将所述电连接切换为所述第一状态，并且在所述电源发生了故障时将所述电连接切换为所述第二状态。
2.根据权利要求1所述的备用电源系统，其中，
所述多个电力存储设备包括：第一电力存储设备，被配置为在所述第二状态下具有低电位；以及第二电力存储设备，被配置为在所述第二状态下具有高电位，并且
所述备用电源系统还包括旁路，在所述电源发生了故障的情况下，通过所述旁路从所述第一电力存储设备向所述一个或多个负载供电。
3.根据权利要求2所述的备用电源系统，其中，
二极管插入所述旁路中，所述二极管被配置为允许电流沿向所述一个或多个负载供电的方向流动。
4.根据权利要求2或3所述的备用电源系统，还包括：
电压变换电路，被配置为在所述电源发生了故障的情况下，将彼此串联连接的所述多个电力存储设备的输出电压变换为与所述一个或多个负载相适配的输出电压；以及
开关，插入所述旁路中，其中，
所述开关被配置为在所述电源发生了故障的情况下，保持导通直到所述电压变换电路被激活，并且当所述电压变换电路被完全激活时断开。
5.根据权利要求4所述的备用电源系统，还包括控制电路，所述控制电路被配置为当所述电源发生了故障时开始激活所述电压变换电路，并控制所述开关以保持所述开关导通直到所述电压变换电路被激活，并且当所述电压变换电路被完全激活时将所述开关断开。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的备用电源系统，还包括降压电源电路，所述降压电源电路被配置为利用从所述电源供应的电力对所述多个电力存储设备进行充电。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的备用电源系统，其中，
所述一个或多个负载包括多个负载，并且
所述备用电源系统还包括选择单元，所述选择单元被配置为根据设置有所述多个负载的目标设备的使用状态，选择所述多个负载中的任一负载作为待供电的目标负载。
8.根据权利要求7所述的备用电源系统，其中，
所述多个负载包括：包括致动器的第一负载；以及用作被配置为控制所述致动器的控制系统的第二负载。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的备用电源系统，还包括供电路径，通过所述供电路径从所述电源向所述一个或多个负载供电。
10.一种移动体，包括：
权利要求1至9中任一项所述的备用电源系统；以及
配备有所述备用电源系统和所述一个或多个负载的移动体本体。
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