專(zhuān)利名稱(chēng)：輔助電池充電設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輔助電池充電設(shè)備，用于對(duì)安裝在車(chē)輛中的、除了主電池以外的輔助電池進(jìn)行充電。
背景技術(shù)：
圖I示出現(xiàn)有的輔助電池充電設(shè)備。圖I中的輔助電池充電設(shè)備40安裝在諸如混合動(dòng)力車(chē)輛、電動(dòng)車(chē)輛等的車(chē)輛中，并且其包括主電池41以及DC/DC轉(zhuǎn)換器42，DC/DC轉(zhuǎn)換器42減小主電池41的輸出電壓，以對(duì)輔助電池43進(jìn)行充電。主電池41向電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)44供電。
輔助電池43是向用于控制電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)44的驅(qū)動(dòng)的控制電路供電、并向諸如汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)的電子設(shè)備供電的電池，并且其功耗不低。相應(yīng)地，與輔助電池43的充電相關(guān)聯(lián)的主電池41的功耗增加成為受關(guān)注的問(wèn)題。主電池41被配置成串聯(lián)連接多個(gè)可充電電池單元(rechargeable batterycell)，使得輸出電壓能夠增大；然而，需要盡可能地消除這些可充電電池單元的輸出電壓之間的變化，以便降低總體劣化。因此，為了盡可能地消除主電池41的可充電電池單元的輸出電壓之間的變化，圖I中的現(xiàn)有的輔助電池充電設(shè)備40包括單元監(jiān)控單元平衡電路(cell monitoringcell-balance circuit) 45,用于對(duì)可充電電池單元的輸出電壓進(jìn)行均衡；以及EOJ 46,用于控制單元監(jiān)控單元平衡電路45的操作。作為示例，作為用以對(duì)可充電電池單元的輸出電壓進(jìn)行均衡的技術(shù)(下文中，稱(chēng)為“單元平衡”)，存在如下的所謂有源系統(tǒng)單元平衡其中，通過(guò)經(jīng)由變壓器對(duì)可充電電池單元放電或充電而對(duì)可充電電池單元的輸出電壓進(jìn)行均衡(例如參見(jiàn)日本公開(kāi)專(zhuān)利申請(qǐng)2001-339865)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種輔助電池充電設(shè)備，其能夠降低與安裝在車(chē)輛中的除了主電池以外的輔助電池的充電相關(guān)聯(lián)的主電池的功耗。根據(jù)本發(fā)明的輔助電池充電設(shè)備包括主電池，被設(shè)置有彼此串聯(lián)連接的第一可充電電池單兀和第二可充電電池單兀；外部發(fā)電機(jī)；晶體管，被設(shè)置在外部發(fā)電機(jī)與輔助電池之間；運(yùn)算放大器，其具有正輸入端子、負(fù)輸入端子和輸出端子，其中，第二可充電電池單元的輸出電壓被輸入至正輸入端子，施加到晶體管的電壓被輸入至負(fù)輸入端子，而輸出端子被連接到晶體管的控制輸入端子；第一開(kāi)關(guān)，被設(shè)置在外部發(fā)電機(jī)與晶體管之間；以及控制電路，用于在對(duì)輔助電池充電期間，接通第一開(kāi)關(guān)以將來(lái)自外部發(fā)電機(jī)的電流經(jīng)由晶體管供給到輔助電池。結(jié)果，不需要利用從主電池供給的電來(lái)對(duì)輔助電池充電，因此，可以降低與輔助電池的充電相關(guān)聯(lián)的主電池的功耗。輔助電池充電設(shè)備還包括變壓器，被設(shè)置有連接到外部發(fā)電機(jī)的第一線(xiàn)圈、連接到第一可充電電池單元的第二線(xiàn)圈以及連接到第二可充電電池單元的第三線(xiàn)圈；以及第二開(kāi)關(guān)，被設(shè)置在第一線(xiàn)圈與外部發(fā)電機(jī)之間。控制電路可以被配置為在對(duì)第一可充電電池單元的輸出電壓和第二可充電電池單元的輸出電壓進(jìn)行均衡時(shí)，接通或斷開(kāi)第二開(kāi)關(guān)以使第一線(xiàn)圈至第三線(xiàn)圈彼此電磁耦合。結(jié)果，可利用從外部發(fā)電機(jī)供給的電來(lái)對(duì)主電池的可充電電池單元充電，并且可以減小主電池的可充電電池單元的輸出電壓之間的變化。控制電路可被配置成在不使用主電池時(shí)，接通或斷開(kāi)第二開(kāi)關(guān)以對(duì)第一可充電電池單元的輸出電壓和第二可充電電池單元的輸出電壓進(jìn)行均衡，接著接通第一開(kāi)關(guān)以對(duì)輔助電池充電。 結(jié)果，可以在對(duì)輔助電池充電時(shí)使施加到輔助電池的電壓進(jìn)一步穩(wěn)定。


圖I是示出現(xiàn)有的輔助電池充電設(shè)備的圖。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的輔助電池充電設(shè)備的圖。圖3是示出根據(jù)本實(shí)施例的單元監(jiān)控單元平衡電路的示例的圖。圖4是示意性示出接通或斷開(kāi)每個(gè)開(kāi)關(guān)的定時(shí)的時(shí)序圖的示例的圖。
具體實(shí)施例方式圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的輔助電池充電設(shè)備的圖。在圖2中，類(lèi)似的部分由用于圖I中的現(xiàn)有輔助電池充電設(shè)備40的類(lèi)似附圖標(biāo)記表示。圖2中的輔助電池充電設(shè)備I包括主電池41，配置有彼此串聯(lián)連接的多個(gè)可充電電池單元；外部發(fā)電機(jī)2 ;單元監(jiān)控單元平衡電路3，用于均衡主電池41的可充電電池單元的輸出電壓；充電電路4，用于通過(guò)使用主電池41的一些可充電電池單元的輸出電壓(或參考電壓)、利用從外部發(fā)電機(jī)2供給的電對(duì)輔助電池43 (例如，鉛蓄電池等)充電；以及ECU (電子控制單元)5 (或控制電路)，用于控制單元監(jiān)控單元平衡電路3和充電電路4的操作。根據(jù)本實(shí)施例的輔助電池充電設(shè)備I安裝在諸如混合動(dòng)力車(chē)輛、電動(dòng)車(chē)輛、叉式起重車(chē)的車(chē)輛中。用于對(duì)輔助電池43充電的參考電壓大致與充滿(mǎn)電狀態(tài)下的輔助電池43的電壓一樣高(例如，12V)。如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的輔助電池充電設(shè)備I利用從外部發(fā)電機(jī)2供給的電對(duì)輔助電池43充電，并且，不同于圖I中的現(xiàn)有的輔助電池充電設(shè)備40，輔助電池充電設(shè)備I不利用從主電池41供給的電來(lái)對(duì)輔助電池43充電，使得可降低與輔助電池43的充電相關(guān)聯(lián)的主電池41的功耗。另外，根據(jù)本實(shí)施例的輔助電池充電設(shè)備I包括單元監(jiān)控單元平衡電路3，因而可以減少主電池41的可充電電池單元的輸出電壓之間的變化。圖3是示出單元監(jiān)控單元平衡電路3的示例和充電電路4的示例的圖。在主電池41中，配置有三個(gè)單元6 (例如，諸如鋰離子可充電電池單元或鎳氫可充電電池單元的可充電電池單元)的n個(gè)模塊7 (即，模塊7-1至7-n)彼此串聯(lián)連接，其中，三個(gè)單元6彼此串聯(lián)連接。形成一個(gè)模塊7的單元6的數(shù)量不限于三。圖3中的單元監(jiān)控單元平衡電路3包括變壓器10，設(shè)置有連接到外部發(fā)電機(jī)2的初級(jí)線(xiàn)圈8以及各自并聯(lián)連接到模塊7中的一個(gè)的n個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈9 ( S卩，次級(jí)線(xiàn)圈9-1至9-n);以及開(kāi)關(guān)11 (即，第二開(kāi)關(guān))，設(shè)置在外部發(fā)電機(jī)2與初級(jí)線(xiàn)圈8之間。初級(jí)線(xiàn)圈8的匝數(shù)與全部次級(jí)線(xiàn)圈9的匝數(shù)之比為I : I。開(kāi)關(guān)11例如配置有諸如MOSFET的開(kāi)關(guān)元件。通過(guò)從E⑶5輸出的控制信號(hào)SI來(lái)接通或斷開(kāi)開(kāi)關(guān)11?？刂菩盘?hào)SI的占空比例如為50%。在對(duì)模塊7-1至7-n的輸出電壓進(jìn)行均衡時(shí)(即，在單元平衡期間)，接通和斷開(kāi)開(kāi)關(guān)11。結(jié)果，交流電流流過(guò)初級(jí)線(xiàn)圈8,從而將初級(jí)線(xiàn)圈8電磁連接到次級(jí)線(xiàn)圈9-1至9-n。在這種情況下，例如如果次級(jí)線(xiàn)圈9-1的電壓高于模塊7-1的輸出電壓，則電流從次級(jí)線(xiàn)圈9-1流向模塊7-1以對(duì)模塊7-1充電。然后，當(dāng)模塊7-1至7-n的輸出電壓被均衡時(shí)，例如當(dāng)模塊7-1至7-n的輸出電壓均變?yōu)橄孪揲撝礦min或更高以及變?yōu)樯舷揲撝礦max或更低時(shí)，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)11。結(jié)果，可均衡模塊7-1至7-n的輸出電壓。 圖3中的充電電路4包括運(yùn)算放大器12、MOSFET 13和開(kāi)關(guān)14( S卩，第一開(kāi)關(guān))。開(kāi)關(guān)14例如配置有開(kāi)關(guān)元件(諸如，繼電器或M0EFET)，并通過(guò)從ECU 5輸出的控制信號(hào)S2而接通或斷開(kāi)。BP, MOSFET 13設(shè)置在外部發(fā)電機(jī)2與輔助電池43之間。開(kāi)關(guān)14設(shè)置在外部發(fā)電機(jī)2與MOSFET 13之間。模塊7_n的輸出電壓被輸入至運(yùn)算放大器12的正輸入端子作為參考電壓，施加到MOSFET 13的電壓被輸入到運(yùn)算放大器12的負(fù)輸入端子，而運(yùn)算放大器12的輸出端子被連接到MOSFET 13的柵極端子(控制輸入端子)。運(yùn)算放大器12的正端子和負(fù)端子的虛短路(imaginary shortcircuit)產(chǎn)生基本上與要施加到MOSFET 13的參考電壓(例如，12V) —樣高的電壓。MOSFET 13的柵極端子已被施加了比施加到MOSFET13的電壓低約IV的電壓，從而接通MOSFET 13。以此方式，MOSFET 13設(shè)置在外部發(fā)電機(jī)2與輔助電池43之間，以通過(guò)運(yùn)算放大器12的輸出電壓的經(jīng)由MOSFET 13的負(fù)反饋來(lái)形成調(diào)節(jié)器，因此，基本上與模塊7-n的輸出電壓一樣高的電壓可經(jīng)由運(yùn)算放大器12和MOSFET13施加到輔助電池43。相應(yīng)地，即使外部發(fā)電機(jī)2由太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)等構(gòu)成且外部發(fā)電機(jī)2的輸出電壓因而不穩(wěn)定，也可以始終將相對(duì)穩(wěn)定的電壓施加到輔助電池43。在對(duì)輔助電池43充電時(shí)，接通開(kāi)關(guān)14以將外部發(fā)電機(jī)2電連接到MOSFET 13，因此，電流從外部發(fā)電機(jī)2經(jīng)由MOSFET 13流向輔助電池43，從而對(duì)輔助電池43充電。外部發(fā)電機(jī)2的輸出電壓處于參考電壓的量級(jí)或者更高。圖4是示意性示出接通或斷開(kāi)開(kāi)關(guān)11和14的定時(shí)的時(shí)序圖的示例的圖。假設(shè)當(dāng)從控制整個(gè)車(chē)輛的上部ECU輸出的點(diǎn)火信號(hào)IG處于高電平時(shí)，即當(dāng)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)44正使用主電池41時(shí)(例如在車(chē)輛行駛時(shí))，控制信號(hào)SI和S2處于低電平，并且開(kāi)關(guān)11和14斷開(kāi)。首先，當(dāng)將點(diǎn)火信號(hào)IG從高電平切換至低電平時(shí)，即當(dāng)停止使用主電池41時(shí)(例如，在車(chē)輛正被停放時(shí))，E⑶5使用控制信號(hào)SI來(lái)接通或斷開(kāi)開(kāi)關(guān)11。以此方式，當(dāng)經(jīng)由控制信號(hào)SI接通或斷開(kāi)開(kāi)關(guān)11時(shí)，從外部發(fā)電機(jī)2供給的電使得交流電流流過(guò)初級(jí)線(xiàn)圈8,因此,初級(jí)線(xiàn)圈8和次級(jí)線(xiàn)圈9-1至9-n彼此電磁連接。在這種情況下,例如當(dāng)模塊7-1的輸出電壓高于施加到次級(jí)線(xiàn)圈9-1的電壓時(shí)，電流從模塊7-1流向次級(jí)線(xiàn)圈9-1，因此使模塊7-1放電。當(dāng)模塊7-2的輸出電壓低于施加到次級(jí)線(xiàn)圈9-2的電壓時(shí)，電流從次級(jí)線(xiàn)圈9-2流向模塊7-2，因此對(duì)模塊7-2充電。以此方式，通過(guò)經(jīng)由變壓器10對(duì)模塊7-1至7_n充電和放電，模塊7-1至7-n中的每個(gè)模塊的輸出電壓逐漸接近模塊7-1至7-n的輸出電壓的平均值。結(jié)果，可均衡模塊7-1至7-n的輸出電壓。另外，在這種情況下，從外部發(fā)電機(jī)2供給的電使模塊7-1至7-n的輸出電壓的平均值增大。在這種情況下，E⑶5監(jiān)控模塊7-1至7-n的輸出電壓。接下來(lái)，當(dāng)模塊7-1至7-n的輸出電壓被均衡時(shí)，E⑶5斷開(kāi)開(kāi)關(guān)11以終止對(duì)模塊7-1至7-n的充電。此后，當(dāng)E⑶5確定需要對(duì)輔助電池43充電時(shí)，E⑶5例如監(jiān)控輔助電池43的電壓，并且當(dāng)E⑶5確定輔助電池43的電壓等于閾值Vthl或更低時(shí)，E⑶5接通開(kāi)關(guān)14以對(duì)輔助電池43充電。在這種情況下，作為示例，可對(duì)輔助電池43充電直到其充滿(mǎn)電為止，或者可對(duì)輔助電池43充電直到其差點(diǎn)充滿(mǎn)電之前。為了防止在對(duì)輔助電池43充電時(shí)外部發(fā)電機(jī)2的輸出電壓超過(guò)運(yùn)算放大器12或MOSFET 13 的耐壓容量(pressure-withstanding capacity),可將 ECU 5 配置如下當(dāng)外部 發(fā)電機(jī)2的輸出電壓變?yōu)殚撝礦th或更高時(shí)，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)14以將外部發(fā)電機(jī)2從輔助電池43斷開(kāi)。為了防止在對(duì)輔助電池43充電時(shí)外部發(fā)電機(jī)2的輸出電壓超過(guò)運(yùn)算放大器12或MOSFET 13的耐壓容量，可將由多個(gè)串聯(lián)連接的二極管等構(gòu)成的保護(hù)電路設(shè)置在開(kāi)關(guān)14與使MOSFET 13和運(yùn)算放大器12的負(fù)端子彼此連接的連接點(diǎn)之間。如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的輔助電池充電設(shè)備I包括調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器配置有MOSFET 13，設(shè)置在外部發(fā)電機(jī)2與輔助電池43之間；以及運(yùn)算放大器12，其中模塊7_n的輸出電壓被輸入至運(yùn)算放大器12的正輸入端子，而運(yùn)算放大器12的輸出電壓通過(guò)經(jīng)由MOSFET 13的負(fù)反饋返回到運(yùn)算放大器12。結(jié)果，可以將基本上與模塊7_n的輸出電壓一樣高的電壓施加到輔助電池43，使得可以通過(guò)接通設(shè)置在外部發(fā)電機(jī)2與MOSFET 13之間的開(kāi)關(guān)、以將來(lái)自外部發(fā)電機(jī)2的電流供給到輔助電池43的方式，對(duì)輔助電池43充電。相應(yīng)地，不需要利用從主電池41供給的電對(duì)輔助電池43充電，因此，可以降低與輔助電池43的充電相關(guān)聯(lián)的主電池41的功耗。根據(jù)本實(shí)施例的輔助電池充電設(shè)備I被配置為在進(jìn)行單元平衡后對(duì)輔助電池43充電，因此，可將已進(jìn)一步穩(wěn)定的電壓施加到輔助電池43。在根據(jù)本實(shí)施例的輔助電池充電設(shè)備I中，只有電壓(即參考電壓)而不是電力被從模塊7-n供給到運(yùn)算放大器12，因此，可以降低與輔助電池43的充電相關(guān)聯(lián)的主電池4的功耗。根據(jù)本實(shí)施例的輔助電池充電設(shè)備I不需要設(shè)置有圖I中的DC/DC轉(zhuǎn)換器42，因此，可以相應(yīng)地減小電路規(guī)模。在上述實(shí)施例中，在進(jìn)行單元平衡后對(duì)輔助電池43充電；然而，取而代之，也可在E⑶5確定主電池41已充滿(mǎn)電后對(duì)輔助電池43充電。在上述實(shí)施例中，可使用雙極晶體管來(lái)替代MOSFET 13。在上述實(shí)施例中，可省略單元監(jiān)控單元平衡電路3。根據(jù)本發(fā)明，能夠降低與安裝在車(chē)輛中的除了主電池以外的輔助電池的充電相關(guān)聯(lián)的主電池的功耗。
權(quán)利要求
1.一種輔助電池充電設(shè)備，包括 主電池，被設(shè)置有彼此串聯(lián)連接的第一可充電電池單元和第二可充電電池單元； 外部發(fā)電機(jī)； 晶體管，被設(shè)置在所述外部發(fā)電機(jī)與輔助電池之間； 運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器具有正輸入端子、負(fù)輸入端子和輸出端子，其中，所述第二可充電電池單元的輸出電壓被輸入至所述正輸入端子，施加到所述晶體管的電壓被輸入至所述負(fù)輸入端子，而所述輸出端子被連接到所述晶體管的控制輸入端子； 第一開(kāi)關(guān)，被設(shè)置在所述外部發(fā)電機(jī)與所述晶體管之間；以及 控制電路，用于在對(duì)所述輔助電池充電期間，接通所述第一開(kāi)關(guān)以將來(lái)自所述外部發(fā) 電機(jī)的電流經(jīng)由所述晶體管供給到所述輔助電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輔助電池充電設(shè)備，包括 變壓器，被設(shè)置有連接到所述外部發(fā)電機(jī)的第一線(xiàn)圈、連接到所述第一可充電電池單元的第二線(xiàn)圈以及連接到所述第二可充電電池單元的第三線(xiàn)圈；以及 第二開(kāi)關(guān)，被設(shè)置在所述第一線(xiàn)圈與所述外部發(fā)電機(jī)之間，其中， 在對(duì)所述第一可充電電池單兀的輸出電壓和所述第二可充電電池單兀的輸出電壓進(jìn)行均衡時(shí)，所述控制電路接通或斷開(kāi)所述第二開(kāi)關(guān)以使所述第一線(xiàn)圈至所述第三線(xiàn)圈彼此電磁I禹合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輔助電池充電設(shè)備，其中， 在不使用所述主電池時(shí)，所述控制電路接通或斷開(kāi)所述第二開(kāi)關(guān)以對(duì)所述第一可充電電池單元的輸出電壓和所述第二可充電電池單元的輸出電壓進(jìn)行均衡，然后接通所述第一開(kāi)關(guān)以對(duì)所述輔助電池充電。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輔助電池充電設(shè)備，其中， 在不使用所述主電池時(shí)，所述控制電路接通或斷開(kāi)所述第二開(kāi)關(guān)以對(duì)所述第一可充電電池單元的輸出電壓和所述第二可充電電池單元的輸出電壓進(jìn)行均衡，然后接通所述第一開(kāi)關(guān)以對(duì)所述輔助電池充電。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種輔助電池充電設(shè)備，該設(shè)備被配置為包括主電池，被設(shè)置有彼此串聯(lián)連接的多個(gè)可充電電池單元；外部發(fā)電機(jī)；晶體管，被設(shè)置在所述外部發(fā)電機(jī)與輔助電池之間；運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器具有正輸入端子、負(fù)輸入端子和輸出端子，其中，所述多個(gè)可充電電池單元中的一個(gè)可充電電池單元的輸出電壓被輸入至所述正輸入端子，施加到所述晶體管的電壓被輸入至所述負(fù)輸入端子，而所述輸出端子被連接到所述晶體管的控制輸入端子；開(kāi)關(guān)，被設(shè)置在所述外部發(fā)電機(jī)與所述晶體管之間；以及控制電路，用于在對(duì)所述輔助電池充電期間，接通所述開(kāi)關(guān)以將來(lái)自所述外部發(fā)電機(jī)的電流經(jīng)由所述晶體管供給到所述輔助電池。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102738852SQ20121007858
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者倉(cāng)石守 申請(qǐng)人:株式會(huì)社豐田自動(dòng)織機(jī)