專利名稱：混合型汽車的電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及驅(qū)動混合型汽車行駛的電源裝置。
混合型汽車以引擎和電動機驅(qū)動車輪行駛。汽車內(nèi)裝有用于驅(qū)動電動機的電源的驅(qū)動電池。此驅(qū)動電池由發(fā)電機進行充電。發(fā)電機則由引擎驅(qū)動，或者作為制動再生作用，由汽車剎車時的慣性來驅(qū)動。驅(qū)動電池的充電量及放電量則由電池控制電路來控制，將殘留容量控制在規(guī)定范圍內(nèi)。這是由于過度充電或過度放電都將使驅(qū)動電池的電氣特性急劇下降的緣故。用以控制驅(qū)動電池的充電、放電的電池控制電路，與驅(qū)動電池一起裝在電池系統(tǒng)內(nèi)。
只要汽車在正常狀態(tài)下行駛，這種電源裝置的驅(qū)動電池就不會過放電。但當(dāng)汽車停用時間過長時，有時會發(fā)生驅(qū)動電池已放電，而不能驅(qū)動汽車的電動機的情況。同時，在混合型汽車，驅(qū)動車輪行駛的電動機也兼作引擎的電池電動機，故當(dāng)驅(qū)動電池已放電時，引擎將不能啟動。
當(dāng)驅(qū)動電池自外部充電時，就會消除這種狀態(tài)。但由于驅(qū)動電池內(nèi)裝有100個以上的二次電池，其輸出電壓相當(dāng)高，必須用專用的充電器方可充電。但因為驅(qū)動電池的放電而使汽車不能行駛的情況很少發(fā)生，故實際上不可能為了消除上述情況而配備專用充電器。
這種弊病可通過用車內(nèi)電器用的電池來發(fā)動引擎的辦法來消除。但是由于車內(nèi)電器用電池的輸出電壓，幾無例外地皆為12V，故發(fā)動引擎時或用專用的電池電動機，或者必須裝備將12V的直流電升壓至啟動用電動機的驅(qū)動電壓的逆變器。如果使用電池電動機的話，因為給引擎裝上幾乎不常用的電池電動機，將要提高造價。同時，若使用逆變器，由于必須將該逆變器的輸出提得很高，就有抬高造價的缺點。
本發(fā)明即為克服這些缺點而開發(fā)出來的。本發(fā)明的主要目的在于，提供一種混合型汽車用電源裝置，是一種造價低廉的系統(tǒng)，可由車內(nèi)電器用電池來給驅(qū)動電池充電，從而在驅(qū)動電池的過放電情況下也可發(fā)動引擎的電源裝置。
從以下結(jié)合附圖的詳細說明，將使上述發(fā)明的和內(nèi)容更加清楚。
本發(fā)明的混合型汽車用電源裝置，備有電池系統(tǒng)；可裝入電池系統(tǒng)之內(nèi)并將驅(qū)動電池的輸出提供給電動機的逆變器；以及用于車內(nèi)電器的電源的車內(nèi)電器用電池。電池系統(tǒng)備有驅(qū)動啟動用電動機的驅(qū)動電池；和控制此驅(qū)動電池的充電、放電的電池控制電路。另外，在電池系統(tǒng)內(nèi)同時裝有由車內(nèi)電器用電池給驅(qū)動電池充電的充電電路。充電電路的作用是，當(dāng)驅(qū)動電池的殘留容量比設(shè)定值還低時，使由車內(nèi)電器用電池的電力給驅(qū)動電池充電。充了電的驅(qū)動電池即可驅(qū)動電動機而發(fā)動引擎。
上述混合型汽車的電源裝置是一種造價低的系統(tǒng)，并具有在驅(qū)動電池處于過放電情況下也可發(fā)動汽車的優(yōu)點。即是在備有驅(qū)動電池的電源系統(tǒng)內(nèi)，也裝有由車內(nèi)電器用電池給驅(qū)動電池充電的充電電路。這種裝在電池系統(tǒng)內(nèi)部的充電電路方式——以車內(nèi)電器用電池的電力給驅(qū)動電池充電，再用充了電的驅(qū)動電池來驅(qū)動電動機，從而使引擎發(fā)動起來，具有造價低并且可靠性高的優(yōu)點。由于它可在規(guī)定的時間內(nèi)由車內(nèi)電器用電池給驅(qū)動電池充電，再用充了電的驅(qū)動電池來驅(qū)動電動機，故可在充電電路中的輸出電流較少的情況下給驅(qū)動電池充電。
當(dāng)然，不用本方式，而在驅(qū)動電池的殘留容量已變少的情況下，直接使由車內(nèi)電器用電池來驅(qū)動電動機，也可使引擎發(fā)動起來，但使用這種方式，由于是由車內(nèi)電器用電池驅(qū)動電動機，必須使用具有非常大輸出功率的專用逆變器。而這種逆變器由于在使電動機開始旋轉(zhuǎn)的瞬間有極大電流流過，故有必須將輸出功率設(shè)計成很大，從而變得高昂。
本發(fā)明的上述電源裝置，由于不是使由車內(nèi)電器用電池直接使電動機旋轉(zhuǎn)，只用此車內(nèi)電器用電池給驅(qū)動電池充電，再以驅(qū)動電池使電動機旋轉(zhuǎn)，故使電動機旋轉(zhuǎn)的逆變器，可以使用裝載于混合型汽車之上的逆變器。雖然必須使用由車內(nèi)電器用電池給驅(qū)動電池充電的充電電路，但該充電電路沒有必要在瞬時之內(nèi)給驅(qū)動電池充電，故充電電流不大，而造價低廉。另外，因在瞬間沒有大電流流過，故其可靠性高，壽命長而維護簡單。
其優(yōu)點還在于由車內(nèi)電器用電池給驅(qū)動電池充電的充電電路被裝在電池系統(tǒng)之內(nèi)，故只須將車內(nèi)電器用電池與混合型汽車連線連接即可對驅(qū)動電池充電，即使殘留容量變少了，也可以用電動機將引擎發(fā)動起來。
電池系統(tǒng)優(yōu)選用電池控制電路檢查出驅(qū)動電池以及車內(nèi)電器用電池的殘留容量，當(dāng)驅(qū)動電池的殘留容量已低于設(shè)定值而車內(nèi)電器用電池的殘留容量仍比設(shè)定值大時，可由車內(nèi)電器用電池給驅(qū)動電池充電。
另外，電池系統(tǒng)的充電電路中也可以包括用驅(qū)動電池給車內(nèi)電器用電池充電的電路。在此電池系統(tǒng)內(nèi)使用電池控制電路檢查出驅(qū)動電池和車內(nèi)電器用電池的殘留容量，若驅(qū)動電池的殘留容量比設(shè)定值大，而車內(nèi)電器用電池的殘留量比設(shè)定值小時，亦可用驅(qū)動電池給車內(nèi)電器用電池充電。
此電源裝置由于可以用用驅(qū)動電池給車內(nèi)電器用電池充電，所以當(dāng)驅(qū)動電池被強制性放電時，可有效地利用此電力給車內(nèi)電器用電池充電。驅(qū)動電池由于是由多個二次電池連接所成，故有下列性質(zhì)，即當(dāng)反復(fù)進行充電、放電時，各個二次電池之間的容量差會隨之越來越大而失去平衡。若對已失去二次電池的平衡的驅(qū)動電池進行充電、放電時，將有某個電池變成過充電或過放電的情況出現(xiàn)。有時為盡量延長驅(qū)動電池的電池壽命，往往反復(fù)進行淺度的充電、放電，從而由于電池的種類不同，借助于“記憶效果”，致使實際可用的容量變小。當(dāng)驅(qū)動電池出現(xiàn)此種情況時，可采用強制性放電辦法，來消除此類失衡及“記憶效果”。此時若使用其放電電力來給車內(nèi)電器用電池充電，則可使驅(qū)動電池不浪費放電電能，而給車內(nèi)電器用電池進行有效的充電。
另外，電池系統(tǒng)還配備著驅(qū)動電池的冷卻扇，此扇由車內(nèi)電器用電池驅(qū)動，可防止驅(qū)動電池過熱。再有，在電池系統(tǒng)內(nèi)，車內(nèi)電器用電池也可用于電池控制電路的后備電源。


圖1為表示本發(fā)明實施例中有關(guān)混合型汽車的電源裝置的框圖。
圖1所示的混合型汽車的電源裝置包括具備驅(qū)動啟動用電動機3的驅(qū)動電池2的電池系統(tǒng)1；包容在該電池系統(tǒng)1內(nèi)并將驅(qū)動電池2的輸出提供給電動機3的逆變器4；以及用于車內(nèi)電器的電源的車內(nèi)電器用電池5等等。
電池系統(tǒng)1包括驅(qū)動電池2；一面防止此驅(qū)動電池2的過放電或過充電一面使其進行放電、充電的電池控制電路6；由車內(nèi)電器用電池5給驅(qū)動電池充量的充電電路7；以及驅(qū)動電池2的冷卻扇10。
驅(qū)動電池2是由許多個電池組串連而成。每個電池組都容納著一個或幾個二次電池。電池組內(nèi)的二次電池為鎳鎘電池、鎳氫電池或鋰離子二次電池。
由電池控制電路6檢測出驅(qū)動電池2的電壓，流過的電流以及溫度。電池的溫度由溫度傳感器檢測。溫度傳感器設(shè)置在各個電池組近處，或者設(shè)置在與各個電池組相接觸位置上。把由流過電池中的電流在與電池串聯(lián)連接的電流檢測電阻(圖中未示)上產(chǎn)生的電壓經(jīng)放大后測出。當(dāng)充電電流和放電電流，在電流檢測電阻上產(chǎn)生的電壓正負(fù)(+,-)極性要正反變化，故根據(jù)正負(fù)(+,-)極性可辨別出充電或放電。由多個二次電池串聯(lián)連接而成的驅(qū)動電池2，可以分別檢測各二次電池的電壓和溫度，也可以將多個二次電池串聯(lián)連接在一起的電池組作為一個單元而檢測其電壓與溫度。
電池控制電路6從充電容量減掉放電容量，算出驅(qū)動電池2的殘留容量。充電容量是由充電電流的累積值與充電效率之積算出的。放電容量是由放電電流的累積值算出的。電池控制電路6被汽車的控制單元11所控制，并將驅(qū)動電池2的殘留容量限定在設(shè)定范圍內(nèi)而控制其充電放電。
另外，電池控制電路6還要檢測出車內(nèi)電器用電池5的電壓，從而檢測出車內(nèi)電器用電池5的殘留容量。車內(nèi)電器用電池5的殘留容量不是根據(jù)充電放電后容量之差而是根據(jù)電壓檢測出的。當(dāng)車內(nèi)電器用電池5的電壓比設(shè)定值低時，即可判定其殘留容量比設(shè)定值小。
電池控制電路6將由驅(qū)動電池2所提供的電力，用逆變器(圖中未示)進行降壓而作為電源使用。但是，當(dāng)驅(qū)動電池2的殘留容量低于設(shè)定值時，來自驅(qū)動電池2的電力供給將要停止，此時電池控制電路6要從作為備用電源的車內(nèi)電器用電池5供給電力。所以該電路即使在驅(qū)動電池2的殘留容量變小的情況下，電池控制電路6仍可由車內(nèi)電器用電池5供電而處于工作狀態(tài)。
另外，電池控制電路6通過控制充電電路7，由車內(nèi)電器用電池5給驅(qū)動電池2充電，更可用驅(qū)動電池2給車內(nèi)電器用電池5充電。即使當(dāng)驅(qū)動電池2的殘留容量已低于設(shè)定值，靠驅(qū)動電池2使電動機3旋轉(zhuǎn)而不能發(fā)動引擎6時，電池控制電路6通過充電電路7，由車內(nèi)電器用電池5給驅(qū)動電池2充電。此時給驅(qū)動電池2充電要達到的充電容量，為使用驅(qū)動電池2驅(qū)動起電動機3并可以發(fā)動引擎8所需的容量。因此，當(dāng)驅(qū)動電池2的殘留容量變?yōu)榭梢园l(fā)動起引擎8時，應(yīng)即停止向驅(qū)動電池2充電。另外，當(dāng)車內(nèi)電器用電池5的殘留容量變少，而驅(qū)動電池2的殘留容量比設(shè)定值大時，要用驅(qū)動電池2給車內(nèi)電器用電池5充電，直至驅(qū)動電池2的電壓變到設(shè)定電壓而殘留容量變到設(shè)定值為止。
充電電路7電壓進行變換，以使可以由車內(nèi)電器用電池5給驅(qū)動電池2進行充電。與車內(nèi)電器用電池5相比，驅(qū)動電池2的電壓較高。因此，充電電路7容納著一條將車內(nèi)電器用電池5的直流電壓升壓至可給驅(qū)動電池2充電的直流電壓的轉(zhuǎn)換電路。
一般希望充電電路7能很快地給驅(qū)動電池2充電。但沒有必要如普通的汽車搭載的電池電動機將引擎發(fā)動起來所用短時間——譬如幾秒鐘之內(nèi)給驅(qū)動電池2充電。這是因為若將充電時間縮短，則在充電電路內(nèi)的充電電流就必然增大。另外，若令車內(nèi)電器用電池在瞬時間內(nèi)放出大電流，則實質(zhì)性的輸出容量將要減少。為了由車內(nèi)電器用電池的輸出高效地給驅(qū)動電池充電，最好將充電電路中的輸出電流設(shè)定得小些。
充電電路7的輸出電流，考慮到車內(nèi)電器用電池5給驅(qū)動電池2充電所需時間，被設(shè)定在一個最佳值。在汽車的點火開關(guān)置于“開(on)”時，車內(nèi)電器用電池即開始向驅(qū)動電池充電的電源裝置將充電電路中的輸出電流增大。所以如此是因為引擎的發(fā)動要等到驅(qū)動電池充電足夠的時候。這種方式是這樣的，即點火開關(guān)已置于“開(on)”位置時，一旦被檢測出驅(qū)動電池的殘留容量比設(shè)定值小，不足以驅(qū)動電動機，車內(nèi)電器用電池即開始給驅(qū)動電池充電。等到驅(qū)動電池已被充電能用電動機發(fā)動引擎的程度，停止充電，而以驅(qū)動電池旋轉(zhuǎn)電動機，使引擎發(fā)動起來。
這種方式當(dāng)點火開關(guān)置于“開(on)”以后，到驅(qū)動電池被充電完成為止，電動機不旋轉(zhuǎn)，這段時間是司機要求等待的時間，故要將充電電路中的輸出電流增大，使充電時間縮短。這樣，由車內(nèi)電器用電池給驅(qū)動電池充電所需時間，與用電池電動機發(fā)動引擎所需時間相比，要設(shè)定得相當(dāng)長。這種方式還表現(xiàn)在當(dāng)點火開關(guān)置于“關(guān)(off)”時，即使驅(qū)動電池的殘留容量已低于設(shè)定值，車內(nèi)電器用電池也不向驅(qū)動電池充電。
與上述方式相比，在一種即使點火開關(guān)置于“關(guān)(off)”的狀態(tài)，一旦驅(qū)動電池的殘留容量比設(shè)定值為低，車內(nèi)電器用電池即向驅(qū)動電池充電的方式中，充電電路中的輸出電流可以減到很小。同時，即使給驅(qū)動電池充電的耗費很長時間，也不要求司機在發(fā)動引擎時的等待時間。所以，后一種方式具有可用輸出電流很少的充電電路給驅(qū)動電池充電的優(yōu)點。
又，充電電路7還包涵著一將驅(qū)動電池2的輸出變換成車內(nèi)電器用電池5的充電電壓的電路。此充電電路7，譬如說，在由于車內(nèi)電器的使用而導(dǎo)致車內(nèi)電器用電池5的殘留容量降低時，要用驅(qū)動電池2給車內(nèi)電器用電池5充電。用驅(qū)動電池2給車內(nèi)電器用電池5充電的充電電路7也是將驅(qū)動電池2的電壓降至車內(nèi)電器用電池5的充電電壓的逆變器。這種方式具有當(dāng)普通的汽車裝載的發(fā)電機比較起來，更能高效地給車內(nèi)電器用電池5充電的優(yōu)點。這是由于，與發(fā)電機比較起來，充電電路7更能高效率地給車內(nèi)電器用電池5充電。
在普通的汽車上，是用把皮帶掛于發(fā)動機曲軸而被旋轉(zhuǎn)的專用發(fā)電機來給車內(nèi)電器用電池充電的。但這種辦法因為使用輸出很大的發(fā)電機給車內(nèi)電器用電池充電，故其效率很低。發(fā)電機的效率在輸出低情況下要顯著地降低。
冷卻扇10的作用是，當(dāng)驅(qū)動電池2的溫度升至異常高時，強制性地給驅(qū)動電池送風(fēng)冷卻。因此，冷卻扇10的運轉(zhuǎn)要受電池控制電路6的控制。冷卻扇10由車內(nèi)電器用電池5供給電力。此冷卻扇10使用的是可由車內(nèi)電器用電池5驅(qū)動的市售的電動機。另外，冷卻扇10也可由驅(qū)動電池來驅(qū)動。
逆變器4，將驅(qū)動電池2的直流電力轉(zhuǎn)換成，譬如說，三相交流，從而可用驅(qū)動電池2來驅(qū)動電動機3。同時，逆變器4還可以將發(fā)電機9的輸出轉(zhuǎn)換成驅(qū)動電池2充電電壓的直流電，從而可用發(fā)電機9的輸出給驅(qū)動電池2充電。因此，逆變器4要連接于驅(qū)動電池2和電動機3之間，同時，也要連接在發(fā)電機9與驅(qū)動電池2之間。
車內(nèi)電器用電池5是12V的鉛蓄電池。但本發(fā)明的車內(nèi)電器用電池不限于此類蓄電池，也可使用，譬如，輸出電壓為24V的電池，或鉛蓄電池以外的二次電池。但不管使用哪一種，由于車內(nèi)電器用電池5沒有必要像驅(qū)動電池2那樣要輸出大功率，故與驅(qū)動電池2相比，可以使用相當(dāng)?shù)偷碾妷杭纯伞?br> 由于本發(fā)明在不違背主要特征精神下可以用多種形式來實施，故上述實施例只是闡述性的而非限定性的。本發(fā)明的范圍將在下面權(quán)利要求書中而非上述說明中界定，因而凡是滿足和落入下述權(quán)利要求的變更或等同物，都要被視為被權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1．一種混合型汽車的電源裝置，包括(a)可用作車內(nèi)電器電源的車內(nèi)電器用電池；(b)電源系統(tǒng)；包括(1)驅(qū)動啟動用電動機的驅(qū)動電池；(2)控制該驅(qū)動電池的放電、放電的電池控制系統(tǒng)；(3)充電電路，當(dāng)驅(qū)動電池的殘留容量處于低于設(shè)定值的情況下，由車內(nèi)電器用電池給驅(qū)動電池充電；(c)安裝于電池系統(tǒng)內(nèi)部可將驅(qū)動電池的輸出提供給電動機的逆變器。
2．如權(quán)利要求1的混合型汽車的電源裝置，其中，所述電池控制電路從充電容量減掉放電容量，從而可計算出驅(qū)動電池的殘留容量。
3．如權(quán)利要求1的混合型汽車的電源裝置，其中，所述電池控制電路對車內(nèi)電器用電池的電壓進行檢測，而檢測出車內(nèi)電器用電池的殘留容量。
4．如權(quán)利要求1的混合型汽車的電源裝置，其中，所述電池控制電路將由驅(qū)動電池供給的電力降壓而作為電源使用。
5．如權(quán)利要求1的混合型汽車的電源裝置，其中，當(dāng)驅(qū)動電池的殘留容量低于設(shè)定值時，所述電池控制電路使驅(qū)動電池停止供給電力，而由車內(nèi)電器用電池供給電力。
6．如權(quán)利要求1的混合型汽車的電源裝置，其中，所述電池系統(tǒng)的電池控制電路對驅(qū)動電池和車內(nèi)電器用電池的殘留容量進行檢測，當(dāng)驅(qū)動電池的殘留容量低于設(shè)定值，而車內(nèi)電器用電池的殘留容量高于設(shè)定值時，則由車內(nèi)電器用電池給驅(qū)動電池充電。
7．如權(quán)利要求1的混合型汽車的電源裝置，其中，所述電池系統(tǒng)的充電電路之中內(nèi)裝有從驅(qū)動電池向車內(nèi)電器用電池充電的電路。
8．如權(quán)利要求7的混合型汽車的電源裝置，其中，所述電池系統(tǒng)的電池控制電路對驅(qū)動電池和車內(nèi)電器用電池的殘留容量進行檢測，當(dāng)驅(qū)動電池的殘留容量高于設(shè)定值，而車內(nèi)電器用電池的殘留容量低于設(shè)定值時，則由驅(qū)動電池向車內(nèi)電器用電池充電。
9．如權(quán)利要求1的混合型汽車的電源裝置，其中，當(dāng)驅(qū)動電池的殘留容量低于設(shè)定值，用驅(qū)動電池使電動機旋轉(zhuǎn)，而不能發(fā)動混合型汽車的引擎時，電池控制電路由充電電路由車內(nèi)電器用電池向驅(qū)動電池充電。
10．如權(quán)利要求9的混合型汽車的電源裝置，其中，由車內(nèi)電器用電池給驅(qū)動電池充電的充電容量為，驅(qū)動電池驅(qū)動電動機并能使混合型汽車的引擎發(fā)動起來的容量。
11．如權(quán)利要求1的混合型汽車的電源裝置，其中，所述充電電路內(nèi)裝有一可將車內(nèi)電器用電池的直流電壓升壓至可給驅(qū)動電池充電的直流電壓的轉(zhuǎn)換電路。
12．如權(quán)利要求1的混合型汽車的電源裝置，其中，所述充電電路在汽車的點火開關(guān)被置于“開(on)”位置時，開始由車內(nèi)電器用電池給驅(qū)動電池充電。
13．如權(quán)利要求12的混合型汽車的電源裝置，其中，所述充電電路在給驅(qū)動電池充電至用電動機可使引擎發(fā)動起來程度，即停止充電。
14．如權(quán)利要求1的混合型汽車的電源裝置，其中，在點火開關(guān)被置于“關(guān)(off)”的狀態(tài)下，只要驅(qū)動電池的殘留容量低于設(shè)定值，所述充電電路就由車內(nèi)電器用電池給驅(qū)動電池充電。
15．如權(quán)利要求1的混合型汽車的電源裝置，其中，所述充電電路中內(nèi)裝有一把驅(qū)動電池的輸出變換成車內(nèi)電器用電池的充電電壓的電路。
16．如權(quán)利要求1的混合型汽車的電源裝置，其中，所述電池系統(tǒng)中配備著一驅(qū)動電池冷卻扇，此冷卻扇可由車內(nèi)電器用電池來驅(qū)動。
全文摘要
混合型汽車的電源裝置,包括:裝配有驅(qū)動啟動用電動機的驅(qū)動電池的電池系統(tǒng);將驅(qū)動電池的輸出供給電動機的逆變器;和車內(nèi)電器用電池。電池系統(tǒng)內(nèi)裝有由車內(nèi)電器用電池給驅(qū)動電池充電的充電電路。當(dāng)驅(qū)動電池的殘留容量變少時,充電電路即令車內(nèi)電器用電池給驅(qū)動電池充電。被充電后的驅(qū)動電池即可驅(qū)動電動機使引擎發(fā)動起來。
文檔編號H01M10/44GK1319514SQ0110240
公開日2001年10月31日 申請日期2001年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月31日
發(fā)明者古川忠司, 遠矢正一 申請人:三洋電機株式會社