CN105191057B - 车辆用充电***和包括其的车辆 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一个实施方案的车辆用电源用于同时支援车辆起动时所需的电力和配置在车辆上的电子仪器所需的电力，并包括：二次电池组，其具有的工作电压范围为9V至19V，其中最大的工作电压范围为16V至19V，平均电压为12V以上；和交流发电机，其对应于所述车辆发动机的驱动，产生用于二次电池组的充电电力。

Description

车辆用充电***和包括其的车辆
技术领域
本发明涉及一种车辆用充电***和包括其的车辆，并且更具体地涉及一种能够确保车辆优良的起动性能和能够向车辆中配置的电子仪器提供稳定的动力供应的车辆用充电***，以及包括其的车辆。
本申请要求于2013年5月8日在韩国提交的第10-2013-0052089号韩国专利申请的优先权，并且将该申请的说明书和附图通过引证方式纳入本说明书中。
本申请还要求于2014年5月8日在韩国提交的第10-2014-0055108号韩国专利申请的优先权，并且将该申请的说明书和附图通过引证方式纳入本说明书中。
背景技术
最近，提高燃油效率和减少CO2排放是汽车产业的一个很大的课题，并且汽车制造商们正在不断地尝试通过蓄电池的加速化来减少发动机负荷，以提高燃油效率。
而且，为了成功地解决近来正在积极改善的ISG***(Idle stop and go system，怠速停止启动***)和微型混合动力***(Micro hybrid system)的问题，高性能蓄电池的发展成为迫切的需求。
适用于汽车中的高性能蓄电池直接或间接地对汽车性能的改善产生许多影响，并且由于其在性能上的限制，常规的铅蓄电池在给汽车平滑起动所需的电力的供应能力或给配置在汽车上的许多电子仪器提供稳定的输出供给等都存在许多的局限性。
因此，目前迫切需要引入一种充电***，该充电***可有效地解决上述的问题同时能使汽车的其它部件的改变最小化。
发明内容
技术问题
本发明的目的是为了解决上述问题，并且因此本发明提供一种车辆用充电***，该车辆用充电***能够确保车辆的优良的起动性能，而不会导致适用于车辆部件的整体结构的重大变化，并且可以实现更加优异的充电效率的改善，以及向配置于车辆的电子仪器提供更稳定的动力供应。
不过，本发明所要达到的技术问题并不局限于以上所述问题，本领域的普通技术人员将可从以下具体的描述中更好地理解以上未提及的其它技术问题。
技术解决方案
为了实现上述目的，本发明的汽车用电源(power source)包括：二次电池组(pack)，其用于同时支援汽车起动时所需的电力和配置于所述汽车上的电子仪器所需的电力，并且具有工作电压的范围为9V至19V，其中最大工作电压范围为16V至19V，平均电压高于或等于12V；和交流发电机(Alternator)，其对应于所述车辆发动机的驱动，产生对于二次电池组的充电电力。
电池组的平均电压可具有比配置于车辆上的电子仪器所具有的额定电压更高的值。
锂二次电池可包括：具有正极活性材料的正极(cathode)，该正极活性材料包含至少一种选自基于NMC、基于LCO、基于LMO和基于NCA的活性材料；具有负极活性材料的负极(anode)，该负极活性材料包含至少一种选自石墨、LTO、软碳、以及硬碳的材料。
交流发电机可将充电电压施加于二次电池组两端之间，并且可施加比二次电池组所显示的电压更高的电压。
交流发电机可产生为0A至300A的范围的交流电流，并将它供应至二次电池组。
在任意荷电状态(SOC)下的二次电池组的输出电压可高于在相同的荷电状态(SOC)下的12V铅蓄电池组的输出电压。
在相同的SOC下的二次电池组和12V铅蓄电池之间的输出电压的差值可小于或等于4.4V。
车辆的电源可包括怠速停止启动***(ISG)解除单元，所述ISG解除单元用于在二次电池组的电压下降到低于基准电压值时解除车辆的ISG模式。
同时，根据本发明的实施例的实施方案也可实现所述的目的。本发明的一实施例的车辆包括：二次电池组，其用于同时支援车辆起动时所需的电力和配置于汽车上的电子仪器所需的电力，并且具有工作电压的范围为9V至19V，其中最大工作电压范围为16V至19V，平均电压高于或等于12V；和交流发电机，其对应于所述发动机的驱动，产生用于二次电池组的充电电力。
电池组的平均电压可具有高于配置在汽车上的电子仪器所具有的额定电压的值。
锂二次电池包括：具有正极活性材料的正极，该正极活性材料包括至少一种选自基于NMC、基于LCO、基于LMO、基于NCA的活性材料的材料；具有负极活性材料的负极，该负极活性材料包括至少一种选自石墨、LTO、软碳和硬碳的材料。
交流发电机可将充电电压施加于二次电池组两端之间，和可施加比二次电池组所显示的电压更高的电压。
交流发电机可产生0A至300A的范围的交流电流，并将它供应至二次电池组。
在任意荷电状态(SOC)时的二次电池组的输出电压可高于在同样的荷电状态(SOC)时的12V铅蓄电池组的输出电压。
在同样的SOC时的二次电池组和12V铅蓄电池之间的输出电压的差值可小于或等于4.4V。
车辆可包括ISG解除单元，所述ISG解除单元用于在二次电池组的电压下降到低于基准电压值时解除车辆的ISG模式。
有益效果
根据本发明的一个方面，即使电池的输出电压增加，该输出电压的范围也不会超出配置在车辆上的电子仪器的工作电压范围，因此无需去改变目前所采用的车辆用充电***的整体结构。
根据本发明的另一个方面，通过高于常规充电***的输出电压，能够确保车辆的优良起动性能，尤其能够对频繁进行启动的车辆(例如，安装有ISG***的车辆)确保稳定的起动性能。
根据本发明的又另一个方面，通过比常规充电***更高的电压带，能够更有效地接收从车辆的交流发电机供应的充电电压和再生制动能量，因而可以实现更高效的充电。
然而，通过本发明的结构来获得的效果不局限于上述效果，对于以上没有描述的其它效果而言，本领域技术人员可从以下所记载的发明的说明中明确地理解。
附图说明
本说明书中的附图例示了本发明的优选实施方案，与后述的发明的详细说明一起更进一步地理解本发明的科技构思，并且因此本发明不局限于附图的解释。
图1是图示本发明的一实施方案的车辆充电***的框图。
图2是图示对将LEP作为正极活性材料而采用的二次电池组与12V铅蓄电池组的电压曲线进行对比的图表。
图3是图示对分别将NMC和LFP作为正极活性材料而采用的二次电池组的电压曲线进行对比的图表。
图4是图示本发明的另一实施方案的车辆用充电***的框图。
具体实施方式
在下文将参考附图详细说明本发明的优选实施方案。在描述之前，应该领会的是，说明书和所附权利要求书中使用的术语或单词不应局限于一般的、或字典上的含义进行解释，而是应以允许发明者适当地定义术语以获得最佳的说明这个原则为基础，基于符合本发明技术方面的含义和概念进行解释。因此，本说明书中记载的实施例和附图中的结构仅仅是本发明的最优选实施例，不意于限制本发明的范围，因此应该领会的是在不违背本发明的精神和范围时可以进行其它的等同和修改。
根据本发明的一实施方案的车辆用充电***或者电源10将参考图1至3进行描述。
图1是图示本发明的一实施方案的车辆充电***的框图。图2是图示对将LEP作为正极活性材料而采用的二次电池组与12V铅蓄电池组的电压曲线进行对比的图表。并且图3是图示对分别将NMC和LFP作为正极活性材料而采用的二次电池组的电压曲线进行对比的图表。
首先，参考图1，根据本发明的一实施方案的车辆用充电***10包括：二次电池组11，其用于供给配备在车辆V中的电子仪器D和用于起动汽车V的起动机(starter)S的驱动所需的电力；和交流发电机12，其将利用配备在车辆V中的发动机E的旋转力而产生的电力充电至二次电池组11。
二次电池组11具有多个锂二次电池串联连接的形式，或者可具有多个二次电池模块11a串联连接的形式，所述多个二次电池模块11a通过并联连接多个锂二次电池而成。
考虑到二次电池组11所需的容量和电压等，决定了组成二次电池组11的锂二次电池的数目，例如，二次电池组11可通过串联4个二次电池模块11a而成，所述二次电池模块11a具有30个锂二次电池并联连接的形状。显然，通过减少或增加并联连接的锂二次电池的数量，可改变二次电池组11的总容量，或者通过减少或增加串联连接的二次电池模块11a的数量，可改变二次电池组11的输出电压。
二次电池组11的工作电压的范围是在约9.0V至19.0V的范围之内，并且工作电压的最大值在约16.0V至19.0V的范围之内。在此，二次电池组11的工作电压范围是指，在随着二次电池组11的SOC变化而改变的、二次电池组11的两端之间的电压范围中，可以对车辆的起动和配备在车辆中的电气/电子部件进行驱动的电压范围。此外，全部考虑到车辆V的平滑起动和配置在车辆V中的各种类型的电子仪器D的驱动电压范围，设定二次电池组11的工作电压范围。
同时，二次电池组11的平均电压可以是高于或等于约12V，优选高于或等于13V，并且此处，二次电池组11的平均电压是指，基于SOC的二次电池组11的最大电压值和最小电压值的算术平均值。
为平稳起动车辆V，需要有能够稳定地向起动机S供应足够的电力的二次电池组11，并且电压范围为9.0V至19V相当于，可以使配备在汽车V中的电子设备D驱动，同时满足所述起动性的需求的电压范围。
特别地，由于二次电池组11的平均电压与适用于车辆中的电子仪器D的、基于国际标准(ISAD0103)的工作电压的额定电压(12V)相同或更大，因此，即使在二次电池组11应用于需要频繁起动的ISG***中，也可以向配置在车辆中的电子仪器D进行稳定的电力供应。
在下文中，具有此工作电压范围的二次电池组11称为16V二次电池组11。
这种16V二次电池组11可以通过串联连接锂二次电池或多个二次电池模块11a而成，其中，所述锂二次电池的每一个具有所属于工作电压范围为约2.25V至4.75V的范围内的工作电压范围，所述多个二次电池模块11a通过串联连接多个二次电池模块11a而成。
可以适当地选择锂二次电池的类型和串联连接锂二次电池(或二次电池模块)的数量，以满足这种二次电池组11的工作电压范围。
此外，具有上述工作电压范围的锂二次电池的正极，可以采用至少一种选自例如NMC(Li(NixCoyMoz)O2(x>0，y>0，z>0，x+y+z＝1))、LCO(LiCoO2)和LMO(LiMoO2)中的正极活性材料。
然而，上述活性材料组仅仅是示例性的，本发明的活性材料不局限于此，并且除此之外，可应用多种活性材料，例如基于NAC的活性材料(基于锂镍钴铝)等的活性材料。
与采用基于橄榄石(LFP；LiFePO4)的正极活性材料相比，采用该正极活性材料的二次电池具有较低成本和较高输出的优点。
同样，这种锂二次电池的负极，可采用至少一种选自例如石墨、LTO(Li4Ti5O12)和软碳中的负极活性材料。
参考图2和3中，将NMC作为正极活性材料而采用的16V二次电池组11，与由将LFP作为阴极活性材料而采用的锂二次电池组而成的二次电池组和常规的12V铅蓄电池组相比，在所有的工作电压区间表现出高的输出电压。
也就是说，对于16V二次电池组11而言，在工作电压区间(约10V至17.4V)中的任意SOC下的输出电压与在SOC下的12V铅蓄电池的输出电压相比总是高(输出电压的差值为约大于0和小于或等于4.4V的水准)，并且其与由将LEP作为正极活性材料而使用的锂二次电池组成的二次电池组比较，结果是相同的。
此处，12V铅蓄电池组是指，串联连接具有约10.8V至13.0V的工作电压范围的铅蓄电池形成的电池组，或者通过串联连接6个所述铅蓄电池模块形成的电池组，并联连接多个此类的铅蓄电池组应用于所述的铅蓄电池模块中，并且所述同样地适用于下述的内容中。
同时，如上所述，16V二次电池组11的输出电压具有的平均电压范围高于多种类型的电子仪器D的、基于国际标准的额定电压(12V)。所述的电子仪器D使用在安装有常规的12V***的车辆中，并且提供的电压高于常规的12V铅蓄电池组所提供的电压，由此更稳定地驱动电子仪器D。
此外，16V二次电池组11还可使用于比铅蓄电池组更低的电压带。也就是说，当在低于工作电压的下限即10.8V使用时，铅蓄电池不能再充电而丧失作为二次电池的功能，相反，适用于本发明的16V二次电池组11可以在低于10.8V的约9V下使用。
现在，对图1所示的交流发电机12进行说明。交流发电机12包括：具有电磁体的转子12a(rotor)；围绕该转子周围的定子12a(stator)；调节器12c(regulator)，其用于将所产生的电压保持在预定水平；和整流器12d(rectifier)，其用于将经由调节器12c传递过来的交流电转换为直流电。
作为交流发电机12，可使用通常用于车辆的交流发电机。然而，根据示例性实施方案，应用于车辆用充电***10的电池组是16V二次电池组11，并具有与常规的12V铅蓄电池组不同的使用电压带，因此，为了平稳地对16V二次电池充电11进行充电，需要改变交流发电机12的充电电压，并且交流发电机12的充电电压应高于二次电池组11在充电时的输出电压。
可以通过部分地改变在交流发电机12中所具备的调节器12c的电压调节电路(激振电路，excitation circuit)来改变该充电电压带，并且例如，通过改变电路中的部分电阻值，或通过改变已安装在电路中的齐纳二极管的击穿电压值等简单的措施进行改变。
也就是说，根据本发明的一实施方案的车辆用充电***10，使用了具有更高工作电压带的工作电压的16V二次电池组11，尽管如此，也没有很大程度上改变在常规的12V***下所使用的其它设备的结构，并几乎原封不动地使用。
此外，交流发电机12可向二次电池组11提供约0A至300A范围内的充电电流，优选在约80A至250A的范围内的充电电流。与在常规的12V铅蓄电池中适当设定的充电电流值的范围(约80A至110A)相比，交流发电机12所供给的充电电流范围具有更高的最大值。
适用于本发明的车辆用充电***10的二次电池组11，采用了具有高工作电压带的锂二次电池，从而即使供给了具有这样高的数值的充电电流，该二次电池组11也可平稳地接受此充电电流，从而实现高效的充电。
如上所述，根据本发明的一实施方案车辆的充电***10中具备了具有比常规***更高的最大工作电压范围的二次电池组11，并且因此，即使在尤其安装有ISG***的车辆因频繁起动而容易使输出电压减少的情形下，所述的充电***10也可确保相对稳定的起动性能。
此外，根据本发明的一实施方案车辆的充电***10具有比常规的车辆用充电***更高的最大工作电压范围，因此，向配置于车辆中的电子仪器D提供更稳定的电力供应。
此外，适用于车辆用充电***10的二次电池组11使用锂二次电池代替铅蓄电池，由此可有效地接受从交流发电机12供应的动力。特别是，在车辆V具有使用再生制动能源的充电***的情况下，二次电池组11可以非常有效地接受再生制动能源，从而提供更稳定的动力供应。
同样，适用于车辆用充电***10的二次电池组11具有比铅蓄电池组更低的最小工作电压，由此在电流的使用量急剧增加(例如，基于ISG***的重新启动等)的情况下，可以提供更稳定的电力供应。
同时，参考图4，根据本发明的一实施方案的车辆用充电***10可进一步地包括ISG解除单元13，所述ISG解除单元13在车辆用充电***10应用于安装有需要频繁重新启动的ISG***的车辆的情况下，用于防止所述车辆用充电***10因由重新启动引起的电压的急剧降低而使二次电池组11的电压降低至规定水平，由此配置于车辆上的所有电子仪器发生重新设定的现象。
这个情况下，在安装有ISG***的车辆中，为了防止由电流的急剧增加引起的二次电池组11的电压急剧降低时配置于车辆上的电子仪器D被初始化，当二次电池组的电压11下降到规定水平时，所述ISG解除单元13解除ISG模式，从而即使车辆停止也不会关闭发动机。
ISG解除单元13，例如可参照二次电池组11的电压(或SOC)而将ISG模式解除信号输出到车辆的主控制单元(MCU，Main control unit)的方式工作，并且二次电池组11的电压测量可通过单独的电压测量装置来实施，或者可以直接由ISG解除单元13实施。
此处，实施ISG解除模式时的基准电压(或SOC)可根据车辆的排气量、使用的起动器类型等进行多种设定。
如前面所述，当ISG模式被解除时，车辆保持起动状态直至使用者通过切断关闭发动机，从而通过由交流发电机的工作向二次电池组11充电来避免低电压。
同时，本发明的说明中，应领会的是，在图1中所示的每个结构要素是逻辑上进行区分而不是物理上进行区分。
也就是说，由于本发明的每个结构要素为实现本发明的技术构思的结构要素，因此即使各个结构要素组合或分离，只要实现基于本发明的逻辑结构的功能，应解释存在于本发明的技术范畴内。而且，只要是实现相同或相似的功能的结构要素，无论其名称是否一致，应解释存在于本发明的技术范畴内。
上文中，通过具体的实施方案和附图对本发明进行说明，但本发明不限于此，应该理解为在本发明和所附权利要求书和它们的等同物的精神和范围之内，本领域的普通技术人员进行的各种变化和修改。

Claims (16)

1.一种车辆用电源，其包括：
二次电池组，其用于同时支援车辆起动时所需的电力和配置在所述车辆上的电子仪器所需的电力，并且具有的工作电压范围为9V至19V，其中最大工作电压的范围为16V至19V，平均工作电压为12V以上；
交流发电机，其对应于所述车辆发动机的驱动，产生用于二次电池组的充电电力；和
怠速停止启动解除单元，所述怠速停止启动解除单元用于在所述二次电池组的电压降低至低于基准电压值的情况下，解除所述车辆的怠速停止启动模式。
2.根据权利要求1所述的车辆用电源，其中：
所述电池组的平均电压具有与配置在车辆上的电子仪器的额定电压相比更高的值。
3.根据权利要求1所述的车辆用电源，其中，所述二次电池组包括：
具有正极活性材料的正极，所述正极活性材料包含至少一种选自基于NMC、基于LCO、基于LMO、基于NCA的活性材料的材料；
和具有负极活性材料的负极，所述负极活性材料包括至少一种选自石墨、LTO、软碳和硬碳的材料。
4.根据权利要求1所述的车辆用电源，其中：
所述交流发电机向二次电池组的两端之间施加充电电压，并且施加比二次电池组所显示的电压更高的电压。
5.根据权利要求1所述的车辆用电源，其中：
所述交流发电机产生0A至300A的范围的充电电流，并将其供应至所述二次电池组。
6.根据权利要求1所述的车辆用电源，其中：
在任意荷电状态下的所述二次电池组的输出电压高于在相同的荷电状态下的12V铅蓄电池组的输出电压。
7.根据权利要求6所述的车辆用电源，其中：
在相同的荷电状态下的所述二次电池组和12V铅蓄电池组之间的输出电压之差为4.4V以下。
8.根据权利要求1所述的车辆用电源，其中：
所述二次电池组的平均电压为13V以上。
9.一种车辆，其包括：
二次电池组，其用于同时支援车辆起动时所需的电力和配置在车辆上的电子仪器所需的电力，并且具有的工作电压范围为9V至19V，其中最大工作电压的范围为16V至19V，平均工作电压为12V以上；
交流发电机，其对应于所述车辆发动机的驱动，产生用于二次电池组的充电电力；和
怠速停止启动解除单元，所述怠速停止启动解除单元用于在所述二次电池组的电压降低至低于基准电压值的情况下，解除车辆的怠速停止启动模式。
10.根据权利要求9所述的车辆，其中：
所述电池组的平均电压具有与配置在车辆上的电子仪器的额定电压相比更高的值。
11.根据权利要求9所述的车辆，其中，所述二次电池组包括：
具有正极活性材料的正极，所述正极活性材料包括至少一种选自基于NMC、基于LCO、基于LMO、基于NCA的活性材料中的材料；和
具有负极活性材料的负极，所述负极活性材料包括至少一种选自石墨、LTO、软碳、和硬碳中的材料。
12.根据权利要求9所述的车辆，其中：
所述交流发电机向二次电池组的两端之间施加充电电压，并且施加比二次电池组所显示的电压更高的电压。
13.根据权利要求9所述的车辆，其中：
所述交流发电机产生0A至300A的范围的充电电流，并将其供应至所述二次电池组。
14.根据权利要求9所述的车辆，其中：
在任意荷电状态下的所述二次电池组的输出电压，高于在相同的荷电状态下的12V铅蓄电池组的输出电压。
15.根据权利要求14所述的车辆，其中：
在相同的荷电状态下的所述二次电池组和12V铅蓄电池组之间的输出电压之差为4.4V以下。
16.根据权利要求9所述的车辆，其中：
所述二次电池组的平均电压为13V以上。
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