DE102013108290B4

DE102013108290B4 - Leistungszufuhrsystem

Info

Publication number: DE102013108290B4
Application number: DE102013108290.4A
Authority: DE
Inventors: Naoki Katayama; Shigenori Saito
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-08-06
Filing date: 2013-08-01
Publication date: 2023-08-31
Anticipated expiration: 2033-08-02
Also published as: JP5846073B2; DE102013108290A1; JP2014033571A

Abstract

Leistungszufuhrsystem, aufweisend:einen Generator (10);eine erste und eine zweite Batterie (20, 30), die zu dem Generator (10) über eine Verbindungsleitung (15) parallel geschaltet sind;ein Verbindungsschalter (50), der in der Verbindungsleitung (15) vorgesehen ist, um ein Herstellen und ein Unterbrechen einer elektrischen Verbindung zwischen der zweiten Batterie (30) und der Parallelverbindung des Generators (10) und der ersten Batterie (20) zu ermöglichen;ein Steuermittel (80), das konfiguriert ist, den Generator (10) zu steuern, um eine elektrische Leistungserzeugung zu starten, um die erste Batterie (20) zu laden, bis erfasst wird, dass eine Ausgangsspannung der ersten Batterie (20) unter eine Laden-Starten-Spannung fällt; undein Spannungseinstellungsmittel (80), das konfiguriert ist, die Laden-Starten-Spannung, wenn der Verbindungsschalter (50) in den Ein-Zustand eingestellt ist, höher einzustellen, als wenn der Verbindungsschalter (50) in den Aus-Zustand eingestellt ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungszufuhrsystem mit einer ersten und einer zweiten Batterie und einem Generator, welcher die erste und die zweite Batterie lädt.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Wie beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP 2012-80706 A beschrieben, ist ein fahrzeugseitiges Leistungszufuhrsystem bekannt, das konfiguriert ist, einen Blei-Säure-Akkumulator bzw. eine Blei-Säure-Batterie und einen Lithium-Ionen-Akkumulator bzw. eine Lithium-Ionen-Batterie zum Zuführen elektrischer Leistung zu verschiedenen elektrischen Lasten, die am Fahrzeug montiert sind, geeignet zu verwenden. Bei diesem Leistungszufuhrsystem ist die Lithium-Ionen-Batterie mit der Blei-Säure-Batterie und einem Generator durch einen Halbleiterschalter als Verbindungsschalter elektrisch verbunden.
Durch Einschalten des Verbindungsschalters, während der Generator regenerativ Leistung erzeugt, kann die Lithium-Ionen-Speicherbatterie geladen werden. Durch Ausschalten des Verbindungsschalters, während der Generator keine regenerative Leistungserzeugung durchführt, können hingegen elektrische Lasten auf der Seite der Lithium-Ionen-Batterie (elektrische Lasten, die direkt mit der Lithium-Ionen-Batterie, d.h., nicht durch den Verbindungsschalter, verbunden sind) von der Lithium-Ionen-Batterie mit elektrischer Leistung versorgt werden. Durch Steuern des Ein-/Ausschaltens des Verbindungsschalters kann regenerative Leistung, die durch den Generator erzeugt wird, effizient verwendet werden.
Falls hingegen eine elektrische Leistung, die durch elektrische Lasten auf der Seite der Blei-Säure-Batterie verbraucht wird (elektrische Lasten, die direkt mit der Blei-Säure-Batterie und nicht durch den Verbindungsschalter verbunden sind), beträchtlich ansteigt, während der Verbindungsschalter eingeschaltet ist, wird die elektrische Leistung zu diesen elektrischen Lasten auch von der Lithium-Ionen-Batterie zugeführt. In diesem Fall tritt das Problem auf, dass die Ausgangsspannung der Lithium-Ionen-Batterie stark abfällt, wodurch die Betriebszustände der elektrischen Lasten auf der Seite der Lithium-Ionen-Batterie instabil werden.
Weiterer Stand der Technik ist in den folgenden Dokumenten offenbart.
DE 42 13 413 A1 offenbart eine Stromversorgungseinrichtung für Fahrzeuge. Es wird die Stromversorgungseinrichtung für Fahrzeuge beschrieben, die eine erste und eine zweite Schalteinrichtung zum Regeln von Ladeströmen, die von einem Gleichrichter eines Generators zu einer ersten und einer zweiten Batterie mit gleichen Leerlaufspannungen fließen, und eine dritte Schalteinrichtung zum Regeln eines durch eine Feldwicklung des Generators fließenden Stroms umfasst. Die dritte Schalteinrichtung wird hinsichtlich ihres Ein- und Ausschaltzustandes unter Berücksichtigung der niedrigeren Spannung von der ersten oder der zweiten Batterie gesteuert. Die erste und die zweite Schalteinrichtung werden hinsichtlich ihres Ein- und Abschaltzustandes auf der Basis eines Wirkungsfaktors gesteuert, der basierend auf einem Spannungsunterschied zwischen der ersten und der zweiten Batterie eingestellt wurde. Wenn die Spannung der ersten Batterie gleich oder kleiner als eine vorbestimmte Spannung wird, unterhalb der ein Anlassen eines Motors Komplikationen verursacht, wird der Wirkungsfaktor der ersten Schalteinrichtung erhöht, um so die erste Batterie mit Vorrang zu laden, unabhängig davon, ob die Spannung der ersten Batterie größer als die Spannung der zweiten Batterie ist oder nicht.
DE 10 2011 054 582 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Steuern eines Batteriesystems. Die Vorrichtung zum Steuern eines Batteriesystems, welche mit einem Generator, um Leistung zu erzeugen, und Sekundärbatterien, umfassend eine erste Batterie und eine zweite Batterie, die elektrisch zueinander parallel verbunden sind, vorgesehen ist. Die zweite Batterie führt Leistung zu einer an einem Fahrzeug montierten elektrischen Last. Die Vorrichtung enthält Schalteinrichtungen welche zwischen dem Generator und der ersten Batterie, und der zweiten Batterie elektrisch verbunden sind, um ein Schalten des Leitungspfades vorzusehen, so dass dieser leitend bzw. blockiert ist; eine Steuereinrichtung zum Steuern der Schalteinrichtungen, um eine Ladungsmenge der zweiten Batterie näher hin zu einer Soll-Ladungsmenge zu bringen; und eine variable Einstelleinrichtung zum variablen Einstellen der Soll-Ladungsmenge basierend auf einem Zustand, welcher mit einem regenerativen Ladezustand durch die zweite Batterie und/oder einem Entladezustand der zweiten Batterie in Beziehung steht.
US 2011 / 0 198 920 A1 offenbart ein Stromversorgungsgerät für Fahrzeuge. Ein erstes Stromversorgungssystem besteht aus einer Lichtmaschine und einer Hauptbatterie, während ein zweites Stromversorgungssystem aus einer elektrischen Ausrüstung und einer Teilbatterie besteht. Außerdem ist ein Schalter zwischen dem ersten Stromversorgungssystem und dem zweiten Stromversorgungssystem vorgesehen. Während der Fahrzeugverzögerung wird der Schalter in einen getrennten Zustand geschaltet, wodurch das erste Stromversorgungssystem und das zweite Stromversorgungssystem getrennt werden. Dadurch kann eine Erzeugungsspannung des Generators erhöht werden, was eine Steigerung der Erzeugungsmenge ermöglicht, ohne dass eine übermäßige Spannung an die elektrischen Geräte angelegt wird. So kann die Hauptbatterie während der Verzögerung ausreichend geladen werden, und die Lichtmaschine kann während der Beschleunigung und der gleichmäßigen Fahrt abgeschaltet werden. Darüber hinaus kann durch das Abschalten der Lichtmaschine die Motorlast reduziert werden, wodurch eine Verbesserung der Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs erreicht werden kann.
JP 2004- 312 863 A offenbart ein Steuergerät für einen Stromrichter für ein Schienenfahrzeug. In diesem Steuergerät für den Stromrichter eines Schienenfahrzeugs sind zwei oder mehr Batterien in Reihe geschaltet, um eine Einheit zu bilden, und zwei oder mehr Einheiten sind parallel geschaltet, um eine Batterievorrichtung zu bilden. Darüber hinaus ist in einer Einheit ein Halbleiterschalter mit einer Batterie in Reihe geschaltet, und wenn während des normalen Betriebs eine Anomalie in der Batterie auftritt, kann die Einheit, die die anomale Batterie enthält, elektrisch abgeschaltet werden.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine beispielhafte Ausführungsform sieht ein Leistungszufuhrsystem vor, mit einem Generator (10); einer ersten und einer zweiten Batterie (20, 30), die zu dem Generator durch eine Verbindungsleitung (15) parallel geschaltet sind; einem Verbindungsschalter (50), der in der Verbindungsleitung vorgesehen ist, um ein Herstellen und ein Unterbrechen einer elektrischen Verbindung zwischen der zweiten Batterie und der Parallelschaltung des Generators und der ersten Batterie zu ermöglichen; einem Steuermittel (80), das konfiguriert ist, den Generator zu steuern, um eine elektrische Leistungserzeugung zu starten, um die erste Batterie zu laden, bis erfasst wird, dass eine Ausgangsspannung der ersten Batterie unter eine Laden-Starten-Spannung fällt; und einem Spannungseinstellungsmittel (80), das konfiguriert ist, die Laden-Starten-Spannung, wenn der Verbindungsschalter in den Ein-Zustand eingestellt ist, höher einzustellen, als wenn der Verbindungsschalter in den Aus-Zustand eingestellt ist.
Gemäß der beispielhaften Ausführungsform ist ein Leistungszufuhrsystem mit einem Generator vorgesehen, der zu zwei Batterien parallel geschaltet ist, welche elektrische Leistung stabil und zuverlässig zu elektrischen Lasten, einschließlich einer leistungsangetriebenen Last, zuführen.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung einschließlich der Zeichnungen und der Ansprüche deutlicher ersichtlich.
Figurenliste
In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

1 ein Diagramm, das einen Aufbau eines Leistungszuführsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
2 ein Flussdiagramm, das Schritte eines Innenwiderstand-Berechnungsprozesses darstellt, der im Leistungszufuhrsystem durchgeführt wird;
3 ein Flussdiagramm, das Schritte eines Einstellungsprozesses einer Laden-Starten-Spannung darstellt, der im Leistungszufuhrsystem durchgeführt wird;
4 ein Flussdiagramm, das Schritte eines Berechnungsprozesses eines SOC-Aufrechterhaltungswerts darstellt, der im Leistungszufuhrsystem durchgeführt wird;
5 ein Beispiel eines Zeitdiagramms einer Lade-/Entladesteuerung, die im Leistungszufuhrsystem durchgeführt wird; und
6 ein Flussdiagramm, das Schritte einer Modifikation des Einstellungsprozesses der Laden-Starten-Spannung darstellt, der im Leistungszufuhrsystem durchgeführt wird.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
1 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau eines Leistungszufuhrsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt. Das Leistungszufuhrsystem ist in einem Fahrzeug mit einer Verbrennungsmaschine als Fahrzeugantriebsmaschine montiert. Um die Verbrennungsmaschine zu starten, wird die Maschine mittels einer Initialumdrehung durch einen Startermotor angetrieben.
Wie in 1 dargestellt, enthält das Leistungszufuhrsystem einen Generator (Lichtmaschine) 10, einen Blei-Säure-Akkumulator bzw. eine Blei-Säure-Batterie 20 als eine erste Batterie, einen Lithium-Ionen-Akkumulator bzw. eine Lithium-Ionen-Batterie 30 als eine zweite Batterie, verschiedene elektrische Lasten 41, 42 und 43, einen Verbindungsschalter 50 (z. B. einen MOS-Schalter) und einen Batterieschalter 60 (z. B. einen MOS-Schalter). Die Blei-Säure-Batterie 20, die Lithium-Ionen-Batterie 30 und die elektrischen Lasten 41 bis 43 sind zu dem Generator 10 durch eine Leistungszufuhrleitung 15 als Verbindungsleitung parallel geschaltet.
Die Blei-Säure-Batterie 20 ist eine gewöhnliche Speicherbatterie. Die Lithium-Ionen-Batterie 30 ist hingegen eine Batterie mit einer hohen Dichte und einer höheren Energieeffizienz, Ausgangsdichte und Energiedichte als die Blei-Säure-Batterie 20. Die Lithium-Ionen-Batterie 30 ist eine zusammengebaute Speicherbatterie einschließlich einer Mehrzahl von Einheitszellen bzw. Zelleneinheiten, die in Reihe geschaltet sind. Die Speicherkapazität der Blei-Säure-Batterie 20 ist größer als die der Lithium-Ionen-Batterie 30.
Der Verbindungsschalter 50, welcher ein Halbleiterschalter, wie beispielsweise ein MOSFET, ist, ist derart angeordnet, dass er zwischen der Parallelschaltung des Generators 10 und der Blei-Säure-Batterie 20 und der Lithium-Ionen-Batterie 30 liegt. Der Verbindungsschalter 50 dient als Schalter zum Herstellen und Unterbrechen einer elektrischen Verbindung zwischen der Lithium-Ionen-Batterie 30 und der Parallelschaltung des Generators 10 und der Blei-Säure-Batterie 20.
Der Verbindungsschalter 50 wird durch eine ECU (elektronische Steuereinheit) 70 Ein-/Ausgesteuert. D.h., der Verbindungsschalter 50 wird durch die ECU zwischen dem Ein-Zustand und dem Aus-Zustand geschaltet.
Der Batterieschalter 60, welcher ein Halbleiterschalter, wie beispielsweise ein MOSFET ist, ist derart angeordnet, dass er zwischen der Lithium-Ionen-Batterie 30 und dem Knoten X zwischen dem Verbindungsschalter 50 und der elektrischen Last 43 liegt. Der Batterieschalter 60 dient als Schalter zum Herstellen oder Unterbrechen einer elektrischen Verbindung zwischen der Lithium-Ionen-Batterie 30 und dem Knoten X zwischen der elektrischen Last 43 und dem Verbindungsschalter 50.
Die ECU 70 steuert den Batterieschalter 60 ein bzw. aus. D.h., der Batterieschalter 60 wird durch die ECU 70 zwischen dem Ein-Zustand und dem Aus-Zustand geschaltet. Der Batterieschalter 60 dient ferner als Schaltmittel in Notfällen. Bei einem Normalzustand gibt die ECU 70 kontinuierlich ein EIN-Signal an den Batterieschalter 60 aus, um den Batterieschalter 60 im Ein-Zustand zu halten (geschlossener Zustand). Bei jedem der Notfälle bzw. Not-Zustände, die nachfolgend beispielhaft dargestellt sind, stoppt die ECU 70 das Ausgeben des EIN-Signals, um den Batterieschalter 60 zu öffnen (auszuschalten), um zu verhindern, dass die Lithium-Ionen-Batterie 30 zu tief entladen wird.
Falls beispielsweise ein Regler im Generator 10 eine Fehlfunktion hat und dadurch eine Regelspannung Vreg zu hoch wird, kann die Lithium-Ionen-Batterie 30 überladen werden. In diesem Fall wird der Batterieschalter 60 ausgeschaltet. Ferner, falls der Generator 10 oder der Verbindungsschalter 50 beispielsweise eine Fehlfunktion aufweist und die Lithium-Ionen-Batterie 30 dadurch nicht geladen werden kann, könnte die Lithium-Ionen-Batterie zu tief entladen werden. Auch in diesem Fall wird der Batterieschalter 60 ausgeschaltet.
Ferner kann der Batterieschalter 60 aus einem normalerweise geöffneten elektromagnetischen Relais ausgestaltet sein, so dass, falls die ECU 70 eine Fehlfunktion aufweist und den Batterieschalter 60 nicht steuern kann, der Batterieschalter 60 sich automatisch öffnet (ausschaltet).
Die Lithium-Ionen-Batterie 30, die Schalter 50 und 60 und die ECU 70 sind in einem Gehäuse einer Batterieeinheit U aufgenommen. Die ECU 70 der Batterieeinheit U erfasst den Ausgangsstrom, die Ausgangsspannung und die Temperatur der Lithium-Ionen-Batterie 30. Die ECU 70 ist mit einer ECU 80 verbunden, die außerhalb der Batterieeinheit U durch ein fahrzeugseitiges Kommunikationsnetzwerk, wie beispielsweise den CAN, derart verbunden ist, dass diese ECUs 70 und 80 miteinander kommunizieren und verschiedene Daten austauschen können.
Die elektrische Last 43 ist eine konstante spannungsfordernde Last, welche eine stabile Betriebsspannung benötigt, deren Fluktuation sich auf einen vorbestimmten kleinen Bereich beschränkt. Die elektrische Last 43 ist über den Knoten X und die Masse auf der Seite der Lithium-Ionen-Batterie 30 verbunden. Daher wird davon ausgegangen, dass das Zuführen elektrischer Leistung zur elektrischen Last 43 hauptsächlich durch die Lithium-Ionen-Batterie 30 stattfindet.
Die elektrische Last 43 enthält Lasten, wie beispielsweise eine Navigationsvorrichtung und eine Audiovorrichtung, welche eine Gleichspannung benötigen. Falls z. B. die Betriebsspannung, die zur Navigationsvorrichtung zugeführt bzw. an dieser angelegt wird, stark schwankt und die Betriebsspannung vorübergehend unter einen zulässigen Minimalwert abfällt, muss die Navigationsvorrichtung möglicherweise neu gestartet bzw. resettet werden. Aus diesem Grund ist es erforderlich, dass die Betriebsspannung, die an der elektrischen Last 43 angelegt wird, stabil ist und nicht von einem vorbestimmten Bereich abweicht.
Die elektrische Last 41 ist ein Startermotor, der einen großen Betrag elektrischer Energie zum Starten der Maschine benötigt. Die elektrische Last 42 enthält gewöhnliche Lasten, die keine Gleichspannung benötigen. Beispiele der elektrischen Last 42 sind die Scheinwerfer, Scheibenwischer einer Windschutzscheibe, eine Lüftungsanlage, eine Klimaanlage und eine Enteisungsheizung einer Heckscheibe. Die elektrische Last 42 enthält ferner Lasten, welche angetrieben werden, wenn ein vorbestimmter Antriebszustand erfüllt ist, wie beispielsweise eine Servolenkungsvorrichtung oder eine elektrische Fensterhebevorrichtung. Die elektrische Last (Starter) 41 und die elektrische Last 42 sind auf der Seite der Blei-Säure-Batterie angeordnet, d.h., direkt mit der Blei-Säure-Batterie 20 und nicht über den Verbindungsschalter 50 verbunden. Daher hat die Zufuhr elektrischer Leistung zu den elektrischen Lasten 41 und 42 hauptsächlich durch die Blei-Säure-Batterie 20 zu erfolgen.
Der Generator 10 erzeugt elektrische Leistung durch Rotationsenergie der Kurbelwelle (Ausgangswelle) der Maschine. Wenn sich der Rotor des Generators 10 zusammen mit der Kurbelwelle dreht, wird AC-Strom in der Statorspule des Generators 10 gemäß dem Erregerstrom, der zur Rotorspule des Generators 10 geleitet wird, induziert, und durch einen Gleichrichter in DC-Strom gewandelt. Der Regler regelt den Erregerstrom, der zur Rotorspule geleitet wird, so dass die Ausgangs-DC-Spannung des Gleichrichters bei einer eingestellten Spannung Vreg bleibt. Die ECU 8 steuert den Betrieb des Reglers des Generators 10.
Elektrische Leistung, die durch den Generator 10 erzeugt wird, wird zu den elektrischen Lasten 41 bis 43, der Blei-Säure-Batterie 20 und der Lithium-Ionen-Batterie 30 zugeführt. Während die Maschine gestoppt wird und der Generator 10 keine elektrische Leistung erzeugt, führen die Blei-Säure-Batterie 20 und die Lithium-Ionen-Batterie 30 elektrische Leistung zu den elektrischen Lasten 41 bis 43 zu. Der Entladebetrag der Blei-Säure-Batterie 20 und der Lithium-Ionen-Batterie 30 zu den elektrischen Lasten 41 bis 43 und die Ladebeträge vom Generator 10 zu der Blei-Säure-Batterie 20 und der Lithium-Ionen-Batterie 30 werden derart gesteuert, dass sich der SOC (Ladezustand) der Blei-Säure-Batterie 20 und der Lithium-Ionen-Batterie 30 in deren Normalbereich befindet. Das heißt, die ECU 80 regelt die eingestellte Spannung Vreg und die ECU 70 steuert den Verbindungsschalter 50 derart ein/aus, dass die Blei-Säure-Batterie 20 und die Lithium-Ionen-Batterie 30 davor geschützt werden können, dass sie überladen oder zu tief entladen werden.
Die ECU 80 steuert den Generator 10, um elektrische Leistung zu erzeugen, falls die Ausgangsspannung der Blei-Säure-Batterie 20 niedriger als eine vorbestimmte Laden-Starten-Spannung ist, unabhängig davon, ob sich das Fahrzeug in einem Regenerationszustand befindet oder nicht. Die Laden-Starten-Spannung wird derart eingestellt, dass die Ausgangsspannung der Blei-Säure-Batterie 20 höher als eine zulässige minimale Betriebsspannung gehalten wird, über welcher die elektrische Last 42 garantiert normal funktioniert. Daher kann verhindert werden, dass die Ausgangsspannung der Blei-Säure-Batterie 20 unter die Laden-Starten-Spannung fällt, und es kann verhindert werden, dass der Betrieb der elektrischen Last 42 instabil wird.
Diese Ausführungsform ist konfiguriert, um eine Bremsenergierückgewinnung durchzuführen, bei welcher der Generator 10 elektrische Leistung durch die Bremsenergie des Fahrzeugs rückgewinnt, und um die Batterien 20 und 30 (hauptsächlich die Lithium-Ionen-Batterie 30) zu laden. Diese Bremsenergierückgewinnung wird durchgeführt, wenn bestimmte Voraussetzungen, einschließlich der, dass sich das Fahrzeug in einem Verzögerungszustand bzw. Abbremsungszustand befindet und dass eine Kraftstoffzufuhr zur Maschine unterbrochen wird, erfüllt sind.
Die Batterien 20 und 30 sind zueinander parallel geschaltet. Demnach fließt, während der Generator 10 elektrische Leistung erzeugt, der Strom, der vom Generator 10 ausgegeben wird, in diejenige der Batterien 20 und 30, welche eine niedrigere Anschlussspannung als die andere hat, falls der Verbindungsschalter 50 eingeschaltet ist. Andererseits, während der Generator 10 keine elektrische Leistung erzeugt und falls der Verbindungsschalter 50 eingeschaltet ist, entlädt eine der Batterien 20 und 30, welche eine höhere Anschlussspannung als die andere hat, Strom an die elektrischen Lasten.
Bei dieser Ausführungsform wird eine Einstellung derart vorgenommen, dass die Anschlussspannung der Lithium-Ionen-Batterie 30 während des regenerativen Ladens bzw. rückgewinnenden Ladens wahrscheinlich niedriger als die der Blei-Säure-Batterie 20 ist, weshalb die Lithium-Ionen-Batterie 30 während des regenerativen Ladens bezüglich der Blei-Säure-Batterie 20 bevorzugt geladen wird. Diese Einstellung ist durch ein geeignetes Einstellen der Leerlaufspannungen und der Innenwiderstände dieser Batterien 20 und 30 möglich. Die Leerlaufspannung der Lithium-Ionen-Batterie 30 kann durch Auswählen des aktiven Materials der positiven Elektrode, des aktiven Materials der negativen Elektrode und des Elektrolyts eingestellt werden.
Bei dieser Ausführungsform weist das Fahrzeug eine Leerlauf-Stopp-Funktion zum automatischen Stoppen der Maschine auf, wenn eine vorbestimmte Bedingung zum automatischen Stoppen erfüllt ist, und zum automatischen Neustart der Maschine, die automatisch gestoppt wurde, wenn eine vorbestimmte Neustartbedingung erfüllt ist. Diese Leerlauf-Stopp-Funktion wird durch die ECU 80 durchgeführt. Zum Zeitpunkt des automatischen Stoppens der Maschine wird der Schalter des MOS 50 durch die ECU 70 in den Aus-Zustand (offener Zustand) eingestellt. Zum Zeitpunkt des automatischen Neustarts der Maschine stellt die ECU 70 den Verbindungsschalter 50 in den Aus-Zustand derart ein, dass der Starter (elektrische Last 41) durch die Blei-Säure-Batterie 20 in einem Zustand, in welchem die Blei-Säure-Batterie 20 und die Lithium-Ionen-Batterie 30 voneinander elektrisch getrennt sind, angetrieben wird.
Um ein regeneratives Aufladen durchzuführen, während die Drehzahl der Maschine abfällt, stellt die ECU 70 sowohl den Verbindungsschalter 50 als auch den Batterieschalter 60 in den Ein-Zustand. Während das Fahrzeug läuft, ohne dass ein regeneratives Laden durchgeführt wird, stellt die ECU 70 den Verbindungsschalter 50 in den Aus-Zustand und den Batterieschalter 60 in den Ein-Zustand. Als Ergebnis wird, da eine elektrische Last 43 von sowohl dem Generator 10 als auch der Blei-Säure-Batterie 20 getrennt wird und mit der Lithium-Ionen-Batterie 30 verbunden wird, Leistung zur elektrischen Last 43 nur durch die Lithium-Ionen-Batterie 43 zugeführt. Daher kann während des regenerativen Ladens eine rückgewonnene Leistung in der Lithium-Ionen-Batterie 30 gespeichert werden. Die Energieeffizienz während des Ladens oder des Entladens der Lithium-Ionen-Batterie 30 ist höher als die der Blei-Säure-Batterie 20. Deshalb weist das Leistungszufuhrsystem dieser Ausführungsform eine hohe Gesamt-Lade/Entladeeffizienz auf.
Falls der SOC der Lithium-Ionen-Batterie 30 unter einen SOC-Aufrechterhaltungswert (einen zulässigen minimalen SOC-Wert der Lithium-Ionen-Batterie 30, der zum Verhindern einer Tiefenentladung der Lithium-Ionen-Batterie 30 aufrecht zu erhalten ist) fällt, stellt die ECU 70 sowohl den Verbindungsschalter 50 als auch den Batterieschalter 60 in den Ein-Zustand. Dadurch wird, da die Lithium-Ionen-Batterie 30 mit dem Generator 10 und der Blei-Säure-Batterie 20 verbunden ist, die Lithium-Ionen-Batterie 30 durch den Generator 10 oder die Blei-Säure-Batterie 20 geladen.
Der SOC der Lithium-Ionen-Batterie 30 wird durch die ECU 70 basierend auf der Ausgangsspannung oder dem Ausgangsstrom der Lithium-Ionen-Batterie 30 berechnet. Der SOC-Aufrechterhaltungswert wird derart eingestellt, dass die Lithium-Ionen-Batterie 30 alleine elektrische Leistung zur elektrischen Last 43 in einem Zustand, in welchem die Blei-Säure-Batterie 20 von der Lithium-Ionen-Batterie 30 elektrisch getrennt ist, während einer angenommenen längsten Maschinenneustartdauer zuführen kann. Deshalb ist es möglich, zumindest die elektrische Leistung, die zum Neustart der Maschine erforderlich ist, in der Lithium-Ionen-Batterie 30 zu speichern. Der SOC-Aufrechterhaltungswert wird derart eingestellt, dass die Lithium-Ionen-Batterie 30 eine freie Kapazität zum Speichern elektrischer Leistung aufweist, die durch den Generator 10 rückgewonnen wird. Das heißt, bei dieser Ausführungsform wird vermieden, dass die Lithium-Ionen-Batterie 30 geladen wird, während das Fahrzeug im Normalzustand läuft (ohne Rückgewinnung elektrischer Leistung), so dass die freie Kapazität zum Speichern der rückgewonnenen elektrischen Leistung in der Lithium-Ionen-Batterie 30 aufgenommen werden kann. Dadurch ist der Aufbau gemäß dieser Ausführungsform bezüglich der vollständigen Verwendung der hohen Lade/Entladeeffizienz der Lithium-Ionen-Batterie 30 vorteilhaft.
Die maximal mögliche elektrische Leistung (siehe hiernach „entladbare Leistung Waus“), welche die Lithium-Ionen-Batterie 30 zu elektrischen Lasten zuführen kann, fällt mit dem Abfall der Temperatur der Lithium-Ionen-Batterie 30 ab. Demnach kann es passieren, dass die entladbare Leistung Waus der Lithium-Ionen-Batterie 30 zum Zuführen der elektrischen Leistung, die durch die elektrische Last 43 verbraucht wird, nicht ausreichend ist, selbst wenn die verbleibende Kapazität der Lithium-Ionen-Batterie 30 durch Aufrechterhalten des SOC der Lithium-Ionen-Batterie 30 über den SOC-Aufrechterhaltungswert ausreichend ist. Falls die entladbare Leistung Waus der Lithium-Ionen-Batterie 30 kleiner als die elektrische Leistung ist, die durch die elektrische Last 43 verbraucht wird, kann es passieren, dass die elektrische Last 43 aufgrund einer zu geringen Zufuhr elektrischer Leistung nicht normal betrieben werden kann, falls der Verbindungsschalter 50 ausgeschaltet ist, selbst wenn der SOC der Lithium-Ionen-Batterie 30 höher als der SOC-Aufrechterhaltungswert gehalten wird.
Daher wird bei dieser Ausführungsform die entladbare Leistung Waus anhand des SOC und der Temperatur der Lithium-Ionen-Batterie 30 berechnet, und außerdem wird ein Alleinige-Entladung-Vermeidungswert als Indikator zum Vermeiden einer alleinigen Entladung von der Lithium-Ionen-Batterie 30 zur elektrischen Last 43 für die berechnete entladbare Leistung Waus abhängig vom Leistungsverbrauch der elektrischen Last 43 bestimmt. Falls die entladbare Leistung Waus kleiner als der Alleinige-Entladung-Vermeidungswert wird, wird der Verbindungsschalter 50 eingeschaltet, um zu erlauben, dass die Blei-Säure-Batterie 20 elektrische Leistung zur elektrischen Last 43 zuführt, um dadurch eine Fehlfunktion der elektrischen Last 43 zu verhindern. Falls die entladbare Leistung Waus kleiner als der Alleinige-Entladung-Vermeidungswert wird, während die Leistungsrückgewinnung nicht durchgeführt wird, wird der Verbindungsschalter 50 eingeschaltet und der Batterieschalter 60 ausgeschaltet, um eine Entladung von der Lithium-Ionen-Batterie 30 zu verhindern.
Wie vorstehend beschrieben, ist die elektrische Last 42 die Servolenkungsvorrichtung und die elektrische Fensterhebevorrichtung, welche beginnen, angetrieben zu werden, wenn ein vorbestimmter Antriebszustand bzw. eine Ansteuerbedingung erfüllt ist. Wenn jede dieser Vorrichtungen beginnt, angesteuert zu werden, fließt ein Eingangsstrom an die elektrische Last 42 von der Blei-Säure-Batterie 20. Als Ergebnis fällt die Anschlussspannung der Blei-Säure-Batterie 20 vorübergehend ab. Zu diesem Moment fällt, falls der Verbindungsschalter 50 im Ein-Zustand ist, da die Blei-Säure-Batterie 20 und die elektrische Last 43 miteinander verbunden sind, auch die Eingangsspannung der elektrischen Last 43 vorübergehend ab. Demnach kann in diesem Fall die Eingangsspannung der elektrischen Last 43 unter ihre zulässige minimale Betriebsspannung abfallen, was verursacht, dass sich die elektrische Last 43 resettet.
Die Servolenkungsvorrichtung ist eine Last, die gemäß einer Lenkbetätigung des Fahrers angetrieben bzw. angesteuert wird, und die elektrische Fensterhebevorrichtung ist eine Last, die gemäß einer Schaltbetätigung des Fahrers angesteuert wird. Das heißt, es ist nicht möglich, vorherzusagen, wann die Ansteuerbedingung der elektrischen Last 42 erfüllt ist. Daher ist es schwierig, den Verbindungsschalter 50 auszuschalten oder die Leistungserzeugungsausgabe des Generators 10 zu erhöhen, kurz bevor oder nachdem der Eingangsstrom beginnt, zur elektrischen Last 42 zu fließen.
Daher ist die ECU 80 in der vorliegenden Ausführungsform konfiguriert, die Laden-Starten-Spannung des Generators 10 unter der Bedingung, dass der Verbindungsschalter 50 in den Ein-Zustand eingestellt ist, zu erhöhen. Das heißt, ein unterer Grenzwert der Ausgangsspannung der Blei-Säure-Batterie 20 wird erhöht, wenn der Verbindungsschalter 50 in den Ein-Zustand eingestellt wird. Dies ermöglicht es, dass verhindert wird, dass die Ausgangsspannung der Blei-Säure-Batterie 20 unter die zulässige minimale Betriebsspannung der elektrischen Last 43 fällt, selbst wenn die elektrische Last 42 beginnt, angesteuert zu werden, was verursacht, dass ein Eingangsstrom zur elektrischen Last 42 fließt.
Während der Verbindungsschalter 50 im Ein-Zustand ist und der Batterieschalter 60 im Aus-Zustand, werden die elektrischen Lasten 41 bis 43 ausschließlich von der Blei-Säure-Batterie 20 mit elektrischer Leistung versorgt. In diesem Fall ist der Betrag des Stroms, der von der Blei-Säure-Batterie 20 heraus fließt, groß, im Vergleich zu dem Fall, in welchem die elektrischen Lasten 41 bis 43 mit elektrischer Leistung von sowohl der Blei-Säure-Batterie 20 als auch der Lithium-Ionen-Batterie 30 versorgt werden. Demnach ist der Betrag des Abfalls der Ausgangsspannung der Blei-Säure-Batterie 20 in diesem Fall groß. Daher wird in dieser Ausführungsform die Laden-Starten-Spannung des Generators 10 erhöht, um auch den unteren Grenzwert der Ausgangsspannung der Blei-Säure-Batterie 20 zu erhöhen, wenn der Verbindungsschalter 50 im Ein-Zustand ist und der Batterieschalter 60 im Aus-Zustand.
Der Betrag des Abfalls der Ausgangsspannung der Blei-Säure-Batterie 20 aufgrund der Zufuhr der elektrischen Leistung zu den elektrischen Lasten 41 bis 43 kann als ein Produkt des Stroms, der von der Blei-Säure-Batterie 20 heraus fließt, und des Innenwiderstands der Blei-Säure-Batterie 20 berechnet werden. Demnach fällt die Ausgangsspannung der Blei-Säure-Batterie 20 stärker ab, als der Innenwiderstand der Blei-Säure-Batterie 20 ansteigt. Der Innenwiderstand der Blei-Säure-Batterie 20 erhöht sich mit dem Voranschreiten der Alterung derselben und mit dem Abfall der Temperatur derselben. Demnach wird in dieser Ausführungsform ein ermittelter Betrag eines Abfalls der Ausgangsspannung aufgrund des Eingangsstroms zum Zeitpunkt des Ansteuerns der elektrischen Last 42 basiert auf dem Innenwiderstand der Blei-Säure-Batterie 20, der im Voraus berechnet wird, berechnet. Die zulässige minimale Betriebsspannung der elektrischen Last 43 plus der berechnete ermittelte Abfall der Ausgangsspannung werden als die Laden-Starten-Spannung für den Fall, in welchem der Verbindungsschalter 50 in dem Ein-Zustand eingestellt wird, eingestellt. Dadurch kann verhindert werden, dass die Ausgangsspannung der Blei-Säure-Batterie 20 unter die zulässige minimale Betriebsspannung der elektrischen Last 43 abfällt.
Ferner wird ein Abfall der Ausgangsspannung einer Blei-Säure-Batterie durch eine Verringerung der elektromotorischen Kraft derselben aufgrund eines Polarisationsphänomens verursacht, und durch einen Strom, der über den Innenwiderstand derselben fließt. Der Abfall der elektromotorischen Kraft aufgrund des Polarisationsphänomens hängt von der Größe und Richtung des Stroms ab, der durch die Blei-Säure-Batterie fließt. Es ist jedoch nicht erforderlich, den Effekt des Polarisationsphänomens zu berücksichtigen, falls der Strom, der durch die Blei-Säure-Batterie fließt, groß genug ist. Demnach kann der Effekt des Polarisationsphänomens in der Blei-Säure-Batterie 20 beim Zuführen der elektrischen Leistung zum Starter 41 vernachlässigt werden. Daher wird bei dieser Ausführungsform, wenn erwartet wird, dass ein Eingangsstrom von der Blei-Säure-Batterie 20 zum Starter 41 zum Zeitpunkt des Neustarts der Maschine, die durch die Leerlauf-Stopp-Funktion gestoppt wurde, fließt, ein ermittelter Betrag eines sofortigen Abfalls der Ausgangsspannung der Blei-Säure-Batterie 20 aufgrund des Eingangsstroms aufgenommen. Der Innenwiderstand der Blei-Säure-Batterie 20 kann unter Verwendung des ermittelten Betrags des sofortigen Abfalls der Ausgangsspannung genauer berechnet werden.
Diese Ausführungsform kann derart modifiziert werden, dass zusätzlich zum ermittelten Betrag eines sofortigen Abfalls der Ausgangsspannung der Blei-Säure-Batterie 20 zum Zeitpunkt des Zuführens der elektrischen Leistung von der Blei-Säure-Batterie 20 zum Starter 41 ein ermittelter bzw. angenommener Ausgangsstrom der Blei-Säure-Batterie 20, der in diesem Moment fließt, aufgenommen bzw. erhalten werden kann. In diesem Fall kann der Innenwiderstand der Blei-Säure-Batterie 20 durch Dividieren des ermittelten Betrags eines sofortigen Abfalls der Ausgangsspannung durch den ermittelten Ausgangsstrom berechnet werden. Ferner kann der Innenwiderstand der Blei-Säure-Batterie 20 durch Aufnehmen eines angenommenen Betrags eines sofortigen Abfalls der Ausgangsspannung in einem Zustand, in welchem der Effekt des Polarisationsphänomens auf die Ausgangsspannung erfüllt ist, berechnet werden, und ein gleichmäßiger Strom fließt von der Blei-Säure-Batterie 20 zum Starter 41.
2 zeigt ein Flussdiagramm, das Schritte eines Prozesses zum Berechnen des Innenwiderstands der Blei-Säure-Batterie 20 darstellt. Dieser Prozess wird in regelmäßigen Zeitintervallen durch die ECU 80 durchgeführt.
Dieser Prozess beginnt bei Schritt S 11, bei welchem bestimmt wird, ob ein Maschinenneustart nach einem Leerlaufstopp der Maschine (wird hiernach als „Leerlauf-Stopp-Neustart“ bezeichnet) während einer Dauer zwischen der Zeit, wenn der Innenwiderstand zum letzten Mal berechnet wurde, und der gegenwärtigen Zeit durchgeführt wurde oder nicht. Falls das Bestimmungsergebnis in Schritt S 11 negativ ist, wird der Prozess beendet. Falls das Bestimmungsergebnis in Schritt S 11 positiv ist, schreitet der Prozess zu Schritt S12 voran, bei welchem der ermittelte Abfallbetrag der Ausgangsspannung V(Pb) der Blei-Säure-Batterie 20 zum Zeitpunkt des Ansteuerns des Starters 41 zum Neustart der Maschine aufgenommen wird. Im anschließenden Schritt S13 wird der Innenwiderstand der Blei-Säure-Batterie 20 basierend auf dem ermittelten Abfallbetrag der Ausgangsspannung V(Pb) der Blei-Säure-Batterie 20 berechnet, und anschließend wird der Prozess beendet.
3 zeigt ein Flussdiagramm zum Darstellen von Schritten eines Prozesses zum Einstellen der Laden-Starten-Spannung. Dieser Prozess wird in regelmäßigen Zeitintervallen durch die ECU 80 durchgeführt.
Dieser Prozess beginnt bei Schritt S21, bei welchem bestimmt wird, ob der Verbindungsschalter 50 im Ein-Zustand und der Batterieschalter 60 im Aus-Zustand sind oder nicht. Falls das Bestimmungsergebnis in Schritt S21 negativ ist, d.h., falls der Verbindungsschalter 50 im Aus-Zustand oder der Batterieschalter 60 im Ein-Zustand ist, schreitet der Prozess zu Schritt S22 voran, bei welchem die Laden-Starten-Spannung unter Berücksichtigung der Alterung der Blei-Säure-Batterie 20 auf ihren normalen Wert eingestellt wird.
Falls das Bestimmungsergebnis in Schritt S21 positiv ist, d.h., falls der Verbindungsschalter 50 im Ein-Zustand und der Batterieschalter 60 im Aus-Zustand sind, schreitet der Prozess zu Schritt S23 voran, um den Innenwiderstand der Blei-Säure-Batterie 20, der in Schritt S12 des in 2 dargestellten Prozesses berechnet wird, zu erfassen bzw. aufzunehmen. Im anschließenden Schritt S24 wird ein Maximalwert des angenommenen Spannungsabfallbetrags der Blei-Säure-Batterie 20 als ein Produkt des aufgenommenen Innenwiderstands der Blei-Säure-Batterie 20 und eines Maximalwerts eines ermittelten bzw. angenommenen Eingangsstroms der elektrischen Last 42, bei welchem angenommen wird, dass er fließt, wenn die elektrische Last 42 beginnt, angesteuert zu werden, berechnet. Im anschließenden Schritt S25 wird die Laden-Starten-Spannung der Blei-Säure-Batterie 20 als eine Summe der zulässigen minimalen Betriebsspannung der elektrischen Last 43 und des Maximalwerts des ermittelten Spannungsabfalls der Blei-Säure-Batterie 20, welcher in Schritt S23 berechnet wird, berechnet. Der Wert der somit berechneten Laden-Starten-Spannung, welcher höher als der Normalwert ist, wird als ein neuer Wert der Laden-Starten-Spannung eingestellt.
4 zeigt ein Flussdiagramm zum Darstellen von Schritten eines Prozesses zum Berechnen des SOC-Aufrechterhaltungswerts der Lithium-Ionen-Batterie 30. Dieser Prozess wird in regelmäßigen Zeitintervallen durch die ECU 70 durchgeführt. Dieser Prozess beginnt bei Schritt S31, um den Innenwiderstand der Blei-Säure-Batterie 20, der in Schritt S12 des in 2 dargestellten Prozesses berechnet wird, aufgenommen. Im anschließenden Schritt S32 wird der SOC-Aufrechterhaltungswert der Lithium-Ionen-Batterie 30 derart berechnet, dass er mit dem Anstieg des Innenwiderstands der Blei-Säure-Batterie 20 ansteigt, und der Prozess wird anschließend beendet.
5 zeigt ein Beispiel eines Zeitdiagramms einer Lade-/Entladesteuerung, die in dieser Ausführungsform durchgeführt wird.
Bei diesem Beispiel wird die Lade-/Entladesteuerung für die Blei-Säure-Batterie 20 und die Lithium-Ionen-Batterie 30 zum Zeitpunkt T0 gestartet. Zum Zeitpunkt T0 ist die Ausgangsspannung V(Pb) der Blei-Säure-Batterie 20 aufgrund der Verringerung des SOC der Blei-Säure-Batterie 20 wegen der Selbstentladung niedriger als die Laden-Starten-Spannung. Demnach erzeugt der Generator 10 elektrische Leistung, um die Blei-Säure-Batterie 20 zu laden. Andererseits, da der SOC der Lithium-Ionen-Batterie 30 höher als der SOC-Aufrechterhaltungswert ist und die entladbare Leistung Waus (nicht dargestellt) höher als ein bestimmter Wert ist, stellt die ECU 70 einen Verbindungsschalter 50 in den Aus-Zustand und stellt den Batterieschalter 60 in den Ein-Zustand. Zum Zeitpunkt T1, da die Ausgangsspannung V(Pb) der Blei-Säure-Batterie 20 die Laden-Starten-Spannung erreicht, stoppt der Generator 10 die Leistungserzeugung.
Zum Zeitpunkt T2 beginnt der Generator 10 mit der Erzeugung regenerativer Leistung. Demnach stellt die ECU 70 den Verbindungsschalter 50 in den Ein-Zustand. Als Ergebnis der rückgewinnenden Leistungserzeugung werden die Blei-Säure-Batterie 20 und die Lithium-Ionen-Batterie 30 geladen und die Ausgangsspannung V (Pb) der Bleibsäurebatterie 20 und der SOC der Lithium-Ionen-Batterie 30 aus (Li-SOC) steigt an. Zwischen dem Zeitpunkt T2 und dem Zeitpunkt T3 wird die Kraftstoffzufuhr zur Maschine unterbrochen und die ECU 80 führt eine automatische Stopp-Steuerung eines Leerlaufstopps durch. Zum Zeitpunkt T3 wird die regenerative Leistungserzeugung beendet und die ECU 70 stellt den Verbindungsschalter 50 in den Aus-Zustand ein.
Zum Zeitpunkt T4 wird die Leerlaufstopp-Neustart-Steuerung durchgeführt und der Starter 41 wird entsprechend mit der elektrischen Leistung von der Blei-Säure-Batterie 20 versorgt. Da der Starter 41 im Vergleich zu den anderen elektrischen Lasten 42 und 43 einen großen Betrag elektrischer Leistung verbraucht, fällt die Ausgangsspannung V(Pb) der Blei-Säure-Batterie 20 in diesem Moment stark ab. Zum Zeitpunk T5 berechnet die ECU 80 den Innenwiderstand der Blei-Säure-Batterie 20 basierend auf dem Betrag des Spannungsabfalls der Ausgangsspannung V(Pb) aufgrund einer Ansteuerung des Starters 41 zum Zeitpunkt T4. Die ECU 70 berechnet den SOC-Aufrechterhaltungswert basierend auf dem berechneten Innenwiderstand.
Zum Zeitpunkt T6 wird die entladbare Leistung Waus durch die Verringerung des SOC der Lithium-Ionen-Batterie 30 geringer als der Alleinige-Entladung-Vermeidungswert, und die alleinige Entladung von der Lithium-Ionen-Batterie 30 wird entsprechend verhindert. Zu diesem Zeitpunkt stellt, da die regenerative Leistungserzeugung nicht in Betrieb ist, die ECU 70 den Verbindungsschalter 50 in den Ein-Zustand und stellt den Batterieschalter 60 in den Aus-Zustand. Anschließend berechnet die ECU 80 die Laden-Starten-Spannung basierend auf dem Innenwiderstand der Blei-Säure-Batterie 20. Da dieser berechnete Wert der Laden-Starten-Spannung höher als der Normalwert ist (der Wert der Laden-Starten-Spannung im Normalzustand), wird der Generator 10 gesteuert, um elektrische Leistung zu erzeugen, bis die Ausgangsspannung V(Pb) diesen berechneten Wert erreicht.
Zum Zeitpunkt T7 wird eine große leistungsangesteuerte Last der elektrischen Last 42, wie beispielsweise die Servolenkungsvorrichtung, angesteuert, und als Ergebnis fließt ein Eingangsstrom zu dieser leistungsangetriebenen Last. Zu diesem Zeitpunkt fällt die Ausgangsspannung V(Pb) der Blei-Säure-Batterie 20 ab. Da die Ausgangsspannung V(Pb) der Blei-Säure-Batterie 20 jedoch über der Laden-Starten-Spannung gehalten wird, die basierend auf dem Innenwiderstand bestimmt wird, fällt sie nicht unterhalb der erforderlichen Betriebsspannung der elektrischen Last 42 ab. Danach steuert die ECU 80 den Generator 10, um die Blei-Säure-Batterie 20 derart zu Laden, dass ihre Ausgangsspannung V(Pb) die Laden-Starten-Spannung überschreitet.
Zum Zeitpunkt T8 stellt die ECU 70, da die regenerative Leistungserzeugung durchgeführt wird, den Batterieschalter 60 in den Ein-Zustand. Als Ergebnis wird der Generator 10 mit der Lithium-Ionen-Batterie 30 verbunden und die Lithium-Ionen-Batterie 30 wird geladen. Zum Zeitpunkt T9 wird die regenerative Leistungserzeugung beendet. Zu diesem Zeitpunkt stellt die ECU 70, da die entladbare Leistung Waus der Lithium-Ionen-Batterie 30 über dem bestimmten Wert liegt, den Verbindungsschalter 50 in den Aus-Zustand, um die Entladung nur von der Lithium-Ionen-Batterie 30 zu erlauben.
Die Ausführungsform der Erfindung, die vorstehend beschrieben wurde, sieht die folgenden Vorteile vor.

(1) Die Laden-Starten-Spannung der Blei-Säure-Batterie 20 wird, wenn der Verbindungsschalter 50 in den Ein-Zustand geschaltet ist, höher eingestellt, als wenn der Verbindungsschalter 50 in den Aus-Zustand geschaltet ist. Bei dieser Einstellung erzeugt der Generator 10 elektrische Leistung, um die Blei-Säure-Batterie 20 derart zu Laden, dass die Ausgangsspannung der Blei-Säure-Batterie 20 die höhere Laden-Starten-Spannung überschreitet. Demnach wird die Ausgangsspannung der Blei-Säure-Batterie 20 auf einem höheren Wert aufrecht erhalten. Daher kann, selbst wenn die elektrische Last 42 auf der Seite der Blei-Säure-Batterie 20 angesteuert wird und der Strom, der zur elektrischen Last 42 fließt, beträchtlich ansteigt, die Ausgangsspannung der Blei-Säure-Batterie 20 davor geschützt werden, unter die minimale Betriebspannung der elektrischen Last 43 auf der Seite der Lithium-Ionen-Batterie 30 abzufallen. Dadurch kann verhindert werden, dass der Betriebszustand der elektrischen Last 43 instabil wird.

Wenn der Verbindungsschalter 50 im Aus-Zustand ist, wird davon ausgegangen, das ein Zuführen der elektrischen Leistung zu den elektrischen Lasten 41 und 42 auf der Seite der Blei-Säure-Batterie 20 nur durch die Blei-Säure-Batterie 20 durchgeführt wird, und es wird davon ausgegangen, dass ein Zuführen der elektrischen Leistung zur elektrischen Last auf der Seite der Lithium-Ionen-Batterie 30 nur durch die Lithium-Ionen-Batterie 30 durchgeführt wird. Demnach gibt es keine Bedenken, dass die Eingangsspannung der elektrischen Last 43 auf der Seite der Lithium-Ionen-Batterie 30 abhängig von den Betriebszuständen der elektrischen Lasten 41 und 42 auf der Seite der Blei-Säure-Batterie 20 übermäßig abfällt. Daher wird die Laden-Starten-Spannung der Blei-Säure-Batterie 20, wenn der Verbindungsschalter 50 im Aus-Zustand ist, niedriger eingestellt, als wenn der Verbindungsschalter 50 im Ein-Zustand ist. Durch eine verringerte Leistungserzeugung kann somit Leistung bzw. Strom durch den Generator 10 gespart werden.

(2) Der Batterieschalter 60 wird gesteuert, um derart ein- oder ausgeschaltet zu sein, dass verhindert werden kann, dass die Lithium-Ionen-Batterie 30 überladen oder zu tief entladen wird. Wenn der Verbindungsschalter 50 im Ein-Zustand und der Batterieschalter 60 im Aus-Zustand sind, wird sowohl bei der elektrischen Leistung der elektrischen Last 41 auf der Seite der Blei-Säure-Batterie 20 als auch bei der Zufuhr der elektrischen Leistung der elektrischen Last 43 auf der Seite der Lithium-Ionen-Batterie 30 davon ausgegangen, dass diese von der Blei-Säure-Batterie 20 versorgt werden. Daher ist der Spannungsabfall, der auftritt, wenn die elektrische Last 42 angesteuert wird, während der Batterieschalter 60 im Aus-Zustand ist, größer, als wenn der Batterieschalter 60 im Ein-Zustand ist. Demnach wird die Laden-Starten-Spannung unter der Bedingung, dass der Verbindungsschalter 50 im Ein-Zustand und der Batterieschalter 60 im Aus-Zustand sind, höher eingestellt. Als Ergebnis wird die Ausgangsspannung der Blei-Säure-Batterie 20 während einer geeigneten Zeitdauer erhöht. Dies ermöglicht es, dass ein Leistungsverbrauch durch Unterdrücken der Leistungserzeugung durch den Generator 10 gesenkt werden kann.
(3) Der Spannungsabfall, der zum Zeitpunkt des Ansteuerns der elektrischen Last 42 aufgetreten ist, steigt mit dem Anstieg des Innenwiderstands der Blei-Säure-Batterie 20 an. In dieser Ausführungsform wird die Laden-Starten-Spannung abhängig von dem Innenwiderstand der Blei-Säure-Batterie 20 unter Berücksichtigung dieses Faktors bestimmt. Daher ist es gemäß der vorstehenden Ausführungsform möglich, selbst wenn der Spannungsabfall der Blei-Säure-Batterie 20 zum Zeitpunkt des Ansteuerns der elektrischen Last 42 aufgrund des Anstiegs des Innenwiderstands der Blei-Säure-Batterie 20 beträchtlich groß ist, zu verhindern, dass die Ausgangsspannung der Blei-Säure-Batterie 20 unter die zulässige minimale Betriebsspannung der elektrischen Last 43 abfällt.
(4) Die Ausgangsspannung der Lithium-Ionen-Batterie 30 wird durch Erhöhen des SOC-Aufrechterhaltungswerts der Lithium-Ionen-Batterie 30 gemäß dem Anstieg des Innenwiderstands der Blei-Säure-Batterie 20 erhöht. Dadurch kann verhindert werden, dass die Spannung, die an der elektrischen Last 43 anliegt, unter die zulässige minimale Betriebsspannung der elektrischen Last 34 abfällt, selbst wenn die Ausgangsspannung der Blei-Säure-Batterie 20 aufgrund des Anstiegs des Innenwiderstands der Blei-Säure-Batterie 20 beträchtlich abfällt. Ferner ermöglicht es die Aufrechterhaltung des SOC der Lithium-Ionen-Batterie 30 über dem SOC-Aufrechterhaltungswert, zu gewährleisten, dass eine freie Kapazität zum Speichern regenerativer Leistung vorhanden ist.

Das Erhöhen des SOC-Aufrechterhaltungswerts der Lithiuimionenbatterie 30 verursacht, dass die entladbare Leistung Waus der Lithium-Ionen-Batterie 30 ansteigt. Als Ergebnis ist es möglich, da verhindert werden kann, dass die entladbare Leistung Waus der Lithium-Ionen-Batterie 30 unter den Alleinige-Entladung-Vermeidungswert abfällt, zu verhindern, dass eine Situation auftritt, bei welcher der Verbindungsschalter 50 im Ein-Zustand ist und der Batterieschalter 60 im Aus-Zustand, um dadurch zu verhindern, dass die Spannung, die zur elektrischen Last 43 zugeführt wird, zum Zeitpunk des Ansteuerns der elektrischen Last 42 auf der Seite der Blei-Säure-Batterie 20 übermäßig abfällt.

(5) Die Ausgangsspannung der Batterie fällt aufgrund des Abfalls der elektromotorischen Kraft, die durch das Polarisationsphänomen verursacht wird, zusätzlich zum Innenwiderstand der Batterie, ab. Falls der Betrag des Anstiegs des Stroms, der von der Batterie zur elektrischen Last, die angesteuert wird, fließt, ausreichend groß ist, kann der Effekt des Polarisationsphänomens auf die Ausgangsspannung der Batterie vernachlässigt werden. Deshalb kann der Innenwiderstand der Blei-Säure-Batterie 20 basierend auf der Ausgangsspannung der Blei-Säure-Batterie 20 genau berechnet werden, wenn zum Zeitpunkt des Ansteuerns der leistungsangesteuerten bzw. leistungsangetriebenen Last ein großer Strom von der Blei-Säure-Batterie 20 fließt.

Weitere Ausführungsformen
Es ist selbstverständlich, dass bezüglich der vorstehenden Ausführungsform verschiedene Modifikationen denkbar sind, welche nachfolgend beschrieben werden.
Die ECU 80 kann konfiguriert sein, um einen Prozess zum Einstellen der Laden-Starten-Spannung, dargestellt in 6, durchzuführen, anstelle des Prozesses, der in 3 dargestellt ist. Dieser Prozess beginnt in Schritt S41, bei welchem bestimmt wird, ob der Verbindungsschalter 50 im Ein-Zustand ist oder nicht. Falls das Bestimmungsergebnis in Schritt S41 negativ ist, schreitet der Prozess zu Schritt S42 voran, bei welchem die Laden-Starten-Spannung auf ihren Normalwert V0 eingestellt wird, und anschließend wird der Prozess beendet. Falls das Bestimmungsergebnis in Schritt S41 positiv ist, schreitet der Prozess zu Schritt S34 voran, bei welchem bestimmt wird, ob der Batterieschalter 60 im Aus-Zustand ist oder nicht. Falls das Bestimmungsergebnis in Schritt S41 negativ ist, schreitet der Prozessablauf zu Schritt S44 voran, bei welchem die Laden-Starten-Spannung auf einen ersten vorbestimmten Wert V1 eingestellt wird, der höher als der Normalwert V0 ist, und anschließend wird der Prozess beendet. Falls das Bestimmungsergebnis in Schritt S43 positiv ist, schreitet der Prozess zu Schritt S45 voran, bei welchem die Laden-Starten-Spannung auf einen zweiten vorbestimmten Wert V2 eingestellt wird, welcher höher als der erste vorbestimmte Wert V1 ist, und anschließend wird der Prozess beendet.
Während bzw. wenn der Verbindungsschalter 50 im Ein-Zustand ist, fällt die Eingangsspannung der elektrischen Last 43 ab, wenn die elektrische Last 42 auf der Seite der Blei-Säure-Batterie 20 angesteuert wird. Demnach wird die Laden-Starten-Spannung vom Normalwert V0 erhöht, um zu verursachen, dass die Ausgangsspannung der Blei-Säure-Batterie 20 derart ansteigt, dass die Eingangsspannung der elektrischen Last 43 davor geschützt werden kann, dass sie unter die minimale zulässige Betriebsspannung der elektrischen Last 43 abfällt. Während der Verbindungsschalter 50 im Ein-Zustand ist und der Batterieschalter 60 im Aus-Zustand, fließt der Eingangsstrom aufgrund der Ansteuerung der elektrischen Last 42 nur von der Blei-Säure-Batterie 20 aus. Daher ist der Wert des Spannungsabfalls, welcher auftritt, wenn der Verbindungsschalter 50 im Ein-Zustand ist und der Batterieschalter 60 im Aus-Zustand, größer als der, welcher auftritt, wenn sowohl der Verbindungsschalter 50 als auch der Batterieschalter 50 im Aus-Zustand sind. Deshalb ist die Laden-Starten-Spannung V2, die für den Fall eingestellt wird, in welchem der Verbindungsschalter 50 im Ein-Zustand ist und der Batterieschalter 60 im Aus-Zustand, höher als die Laden-Starten-Spannung V1, die für den Fall eingestellt wird, in welchem sowohl der Verbindungsschalter 50 als auch der Batterieschalter 60 im Aus-Zustand sind. Durch diese Einstellung kann unterdrückt werden, dass die Eingangsspannung der elektrischen Last 43 unter die zulässige minimale Betriebsspannung der elektrischen Last 43 fällt. Die Laden-Starten-Spannungen V1 und V2 können basierend auf dem Innenwiderstand berechnet werden.
In der vorstehenden Ausführungsform wird die Laden-Starten-Spannung für den Fall, in welchem der Verbindungsschalter 50 im Ein-Zustand und der Batterieschalter 60 im Aus-Zustand ist, gemäß dem Innenwiderstand der Blei-Säure-Batterie 20 bestimmt. Dieser Innenwiderstand kann anhand der Leerlaufspannung bzw. Spannung des offenen Anschlusses, der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms der Blei-Säure-Batterie 20 berechnet werden.
Die vorstehende Ausführungsform kann derart modifiziert werden, dass die ECU 80 einen Grad der Alterung der Blei-Säure-Batterie 20 basierend auf dem Betrag des Spannungsabfalls der Blei-Säure-Batterie 70 zum Zeitpunkt eines Zuführens elektrischer Leistung zum Starter 41 nach einem Leerlaufstopp erfasst, den Innenwiderstand der Blei-Säure-Batterie 20 basierend auf dem erfassten Grad der Alterung berechnet, und die Laden-Starten-Spannung basierend auf diesem berechneten Innenwiderstand bestimmt. Der Grad der Alterung der Blei-Säure-Batterie 20 kann zum Beispiel basierend auf der Betriebszeit der Blei-Säure-Batterie 20 erfasst werden.
Die ECU 80 kann konfiguriert sein, um den Innenwiderstand der Blei-Säure-Batterie 20 abhängig von der Differenz zwischen der Temperatur der Blei-Säure-Batterie 20 zu dem Zeitpunkt, wenn der Innenwiderstand der Blei-Säure-Batterie 20 berechnet wird, und der Temperatur der Blei-Säure-Batterie zu dem Zeitpunkt, wenn der Verbindungsschalter 50 eingeschaltet und der Batterieschalter 60 ausgeschaltet wird, zu kompensieren.
In den Schritten S23 bis S25 des Prozesses, der in 3 dargestellt ist, wird die Laden-Starten-Spannung basierend auf dem Innenwiderstand der Blei-Säure-Batterie 20 bestimmt. Dieser Prozess kann jedoch derart modifiziert werden, dass die Laden-Starten-Spannung um einen gewissen Spannungswert von ihrem Normalwert erhöht wird.
Die vorstehend erläuterten bevorzugten Ausführungsformen sind für die Erfindung der vorliegenden Anmeldung, welche insbesondere durch die zugehörigen Ansprüche beschrieben wird, beispielhaft. Es sollte verstanden werden, dass im Lichte des Könnens eines Fachmanns weitere Modifikationen der bevorzugten Ausführungsformen gemacht werden können.

Claims

Leistungszufuhrsystem, aufweisend: einen Generator (10); eine erste und eine zweite Batterie (20, 30), die zu dem Generator (10) über eine Verbindungsleitung (15) parallel geschaltet sind; ein Verbindungsschalter (50), der in der Verbindungsleitung (15) vorgesehen ist, um ein Herstellen und ein Unterbrechen einer elektrischen Verbindung zwischen der zweiten Batterie (30) und der Parallelverbindung des Generators (10) und der ersten Batterie (20) zu ermöglichen; ein Steuermittel (80), das konfiguriert ist, den Generator (10) zu steuern, um eine elektrische Leistungserzeugung zu starten, um die erste Batterie (20) zu laden, bis erfasst wird, dass eine Ausgangsspannung der ersten Batterie (20) unter eine Laden-Starten-Spannung fällt; und ein Spannungseinstellungsmittel (80), das konfiguriert ist, die Laden-Starten-Spannung, wenn der Verbindungsschalter (50) in den Ein-Zustand eingestellt ist, höher einzustellen, als wenn der Verbindungsschalter (50) in den Aus-Zustand eingestellt ist.
Leistungszufuhrsystem nach Anspruch 1, wobei die Verbindungsleitung (15) mit einer ersten elektrischen Last (43) auf der Seite der zweiten Batterie (30) bezüglich des Verbindungsschalters (50) parallel geschaltet ist, das Leistungszufuhrsystem ferner einen Batterieschalter (60) aufweist, der in der Verbindungsleitung (15) vorgesehen ist, um ein Herstellen oder eine Unterbrechung einer elektrischen Verbindung zwischen der zweiten Batterie (30) und einem Knoten zwischen der ersten elektrischen Last (43) und der zweiten Batterie (30) zu ermöglichen, und das Spannungseinstellungsmittel (80) konfiguriert ist, die Laden-Starten-Spannung höher einzustellen, wenn der Verbindungsschalter (50) in den Ein-Zustand eingestellt ist und der Batterieschalter (60) in den Aus-Zustand eingestellt ist, als wenn sowohl der Verbindungsschalter (50) als auch der Batterieschalter (60) in den Ein-Zustand eingestellt sind.
Leistungszufuhrsystem nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend ein Innenwiderstandsberechnungsmittel (80) zum Berechnen eines Innenwiderstands der ersten Batterie (20), wobei das Spannungseinstellungsmittel (80) konfiguriert ist, die Laden-Starten-Spannung basierend auf dem Innenwiderstand der ersten Batterie, der durch das Innenwiderstandsberechnungsmittel (80) berechnet wird, zu berechnen.
Leistungszufuhrsystem nach Anspruch 3, ferner aufweisend ein Schaltungssteuermittel (70) zum Aufrechterhalten einer verbleibenden Kapazität der zweiten Batterie (30) über einem vorbestimmten SOC-Aufrechterhaltungswerts durch Steuern des Verbindungsschalters (50) in den Ein-Zustand, so dass die zweite Batterie (30) durch die erste Batterie (20) oder den Generator (10) geladen wird, wenn die verbleibende Kapazität unterhalb des Aufrechterhaltungswerts liegt, und ein SOC-Aufrechterhaltungswerteinstellungsmittel zum Einstellen des SOC-Aufrechterhaltungswerts basierend auf dem Innenwiderstand der ersten Batterie (20), der durch das Innenwiderstandsberechnungsmittel (80) berechnet wird.
Leistungszufuhrsystem nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Innenwiderstandsberechnungsmittel (80) konfiguriert ist, um den Innenwiderstand der ersten Batterie (20) basierend auf dem Betrag des Spannungsabfalls der ersten Batterie (20) aufgrund eines Zuführens elektrischer Leistung zu einer leistungsangetriebenen Last, während der Verbindungsschalter (50) im Aus-Zustand ist, zu berechnen.