车用供电系统的制作方法

1.本发明涉及一种安装在车辆上的供电系统。具体而言，本发明涉及一种安装在具有启停功能的车辆上的供电系统，所述供电系统可以应对发动机重启时车辆电池电压的下降，同时也可以在断电的情况下作为备用电源使用。


背景技术：

2.近年来，为减少车辆的燃料消耗而配备启停系统的车辆越来越受欢迎。启停系统会在车辆停止时关闭发动机，以节省燃料。然而，当重新开动时，会消耗很大的电流来激活启动器，导致电池电压瞬间下降，并且连接到电池的负载可能会暂时停止运行。因此，需要一种电路配置来补偿发动机重启时发生的电压下降，并且保证向负载供电。
3.专利文献1中公开了一种配备有启停系统的车用供电系统的实施例。专利文献1中描述的启停车辆的供电系统设置有由车辆的交流发电机充电的电池和由电池供电的各种电力负载。电压补偿装置插置在电池和电力负载之间。电池还与车辆的启动器相连，且在车辆启动时为启动器供电。在专利文献1中，电容器或dc-dc转换器被用作电压补偿装置。当车辆在停止后重启时，电压补偿装置会增大输入电压并将此电压提供给电力负载。
4.在断电情况下设置备用电源的车辆正变得越来越普遍。备用电源是指在安装在车辆上的主电源因事故或其他原因而无法供电时而为特定负载供电的电源。专利文献2中公开了一种备用电源设备，此设备具有电容器、设置在电容器的充电路径中且执行降压操作的充电电路、设置在电容器的输出路径中的升压电路，以及连接到升压电路的门锁释放输出端子。
5.在常规技术中曾考虑过一种支持启停功能且具有备用电源功能的车用供电系统。图6中示出了作为常规供电系统的实施例的供电系统101。供电系统101单独设置有在发动机从停止状态重启时用于向负载稳定地供电的供电子系统102和备用供电子系统103。
6.常规的供电系统101设置有蓄电装置111，以预定的电压向负载104供电。蓄电装置111与车辆的交流发电机相连，并且在车辆运行时进行充电。此外，供电子系统102还设置有dc-dc转换器113，dc-dc转换器113包括位于蓄电装置111与负载104之间的开关元件和线圈。当发动机从停止状态重启时，dc-dc转换器113作为升压电路，补偿蓄电装置111的临时电压下降，并且以规定的电压向负载104供电。
7.备用供电子系统103设置有与蓄电装置111分开的蓄电装置112和与dc-dc转换器113分开的dc-dc转换器114。在车辆行进过程中，蓄电装置112由交流发电机充电。当来自蓄电装置111的电力供应停止时，备用供电子系统103使用dc-dc转换器114提升来自蓄电装置112的功率，并且向特定负载105供电。
8.相关技术文献
9.专利文献
10.专利文献1：日本未审查的专利申请公开号2002-38984
11.专利文献2：wo 2013/125170


技术实现要素：

12.本发明要解决的问题
13.在常规的车用供电系统中，为了提供支持启停功能且作为备用电源的配置，需要在独立的子系统中加入两个蓄电池和两个dc-dc转换器。这使系统变得复杂，并且使整个电路的规模难以缩小。
14.本发明是鉴于上述情况且为解决为车辆提供一种供电系统的问题而提出的，与常规技术相比，此供电系统虽然减少了升/降压电路中使用的元件数量，但支持启停功能，并且具有作为后备电源的功能。
15.解决问题的方式
16.根据权利要求1所述的本发明涉及一种车用供电系统。根据权利要求1所述的车用供电系统包括安装在车辆上用于向一个或多个负载供电的dc电源、串联连接在所述dc电源与负载之间的第一开关元件、与所述dc电源电连接的蓄电单元，以及连接在所述蓄电单元与第一开关元件之间的dc-dc转换器。根据本发明的车用供电系统的特征在于，所述dc-dc转换器包括第二开关元件、第三开关元件、第四开关元件、第五开关元件，以及线圈。
17.在根据本发明的车用供电系统的dc-dc转换器中，优选地是所述第二开关元件和第三开关元件串联连接以构成第一腿，所述第四开关元件和第五开关元件串联连接以构成第二腿，所述线圈的一端部连接在所述第二开关元件与第三开关元件之间，以及所述线圈的另一端部连接在所述第四开关元件与第五开关元件之间。
18.根据本发明的车用供电系统的dc-dc转换器，当所述第一开关元件处于截止状态时，通过设置所述第二开关元件为导通状态，设置所述第三开关元件为截止状态，以及切换所述第四开关元件和第五开关元件，该dc-dc转换器作为升压转换器，将来自所述dc电源的电流升压。此外，当所述第一开关元件处于导通状态时，通过设置所述第二开关元件为截止状态，设置所述第三开关元件为导通状态，以及切换所述第四开关元件和第五开关元件，所述dc-dc转换器作为降压转换器，将来自所述dc电源的电流降压。进一步地，当所述第一开关元件处于截止状态时，通过设置所述第二开关元件为截止状态，设置所述第三开关元件为导通状态，以及切换所述第四开关元件和第五开关元件，所述dc-dc转换器作为升压转换器，将来自所述蓄电单元的电流升压。换言之，根据本发明的dc-dc转换器作为升/降压转换器发挥作用。
19.根据本发明的车用供电系统的蓄电单元是额定电压低于所述dc电源的供应电压的次级电池或双电层电容器。
20.在根据本发明的车用供电系统中，优选地，选自由所述第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件、第四开关元件以及第五开关元件组成的组中的一个或多个开关元件为mosfet。
21.发明效果
22.在根据本发明的车用供电系统中，第一开关元件串联连接在dc电源与负载之间，第一dc电源与蓄电单元电连接且dc-dc转换器插置在其间，并且所述dc-dc转换器作为升/降压转换器。因此，不需要在具有启停功能和备用电源功能的每个子系统中安装dc-dc转换器。这使得提供一个容量大、成本低的车用供电系统成为可能。
附图说明
23.图1示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的车用供电系统的配置；
24.图2示出了本发明的车用供电系统从dc电源向负载供电的状态；
25.图3示出了当发动机从怠速状态重启时本发明的车用供电系统从dc电源向负载供电的状态；
26.图4示出了本发明的车用供电系统从dc电源向蓄电单元供电的状态；
27.图5示出了本发明的车用供电系统从蓄电单元向负载供电的状态；以及
28.图6示意性地示出了常规的车用供电系统的配置。
具体实施方式
29.下面将参照附图对本发明的车用供电系统的最优选的实施例进行描述。
30.图1示出了本实施例的车用供电系统1的一个实施例。根据本实施例的车用供电系统1设置有dc电源2、蓄电单元3、dc-dc转换器4，以及第一开关元件q1。
31.dc电源2向一个或多个负载21供电。优选地，dc电源2包括由车辆发电机充电的蓄电装置。作为一个优选的示例，最常用作车辆电池的铅蓄电池可以作为dc电源2使用。此外，其中锂离子电池、镍氢电池等多个单电池(cell)串联连接的电池(battery)也可以作为dc电源2使用。作为另一种配置，dc电源2可以应用交流发电机和整流电路。
32.dc电源2向安装在车辆中的一个或多个负载21(诸如，音频设备、空调器、发动机控件ecu等)供电。dc电源2的额定电压和蓄电容量可以根据待提供给所连接的负载21的电压和电流的标准适当地改变。
33.第一开关元件q1串联连接在dc电源2的正极侧与负载21之间。在一个优选的实施例中，dc电源2的正极和第一开关元件q1的漏极侧通过接线12连接，而负载21和第一开关元件q1的源极侧通过接线13连接。
34.半导体开关元件，诸如，金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)或绝缘栅双极型晶体管(igbt)可以作为第一开关元件q1应用。具体而言，优选地是应用n沟道耗尽型mosfet。
35.蓄电单元3是容量比dc电源2小、额定电压比dc电源2低的蓄电装置，当dc电源2与电路断开连接时，作为备用电源发挥作用。作为一个优选的示例，诸如锂离子电池或镍氢电池等的次级电池可以作为蓄电单元3应用。或者，也可以采用双电层电容器(edlc)作为蓄电单元3。蓄电单元3向诸如安全气囊激活电路、门锁释放设备等特定的负载21供电。
36.作为安装在车辆中的一个实施例，dc电源2可以使用12v的铅蓄电池，且蓄电单元3可以使用锂离子电池。
37.蓄电单元3与dc电源2和负载21相连，dc-dc转换器4插置在其间。dc电源2的负极侧和蓄电单元3的负极侧通过接线11连接。接线11是接地的。
38.dc-dc转换器4设置有第二开关元件q2、第三开关元件q3、第四开关元件q4、第五开关元件q5，以及线圈6。优选地，与第一开关元件q1类似地，诸如mosfet或igbt的半导体开关元件，可以应用于第二开关元件q2至第五开关元件q5。
39.在dc-dc转换器4中，第二开关元件q2和第三开关元件q3串联连接以构成第一腿，且第四开关元件q4和第五开关元件q5串联连接以构成第二腿。在第一腿中，第二开关元件
q2的漏极侧与接线12相连，且第三开关元件q3的源极侧与蓄电单元3相连。在第二腿中，第四开关元件q4的漏极侧与接线13相连，且第五开关元件q5的源极侧与接线11相连。
40.dc-dc转换器4的线圈6具有连接在第二开关元件q2与第三开关元件q3之间的一端部，和连接在第四开关元件q4与第五开关元件q5之间的另一端部。线圈6根据第二开关元件q2至第五开关元件q5各自的通/断控制来存储和释放磁能。
41.第一开关元件q1和dc-dc转换器4通过图中未示出的控制装置发出的命令来接收开关的通/断控制。
42.下面将参照图2至图5描述根据本实施例的车用供电系统1的操作。
43.[正常行驶时的供电路径]
[0044]
在图2中，用粗线表示在正常行驶过程中由车用供电系统1向负载21供电的路径。在正常行驶过程中，第一开关元件q1始终导通，而第二开关元件q2始终截止。电力通过接线12、第一开关元件q1以及接线13从dc电源2提供给负载21。
[0045]
[从停止状态重启发动机时的供电路径]
[0046]
在图3中，用粗线表示当发动机从停止状态重启时向负载21供电的路径。当发动机重启时，从dc电源2提供给接线12的电压暂时下降。此时，第一开关元件q1和第三开关元件q3被控制为截止，而第二开关元件q2导通。第四开关元件q4和第五开关元件q5被控制为在各自预定的开关周期内导通和截止。电力从dc电源2通过接线12和第二开关元件q2提供给线圈6，根据开关元件q4、q5的切换，电压在线圈6处提升，向接线13供电，通过图中未示出的平滑电路进行平滑化后向负载21供电。以此方式，当发动机从停止状态重启时，线圈6、第四开关元件q4以及第五开关元件q5作为升压转换器发挥作用，以合适的电压向负载21供电。
[0047]
[从dc电源到备用电源的供电路径]
[0048]
在图4中，用粗线表示从dc电源2为作为备用电源的蓄电单元3充电的路径。向蓄电单元3供电可以与向负载21供电分开进行，或者与向负载21供电同时进行。通过使第一开关元件q1和第三开关元件q3导通，且使第四开关元件q4和第五开关元件q5在各自预定的开关周期内导通和截止，由dc电源2为蓄电单元3充电。电力从dc电源2通过接线12、第一开关元件q1以及第四开关元件q4提供给线圈6，通过开关元件q4、q5的切换，电压在线圈6处下降，且以额定电压向蓄电单元3供电。以此方式，线圈6、第四开关元件q4以及第五开关元件q5作为降压转换器发挥作用，从而以合适的方式为蓄电单元3充电。
[0049]
[从备用电源到负载的供电路径]
[0050]
在图5中，用粗线表示由备用电源的蓄电单元3向负载21供电的路径。由于蓄电单元3是容量小且额定电压低的蓄电装置，因此有必要提升电力以向负载21供电。为此，第一开关元件q1和第二开关元件q2被控制为截止，而第三开关元件q3导通。然后，第四开关元件q4和第五开关元件q5在各自预定的开关周期内被控制为导通和截止。电力从蓄电单元3通过第三开关元件q3提供给线圈6，根据开关元件q4、q5的切换，电压在线圈6处提升，向接线13供电，由图中未示出的平滑电路进行平滑化后向负载21供电。以此方式，当dc电源2停止供电时，线圈6、第四开关元件q4以及第五开关元件q5作为升压转换器发挥作用，由蓄电单元3向负载21适当地供电。
[0051]
[从停止状态重启发动机时备用电源到负载的供电路径]
[0052]
也可以使用在图5中用粗线表示的路径作为供电路径，用于在发动机从停止状态
重启时向负载21供电。换言之，也可以从备用电源的蓄电单元3通过第三开关元件q3向线圈6供电，根据开关元件q4、q5的切换，电压在线圈6处提升，且可以向接线13供电，进而向负载21供电。
[0053]
本实施例中描述的车用供电系统的配置可以根据需要进行修改。例如，当从dc电源向多个负载供电时，可以根据负载所需的电压和电流设置多个接线，且由电池供电。或者，当提供给负载的功率很小时，可以应用二极管等开关元件代替mosfet。此外，dc电源和蓄电单元的类型也可以根据需要进行修改。
[0054]
附图标记说明
[0055]
1,101供电系统
[0056]
2 dc电源
[0057]
3 蓄电单元
[0058]
4,113,114dc-dc转换器
[0059]
6线圈
[0060]
11,12,13接线
[0061]
21,104,105负载
[0062]
102 供电子系统
[0063]
103 备用供电子系统
[0064]
111,112蓄电装置
[0065]
q1 第一开关元件
[0066]
q2 第二开关元件
[0067]
q3 第三开关元件
[0068]
q4 第四开关元件
[0069]
q5 第五开关元件

技术特征：
1.一种车用供电系统，包括：安装在车辆上用于向一个或多个负载供电的dc电源；串联连接在所述dc电源与负载之间的第一开关元件；与所述dc电源电连接的蓄电单元；以及连接在所述蓄电单元与第一开关元件之间的dc-dc转换器；其中，所述dc-dc转换器包括第二开关元件、第三开关元件、第四开关元件、第五开关元件，以及线圈。2.根据权利要求1所述的车用供电系统，其中，所述第二开关元件和第三开关元件串联连接以构成第一腿，所述第四开关元件和第五开关元件串联连接以构成第二腿，所述线圈的一端部连接在所述第二开关元件与第三开关元件之间，以及所述线圈的另一端部连接在所述第四开关元件与第五开关元件之间。3.根据权利要求2所述的车用供电系统，其中，所述dc-dc转换器为升/降压转换器，其特征在于，当所述第一开关元件处于截止状态时，通过设置所述第二开关元件为导通状态，设置所述第三开关元件为截止状态，以及切换所述第四开关元件和第五开关元件，所述升/降压转换器作为升压转换器，将来自所述dc电源的电流升压；当所述第一开关元件处于导通状态时，通过设置所述第二开关元件为截止状态，设置所述第三开关元件为导通状态，以及切换所述第四开关元件和第五开关元件，所述升/降压转换器作为降压转换器，将来自所述dc电源的电流降压；以及当所述第一开关元件处于截止状态时，通过设置所述第二开关元件为截止状态，设置所述第三开关元件为导通状态，以及切换所述第四开关元件和第五开关元件，所述升/降压转换器作为升压转换器，将来自所述蓄电单元的电流升压。4.根据权利要求1所述的车用供电系统，其中，所述蓄电单元是额定电压低于所述dc电源的供应电压的次级电池或双电层电容器。5.根据权利要求1-4任一项所述的车用供电系统，其中，选自由所述第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件、第四开关元件以及第五开关元件组成的组中的一个或多个开关元件为mosfet。

技术总结
本申请提供了一种车用供电系统，支持启停功能且具有作为备用电源的功能。根据本发明的车用供电系统包括：安装在车辆上用于向一个或多个负载21供电的DC电源2；串联连接在所述DC电源2与负载21之间的第一开关元件Q1；与所述DC电源2电连接的蓄电单元3；和连接在所述蓄电单元3与第一开关元件Q1之间的DC-DC转换器4。所述DC-DC转换器包括第二开关元件Q2、第三开关元件Q3、第四开关元件Q4、第五开关元件Q5，以及线圈6。及线圈6。及线圈6。


技术研发人员：服部诚 安永大辅 槙尾大介
受保护的技术使用者：株式会社今仙电机制作所
技术研发日：2021.09.22
技术公布日：2023/6/28