CN101707370B - 补充电源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种补充电源系统，其中多个DC/DC转换器(5，6和7)并联连接并基于辅助负载(11和12)所使用的电功率量改变要启动的DC/DC转换器(5，6和7)的数量。此外，基于预定的顺序依次启动DC/DC转换器(5，6和7)。

Description

补充电源系统
本申请是国际申请日为2002年09月20日、国家申请号为02803250.0、发明名称为“补充电源系统”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种具有主电源和辅助电池两者的补充电源系统的改进。
背景技术
作为具有主电源和辅助电池的补充电源系统，人们已经熟悉了如在日本专利申请No.2001-28807中描述的使用燃料电池作为主电源和使用次级电池作为辅助电池的燃料电池车辆(FCV)等。
一般地，通过DC/DC转换器转换来自主电源的电功率的电压，然后输送给辅助电池或辅助负载。在处理较大的电流的情况下，需要大容量的DC/DC转换器。但是，考虑到导线容量也增加等因素，在实际中经常将多个DC/DC转换器与一个辅助电池并联连接。
在这种情况下，通过一个信号实施多个DC/DC转换器的启动/停止操作(这些操作称为并行操作)，并且所有的DC/DC转换器总是同时运行。然后，如果多个DC/DC转换器的电压-电流特性存在偏差，则在通过相同的电压运行时，具有最大的电流的DC/DC转换器的使用频率(使用频率等效于负载或电流的累加)与其它的DC/DC转换器的使用频率相比变得更高。因此，具有较高的使用频率的DC/DC转换器与其它的DC/DC转换器相比寿命更短。如果认为在一个DC/DC转换器达到它的寿命时该系统也就到达它的使用寿命，则该系统的使用寿命取决于具有最高的使用频率的DC/DC转换器，由此缩短了系统的寿命。
此外，仅通过替换已经到达了其寿命的DC/DC转换器就可以重新使用系统。但是，不可避免的问题的是，需要替换这些部件的时间和劳力，因此增加了替换部件所需的成本。
发明内容
本发明的第一方面是提供一种给负载输送电功率的补充电源系统，该补充电源系统包括：主电源；转换来自主电源的电功率并输出电功率的多个DC/DC转换器；以及用于充入由所述多个DC/DC转换器转换后的电功率的辅助电池。其中，所述多个DC/DC转换器并联连接，并且根据负载所使用的电功率量确定要启动的DC/DC转换器的数量，以及基于预定的启动顺序依次启动所确定的数量的DC/DC转换器；并且，所述预定的启动顺序是基于在第一次接通时和/或在特定模式下对各所述多个DC/DC转换器的特性进行检测的检测结果而设置的。
附图说明
附图1所示为根据本发明的第一实施例用于车辆的补充电源系统的结构视图；
附图2A和2B所示为说明第一实施例的DC/DC转换器的电压-电流特性的实例。
附图3简要说明第一实施例的控制的流程图；
附图4所示为根据本发明的第二实施例用于车辆的补充电源系统的结构视图；
附图5简要说明第二实施例的控制的流程图；
附图6所示为第二实施例的操作的时序图；
附图7所示为根据本发明的第三实施例用于车辆的补充电源系统的结构视图；
附图8简要说明第三实施例的控制的流程图；
附图9所示为第三实施例的操作的时序图；
附图10所示为简要说明根据本发明的第四实施例的控制的流程图。
具体实施方式
下文参考附图通过优选实施例对本发明进行详细描述。
(第一优选实施例)
附图1所示为第一实施例的补充电源系统的结构视图，该附图说明了本发明应用于其中的车辆补充电源系统。
三个DC/DC转换器5至7转换来自由燃料电池等构成的主电源17的电功率的电压。DC/DC转换器5至7并联连接，并且每个DC/DC转换器5至7的输出电功率通过每个熔断器F/L2至F/L4输送给辅助电池1。
将操作指令输出给每个DC/DC转换器的控制单元C/U8连接到DC/DC转换器5至7，通过该DC/DC转换器5至7根据操作指令转换来自主电源的电功率。
继电器9和10自辅助电池1并联连接。连接这些继电器以通过控制单元C/U8的指令将电功率继续输送给辅助负载11和12。通过DC/DC转换器5至7转换的电功率用于对辅助电池进行充电，并用作操作辅助负载的电源。
点火开关IGN18通过驱动器将点火钥匙的操作转换为信号。
在此，描述在具有类似于附图2A的状态的DC/DC转换器5至7的单个输出的电压-电流特性时DC/DC转换器的操作。
在三个DC/DC转换器5至7同时操作时，如果总负载在50A内则仅通过DC/DC 5转换电压。
如果总负载在从50A至100A的范围内，则DC/DC 5在50A下继续它的电压转换，而DC/DC 6转换在0A至50A范围内的电压。
如果总的负载在100A至150A的范围内，则DC/DC 5和DC/DC6在50A上继续电压转换，而DC/DC 7转换在0A至50A的范围内的电压。
接着，描述在具有类似于附图2B的状态的DC/DC转换器5至7的单个输出的电压-电流特性时DC/DC转换器的操作。
在DC/DC转换器5至7同时操作时，如果总负载在25A内则仅通过DC/DC 5转换电压(仅操作DC/DC 5的电压)。
如果总的负载在从25A至75A的范围内(在该范围中，操作DC/DC 5和DC/DC 6的相应的电压)，DC/DC 5转换在25A至50A的范围内的电压，而DC/DC6转换在0A至25A的范围内的电压。
如果总的负载在75A至100A的范围内，则DC/DC 5继续它的电压转换，而DC/DC 6转换在25至50A的范围内的电压。
如果总的负载在100A至150A的范围内，则DC/DC 5和DC/DC 6继续它的电压转换，而DC/DC 7转换在0至50A的范围内的电压。
因此，通过总是并联连接DC/DC转换器5至7并同时使用它们，具有高转换电压的DC/DC转换器5总是执行电压转换。因此，DC/DC转换器5的使用频率(即操作时间)变高，因此使DC/DC转换器5比DC/DC转换器6和7更早地达到它的寿命。
因此，根据本实施例，根据负载使用的电功率量，基于预定启动顺序一个接一个地依次启动DC/DC转换器5至7，并根据调节顺序改变启动顺序，因此分散了DC/DC转换器5至7的使用频率。
在下文中描述与启动相关的控制操作。
作为预定的启动顺序，提供如下的三种模式：
模式1＝DC/DC 5→DC/DC 6→DC/DC 7
模式2＝DC/DC 6→DC/DC 7→DC/DC 5
模式3＝DC/DC 7→DC/DC 5→DC/DC 6
针对点火开关(IGN)每次从OFF(关断)改变到ON(接通)，即针对车辆点火钥匙的每次接通(IGN ON)，以1→2→3→1的方式改变该模式。
附图3所示为在控制单元C/U 8上实施主要控制的概要的流程图。
在步骤S1中，确定这个过程是否是在IGN ON之后的第一次处理。如果它是第一次处理，则在步骤S2至S5中设置启动顺序。在步骤S2中，确定模式1至3中的哪个是属于先前的启动顺序的模式。根据该模式，处理进行到步骤S3至S5，并确定启动顺序的当前模式。在步骤S6中，检测辅助负载11和12的负载状态(即需要的电功率)。在步骤S7中，根据辅助负载11和12的负载状态决定要操作的DC/DC转换器的数量。此外，根据启动顺序的设定模式启动DC/DC转换器。
辅助负载11和12的操作可以通过控制单元C/U8控制。因此，辅助负载11和12的电功率消耗存储在C/U8中，并且根据辅助负载11和12的操作状态(即，电功率的使用状态)改变要操作的DC/DC转换器的数量。在DC/DC转换器停止时，以与启动时间的顺序相反的顺序停止它们。
在第一实施例中，对于每次IGN ON都改变启动顺序。但是，改变并不限于这些，可以每几次IGN ON改变顺序，等。
(第二优选实施例)
附图4所示为第二实施例的结构。在此仅描述与第一实施例不同的部分，省去了对相同部分的描述。
除了第一实施例的结构，在辅助电池1中还提供电压检测装置13。
在该实施例中，根据每个DC/DC转换器的电压-电流特性的电压特性的关系(在输出相同的电流时输出电压的幅值关系)设置预定的启动顺序。
附图5简要说明控制的流程图。在控制中，仅在IGN ON是第一次(在车辆制造之后的第一次)并处于特定模式(处于维修/检查)时实施启动顺序的设置。
在步骤S21，确定IGN ON是否是第一次(在车辆制造之后的第一次)。此外，在步骤S22中，确定该过程是否处于特定模式(处于维修/检查)。
在步骤S23中，如果步骤S21或S22为YES，则停止辅助负载11和12。
在步骤S24中，给DC/DC转换器5执行启动指令。通过电压检测装置13检测这时辅助电池1的电压，并将该电压输送给C/U8。然后，在固定周期(大约1秒)之后启动DC/DC转换器6。通过电压检测装置13检测这时辅助电池1的电压，并将该电压输送给C/U8。然后，在固定周期(大约1秒)之后启动DC/DC转换器7。通过电压检测装置13检测这时辅助电池1的电压，并将该电压输送给C/U8。
在步骤S25中，基于在步骤S24中检测的电压变化，获取在DC/DC转换器5至7中的电压特性(即转换电压)的幅值关系。在此，通过电压检测装置13所检测的电压变为在正操作中的多个DC/DC转换器中具有最高电压特性的DC/DC转换器的电压。因此，在幅值关系的电压特性类似于附图2A和2B的电压特性的情况下，在该步骤中确定V5＞V6并且V5＞V7，同时V6和V7之间的关系不清楚(V5，V6和V7分别表示在DC/DC转换器5，6和7中的输出电压，在下文都一直这样表示)。
在步骤S26中，从C/U8到DC/DC转换器5至7执行停止指令。
在步骤S27中，首先，从C/U8到DC/DC转换器6执行启动指令。通过电压检测装置13检测这时辅助电池1的电压，并将该电压输送给C/U8。然后，在固定周期(大约1秒)之后启动DC/DC转换器7。通过电压检测装置13检测这时辅助电池1的电压，并将该电压输送给C/U8。然后，在固定周期(大约1秒)之后启动DC/DC转换器5。通过电压检测装置13检测这时辅助电池1的电压，并将该电压输送给C/U8。
在步骤S28中，基于在步骤S27中检测的电压变化，获取在DC/DC转换器5至7中的电压特性(即转换电压)的幅值关系。(V6＞V7，V5＞V7和V5＞V6)
在步骤S29中，从C/U8到DC/DC转换器5至7再次执行停止指令。
在步骤S30中，首先，从C/U 8到DC/DC转换器7执行启动指令。通过电压检测装置13检测这时辅助电池1的电压，并将该电压输送给C/U8。然后，在固定周期(大约1秒)之后启动DC/DC转换器5。通过电压检测装置13检测这时辅助电池1的电压，并将该电压输送给C/U8。然后，在固定周期(大约1秒)之后启动DC/DC转换器6。通过电压检测装置13检测这时辅助电池1的电压，并将该电压输送给C/U8。
在步骤S31中，基于在步骤S30中检测的电压变化，获取在DC/DC转换器5至7中的电压特性(即转换电压)的幅值关系。(V5＞V7和V5＞V6，但在V6和V7之间的幅值关系不清楚)
顺便指出，附图6所示为在步骤S24至S30中在DC/DC转换器的操作和电压变化之间的关系。
在步骤S32中，基于步骤S25、S28和S31的结果，获取在三个DC/DC转换器5至7中的电压特性的幅值关系(在本实例中V5＞V6＞V7)。然后，以较小的电压特性的顺序设置在正常启动时间之后的启动顺序(在本实例中DC/DC 7→DC/DC 6→DC/DC 5)。
步骤S33和S34类似于第一实施例的步骤S6和S7。
因此，具有较小的电压特性的DC/DC转换器的使用频率在启动时较高。但是，在负载变大时，多个DC/DC转换器操作，因此具有较小电压特性的DC/DC转换器的负载变小，因此消除了使用频率的偏差。因此，也消除了在转换器中的寿命偏差，由此延长了补充电源系统的寿命。
在第二实施例中，在DC/DC转换器安装到车辆上之后测量它们的电压特性。但是，测量并不限于这些。例如，也可以在DC/DC转换器安装在车辆之前测量它们的电压特性，然后基于电压特性的幅值关系将启动顺序事先存储在C/U 8中。在这种情况下，可以简化上文描述的步骤S21至S32。
(第三优选实施例)
附图7所示为第三实施例的结构。在此仅描述与第一和第二实施例不同的部分，并省去了对相同部分的描述。
除了第一实施例的结构，在DC/DC转换器5至7中分别提供电流检测装置14至16。
在该实施例中，根据每个DC/DC转换器的电压-电流特性的电流特性的关系(在输出相同的电压时输出电流之间的幅值关系)设置预定的启动顺序。
附图8简要说明控制的流程图。
在控制中，如第二实施例的情况一样，仅在第一次IGN ON(在车辆制造之后的第一次)并处于特定模式(处于维修/检查)时实施启动顺序的设置。
步骤S41至S43类似于第二实施例的步骤S21至S23。
在步骤S44中，首先给DC/DC转换器5执行启动指令。通过电流检测装置14检测这时DC/DC转换器5的电流，并将该电流输送给C/U 8。然后，在固定周期(大约1秒)之后启动DC/DC转换器6。通过电流检测装置15检测这时DC/DC转换器6的电流，并将该电流输送给C/U 8。然后，在固定周期(大约1秒)之后启动DC/DC转换器7。通过电流检测装置16检测这时DC/DC转换器7的电流，并将该电流输送给C/U 8。
在步骤S45中，基于在步骤S44中检测的电流变化，获取在DC/DC转换器5至7中的电流特性(在相同电压的电流幅值)的幅值关系。
如上文所述，如果负载较低，电流仅流到具有较大的电流特性的DC/DC转换器。因此，在幅值关系的电流特性类似于附图2A和2B的电流特性的情况下，在这步骤S45中显示I5＞I6并且I5＞I7，而在I6和I7之间的幅值关系不清楚(I5，I6和I7分别表示在DC/DC转换器5，6和7中的电流。在下文都一直这样表示)。
在步骤S46中，从C/U8到DC/DC转换器5至7执行停止指令。
在步骤S47中，首先从C/U8给DC/DC转换器6执行启动指令。通过电流检测装置15检测这时DC/DC转换器6的电流，并将该电流输送给C/U 8。然后，在固定周期(大约1秒)之后启动DC/DC转换器7。通过电流检测装置16检测这时DC/DC转换器7的电流，并将该电流输送给C/U 8。然后，在固定周期(大约1秒)之后启动DC/DC转换器5。通过电流检测装置14检测这时DC/DC转换器5的电流，并将该电流输送给C/U8。
在步骤S48中，基于在步骤S47中检测的电流变化，获得在DC/DC转换器5至7中的电流特性的幅值关系。(I6＞I7，I5＞I7和I5＞I6)。
在步骤S49中，从C/U8到DC/DC转换器5至7再次执行停止指令。
在步骤S50中，首先从C/U8给DC/DC转换器7执行启动指令。通过电流检测装置16检测这时DC/DC转换器7的电流，并将该电流输送给C/U 8。然后，在固定周期(大约1秒)之后启动DC/DC转换器5。通过电流检测装置14检测这时DC/DC转换器5的电流，并将该电流输送给C/U 8。然后，在固定周期(大约1秒)之后启动DC/DC转换器6。通过电流检测装置15检测这时DC/DC转换器6的电流，并将该电流输送给C/U 8。
在步骤S51中，基于在步骤S50中检测的电流变化，获取在DC/DC转换器5至7中的电流特性的幅值关系。(I5＞I7和I5＞I6，但在I6和I7之间的幅值关系不清楚)。
附图9所示为在步骤S44至S50中在DC/DC转换器的操作和电流变化之间的关系。
在步骤S52中，基于步骤S25、S28和S31的结果，获得在三个DC/DC转换器5至7中的电流特性的幅值关系(在本实例中I5＞I6＞I7)。然后，以较小的电流特性的顺序设置在正常启动时间之后的启动顺序(在本实例中DC/DC 7→DC/DC 6→DC/DC 5)。
步骤S53和S54分别类似于第一实施例的步骤S6和S7。
因此，具有较小的电流特性的DC/DC转换器的使用频率在启动时较高。但是，在负载变大并且多个DC/DC转换器操作时，具有较小电流特性的DC/DC转换器的负载变小，因此消除了使用频率的偏差。
在第三实施例中，在DC/DC转换器安装到车辆上之后测量它们的电流特性。但是，测量并不限于这些。例如，也可以在DC/DC转换器安装在车辆之前测量它们的电流特性，然后基于电流特性的幅值关系将启动顺序事先存储在C/U 8中。在这种情况下，可以简化步骤S41至S52。
(第四优选实施例)
第四实施例的硬件结构类似于第三实施例的硬件结构。因此在此省去了对与前述的实施例相同部分的描述。
在本实施例中，基于DC/DC转换器的累积负载改变预定的启动顺序。
附图10简要说明控制的流程图。
在步骤S70中，通过步骤S70确定这次处理是否是在IGN ON之后的第一次处理。如果它是第一次处理，则在步骤S71中，确定IGN ON是否是第一次(在车辆制造之后)。如果它是第一次处理，则在步骤S72中，启动顺序设定为DC5→DC/DC 6→DC/DC 7。在此，这个顺序没有特殊意义，并且可以设定任选顺序。
步骤S73和S74类似于第一实施例的步骤S6和S7。即，根据辅助负载11和12的负载状态(即所需的电功率)决定要操作的DC/DC转换器的数量。此外，根据启动顺序的设定模式启动DC/DC转换器。
在步骤S75中，分别通过电流检测装置14至16检测在DC/DC转换器5至7的操作中的电流，并将该电流输送给C/U 8。在C/U 8中，计算并存储每个输入电流的累积值(即累积电流)。这个累积电流对应于每个DC转换器的累积负载。在IGN OFF之后累积电流也存储在C/U 8中。在下一次IGN ON中，处理从步骤S71和S76继续。
在步骤S76中，相应的DC/DC转换器的存储的累积电流彼此进行比较，由此根据这时较小的累积电流的顺序设定了启动顺序。
因此，每个DC/DC转换器的使用频率可以一致。
本发明涉及包含在日本专利申请No.2001-305980(2001年10月2日申请)中的主题，以引用参考的方式将该申请公开的全部内容并入在本申请中。
虽然通过具体术语已经描述了本发明的优选实施例，但是这种说明书仅是用于说明的目的。应该理解的是本发明并不限于优选实施例或结构。相反，本发明希望包含各种修改和等效结构。此外，虽然以实例性的各种组合和结构示出了优选实施例的各种元件，但是包括更多、更少或单个元件的其它组合和结构也都落在下述的权利要求界定的本发明的精神和范围内。
工业实用性
如上文所述，根据本发明，组合通过负载使用的电功率量，并通过预定的启动顺序启动DC/DC转换器。因此，设定启动顺序以防止负载的集中，由此分散了多个DC/DC转换器的负载。因此，可以延长系统的寿命而不缩短任何转换器的寿命。

Claims (6)

1.一种给负载输送电功率的补充电源系统，该补充电源系统包括：
主电源；
转换来自所述主电源的电功率并输出电功率的多个DC/DC转换器；以及
用于充入由所述多个DC/DC转换器转换后的电功率的辅助电池，
其中，所述多个DC/DC转换器并联连接，并根据负载所使用的电功率量确定要启动的DC/DC转换器的数量，以及基于预定的启动顺序依次启动所确定的数量的DC/DC转换器；
并且，所述预定的启动顺序是基于在所述补充电源系统第一次被接通时和/或在所述补充电源系统的控制过程的特定模式下对各所述多个DC/DC转换器的特性进行检测的检测结果而设置的。
2.根据权利要求1所述的补充电源系统，
其中所述特定模式为处于维修或检查状态。
3.根据权利要求1所述的补充电源系统，
其中所述特性为每个DC/DC转换器的电压-电流特性。
4.根据权利要求3所述的补充电源系统，
其中所述特性为每个DC/DC转换器的电压特性。
5.根据权利要求3所述的补充电源系统，
其中所述特性为每个DC/DC转换器的电流特性。
6.根据权利要求1所述的补充电源系统，
其中所述特性为每个DC/DC转换器的累积负载。
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