CN101544196A - 双电池车辆电气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及双电池车辆电气系统。提供一种用于具有发动机的车辆的双电池电气系统。该系统包括主要负载和次要负载，且在发动机运行的开状态、发动机不运行的关状态、主要负载需要电能以起动发动机的起动状态、及发动机不运行的暂停状态之间可切换。该系统还包括设置为驱动主要负载的第一电池，设置为驱动次要负载的第二电池，可闭合以将第一电池连接到第二电池以便两个电池可以向两种负载提供电能的电池开关，其中通过用户操作的机构切换进和切换出关状态，通过独立于用户的机构切换进、切换出或切换进且切换出暂停状态，该系统还包括设置为当该系统进入暂停状态、离开暂停状态或进入且离开暂停状态时控制电池开关的操作的控制器。

Description

双电池车辆电气系统
技术领域
本发明涉及用于车辆的双电池电气系统。
背景技术
在当今的车辆中，大量的电气负载需要车辆的一个或多个电池驱动。这些负载通常包括用来转动起动发动机的起动机马达，及可以包括其操作主要用于起动车辆的其他系统，如安全系统和发动机管理系统。当车辆点火关闭时，很明显不期望通过驱动其他负载，如广播、灯、电话充电器或车内娱乐系统耗尽一个或多个电池，以致当车辆需要起动时，电池没有足够的电能驱动起动机机构。为避免这种情形，已知具有一种双电池系统，在这种双电池系统中使用两个电池来起动车辆，电池中的一个专用于起动机机构。专用的起动机电池在使用之后关闭以便一旦车辆起动就不再使用。因此只专用于起动机机构的电池的电能在行驶时不可用来驱动任何其他的负载。
大多数所知的车辆具有形式为点火钥匙的点火开关，该点火开关可由用户操作并设置为允许用户在关状态(在关状态中发动机关闭，所有其他车辆系统也关闭)、开状态(在开状态中发动机运行且车辆系统开启)及起动状态(例如，当转动点火钥匙转动起动发动机以向起动机马达提供电能时)之间切换车辆系统。一些新型车辆还可以在暂停状态操作。开发出暂停状态以提供更高燃料效率的车辆系统。暂停状态通常操作是由于车辆控制器检测到车辆已静止(例如停止在交通灯处)，作为响应，关闭车辆发动机直到驾驶员希望再次移动车辆。在一些这样的车辆中，在车辆系统进入暂停状态之前必须满足一定的预定条件，例如离合器需要抬起(raised)和挡位机构必须为空挡。在进入暂停状态之前，在车辆处于静止时还要求经过预定时期。在任何情况下，因为在暂停状态中发动机不运行，可以减少车辆排放，如二氧化碳排放以提供每行程效率更高的系统。
在暂停状态中，虽然发动机不运行，但是一些车辆系统可以继续运行。这些车辆系统在关状态中通常不运行。因此相对于关状态在暂停状态中有一些额外的电能消耗。在暂停状态和关状态之间的另一个区别是通常需要用户(驾驶员)操作点火钥匙(或其他等同机构)以从关状态移动到开状态或从开状态移动到关状态。当移动到或移动出暂停状态时没有这种情况，而是车辆控制器(或其他等同机构)通常基于上述预定因素进行决定是否进入暂停状态或离开暂停状态。该决定是自动的且不需要用户输入(例如钥匙的转动等)。
发明内容
本发明提供一种用于具有发动机的车辆的双电池电气系统，所述系统包括主要负载和次要负载，且在所述发动机运行的开状态、所述发动机不运行的关状态、所述主要负载需要电能以起动所述发动机的起动状态及所述发动机不运行的暂停状态之间可切换，所述系统包括设置为驱动所述主要负载的第一电池、设置为驱动所述次要负载的第二电池、可闭合以使所述第一电池连接到所述第二电池以便两个电池可以向两种负载提供电能的电池开关，其中通过用户操作的机构切换进和切换出所述关状态，通过独立于用户的机构切换进、切换出或切换进且切换出所述暂停状态，所述系统还包括设置为当所述系统进入所述暂停状态，离开所述暂停状态、或进入且离开所述暂停状态时控制所述电池开关的操作的控制器。
在用于具有暂停状态的车辆的双电池系统中，当进入、离开或进入且离开暂停状态时，使用控制器提供电池开关控制具有许多优点。在这些优点之中，电池可以有效用于其具体预定用途。当发动机转动起动和起动时，车辆电气系统(例如广播、空调系统、鼓风机等)预期出现电压暂降(或电能减少)。驾驶员也预期如此。因此，例如当发动机起动时，广播停止且不能收听或暂时不运行。也预期如此。然而驾驶员不希望在交通灯处等待之后离开时发生相同现象。因此，在具有暂停状态的车辆中，当发动机从暂停状态重新起动到开状态时，不希望出现上述电压暂降，而当从关状态移动到开状态时，并非特别不预期出现电压暂降。当移动到或移动出暂停状态时，本发明的控制器允许控制电池使用。
本发明还提供监测第一电池的健康状态的第一监测器，其中控制器设置为接收和考虑来自第一监测器的电池健康状态信息以控制电池开关的操作。电池健康状态信息可以包括电池的电压信息。本发明还提供监测第二电池的健康状态的第二监测器，其中控制器设置为接收和考虑来自第二监测器的电池健康状态信息以控制电池开关的操作。有利地，在进入或离开暂停状态之前，使用这样的电池健康状态信息用于确定是否闭合或断开电池开关，允许控制器考虑不同的优先次序(例如尽可能保持第一电池处于良好的健康状态以便使没有足够的电能起动发动机的可能性最小化，或尽可能保持第二电池处于较高的健康状态以便使没有足够的电能提供全部的用户负载，如广播或娱乐系统的可能性最小化)做出决定。或者优先次序可以保持在两个电池之间的预定的健康状态的平衡。
主要负载可以是起动机马达、安全系统、加燃料系统、或控制通向车辆或车辆的起动的任何系统。
当主要负载是起动机马达时，起动状态可以是发动机转动起动状态，在发动机转动起动状态中发动机通过起动机马达转动起动。或者，当主要负载是主要用于起动车辆的另一个负载，如车辆安全系统、加燃料系统、或发动机管理系统时，起动状态可以不包括转动起动发动机。
参考附图通过示例描述本发明的实施例。
附图说明
图1是根据本发明的双电池系统的示意图；及
图2是示出本发明的不同示例中的可能的车辆系统状态的图表。
具体实施方式
现参考图1，用于车辆发动机的双电池电气系统2包括用于驱动主要负载8的第一电池4和用于驱动次要负载10的第二电池6。电池4、6电气连接到其相应的负载8、10。主要负载8主要用于起动车辆且包括加燃料系统、发动机管理控制器及安全系统。次要负载10包括灯(车内和车外)、DVD播放器、车内娱乐系统和移动电话充电器。电气系统因此有效地分成包括第一电池4和主要负载8的主要回路和包括第二电池6和次要负载10的次要回路。
开关12连接在第一电池4和第二电池6的正极之间。电池系统控制器14设置为控制开关12的操作。提供通过钥匙操作的点火开关(未示出)用于控制车辆点火系统且连接到电池系统控制器14。系统2还包括连接到次要回路的多个用户连接点16和连接到第一电池4的正极且设置为给电池4、6充电的发电机18，如下文进一步描述。
用户连接点16设置为驱动用户在购买车辆之后增加的负载。例如，许多用户通过增加或调整电气负载，如照明负载、娱乐系统、额外的用电点(power point)、嵌入式冰箱等改变车辆。
第一电池4和第二电池6的负极连接到共同的电气接地。点火开关由用户通过钥匙操作，钥匙由车辆的用户手动操作以起动发动机。点火开关可以处于对应于开状态、关状态、及起动状态的三个已知的位置中的一个，当用户需要将系统从关状态转到开状态并起动车辆发动机时使用起动状态。
系统2还包括起动机马达20，起动机马达20电气连接到第一电池4，当车辆处于起动状态且要求进入开状态时，要求驱动起动机马达20。
系统2还包括电气连接到第一电池4且设置为监测第一电池4的健康状态(例如电压)的第一电池健康状态监测器22。第一电池健康状态监测器22设置为与控制器14通信以向控制器14提供关于第一电池的健康状态信息。提供类似的第二电池健康状态监测器24与第二电池6电气连接以监测第二电池6的健康状态，且向控制器14提供关于第二电池6的健康状态信息。
在其他的实施例中可以没有电池健康状态监测器。在又一个实施例中可以在电池健康状态监测器和电池之间提供任何其他合适的连接。
现参考图2，根据本发明可能具有多个不同的车辆系统操作模式。当进入或离开暂停状态时，不同的操作模式A、B、C提供不同的切换事件。在大多数车辆上具有三个钥匙位置：
在钥匙位置0车辆完全关闭且发动机不运行。
钥匙位置1，如图2所示为“附件”操作模式，因为发动机关闭，但车辆附件(即次要负载例如广播)可以操作。
钥匙位置2，在该钥匙位置车辆处于开状态或处于暂停状态。驾驶员正在驾驶，及当继续驾驶时不期望需要转动钥匙。
钥匙位置3，这是转动起动模式，该模式用来开始将车辆转到开状态。
在图2中所示的示例操作模式A、B、C中可以看出，在关状态中开关12设置为通过控制器14断开。这导致用于主要负载(需要该主要负载以起动车辆)的电能在车辆处于关状态时保存在第一电池4中。例如，在钥匙位置1，若广播开启，广播只消耗来自第二电池6的电能，而不消耗来自第一电池4的电能，以便若第二电池6通过长时间使用广播变弱时，车辆仍能够起动，因为第一电池仍处于良好的健康状态。因此当进行到关状态时(例如从开状态)，开关12断开。在一些实施例中，开关12在断开之前可以保持闭合预定的时间或当第一电池4的健康状态高于预定阈值水平时保持闭合。
对于钥匙位置3，在转动起动中，在图2中所示的所有示例中控制器14设置为闭合开关12，因为来自第一电池4和第二电池6的电能可以结合以辅助车辆的起动以确保获得成功的起动。
在其他的实施例中可以提供其他的优先次序，控制器14可以设置为根据这些不同的优先次序断开或闭合开关12，例如，在钥匙位置1，通过控制器14闭合开关12以便若优先使更多的电能可用于次要负载，则第二电池6消耗尽且不可用来驱动次要负载的可能性较小。在又一个示例中，控制器14设置为在钥匙位置1闭合开关12直到第一电池健康状态监测器22提供第一电池4的健康状态已低于特定阈值的信息。一旦第一电池4的健康状态低于该阈值，控制器14可以设置为断开开关12以在第一电池4中保持一定量的健康状态，以确保在起动车辆之前有足够的电能可用于主要负载8和起动机马达20。
此外在图2中所示的三个操作模式A、B、C中，当发动机处于关状态准备起动发动机时，控制器14设置为在钥匙位置2闭合开关12。若发动机在两分钟内不起动，则控制器14设置为重新断开开关12以便使第一电池4耗尽电能且不能保留足够的电能驱动起动机构的风险最小化。在其他的实施例中该两分钟时期可以是任何其他合适的时期，例如一分半钟、五分钟、一个小时或三十秒。该时期取决于电池的一个或两个的健康状态。
在钥匙位置2，当系统处于开状态时，控制器14设置为闭合开关12以便发电机18产生电能(通过车辆的移动)并给第一电池4和第二电池6两者充电。在其他的实施例中控制器14设置为在处于钥匙位置2预定时间之后或在第一电池4的健康状态大于预定阈值水平(以确保第一电池在第二电池充电之前重新充电到预定水平)之后闭合开关12。
当系统2从开状态移到暂停状态时，在模式A和模式B控制器14设置为保持开关12闭合。在模式C中，控制器14设置为断开开关。有利地，在模式C中，第一电池4不用来驱动当车辆处于暂停状态中时可能运行的次要负载。因此当车辆处于暂停状态中时第一电池4不会消耗任何较大电能，且使第一电池4消耗过多电能以致起动机构不能成功操作的可能性最小化。在模式A和模式B中，若第二电池6太弱以致不能驱动运行的次要负载，则相对于模式C闭合开关12提供增强的次要负载的性能。在正常的操作模式A、B、C中，控制器14不考虑电池4、6的健康状态。然而在一些实施例中控制器14可以考虑来自第一电池健康状态监测器22、第二电池健康状态监测器24或第一电池健康状态监测器22和第二电池健康状态监测器24两者的电池健康状态信息。例如，在模式B中当从开状态移动到暂停状态时，若确定闭合开关12将使第一电池4的健康状态低于预定阈值水平(例如指示随后的起动机构将不成功的阈值水平)，控制器14可以不闭合开关12。在另一个示例中，在模式C中，若判断第二电池6的健康状态太弱以致不能自身驱动次要负载，且第一电池4的健康状态指示其健康状态足以在车辆处于暂停状态时有助于驱动次要负载，并具有充足的电能以在随后的起动操作中驱动主要负载时，控制器14可以不断开开关12。
在模式A中，当系统从暂停状态移到开状态时，控制器14设置为闭合开关12。在模式B和C中，当系统从暂停状态移动到开状态时，控制器14设置断开开关12。有利地，在模式B和模式C中，第一电池4的电能不在发动机重新起动时驱动次要负载。
在一些实施例中，控制器14继续考虑第一电池4和第二电池6的健康状态且动态地断开和闭合开关以满足预定的优先次序。例如，在一个实施例中，可以配置最高优先次序为保持第一电池4处于较高健康状态以便从不影响起动操作。在这样的示例中，较低的优先次序可以为提供第二电池6的良好的健康状态以提供用于次要负载的操作的足够的电能。在这样的系统中，若例如主要优先次序为保持特定的电池高于绝对的健康状态极限(例如预定电压)，则随着电池4、6每个的健康状态上升高于或下降低于特定阈值(可能相对于其他电池，或可能处于绝对意义)，控制器14断开和闭合开关12。
在一些实施例中没有电池健康状态监测器，控制器14设置为当系统从一个状态移动到另一个状态时以预定的开/关操作控制开关12的操作。
可以对本发明进行各种修改而不脱离其范围。例如，第一电池和第二电池可以驱动许多不同类型的负载。例如，主要负载可以包括燃料系统负载、防盗装置和其他所知的低能负载。次要负载可以包括广播、雾灯、饮料冷却器和任何其他所知的类似负载。在设置中可以提供两个以上电池，只要当车辆发动机关闭时保留一个电池用于起动机负载且不会明显耗尽。
在一些实施例中仅提供用于第一电池的电池健康状态监测器。在其他的实施例中仅提供用于第二电池的电池健康状态监测器。在其他的实施例中仅提供一个电池健康状态监测器监测两个电池的健康状态。
本发明对于具有暂停状态而没有用于操作电池开关的控制机构的车辆是有利的，在一些示例中，第一电池的健康状态不允许低于预定阈值以便电能总是可用于重新进入其中发动机运行的开状态。
在一些实施例中，推断每个电池或两个电池的健康状态，而不直接测量。例如这可以通过估计车辆运行时的发电机的电流实现。可以提供电池健康状态监测器用于电池中的一个，同时推断另一个电池的健康状态。还可以通过测量相关一个电池或多个电池的电压推断出电池健康状态。任何标准的电池健康状态监测技术可以单独使用或可以结合上述任何技术或任何其他所知的技术使用。

Claims (18)

1.一种用于具有发动机的车辆的双电池电气系统，所述系统包括主要负载和次要负载，且在所述发动机运行的开状态、所述发动机不运行的关状态、所述主要负载需要电能以起动所述发动机的起动状态及所述发动机不运行的暂停状态之间可切换，所述系统包括设置为驱动所述主要负载的第一电池、设置为驱动所述次要负载的第二电池、可闭合以使所述第一电池连接到所述第二电池以便两个电池可以向两种负载提供电能的电池开关，其中通过用户操作的机构切换进和切换出所述关状态，通过独立于用户的机构切换进、切换出或切换进且切换出所述暂停状态，所述系统还包括设置为当所述系统进入所述暂停状态，离开所述暂停状态、或进入且离开所述暂停状态时控制所述电池开关的操作的控制器。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，包括监测所述第一电池的健康状态的第一监测器，所述控制器设置为接收和考虑来自所述第一监测器的电池健康状态信息以控制所述电池开关的操作。
3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，包括监测所述第二电池的健康状态的第二监测器，所述控制器设置为接收和考虑来自所述第二监测器的电池健康状态信息以控制所述电池开关的操作。
4.如上述权利要求中的任意一项所述的系统，其特征在于，所述控制器设置为当所述系统离开所述暂停状态且进入所述开状态时断开所述电池开关。
5.如权利要求1至3中的任意一项所述的系统，其特征在于，所述控制器设置为当所述系统离开所述暂停状态且进入所述开状态时闭合所述电池开关。
6.如上述权利要求中的任意一项所述的系统，其特征在于，所述控制器设置为当所述系统离开所述开状态且进入所述暂停状态时断开所述电池开关。
7.如权利要求1至5中的任意一项所述的系统，其特征在于，所述控制器设置为当所述系统离开所述开状态且进入所述暂停状态时闭合所述电池开关。
8.如权利要求2至7中的任意一项所述的系统，其特征在于，所述控制器设置为根据相关于所述电池或每个电池的健康状态的优先次序控制所述电池开关的操作。
9.如上述权利要求中的任意一项所述的系统，其特征在于，包括设置为当所述系统处于所述开状态时给所述第一电池和第二电池充电的发电机。
10.如上述权利要求中的任意一项所述的系统，其特征在于，所述主要负载包括设置为当所述系统处于所述起动状态时受驱动以起动所述车辆的起动机马达。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述控制器设置为在开始所述起动机马达的操作之前闭合所述电池开关，断开所述电池开关或确定是否应断开或闭合所述电池开关。
12.如上述权利要求中的任意一项所述的系统，其特征在于，所述用户操作的机构包括与所述控制器通信以在所述开状态、关状态、及起动状态之间切换所述系统的用户操作的点火开关。
13.如上述权利要求中的任意一项所述的系统，其特征在于，所述第一电池连接到所述主要负载以形成主要回路，所述第二电池连接到所述次要负载以形成次要回路，以便断开所述电池开关使所述回路彼此电气分离。
14.如上述权利要求中的任意一项所述的系统，所述主要负载包括发动机管理控制器、安全负载及加燃料系统中的任何一个或多个。
15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，在所述暂停状态中所述主要负载中的任何一个或多个保持运行。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，在所述暂停状态中比在所述关状态中有更多的所述主要负载保持运行。
17.如上述权利要求中的任意一项所述的系统，其特征在于，所述主要负载包括低消耗负载以便当所述系统处于所述起动状态时所述第一电池保留足够的电能以驱动所述主要负载。
18.如上述权利要求中的任意一项所述的系统，其特征在于，所述次要负载包括车内灯、广播、车外灯、用户负载连接点、打火机、移动电话充电器、尾灯、DVD播放器、车内娱乐系统、饮料冷却器及其他附件中的一个或多个。
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