CN102017355A - 机动车的多电池系统 - Google Patents

Abstract

机动车的电气系统包括第一(54)和第二(56)电池组。第一电池组通常向车辆电气负载供电而第二电池组用来向内燃机起动系统(64、66)供电。连接车辆的内燃机驱动发电机(28)以对第一电池组再充电。通过充电器(60)实现第二电池组的再充电，连接该充电器以从第一电池组汲取电力并将电力转移至第二电池组。

Description

机动车的多电池系统

关联申请的引用

本申请要求2008年4月21日提交的美国临时申请No.61/046509的优先权。

技术领域

该技术领域涉及机动车电气系统，更具体地，涉及各电池功能隔离的多电池系统。

背景技术

在正常操作中，柴油机的电起动电动机在短暂的周期内间歇地汲取大量的电力。设计成满足这些电起动电动机相对短暂的高电力汲取特征的铅酸电池不表现出良好深度和高的循环特征。这种“起动器”或“高输出”电池的重复深度放电可大为缩短电池的使用寿命。如果电池保持完全充电并避免电池的高循环和深度放电，则起动器电池持续显著更长的时间。

当内燃机停运时，为内燃机的曲柄冷起动供电并非是出现在车辆上的仅有的电力要求。在当车辆内燃机不运转且没有交流发电机为通信设备、无线电、照明、微波炉、电视机、计算机等供电时，用于长距离运输并配有睡铺的卡车可依赖提供电力的电池。已使用分离式或“双”电池系统，其中在车辆上安装多个电池，这些电池中的一些电池预留用于起动车辆而其它电池用于在内燃机不运转时向电负载供电。加拿大专利申请No.2538646给出卡车的一种代表性分离式电池系统。它暗示在起动器电池和用在更长时间、相对稳定负载中的深度放电的高/深度循环电池容限之间，电池类型存在差异。

关联于商用机动车驾驶员的当代守则规定驾驶员要在睡铺上花费至少连续8小时，加上连续的2小时要么在睡铺、不当班，要么是处于前面两者的结合。这不同于使用睡铺的驾驶员有10小时不当班的原体制，但能将睡铺时间分成两个时段，这两个时段中的任一时段均不小于2小时。当内燃机不运转且车辆电池深度放电时，长睡铺时间和可接入性越来越高的DC电力附件已明显导致车辆电负载的增加。还有证据显示，卡车较短时期的运转具有随即产生的起动器电池完全再充电能力的减弱。这些因素成为没有对电池完全充电以及电池上的高寄生负载的原因，将电池推入高循环和深度放电状态并因此缩短电池寿命。

发明内容

一种机动车的电力系统包括第一和第二电池组。第一电池组通常向车辆电气负载供电，而第二电池组用于内燃机起动器系统。连接车辆的内燃机驱动的交流发电机以对第一电池组再充电并当内燃机运转时满足车辆电力需求。第二电池组的再充电是由充电器实现的，连接该充电器以从第一电池组汲取电力，并将电力传输至第二电池组，不管交流发电机电力是否可用。

附图说明

图1是车辆和车辆电气系统的元件的方框示意图。

图2是车辆电气系统的分离式电池配置和充电系统的电路图。

图3是车辆电气系统的分离式电池配置和充电系统的电路图。

具体实施方式

在下面的详细说明中，相同附图标记和符号可用来表示不同附图中相似、相应或相近的部件。此外，可给出示例性尺寸/模型/值/范围。在电路图中，为描述方便可省去公知的电力连接和接地连接以及类似的公知元件。

附图的图1示出机动车10。底盘12支承内燃机14，该内燃机14通过传动系统16和驱动轴26连接于后端差动齿轮27。轮18、20、22、24位于底盘12的四个角落以通过悬挂系统(未示出)为底盘12提供支承。后轮22、24接受来自差动齿轮27的用于推动车辆10的转矩。这些部件是传统的并旨在解说机动车系统的环境。

机动车10通常配有传统的12伏直流(DC)发电机28，由来自内燃机14的前内燃机附属驱动(FEAD)带28驱动该发电机28。发电机28也可使用其它驱动机构，例如驱动齿轮。DC电起动电动机66通过机械联系29联接于内燃机14以曲柄发动内燃机而起动。在机动车10上安装两电池组，即卧车或电气系统电池组54和起动器电池组56。在概念上，该系统不局限于使用12伏发电机和电池的系统，尽管这些系统目前是惯常使用的。车辆的电气负载中的大多数是电气系统/卧车电池组54或发电机28的负荷。起动负载基本是起动器电池组56的负荷。

发电机28在总线44上将额定的12-14伏直流电提供给卧车电池组54和电力消耗装置55，所述电力消耗装置55的主要代表是驾驶室电子设备、照明等。当主要因为内燃机14不运转而令发电机28的电力不可用时，消耗装置55可从电池组54汲取电力。起动器电池组56通过充电器60从卧车电池组54充电。起动器/曲柄发动电动机66通过曲柄电动机螺线管64从起动器电池组56汲取电力，所述曲柄电动机螺线管64的状态受起动器磁力开关62的控制。

参见图2，车辆10电气系统100包括“4+3”分离式电池系统52，该电池系统52包括三个并联的卧车电池54A-C和四个并联的曲柄发动或起动器电池56A-D。卧车电池54A-C通常为高循环电池，例如铅酸类Absorbed Glass Mat(AGM)12伏电池。也可使用其它类型的高循环电池。曲柄发动电池56A-D可以是设计成满足短时间大电流的重量较轻的传统12伏铅酸电池。卧车电池54A-C与曲柄发动电池56A-D电气隔绝，来自两组电池的唯一共同连接是与底盘或机架地的连接。两电池组54、56中的电池通过将正极端子彼此跳接或相似地将负极端子彼此跳接而并联。

发电机28图示为连接成通过可选用的可熔断连路58向三个卧车电池54A-C的正极端子供电，用以对电池再充电。发电机28与曲柄发动电池56A-D电气隔绝并且是从卧车电池54获得调节电压的遥感发电机。曲柄发动电池由充电器60再充电，所述充电器60从卧车电池组54A-C汲取电力。充电器60工作以将电力从卧车电池54A-C转移到曲柄发动电池56A-D以保持曲柄发动电池56A-D完全充电。如果曲柄发动电池56电压指示曲柄发动电池56A-D处于放电的任何状态，这种情况就会发生，不管发电机28是否向卧车电池54A-C供电。充电器60可基于多种因素控制曲柄发动电池56A-D的充电率，这些因素包括电池的放电程度或电池的温度。通常，电池电压用作电池充电状态的代表。充电电压一般与电池温度成反比地变化。发生这种情况是由于铅酸电池的充电接受能力随着电池温度降低而劣化。可增加充电电压以在电池温度下降时维持充电率。通常，环境温度用作电池温度的代表。可根据可用的数据使充电控制变得更精细。通过改变充电器60的输出电压而控制充电率。充电器60通过限流熔丝71、73连接在电池54C和电池56D的正极端子之间。

曲柄发动电池56A-D很大程度地与多数车辆负载隔绝，除了曲柄发动电动机66的起动器电路、曲柄发动电动机64和起动器开关62。曲柄发动电池56A-D也通过卧车电池54A-C和充电器60与发电机28隔绝。在曲柄发动周期之外，在曲柄发动电池56A-D端子上将会有相对较低的电噪声。从电学角度看，这使曲柄发动电池56A-D成为相对干净的电力源以及具有高稳定输出电压的电力源。曲柄发动电池组56可作为一些车辆电气负载的电源应用，所述车辆电气负载通常包括表现出低电流汲取的电子器件，并且如果输入电压过度变化或具有噪声则这些电子器件可能无法正确运行。通过一对保护性熔丝77连接于电池56C的内燃机控制模块80是这种负载或电力消耗装置的可行例子。

参见图3，车辆电气系统102包括分离式电池系统，该分离式电池系统具有支持12伏车辆负载(驾驶室馈线)的两个并联的卧车电池54A-B以及用于24伏DC起动器系统的两个串联的曲柄发动或起动器电池56A-B。卧车电池54A-B通常是高循环电池，例如铅酸类Absorbed Glass Mat(AGM)12伏电池。也可使用其它类型的高循环电池。曲柄发动电池56A-D可以是设计成满足大的短时间电流的重量较轻的传统12伏铅酸电池。卧车电池54A-B与曲柄发动电池56A-D电气隔绝。电池组54中的电池通过将正极端子彼此跳接或相似地将负极端子彼此跳接而并联。曲柄发动电池组56中的电池通过将电池56A的正极与电池56B的负极跳接而串联。电压平衡均衡器83连接于两电池56A-B的正极端子并工作以使曲柄发动电池56A和56B之间的电荷分布变得均匀。均衡器83工作以将电池56A和56B之间的电压差减小到低于0.1伏。内燃机控制模块80串联于第一电池56A以获得12伏电源。曲柄发动电池组56从电压倍增充电器85充电。在曲柄发动并维持来自内燃机和传输馈线的负载的过程中，可设定充电器85为以跟上能量排出的速率来传递能量。起动器系统是24伏系统，但别的方面却是在配置上与12伏电压系统相同的，包括起动器磁力开关62、曲柄发动电动机螺线管64和24伏起动电动机66。

连接发电机28以通过可选用的可熔断连路58向两个卧车电池54A-B的正极端子供电，用以对卧车电池54再充电。发电机28与曲柄发动电池56A-B电气隔绝。曲柄发动电池56A-B是通过从卧车电池组54汲取电力的电压倍增充电器85再充电的。充电器85工作以将电力从卧车电池54A-B传递至曲柄发动电池56A-B以保持曲柄发动电池56A-B完全充电。如果曲柄发动电池组56电压指示曲柄发动电池56A-B处于任何放电状态，这种情况就会发生，不管发电机28是否正在向卧车电池54A-B供电。充电器85可基于各种因素控制曲柄发动电池56A-B的充电率，所述因素包括电池的放电程度或电池的温度。通常，电池电压用作电池充电状态的代表。充电率一般与电池温度成反比地变化。通过改变充电器85的输出电压而控制充电率。充电器85包括DC-DC变换器以提供电压的逐步提高。

Claims (13)

1.一种用于机动车的电气系统，包括：

第一电力存储子系统；

第二电力存储子系统；

用于对所述第一电力存储子系统充电的电力产生装置；

响应所述第二电力存储子系统的充电状态将电荷从所述第一电力存储子系统转移至所述第二电力存储子系统的装置；以及

内燃机起动器系统，所述内燃机起动器系统连接于所述第二电力存储子系统以用于向内燃机起动器系统供能。

2.如权利要求1所述的用于机动车的电气系统，其特征在于，还包括：

所述第二电力存储子系统支持比所述第一电力存储子系统支持的额定输出电压更高的额定输出电压。

3.如权利要求1所述的用于机动车的电气系统，其特征在于，还包括：

所述第一电力存储子系统是高循环电池组；以及

所述第二电力存储子系统是高输出电池组。

4.如权利要求3所述的用于机动车的电气系统，其特征在于，所述用于转移的装置包括电池充电器。

5.如权利要求2所述的用于机动车的电气系统，其特征在于，还包括：

所述第一电力存储子系统是具有并联连接的高循环电池的高循环电池组；以及

所述第二电力存储子系统是具有串联连接的起动器电池的高输出电池组。

6.如权利要求5所述的用于机动车的电气系统，其特征在于，所述用于转移的装置包括电压倍增器和电池充电器，且所述电气系统还包括用于平衡所述高输出电池的充电状态的装置。

7.一种机动车，包括：

内燃机；

用于所述内燃机的电起动器系统；

连接成得以应请求向所述电起动器系统供电的起动器电池系统；

由所述内燃机驱动的发电机；

连接成得以从所述发电机充电的电气系统电池系统；

连接成得以从所述电气系统电池系统和所述发电机汲取电力的电消耗器；以及

响应所述起动器电池系统的充电状态而将电荷从所述电气系统电池系统转移到所述起动器电池系统的装置。

8.如权利要求7所述的机动车，其特征在于，还包括：

温度传感器；以及

所述用于转移的装置进一步响应由所述温度传感器提供的温度读数以控制从所述电气系统电池系统向所述起动器电池系统的电荷转移率。

9.如权利要求7所述的机动车，其特征在于，还包括：

所述电气系统电池系统包括多个并联连接的高循环电池；

所述起动器电池系统包括串联连接的电池对以工作在所述电气系统电池系统的多个电压；以及

所述用于转移的装置包括逐步提高从所述电气系统电池系统至所述起动器电池系统的电压的装置。

10.如权利要求7所述的机动车，其特征在于，还包括：

所述电气系统电池系统包括多个并联连接的高循环电池；以及

所述起动器电池系统包括多个并联连接的电池。

11.一种多电池系统，包括：

具有额定输出电压的高循环电池组；

用于对所述高循环电池组充电的装置；

用于从所述高循环电池组和所述用于充电的装置连接于所述电消耗器的电力引出口；

具有额定输出电压的隔离的电池组；以及

响应从所述隔离的电池组的额定输出电压的偏离将电荷从所述高循环电池组转移到所述隔离的电池组并控制转移率的装置。

12.如权利要求11所述的多电池系统，其特征在于，还包括：

所述用于转移电荷的装置进一步响应所述隔离的电池组的温度来控制所述转移率。

13.如权利要求12所述的多电池系统，其特征在于，还包括：

所述隔离的电池组的额定输出电压是大于所述高循环电池组的额定输出电压之一的倍数。

Images