CN103229388A - 电池增强系统及方法 - Google Patents

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Abstract

在此披露了一种电池增强系统及方法。它被特别设计用于电动或混合动力车辆中电池的增强。该系统包括可操作地耦接在该车辆的辅助动力系统与电动机电池之间的转换装置，其中该转换装置将来自该辅助动力系统的输出信号转换成一个转换信号。该转换信号补充该电动机电池输出电压，防止其下降到低于一个预定水平，从而防止对该电动机电池的损坏。该系统进一步使用一个外部电池，该外部电池可由市电或通过该电动/混合动力车辆的辅助动力系统充电，从而允许该车辆被转换成一个可插入式的混合动力/电动车辆。一旦安装后，该电池增强系统提高了混合动力或电动车辆的动力，扩展了新的或用过的电动机电池的使用寿命，并且还提高了该车辆的燃料效率。

Description

电池增强系统及方法
技术领域
本发明涉及电池的增强。更具体地说涉及一种用于电池的增强的电池增强系统及方法。
背景技术
由内燃发动机、电动机和其他运动装置提供动力的机动车辆是已知的。混合动力车辆由此类运动装置的组合提供动力，例如：丰田普锐斯是由内燃发动机和电动机二者提供动力的。
一个混合动力车辆根据其传动系统的布局被归类为或者串联或者并联的混合动力车辆。用内燃发动机(ICE)和电动机二者直接为传动系提供动力的混合动力车辆被称为并联混合动力，而将发电机用作范围延伸器的电动车辆被称为串联混合动力。
在并联和串联混合动力车辆中，该车辆的主电池是通过由ICE旋转的交流发电机或发电机来充电的，如在现有技术1的图中所示。
现有技术1示出了一个典型的混合动力车辆的配置，其中该电动机由一个主混合电池提供动力，该主混合电池进而由该ICE提供动力的发电机充电。该车辆的计算机(未示出)确定何时使用该电动机和/或该ICE来为该车辆提供动力。该车辆还具有一个辅助12V(或24V)电池来为该车辆的电气部件如灯、收音机、雨刷器等提供动力。该辅助12V(或24V)电池是通过一个额外的交流发电机或转换器充电的。
现有技术图1A示出了混合动力车辆的一种替代配置。在此配置中该电动机还作为为该车辆的主混合电池充电的发电机。该电动机发电机的输出先穿过一个AC-DC逆变器，接着是在需要时允许对该电池充电的一系列继电器。该电动机发电机还通过一个DC-DC转换器为该辅助电池供电。请注意，此配置缺少一个单独的交流发电机用于为该辅助电池充电并且它共享该主混合电池的充电输出。该电动机发电机、该ICE及该主混合电池的运行由如所示的一个或多个ECU单元控制。
为了了解与混合动力车辆相关的问题，重要的是首先识别消费者为什么购买混合动力车辆的原因。其中一个原因是因为混合动力车辆是环保的并被视为‘绿色’车辆。由于这个原因，消费者愿意支付新型混合动力车辆涉及的额外费用，即使它们可能花费相当于其汽油的高达5倍以上。
与传统汽油提供动力的车辆相比时混合动力车辆使用的汽油较少的事实可让消费者节省燃料成本。这是目前为止大多数人购买混合动力车辆的最主要原因。对于用过的混合动力车辆尤其如此，因为已使用5年或更长时间的混合动力车辆通常都仅以新型混合动力车辆的费用的一小部分出售，使得它们对于普通消费者更实惠。
消费者购买混合动力车辆的另一个原因是与它们相关联的维护成本更低。混合动力车辆机械上非常可靠，并且大部分混合动力车主可以证明他们在车辆保养上花费的时间和金钱很少的事实。它们操作起来也非常平稳和安静，并且当该车辆正确运转时，它安静、敏感并且是一种驾驶乐趣。
如同任何其他技术，混合动力车辆也有一些可能阻止潜在消费者的缺点。与混合动力车辆相关联的高成本是这种技术的主要缺点之一。一台全新的混合动力车辆可以花费高达65,000钮币。
混合动力车辆电池的可靠性也是潜在的混合动力车辆的消费者主要关注的问题。使用了5年或更长时间的混合动力车辆可能遇到电池问题并且将需要更换混合电池，这通常可以花费超过该车辆的价值。例如，一台1998年的丰田普锐斯混合动力费用约4000钮币，但一块更换电池的报价为超过12,000钮币。一台2001年的丰田普锐斯混合动力费用为8000美元左右，但其更换电池的报价为超过6000美元。这也是混合动力车辆的现有车主关注的一个问题。已使用5年或更长时间的混合动力车辆的车主将总是担心更换电池的高成本。如果电池开始出现故障的迹象，车辆将变得非常不可靠并往往会完全停止工作。当电池组开始电压不足时，混合动力车辆中的电力缺乏是明显的。
混合动力车辆中的主电池组(通常是镍金属氢化物(NiMH)电池)由串联放置的多个相互耦接的电池子组(单个电池单元)组成。它的使用寿命为约8至10年。更换这些电池是昂贵的，并且如上面提到的，有时会花费超过如上面所提到的该车辆的总价值。目前，混合动力车辆制造商建议混合动力车辆电池在其使用寿命结束时被替换。据本发明人所知，制造商没有重用或翻新废旧电池的尝试。
自2005年以来，本发明人一直从事电池翻新业务，主要涉及用于汽车启动和深循环的铅酸电池。2007年，本发明人开始为丰田普锐斯翻新混合电池组。
他曾尝试用自己的方法和程序来翻新和重建混合动力车辆电池。至今，他已重建和翻新超过300个电池组，一些订单来自遥远的英国。
因此，本发明人被认为是这一领域的专家并且是商业上翻新第1代丰田普锐斯(NHW10-1997年至2000年)的电池组的唯一一人。
一般情况下，当一个子组中的一个或多个电池单元不再能够容纳和消散电荷时，混合动力车辆的电池组发生故障，有时在压力下进入电荷反转的状态(注：丰田普锐斯混合电池中有串联耦接的40个子组中的120个电池单元)。这不应该与其达到最大充电电压的能力混淆。充电不足的故障电池仍然可以达到正确的端电压，给人以它被充分充电的样子。然而，当有负载置于其上时，电压会随着小量电荷的迅速消散而迅速下降，其结果是电池电压下降非常迅速并且电池变成完全放电或‘走电’。
作为翻新过程的一部分，本发明人有意让电池的子组经受100安培的负载，以确定这些子组是否可被用在翻新的和重建的电池组中。然而，即使是这些极端测试程序，这些重建的电池仍然会在本发明人提供的一年保修期内发生故障，其中一些电池还不止一次发生故障造成本发明人修复保修期内的电池的损失。
重建和翻新的电池组发生故障的原因有若干个。主要的原因是用来重建该电池的子组的故障。车辆的主人通过紧急加速(特别是在爬坡的时候)滥用已经电压不足的电池组也可能导致电池组的故障。因保养不善导致的ICE的电力损失、重要部件(如火花塞、空气流量计、插入式线圈、氧传感器等)的磨损也可能导致混合电池故障。一般来说，子组会在它们以超出其能力的压力下处理负载时发生故障。然而，即使当翻新电池故障的原因不在本发明人的控制之内时，他仍然要在他的保修期内进行偿付，这造成了重大财务损失。
翻新电池组故障将本发明人置于他必须找到一个方法来防止子组永久故障或拒绝做有关翻新混合电池组的任何更多工作的情形中。
本发明人在发明一种防止混合电池永久故障的方法时必须克服若干问题。需要克服的主要问题是防止电池的子组在超出其能力的压力下处理正常和极端驾驶条件下所需的负载。此外，所提出的方法必须在需要时向混合电池组提供支持。换句话说，它必须“总是可用并且在工作”。该方法还必须能够提供足够的电荷，以便执行这些功能。
所提出的解决方案还必须鲁棒而可靠、小而紧凑、容易组装和安装在混合动力车辆中并且消费者负担得起。
本发明人认为，没有出现过解决与混合电池相关的上述问题的任何尝试(以产品或方法的形式支持老化的混合电池组)，主要是因为一直没有其他人在商业基础上翻新混合电池组。因此该需要从未出现。目前的做法是用新电池组更换故障电池组。
现有技术
大多数围绕混合动力车辆的开发主要与为车辆提供一个插入式系统有关，因为制造商在将此特征引入其发布模型方面行动非常缓慢。
美国公司ENGINER公司(Enginer Inc.)开发的一种现有技术实现方式(参照现有技术2)引入了一个第二电池组与主混合电池并联耦接。
如现有技术2中所示，该第二电池组由4x12V(或类似的)深循环电池组成，产生48VDC的总电压，并且然后使用一个DC至DC转换器被转换成约310VDC。该第二电池组是通过插入一个家庭市电插座充电的。这使得该混合动力车辆成为一个受限的插入式车辆，因为它可以在短距离(20-30公里)内并且仅在一定速度(50公里每小时)以下以电动模式驾驶。在此系统下，当该插入式电池组耗尽时，它不再在车辆运行中起任何作用并且该车辆恢复到其原来的状态。
此后，丰田已经发布了一个可插入式普锐斯(2010)模型。这些车辆使用可以从家庭市电供电线充电的额外电池。电动模式下的范围仍然受限。
此领域的缓慢发展主要是由于电池的成本以及它们存储用于长途驾驶的足够能量的能力。电动车辆仍然被限制在最大60公里的范围内，使它仅适合短途旅行。
US2010/0033132
披露了一种控制系统，其使用由电池电子控制单元(ECU)提供的电池状态信息防止混合动力车辆电池的过度充电/过度放电。控制装置向混合动力车辆的发动机和ICE发送操作命令以便该混合动力车辆电池不会在任何时候过度充电或过度放电。此系统主要依赖于由该电池ECU软件计算的输入和输出，并且感应参数(如电压、电流或温度)中的任何错误可向该控制系统引入失真。此外，该控制系统不使用任何辅助电源(如第二电池组或辅助充电系统)来为单独的混合电池子组(当它们被用在涉及车辆紧急加速的恶劣驾驶条件下时)提供补充电力。因此，由于混合电池缺乏额外电力补充，单独的子组仍可能被削弱并最终发生故障。即使该控制系统如所描述的那样防止电池过度放电，每当该电池电压低于过度放电限制时该车辆就会缺乏电力并且使用更多燃料。此外，该控制系统不提供对一个已经电压不足或翻新的混合电池改善性能和防止故障的方法。
US2010/0241376
披露了一种用于混合动力车辆的软件和/或硬件实现的ECU，用于基于该ECU执行的计算防止混合电池放电超过一个预定的限制。该电机和ICE由该ECU控制以便防止电池过度放电。如在前面的引文中，该ECU不允许辅助电源(如外部电池组或辅助充电系统)为单独电池子组(当在恶劣驾驶条件下使用它们时)提供补充电力。无法防止电池子组故障并且缺乏对已经电压不足或翻新的混合电池的支持可被认为是此公开的弱点。
发明目标
本发明的一个目标是提供一种电池增强系统和方法，其改善已知技术的一些缺点和局限性，或至少向公众提供用来保护混合动力、电动或其他车辆的电池的一个有用的选择。
发明内容
本发明的一个第一方面是一种包括至少一个转换装置的电池增强系统，其中该转换装置被适配成在使用时被耦接到一个辅助动力系统，用于从该辅助动力系统接收一个输出信号，该转换装置能够将来自该辅助动力系统的该输出信号转换成一个转换信号，并且该转换装置被进一步适配成在使用时被耦接到一个电池或电池电路，用于为该电池提供该转换信号以由此补充该电池，其中补充该电池防止该电池输出电压下降到低于一个预定水平，从而防止对该电池的损坏。
优选地，该电池增强系统是适用于混合动力或电动车辆的电池增强系统，并且该辅助动力系统包括一个交流发电机、转换器或由例如内燃发动机、再生制动系统、一个或多个电池、电动机发电机、太阳能/风能发电机或其他装置提供动力的其他动力转换装置。
优选地，该电池是该车辆的一个电动机电池。
优选地，该电池增强系统是适用于工业电池组的电池增强系统，并且该辅助动力系统是一个交流发电机、转换器或由市电或其他一个或多个电源提供动力的其他动力转换装置。
优选地，该转换装置包括逆变装置和整流装置，其中该逆变装置将来自该辅助动力系统的该输出信号转换成一个AC信号，并且该整流装置将该AC信号整流成该转换信号，该转换信号是一个DC转换信号。
优选地，该转换信号防止该电动机电池输出电压下降到低于一个预定水平，特别是在该车辆的该电动机的重载工作需求期间该电动机电池在压力之下时。
优选地，该系统进一步包括耦接到该车辆的辅助动力系统的电荷存储装置。
优选地，该电荷存储装置还被耦接到一个充电单元，该充电单元允许该电荷存储装置被插入并通过AC市电或其他外部电源如太阳能充电而被充电。
优选地，该电荷存储装置被耦接到该辅助充电系统，以便该电荷存储装置从该车辆的辅助动力系统被连续充电。
优选地，该电荷存储装置是一个或多个12V(或24V)铅酸、锂离子或任何其他类型的电池。
优选地，该电荷存储装置能够为该转换装置提供一个输出信号，并且该系统包括切换装置，用于选择要被提供给该转换装置的一个输出信号，该输出信号是从该辅助动力系统、该电荷存储装置或是二者中选择的。
优选地，来自该辅助动力系统的该输出信号是一个12V(或24V)DC信号，并且该转换装置将该12V(或24V)DC信号转换成与该电动机电池的电压相对应的DC电压信号。
优选地，该整流装置包括一个或多个二极管整流器、电容器和限流电阻器。
优选地，该转换信号防止该电动机电池的输出电压下降到低于一个预定水平，即使是在该电动机电池在压力下时，该预定水平是每种类型的电动机电池唯一的一个值，例如280V。
优选地，该电池增强系统在该车辆运行过程中是在与该电动机电池的‘总是在工作’的配置中。
优选地，该电池增强系统为安装了该系统的车辆特别是具有疑似弱电动机电池的车辆提供增强的电力和/或燃油经济性的提高。
优选地，该电池增强系统能够被安装在所有的混合动力和/或电动车辆中，特别是在丰田普锐斯(第1代-NHW10、第2代-NHW11和第3代-NHW20)、本田Insight和本田思域混合动力中。
优选地，该电池增强系统被一个远程开关或被该车辆的该点火开关开启或关闭，以便该系统随着该车辆的启动或关闭而同时开启或关闭。
优选地，该电池增强系统进一步包括耦接到该转换装置的一个或多个热敏电阻器，用于限制来自该转换装置的该电流输出防止该转换装置过载。
本发明的另一个方面是一种具有至少一个转换装置的混合动力或电动车辆，其中该转换装置可操作地耦接到该车辆的辅助动力系统，该转换装置将来自该辅助动力系统的输出信号转换成一个转换信号，该转换信号被提供给该车辆的电动机电池，该转换信号补充该电动机电池输出电压，其中用该转换信号补充该电动机电池输出电压防止该电动机电池输出电压下降到低于一个预定水平，从而防止对该电动机电池的损坏。
本发明的一个进一步的方面是一种适用于车辆中的装置，其中该装置被适配成在使用时被耦接到该车辆的辅助动力系统，用于从该辅助动力系统接收一个输出信号，该装置能够将来自该辅助动力系统的该输出信号转换成一个转换信号，并且该装置被进一步适配成在使用时被耦接到该车辆的电动电池或电池电路，用于为该电动电池提供该转换信号以由此补充该电动电池，其中补充该电动电池防止该电动电池输出电压下降到低于一个预定水平，从而防止对该电动电池的损坏。
本发明的另一个方面是一种用于增强电池的电池增强方法，该方法包括以下步骤：
-通过转换装置将来自辅助动力系统的一个输出信号转换成一个转换信号，
-将该转换信号提供给该电池或电池电路，由此补充该电池输出电压，
这样，用该转换信号补充该电池输出电压防止该电池输出电压下降到低于一个预定水平，从而防止对该电池的损坏。
优选地，该方法包括在该辅助动力系统与该电池或电池电路之间耦接转换装置的一个初始步骤。
优选地，该方法用于增强车辆的电池。
优选地，该转换装置包括逆变装置和整流装置。
优选地，通过该转换装置对该输出信号的转换涉及该逆变装置将该输出信号转换成一个AC信号并且该整流装置将该AC信号转换成一个DC转换信号。
本发明的另一个方面是一种用于混合动力或电动车辆的电池增强系统，该系统包括至少一个转换装置，该转换装置在使用时能够被耦接在该车辆的辅助动力系统与电动机电池之间，其中该转换装置在使用时能够将来自该辅助动力系统的输出信号转换成一个转换信号，并将该转换信号提供给该电动机电池，由此补充该电动机电池的该输出电压，从而防止该电动机电池的该输出电压下降超过一个预定值并防止对该电动机电池的电池单元的损坏。
本发明的一个进一步的方面是一种用于混合动力或电动车辆的附加套件，该附加套件包括至少一个转换装置，该转换装置在使用时能够被耦接在该车辆的辅助动力系统与电动机电池之间，其中该转换装置在使用时能够将来自该辅助动力系统的输出信号转换成一个转换信号，并将该转换信号提供给该电动机电池，由此补充该电动机电池的该输出电压，从而防止该电动机电池的该输出电压下降超过一个预定值并防止对该电动机电池的电池单元的损坏。
本发明的一个再进一步的方面是一种包括至少一个转换装置的电池增强系统，其中该转换装置可操作地耦接到辅助动力系统，该转换装置将来自该辅助动力系统的输出信号转换成一个转换信号，该转换信号补充一个电池的输出电压，其中用该转换信号补充该电池输出电压防止该电池输出电压下降到低于一个预定水平，从而防止该电池被损坏。
本发明还可以叙述为在于本申请的说明书中单独地或总体地提及或指明的这些部分、元件和特征，以及这些部分、元件和特征中任意两项或更多项的任何或全部组合，并且当在此提到的具体整数具有已知的等同量时，此类等同量被视为就像单独列出一样结合在此。
这些及其他方面(其所有新颖方面都应被考虑)在下面的描述中将变得明显，将仅通过示例的方式参考附图给出，其中：
图1是根据本发明的一个第一优选实施例在混合动力车辆中实现的电池增强系统的纯形式。
图1A示出了在混合动力车辆的替代配置中实现的电池增强系统。
图2是电池增强系统转换装置的一个近距框图。
图3是一个曲线图，示出了使用安装和未安装该电池增强系统的混合动力车辆执行的试验过程中该电动机电池的电压输出vs.时间。
图4是根据本发明的另一个优选实施例具有纳入一个外部电池的插入能力的电池增强系统的一个替代实施例。
图5是电池增强系统转换装置的一个替代框图。
图6是电池增强系统的一个替代实施例，其中该电池增强系统是相对于工业电池组而使用。
具体实施方式
下面的描述将相对于本发明的优选实施例描述本发明，即一种电池增强系统及方法。本发明并不限于这些优选实施例中，因为它们纯粹仅是为了例证本发明，并且在不脱离本发明范围的情况下的可能变更和修改将是非常明显的。
示例1
图1示出了电池增强系统的纯形式，其中转换装置101被耦接到一个典型的电动/汽油混合动力车辆(如丰田普锐斯)的传动系。如前面所提到的，混合动力车辆的该电动机电池103(也称为作为混合电池或电池)为该车辆的电动机105提供电力。该电动机电池103是通过发电机或交流发电机109由该车辆的内燃发动机(ICE)107依次充电的。该车辆还包括一个单独的辅助动力系统111来为辅助电池113充电，该辅助电池为该车辆的电气系统提供电力，如照明设备、收音机、雨刷器等。此电池113通常是一个12V(或24V)铅酸汽车电池并且该辅助动力系统111的输出匹配该电池电压(例如：12V或24V)。
在图1的示例中，该辅助动力系统111是由该车辆的ICE107旋转的一个交流发电机。然而，在纯电动车辆(也包括一些混合动力车辆)中，该辅助动力系统111是由再生制动系统提供动力的交流发电机/转换器，其中该车辆的制动力被用来产生能量并为该辅助电池113充电。在一些车辆中，该交流发电机/转换器111是由一个再生制动系统及该ICE107二者提供动力的。本说明书中描述的电池增强系统可被应用到配备有这两者或任何其他类型的辅助动力系统的车辆中。
图1A示出了在混合动力车辆的替代配置中安装的电池增强系统。如前面现有技术1A中所解释的，此配置的电动机105还作为发电机，通过AC-DC逆变器119为该车辆的电动机电池103充电。该电动机/发电机105通过DC-DC转换器111为该辅助电池113进一步提供了一个充电信号。与图1相反，此配置中的辅助动力系统是一个转换器111。正如前面提到的，该辅助动力系统可以是一个交流发电机、转换器或该车辆的任何其他辅助电源。一个或多个ECU121、123和继电器127控制两个电池103、113的运行及充电。
该电池增强系统的转换装置101(本发明人为商业目的已将其命名为‘动力骑师(Power Jockey)’)被耦接在一台混合动力或电动车辆的该辅助动力系统111与该电动机电池103之间。如图1和图1A中所示，在本发明的优选实施例中，该转换装置101包括逆变装置115和整流装置117，该转换装置在图2中更清楚地示出。该转换装置101还被称为‘装置101’。
图2示出了该电池增强系统的该转换装置/该装置101的近距视图。来自该辅助动力系统111的输入被耦接到该逆变装置115。该逆变装置优选是一个或多个DC至AC功率逆变器，它可以将一个12V(或24V)电压源转换成一个230V AC电压信号。可替代地，这个或这些逆变器可以是使用市场上现成的零件定制的，用于该电池增强系统中。在这种情况下，该逆变器的AC输出信号是一个预设的值(VAC)，以便它补充该车辆的电动机电池电压。在该优选实施例中，所使用的逆变器额定为1000瓦(第2版：2500瓦)，但可以使用结合在一起的多个逆变器提供更高的功率输出，如后面将要描述的那样。该逆变器输出一个单相AC信号，该信号被馈送到该整流装置117中。该逆变器可以输出或者一个单相或者一个三相AC电压信号，并且作为设计选择，本实施例中使用了一个单相输出。
该整流装置117由至少一个整流器201组成。该全波二极管桥式整流器201将该单相AC信号从该逆变器115转换成一个DC信号。该DC信号优选等于(或大致等于)该电动机电池103的电压，并且在这个示例中它是约310V。然而，该DC信号并不一定要等于该电动机电池的电压值，并且它可以是任何其他的值，该值充分补充使用了该系统的特定车辆的电动机电池103，如下面将进一步解释的。
该整流装置117还包括至少一个平流电容器203和至少一个保护电阻器205。这个或这些平流电容器被用来减少该整流器201的电压输出的纹波，并且该电阻器限制了输出电流。一个100微法(μF)的平流电容器和一个2.2欧姆的限流电阻器被包括在图2的原型装置101中。
试验结果
首先，本发明人建立了该装置101的若干原型并在五个不同的试验车辆(一些具有电压不足或故障的电池)上进行了测试。
一个第一原型被并联安装在有电压不足电动机电池的1998年的丰田普锐斯测试车辆上。安装了该原型装置101时，观察到该车辆有更多动力并且加速性能也较顺畅(计时测验期间在约8秒中达到0-60公里/小时)。然而，当该装置101被从该电池断开时，该电池快速退化并且该车辆发生功率损耗。本发明人被迫停止并重新接入该装置101以便继续驾驶。
一个第二原型被安装在带有疑似故障电池的2001年丰田普锐斯第2代测试车辆中。第2代普锐斯车辆具有一个车载计算机，该计算机计算相对于行驶距离的燃油经济性。观察到使用该系统时，在10公里的驾驶中燃油经济性提高了10％。
一个第三原型被安装在具有一个没电电池单元的电池的1999年丰田普锐斯测试车辆中。本发明人在陡峭爬坡的一段公路上进行了试驾。本发明人已全油门以高达97公里每小时的速度在山上成功完成试驾。如果该装置101没被接入车辆，这就不会可能。
一个第四原型被安装在具有一个非常好的电池的第3代丰田普锐斯中。进行这次试驾是为了检查该电池增强系统是否还可以提高具有新电池的混合动力车辆的燃油经济性。虽然在公路上行驶时燃油经济性没有变化，但观察到在城市行驶期间的燃油经济性提高了20％。更具体地，没有该装置101，车辆的燃油经济性在城市驾驶时被测定为30.8公里/升，并且打开该装置101时，燃油经济性提高至36.5公里/升。因此，本次试驾证明该装置还提供了对有新电池的车辆的改进(在燃油经济性方面)，并不仅对用在有电压不足电池的车辆时有利。
一个第五原型被安装在丰田大霸王(Estima)混合动力车辆中。沿着公路在33公里的路段上完成了燃油经济性试驾。没打开该装置时，丰田大霸王的燃油经济性为12.9公里/升，当打开了该装置在该公路的同一路段重复试驾时，大霸王达到14.8公里/升。这表明，即使在公路上行驶时，该电池增强系统也改善了安装了的车辆的燃油经济性。
在随后的试验中，丰田大霸王配有在该车辆的辅助动力系统与电动机电池之间并联耦接的两个装置。这进一步提高了该车辆的燃油经济性。注意到，随着耦接到该车辆的装置/转换装置的数量的增加，性能和燃油经济性二者都得到了日益提高。这是由于多个装置允许该车辆在较长的一段时间内以电动模式运行，从而减少该车辆的ICE的使用。
随后，对安装在系列1丰田普锐斯混合动力车辆中(以下简称‘测试普锐斯’)的图1和图2所示的该转换装置/装置101进行了额外的试验。随后的试验结果被记录下来并被Progressive Technologies NZ Limited公司透彻分析。图3示出了通过测量该电动机电池的输出电压获得的试验结果，该电动机电池被用在及未被用在安装在该车辆中的电池增强系统。该电压是通过耦接一个基于微处理器的数据采集系统测量的，该数据采集系统包括高电压感应电路，其在现实世界动态驾驶条件下测量该电动机电池和转换装置/装置电压输出。
该测试普锐斯的电动机电池是一个已经电压不足的电池，其输出电压依赖于瞬时驾驶模式而大幅变动。随着该电动机电池从该ICE或在再生制动下充电，该电池最初被充到最大310VDC。从静止到快速加速上山时，该电池迅速放电到250VDC。此行为对于已经失去了存储大量电荷能力的电动机电池是典型的。结果是该车辆展现出从静止启动的加速不良和动力性能差。
该电动机电池的输出电压被绘制在如图3所示的一个电压(以伏特为单位)VS时间(以秒为单位)的曲线图上。如前面所提到的，当测试普锐斯在未安装该转换装置/装置101时被操作，当该车辆在试验开始约10秒处紧急加速(见曲线301)时该输出电压迅速下降到约250VDC。电压的此种突然下降导致车辆加速不良和行为迟钝。当该ICE被该车辆的ECU在约17秒处自动重新启动时，该电压恢复到约300VDC，以弥补该电池的电力缺乏。
接着，测试普锐斯如图1中所示被配上该转换装置/装置101。现在明显的是电池电压下降在10秒左右的紧急加速下减少了很多(见曲线303)，在负载下通常下降到仅280VDC。在这些条件下，通常约2安培的可测量电流从该转换装置流到该电动机电池。还注意到，该ICE的重新启动被该ECU推迟到约26秒(见曲线305)，因为该装置101在此期间用充足的电力补充该电池。
结果是，从静止到往山上紧急加速的条件下，该转换装置/装置101似乎既能够将电荷转移至该电动机电池，并且还防止该电池进入深度放电区域。
参照图1、图2和图3的前述测试结果对该电池增强系统的运行的技术方面给出了一个全面的解释。本质上，该电池增强系统的该装置101从混合动力或电动车辆的12V(或24V)辅助动力系统取得电力，并用此获得升高电压，该升高电压然后可被用于向该电动机电池添加补充电荷。
仅使用直观逻辑的话，人们会得出本发明中所披露的电池增强系统将无法工作的结论。考虑到因为该电动机的功率输出为33,000瓦，从该增强系统添加的功率量(即：示例1中1000瓦)太小而无法产生任何显著影响，这一点特别明显。此外，该电池增强系统使用该车辆自身的辅助动力系统111的事实意味着它以较为低效的方式使用更多的燃料，因此人们会期望较高的燃料消耗。然而，本发明人认为此系统工作的方式是反直觉的。如果没有使用翻新混合电池的经验，此系统运行的方式并不像下面解释的那样明显。
从图3的结果曲线图可以观察到，该转换装置/装置101的升高电压输出被‘下拉’到类似于一个风力发电机的电动机电池电压。电压上的此差别似乎决定了多少额外电力是从该系统提供的。该效果似乎是脉冲状并且对于该电池有利，因为电力补充发生在电压不足电池子组没有该系统就会发生故障的这个最关键时刻。
被导电介质物理上接合的电气系统的两个零件不可以存在不同的电压，除非该导电介质是不完美的。也就是说，如果该导电介质有电阻。在这种情况下，该电动机电池的电压被该限流电阻器205从由该转换装置的该整流器201和电容器203提供的电压分开。由于这些整流二极管201的阻断作用，能量不能从该电动机电池流入该逆变器115中，因此该输出电容器203通过该电阻器205充电到与该电动机电池相同的电位。
当该电动机电池电压下降到低于该逆变器输出115的电压时(当该电池由于紧急加速处在压力下时)，会导致电流从该逆变器115穿过该输出电阻器205流到该电动机电池，该电流然后具有将该电池电压提高到等于该逆变器输出115的相反效果。该电池的电压下降越大，试图从该逆变器115流向该电池的电力越多。实际上，这受到该逆变器115的可用电力及该逆变器115与该电池特别是该2.2欧姆电阻器之间的电路的阻抗的限制。
从图3的结果曲线图还观察到，没有耦接该电池增强系统转换装置101时该电动机电池电压下降到一个较低水平。普遍公认的是电池单元完全放电直到进入极性反转会造成电池单元的永久性损坏。这种情况发生在串联电池单元的常见安排中，其中由于该电池的这些电池单元之间容量的小差异一个电池会在其他电池单元之前被完全放电。当发生这种情况时，好的电池单元开始反向驱动放电的电池单元，这可能会导致电池单元的永久性损坏。极性反转的不可逆损伤是电动机电池的一种特殊危险，即使在采用了一个低电压阈值切出时，其中电池中的电池单元的温度各不相同。这是因为镍氢(NiMH)电池单元的容量随着电池单元的冷却显著下降。这在较冷电池单元的负载下导致较低的电压。本发明的电池增强系统不允许电池单元放电到相同程度的事实可保护混合动力或电动车辆的电池。
该电池增强系统转换装置101防止该电动机电池下降到低于其低退化限制(每种类型的混合电池唯一的预定水平)。该测试普锐斯的电池的完全放电电压预期为等于或稍微低于电池的标称电压273VDC。该电池增强系统转换装置(在其最低点测得的)保持280VDC或以上的电压，这是在此低预定水平以上的。
‘动力骑师’是给本发明的该电池增强系统转换装置/‘该装置’101的商业名称，因为它类似于控制着一头1000公斤的动物(该车辆)的一个50公斤的骑师(该装置)。‘动力骑师’仅仅输出1千瓦的功率(用于示例1中描述的原型)，但却控制着以33千瓦功率运行的电动机。
所披露的原型电池增强系统包括两个运行阶段。第一阶段是基极电压支持阶段。此功能是由如上所述的一个输出230伏AC的12伏1000瓦逆变器115执行的。此阶段确保该系统的最低AC电压是230伏(用于原型)。在这个最低电压，每个子组被防止下降到低于一个预定电压(在示例1的原型的情况下是6伏)，由此防止过度放电和子组故障，如前面所解释的。
第二阶段是升压阶段。在该原型中，此功能是由将电压整流并且升高至310伏DC的该整流装置117(即：整流器201)执行的。该电压输出在280伏至310伏DC之间变化并且它“支配”支持该电动机电池的电压。此特征为该车辆的电动机递送稍多电力。使用该系统的总体结果是，它将该ICE舒适地保持在其有效工作范围内，因此获得更多的电力和燃油经济性。
本发明的一个显著特征是，它如上所述从该车辆自身的(12伏)辅助动力系统中取得其电力。这使得该装置能够独立运行而不需要任何来自外部电池的支持，因为每当该车辆运行时该12伏辅助动力系统总是待用的，因此该电池增强系统“总是可用并且在工作”。
本发明中描述的电池增强系统有若干好处，如下面本发明人所列出的。最显著的好处是由于更高效地使用电动机，该车辆的动力整体增加。该系统还有助于使该ICE更强大，因为现在两者都在其最佳有效范围内工作。
该系统的另一个显著的好处是由于额外的电力补充该车辆的燃油经济性更好。该车辆与该电动机的接合更加频繁。该ICE不一定要在它效率低的低转速区内发挥作用。因此，该车辆的加速平滑而快速。
该电池增强系统通过防止该电池电压下降到低于临界阈值(该低退化限制，这时在负载下这些子组将被损坏)来保护该电动机电池子组不发生故障。该系统允许一个电压不足甚至损坏的电动机电池在测试普锐斯中工作良好，因为该系统提供的补充电压欺骗该车辆计算机接受使用好的电池时该总电池电压是正常的。维持基极工作电压防止该电动机将本身从测试普锐斯的传动系分离。
使用来自车辆本身的辅助动力系统的电力确保了该电池增强系统在车辆运行过程中的所有时间都发挥作用。
简单的设计和在其制造中优质部件的使用确保了该电池增强系统的鲁棒性和可靠性。该电池增强系统还小而紧凑，并且易于安装在车辆的车箱中占用非常小的空间。
由于该电池增强系统转换装置101仅需要耦接到该电动机电池和该车辆的辅助动力系统，安装是一件简单的事并可以由该车辆的主人完成(虽然推荐由专业人士完成安装)。即使是专业人士安装的，它的简单也会产生很低的安装费用。
该转换装置/装置101的成本很低。它小于一个新的更换电动机电池成本的一小部分，并且甚至小于翻新该电池的成本。安装该装置后，车主甚至可以选择只更换其使用电池中的受损电池单元，这比完整的电池翻新服务更便宜。
当该系统被安装在一个新的车辆中或被安装了一个新的电池组时，它会延长该电池的寿命，因为该电池如前所述将有一个较浅的放电深度(DOD)。可以想到，安装了该电池增强系统，该混合电池可以持续该车辆一生，纯粹因为车主永远不能有意或无意地使该电池的压力超越发生子组损坏的点。
即使效率几乎没有退化，也必须改变车辆的昂贵维修零件，如空气流量计和线圈上的插头。若不改变的话，该ICE将损失电力，并且由于更多负载放置在该电动机上它可最终导致电动机电池故障。然而，安装了该电池增强系统后，这些昂贵的零件可用更长一段时间，导致较少的维护成本。
消费者购买混合动力车辆，因为他们可以节省燃料并且它进而还有利于环境。他们唯一关注的问题是混合电池更换的高成本以及如前面所提到的旧电池的可靠性。这些问题随着该电池增强系统的使用得到了完全改善。
一旦对混合动力车辆的可靠性的信心增加，这些车辆的零售价将增加，并且越来越多的人会选择换成混合动力和电动车辆。这进一步意味着相当大的经济节约并且对环境有益。
示例2
图4示出了本发明的一个替代实施例，其中通过使用继电器切换电路403，电荷存储装置(即一个或多个外部电池401)被纳入该电池增强系统中。通过一个开关或自动通过使用多个微控制器和传感器(未示出)来手动控制该继电器切换电路403。该继电器优选是由车辆的12V辅助动力系统111提供动力。该继电器切换电路使对该转换装置/装置101的输入能够如车辆使用者所需要的那样或是适于驾驶条件而被选择。该输入选自(A)从该车辆辅助动力系统111的输入(如在前面的实施例中)或(B)从该外部电池401的输入或(A+B)从该辅助动力系统及该外部电池的组合输入。
该外部电池401的目的是为配备有该电池增强系统的车辆提供插入能力。它优选或者是一个或多个市售12V(或24V)铅酸电池或轻量锂离子电池。然而，任何其他类型的电池及电压可被纳入到该系统中，如将在后面解释的。该外部电池401被耦接到一个12V(或24V)充电单元405，以使能够从230V AC市电或任何其他合适的电源(例如：太阳能/风能发电机)为该外部电池充电。该12V(或24V)外部电池也是通过使用一个充电调节器(未示出)从该车辆的12V(或24V)辅助动力系统111充电。这允许该电池“在旅途中”充电，并且其结果是，该外部电池401总是该混合动力车辆的动力传动系的一部分。在现有技术系统中(例如：现有技术2，其中当该电池组被耗尽时该第二电池组不再是车辆动力传动系的一部分)，这是有利的。
注意到的是，该车辆的12V(或24V)辅助电池113不为本发明的该转换装置/装置101(示例2)提供任何输入。它如图所示是从该车辆辅助动力系统111直接充电的。通过将保护装置407(例如一个或多个二极管、一个或多个保险丝、或一个或多个电阻器)放置在该电池113与该辅助动力系统111之间来防止为该电池增强系统提供任何电力。以这种方式，该辅助电池113如前面所提到的仅用于提供动力该车辆的电气系统，并且被从该电池增强系统分离。
通过将该外置电池401纳入该电池增强系统，它为配好了的车辆提供插入能力。如下所述，此特征发挥作用的方式与市场上的其他插入式系统不同。
如前面在现有技术部分所述，各种制造商都设计了用于为混合动力车辆提供插入能力的系统。在一个扩展的混合电池存储系统中，通过提高该车辆的能量存储能力该电动机电池可以从市电充电，有效地降低了燃料的使用。在一个替代现有技术插入式设计中，在该车辆自身的电动机电池之前使用了一个外部首次使用电池。这是通过由一个DC至DC转换器将该外部首次使用电池的电压输出增加到略高于该车辆的电动机电池的最高工作电压的一个值来完成的。该外部首次使用电池通常是48伏并且在耗尽时从市电充电，它在车辆的运行中不发挥任何进一步的作用。
示例2(图4)中描述的该插入式系统与上面描述的现有技术设计之间的差别是，不像使用首次使用和扩展的存储插入式系统的现有技术系统，示例2中披露的插入式系统通过‘支配’着支持它的电压来支持该车辆的电动机电池。
通过安装外部电池401，该电池增强系统被赋予两个电源，即提供高达1000瓦的该车辆的辅助动力系统111及提供高达2500瓦的该外部电池401本身。此外，该开关继电器单元403为该车辆的驾驶员提供三个电力输入选择，用于使用上述两个电源为该系统选择一个合适的电力输入。它们是A仅从该车辆的辅助动力系统提供电力的输入，B仅从该外部电池401提供电力的输入，以及A+B从如前所述的两个来源提供电力的输入。
此示例中使用的外部电池401的电压等于该车辆的辅助动力系统111的电压(即：12V/24V)，意味着除了用市电为该外部电池401充电，它还可以通过该车辆自身的辅助动力系统111充电。这将有效地使该外部电池401中的电力(输入B)按需提供。
本示例中描述的插入式系统有若干好处，如下面本发明人所列出的。它为该车辆提供了更好的燃油经济性，因为减少了该ICE的使用。此外，该外部电池401的电力只根据需要并且在需要时使用，这意味着它在两次充电之间的工作时间较长。该外部电池401从该车辆自身的辅助动力系统充电，这允许它在该车辆运行的过程中处于“总是在工作”的配置(即：该外部电池永远不会枯竭到它不再能提供电压信号来补充该电动机电池的点)。该插入式系统仅可与1个深循环铅酸电池一起使用，意味着需要低安装成本和最小的车箱空间来容纳该额外的外置电池401。该开关单元403及主充电单元405被内置于该转换装置101的壳体中。因此，除用于该外部电池401以外不需要额外的车箱空间。铅酸电池用作外部电池401意味着它涉及的购买和安装成本低。
示例3
图5示出了该转换装置/该装置101的一个替代实施例的框图。
此框图纳入了一个开关503，其表示该车辆的点火开关。这允许每当该车辆钥匙被转到‘开’的位置(或某些车辆的‘开始位置’)时就打开该系统并且当关闭该车辆时就被自动关闭。可替代地，该开关503是接在该车辆内优选为了驾驶员的便利接在仪表盘中的一个远程开/关开关。
该逆变器115用于将从该车辆的辅助动力系统111提供的12VDC信号转换成一个合适的AC电压(图5中示为XXX VDC)，以使得该整流器201的DC电压输出补充该车辆的电动机电池的电压。根据安装了该系统的特定车辆的电动机电池，该逆变器可被自定义设计成将12VDC转换成任何需要的AC电压。
图5还示出了至少一个平流电容器505和至少一个保护电阻器507。这个或这些平流电容器被用来减少该整流器201的电压输出的纹波，并且该电阻器限制了输出电流。一个4700微法450V的平流电容器和一个2.2欧姆的限流电阻器包括在该电池增强系统的初步试验中。该电容器505还可以是一个更小尺寸的超级电容器，其允许该系统更容易地集成到车辆中。
逆变器115进一步纳入了一个超载保护电路(未示出)，如果该电池103要求抽取超出该逆变器的最大能力的电流时，该超载保护电路自动关闭该逆变器115。例如当装有该系统的车辆在涉及紧急加速的情况下被驾驶时这可能发生。例如在本示例中使用的1000W逆变器115中，如果从逆变器115吸收了超过4安培的电流，该逆变器将被该保护电路自动关闭以防止该逆变器超载。该保护电路通常是内置在该逆变器115中，或者它可以由本领域普通技术人员从任何现有技术超载保护电路中设计出。
在最初的原型中，当发生该逆变器115的过载时，要求使用者通过按下位于安装了的车辆的车箱中的逆变器的复位按钮来手动复位该逆变器115。然而，本发明人已经通过在该逆变器115的输出端(和/或该整流器117的输出端)纳入一个或多个热敏电阻器(未示出)克服了这个问题，这防止了其每次超载时都必须复位该逆变器。这个或这些热敏电阻器限制了该逆变器的电流输出，并且在猛烈加速期间该逆变器被立即关闭以防止该逆变器的复位，并且之后它被自动重启。因此，避免了它每次超载都要复位该逆变器115的需要。
在本示例中，一个热敏电阻器被耦接到该整流装置117的电压输出。如果该电流输出超过4A，该热敏电阻器防止该逆变器复位并且该逆变器被自动关闭。该热敏电阻器的推荐额定值为10欧姆(6A)。
示例4
图6示出了本发明的一个进一步的替代实施例，其中该电池增强系统被用来补充一个工业电池组603的电压输出。该电池组603为工业机械605的一个或多个电动机提供动力并且通过主充电系统607充电。耦接了该转换装置/装置，以补充该电池组的输出，以防止该电池组的电池单元下降到低于其低退化水平，如在前面的示例中所解释的，并且因此示例1-3中所描述的相同操作概念也应用在这个示例中。
该电池增强系统从一个辅助动力系统611要求电力，其可以是市电或其他电源如二次电池或柴油发电机。该辅助动力系统611为该装置101的逆变器115和整流装置117提供所需的电力，以便防止该电池组的单个电池在被用来驱动重负载时遭到损坏，例如工业机器，如以高转速运行的车床、钻子或铣床。因此，该电池增强系统在工业电池组中的使用提供了类似于在混合动力车辆电池中使用该系统时的优点。
适用于电池组的本发明的电池增强系统的运行的部件值和电压值依赖于每个电池组专有的电压输出，并可以通过相对于安装了该系统的电池组的输出电压缩放前面示例的值来轻易确定。
优选实施方案的优势
该转换装置/装置101不是特定的电池类型，并且将与任何类型的电池组如锂金属氢化物、磷酸亚铁等一起工作。它从一个车辆分接辅助动力系统以使该电动机电池的端电压高于该车辆的电池管理系统的截止电平。
在本发明的优选实施例中，该电池增强系统转换装置的DC输出信号有一个280V的基极电压(最低值)，最大310V，并且DC输出电压总是在此范围内与该混合电池输出电压同步变化。这意味着，该混合电池的输出电压始终被防止低于280V。如前面背景技术部分所提到的，混合电池的最弱的子组通常会在压力下该电压下降到低于一个特定的临界点时发生故障。通过将该混合电池电压保持在280V以上，即使在压力条件下也防止这些子组达到此临界值(例如每个子组最小6伏)，并且因而得以防范电池故障。以这种方式，本发明的电池增强系统防止了混合电池故障。应该指出的是，280V基极电压和310V最大电压仅适用于本发明人的试验车辆(即：丰田普锐斯系列1/2)，并且可以根据电池类型、车辆制造商和型号或系统中使用的不同部件而改变。
此外，混合动力车辆的镍氢混合电池可用于高达500个周期，因为它从来没被放电到超出其放电深度(DOD)额定值，给它一个约8-10年的使用寿命。借助于该电池增强系统，电池放电更浅并且因此该系统将该电池的使用寿命扩展了很多年。
该系统已被安装在本发明人的一辆丰田普锐斯MK1试验车上。这些混合动力车辆中最重要的传动系是电动机传动。它提供了低速转矩并且内燃发动机没有电动机系统无法发挥作用。当没有足够的低速转矩(即：混合电池故障)出现时，该电动机脱离并且该内燃发动机加快转速，因为该电机无法向前移动该车辆。通过如上面所提到的补充该混合电池电压输出并防止该电压下降到低值，此系统确保低速转矩总是可以从该电动机得到。因此，此系统进一步确保该车辆的电动机在最大限度地工作，降低了该内燃发动机所发挥的作用，增加了该电动机的功率输出并降低了该车辆的燃料消耗。
本发明的电池增强系统改善了条件并扩展了甚至是弱混合电池的使用寿命。本发明人在一辆有带两个电压不足电池单元的混合电池的旧丰田普锐斯上完成了一次试验。该车辆在仪表盘上示出了低电力/电池故障警示灯(三角形符号和乌龟符号)。结果表明，一旦在在该车辆上安装了该系统，该汽车就有大功率量和加速度并且比没有安装该系统时表现更好。在试验中，本发明人能够加速并保持在每小时100公里的速度上坡，即使在显示低电力/电池故障(龟)仪表盘图标并且该电池能力水平仪是黄色时。随后，当该电池增强系统转换装置从该车辆断开时，该混合电池很快发生故障，并且该内燃发动机开始通过加快转速来进行补偿。
本发明中披露的电池增强系统比现有技术系统更便宜。成本仅用于一个或多个逆变器、整流单元(整流器、电容器及电阻器)及安装。在图4的替代实施例中，成本因包括一个可选外部电池(包括充电和切换组件)而略有增加。此外，如前面所提到的，该可选外部电池对于该系统得运行不是必要的，进一步降低了该电池增强系统的成本。
不使用多个电池还降低了由于安装而导致的增加到该车辆上的重量。相比有多个电池的重量(如现有技术中所做的那样)，该系统的电子设备的重量最小。因此，由于重量的降低该系统的使用会比使用现有技术系统燃油经济性更好。不使用多个电池还降低了占用的车箱空间的量并且整个系统可被安装在该车辆的混合电池之上。因此，本发明中披露的系统不妨碍对车辆备用车轮的使用，并为车辆使用者留下充足的车箱空间。
本发明的电池增强系统使用车辆自身的辅助动力系统(12V/24V)来为该系统提供输入功率。这使得该系统能够在车辆运行过程中‘总是在工作’，即使不使用图4中所示的该可选外部电池(12V/24V)401(即：只要该车辆在运行该系统就不会停止补充该车辆的电动机电池)。
此外，在图4的本发明的替代实施例中，该可选外部电池始终是由该车辆的辅助动力系统‘便携式’充电。这意味着该外部电池从未完全耗尽过并且该电池增强系统始终是该车辆动力传动系的一部分，一直都增强该主混合电池的电压。这与现有技术系统相反，在现有技术系统中二次电池组一旦被耗尽就不再是该车辆动力传动系的一部分，如前面所提到的。
即使进一步防止该外部电池完全耗尽也会扩展该外部电池401的使用寿命。
与现有技术系统不同的是，本发明的电池增强系统不会始终为该车辆的主混合电池充电。此系统的作用更像是电池辅助系统而不是插入式充电系统，并被设计成与该主混合电池‘一起’工作。它可被认为是与现有主混合电池平行放置的一个第二混合电池。
本说明书中所披露的电池增强系统比现有技术新颖而有创造性，因为现有技术系统还未处理翻新或再利用电压不足旧混合电池的问题。在现有技术中(包括前面描述的ENGINER系统)，如果该主混合电池发生故障(即：子组中的一个或多个没有保持电荷)它会如制造商推荐的那样被丢弃。本发明人是新西兰唯一一个(据他所知)涉及混合动力车辆电池翻新的人，因此，他能够凭他在翻新这些类型的电池方面多年来的经验通过直接解决混合电池故障的原因发明此系统。
混合动力车辆电池更换起来很昂贵，因此混合动力车辆如丰田普锐斯的故障电池通常会导致该车辆被作为废金属出售。如果没有一个正常运作的混合电池，该车辆不能运行并且形同虚设。电池翻新是一个选项，但故障仍是迫在眉睫。然而，通过使用此系统，带有甚至电压不足电池的车辆的寿命可以被可靠地扩展，允许旧车辆可使用很多年。因此，使用此系统增加了旧混合动力车辆的零售价值，并防止该车辆被过早地丢弃。
扩展混合动力/电动电池和/或车辆的使用寿命对环境有好处。这减少了在制造新的或更换混合电池和车辆中天然资源和能源的使用。此外，它可以被视为是环境友好的，因为它减少了丢弃混合电池和车辆所造成的污染。
本发明的电池增强系统是一种赋能技术，它使得其他利润丰厚的副产品商业模式可行，如绿色汽车租赁概念。目前二手混合动力车辆很便宜但不可靠。然而，安装了电池增强系统后，可以用一队旧混合动力车辆(如流行的8人座的丰田大霸王)建立一个高利润的汽车租赁业务。
变更
如前所述，所披露的电池增强系统并不限于使用在电动/汽油车辆中，并且可以用在其他混合动力车辆中，包括串联和/或并联混合动力车辆和纯电动车辆。示例是使用再生制动来为车辆的辅助电池充电的混合动力/电动车辆。在使用再生制动系统(RBS)的车辆中，该辅助交流发电机/转换器的充电输出被直接耦接到图1中所示的逆变器115输入端或图4的继电器开关单元403。该电池增强系统转换装置的输出端如前所述被耦接到该车辆的主混合或电动电池。该系统的所有其他方面与电动/汽油车辆一样获得类似结果。
在图4示出的示例2中，该外部电池401可以具有任何类型和电压，适合于与辅助动力系统111集成，用于为车辆提供一个插入式选项。该电池电压应匹配车辆的辅助动力工作电压，其如前面所提到的通常是12V/24V。该电池401是一个如示例中所述的铅酸电池，但它还可以是来自于新兴电池技术的一个或多个重量轻、持续时间长、容量高的电池。示例包括锂离子电池和锂离子聚合物(锂聚合物)电池。
图4的可选外部电池(12V/24V)401作为电力存储装置被用于该系统的‘插入式’运行，并且如前面所提到的被从AC市电和该车辆自身的辅助动力系统充电。在替代实施例中，该可选外部电池还可以被从内置或安装在该车辆上的其他发电装置充电，如太阳能电池板、风力发电机、额外的交流发电机和热交换器。可以使用公知的现有技术充电方法将这些替代发电装置纳入到该系统中。将风力发电机纳入到该系统中的一种可能的方法是将它们纳入到该车辆的扰流板内。
在图4中示出的本发明的替代实施例中，该继电器开关单元403如前面所提到的选择输入A、B或A+B。在输入A和B处，该继电器开关单元具有内置的限流电阻器或保险丝(未示出)。这些限流电阻器/保险丝被用来防止从这些输入A/B吸收过大的电流，这可给该辅助动力系统111和/或外部电池401造成损坏。这些安全电阻器将从该车辆辅助动力系统供给的最大电流输入(输入A)限制在100A并将从该外部电池供给的最大电流输入(输入B)限制在200A。因此，在这个示例中，选择了输入A和B二者时到该转换装置/装置101的最大电流输入是300A。然而，最大电流安培值可能会取决于特定系统和安装了该系统的车辆而有所不同。此外，安全电阻器/保险丝的位置可能会发生变化，并可被设在输入A和B处，在该继电器单元、该逆变器或该整流单元的输出端之内或输出端处。
该系统包括进一步的保护装置，如保险丝、电阻器和保护二极管(例如：二极管/保险丝407)，以在过电流条件下提供安全并且防止任何电流意外地以相反方向行驶。
此外，关于图4的实施例，在一些替代实现方式中输入B可能不会被用作对该系统的输入(从外部电池401)，并且它可能只是一个只允许该外部电池从该车辆辅助动力系统111充电的充电耦接。因此，在一些实施例中，它可能不一定是在‘总是打开’的状态为该系统起作用。
该转换装置/装置101(逆变装置115+整流装置117)可被合并成一个，并作为一个更紧凑的单元被制造，使其更容易安装在车辆上并减少使用的空间。此外，本发明的电池增强系统可以纳入任何类型的转换装置，并不限定于上述实施例中披露的逆变装置115和整流装置117。例如，该转换装置可以包括其他功率转换装置，例如变压器、DC-DC转换器或机械转换单元，该机械转换单元包括一个DC电机、一个交流发电机和一个整流器，其补充混合电池电压防止它下降到危险的低值。
该逆变装置115是一个12VDC-230VAC(或其他所需AC值)的逆变器，具有如前所述的最大功率输出1000W。然而，具有较高或较低功率/电压输出能力(例如：2500W)的逆变器可被用在该系统中，这允许根据需要将更多或更少的电力传递到该电动机电池103。该逆变器的AC输出电压是根据如前所述安装了该系统的车辆的特定电动机电池电压选择的。此外，多个逆变器可以并联耦接在一起，以进一步增加该逆变装置115的总功率输出。
该系统可被翻新到市场上所有现有的混合动力车辆上。此外，它应被视为内置到所有新制造的混合动力车辆模型中的车辆设计的一部分。因此，该系统可被作为一个可选(或强制)特征在制造工厂内置在新车辆中，并且还作为由车主/第三方安装的一个独立售后包出售。
虽然该电池增强系统被描述为应用到如丰田普锐斯的混合动力车辆，通过对该系统的工作电压值做轻微修改它还可以被应用到其他混合动力车辆如本田Insight和本田思域混合动力。例如，本田Insight主混合电池只使用普锐斯混合电池子组的数量的一半，并且因此该电池增强系统的所有值都被缩减了一半(即：该逆变器输出被减半到120V并且补充该电池的动力骑师输出也被减半)。然而，如前所述，该系统在所有车辆中以同样的原则运行。
术语‘主混合电池’指的是用于运行混合动力、电动或其他类型车辆的一个或多个主电动机的一个或多个电池。
术语‘电动机电池’指的是用于提供动力电动机的任何电池或电池组。示例包括为该车辆的一个或多个电动机提供动力的混合动力或电动车辆的主电池，并且还包括用于为纳入了一个或多个电动机的工业机械(如车床、钻子或铣床)提供动力的任何电池或电池组。此术语包括上面给出的‘主混合电池’的定义。
如前面所提到的，术语‘辅助动力系统’指的是车辆的12V/24V辅助电池充电系统。在混合动力车辆中，该辅助动力系统通常是由例如该ICE、该电动机发电机和/或再生制动系统提供动力的一个交流发电机、发电机或转换器(参见图1/1A)，并且还包括一个辅助电池，该电池通常是一个12V/24V铅酸电池，这两者都用来为车辆的辅助装置如灯、雨刷器、收音机等提供动力。术语‘辅助动力系统’并不限于电池/充电系统，并且还涵盖了混合动力或电动车辆的任何电源系统，除了该车辆的市电/充电系统(其为该主电动机电池充电)之外它也出现。此外，该辅助动力系统可能来自于直接为该电动机电池充电(例如：图1A)的电力/充电系统，或者可替代地它可能是一个单独的电源系统。
在一些车辆中，该辅助动力系统可能不一定为该车辆的辅助装置提供动力，并且它包括特别内置于该车辆中的任何电源系统，用于为本发明的电池增强系统提供动力。这包括任何替代电力和/或充电系统，由车辆制造商或第三方为补充该电动机电池的电压的目的设计而成，包括再生制动系统、太阳能/风力驱动发电机、一个或多个通过AC市电或其他电源(例如：燃料电池单元、太阳能电池板、车辆电动机电池等)充电的电池、或其他类型的替代发电系统。此外，它涵盖了任何电压值的电源系统，并且不一定限于常见的12V/24V车辆辅助充电系统。
术语‘辅助动力系统’并不限于车辆的动力和/或充电系统。如示例4所述，该‘辅助动力系统’还可以指任何工业电源，用于为本发明中所描述的用于增强工业电池组的电池增强系统提供动力。因此，它延伸到覆盖了任何一个或多个电源，用于通过防止一个或多个负载(例如：电动机)运行过程中引起的电池单元损坏来增强一个或多个电池。
术语‘该转换装置’和‘该装置’可以互换使用。
权利要求中所定义的术语‘电池电路’和短语‘被适配成在使用时被耦接到一个电池或电池电路’用于指示该转换装置或者被直接耦接到该电池或者被耦接到该车辆的电路的任何部分，以允许该转换装置为该电池提供一个电压信号。在混合动力或电动车辆中，此电路可能是一个继电器电路、熔丝板或直接或间接地与这些电池端子耦接的任何其他电线/电缆/电路。
贯穿本说明书的描述，词语“包括”及其变体并不旨在排除其他添加物、成分、整数或步骤。
当然应当意识到，虽然上述内容已通过本发明的说明性示例的方式给出，对于本领域普通技术人员而言明显的所有对其的这种和其他的修改和变化都被视为在如前文所述的本发明的广泛范围和范畴之内。

Claims (29)

1.一种包括至少一个转换装置的电池增强系统，其中该转换装置被适配成在使用时被耦接到一个辅助动力系统，用于从该辅助动力系统接收一个输出信号，该转换装置能够将来自该辅助动力系统的该输出信号转换成一个转换信号，并且该转换装置被进一步适配成在使用时被耦接到一个电池或电池电路，用于为该电池提供该转换信号以由此补充该电池，其中补充该电池防止该电池输出电压下降到低于一个预定水平，从而防止对该电池的损坏。
2.如权利要求1所述的电池增强系统，其中该电池增强系统是适用于混合动力或电动车辆的电池增强系统，并且该辅助动力系统包括一个交流发电机、转换器、或由例如内燃发动机、再生制动系统、一个或多个电池、电动机发电机、太阳能/风能发电机或其他装置提供动力的其他动力转换装置。
3.如权利要求2所述的电池增强系统，其中该电池是该车辆的电动机电池。
4.如权利要求1所述的电池增强系统，其中该电池增强系统是适用于工业电池组的电池增强系统，并且该辅助动力系统是一个交流发电机、转换器或由市电或其他一个或多个电源提供动力的其他动力转换装置。
5.如权利要求3所述的电池增强系统，其中该转换装置包括逆变装置和整流装置，其中该逆变装置将来自该辅助动力系统的该输出信号转换成一个AC信号，并且该整流装置将该AC信号整流成该转换信号，该转换信号是一个DC转换信号。
6.如权利要求3所述的电池增强系统，其中该转换信号防止该电动机电池输出电压下降到低于一个预定水平，特别是在该电动机电池在该车辆的该电动机的重载工作需求期间的压力之下时。
7.如权利要求3所述的电池增强系统，其中该系统进一步包括耦接到该车辆的该辅助动力系统的电荷存储装置。
8.如权利要求7所述的电池增强系统，其中该电荷存储装置还被耦接到一个充电单元，该充电单元允许该电荷存储装置被插入并通过AC市电或其他外部电源如太阳能充电而被充电。
9.如权利要求7所述的电池增强系统，其中该电荷存储装置被耦接到该辅助充电系统以便该电荷存储装置从该车辆的辅助动力系统被连续充电。
10.如权利要求7所述的电池增强系统，其中该电荷存储装置是一个或多个12V(或24V)铅酸、锂离子或任何其他类型的电池。
11.如权利要求7所述的电池增强系统，其中该电荷存储装置能够为该转换装置提供一个输出信号，并且该系统包括切换装置，用于选择要被提供给该转换装置的一个输出信号，该输出信号是从该辅助动力系统、该电荷存储装置或是二者中选择的。
12.如权利要求5所述的电池增强系统，其中来自该辅助动力系统的该输出信号是例如一个12V(或24V)DC信号，并且该转换装置将该12V(或24V)DC信号转换成与该电动机电池的电压相对应的DC电压信号。
13.如权利要求5所述的电池增强系统，其中该整流装置包括一个或多个二极管整流器、电容器和电阻器。
14.如权利要求6所述的电池增强系统，其中该转换信号防止该电动机电池的该输出电压下降到低于一个预定水平，即使是在该电动机电池在压力下时，该预定水平是每种类型的电动机电池唯一的一个值，例如280VDC。
15.如权利要求3所述的电池增强系统，其中该电池增强系统在该车辆运行过程中是与该电动机电池处于‘总是在工作’的配置中。
16.如权利要求3所述的电池增强系统，其中该电池增强系统为安装了该系统的车辆特别是具有疑似弱电动机电池的车辆提供增强的动力和/或燃油经济性的提高。
17.如权利要求3所述的电池增强系统，其中该电池增强系统能够被安装在所有的混合动力和/或电动车辆中，特别是在丰田普锐斯(第1代-NHW10、第2代-NHW11和第3代-NHW20)、本田Insight和本田思域混合动力中。
18.如权利要求3所述的电池增强系统，其中该电池增强系统被一个远程开关或被该车辆的该点火开关开启或关闭，以便该系统随着该车辆的启动或关闭而同时开启或关闭。
19.如权利要求1所述的电池增强系统，其中该电池增强系统进一步包括耦接到该转换装置的一个或多个热敏电阻器，用于限制来自该转换装置的电流输出以防止该转换装置过载。
20.一种具有至少一个转换装置的混合动力或电动车辆，其中该转换装置可操作地耦接到该车辆的辅助动力系统，该转换装置将来自该辅助动力系统的输出信号转换成一个转换信号，该转换信号被提供给该车辆的电动机电池，该转换信号补充该电动机电池输出电压，其中用该转换信号补充该电动机电池输出电压防止该电动机电池输出电压下降到低于一个预定水平，从而防止对该电动机电池的损坏。
21.一种适用于车辆中的装置，其中该装置被适配成在使用时被耦接到该车辆的辅助动力系统，用于从该辅助动力系统接收一个输出信号，该装置能够将来自该辅助动力系统的该输出信号转换成一个转换信号，并且该装置被进一步适配成在使用时被耦接到该车辆的电动机电池或电池电路，用于为该电动机电池提供该转换信号以由此补充该电动机电池，其中补充该电动机电池防止该电动机电池输出电压下降到低于一个预定水平，从而防止对该电动机电池的损坏。
22.一种用于增强电池的电池增强方法，该方法包括以下步骤：
-通过转换装置将来自辅助动力系统的一个输出信号转换成一个转换信号，
-将该转换信号提供给该电池或电池电路，由此补充该电池输出电压，
这样，用该转换信号补充该电池输出电压防止该电池输出电压下降到低于一个预定水平，从而防止对该电池的损坏。
23.如权利要求22所述的方法，其中该方法包括在该辅助动力系统与该电池或电池电路之间耦接转换装置的一个初始步骤。
24.如权利要求22所述的方法，其中该方法是为了增强车辆的电池。
25.如权利要求22所述的方法，其中该转换装置包括逆变装置和整流装置。
26.如权利要求25所述的方法，其中通过该转换装置对该输出信号的转换涉及该逆变装置将该输出信号转换成一个AC信号并且该整流装置将该AC信号转换成一个DC转换信号。
27.一种用于混合动力或电动车辆的电池增强系统，该系统包括至少一个转换装置，该转换装置在使用时能够被耦接在该车辆的辅助动力系统与电动机电池之间，其中该转换装置在使用时能够将来自该辅助动力系统的输出信号转换成一个转换信号，并将该转换信号提供给该电动机电池，由此补充该电动机电池的该输出电压，从而防止该电动机电池的该输出电压下降超过一个预定值并防止对该电动机电池的电池单元的损坏。
28.一种用于混合动力或电动车辆的附加套件，该附加套件包括至少一个转换装置，该转换装置在使用时能够被耦接在该车辆的辅助动力系统与电动机电池之间，其中该转换装置在使用时能够将来自该辅助动力系统的输出信号转换成一个转换信号并将该转换信号提供给该电动机电池，由此补充该电动机电池的该输出电压，从而防止该电动机电池的该输出电压下降超过一个预定值并防止对该电动机电池的电池单元的损坏。
29.一种包括至少一个转换装置的电池增强系统，其中该转换装置可操作地耦接到辅助动力系统，该转换装置将来自该辅助动力系统的输出信号转换成一个转换信号，该转换信号补充一个电池的输出电压，其中用该转换信号补充该电池输出电压防止该电池输出电压下降到低于一个预定水平，从而防止该电池被损坏。
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