CN103779887B - 双源电池充电器 - Google Patents

Abstract

一种用于发动机－发电机的双源电池充电器的系统和方法。发动机－发电机的双源电池充电器包括电启动器和电池。电启动器可选择地由电池提供能量以启动发动机－发电机的发动机。双源电池充电器将电池保持在期望的电荷，以使得电池具有足够的电荷为电启动器提供能量。双源电池充电器可选择地耦连到两个电源：诸如标准120伏或240伏的墙壁电源插座的发动机－发电机的交流发电机和外部AC电源中的一个，以为电池充电。因此，电池由来自于墙壁电源插座的电量，或者如果发电机运行时由交流发电机所提供的电量充电。

Description

双源电池充电器

交叉引用相关申请

本申请要求于2012年10月22日申请的美国临时专利申请61/716，959的优先权，其全部内容合并于此作为参考。

技术领域

本发明涉及电池充电器和发动机－发电机。

背景技术

发动机－发电机，也被称作发电机组，一般包括驱动交流发电机产生电量的内燃机。交流发电机包括转子和定子。发动机的驱动轴旋转驱动转子，其在定子中感生电流。所感生的电流形成发电机的输出。

发明内容

在一个实施例中，本发明提供双源电池充电器，其用于具有电启动器和电池的发动机－发电机。用于发动机－发电机的电启动器可选择地由电池提供能量以启动发动机－发电机的发动机。双源充电器将电池保持在期望的电荷，以使得电池具有足够的电荷来为电启动器提供能量。双源电池充电器可选择地耦连到两个电源：诸如标准120伏或240伏墙壁电源插座的发动机－发电机和外部AC电源的交流发电机，以为电池充电。因此，电池由墙壁电源插座或者在发电机运行时由交流发电机所提供的能量来充电。

在另一个实施例中，本发明提供为发电机中的电池充电的方法，该发电机具有双源电池充电器、电启动器马达、内燃机和外部电源连接器。该方法包括将电池耦连到电启动器马达以便启动内燃机，以及通过内燃机驱动交流发电机以便产生交流发电机输出电源。该方法进一步包括检测交流发电机输出电源的存在和来自于外部电源连接器的外部电源的不存在情况中的至少一个，且作为响应，控制开关将交流发电机连接到双电源电池充电器。电池随后利用来自于交流发电机的交流发电机输出电源由双电源电池充电器充电。该方法还包括检测交流发电机输出电源的不存在和来自于外部电源连接器的外部电源的存在中的至少一个，且作为响应，控制开关将外部电源连接器连接到双电源电池充电器。随后电池利用来自于外部电源连接器的外部电源由双电源电池充电器充电。

在另一个实施例中，本发明提供具有双电源电池充电器、电池、内燃机和可选择地耦连到电池以启动内燃机的电启动器马达的发电机。该发电机进一步包括具有内燃机所驱动的转子和在转子被驱动时其中感生出交流发电机输出电源的定子的交流发电机。交流发电机输出电源设置在交流发电机输出端。发电机还包括外部电源连接器、开关和电池充电器。外部电源连接器可操作成耦连到外部电源以及在连接器的输出端提供外部电源。该开关具有耦连到交流发电机输出端的第一输入端、耦连到连接器输出端的第二输入端和开关输出端。电池充电器被耦连到电池以及可操作成为电池充电。电池充电器进一步具有耦连到开关输出端的电源输入端，以使得电池充电器经由开关可选择地耦连到交流发电机输出端和连接器输出端中的一个以便利用交流发电机输出电源和外部电源为电池充电。

在另一个实施例中，本发明提供为发电机中的电池充电的方法，该发电机具有双电源电池充电器、内燃机、可选择地耦连到电池以启动内燃机的电启动器马达、由内燃机所驱动以便产生交流发电机输出电源的交流发电机、和可操作成耦连到外部电源以便提供外部电源的外部电源连接器。该方法包括检测交流发电机是否产生交流发电机输出电源和外部电源连接器是否提供外部电源中的至少一个。该方法进一步包括基于检测结果将交流发电机和外部电源中的一个连接到双电源电池充电器的输入端。该方法还包括利用在输入端处从所连接的交流发电机和外部电源连接器中的一个接收的电量，由双电源电池充电器为电池充电。

通过参考详细的说明和附图，本发明的其它方面将变得显而易见。

附图说明

图1A－E描述了根据本发明的一个实施例的具有双源电池充电器的发电机。

图2描述了发电机系统的框图。

图3描述了双源电池充电器电路。

图4阐释了具有三个操作模式的双源电池充电器的充电曲线。

图5A－B描述了用于双源电池充电器输入电源的流程图。

具体实施方式

在详细阐明本发明的任何实施例之前，要理解，本发明将它的应用限于随后的说明中所阐释的或随后的附图中所阐明的结构细节和组件设置。本发明能够具有其它实施例以及能够以各种方式被实施或执行。

还应注意到，基于设备的多个硬件和软件，以及多个不同的结构组件可被用于实现本发明。此外，应理解，本发明的实施例可包括硬件、软件、及电子组件或模块，为了讨论的目的，其可解释和描述成多数组件被单独地在硬件中实现。然而，本领域技术人员在阅读该详细说明的基础上，将意识到，至少在一个实施例中，基于本发明的观点的电子组件可在由一个或多个处理器可执行的软件中实施（例如，在非暂态计算机可读介质上存储）。如此，应注意到，基于设备的多个硬件和软件，以及多个不同的结构组件可被用于实现本发明。而且，如在随后段落中所描述的，附图中所阐释的特定机械结构意欲示例本发明的实施例，其它可替换的机械结构是可能的。例如，说明中所描述的“控制器”可包括标准处理组件，诸如一个或多个处理器、一个或多个计算机可读介质模块、一个或多个输入/输出接口、以及连接组件的多个连接件（例如，系统总线）。

参考图1A－E，示出发电机10包括框架105，其具有围绕铰接轴115可旋转以向前向下折叠成接触发电机100的顶侧的折叠手柄110。发电机100进一步包括具有燃料盖122的燃料罐120、可充电电池125、主面板130、电启动器马达135、内燃机140以及交流发电机145。尽管未示出，在某些示例中，两个或多个轮被固定于框架105的底部以易于运输发电机100。发电机100还包括用于耦连到墙壁电源插座连接器以为电池125充电的插座。发电机100进一步包括拉力启动器绳155（示出不具有抓握的手柄）以便在不用电池125和电启动器135的情况下任意地启动发动机140。发电机100包括将电启动器135耦连到电池125的启动器开关156，和开/闭将燃料罐120连接到发动机140的燃料供给管线的燃料阀158。发电机100还包括空闲控制开关157以改变发电机100的空闲控制模式。

主面板130邻近于燃料罐120，设置在电启动器和发动机140之上。在所阐释的实施例中，主面板130包括四个AC电源插座160，每一个都具有用于连接到AC负载的三相插头的接线端。AC电源插座160为接地故障断路器（GFCI）插电源插座，尽管可包括其它的电源插座类型。主面板130进一步包括120/240伏AC电源插座165。AC电源插座160和165由盖（未示出）不受水和污染物（例如，灰尘）渗透，其可由橡胶或其它适当的材料制成。在某些实施例中，DC电源插座也可设置在主面板130或发电机100的其它地方上。

参考图2，发电机100进一步包括双源电池充电器225、发电机输出模块230、及控制器235。发动机140在启动时使输出轴240旋转，其旋转交流发电机145的马达（未示出）。旋转的马达从交流发电机145的定子（未示出）引起AC输出。交流发电机145的AC输出由发电机输出模块230和双源电池充电器225所接收。

发电机输出模块230确定从交流发电机145所接收的AC电量是否输出给一个或多个AC负载255和/或DC负载（未示出）。例如，在某些结构中，发电机输出模块230包括整流器、反相器和滤波组件（未示出）。整流器接收和整流来自于交流发电机145的AC电量输出并将DC电量输出端反相器。反相器随后使DC电量反向并将AC电量输出给滤波组件。滤波组件有助于移除来自于经由反相器的AC输出的波纹、噪声等等以将干净的AC电量信号提供给一个或多个AC负载255。在某些结构中，发电机输出模块230对来自于交流发电机145的AC信号滤波并将滤波后的AC信号提供给AC负载255，而不用附加的整流器和反相器阶段。AC负载255例如经由发电机100的两相或三相AC电源插座（例如，AC电源插座160）耦连到发电机100。发电机输出模块230内的整流器电路对来自于交流发电机145的AC输出整流并将也可被滤波的DC电量提供给一个或多个DC负载（未示出）。一个或多个DC负载经由发电机100上的DC插座（未示出）耦连到发电机输出模块230。在某些示例中，发电机100包括多于或少于四个的AC电源插座160和AC电源插座165。控制器235例如通过控制整流器、反相器或两者中的高速开关元件和/或其它组件来控制发电机输出模块230。

继续参考图2，控制器235控制并耦连到发动机140和电启动器135。控制器235被操作成调节发动机140的节流阀260以控制其速度。此外，控制器235可操作成控制发动机140的附加操作性能。在图2中，虚线代表控制及信号线，信息或命令在其上传递。此外，控制器235在起动期间控制发动机140的电启动器135。电启动器135为由电池125供能的DC马达以在起动期间提供输出轴240的初始旋转。输出轴240的旋转，连同打开节流阀260以将燃料提供给发动机140，能够开启发动机140。电启动器135例如通过用户激活的启动器开关156可选择地耦连到电池125。

双源电池充电器225保持电池125的电荷，以使得电池125可操作成提供足够的能量给电启动器135以开启发动机140。双源电池充电器225包括电池监测模块265，其感测有关电池125的信息（例如，电池温度、电池电压、极性）并将电池状态信息转继给控制器235。控制器235反过来可使用电池状态信息来控制为电池125充电。在某些实施例中，除了依靠控制器235，双源电池充电器225接收并使用电池状态信息来直接控制充电。

双源电池充电器225可操作成经由墙壁电源插座连接器279从两个电源：诸如120伏或240伏的墙壁电源插座的交流发电机145和外部AC电源（未示出），接收电量。双源电池充电器225可选择地将电池充电电路连接到交流发电机145和外部AC电源中的一个，以将电量提供给电池充电电路。在需要时，电池充电电路反过来使用电量来将充电电流提供给电池125。当发电机100在工作时，双源电池充电器225使用来自于交流发电机145的电量来为电池125充电。然而，假设墙壁电源插座连接器270被耦连到外部AC电源，当发电机100不工作时，双源电池充电器225使用来自于外部AC电源的电量。在某些情形中，墙壁电源插座连接器270被耦连到外部DC电源（未示出）以将DC电量提供给双源电池充电器225，其被用于可选择地为电池125充电。此外，在某些情形中，双源电池充电器125从发电机输出模块230的整流器接收DC电源，而不是从交流发电机145接收AC电量。

图3更详细地阐释了双源电池充电器225。双源电池充电器225被示出耦连到电池125，并包括双极继电器275、线圈277、开关280和电池充电器285（即，电池充电器电路）。双源电池充电器电源由继电器275可选择地连接于电池充电器285。例如，基于由交流发电机145产生的AC电量的存在控制继电器275。当发电机100运行且交流发电机145提供AC输出时，线圈277由来自于交流发电机145的电流提供能量，使得开关280断开与墙壁电源插座连接器270的电连接并与交流发电机145进行电连接。当发电机100不运行时，或者交流发电机145不输出电量时，线圈277断电，使得开关280断开与交流发电机145的电连接并与墙壁电源插座连接器270进行电连接。在某些情形中，除了基于交流发电机电量的触发，线圈277被耦连到墙壁电源插座连接器270，并基于经由墙壁电源插座连接器270的来自于外部AC电源的AC电量的存在而触发。因此，取决于电源的存在，继电器275自动将电池充电器285耦连到双源电池充电器225的电源中的一个。

电池充电器285的输出电压的范围可从90伏－144伏，44赫兹－63赫兹，或大约可为240伏，50Hz。电池充电器285例如包括整流器和其它滤波元件（未示出）以调节所接收的AC电量并产生用于为电池125充电的充电电流。电池充电器285被以不同充电模式操作以便根据电池125的充电状态为电池125充电。图4阐释了在由电池充电器285控制时，一段时间上的电池125的充电曲线的曲线图。如所示的，在各个阶段，电池充电器285以恒流模式、恒压模式和浮动模式为电池125充电。在t＝0处，电池充电器285提供恒流模式，其中在恒流模式期间，充电电压为11－14伏的DC，且在恒流模式期间，充电电流为0.5-0.75安培的DC。在t＝A处，电池充电器285提供恒压模式，其中，在恒压模式期间，充电电压为14.65-14.75伏的DC，且在恒压模式期间充电电流为0.5-0.75安培，其暂时降到0.05-0.1安培。在t＝B处，电池充电器285提供浮动模式，其中，充电电压保持在13.85-13.95伏的DC之间。

电池监测模块265将电池信息（例如，电池电压）提供给控制器235或电池充电器285。反过来，控制器235控制电池充电器285或电池充电器控制自身，以在充电过程期间以适当的模式工作。例如，电池充电器285以恒流模式开始直到电池125大约达到14伏，在该点，电池充电器285进入恒压模式。电池充电器285保持在恒压模式直到电池125达到14.6伏，在该点，电池充电器285进入浮动模式。在某些实施例中，其它电池充电技术由电池充电器285所实施。此外，在某些实施例中，尤其对于不同类型的电池（例如，12伏、18伏或28伏的电池），不同充电阈值和电流水平由电池充电器285所采用。电池充电器285还包括保护装置（未示出），其在至少1500伏的电池充电器285的输入与输出之间获得介电保护、短路保护、防止将电池125连接在相反极性的极性反接保护。

图5A阐释了根据本发明的一个实施例的一种用于选择到双源电池充电器225的输入的方法300。在步骤305，继电器375感测交流发电机145是否正输出电量。如果交流发电机145正输出电量，继电器275形成（或保持）交流发电机145与电池充电器285之间的电连接，以及中断（或保持中断）墙壁电源插座连接器270与电池充电器285之间的电连接。如果交流发电机145不在输出电量，继电器275形成（或保持）墙壁电源插座连接器270与电池充电器285之间的电连接，以及中断（或保持中断）交流发电机145与电池充电器285之间的电连接（步骤315）。

在步骤320，基于电池监测模块265所提供的信息，控制器235确定电池125是否需要充电。例如，如果电池125低于特定电压阈值，控制器235确定电池125需要充电，并行进到步骤325。在步骤325，电池充电器285为电池125充电。在充电时，方法300继续被执行以使得，如果交流发电机145停止提供电量或开始提供电量，继电器275将相应地切换（步骤305，310和315），而电池充电器285将继续为电池125充电（步骤325），但是采用替换的电源。如果充电不被需要时，或者电池充电被完成时，电池充电器285停止为电池125充电时，且该方法返回到步骤305。

可替换地，代替继电器275，控制器235可监测来自于交流发电机145和墙壁电源插座连接器270的电量的存在，并可选择地相应地形成和断开连接。

图5B阐释了根部发明的的一个实施例的一种用于双源电池充电器225的方法350。在步骤355，用户确定是否存储发电机。在步骤360，如果用户存储发电机，用户将发电机100连接到墙壁电源插座，其将AC电量供给到双源电池充电器225。此后，在存储时，发电机100的电池125由双源电池充电器225充电到和/或保持在大体完全充电的状态（步骤365）。如果用户在步骤355不存储发电机100，用户在步骤370确定是否开启和运行发电机100。如果为否，方法350回环并继续循环通过步骤355和370，直到发电机100由用户存储或开启。当在步骤375开启发电机100时，双源电池充电器225被连接到交流发电机145的输出端。此后，在运行时，发电机100的电池125由双源电池充电器225充电到和/或保持在大体完全充电的状态（步骤365）。

如说明详细描述的，电池125和双源电池充电器225包含在发电机100上。因此，通过将发电机100耦连到标准墙壁电源插座，即使在延长存储的时期时，电池125可被保持在完全充电的状态。也就是说，由于延长的存储期，电池125不具有渐变的电荷损失，其导致的低电荷抑制电启动。此外，用户不需要购买和连接到用于发电机100的分离的、外部电池充电器。而且，双源电池充电器225为受调节的充电器，其专门被构造成不对电池125过充（例如参见图4）。利用不受调节的充电器，电池125在发电机100运行较长时间的情形可被过充，或者可在其它情形中可被不充分充电。对电池125过充和不充分充电可降低其的预期寿命。因此，受调节充电器225的使用延长了电池125的寿命。

因此，本发明的实施例提供具有双源电池充电器的发电机及用于其的方法。

Claims (20)

1.一种为独立便携式发电机中的启动器电池充电的方法，该发电机具有交流发电机以确定交流发电机输出电源输出给外部AC负载，该发电机还包括：双电源电池充电器、电启动器马达、内燃机和外部电源连接器，该方法包括：

将所述启动器电池耦连到所述电启动器马达以便启动所述内燃机；

由所述内燃机驱动所述交流发电机，以便产生所述交流发电机输出电源；

检测所述交流发电机输出电源的存在和来自于所述外部电源连接器的外部电源的不存在情况中的至少一个，且作为响应，控制开关将所述交流发电机连接到所述双电源电池充电器；

利用来自于所述交流发电机的所述交流发电机输出电源，由所述双电源电池充电器为所述启动器电池充电；

检测所述交流发电机输出电源的不存在和来自于所述外部电源连接器的外部电源的存在情况中的至少一个，且作为响应，控制所述开关将所述外部电源连接器连接到所述双电源电池充电器；以及

利用来自于所述外部电源连接器的所述外部电源，由所述双电源电池充电器为所述启动器电池充电。

2.根据权利要求1的方法，其中，所述检测所述交流发电机输出电源的存在和来自于所述外部电源连接器的外部电源的不存在情况中的至少一个的步骤包括：由所述交流发电机输出电源为继电器的线圈提供能量。

3.根据权利要求2的方法，其中，在所述控制所述开关将所述交流发电机连接到所述双电源电池充电器的步骤中，被提供能量的线圈控制所述开关。

4.根据权利要求1的方法，

其中，所述检测所述交流发电机输出电源的存在和来自于所述外部电源连接器的外部电源的不存在情况中的至少一个的步骤包括：由控制器监测交流发电机输出端和所述外部电源连接器中的至少一个，

其中，在控制所述开关将所述交流发电机连接到所述双电源电池充电器的步骤中，所述控制器控制所述开关。

5.根据权利要求1的方法，进一步包括：

确定所述启动器电池的电压水平；以及

基于所述电压水平控制所述双电源电池充电器为所述启动器电池充电。

6.根据权利要求1的方法，其中，为所述启动器电池充电包括：

最初以恒流充电模式为所述启动器电池充电，以及

随后，以恒压充电模式为所述启动器电池充电。

7.一种具有双源电池充电器的独立便携式发电机，该发电机包括：

内燃机；

启动器电池，被配置为仅用于启动所述内燃机；

电启动器马达，可选择地耦连到所述启动器电池以启动所述内燃机；

交流发电机，具有由所述内燃机驱动的转子和当所述转子被驱动时在其中感生交流发电机输出电源的定子，该交流发电机输出电源于交流发电机输出端被提供给外部AC负载；

外部电源连接器，可操作成耦连到外部电源并在连接器输出端提供外部电源；以及

开关，其有耦连到所述交流发电机输出端的第一输入端、耦连到所述连接器输出端的第二输入端和开关输出端；

电池充电器，耦连到所述启动器电池并可操作成为所述启动器电池充电，所述电池充电器具有耦连到所述开关输出端的电源输入端以使得所述电池充电器经由所述开关可选择地耦连到所述交流发电机输出端和连接器输出端中的一个，以便利用所述交流发电机输出电源和所述外部电源中的一个为所述启动器电池充电。

8.根据权利要求7的发电机，其进一步包括：

耦连到所述发电机输出端的线圈，其中，所述开关和线圈形成继电器，以使得，

当所述线圈由所述交流发电机输出电源提供能量时，所述开关将所述交流发电机输出端耦连到所述开关输出端，以及

当所述线圈不由所述交流发电机输出电源提供能量时，所述开关将所述连接器输出端耦连到所述开关输出端。

9.根据权利要求7的发电机，其进一步包括：

耦连到所述连接器输出端的线圈，其中，所述开关和线圈形成继电器，以使得，

当所述线圈由所述外部电源提供能量时，所述开关将所述连接器输出端耦连到所述开关输出端，以及

当所述线圈不由所述外部电源提供能量时，所述开关将所述交流发电机输出端耦连到所述开关输出端。

10.根据权利要求7的发电机，进一步包括控制器，该控制器具有可操作成监测所述交流发电机输出端和所述连接器输出端中的至少一个的传感器，以及基于监测结果控制所述开关。

11.根据权利要求7的发电机，其进一步包括电池监测模块，该电池监测模块可操作成确定所述启动器电池的电压水平并将所述电压水平提供给控制器。

12.根据权利要求11的发电机，其中，所述控制器可操作成基于所述电压水平控制所述电池充电器为所述启动器电池充电。

13.根据权利要求7的发电机，其进一步包括控制器，其可操作成控制所述电池充电器以恒流充电模式、恒压充电模式以及浮动模式中的至少一个为所述启动器电池充电。

14.根据权利要求7的发电机，其进一步包括：

启动器开关，以便控制所述电启动器马达可选择地耦连到所述启动器电池以启动所述内燃机；

燃料罐，耦连到所述内燃机，从而为该内燃机提供燃料；

发电机输出模块，耦连到所述交流发电机输出端；以及

交流电(AC)插座，耦连到所述发电机输出模块，该AC插座被构造成连接到所述外部AC负载。

15.根据权利要求14的发电机，其进一步包括：

框架，其支撑所述启动器电池、所述内燃机、所述电启动器马达、所述交流发电机、所述燃料罐和所述电池充电器；以及

折叠手柄，其经由铰链耦连到所述框架。

16.一种为独立便携式发电机中的启动器电池充电的方法，该发电机具有交流发电机以确定交流发电机输出电源输出给外部AC负载，该发电机还具有双电源电池充电器，并且进一步包括内燃机、可选择地耦连到所述启动器电池以启动所述内燃机的电启动器马达、由所述内燃机所驱动以便产生所述交流发电机输出电源的所述交流发电机、以及可操作成耦连到外部电源以提供外部电源的外部电源连接器，该方法包括：

检测所述交流发电机是否产生交流发电机输出电源和所述外部电源连接器是否提供外部电源中的至少一个；

基于检测结果，将所述交流发电机和所述外部电源连接器中的一个连接到所述双电源电池充电器的输入端；以及

利用所述输入端从所连接的所述交流发电机和所述外部电源连接器中的一个所接收的电量，由所述双电源电池充电器，为所述启动器电池充电。

17.根据权利要求16的方法，其中，所述检测的步骤包括通过所述交流发电机输出电源和所述外部电源中的一个为继电器的线圈提供能量。

18.根据权利要求17的方法，其中，在所述连接的步骤中，被提供能量的线圈控制所述继电器的开关将所述交流发电机和所述外部电源连接器中的一个连接到所述双电源电池充电器的输入端。

19.根据权利要求16的方法，

其中，所述检测步骤包括通过控制器监测所述交流发电机输出端和所述外部电源连接器中的至少一个，

其中，在所述连接的步骤中，所述控制器控制开关将所述交流发电机和所述外部电源连接器中的一个连接到所述双电源电池充电器的输入端。

20.根据权利要求16的方法，其中，所述充电的步骤进一步包括：

最初以恒流充电模式为所述启动器电池充电，以及

随后，以恒压充电模式为所述启动器电池充电。