CN105142982A - 具有串联电池的车辆系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种车辆系统，该车辆系统包括12伏交流发电机和24伏绕线转子，该24伏绕线转子被配置用于容纳在12伏交流发电机中。

Description

具有串联电池的车辆系统

背景技术

本文中所公开的主题涉及车辆系统，并且更具体地，涉及具有串联连接的两个或更多个电池的车辆系统。

在一些车辆中，标准的12伏交流发电机与24伏电池连接。这可能产生以下所不期望的状况：在交流发电机生成比电池电压更高的电压之前，交流发电机不开始产生输出。通常，12伏交流发电机在其生成大于24伏的电压并且可以开始输出电荷之前将会需要约686RPM的旋转。该用于充电的最小发动机速度通常超过所期望的大约600RPM的空转速度。为此，24伏系统中的12伏交流发电机不能有效地在空转期间对24伏电池进行充电，除非空转速度被设置成高于686RPM。由于设置更高的空转速度通常还造成排放物的增多并且需要更多的燃料，因此这不是所期望的。

该问题可以通过使用24伏交流发电机来解决。然而，这样的交流发电机相当昂贵并且难以装配。因此，在大多数车辆中通常不选用24伏交流发电机。另外，24伏交流发电机具有的关联电阻大大超过与12伏交流发电机关联的电阻。因此，24伏交流发电机趋于生成大量的热量，这需要冷却系统。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种车辆系统，该车辆系统包括：交流发电机，该交流发电机被配置成对具有第一电压的电池进行充电；以及转子，该转子具有由第二电压供电的转子场绕组。

根据本发明的另一方面，提供了一种车辆系统，该车辆系统包括：12伏交流发电机；串联连接的电池系统，该串联连接的电池系统包括两个12伏电池，所述两个12伏电池能够由12伏交流发电机单独地进行充电；以及多个子系统，所述多个子系统由串联连接的电池系统供电。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于与车辆一起使用的车辆系统，车辆包括可以在包括空转速度的各种速度下操作的发动机。车辆系统包括：第一电池和第二电池，第一电池和第二电池串联连接以用于在发动机在包括空转速度的各种速度下操作的情况下生成激励电压；交流发电机组件，该交流发电机组件被配置成在包括空转速度的各种速度下由激励电压来生成电流；以及控制器，该控制器被配置成操作交流发电机组件，以由此在发动机在包括空转速度的各种速度下操作的情况下对第一电池和第二电池中的每个电池单独地进行充电。

根据本发明的又一实施方式，提供了一种车辆系统，该车辆系统包括：串联连接的第一电池和第二电池；交流发电机，该交流发电机具有定子绕组和转子场绕组，定子绕组经由整流器和第一对开关电联接至第一电池并且经由整流器和第二对开关电联接至第二电池，转子场绕组与第一电池和第二电池串联连接；以及控制器，该控制器被配置成对第一电池和第二电池的各自的电压进行感测，并且根据分别感测的第一电池和第二电池的电压来分别闭合第一对开关和第二对开关中的至少一者，以从而在联接至转子场绕组的发动机的包括空转速度的各种操作速度下从定子绕组对第一电池和第二电池中关联的一个电池进行充电。

根据以下结合附图的描述，这些和其他优点以及特征将变得明显。

附图说明

作为本发明的主题在说明书所附权利要求中特别指出并且明确要求保护。根据以下结合附图做出的详细描述，本发明的前述和其他特征以及优点变得明显，在附图中：

唯一的附图是根据实施方式的具有串联连接的电池的车辆系统的示意性图示。

参照附图通过示例进行的详细描述说明了本发明的实施方式以及优点和特征。

具体实施方式

参照仅有的附图，车辆系统10被设置用于诸如混合动力汽车的车辆，所述车辆包括在包括约600RPM的空转速度的各种速度下操作的发动机100。车辆系统10包括彼此串联连接的第一电池11和第二电池12、交流发电机组件13以及控制器14。如以下所讨论，第一电池11和第二电池12被串联布置并且可以各自被设置为12伏电池。第一电池11和第二电池12还可以通过附加的电池串联连接。交流发电机组件13可以包括具有24伏转子绕组的12伏交流发电机。

当交流发电机被配置成对认为是12伏电池的电池进行充电时，该交流发电机认为是12伏交流发电机。本领域众所周知的是，12伏电池可以由交流发电机基于电池和车辆状况以从11伏至15伏变化的电压进行充电。当转子场绕组由24伏供电时，该转子认为是24伏转子。再次，工业众所周知的是，车辆中的24伏系统取决于电池的电荷而从22伏至30伏变化，所述电池的电荷取决于电池和车辆的状况。

交流发电机组件13具有定子绕组131和转子场绕组132。定子绕组131被缠绕成适于一定的伏特数(即，12伏绕线定子)。转子场绕组132被缠绕适于的伏特数大于定子绕组131所缠绕适于的伏特数，并且在一些情况下，可以为定子绕组131所缠绕适于的伏特数的倍数(即，24伏绕线转子)。

定子绕组131可以但是不必要为三相定子绕组并且被配置成在包括空转速度的各种发动机速度下生成电流。定子绕组131经由整流器133和第一对开关134电联接至第一电池11并且经由整流器和第二对开关135电联接至第二电池12。更具体地，当定子绕组131为三相定子绕组时，整流器133可以包括三个二极管1331、1332和1333，这三个二极管各自电联接至定子绕组131以及第一对开关134和第二对开关135。第一对开关134与第一电池11的正极端子和负极端子关联并且包括单独的开关1341和1342，并且被控制用于将第一电池11充电至第一电压。第二对开关135与第二电池12的正极端子和负极端子关联并且包括单独的开关1351和1352。

转子场绕组132与第一电池11和第二电池12串联连接并且由第一电池11和第二电池12供电。转子场绕组132因此由不同于(通常大于)第一电压的第二电压供电。转子场绕组132包括转子(或发动机轴)，该转子联接至发动机100并且由该发动机100以包括空转速度的各种发动机速度进行旋转。由于转子场绕组132由与电池12串联连接的电池11供电，所以用于对转子场绕组132供电的电压基本为两个电池11和12的电压之和。第一电池11和第二电池12可以具有相同的电压，并且在这种情况下，用于对转子场绕组供电的电压(第二电压)基本为电池11或电池12中的一者的电压(第一电压)的二倍。

例如，第一电池11和第二电池12可以各自为以上所述的12伏电池，并且因此，可以施加至转子场绕组132的总电压为24伏。当被向转子场绕组132施加这种电压(作为“激励电压”)并且转子被发动机100旋转时，在定子绕组131中生成通量场。该通量场包括定子绕组131中的电流，该电流用于对第一电池11和第二电池12进行充电，如以下要描述。

在将24伏的电势施加至转子场绕组132的情况下，交流发电机组件13在仅具有单个12伏电池的相似的车辆系统中的输出功率将会增大。这是由于下述事实：交流发电机组件13的输出功率可以表达为Vg，其中，Vg为定子绕组131所生成的电压。在这种情况下，Vg＝Ns＊d通量/dt，其中，Vg为生成的电压，Ns为定子绕组131中的定子匝数，并且d通量/dt为通量变化的速率。通量等于Nr＊I，其中，Nr为转子场绕组132中的转子场匝数，并且I为转子场电流，其中，I＝Vr/Rr。Vr为转子场电压(即，24伏)，并且Rr为转子场电阻。

控制器14可以设置为具有处理单元和存储单元的非易失性计算机可读介质。存储单元中存储有可执行指令，该指令当被执行时使得处理单元如本文中所讨论的那样操作。具体地，控制器14可以包括感测部件141和142，感测部件141和142联接至处理单元并且分别与第一电池11和第二电池12中的每个电池关联。因此，控制器14被配置成响应于由处理单元发出的感测信号来感测第一电池11和第二电池12的各自的电压，从而在处理单元中确定第一电池11和第二电池12二者或者其中之一是否需要充电。这样的确定可以例如在第一电池11或第二电池12中的一者的所感测的电压低于如在存储单元的可执行指令中所限定的预限定阈值时做出。

控制器14还可以包括可操作地联接至处理单元并且联接至单独的开关1341、1342、1351和1352中的每个开关的伺服单元。控制器14从而还被配置成通过经由伺服单元提供的伺服命令来闭合单独的开关1341、1342、1351和1352中的每个开关。也就是说，在确定第一电池11的所感测的电压足够低需要对第一电池11进行充电的情况下，控制器14闭合第一对开关134中的单独的开关1341、1342，从而在包括空转速度的各种发动机速度下从定子绕组131对电池11进行充电。在这种情况下，第二对开关135的单独的开关1351、1352可以保持断开或者可以闭合以在对第一电池11进行充电的同时也对第二电池12进行充电。类似地，在确定第二电池12的所感测的电压足够低从而需要对第二电池12进行充电的情况下，控制器14闭合第二对开关135的单独的开关1351、1352，从而在包括空转速度的各种发动机速度下从定子绕组131对第二电池12进行充电。在这种情况下，第一对开关134的单独的开关1341、1342可以保持断开或闭合，从而在对第二电池11进行充电的同时也对第一电池11进行充电。

如在仅有的附图中所示，车辆系统10还可以包括附加开关15。附加开关15可以被设置为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，并且在第一电池11和第二电池12与转子场绕组132之间串联连接。附加开关15可操作地联接至控制器14伺服单元。控制器14从而还被配置成经由附加开关15通过根据例如所感测的第一电池11和第二电池12的各自的电压来使附加开关15循环工作以控制流经转子场绕组132的电流。

以上所描述的其中第一电池11和第二电池12为12伏电池并且串联连接的构型与传统构型相比呈现出至少以下优点。在将12伏交流发电机连接至24伏电池的情况下，当将整流器处的电压下降考虑在内时，12伏交流发电机直到定子绕组产生高于电池电压的电压开始产生输出，(即，针对24伏电池而言，12伏交流发电机将产生26伏的输出)。因此，对于具有12伏电池的12伏交流发电机而言，交流发电机将会在约400RPM处产生输出，其中，在发动机100与交流发电机之间存在所估计的2.74的滑轮比。然而，对于具有24伏电池的12伏交流发电机而言，交流发电机直到约686RPM才开始产生输出。由于车辆可能在约600RPM时空转并且可能需要具有在空转速度下进行重新充电的能力，所以这是有问题的。

在以上所描述的构型中，交流发电机组件13可以被设置为12伏交流发电机。由于第一电池11和第二电池12(这两个电池一起向转子场绕组132提供24伏)中的每个电池可以仅为12伏电池，交流发电机组件13可以在约600RPM的空转速度下开始产生足以对第一电池11或第二电池12中的每个电池进行充电的输出。此处，这样的充电需要交流发电机组件13生成仅约14伏(即，针对第一电池11或第二电池12的12伏以及经过整流器133的电压下降)。

此外，如果第一电池11和第二电池12中的一者停止工作，则第一电池11和第二电池12中剩余一者可以用于对转子场绕组132供它。

根据另一些的实施方式，可以与第一电池11和第二电池12串联设置一个或更多个附加的电池16。在这种情况下，虽然未在仅有的附图中示出，但是交流发电机组件13可以被配置有用于使得能够对一个或更多个附加的电池16中的每个电池单独地进行充电的附加部件，如以上所描述。

根据又一些实施方式，多个子系统17可以可操作地联接至第一电池11或第二电池12中的一者。这样的子系统17可以在例如12伏下运行，而上述车辆系统10在高达24伏(或者，在一些实施方式中，在使用附加的电池或使用较高电压的电池的情况下，高达36伏、48伏或更高伏)下运行。多个子系统可以包括车辆中的任何电系统例如前灯、内饰灯、导航系统等。

在一定程度上，由于施加至转子场绕组132的电流增大，所以与该转子场绕组132关联的转子比正常情况下更热，可以增大转子场绕组132的转子场匝数并且/或者可以减小转子场绕组132中所使用的导线的宽度。可替选地，可以减少定子绕组131中的匝数，而且可以增大转子外径并且还可以增大转子场绕组132的转子场匝数。作为另一替选，可以减小转子外径，可以减小转子场绕组132中所使用的导线的宽度，可以缩小定子绕组内径并且可以增大定子绕组131中所使用的导线的宽度。

虽然已经仅结合有限数量的实施方式来详细描述了本发明，但是应当容易地理解，本发明不限于所公开的这样的实施方式。相反地，可以对本发明进行修改以包括落入本发明的精神和范围内的之前未描述的任意数目的变体、替选、替换或等同布置。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施方式，但是要理解，本发明的各方面可以包括所描述的实施方式中的仅一些实施方式。因此，本发明不意在由前述描述限制，而是由所附权利要求的范围来限制。

Claims (21)

1.一种车辆系统，包括：

交流发电机，所述交流发电机被配置成对具有第一电压的电池进行充电；以及

转子，所述转子具有由第二电压供电的转子场绕组。

2.根据权利要求1所述的车辆系统，其中，所述转子场绕组由串联连接的两个电池供电。

3.根据权利要求2所述的车辆系统，其中，所述交流发电机被配置成对所述两个电池中的每个电池单独地进行充电。

4.根据权利要求3所述的车辆系统，其中，所述两个电池为12伏电池。

5.根据权利要求4所述的车辆系统，其中，所述转子为24伏绕线转子，并且所述交流发电机还包括12伏绕线定子。

6.根据权利要求3所述的车辆系统，其中，所述第二电压高于所述第一电压。

7.根据权利要求6所述的车辆系统，其中，所述第二电压为所述第一电压的大致二倍。

8.根据权利要求3所述的车辆系统，还包括一个或更多个附加的电池，所述一个或更多个所述附加的电池与所述两个电池串联以用于对所述转子场绕组供电。

9.一种车辆系统，包括：

12伏交流发电机；

串联连接的电池系统，所述串联连接的电池系统限定了24伏或更高伏的车辆系统，所述串联连接的电池系统包括至少两个12伏电池，所述至少两个12伏电池能够由所述12伏交流发电机单独地进行充电；以及

多个12伏子系统，所述多个12伏子系统由限定了所述24伏或更高伏的车辆系统的所述串联连接的电池系统供电。

10.一种用于与车辆一起使用的车辆系统，所述车辆包括能够在包括发动机空转速度的各种速度下操作的发动机，所述车辆系统包括：

第一电池和第二电池，所述第一电池和第二电池串联连接以用于在所述发动机在包括所述发动机空转速度的所述各种速度下操作的情况下生成激励电压；

交流发电机组件，所述交流发电机组件被配置成在包括所述发动机空转速度的所述各种发动机速度下由所述激励电压来生成电流；以及

控制器，所述控制器被配置成操作所述交流发电机组件，从而在所述发动机在包括所述发动机空转速度的所述各种速度下操作的情况下对所述第一电池和所述第二电池中的每一者单独地进行充电。

11.根据权利要求10所述的车辆系统，其中，所述发动机空转速度为约600RPM。

12.根据权利要求10所述的车辆系统，其中，所述第一电池和所述第二电池中的每一者包括12伏电池。

13.根据权利要求10所述的车辆系统，还包括与所述第一电池和所述第二电池串联的一个或更多个附加的电池。

14.根据权利要求10所述的车辆系统，其中，所述第一电池和所述第二电池能够同时进行充电。

15.根据权利要求10所述的车辆系统，其中，所述第一电池或所述第二电池被配置成在所述第一电池或所述第二电池中的另一者不操作的情况下进行操作。

16.一种车辆系统，包括：

串联连接的第一电池和第二电池；

交流发电机，所述交流发电机具有定子绕组和转子场绕组，所述定子绕组经由整流器和第一对开关电联接至所述第一电池并且经由所述整流器和第二对开关电联接至所述第二电池，所述转子场绕组与所述第一电池和所述第二电池串联连接；以及

控制器，所述控制器被配置成对所述第一电池和所述第二电池的各自的电压进行感测，并且根据分别感测的所述第一电池和所述第二电池的电压来分别闭合所述第一对开关和所述第二对开关中的至少一者，以从而在联接至所述转子场绕组的发动机的包括空转速度的各种操作速度下从所述定子绕组对所述第一电池和所述第二电池中关联的一者进行充电。

17.根据权利要求16所述的车辆系统，还包括在所述第一电池和所述第二电池与所述转子场绕组之间串联连接的附加开关，

所述附加开关能够操作地联接至所述控制器，并且所述控制器还被配置成经由所述附加开关来控制流经所述转子场绕组的电流。

18.根据权利要求17所述的车辆系统，其中，所述附加开关包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

19.根据权利要求16所述的车辆系统，其中，所述第一电池和所述第二电池中的每一者包括12伏电池。

20.根据权利要求16所述的车辆系统，其中，所述定子绕组被缠绕成适于12伏，并且所述转子场绕组被缠绕成适于24伏。

21.根据权利要求16所述的车辆系统，还包括与所述第一电池和所述第二电池串联的一个或更多个附加的电池。