CN106560967A - 车辆辅助电池充电系统 - Google Patents

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路易斯·安东尼奥·奥斯古达·佩雷斯
安东尼奥·埃斯皮里图·桑托·林康
罗德里格·戴尔·莫拉尔·迪亚兹
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Abstract

本发明的各种实施例提供一种用于监测且调节通往车辆中辅助电池的能量流的辅助电池充电系统。更具体地，本发明的辅助电池充电系统包括监测控制器，该监测控制器被配置为用多个传感器、显示装置和电池充电器操作以显示电池状态(比如温度、电压、最后充电的时间)、当辅助电池电压达到预定最小电压时开始辅助电池的充电、并且当辅助电池电压已达到最佳电平时禁用充电过程。

Description

车辆辅助电池充电系统
技术领域
本发明总体上涉及一种辅助电池充电系统。更具体地，该辅助电池充电系统被配置为监测车辆辅助电池的电压并且自动地给辅助电池充电以防止辅助电池下降到低于预定电压。
背景技术
典型的车辆包括具有车辆电池充电和放电过程的主车辆电池系统。主车辆电池给车辆的主系统供电。许多车辆还包括单独的辅助电池系统以给车辆的较小的仪表和电子系统(比如娱乐系统和音频装置)供电。电池系统对操作车辆的性能和成本有很大影响。例如，辅助电池在测试期间使用，具有使车辆的电力系统与测试设备充电需求隔离的目标。换句话说，它避免这些系统增加来自交流发电机的电力负荷。因此，电池系统的有效利用和管理是至关重要的。
有效电池管理系统的主要问题是防止电池的过度充电和深度放电，因为这可能会损坏电池，缩短它们的使用寿命或潜在地损坏车辆的部件。因此，提供一种电池管理系统以将电池系统保持在安全和可靠的操作范围内是期望的。然而，大多数车辆不提供防止它们的电池深度放电循环的任何系统。
用于车辆辅助电池的典型的充电器给放置在车辆的行李箱中的装置充电，其周期性地激活辅助充电过程。当这样的辅助电池充电装置被关闭时，这样的装置不激活辅助电池的任何类型的充电过程并且辅助电池处于在短的一段时间之后被完全耗尽的危险。例如，当在关闭车辆之后用户使车辆中的所有设备保持开启时，这最经常发生。这表示车辆用户的经济成本，因为它可能需要更换辅助电池。此外，可能由打开车辆同时使用辅助电池造成的电流的尖峰可能使辅助电池和/或车辆的测试设备过热或损坏。
在现有车辆电池系统中，辅助电池通过主车辆电池或通过外部充电器充电。然而，在这样的系统中，在主车辆电池故障的情况下，通过给整个车辆供电的辅助电池系统的电流的消耗足以损坏通过辅助电池供电的较小的电力部件。此外，充电系统和方法根据源电压、电流量和所需充电时间来改变。因此，这样的系统必须为电池提供足够的能量以完成满电荷而不会使它过热。
需要有解决这些问题的新系统。
发明内容
本发明的各种实施例提供一种用于监测且调节通往车辆中辅助电池的能量流的辅助电池充电系统。更具体地，本发明的辅助电池充电系统包括监测控制器，该监测控制器被配置为用多个传感器、显示装置和电池充电器操作以：(1)显示电池状态(比如温度、电压、最后充电的时间)；(2)当辅助电池电压达到预定最小电压时开始辅助电池的充电；且(3)当辅助电池电压已达到最佳电平时禁用充电过程。在某些实施例中，本发明的辅助电池充电系统自动地开始和停止再充电过程，以使用户可以保证辅助电池将一直保持在工作范围内并且防止对辅助电池的永久损坏。照此，本发明的辅助电池充电系统在正常操作期间利用车辆的充电系统(即，交流发电机)。在一个实施例中，本发明的辅助电池充电系统被配置为用127交流电压(AC)-12直流电压(VDC)适配器操作以当车辆关闭时给辅助电池充电。这样的结构被设计为防止辅助电池影响车辆的电力负荷或被用户误用。
在某些实施例中，本发明的辅助电池充电系统使用户能够更改充电和再充电过程的工作参数。更具体地，用户可以更改参数，比如最小电压、充电时间、再充电之间的持续时间和其中辅助电池被充电的最佳电压电平。在一个实施例中，示例最佳充电是从13.5V至15V并且只要电池温度保持低于51℃则最大电压是15.6V。在该示例实施例中，用于强制再充电的最小电压被设置在10.5V±0.5V，这是用户可以更改的范围。这样的结构使用户能够基于不同环境限制来设置用于辅助电池充电系统的参数。
在另一个实施例中，本发明的辅助电池充电系统防止电流贯穿车辆。更具体地，当主车辆电池损坏(比如具有低电压或无充电保持能力)时，电流从辅助电池流到车辆。如果这种情况发生，则给车辆供电的电流消耗将流动通过辅助电池通常供电的较小的系统。通过这些系统的这样的电流将太高并且将损坏由辅助电池通常供电的仪表和电子设备并且这可以使电压下降到低于测试设备运行范围。本发明的辅助电池充电系统通过连续监测电池并且通过控制充电和再充电过程来防止这样的损坏。
附图说明
为了更好地理解本发明，可以参照下面附图中所示的实施例。附图中的部件不一定按比例并且相关元件可以被省略以强调且清楚地说明在此所描述的新颖特征。此外，可以不同地设置系统部件，如本领域中公知的。在附图中，在整个不同的附图中，相同的附图标记可以指代相同的部件，除非另有说明。
图1是示出了用于操作本发明的辅助电池充电系统的过程的流程图；
图2是示出了用于操作本发明的辅助电池充电系统的过程的流程图；
图3是包括具有本发明的辅助电池充电系统的车辆的部件的示例实施例的框图；
图4是本发明的辅助电池充电系统的示例实施例的框图。
具体实施方式
尽管本发明的辅助电池充电系统和方法可以以各种形式来体现，但是附图示出了且在下文描述了本发明的辅助电池充电系统和方法的一些示例性和非限制性实施例。本发明被认为是辅助电池充电系统和方法的例示并且不将系统和方法限制为在此示出且描述的特定实施例。然而，并非所有本发明中所描述的所示部件可以被要求，并且一些实施例可以包括相比于在此明显描述的那些的附加的、不同的或更少的部件。可以做出部件的设置和类型的变化，而不脱离本文所阐述的权利要求的精神或范围。
本发明的各种实施例提供一种用于监测且调节通往车辆中辅助电池的能量流的辅助电池充电系统。更具体地，本发明的辅助电池充电系统包括监测控制器，该监测控制器被配置为用多个传感器、显示装置和电池充电器操作以：(1)显示电池状态(比如温度、电压、最后充电的时间)；(2)当辅助电池电压达到预定最小电压时开始辅助电池的充电；且(3)当辅助电池电压已达到最佳电平时禁用充电过程。在某些实施例中，本发明的辅助电池充电系统自动地开始和停止再充电过程，以使用户可以保证辅助电池将一直保持在工作范围内并且防止对辅助电池的永久损坏。照此，本发明的辅助电池充电系统在正常操作期间利用车辆的充电系统(即，交流发电机)。在一个实施例中，本发明的辅助电池充电系统被配置为用127交流电压(AC)-12直流电压(VDC)适配器操作以当车辆关闭时给辅助电池充电。这样的结构被设计为防止辅助电池影响车辆的电力负荷或被用户误用。
本发明的辅助电池充电系统的部件(下面详细地描述)可以被包括在车辆上、车辆内、或以其他方式与车辆结合。辅助电池充电系统的部件的一个或多个可以与现有车辆系统的一个或多个部件共享。
辅助电池充电系统可以被包括在任何合适的车辆中或以其他方式与任何合适的车辆一起使用，该车辆是比如(但不限于)：(1)非商业乘用车辆比如轿车或卡车；(2)商用车辆比如牵引式挂车；或(3)非民用车辆比如由执法机构、政府机构、应急响应机构(例如，火灾响应机构)或医疗响应机构(例如医院)使用的车辆。这个列表不是详尽的，并且仅提供用于示例性的目的。
关于辅助电池充电系统的功能在此描述的特征、过程和方法可以通过辅助电池充电系统上运行的车辆控制工具来实施。车辆控制工具可以是程序、应用程序和/或在包含辅助电池充电系统的部件的一个或多个上结合的软件和硬件的结合。车辆控制工具和辅助电池充电系统在下面更详细地描述(并且为了简洁，统称为辅助电池充电系统)。
图1和2是操作辅助电池充电系统的示例过程或方法的流程图。图1描绘了通过利用两个子过程操作辅助电池充电系统的示例过程100，两个子过程是：辅助电池充电过程300和安全检查过程200。图2更详细地描绘了本发明的辅助电池充电过程300的示例。
在各种实施例中，过程通过存储在一个或多个存储器中且通过一个或多个处理器执行的一组指令来表示。尽管参照图1和2中所示的流程图描述了过程，但是可以采用执行与这些所示的过程相关联的动作的许多其它过程。例如，某些所示的框和/或菱形框的顺序可以改变、某些所示的框和/或菱形框可以是可选择的、和/或某些所示的框和/或菱形框可以不被采用。
转到图1，在一个示例实施例中，用于操作本发明的辅助电池充电系统的过程100通过用户按下启动按钮开始，如通过框102所示。在该示例实施例中，用户从启动按钮手动地打开辅助电池充电系统。在其它实施例中，辅助电池充电系统可以设置为当车门打开时自动地打开。
在按下启动按钮之后，如通过图1所示，开始两个过程。这些过程是辅助电池充电过程300(图2中进一步所描述的)和安全检查过程200。
安全检查过程200是只要辅助电池充电系统开启就继续的持续重复过程。这是为了提供辅助电池和辅助电池充电器的持续监测，以使如果出于安全性考虑是必要的话则可以关闭辅助电池充电系统。安全检查过程200包括验证车辆状态和辅助电池和辅助电池充电器周围的环境温度，如通过框202所示。在验证电池和充电器温度之后，安全检查过程200包括确定车辆电源是否开启并且温度是否在正常范围内，如通过决策框204所示。在一个示例实施例中，正常温度范围在满电荷时是-31℃，直到51℃且较低温度极限取决于电池电压。例如，具有在90％电荷的电池可以意味着最低温度应该是大约-27℃。
如果辅助电池充电系统确定车辆电源开启且车辆温度在正常范围内，则安全检查过程200包括返回到框202并继续监测车辆状态和温度。
另一方面，如果车辆电源开启且温度不在正常范围内，则安全检查过程200包括关闭辅助电池充电系统，如通过框206所示。这样的结构提供充电系统的自动关闭，以防止过热且防止对辅助电池永久损坏。
转到图2，在该实施例中，辅助电池充电过程300还包括通过用户按下启动按钮开始，如通过框102所示。如上所述，关于安全检查过程200，在该示例实施例中，用户通过启动按钮手动地打开辅助电池充电系统。在其它实施例中，辅助电池充电系统可以设置为当车门打开时自动地打开，从而开始辅助电池充电过程300。在用户按下启动按钮之后，辅助电池充电过程300包括验证车辆状态和温度，如通过框302所示。如上面所讨论的，该验证是针对辅助电池、充电系统和车辆功能性的安全检查。
在验证车辆状态和温度之后，辅助电池充电过程300包括确定车辆电源是否开启且辅助电池的温度是否在正常范围内，如通过决策菱形框304所示。如果辅助电池充电系统确定温度不在正常范围内，则过程300包括关闭辅助电池充电系统，如通过框306所示。
另一方面，如果辅助电池充电系统确定车辆电源开启且温度在正常温度范围内，则辅助电池充电过程300包括激活电池充电和仪表设备，如通过框308所示。更具体地，在该示例实施例中，激活电池充电和仪表设备使本发明的辅助电池充电系统能够将能量供应给仪表/测试设备。仪表设备包括，但不限于，测试硬件、娱乐系统或插入到车辆中的任何其他电子装置。
在激活电池充电和仪表设备之后，辅助电池充电过程300包括显示主菜单，如通过框310所示。在一个实施例中，显示装置是人机界面(HMI)。在一个实施例中，主菜单显示信息，比如，但不限于，最后充电的时间、当前电压、温度、禁用充电的时间、其他充电选项或独立于主电池留下充电的选项(即，将辅助电池置于睡眠模式，其在下面更详细描述)。
如下面更详细描述的，在各种实施例中，主菜单在显示装置比如HMI上显示。显示装置能够接收来自用户的输入，比如通过触摸屏或按钮。
在该示例实施例中，在显示主菜单之后，辅助电池充电过程300包括用于用户从主体菜单中选择的多个选项。例如，在该实施例中，如果用户不作选择，如通过框312所示，则辅助电池充电过程300包括返回到框302以继续验证车辆状态和温度。
另一方面，用户可以从主菜单做出几个选择中的一个。例如，如果用户选择“显示辅助电池电压”，如通过框316所示，则辅助电池充电过程300包括显示辅助电池的当前电压。在显示辅助电池电压之后，辅助电池充电过程300包括返回到框302以继续验证车辆状态和温度。
如果用户从主菜单选择“显示充电器的温度，”，如通过框314所示，则辅助电池充电过程300包括显示辅助电池充电器的温度，如通过框314所示。在显示辅助电池充电器的温度之后，辅助电池充电过程300包括返回到框302以继续验证车辆状态和温度。
如果用户从主菜单选择“禁用辅助电池充电器”的选项，如通过框318所示，则辅助电池充电过程300包括再次提示用户来验证用户打算做出这个选择，如通过决策菱形框320所示。如果用户选择“否”，表示用户不打算禁用辅助电池充电器，则辅助电池充电过程300包括返回到框302以继续验证车辆状态和温度。
如果用户选择“是”，表示用户确实打算禁用辅助电池充电器，则辅助电池充电过程300包括向用户显示用于禁用充电的指定时间，如通过框322所示。这个指定时间是一段时间，在这段时间之后，系统将禁用辅助电池的充电。在显示用于禁用充电的指定时间之后，辅助电池充电过程300包括提示用户以确定用户是否想要改变显示的指定时间，如通过决策菱形框324所示。因此，如果用户希望立即而不是在显示的一段时间之后禁用辅助电池的充电，则用户可以通过选择改变时间来这样做。
如果用户表示用户希望改变充电时间，则辅助电池充电过程300使用户能够插入新的时间，如通过框326所示。在某些实施例中，系统使用户能够通过HMI上的各种输入来改变时间。
另一方面，如果用户不希望改变时间，则辅助电池充电过程300包括完成充电时间，如通过框328所示。辅助电池充电过程300然后包括返回到框302以继续验证车辆状态和温度。
应当理解的是，在某些实施例中，辅助电池充电系统使用户能够手动开始和停止再充电过程。在某些实施例中，本发明的辅助电池充电系统自动地开始和停止再充电过程，以使用户可以保证辅助电池将一直保持在工作范围内。这样的结构可以防止对辅助电池的永久损坏。在某些实施例中，本发明的辅助电池充电系统使用户能够更改充电和再充电过程的工作参数，以使用户可以更改参数，比如最小电压、充电时间、再充电之间的持续时间和其中辅助电池被充电的最佳电压电平。
在另一个实施例中，本发明的辅助电池充电系统防止电流贯穿车辆。更具体地，当主车辆电池损坏时，电流从辅助电池流到车辆。如果这种情况发生，则给车辆供电的电流消耗将流动通过辅助电池通常供电的较小的系统。应当理解的是，典型的发动机曲柄在80和180安培之间。通过这些系统的这样的电流将太高并且将损坏通常通过辅助电池供电的仪表和电子设备。
在一个实施例中，辅助电池充电器选项被禁用以将辅助电池置于睡眠模式下。更具体地，在某些实施例中，甚至在车辆关闭之后，车辆内的各种系统仍然运行以收集且记录数据。辅助电池给这些系统供电。本发明的辅助电池充电系统使用户能够指定一段时间以保持辅助电池充电系统开启，以使辅助电池保持充电。在一段时间已经过去之后，辅助电池充电系统关闭，并且电池不再被充电。这防止车辆关闭时电池过度充电，同时仍允许在车辆已被关闭之后给几个电子系统供电。这在下文中被称为睡眠模式。应当理解的是，睡眠模式的参数根据特定的环境或用途通过用户可更改。通过这样的结构，本发明的辅助电池充电系统确保辅助电池保持最小电压并且防止给电池过度充电。通过至少保持辅助电池的最小电压，辅助电池可以继续给这些仪器供电并且增加车辆系统运行的时间。
转到图3，其描绘了本发明的辅助电池充电系统的车辆400的框图。应当理解的是，车辆400包括用于提供主电源给主电力系统的车辆电池402。除了车辆电池402之外，车辆400包括辅助电池408。车辆中的辅助电池408提供能量到车辆内的仪表和测量装置410。
控制处理单元406与辅助电池408和仪表和电子设备410通信。车辆400还包括与车辆控制处理单元406通信的保险盒404。保险盒404将用于辅助电池充电系统的启动和停止信号发送到控制处理单元。
图4示出了本发明的辅助电池充电系统的一个实施例的框图。在该实施例中，辅助电池充电系统500包括辅助电池408、辅助电池充电器502、监测控制器520和显示器522。
监测控制器520可以包括任何种类的电子处理装置、存储器装置、输入/输出装置和其他已知部件，并且可以执行各种控制和/或通信相关的功能。更具体地，监测控制器520包含与存储一组指令的主存储器通信的至少一个处理器。处理器被配置为与主存储器通信、访问该组指令、并且执行该组指令以使辅助电池充电系统500执行本文所描述的任何方法、过程和特征。
处理器可以包括任何合适的处理装置或一组处理装置，比如，但不限于：微处理器、基于微控制器的平台、合适的集成电路、或被配置为执行一组指令的一个或多个专用集成电路(ASIC)。主存储器可以是任何合适的存储器装置，比如，但不限于：易失性存储器(例如，随机存取存储器(RAM)，其可以包括非易失性RAM、磁性RAM、铁电性RAM和任何其它合适的形式)；非易失性存储器(例如，磁盘存储器、快闪(FLASH)存储器、可擦可编程只读存储器(EPROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、基于忆阻器的非易失性固态存储器等)；不可改变的存储器(例如，EPROM)；和/或只读存储器。
在一些实施例中，存储在存储器中并且可执行以启用辅助电池充电系统的功能的该组指令可以通过外部网络从场外服务器下载。
监测控制器520被进一步被配置为与辅助电池充电器502通信以开始或禁用辅助电池的充电。
多个传感器504和512分别提供充电器502和电池408的状态信息给监测控制器520。在一个实施例中，用于充电器502的多个传感器504包括用于测量充电器的温度的温度传感器506和用于当充电器正在给电池充电或放电时测量充电器502的电流的电流传感器508。在该实施例中，用于电池408的多个传感器512包括用于测量辅助电池的温度的温度传感器514、用于测量电池的输出电压的电压传感器516和用于电池正在被充电或放电时测量电池的电流的电流传感器518。监测控制器520还输出电池状态和充电/放电信息以在显示器522上显示。
传感器可以包括能够监测充电器和电池状态的硬件和/或软件部件的任何组合。这些传感器可以集成在充电器502和电池408内、可以在充电器502和电池408外部、或者可以根据某些其他已知的设置来提供。来自传感器504、512的输出可以被提供给监测控制器520或一些其它合适的装置。
辅助电池充电系统500进一步包括显示装置522，该显示装置522被配置为显示关于辅助电池状态的数据，比如但不限于，电压、自最后充电以来的时间和睡眠功能信息。显示装置522可以是被配置为显示一个或多个虚拟标记的任何合适的显示装置，比如但不限于液晶显示器(LCD)或有机发光二极管(OLED)。在一个实施例中，显示装置是HMI。通过提供这个信息给用户，辅助电池充电系统500使用户能够保持电池运行更长。
显示装置包括使用户能够提供输入给辅助电池充电系统的多个输入装置。在各种实施例中，输入装置可以包括，但不限于，USB端口、辅助输入、麦克风、和一个或多个按钮、一个或多个控制旋钮、仪表板、键盘、扫描仪、用于图像捕获的数码摄像机和/或视觉命令识别、触摸屏、鼠标、或触控板。例如，在一个实施例中，输入装置包括按钮。按钮可以是任何合适的按钮，比如但不限于硬键、软键、和由用户可致动以提供输入给辅助电池充电系统500的在显示器上显示的虚拟键。
附图中的任何过程描述或框应该被理解为表示模块、段、或包括用于实施过程中特定逻辑功能或步骤的一个或多个可执行指令的代码的部分，并且供选择的实施方式被包括在本文所描述的实施例的范围内，其中功能可以不按所示或所讨论的顺序执行，包括大体上同时或以相反的顺序，这取决于所涉及的功能，如将通过本领域的普通技术人员理解的。
应当强调的是，上述实施例并且特别是任何“优选的”实施例是实施方式的可行的示例并且仅阐述为了更清楚地理解本发明的原则。可以对上述实施例做出许多变化和修改，而大体上不脱离本文所描述的技术的精神和原则。所有修改都旨在在此被包括在本发明的范围内且由下面的权利要求来保护。

Claims (20)

1.一种辅助电池充电系统，包含监测控制器，所述监测控制器被配置为：
(a)用显示装置操作以显示辅助电池电压，
(b)用充电器操作以当所述辅助电池电压下降到低于最小电压时开始所述辅助电池的充电，以及
(c)当所述辅助电池电压达到最佳电压时停止所述辅助电池的充电。
2.根据权利要求1所述的辅助电池充电系统，进一步包含多个传感器，所述多个传感器与所述监测控制器通信。
3.根据权利要求2所述的辅助电池充电系统，其中所述多个传感器进一步与所述辅助电池通信。
4.根据权利要求2所述的辅助电池充电系统，其中所述多个传感器进一步与所述充电器通信。
5.根据权利要求1所述的辅助电池充电系统，其中所述监测控制器被进一步配置为在指定的一段时间之后禁用所述辅助电池充电器。
6.根据权利要求5所述的辅助电池充电系统，其中所述指定的一段时间是可更改的。
7.根据权利要求1所述的辅助电池充电系统，其中所述监测控制器被配置为接收所述辅助电池的温度读数。
8.根据权利要求7所述的辅助电池充电系统，其中所述监测控制器被进一步配置为当所述辅助电池的所述温度读数在正常范围之外时，关闭所述辅助电池充电系统。
9.根据权利要求1所述的辅助电池充电系统，其中所述最佳电压是可更改的。
10.根据权利要求1所述的辅助电池充电系统，其中所述最小电压是可更改的。
11.一种给辅助电池充电的方法，包含：
在监测控制器接收辅助电池电压；
在显示装置上显示所述接收到的辅助电池电压；
当所述辅助电池电压下降到低于预定最小电压时，通过充电器开始所述辅助电池的充电；以及
当所述辅助电池电压达到最佳电压时，停止所述辅助电池的所述充电。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包含多个传感器，所述多个传感器与所述监测控制器通信。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述多个传感器进一步与所述辅助电池通信。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述多个传感器进一步与所述充电器通信。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述监测控制器被进一步配置为在指定的一段时间之后禁用所述辅助电池充电器。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述指定的一段时间是可更改的。
17.根据权利要求11所述的方法，其中所述监测控制器被配置为接收所述辅助电池的温度读数。
18.根据权利要求17所述的辅助电池充电系统，其中所述监测控制器被进一步配置为当所述辅助电池的所述温度读数在正常范围之外时，关闭所述辅助电池充电系统。
19.根据权利要求11所述的方法，其中所述最佳电压是可更改的。
20.根据权利要求11所述的方法，其中所述最小电压是可更改的。
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