CN113002329A - 用于交通工具的可变电压充电系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种用于交通工具的可变电压充电系统，包括交流发电机，该交流发电机可操作地连接到发动机并且被配置为至少交替地输出用于对低电压存储装置充电的低充电电压和用于对高电压存储装置充电的高充电电压。开关被配置为在将交流发电机连接到低电压存储装置与将交流发电机连接到高电压存储装置之间切换。控制器被配置为控制交流发电机和开关至少在低电压模式和高电压模式之间的操作。在低电压模式中，交流发电机输出低充电电压，并且开关将交流发电机连接到低电压存储装置。在高电压模式中，交流发电机输出高充电电压，并且开关将交流发电机连接到高电压存储装置。

Description

用于交通工具的可变电压充电系统和方法
技术领域
本公开总体上涉及用于交通工具的充电系统和方法，更具体地，涉及用于给交通工具电池充电的发动机交流发电机系统和充电控制方法。
背景技术
以下美国专利全部通过引用并入本文:
美国专利No.5448152公开了一种电池管理系统，该电池管理系统通过将辅助电池自动切换到与主电池充电电路或辅助负载并联来维持在至少一个辅助电池上的充电。该系统使用交通工具或船只充电系统的充电信号的AC(交流)分量来触发被联接的切换电路，以操作将辅助电池联接到主充电电路的继电器或类似的开关装置。当不存在充电信号时，即当交通工具或船只发动机关闭时，辅助电池自动从充电系统中切换出来，并被充电且处于使用状态。可以设置延迟电路，以用于提供防短路操作，特别是用于一个以上辅助电池，其中，电池被并联充电并且串联加载，辅助电池的组合串联电压由此将超过交通工具或船只供应电压。在将电池切换成串联配置以用于需要高于充电系统额定电压的电压的负载之前，定时电路断开从辅助电池到交通工具或船只充电系统的电路。定时电路由此防止状态改变时瞬间的大电流。
美国专利No.5896022公开了一种改装套件，用于为具有启动电池和辅助电池系统的海上或陆地交通工具增加辅助电池充电管理系统。该套件包括单极断路器、常开继电器和双向拨动开关。单极断路器插入辅助电池系统的电路中，并且常开继电器和拨动开关插入交通工具的启动电池电路中，以提供适于启动电池和辅助电池系统的手动和自动电力再生的双模式充电系统。
美国专利No.7218118公开了一种用于监控船舶推进系统的电池状况的方法，该方法提供了对电池电压特性的测量，将电压特性与预选阈值进行比较，并根据电压特性和阈值的相对大小来评估电池的状况。当电池与电负载之间的连接关系改变时，在连接事件之后测量电池的电压特性。所述电负载通常是与内燃机以扭矩传递关系连接的启动马达。电压特性优选在转动内燃机轴以启动发动机之前立即发生的涌入电流事件期间以其最小值测量。
美国专利No.9054555公开了用于利用可再充电电池装置、对电池装置充电的充电器和控制电路对船舶上的可再充电电池装置充电的系统和方法。控制电路基于可由岸电电源获得的电流量和由除了电压充电器之外的装置从岸电电源获得的电流量来计算可用于对电池装置充电的电流量，并且将由电压充电器获得的用于对电池装置充电的电流量限制为等于或小于计算的可用于对电池装置充电的电流量。控制电路可以重复计算可用于对电池装置充电的电流量，并限制由电压充电器获得的用于对电池装置充电的电流量，从而主动调节施加到电池装置的充电量。
美国专利No.10097125公开了一种被配置为应用在交通工具中的交流发电机，其包括壳体、位于壳体内的定子、励磁线圈、调节器和收发器。励磁线圈定位在定子附近并被配置为用于相对定子旋转。调节器电连接到励磁线圈并被配置为基于控制信号向励磁线圈供应电信号。收发器电连接到调节器并被配置为从交通工具的发动机控制模块无线接收控制信号并将控制信号传输到调节器。
发明内容
提供本概述是为了介绍将在下面的详细描述中进一步描述的一些选定的概念。本概述不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在用于帮助限制所要求保护的主题的范围。
本公开涉及交通工具充电系统和方法，其被配置为提供至少两个不同的充电电压输出，以对交通工具上的不同电力存储装置充电。在一种实施例中，用于交通工具的可变电压充电系统包括被配置为从发动机的旋转输出产生电力的交流发电机，该交流发电机被配置为至少交替地输出用于对低电压存储装置充电的低充电电压和用于对高电压存储装置充电的高充电电压。开关被配置为至少在将交流发电机连接到低电压存储装置的第一切换位置与将交流发电机连接到高电压存储装置的第二切换位置之间切换。控制器被配置为控制交流发电机和开关至少在低电压模式和高电压模式之间的操作。在低电压模式下，交流发电机输出低充电电压并且开关处于将交流发电机连接到低电压存储装置的第一切换位置。在高电压模式下，交流发电机输出高充电电压，并且开关处于将交流发电机连接到高电压存储装置的第二切换位置。
可以控制交通工具上的可变电压充电系统，以交替地对低电压存储装置和高电压存储装置充电。可变电压充电系统包括被配置为至少交替地输出用于对低电压存储装置充电的低充电电压和用于对高电压存储装置充电的高充电电压的交流发电机以及被配置为交替地将交流发电机连接到低电压存储装置或高电压存储装置的开关。控制方法的一种实施例包括在低电压存储模式下操作交流发电机和开关，以对低电压存储装置充电。在鉴别出高电压模式条件时，切换位置被改变以便连接到高电压存储装置，并且交流发电机的调节设定点从低电压设定点改变到高电压设定点。然后在高电压模式下操作交流发电机，以输出高充电电压来对高电压存储装置充电。当在高电压模式下操作时，可以鉴别低电压模式条件，然后系统可以恢复到低电压模式。
本发明的各种其它特征、目的和优点从以下结合附图的描述中将变得明显。
附图说明
参考以下附图描述本公开。
图1示意性描绘了根据本公开的一种实施例的可变电压充电系统；
图2描绘了根据本公开的可变电压充电系统的另一实施例；
图3描绘了根据本公开的用于船舶的可变电压充电系统的另一实施例；
图4A是描绘在不同发动机转速下充电输出电力的曲线图；
图4B-4C是描绘在不同发动机转速下可变电压充电系统的示例性实施例的充电输出电力的曲线图；
图5-7描绘了根据本公开的控制交通工具上的可变电压充电系统的方法的实施例。
具体实施方式
本申请人已经认识到，12伏的电力系统对于一些交通工具应用、特别是对于船舶和娱乐交通工具(其具有显著的电力需求并且需要相对大的能量存储的娱乐设施)来说是不够的。例如，申请人已经认识到48伏电池系统对于给这种交通工具上的室内负载供能是有利的，例如，因为它允许使用较小的导线来向交通工具上的各种元件传输电力。例如，室内负载可以包括车厢中的车厢灯、空调设备、电器用具等。这导致了更有效率和紧凑的单元，并且还允许在整个容器中进行更多的分立布线。此外，48伏系统产较少的热量并且因此更有效率，因为转化为热量而不是电能的能量更少。此外，较高电压的交流发电机、如48伏交流发电机具有较高的最大充电输出，主要是因为电流水平可以降低并且因此可以使用较小的导线，而不会损失太多的电力来产生热量。
然而，申请人还认识到，当电池充电由连接到交通工具发动机的交流发电机提供时，使用48伏或类似的更高电压的电力系统可能是有问题的。这是因为48伏系统在低发动机转速下不提供足够的电池充电。特别地，提供48伏充电输出的交流发电机具有高于大多数发动机的怠速的接通转速(cut in speed)。接通转速是交流发电机开始提供充电输出的转速。48伏交流发电机具有较高的接通转速，因为交流发电机需要比其产生例如12伏的较低电压时的更高的每分钟装束(RPM)以产生48伏电压。因此，高电压交流发电机、如48伏交流发电机在低速时、例如怠速时不提供充电输出。由于许多交通工具在怠速发动机转速时花费大量的操作时间，所以这种在低发动机转速下不能充电的情况对这种高电压充电系统的有效性和可行性具有很大的影响。
虽然12伏系统提供良好的接通转速并且因此在较低的发动机RPM下提供良好的充电输出，但12伏交流发电机又大又重，并且12伏系统的布线很庞杂。图4A描绘了对比12伏和48伏系统的接通转速和最大输出之间的关系。该曲线图表示三种不同输出电压水平下的交流发电机输出。例如，曲线图可以表示在三种不同输出电压下、包括在12伏充电输出、24伏充电输出和48伏充电输出下运行的可变电压交流发电机的电力输出。如曲线图所示，在较高的发动机转速下，48伏系统具有比较低电压系统、包括12伏系统更高的最大电力输出。然而，48伏交流发电机在输出开始时具有高得多的接通转速。在该示例中，12伏交流发电机的接通转速40约为500RPM，相比之下，在该特定示例中，48伏交流发电机的接通转速44高于1500RPM并且远高于示例性船舶发动机的怠速转速。然而在该示例中，48伏交流发电机的最大电力输出45比12伏交流发电机的最大电力输出41大三倍以上。
鉴于上述对低电压相对高电压电力系统的问题和益处的认识，申请人努力提供一种可变电压系统，其结合了12伏系统的低接通转速的益处和较高电压系统、例如48伏系统的高最大电力输出益处。虽然确实存在在同一发动机上利用两个交流发电机的系统，一个在12伏下运行、另一个在48伏下运行，但是申请人已经认识到，这种系统对于许多交通工具应用来说并不理想，在这些交通工具应用中，没有足够的空间用来将两个单独的交流发电机连接到发动机上。因此，发明人开发了所公开的系统和方法，用于允许相同的交流发电机在12伏系统和48伏系统中运行，并且因此利用两者的优势。即，在低发动机转速和本文所述的其它低电压模式条件下，交流发电机以低充电电压输出模式操作并连接到低电压存储装置、例如12伏铅酸电池。在高于发动机转速阈值的较高发动机转速下，交流发电机以高电压模式操作，以便提供高充电电压来给高电压存储装置、例如48伏电池、串联的四个12伏电池或两个24伏电池充电。这允许系统利用较高电压系统、例如48伏系统的高最大充电输出45，以及在整个交通工具、例如整个船舶或娱乐交通工具中提供更小和更简单的布线。
通常，为48伏设计的交流发电机与12伏系统不兼容，因为它们包含较小的导线，该导线不能处理用于为12伏电池充电产生的电流、特别是高发动机转速下交流发电机产生的电流水平。特别地，为高电压输出、例如48伏设计的交流发电机具有由较小的导线形成的定子，该导线在12伏模式下产生的高电流水平下会过热。因此，操作48伏交流发电机给12伏电池充电可能会使交流发电机过热，特别是如果充电在高发动机转速下发生或者甚至在长时间的低发动机转速下发生。因此，所公开的系统和方法仅在低电压模式下操作高电压可兼容的交流发电机、例如在低发动机RPM下提供适于12伏电池的充电输出，并且另外提供防止它们的交流发电机在低电压模式下过热的电流限制功能和/或基于温度的控制。
图1和2示出双电压充电系统100的示例性实施例，其具有交流发电机116，该交流发电机通过开关114交替地连接到低电压存储装置102和高电压存储装置108，该开关可以是机械或固态开关。在所描绘的示例中，低电压存储装置102是12伏电池，并且高电压存储装置108是48伏电池。在其它实施例中，存储装置可以处于其它电压水平，其中一个处于比另一个高的电压水平。此外，该系统可以用于在两个以上的电压水平之间切换、例如在三个电压水平(例如，12伏、24伏和48伏)或甚至更多电压水平之间切换。在所描绘的示例中，12伏电池为推进相关的功能例如点火、转向等供能，并且48伏电池为室内负载120供能；然而在本公开的范围内，可以设置其它布置。例如，12伏和48伏电池都都可以被配置为给室内负载120供能，其间具有转换器。
交流发电机116被配置为由发动机104的旋转输出产生电力，并且提供可变充电输出能力，使得其可以被控制以输出至少两个充电电压。提供这种能力的一种示例性交流发电机是48伏(或更高电压输出、例如56伏)的LIN交流发电机。交流发电机116被配置和控制为交替地输出用于对低电压存储装置102充电的低充电电压和用于对高电压存储装置108充电的高充电电压。
开关114被配置为在第一切换位置114a与第二切换位置114b之间切换,在所述第一切换位置中,该开关将交流发电机116连接到低电压存储装置102，在所述第二切换位置中，该开关将交流发电机连接到高电压存储装置108。所述开关可以是能由控制器控制的机械开关或固态开关。所述开关可以位于交流发电机壳体124的外部或内部(图2)。控制器112被配置为，控制交流发电机116和开关114的操作，以便在高电压模式操作和低电压模式操作之间变换。在高电压模式中，交流发电机116输出高充电电压并且所述开关将交流发电机116连接到高电压存储装置108。在低电压模式中，交流发电机116输出低充电电压并且开关114将交流发电机116连接到低电压存储装置。例如，在高电压存储装置是48伏电池的情况下，高充电电压可以在例如53至56伏的范围内。在低电压存储装置是12伏电池的情况下，低充电电压可以在例如14-14.5伏的范围内。
图2描绘了可变电压充电系统100的另一实施例，其包括发动机104和电气系统，该电气系统包括连接到交通工具上的电负载120的低电压存储装置102和高电压存储装置108。本文使用的术语“交通工具”是指被配置为运载或运输某物或某人的任何装置，包括但不限于汽车、卡车、公共汽车、船只或其它海上交通工具、娱乐交通工具、火车和飞机。本文使用的术语“发动机”包括适于给交通工具供能的任何类型的内燃机。本文使用的术语“存储装置”包括适于向交通工具和发动机供应电能的任何类型的电池。
交流发电机组件116包括壳体124、包括安装在其上的励磁线圈132的转子128、定子136、整流器组件140和电压调节器组件144。在图2的实施例中，转子128至少部分位于壳体124内并且被配置为相对壳体124和定子136旋转。联接装置148、例如环形带将转子128联接到发动机104的旋转输出。
定子136也至少部分位于壳体124内。定子136相对壳体124固定在适当位置。定子136通常包括多个绕组152。如图2所示，定子136包括至少三个绕组152并被称为三相定子。定子136被配置为，响应于转子128通过发动机104的旋转而输出三相交流信号。
整流器组件140是三相全波桥式整流器，但是在其它实施例中设置为任何期望类型的整流器。整流器组件140包括电连接到定子136、电负载120、电压调节器组件144的多个二极管156和连接的存储装置102、108之一。二极管156被配置为，对由定子136产生的三相交流信号进行整流。整流信号(即整流器组件140的输出)通常是单相DC(直流)信号，其适于对存储装置102、108充电和对负载120供能。
用于控制可变电压充电系统100的控制器112包括本文描述的模式切换操作，其可以是用于发动机104的发动机控制模块(ECM)。可选地，控制器112可以是用于交流发电机116的专用控制器或者可以是一些其它控制装置例如推进控制模块、舵控制模块等。控制器112从交通工具上的各种传感器接收信息，包括感测交流发电机116温度的温度传感器160。控制器112还可以从感测交流发电机的输出的电流传感器和/或电压传感器接收信息。例如，有线连接161(图1)形成从输出螺柱到电压调节器上的输入的连接，以便于电压感测。所述感测在交流发电机内部完成并用作电压调节器的参考，以确定维持电压设定点需要更多电力还是更少电力。所述导线也可以通向电子控制单元(ECU)，从而向控制器112提供指示交流发电机116的电压输出的信息，例如使得控制器112可以确认在斜升电力之前对命令的电池的转换已经发生。控制器112被配置为鉴别和命令系统100的高电压模式操作或低电压模式操作。
控制器112例如经由一个或多个通信链路控制交流发电机116和开关114。在所描绘的实施例中，控制器112经由通信链路172将控制命令通信给交流发电机116，并经由通信链路173将命令通信给开关114。在各种实施例中，用于分别与交流发电机116和开关114通信的通信链路172和173可以是相同或不同的通信手段。通信链路172、173可以是物理链路例如有线数据总线或者可以是经由任何适当的无线协议操作的无线链路。例如，通信链路172、173中的一个或另一个可以经由本地互连网络(LIN)总线或经由控制器局域网(CAN)总线例如CAN界(Kingdom)网络。可选地，开关114可以通过控制器112内部的导线接地，以控制开关114。可选地，开关可以位于交流发电机内部。
在所描绘的实施例中，控制器112和交流发电机116之间的通信链路172经由LIN总线。此外，交通工具传感器中的一个或多个可以经由LIN与控制器112自通信。LIN通信协议是一种串行网络协议，其被配置为通过一个主许可证和若干从装置操作。因此，控制器112可以被建立为主装置，交流发电机116建立为从装置。在该实施例中，电压调节器176经由LIN总线172与控制器112通信，以便在高电压模式和低电压模式中控制交流发电机116。LIN电压调节器是已知的并且具有被配置为根据LIN通信协议传输和接收数据的LIN终端170。
电压调节器176被配置为，通过调节供应给励磁线圈132的电压来优化该定子136的输出电压(即，交流发电机组件116的输出电压)。可选地或附加地，电压调节器176可以被配置为，控制定子136的励磁电流，以便控制输出并防止交流发电机过热。此外，电压调节器176可以被配置为，控制交流发电机充电输出的变化率、或者斜升和斜降。该控制功能可以响应于由控制器112通信到电压调节器176、特别是通信到LIN终端170的指令来提供。根据LIN协议建立用于控制交流发电机116的输出电压、励磁电流和斜率的控制指令。
开关114在低电压存储装置102和高电压存储装置108之间切换，使得两个存储装置在不同的时间由系统100充电。低电压存储装置102可以连接到包括发动机104的推进系统105，以便为推进相关的负载供能。例如，低电压存储装置102可以是12伏铅酸电池，其被配置为，向与推进系统105相关的12伏负载供能，其包括发动机启动、转向系统、推进相关的传感系统等，这在许多交通工具应用中是典型的。12伏电池102也可以被配置为，给交通工具上的其它12伏负载供能。高电压存储装置108、例如48伏电池或电池组，可以被配置为，向相应的48伏负载例如交通工具空调系统、电器用具和其它室内负载供能。
在其它实施例中，在低电压存储装置102和高电压存储装置108之间可以设置有DC-DC转换器。图3示意性描绘了为船舶配置的这种实施例。在此，转换器117将48伏电池108连接到12伏电池102，以能够在它们之间进行电力转移。在这样的实施例中，转换器117可以被配置为在低电压水平和高电压水平之间的双向转换器，使得电力可以在两个系统之间共享。在所描绘的示例中，转换器117允许48伏和12伏系统之间的电力共享，其中在低发动机转速下产生的电力可以由48伏系统利用，并且由48伏系统产生的电力可以由12伏系统利用。因此，转换器117只需要供应平均电流而不是峰值电流，其中电池108作为缓冲器。
图4B和4B描绘了所公开的充电系统100的实施例的示例性充电输出。图4B和4B以图线形式描绘了施加在图4A描绘的三种不同电压水平的交流发电机输出的曲线图上的示例性充电输出曲线101。在这些示例中，系统提供用于对12伏电池充电的低电压充电输出和用于对48伏电池充电的高电压充电输出。在其它实施例中，24伏交流发电机和存储装置配置可被用作(与12伏或其它较低电压系统配对的)高电压系统部分或(与48伏或其它较高电压系统配对的)低电压系统部分。
所描绘实施例的益处在于它利用了两种系统的优势：包括12伏系统的低接通转速和48伏系统的高最大充电输出。出于充电目的在存储装置102和108之间的切换由控制器112控制，并基于发动机转速和如本文所述的其它因素来执行。图4B示出了一种示例性交流发电机配置的充电曲线101b。在该示例中，系统在转换点185处在低电压充电功能180和高电压充电功能190之间切换，所述转换点位于12伏充电曲线和48伏充电曲线的交点92处。低电压模式180和高电压模式190之间的转换点185可以单独基于发动机RPM，或者结合例如交流发电机温度、电池充电水平等其它因素的评估。例如，可以建立在所描绘的实施例中大约为2000RPM的阈值RPM，其中控制器控制交流发电机116和开关114以在对低电压存储装置102充电的低电压模式180功能和对高电压存储装置108充电的高电压模式190功能之间切换。例如，控制器112可以经由LIN总线172与交流发电机116通信，以控制交流发电机116的电压输出，以适于对低电压存储装置102或高电压存储装置108充电。
在某些实施例中，控制器还可以控制交流发电机的励磁电流，这在低电压模式180中可以是特别有用的，以便通过降低定子136中的励磁电流来防止交流发电机116过热。图4C描绘了充电输出曲线101b，其中励磁电流受到限制。交流发电机的励磁电流和因此交流发电机输出可以在低电压模式180的一部分182中受到限制，例如基于发动机RPM。例如，交流发电机116可以被控制在受限的输出模式182中，以将交流发电机的最大输出限制在例如1000RPM以上。在此，转换点184可以被设定为比上述交叉点90、92更低的RPM，以便进一步限制在低电压模式180中的操作持续时间，从而防止过热。可选地或附加地，可以设定低电压模式180中的操作时间限制，以进一步防止交流发电机116过热。在一些实施例中，温度传感器160可以被定位为感测交流发电机116的温度，并且交流发电机输出可以基于此被控制。例如，温度传感器160可以定位在交流发电机壳体124内，以例如提供关于定子136的温度的信息，使得过热可以被防止。例如，如果由温度传感器160感测的温度超过高温阈值，则控制器112可以改变交流发电机116的操作，以进一步减小励磁电流或者切换到高电压模式190，这将自动减小定子136中流动的电流。
图5-7描绘了控制交通工具上的可变电压充电系统100的方法200的实施例。在步骤202在发动机启动后，系统100在低电压模式180中操作，以给低电压存储装置102充电。在步骤206探测到高电压模式条件时，在步骤208改变系统的操作，以便在高电压模式190中操作。高电压模式条件可以基于一个或多个参数包括发动机RPM、交流发电机温度和/或存储装置102、108中的一个或多个的充电水平来限定。在转换点185，交流发电机116和开关114的操作被转换。下面描述用于执行转换的示例性步骤。当在高电压模式190中操作时，控制器在步骤210探测低电压模式条件。例如，用于将系统100的操作切换到低电压模式180的低电压模式条件可以基于发动机RPM和/或低电压存储装置102的充电水平。在探测到低电压模式条件时，控制器改变系统100的操作，包括转换开关114和交流发电机116以在低电压模式180中操作。
图6描绘了控制交通工具上的可变电压充电系统100的方法200的另一种实施例。在步骤220发动机启动并在怠速下操作，这是启动时典型的发动机操作。充电系统100因此在低电压模式180中操作，以对低电压存储装置102充电，在所描绘的示例中，该低电压存储装置是12伏电池。发动机RPM、充电水平和交流发电机温度被监控，以确定是否发生高电压模式条件。在所描绘的示例中，在步骤224执行指令以确定发动机转速是否已经超过阈值RPM预定的时间量。由于充电模式180和190之间的转换显著改变了发动机104上的负载，因此可能希望通过要求发动机转速在转换之前表现出高于或低于阈值的一致性来减少模式改变的频率和次数，使得用户不会经历发动机104性能的频繁改变。因此，从低电压模式180到高电压模式190的转换以及反向转换可以仅在发动机104分别以高于或低于转换阈值的相对一致的发动机转速操作时提供。
如果在步骤224发动机转速没有超过阈值RPM，那么控制器112可以进一步被配置为，评估电池充电水平和/或交流发电机温度，以考虑是否继续在低电压模式180中操作。在步骤226执行指令，以确定12伏电池的充电水平是否指示转换到高电压模式190是适当的。如果12伏电池充满电，则控制器112可以被配置为转换到高电压模式190，使得避免由于继续在低电压模式180中操作使交流发电机116过热。如果低电压存储装置102可以使用进一步充电，并且因此以低电压模式180继续操作是有益的，则可以在步骤228执行指令以评估交流发电机116的温度。如果交流发电机温度保持低于高温阈值(步骤228)，那么系统100可以继续在低电压模式180中操作。另一方面，如果在步骤228交流发电机温度超过高温阈值，则控制器112可以向交流发电机116发送命令以降低交流发电机116的励磁电流设定点，以便降低定子136中的电流并防止交流发电机116过热。
如果在步骤224发动机转速超过阈值RPM，则控制器112可以在步骤232指示交流发电机116和开关114转换到高电压模式功能。用于控制开关的示例性步骤是在图7中进行(traded)的步骤。然后在步骤234，系统在高电压模式中操作，以对高电压存储装置108充电，在所描绘的示例中，该高电压存储装置是48伏电池。在步骤236执行指令，以确定发动机是否再次在低转速范围内操作。如果在步骤236发动机转速低于阈值RPM达预定时间，则控制器112可以评估，低电压存储装置102的充电水平是否证明切换到低电压模式180是合理的。例如，在步骤238，如果12伏电池的充电水平高于充电阈值，表示12伏电池被充分充电，则系统100可以继续以高电压模式190操作。然而，如果发动机转速保持低于阈值RPM，并且低电压存储装置102需要充电，则在步骤240，控制器112可以指示交流发电机116和开关114的操作的改变，以便改变到低电压模式180。
图7描绘了用于在模式180和190之间切换的示例性步骤。由于转换将使施加在发动机104上的负载产生显著的改变，所以可以将控制器112配置为执行转换程序，该转换程序在切换之前缓慢地斜降交流发电机的牵引(draw)，并且然后缓慢地将交流发电机的输出斜升回来，使得操作者不会注意到发动机模式的突然改变。此外，将交流发电机的充电输出斜降到零或非常低的输出将对开关114施加较小的压力，并且因此延长开关的寿命。控制器112可以被配置为，经由通信链路172向交流发电机116发送斜降命令。例如，控制器112可以向电压调节器176的LIN终端170发送LIN命令，其命令电压调节器176以特定的变化率、即斜降率实现交流发电机116的充电输出的减少。例如，可以命令电压调节器176以命令的斜降率将充电输出减少到零输出。斜降率足够慢，使得操作者不会注意到发动机性能的突然或剧烈的改变。
在步骤244，一旦交流发电机输出达到零或某个预先配置的最小输出，在步骤246控制器112就可以命令开关114改变位置。在某些实施例中，控制器112和开关114之间的通信链路173可以是通过不同于控制器112和交流发电机116之间的通信链路172的手段的。例如，到开关114的通信链路173可以经由CAN总线或其它串行通信总线，或者可选地可以是用于控制器和开关114之间通信的直接和专用连接、例如在控制器112内部接地的导线。如果系统100处于低电压模式180并且探测到高电压模式条件，则开关114将被命令从低电压切换位置114a改变到高电压切换位置114b。相反地，如果系统100在高电压模式190中操作，并且满足低电压模式条件，则开关114被命令改变到低电压位置114a。
在步骤248，控制器112还向交流发电机发送相应的调节设定点命令。调节设定点命令命令电压调节器176改变其最大电压输出，以适于充电模式180、190。如果转换到高电压模式190，则被命令的调节设定点将提供适于高电压负载120的电压输出。例如，在高电压负载120是48伏电池的情况下，电压调节器176的调节设定点可以是用于对48伏电池充电的典型充电电压，例如在53至56伏范围内的值。如果转换到低电压模式180，则调节设定点命令将指示电压调节器176提供适于低电压存储装置102的充电输出。在低电压存储装置102是12伏电池的情况下，调节设定点将提供适当的充电电压(例如，在14至14.5伏范围内的值)，其是用于对12伏电池充电的标准。一旦交流发电机116的调节设定点已经改变，则控制器在步骤250命令交流发电机将其输出斜升至新的设定点。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式并且还使得任何本领域技术人员能够制造和使用本发明。为了简洁、清楚和理解，使用了某些术语。除了现有技术的要求之外，没有不必要的限制应被从中推断出来，因为这些术语仅用于描述目的，并且旨在被广义地解释。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有与权利要求的字面语言没有不同的特征或结构元素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等同特征或结构元素，则这些其它示例旨在在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于交通工具的充电系统，所述系统包括:
交流发电机，所述交流发电机被配置为，由发动机的旋转输出产生电力，其中，所述交流发电机被配置为，至少交替地输出用于对低电压存储装置充电的低充电电压和用于对高电压存储装置充电的高充电电压；
开关，所述开关被配置为，至少在第一切换位置与第二切换位置之间切换，所述第一切换位置将所述交流发电机连接到所述低电压存储装置，所述第二切换位置将所述交流发电机连接到所述高电压存储装置；
控制器，所述控制器被配置为，控制所述交流发电机和所述开关至少在低电压模式与高电压模式之间的操作，其中，在所述低电压模式中，所述交流发电机输出所述低充电电压并且所述开关处于所述第一切换位置，在所述高电压模式中，所述交流发电机输出所述高充电电压并且所述开关处于所述第二切换位置。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述高电压存储装置是48伏电池，并且所述低电压存储装置是12伏电池。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述12伏电池为所述发动机的启动机供能，并且所述48伏电池为所述交通工具上的室内负载供能。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器通过改变所述交流发电机的调节设定点来控制所述交流发电机在高电压模式和低电压模式之间的操作。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述控制器被配置为，经由本地互连网络(LIN)总线向所述交流发电机发送命令以改变其调节设定点。
6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述控制器还被配置为，通过在改变所述交流发电机的调节设定点之前斜降交流发电机充电输出和改变切换位置来在所述高电压模式和所述低电压模式之间切换。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述控制器还被配置为，通过在改变所述交流发电机的调节设定点之后将所述交流发电机充电输出斜升至所述低充电电压或所述高充电电压中选定的一个来在所述高电压模式和所述低电压模式之间切换。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置为，基于所述发动机的发动机RPM、交流发电机温度以所述低电压存储装置或所述高电压存储装置的充电水平中的至少一个，在所述高电压模式和所述低电压模式之间切换。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制器被配置为，当所述发动机RPM处于怠速时在所述低电压模式中操作所述交流发电机和所述开关，并且当所述发动机RPM高于阈值RPM时在所述高电压模式中操作所述交流发电机和所述开关。
10.根据权利要求8所述的系统，还包括温度传感器，该温度传感器被配置为，感测交流发电机温度，其中，所述控制器被配置为，如果所述交流发电机温度超过高温阈值，则从所述低电压模式切换到所述高电压模式。
11.根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制器被配置为，当所述低电压存储装置的充电水平低于充电阈值时，在所述低电压模式中操作所述交流发电机和所述开关。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，在所述低电压模式中，所述控制器被配置为，基于发动机RPM和交流发电机温度中的至少一个来降低所述交流发电机的励磁电流设定点，以防止过热。
13.一种控制在交通工具上的可变电压充电系统的方法，所述可变电压充电系统包括交流发电机和开关，所述交流发电机被配置为，至少交替地输出用于对低电压存储装置充电的低充电电压和用于对高电压存储装置充电的高充电电压，所述开关被配置为，至少在第一切换位置与第二切换位置之间切换，所述第一切换位置将交流发电机连接到所述低电压存储装置，所述第二切换位置将交流发电机连接到所述高电压存储装置，所述方法包括:
在低电压模式中操作所述交流发电机和所述开关，以给所述低电压存储装置充电，其中，所述交流发电机输出所述低充电电压并且所述开关处于第一位置；
鉴别高电压模式条件，并且然后:
将切换位置从所述第一切换位置改变到所述第二切换位置；
将所述交流发电机的调节设定点从低电压设定点改变到高电压设定点；以及
在高电压模式中操作所述交流发电机和所述开关，其中，所述交流发电机输出所述高充电电压，以对所述高电压存储装置充电。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括:
在改变切换位置之前，斜降交流发电机充电输出；以及
在改变所述调节设定点之后，将所述交流发电机充电输出斜升到所述高充电电压。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述高电压模式条件的鉴别基于发动机RPM、交流发电机温度以及所述低电压存储装置或所述高电压存储装置的充电水平中的至少一个。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述高电压模式条件的鉴别包括鉴别所述发动机RPM高于阈值RPM。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述高电压模式条件的鉴别包括鉴别交流发电机温度超过高温阈值。
18.根据权利要求13所述的方法，还包括:
当在所述高电压模式中操作所述交流发电机和所述开关时，鉴别低电压模式条件，并且然后:
斜降所述交流发电机充电输出；
将切换位置从所述第二切换位置改变到所述第一切换位置；
将所述交流发电机的调节设定点从高电压设定点改变为低电压设定点；以及
将所述交流发电机充电输出斜升至所述低充电电压，以对所述低电压存储装置充电。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述低电压模式条件的鉴别包括鉴别所述低电压存储装置的充电水平低于充电阈值。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述低电压模式条件的鉴别包括鉴别发动机RPM低于阈值RPM。
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