機動車的多電池系統的製作方法
2023-12-06 13:55:01 3
專利名稱：機動車的多電池系統的製作方法
技術領域：
該技術領域涉及機動車電氣系統，更具體地，涉及各電池功能隔離的多電池系 統。
背景技術：
在正常操作中，柴油機的電起動電動機在短暫的周期內間歇地汲取大量的電 力。設計成滿足這些電起動電動機相對短暫的高電力汲取特徵的鉛酸電池不表現出良好 深度和高的循環特徵。這種「起動器」或「高輸出」電池的重複深度放電可大為縮短 電池的使用壽命。如果電池保持完全充電並避免電池的高循環和深度放電，則起動器電 池持續顯著更長的時間。當內燃機停運時，為內燃機的曲柄冷起動供電並非是出現在車輛上的僅有的電 力要求。在當車輛內燃機不運轉且沒有交流發電機為通信設備、無線電、照明、微波 爐、電視機、計算機等供電時，用於長距離運輸並配有睡鋪的卡車可依賴提供電力的電 池。已使用分離式或「雙」電池系統，其中在車輛上安裝多個電池，這些電池中的一些 電池預留用於起動車輛而其它電池用於在內燃機不運轉時向電負載供電。加拿大專利申 請No.2538646給出卡車的一種代表性分離式電池系統。它暗示在起動器電池和用在更長 時間、相對穩定負載中的深度放電的高/深度循環電池容限之間，電池類型存在差異。關聯於商用機動車駕駛員的當代守則規定駕駛員要在睡鋪上花費至少連續8小 時，加上連續的2小時要麼在睡鋪、不當班，要麼是處於前面兩者的結合。這不同於使 用睡鋪的駕駛員有10小時不當班的原體制，但能將睡鋪時間分成兩個時段，這兩個時段 中的任一時段均不小於2小時。當內燃機不運轉且車輛電池深度放電時，長睡鋪時間和 可接入性越來越高的DC電力附件已明顯導致車輛電負載的增加。還有證據顯示，卡車 較短時期的運轉具有隨即產生的起動器電池完全再充電能力的減弱。這些因素成為沒有 對電池完全充電以及電池上的高寄生負載的原因，將電池推入高循環和深度放電狀態並 因此縮短電池壽命。
發明內容
一種機動車的電力系統包括第一和第二電池組。第一電池組通常向車輛電氣負 載供電，而第二電池組用於內燃機起動器系統。連接車輛的內燃機驅動的交流發電機以 對第一電池組再充電並當內燃機運轉時滿足車輛電力需求。第二電池組的再充電是由充 電器實現的，連接該充電器以從第一電池組汲取電力，並將電力傳輸至第二電池組，不 管交流發電機電力是否可用。
圖1是車輛和車輛電氣系統的元件的方框示意圖。圖2是車輛電氣系統的分離式電池配置和充電系統的電路圖。圖3是車輛電氣系統的分離式電池配置和充電系統的電路圖。
具體實施例方式在下面的詳細說明中，相同附圖標記和符號可用來表示不同附圖中相似、相應 或相近的部件。此外，可給出示例性尺寸/模型/值/範圍。在電路圖中，為描述方便 可省去公知的電力連接和接地連接以及類似的公知元件。附圖的圖1示出機動車10。底盤12支承內燃機14，該內燃機14通過傳動系統 16和驅動軸26連接於後端差動齒輪27。輪18、20、22、24位於底盤12的四個角落以 通過懸掛系統(未示出)為底盤12提供支承。後輪22、24接受來自差動齒輪27的用於 推動車輛10的轉矩。這些部件是傳統的並旨在解說機動車系統的環境。機動車10通常配有傳統的12伏直流(DC)發電機28，由來自內燃機14的前內 燃機附屬驅動(FEAD)帶28驅動該發電機28。發電機28也可使用其它驅動機構，例如 驅動齒輪。DC電起動電動機66通過機械聯繫29聯接於內燃機14以曲柄發動內燃機而 起動。在機動車10上安裝兩電池組，即臥車或電氣系統電池組54和起動器電池組56。 在概念上，該系統不局限於使用12伏發電機和電池的系統，儘管這些系統目前是慣常使 用的。車輛的電氣負載中的大多數是電氣系統/臥車電池組54或發電機28的負荷。起 動負載基本是起動器電池組56的負荷。發電機28在總線44上將額定的12-14伏直流電提供給臥車電池組54和電力消 耗裝置55，所述電力消耗裝置55的主要代表是駕駛室電子設備、照明等。當主要因為 內燃機14不運轉而令發電機28的電力不可用時，消耗裝置55可從電池組54汲取電力。 起動器電池組56通過充電器60從臥車電池組54充電。起動器/曲柄發動電動機66通 過曲柄電動機螺線管64從起動器電池組56汲取電力，所述曲柄電動機螺線管64的狀態 受起動器磁力開關62的控制。參見圖2，車輛10電氣系統100包括「4+3」分離式電池系統52，該電池系統 52包括三個並聯的臥車電池54A-C和四個並聯的曲柄發動或起動器電池56A-D。臥車 電池54A-C通常為高循環電池，例如鉛酸類Absorbed Glass Mat(AGM) 12伏電池。也可 使用其它類型的高循環電池。曲柄發動電池56A-D可以是設計成滿足短時間大電流的重 量較輕的傳統12伏鉛酸電池。臥車電池54A-C與曲柄發動電池56A-D電氣隔絕，來自 兩組電池的唯一共同連接是與底盤或機架地的連接。兩電池組54、56中的電池通過將正 極端子彼此跳接或相似地將負極端子彼此跳接而並聯。發電機28圖示為連接成通過可選用的可熔斷連路58向三個臥車電池54A-C的 正極端子供電，用以對電池再充電。發電機28與曲柄發動電池56A-D電氣隔絕並且是 從臥車電池54獲得調節電壓的遙感發電機。曲柄發動電池由充電器60再充電，所述充 電器60從臥車電池組54A-C汲取電力。充電器60工作以將電力從臥車電池54A-C轉移 到曲柄發動電池56A-D以保持曲柄發動電池56A-D完全充電。如果曲柄發動電池56電 壓指示曲柄發動電池56A-D處於放電的任何狀態，這種情況就會發生，不管發電機28是否向臥車電池54A-C供電。充電器60可基於多種因素控制曲柄發動電池56A-D的充電 率，這些因素包括電池的放電程度或電池的溫度。通常，電池電壓用作電池充電狀態的 代表。充電電壓一般與電池溫度成反比地變化。發生這種情況是由於鉛酸電池的充電接 受能力隨著電池溫度降低而劣化。可增加充電電壓以在電池溫度下降時維持充電率。通 常，環境溫度用作電池溫度的代表。可根據可用的數據使充電控制變得更精細。通過改 變充電器60的輸出電壓而控制充電率。充電器60通過限流熔絲71、73連接在電池54C 和電池56D的正極端子之間。曲柄發動電池56A-D很大程度地與多數車輛負載隔絕，除了曲柄發動電動機66 的起動器電路、曲柄發動電動機64和起動器開關62。曲柄發動電池56A-D也通過臥車電 池54A-C和充電器60與發電機28隔絕。在曲柄發動周期之外，在曲柄發動電池56A-D 端子上將會有相對較低的電噪聲。從電學角度看，這使曲柄發動電池56A-D成為相對幹 淨的電力源以及具有高穩定輸出電壓的電力源。曲柄發動電池組56可作為一些車輛電氣 負載的電源應用，所述車輛電氣負載通常包括表現出低電流汲取的電子器件，並且如果 輸入電壓過度變化或具有噪聲則這些電子器件可能無法正確運行。通過一對保護性熔絲 77連接於電池56C的內燃機控制模塊80是這種負載或電力消耗裝置的可行例子。參見圖3，車輛電氣系統102包括分離式電池系統，該分離式電池系統具有支持 12伏車輛負載(駕駛室饋線)的兩個並聯的臥車電池54A-B以及用於24伏DC起動器系 統的兩個串聯的曲柄發動或起動器電池56A-B。臥車電池54A-B通常是高循環電池， 例如鉛酸類Absorbed Glass Mat(AGM) 12伏電池。也可使用其它類型的高循環電池。曲 柄發動電池56A-D可以是設計成滿足大的短時間電流的重量較輕的傳統12伏鉛酸電池。 臥車電池54A-B與曲柄發動電池56A-D電氣隔絕。電池組54中的電池通過將正極端子 彼此跳接或相似地將負極端子彼此跳接而並聯。曲柄發動電池組56中的電池通過將電池 56A的正極與電池56B的負極跳接而串聯。電壓平衡均衡器83連接於兩電池56A-B的 正極端子並工作以使曲柄發動電池56A和56B之間的電荷分布變得均勻。均衡器83工 作以將電池56A和56B之間的電壓差減小到低於0.1伏。內燃機控制模塊80串聯於第一 電池56A以獲得12伏電源。曲柄發動電池組56從電壓倍增充電器85充電。在曲柄發 動並維持來自內燃機和傳輸饋線的負載的過程中，可設定充電器85為以跟上能量排出的 速率來傳遞能量。起動器系統是24伏系統，但別的方面卻是在配置上與12伏電壓系統 相同的，包括起動器磁力開關62、曲柄發動電動機螺線管64和24伏起動電動機66。連接發電機28以通過可選用的可熔斷連路58向兩個臥車電池54A-B的正極端 子供電，用以對臥車電池54再充電。發電機28與曲柄發動電池56A-B電氣隔絕。曲 柄發動電池56A-B是通過從臥車電池組54汲取電力的電壓倍增充電器85再充電的。充 電器85工作以將電力從臥車電池54A-B傳遞至曲柄發動電池56A-B以保持曲柄發動電 池56A-B完全充電。如果曲柄發動電池組56電壓指示曲柄發動電池56A-B處於任何放 電狀態，這種情況就會發生，不管發電機28是否正在向臥車電池54A-B供電。充電器 85可基於各種因素控制曲柄發動電池56A-B的充電率，所述因素包括電池的放電程度或 電池的溫度。通常，電池電壓用作電池充電狀態的代表。充電率一般與電池溫度成反比 地變化。通過改變充電器85的輸出電壓而控制充電率。充電器85包括DC-DC變換器 以提供電壓的逐步提高。
權利要求
1.一種用於機動車的電氣系統，包括 第一電力存儲子系統；第二電力存儲子系統；用於對所述第一電力存儲子系統充電的電力產生裝置；響應所述第二電力存儲子系統的充電狀態將電荷從所述第一電力存儲子系統轉移至 所述第二電力存儲子系統的裝置；以及內燃機起動器系統，所述內燃機起動器系統連接於所述第二電力存儲子系統以用於 向內燃機起動器系統供能。
2.如權利要求1所述的用於機動車的電氣系統，其特徵在於，還包括所述第二電力存儲子系統支持比所述第一電力存儲子系統支持的額定輸出電壓更高 的額定輸出電壓。
3.如權利要求1所述的用於機動車的電氣系統，其特徵在於，還包括 所述第一電力存儲子系統是高循環電池組；以及所述第二電力存儲子系統是高輸出電池組。
4.如權利要求3所述的用於機動車的電氣系統，其特徵在於，所述用於轉移的裝置包 括電池充電器。
5.如權利要求2所述的用於機動車的電氣系統，其特徵在於，還包括所述第一電力存儲子系統是具有並聯連接的高循環電池的高循環電池組；以及 所述第二電力存儲子系統是具有串聯連接的起動器電池的高輸出電池組。
6.如權利要求5所述的用於機動車的電氣系統，其特徵在於，所述用於轉移的裝置包 括電壓倍增器和電池充電器，且所述電氣系統還包括用於平衡所述高輸出電池的充電狀 態的裝置。
7.—種機動車，包括 內燃機；用於所述內燃機的電起動器系統；連接成得以應請求向所述電起動器系統供電的起動器電池系統； 由所述內燃機驅動的發電機； 連接成得以從所述發電機充電的電氣系統電池系統；連接成得以從所述電氣系統電池系統和所述發電機汲取電力的電消耗器；以及 響應所述起動器電池系統的充電狀態而將電荷從所述電氣系統電池系統轉移到所述 起動器電池系統的裝置。
8.如權利要求7所述的機動車，其特徵在於，還包括 溫度傳感器；以及所述用於轉移的裝置進一步響應由所述溫度傳感器提供的溫度讀數以控制從所述電 氣系統電池系統向所述起動器電池系統的電荷轉移率。
9.如權利要求7所述的機動車，其特徵在於，還包括 所述電氣系統電池系統包括多個並聯連接的高循環電池；所述起動器電池系統包括串聯連接的電池對以工作在所述電氣系統電池系統的多個 電壓；以及所述用於轉移的裝置包括逐步提高從所述電氣系統電池系統至所述起動器電池系統 的電壓的裝置。
10.如權利要求7所述的機動車，其特徵在於，還包括所述電氣系統電池系統包括多個並聯連接的高循環電池；以及 所述起動器電池系統包括多個並聯連接的電池。
11.一種多電池系統，包括 具有額定輸出電壓的高循環電池組； 用於對所述高循環電池組充電的裝置；用於從所述高循環電池組和所述用於充電的裝置連接於所述電消耗器的電力引出口；具有額定輸出電壓的隔離的電池組；以及響應從所述隔離的電池組的額定輸出電壓的偏離將電荷從所述高循環電池組轉移到 所述隔離的電池組並控制轉移率的裝置。
12.如權利要求11所述的多電池系統，其特徵在於，還包括所述用於轉移電荷的裝置進一步響應所述隔離的電池組的溫度來控制所述轉移率。
13.如權利要求12所述的多電池系統，其特徵在於，還包括所述隔離的電池組的額定輸出電壓是大於所述高循環電池組的額定輸出電壓之一的 倍數。
全文摘要
機動車的電氣系統包括第一(54)和第二(56)電池組。第一電池組通常向車輛電氣負載供電而第二電池組用來向內燃機起動系統(64、66)供電。連接車輛的內燃機驅動發電機(28)以對第一電池組再充電。通過充電器(60)實現第二電池組的再充電，連接該充電器以從第一電池組汲取電力並將電力轉移至第二電池組。
文檔編號H02J7/14GK102017355SQ200980114719
公開日2011年4月13日 申請日期2009年4月20日 優先權日2008年4月21日
發明者D·K·佐爾曼, N·A·戈洛墨 申請人:萬國卡車智慧財產權有限公司