專利名稱：機(jī)動(dòng)車的多電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該技術(shù)領(lǐng)域涉及機(jī)動(dòng)車電氣系統(tǒng)，更具體地，涉及各電池功能隔離的多電池系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在正常操作中，柴油機(jī)的電起動(dòng)電動(dòng)機(jī)在短暫的周期內(nèi)間歇地汲取大量的電 力。設(shè)計(jì)成滿足這些電起動(dòng)電動(dòng)機(jī)相對短暫的高電力汲取特征的鉛酸電池不表現(xiàn)出良好 深度和高的循環(huán)特征。這種“起動(dòng)器”或“高輸出”電池的重復(fù)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并避免電池的高循環(huán)和深度放電，則起動(dòng)器電 池持續(xù)顯著更長的時(shí)間。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)停運(yùn)時(shí)，為內(nèi)燃機(jī)的曲柄冷起動(dòng)供電并非是出現(xiàn)在車輛上的僅有的電 力要求。在當(dāng)車輛內(nèi)燃機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)且沒有交流發(fā)電機(jī)為通信設(shè)備、無線電、照明、微波 爐、電視機(jī)、計(jì)算機(jī)等供電時(shí)，用于長距離運(yùn)輸并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(tǒng)，其中在車輛上安裝多個(gè)電池，這些電池中的一些 電池預(yù)留用于起動(dòng)車輛而其它電池用于在內(nèi)燃機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)向電負(fù)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(tǒng)。它暗示在起動(dòng)器電池和用在更長 時(shí)間、相對穩(wěn)定負(fù)載中的深度放電的高/深度循環(huán)電池容限之間，電池類型存在差異。關(guān)聯(lián)于商用機(jī)動(dòng)車駕駛員的當(dāng)代守則規(guī)定駕駛員要在睡鋪上花費(fèi)至少連續(xù)8小 時(shí)，加上連續(xù)的2小時(shí)要么在睡鋪、不當(dāng)班，要么是處于前面兩者的結(jié)合。這不同于使 用睡鋪的駕駛員有10小時(shí)不當(dāng)班的原體制，但能將睡鋪時(shí)間分成兩個(gè)時(shí)段，這兩個(gè)時(shí)段 中的任一時(shí)段均不小于2小時(shí)。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)且車輛電池深度放電時(shí)，長睡鋪時(shí)間和 可接入性越來越高的DC電力附件已明顯導(dǎo)致車輛電負(fù)載的增加。還有證據(jù)顯示，卡車 較短時(shí)期的運(yùn)轉(zhuǎn)具有隨即產(chǎn)生的起動(dòng)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(fù)載的原因，將電池推入高循環(huán)和深度放電狀態(tài)并 因此縮短電池壽命。

發(fā)明內(nèi)容
一種機(jī)動(dòng)車的電力系統(tǒng)包括第一和第二電池組。第一電池組通常向車輛電氣負(fù) 載供電，而第二電池組用于內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)器系統(tǒng)。連接車輛的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)以 對第一電池組再充電并當(dāng)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)滿足車輛電力需求。第二電池組的再充電是由充 電器實(shí)現(xiàn)的，連接該充電器以從第一電池組汲取電力，并將電力傳輸至第二電池組，不 管交流發(fā)電機(jī)電力是否可用。


圖1是車輛和車輛電氣系統(tǒng)的元件的方框示意圖。圖2是車輛電氣系統(tǒng)的分離式電池配置和充電系統(tǒng)的電路圖。圖3是車輛電氣系統(tǒng)的分離式電池配置和充電系統(tǒng)的電路圖。
具體實(shí)施例方式在下面的詳細(xì)說明中，相同附圖標(biāo)記和符號可用來表示不同附圖中相似、相應(yīng) 或相近的部件。此外，可給出示例性尺寸/模型/值/范圍。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(jī)動(dòng)車10。底盤12支承內(nèi)燃機(jī)14，該內(nèi)燃機(jī)14通過傳動(dòng)系統(tǒng) 16和驅(qū)動(dòng)軸26連接于后端差動(dòng)齒輪27。輪18、20、22、24位于底盤12的四個(gè)角落以 通過懸掛系統(tǒng)(未示出)為底盤12提供支承。后輪22、24接受來自差動(dòng)齒輪27的用于 推動(dòng)車輛10的轉(zhuǎn)矩。這些部件是傳統(tǒng)的并旨在解說機(jī)動(dòng)車系統(tǒng)的環(huán)境。機(jī)動(dòng)車10通常配有傳統(tǒng)的12伏直流(DC)發(fā)電機(jī)28，由來自內(nèi)燃機(jī)14的前內(nèi) 燃機(jī)附屬驅(qū)動(dòng)(FEAD)帶28驅(qū)動(dòng)該發(fā)電機(jī)28。發(fā)電機(jī)28也可使用其它驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如 驅(qū)動(dòng)齒輪。DC電起動(dòng)電動(dòng)機(jī)66通過機(jī)械聯(lián)系29聯(lián)接于內(nèi)燃機(jī)14以曲柄發(fā)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)而 起動(dòng)。在機(jī)動(dòng)車10上安裝兩電池組，即臥車或電氣系統(tǒng)電池組54和起動(dòng)器電池組56。 在概念上，該系統(tǒng)不局限于使用12伏發(fā)電機(jī)和電池的系統(tǒng)，盡管這些系統(tǒng)目前是慣常使 用的。車輛的電氣負(fù)載中的大多數(shù)是電氣系統(tǒng)/臥車電池組54或發(fā)電機(jī)28的負(fù)荷。起 動(dòng)負(fù)載基本是起動(dòng)器電池組56的負(fù)荷。發(fā)電機(jī)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(shè)備、照明等。當(dāng)主要因?yàn)?內(nèi)燃機(jī)14不運(yùn)轉(zhuǎn)而令發(fā)電機(jī)28的電力不可用時(shí)，消耗裝置55可從電池組54汲取電力。 起動(dòng)器電池組56通過充電器60從臥車電池組54充電。起動(dòng)器/曲柄發(fā)動(dòng)電動(dòng)機(jī)66通 過曲柄電動(dòng)機(jī)螺線管64從起動(dòng)器電池組56汲取電力，所述曲柄電動(dòng)機(jī)螺線管64的狀態(tài) 受起動(dòng)器磁力開關(guān)62的控制。參見圖2，車輛10電氣系統(tǒng)100包括“4+3”分離式電池系統(tǒng)52，該電池系統(tǒng) 52包括三個(gè)并聯(lián)的臥車電池54A-C和四個(gè)并聯(lián)的曲柄發(fā)動(dòng)或起動(dòng)器電池56A-D。臥車 電池54A-C通常為高循環(huán)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(huán)電池。曲柄發(fā)動(dòng)電池56A-D可以是設(shè)計(jì)成滿足短時(shí)間大電流的重 量較輕的傳統(tǒng)12伏鉛酸電池。臥車電池54A-C與曲柄發(fā)動(dòng)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(jī)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(fù)極端子彼此跳接而并聯(lián)。發(fā)電機(jī)28圖示為連接成通過可選用的可熔斷連路58向三個(gè)臥車電池54A-C的 正極端子供電，用以對電池再充電。發(fā)電機(jī)28與曲柄發(fā)動(dòng)電池56A-D電氣隔絕并且是 從臥車電池54獲得調(diào)節(jié)電壓的遙感發(fā)電機(jī)。曲柄發(fā)動(dòng)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(zhuǎn)移 到曲柄發(fā)動(dòng)電池56A-D以保持曲柄發(fā)動(dòng)電池56A-D完全充電。如果曲柄發(fā)動(dòng)電池56電 壓指示曲柄發(fā)動(dòng)電池56A-D處于放電的任何狀態(tài)，這種情況就會(huì)發(fā)生，不管發(fā)電機(jī)28是否向臥車電池54A-C供電。充電器60可基于多種因素控制曲柄發(fā)動(dòng)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(tài)的 代表。充電電壓一般與電池溫度成反比地變化。發(fā)生這種情況是由于鉛酸電池的充電接 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(shí)維持充電率。通 常，環(huán)境溫度用作電池溫度的代表。可根據(jù)可用的數(shù)據(jù)使充電控制變得更精細(xì)。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(fā)動(dòng)電池56A-D很大程度地與多數(shù)車輛負(fù)載隔絕，除了曲柄發(fā)動(dòng)電動(dòng)機(jī)66 的起動(dòng)器電路、曲柄發(fā)動(dòng)電動(dòng)機(jī)64和起動(dòng)器開關(guān)62。曲柄發(fā)動(dòng)電池56A-D也通過臥車電 池54A-C和充電器60與發(fā)電機(jī)28隔絕。在曲柄發(fā)動(dòng)周期之外，在曲柄發(fā)動(dòng)電池56A-D 端子上將會(huì)有相對較低的電噪聲。從電學(xué)角度看，這使曲柄發(fā)動(dòng)電池56A-D成為相對干 凈的電力源以及具有高穩(wěn)定輸出電壓的電力源。曲柄發(fā)動(dòng)電池組56可作為一些車輛電氣 負(fù)載的電源應(yīng)用，所述車輛電氣負(fù)載通常包括表現(xiàn)出低電流汲取的電子器件，并且如果 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(yùn)行。通過一對保護(hù)性熔絲 77連接于電池56C的內(nèi)燃機(jī)控制模塊80是這種負(fù)載或電力消耗裝置的可行例子。參見圖3，車輛電氣系統(tǒng)102包括分離式電池系統(tǒng)，該分離式電池系統(tǒng)具有支持 12伏車輛負(fù)載(駕駛室饋線)的兩個(gè)并聯(lián)的臥車電池54A-B以及用于24伏DC起動(dòng)器系 統(tǒng)的兩個(gè)串聯(lián)的曲柄發(fā)動(dòng)或起動(dòng)器電池56A-B。臥車電池54A-B通常是高循環(huán)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(huán)電池。曲 柄發(fā)動(dòng)電池56A-D可以是設(shè)計(jì)成滿足大的短時(shí)間電流的重量較輕的傳統(tǒng)12伏鉛酸電池。 臥車電池54A-B與曲柄發(fā)動(dòng)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(fù)極端子彼此跳接而并聯(lián)。曲柄發(fā)動(dòng)電池組56中的電池通過將電池 56A的正極與電池56B的負(fù)極跳接而串聯(lián)。電壓平衡均衡器83連接于兩電池56A-B的 正極端子并工作以使曲柄發(fā)動(dòng)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于0.1伏。內(nèi)燃機(jī)控制模塊80串聯(lián)于第一 電池56A以獲得12伏電源。曲柄發(fā)動(dòng)電池組56從電壓倍增充電器85充電。在曲柄發(fā) 動(dòng)并維持來自內(nèi)燃機(jī)和傳輸饋線的負(fù)載的過程中，可設(shè)定充電器85為以跟上能量排出的 速率來傳遞能量。起動(dòng)器系統(tǒng)是24伏系統(tǒng)，但別的方面卻是在配置上與12伏電壓系統(tǒng) 相同的，包括起動(dòng)器磁力開關(guān)62、曲柄發(fā)動(dòng)電動(dòng)機(jī)螺線管64和24伏起動(dòng)電動(dòng)機(jī)66。連接發(fā)電機(jī)28以通過可選用的可熔斷連路58向兩個(gè)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(fā)電機(jī)28與曲柄發(fā)動(dòng)電池56A-B電氣隔絕。曲 柄發(fā)動(dòng)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(fā)動(dòng)電池56A-B以保持曲柄發(fā)動(dòng)電 池56A-B完全充電。如果曲柄發(fā)動(dòng)電池組56電壓指示曲柄發(fā)動(dòng)電池56A-B處于任何放 電狀態(tài)，這種情況就會(huì)發(fā)生，不管發(fā)電機(jī)28是否正在向臥車電池54A-B供電。充電器 85可基于各種因素控制曲柄發(fā)動(dòng)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(tài)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(quán)利要求
1.一種用于機(jī)動(dòng)車的電氣系統(tǒng)，包括 第一電力存儲子系統(tǒng)；第二電力存儲子系統(tǒng)；用于對所述第一電力存儲子系統(tǒng)充電的電力產(chǎn)生裝置；響應(yīng)所述第二電力存儲子系統(tǒng)的充電狀態(tài)將電荷從所述第一電力存儲子系統(tǒng)轉(zhuǎn)移至 所述第二電力存儲子系統(tǒng)的裝置；以及內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)器系統(tǒng)，所述內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)器系統(tǒng)連接于所述第二電力存儲子系統(tǒng)以用于 向內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)器系統(tǒng)供能。
2.如權(quán)利要求1所述的用于機(jī)動(dòng)車的電氣系統(tǒng)，其特征在于，還包括所述第二電力存儲子系統(tǒng)支持比所述第一電力存儲子系統(tǒng)支持的額定輸出電壓更高 的額定輸出電壓。
3.如權(quán)利要求1所述的用于機(jī)動(dòng)車的電氣系統(tǒng)，其特征在于，還包括 所述第一電力存儲子系統(tǒng)是高循環(huán)電池組；以及所述第二電力存儲子系統(tǒng)是高輸出電池組。
4.如權(quán)利要求3所述的用于機(jī)動(dòng)車的電氣系統(tǒng)，其特征在于，所述用于轉(zhuǎn)移的裝置包 括電池充電器。
5.如權(quán)利要求2所述的用于機(jī)動(dòng)車的電氣系統(tǒng)，其特征在于，還包括所述第一電力存儲子系統(tǒng)是具有并聯(lián)連接的高循環(huán)電池的高循環(huán)電池組；以及 所述第二電力存儲子系統(tǒng)是具有串聯(lián)連接的起動(dòng)器電池的高輸出電池組。
6.如權(quán)利要求5所述的用于機(jī)動(dòng)車的電氣系統(tǒng)，其特征在于，所述用于轉(zhuǎn)移的裝置包 括電壓倍增器和電池充電器，且所述電氣系統(tǒng)還包括用于平衡所述高輸出電池的充電狀 態(tài)的裝置。
7.—種機(jī)動(dòng)車，包括 內(nèi)燃機(jī)；用于所述內(nèi)燃機(jī)的電起動(dòng)器系統(tǒng)；連接成得以應(yīng)請求向所述電起動(dòng)器系統(tǒng)供電的起動(dòng)器電池系統(tǒng)； 由所述內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)； 連接成得以從所述發(fā)電機(jī)充電的電氣系統(tǒng)電池系統(tǒng)；連接成得以從所述電氣系統(tǒng)電池系統(tǒng)和所述發(fā)電機(jī)汲取電力的電消耗器；以及 響應(yīng)所述起動(dòng)器電池系統(tǒng)的充電狀態(tài)而將電荷從所述電氣系統(tǒng)電池系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到所述 起動(dòng)器電池系統(tǒng)的裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的機(jī)動(dòng)車，其特征在于，還包括 溫度傳感器；以及所述用于轉(zhuǎn)移的裝置進(jìn)一步響應(yīng)由所述溫度傳感器提供的溫度讀數(shù)以控制從所述電 氣系統(tǒng)電池系統(tǒng)向所述起動(dòng)器電池系統(tǒng)的電荷轉(zhuǎn)移率。
9.如權(quán)利要求7所述的機(jī)動(dòng)車，其特征在于，還包括 所述電氣系統(tǒng)電池系統(tǒng)包括多個(gè)并聯(lián)連接的高循環(huán)電池；所述起動(dòng)器電池系統(tǒng)包括串聯(lián)連接的電池對以工作在所述電氣系統(tǒng)電池系統(tǒng)的多個(gè) 電壓；以及所述用于轉(zhuǎn)移的裝置包括逐步提高從所述電氣系統(tǒng)電池系統(tǒng)至所述起動(dòng)器電池系統(tǒng) 的電壓的裝置。
10.如權(quán)利要求7所述的機(jī)動(dòng)車，其特征在于，還包括所述電氣系統(tǒng)電池系統(tǒng)包括多個(gè)并聯(lián)連接的高循環(huán)電池；以及 所述起動(dòng)器電池系統(tǒng)包括多個(gè)并聯(lián)連接的電池。
11.一種多電池系統(tǒng)，包括 具有額定輸出電壓的高循環(huán)電池組； 用于對所述高循環(huán)電池組充電的裝置；用于從所述高循環(huán)電池組和所述用于充電的裝置連接于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(yīng)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(huán)電池組轉(zhuǎn)移到 所述隔離的電池組并控制轉(zhuǎn)移率的裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的多電池系統(tǒng)，其特征在于，還包括所述用于轉(zhuǎn)移電荷的裝置進(jìn)一步響應(yīng)所述隔離的電池組的溫度來控制所述轉(zhuǎn)移率。
13.如權(quán)利要求12所述的多電池系統(tǒng)，其特征在于，還包括所述隔離的電池組的額定輸出電壓是大于所述高循環(huán)電池組的額定輸出電壓之一的 倍數(shù)。
全文摘要
機(jī)動(dòng)車的電氣系統(tǒng)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(fù)載供電而第二電池組用來向內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)系統(tǒng)(64、66)供電。連接車輛的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)(28)以對第一電池組再充電。通過充電器(60)實(shí)現(xiàn)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并將電力轉(zhuǎn)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(yōu)先權(quán)日2008年4月21日
發(fā)明者D·K·佐爾曼, N·A·戈洛墨 申請人:萬國卡車知識產(chǎn)權(quán)有限公司