引擎启动与电池支持模块制造技术

提供了一种用于车辆的引擎启动与电池支持模块，其利用超级电容器(UC)组，其中该超级电容器组在车辆的交流发电机运行时或不运行时充电到支持引擎启动辅助和宾馆负载支持两者的电平。在低温时段期间可以调整和提升UC的每单元电荷，或者在极低温期间可以将UC每单元电荷调整和提升为更高。该调整可以是动态的和/或自动的，增加了UC能量储存能力。进一步地，通过脉冲宽度调制(PWM)控制器基于DC总线电压控制从UC的能量释放。可以从板上DC/DC转换器、AC钩或通过智能地在并联与串联配置之间切换UC组为UC充电。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用根据35U.S.C119(e)，本申请要求于2014年6月20日提交的题为“EnergyStartandBatterySupportModule”的美国申请No.62/014910的优先权。上述申请通过引用全部并入本文中。
技术介绍
在汽车和货运行业两者中，对通常实践、规律和接受的行为的改变迫使在停车期间关停引擎。关停汽车或货车引擎在电池和启动器马达上造成压力，导致电池变弱和系统整体性能降低。严酷的状况(诸如极端寒冷环境)使问题恶化，并且可能导致彻底的电池失效和/或启动器失效。引擎每天关停的次数可能依赖于车辆架构、车辆使用等。总体而言，有两种类型的车辆架构：“本地传送(localdelivery)”车辆，其每天可以有例如多达250次关断事件；和“长途运输(longhaul)”车辆，其每天可以有例如达25次关断事件。这些关断事件在车辆的DC电气总线上创建低电压状况，这导致了来自车载(on-board)能量储存系统的较高电力要求。DC电气总线上的低电压状况还可能给其它车辆部件(包括电子控制单元(ElectronicControlUnits，ECU)、继电器、开关和泵)造成压力。
技术实现思路
本专利技术的实施例包括能量启动与电池支持模块，该模块被配置为支持使用超级电容器(UltraCapacitors，UC)直接对车辆的直流(DC)电压总线的能量供应，其中在车辆的引擎关闭时，该超级电容器允许在停车期间对短期电池负载的电压支持和启动器马达的旋转两者。这一模块不必然要求对车辆的任何布线改变，也不必然要求或涉及任何车辆变更或对车辆操作程序的改变。在关闭序列期间，不管静负载(staticload)的变化或引擎启动器的变化，通过(包括在引擎启动期间)调制能量转移，该模块都可以自动地稳定车辆的DC电压，从而支持健康的电池和较长的启动器寿命。它可以自动地调整它储存的能量的量，从而延长模块中的UC和电子器件的寿命。在一些情况下，在车辆的电池电量完全耗空(godead)时，该模块为车辆的电子器件和/或车辆的启动器供应适当的电压。该模块的一些实施例可以基于车辆供应电力的能力自动地对UC再充电。例如，该模块可以包括DC升压转换器或开关，其中该DC升压转换器对UC再充电，该开关将UC分离成两个或更多个相等或不相等的堆并且并联地为该堆降压充电(buckcharge)。如果交流发电机运行，则该模块可以将较多电力转移到UC，并且如果车辆的电池没有足够能量以开始车辆启动序列，则该模块可以将较少电力转移到UC。当车辆的交流发电机不运行时，该模块还可以从UC转移能量。在一些情况下，该模块可以不使车辆的电池耗至预设的电压电平以下，例如12伏系统中的9伏或24伏系统中的18伏。在一些实施例中，如果在第一次尝试时车辆没有启动或电池太弱而不能靠它们自己供应足够的电力，则该模块允许车辆的操作员再次开始该模块的充电，消除单独的跨接启动(jumpstart)的使用。在一些实施例中，该模块可以配合到使用标准电池机箱大小的车辆上的标准电池区域中，或者可以被如所期望地调整规模以适应任何车辆。在一些实施例中，系统可以在任何车辆中通过30天机场测试(airporttest)而不造成电池电量耗空。如本领域技术人员所理解的，30天机场测试模拟在低至-20℃的温度下将车辆在机场停放30天。在这30天期间，车辆的电气系统从电池或能量储存系统消耗能量以运行关键的车辆系统，诸如警报器、计算机、锁定机构、时钟等。当车辆所有者返回时，车辆应该有足够的能量保留在它的能量储存系统(传统地为铅酸电池)中，以便开始起动事件并且支持引擎启动系统。通过30天机场测试是对汽车电池和电气系统的通常要求。该模块可以被实现为固态(solid-state)系统(例如，不利用继电器在任一方向上转移能量)。例如，该模块的电子器件可以包括一个或多个增强型n沟道场效应晶体管(N-FET)，该增强型n沟道场效应晶体管可以被并联使用以减少能量传送的等效串联电阻(EquivalentSeriesResistance，ESR)，或者甚至可以被用于分离模式再充电方案。在一些实施例中，电子器件的总静态电流(quiescentcurrent)可以小于50mA，以使得在延长的时段期间不出现过耗(excessdrain)。模块可以包括DC转换器，该DC转换器的输入和输出电压和电流可以被控制，以允许：(1)精确控制UC的背部上的电压；(2)控制UC上的充电电流，从而促进将电量完全耗空的UC集合充到满电的能力；(3)设置输入电流以使得不从系统汲取过多电力，从而允许车辆的DC总线操作其它设备；和/或(4)设置最小输入电压用于使UC充电减速(throttleback)，从而避免在期望的或预定的(例如，安全的)操作状况(regime)之外操作电池系统。DC转换器可以被分成多个相角，以使得能实现较低的峰值电流、较少的电磁干扰(EMI)和/或较小的更有效的部件。多个相可以在360°的基础上相等地间隔。例如，4相DC转换器将电流泵电荷(currentpumpcharge)分离成四个相等的部分，这四个部分在时间谱(timespectrum)上相隔90度。DC转换器可以控制输入侧上的电流和/或电压以及输出侧上的电流和/或电压。例如，电压输出可以设置储存在UC上的最大电压电位，该最大电压电位可以与储存的能量(能量可以由公式E＝0.5CV2表示)相等。电流输出控制可以允许DC转换器为完全空的UC组充电而不出现过电流(例如，通常会使转换器崩溃的电流)。在一些实施例中，当交流发电机不运行并且从电池转移离开的能量被限制从而防止DC总线变为预定电压以下(例如，12伏系统中的9伏或24伏系统中的18伏)时，输入电压限制和输入电流控制可以允许系统操作。该模块可以被封装为仅具有两个到外部世界的端子连接件，并且该模块可以被连接到引擎，就像电池被连接到引擎。安装可以是简单并且安全的，并且当该模块被初始连接时，可能只有很少电流以至没有电流流动。为了简单和较低的成本，控制装置可以共同位于单个印刷电路板组件(PCBA)上。对整个系统的控制可以基于DC电压，这使得能使用可接受的设置点和预定的电池电压实现能量的双向转移。这一控制可以在模拟域或数字域中完成；控制还可以是异步的，并且因此可适应几乎任何车辆。控制有明显为零的固有滞后(built-inhysteresis)，这允许快速并且极稳定的电压电平。因为它是异步的并且在响应中没有强制(forced)频域，所以可以实现稳定性。换言之，能量转移可以不被强制在任何速率或调节器重复脉冲处。在一些情况下，仅转移足够的能量以满足设置点。由于每个车辆和每个车辆的布线负载是独有的，这允许一体通用(one-size-fits-all)的模块架构。示例模块可以包括用于控制(例如，均衡)超级电容器电荷的有源平衡电路，由此防止任何单个超级电容器吸收过多能量。UC平衡电路可以是动态的，并且设置点可以随着温度变化。因为能量被调制回到车辆的DC总线，所以储存在UC中的能量可以高于车辆的额定系统本身的能量。与能量被储存在接近等电位处的情况相比，这允许储存较多能量以及出现较少峰值电流。这一方法支持较长时段的延长的车辆静负载支持，包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于调节车辆中的车辆电池的电压电平的方法，所述方法包括：确定所述电压电平是否在预定的电压阈值以下；如果所述电压电平在所述预定的电压阈值以下，则开始与所述车辆电池电气通信的至少一个超级电容器的放电；以及调制所述至少一个超级电容器的所述放电，以使得将所述电压电平至少提升到所述预定的电压阈值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.20 US 62/014,9101.一种用于调节车辆中的车辆电池的电压电平的方法，所述方法包括：确定所述电压电平是否在预定的电压阈值以下；如果所述电压电平在所述预定的电压阈值以下，则开始与所述车辆电池电气通信的至少一个超级电容器的放电；以及调制所述至少一个超级电容器的所述放电，以使得将所述电压电平至少提升到所述预定的电压阈值。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定的电压阈值基于车辆电池年龄、车辆年龄、车辆电池状况、车辆电池量、车辆电池类型、车辆启动器类型、启动器年龄、温度和所述车辆的驾驶员的经验中的至少一个确定。3.根据权利要求1所述的方法，其中调制所述至少一个超级电容器的所述放电包括控制流过与所述至少一个超级电容器电气通信的至少一个晶体管的电流。4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：当车辆交流发电机关闭时，从所述车辆电池向所述至少一个超级电容器转移能量。5.根据权利要求4所述的方法，其中在确定所述电压电平超过再充电电压阈值之后开始能量的所述转移。6.根据权利要求5所述的方法，其中仅当所述车辆电池的电压量超过所述再充电电压阈值时开始能量的所述转移。7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：当所述电压电平小于启动所述车辆所要求的电压电平时，从所述车辆电池向所述至少一个超级电容器转移能量。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个超级电容器包括多个超级电容器，并且所述方法进一步包括：将所述多个超级电容器在用于充电的并联配置与用于放电的串联配置之间切换。9.一种用于调节车辆电池的电压电平的装置，所述装置包括：串联连接以储存电荷的多个超级电容器；与所述车辆电池和所述多个超级电容器电气通信的至少一个电压比较器，所述至少一个电压比较器用以实行所述电压电平与预定的电压阈值的比较；以及与所述至少一个电压比较器和所述多个超级电容器电气通信的控制逻辑器，所述控制逻辑器用以基于所述比较来调制所述多个超级电容器的放电，从而将所述电压电平至少提升到所述预定的电压阈值。10.根据权利要求9所述的装置，其中所述控制逻辑器包括与所述多个超级电容器电气通信的至少一个晶体管，以控制流入和/或流出所述多个超级电容器的电流。11.根据权利要求10所述的装置，其中所述至少一个电压比较器与所述至少一个晶体管的栅极电气通信，以控制流入和/或流出所述多个超级电容器的电流。12.根据权利要求9所述的装置，进一步包括：与所述多个超级电容器和所述至少一个电压比较器电气通信的直...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·J·伍德，C·霍尔，D·A·帕特索斯，J·克尔顿，B·乔治，
申请(专利权)人：IOXUS公司，
类型：发明
国别省市：美国;US