雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利說明】雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器
本申請是申請日為2010年07月29日，申請?zhí)枮?01080043999.8的發(fā)明專利申請的分案申請，在此通過引用將原母案申請全部內(nèi)容結(jié)合到本申請中。
[0001]相關(guān)申請
本申請要求于2009年7月31日提交的美國臨時(shí)專利申請?zhí)?1/230，296以及于2010年3月19日提交的美國臨時(shí)專利申請?zhí)?1/315，759的優(yōu)先權(quán)，其每個(gè)都通過引用而全文結(jié)合到本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種用于交通工具的電存儲(chǔ)元件的控制系統(tǒng)，并且在一個(gè)特定實(shí)施例中涉及一種用于控制進(jìn)入和離開電存儲(chǔ)元件的功率的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]大型交通工具(例如，半掛牽引車、卡車、公共汽車等等)通常用來運(yùn)輸人和貨物。交通工具包括汲取電功率的各種部件，包括例如用于長途牽引車的臥車單元的供熱、通風(fēng)與空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)。這些各種電部件的功率可以在交通工具處于操作時(shí)由交流發(fā)電機(jī)供應(yīng)而在交通工具不處于操作時(shí)由諸如一個(gè)或多個(gè)電池的備選電源供應(yīng)。
[0004]—般而言，來自諸如交流發(fā)電機(jī)的電源的電能被存儲(chǔ)在交通工具的一個(gè)或多個(gè)電池中以在其他電源不可用時(shí)提供存儲(chǔ)的電能以供稍后使用。在一些交通工具中，提供輔助電池組以向交通工具的電部件供應(yīng)功率。這些輔助電池組往往以彼此并聯(lián)關(guān)系電連接到該電源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明包括用于交通工具電氣系統(tǒng)的雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器。雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器包括至少一個(gè)電池。每個(gè)電池與之關(guān)聯(lián)了電源、電感器、四個(gè)開關(guān)以及連接到每個(gè)開關(guān)的路由電路(routing circuit)，其中所述四個(gè)開關(guān)電耦合到電感器，其中開關(guān)中的兩個(gè)還電耦合到電池而開關(guān)中的另兩個(gè)電耦合到電源。路由電路控制每個(gè)開關(guān)的斷開和閉合使得成對地?cái)嚅_或閉合開關(guān)。通過以限定的占空比交替地耦合電感器到電源然后是電池，路由電路使用電源對電感器充電然后把存儲(chǔ)在電感器中的電荷傳遞至電池。在各種實(shí)施例中，電源是交通工具交流發(fā)電機(jī)。
[0006]在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明包括一種對交通工具電氣系統(tǒng)中的多個(gè)電池中的每個(gè)個(gè)別地充電的方法。該方法包括提供電耦合到每個(gè)個(gè)別電池的雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器。雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器可以包括與電感器相關(guān)聯(lián)的電流傳感器以及與電池相關(guān)聯(lián)的電壓傳感器。該方法進(jìn)一步包括感測(sense)每個(gè)電池的電壓以及流入每個(gè)電池的電流并且調(diào)整雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器的占空比以調(diào)整向電池遞送的電流和電壓中的至少一個(gè)，以便給每個(gè)個(gè)別電池提供最優(yōu)的充電。
[0007]在又一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明包括一種管理對交通工具電氣系統(tǒng)中的多個(gè)電池的再充電的方法。該方法包括提供:電子開關(guān)，電耦合到交通工具電氣系統(tǒng)中的多個(gè)電池中的每個(gè)；以及電壓傳感器，用于感測連接到交通工具電氣系統(tǒng)的電源的電壓。該方法進(jìn)一步包括閉合第一開關(guān)以連接多個(gè)電池中的第一個(gè)到交通工具電氣系統(tǒng)并且在第一開關(guān)閉合時(shí)監(jiān)視電源的電壓。該方法還包括確定電壓是否由于連接第一電池而降低到閾值電平以下并且如果這樣的話則再斷開第一開關(guān)以斷開第一電池。該方法又進(jìn)一步包括閉合與多個(gè)電池中的每個(gè)相關(guān)聯(lián)的多個(gè)開關(guān)中的每個(gè)并且監(jiān)視電壓直到所有開關(guān)閉合并且所有電池連接到交通工具電氣系統(tǒng)以進(jìn)行再充電。
[0008]在又一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明包括一種對交通工具電氣系統(tǒng)中的多個(gè)電池中的每個(gè)個(gè)別地放電的方法。該方法包括提供電耦合到每個(gè)個(gè)別電池的雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器，其中雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器還包括與電感器相關(guān)聯(lián)的電流傳感器以及與電池相關(guān)聯(lián)的電壓傳感器。該方法進(jìn)一步包括感測每個(gè)電池的電壓以及由每個(gè)電池提供的電流并且調(diào)整雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器的占空比以調(diào)整由電池遞送的電流和電壓中的至少一個(gè)，以便提供每個(gè)個(gè)別電池的最優(yōu)的放電。
[0009]在又一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明包括一種電隔離交通工具電氣系統(tǒng)中的至少一個(gè)電池的方法。該方法包括提供電子開關(guān)，所述電子開關(guān)電耦合到交通工具電氣系統(tǒng)中的多個(gè)電池中的每個(gè)。該方法進(jìn)一步包括在多個(gè)電池的放電期間斷開至少一個(gè)開關(guān)以電隔離多個(gè)電池中的至少一個(gè)以保持所隔離的電池內(nèi)的電荷。
[0010]在又一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明包括用于交通工具電氣系統(tǒng)的雙向多電池電壓轉(zhuǎn)換器。每個(gè)雙向多電池電壓轉(zhuǎn)換器與多個(gè)電池相關(guān)聯(lián)。提供控制電路以選擇性地激勵(lì)(energize)與多個(gè)電池之一相關(guān)聯(lián)的繼電器或電子開關(guān)，從而連接電池與雙向多電池電壓轉(zhuǎn)換器。
[0011]在又一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種給交通工具電氣系統(tǒng)中的電池充電的方法。交通工具電氣系統(tǒng)具有:系統(tǒng)總線；第一開關(guān)，選擇性地連接第一電池與系統(tǒng)總線；第二開關(guān)，選擇性地連接第二電池與系統(tǒng)總線；以及控制器，監(jiān)視交通工具電氣系統(tǒng)的電壓并且可控地?cái)嚅_和閉合第一開關(guān)和第二開關(guān)。第一開關(guān)和第二開關(guān)被斷開，從而將第一電池和第二電池與系統(tǒng)總線斷開。第一開關(guān)閉合，從而連接第一電池與系統(tǒng)總線。響應(yīng)于第一開關(guān)閉合，監(jiān)視交通工具電氣系統(tǒng)的電壓。如果交通工具電氣系統(tǒng)的電壓越過閾值，斷開第一開關(guān)。第二開關(guān)閉合，從而連接第二電池與系統(tǒng)總線。響應(yīng)于第二開關(guān)閉合，監(jiān)視交通工具電氣系統(tǒng)的電壓。如果交通工具電氣系統(tǒng)的電壓越過閾值，斷開第二開關(guān)。
[0012]在又一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種與交通工具電氣系統(tǒng)一起使用的控制器。該控制器具有電壓輸入端子、存儲(chǔ)器以及微處理器?？刂破骺煽氐?cái)嚅_第一開關(guān)，從而將第一電池與系統(tǒng)總線斷開；并且可控地?cái)嚅_第二開關(guān)，從而將第二電池與系統(tǒng)總線斷開。控制器可控地閉合第一開關(guān)，從而連接第一電池與系統(tǒng)總線。響應(yīng)于第一開關(guān)閉合，控制器接收在電壓輸入端子處交通工具電氣系統(tǒng)的電壓?？刂破魅缓笤谖⑻幚砥髦斜容^與交通工具電氣系統(tǒng)的電壓有關(guān)的值與來自存儲(chǔ)器的閾值。控制器響應(yīng)于交通工具電氣系統(tǒng)的電壓越過閾值而可控地?cái)嚅_第一開關(guān)?？刂破骺煽氐亻]合第二開關(guān)，從而連接第二電池與系統(tǒng)總線。響應(yīng)于第二開關(guān)閉合，控制器接收在電壓輸入端子處交通工具電氣系統(tǒng)的電壓?？刂破魅缓笤谖⑻幚砥髦斜容^與交通工具電氣系統(tǒng)的電壓有關(guān)的值與所述閾值，并且響應(yīng)于交通工具電氣系統(tǒng)的電壓越過閾值而可控地?cái)嚅_第二開關(guān)。
[0013]在又一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種交通工具電氣系統(tǒng)，其包括:系統(tǒng)總線；第一電池；第一開關(guān)，選擇性地連接第一電池到系統(tǒng)總線；第二電池；第二開關(guān)，選擇性地連接第二電池到電氣系統(tǒng)；以及控制器。控制器可控地?cái)嚅_第一開關(guān)和第二開關(guān)，從而使第一電池和第二電池與系統(tǒng)總線斷開?？刂破骺煽氐亻]合第一開關(guān)，從而連接第一電池與系統(tǒng)總線，并且響應(yīng)于第一開關(guān)閉合而監(jiān)視交通工具電氣系統(tǒng)的電壓。如果交通工具電氣系統(tǒng)的電壓越過閾值，控制器可控地?cái)嚅_第一開關(guān)。控制器可控地閉合第二開關(guān)，從而連接與第二開關(guān)相關(guān)聯(lián)的第二電池與系統(tǒng)總線，并且響應(yīng)于第二開關(guān)閉合而監(jiān)視交通工具電氣系統(tǒng)的電壓。如果交通工具電氣系統(tǒng)的電壓越過閾值，控制器斷開第二開關(guān)。
[0014]在又一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種平衡交通工具電氣系統(tǒng)中的電流的方法。交通工具電氣系統(tǒng)包括:系統(tǒng)總線；第一電池；第一雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器，在第一電池與系統(tǒng)總線之間選擇性地傳遞第一電流；第二電池；第二雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器，在第二電池與系統(tǒng)總線之間選擇性地傳遞第二電流；以及控制器，控制第一雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器和第二雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器。感測第一電流并且把與第一電流有關(guān)的第一信號(hào)提供給控制器。第二電流以及與第二電流有關(guān)的第二信號(hào)被提供給控制器?？刂频谝浑p向電池電壓轉(zhuǎn)換器和第二雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器，使得第一電流和第二電流是向連接到系統(tǒng)總線的電負(fù)載供應(yīng)的負(fù)載電流的相等部分。
[0015]在又一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種用于向電負(fù)載供應(yīng)電功率的交通工具電氣系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括:系統(tǒng)總線；第一電池；以及第一雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器，在第一電池與系統(tǒng)總線之間可控地傳遞第一電流。系統(tǒng)還包括:第二電池；以及第二雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器，在第二電池與系統(tǒng)總線之間可控地傳遞第二電流?？刂破骺刂频谝浑p向電池電壓轉(zhuǎn)換器和第二雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器，使得第一電流和第二電流是向連接到系統(tǒng)總線的電負(fù)載供應(yīng)的負(fù)載電流的相等部分。
[0016]在又一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種與交通工具電氣系統(tǒng)一起使用的雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器。所述雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器包括:電感器；第一開關(guān)，選擇性地耦合電感器到所述第一電池；第二開關(guān)，選擇性地耦合電感器到所述第一電池；第三開關(guān)，選擇性地耦合電感器到交通工具電氣系統(tǒng)；以及第四開關(guān)，選擇性地耦合電感器到交通工具電氣系統(tǒng)。路由電路連接到第一、第二、第三和第四開關(guān)中的每個(gè)。路由電路可控地成對斷開和閉合開關(guān)，使得電感器從交通工具電氣系統(tǒng)和電池中的一個(gè)進(jìn)行充電并且向交通工具電氣系統(tǒng)和電池中的另一個(gè)放電?？刂破骺刂坡酚呻娐芬赃f送向連接的電負(fù)載供應(yīng)的負(fù)載電流的一部分，該部分基于其他電流源的可用性。
[0017]在又一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供用于交通工具的電氣系統(tǒng)。該電氣系統(tǒng)包括:系統(tǒng)總線；點(diǎn)火開關(guān)，選擇所述電氣系統(tǒng)的操作狀態(tài)；以及原電池，連接到所述系統(tǒng)總線。第一輔助電池模塊連接到所述系統(tǒng)總線。第一輔助電池模塊包括:第一輔助電池；第二輔助電池；雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器；以及模塊控制器，選擇性地連接所述第一輔助電池和所述第二輔助電池中的一個(gè)到所述雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器。主系統(tǒng)控制器在以下模式之一中操作所述第一輔助電池模塊:無效(null)模式，其中所述第一輔助電池和所述第二輔助電池從所述電氣系統(tǒng)斷開；充電模式，其中所述第一輔助電池和所述第二輔助電池中的一個(gè)經(jīng)由所述雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器接收電流；以及放電模式，其中所述第一輔助電池和所述第二輔助電池中的一個(gè)經(jīng)由所述雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器供應(yīng)電流。
[0018]在又一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種與交通工具電氣系統(tǒng)一起使用的電池模塊。電池模塊包括:雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器；第一電池；以及第二電池。第一繼電器選擇性地連接第一電池到雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器。第二繼電器選擇性地連接第二電池到雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器?？刂破鬟x擇性地激勵(lì)第一繼電器、選擇性地激勵(lì)第二繼電器并且控制