功率。除了或代替第一電源40，充電控制系統(tǒng)85還可以與第二電源90選擇性地電連通以從第二電源90接收電功率。在所圖示的構(gòu)造中，第二電源90可以包括來自城市電網(wǎng)(還稱作“岸電(shore power)”)、光伏裝置、燃料電池、風(fēng)力發(fā)電機(jī)或者其他功率源的功率。一般地，第二電源90具有基于在優(yōu)選電壓下來自電源的可用電功率的第二電功率容量。
[0049]電存儲系統(tǒng)80還與交通工具的電負(fù)載(例如，HVAC系統(tǒng)55)電連通以基于負(fù)載汲取給電負(fù)載提供充分的功率。一般地，電存儲系統(tǒng)80在充電階段期間從第一電源40和第二電源90中的任一者或兩者接收功率，而在放電階段期間向交通工具10的負(fù)載(或多個負(fù)載)釋放功率。充電階段可以在第一和第二電源40、90中的任一者或兩者正向交通工具10的電氣系統(tǒng)輸入功率時發(fā)生，而放電階段可以在第一或第二電源40、90中的沒有一個正向交通工具10的電氣系統(tǒng)輸入功率時發(fā)生。
[0050]電存儲系統(tǒng)80包括:第一多個電存儲元件(例如電池95)和第二多個電存儲元件(例如電池100)，用于在充電階段期間存儲來自第一電源40和/或來自第二電源90的電功率以及用于在放電階段期間向電負(fù)載釋放功率。當(dāng)相應(yīng)的電源40、90連接到電存儲系統(tǒng)80時，第一電源40和第二電源90中的每個限定連接的電源。當(dāng)相應(yīng)的電源40、90從電存儲系統(tǒng)80斷開時，第一電源40和第二電源90中的每個限定斷開的電源。第一電源40和第二電源90中的一者或兩者可以連接到電存儲系統(tǒng)80或者從電存儲系統(tǒng)80斷開。
[0051]在所圖示的構(gòu)造中，第一多個電池95包括交通工具10的現(xiàn)有電池，而第二多個電池100包括交通工具10的單獨(dú)的附加電池。在其他構(gòu)造中，第一多個電池95和第二多個電池100可以包括在交通工具10上作為除了現(xiàn)有的交通工具電池之外提供的單獨(dú)的電池。
[0052]為了簡化描述，在本文中描述的各種構(gòu)造關(guān)注于對第二多個電池100中的每個進(jìn)行充電。然而，所公開的電路和方法還可以用來對第一多個電池95中的每個進(jìn)行充電。另夕卜，用于對第二多個電池100中的每個進(jìn)行充電的功率可以來自許多源，包括第一多個電池95、第一電源40、第二電源90或者連接到交通工具的這些和其他電源的各種組合中的一個或多個。
[0053]根據(jù)各種構(gòu)造的交通工具電氣系統(tǒng)包括第一多個電池95、第二多個電池100、一個或多個電負(fù)載(例如燈或HVAC系統(tǒng)55)以及交流發(fā)電機(jī)35中的一個或多個。另外，交通工具電氣系統(tǒng)還可以包括第二電源90 ο如下面關(guān)于圖2-10進(jìn)一步描述的，交通工具電氣系統(tǒng)還可以包括與第一或第二多個電池95、100中的一個或多個相關(guān)聯(lián)的雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器200和電子開關(guān)210中的一者或兩者。在每個實(shí)施例中，電氣系統(tǒng)部件之間的共同連接可以一般稱為電氣系統(tǒng)或系統(tǒng)“總線”。
[0054]圖2示出了包括雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器200構(gòu)造的交通工具電氣系統(tǒng)150的一部分的電路圖。雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器200包括布置為由電感器L耦合的“H電橋”的四個開關(guān)A、
B、C、D。在各種構(gòu)造中，開關(guān)A、B、C、D是能夠承載大量電流的電子控制開關(guān)，例如場效應(yīng)晶體管(FET)開關(guān)諸如金屬氧化物半導(dǎo)體FET (MOSFET)。典型地，開關(guān)成對地激活，例如開關(guān)A和D同時接通，或者開關(guān)B和C同時接通。當(dāng)開關(guān)A和D接通時，電感器L從第一多個電池95(或者備選地，圖1中示出的第一電源40或第二電源90)中的一個或多個進(jìn)行充電。開關(guān)A和D隨后關(guān)斷并且開關(guān)B和C接通，從而允許把來自電感器L的存儲能遞送到第二多個電池100中的一個或多個。
[0055]在一些構(gòu)造中，開關(guān)A、B、C、D由脈沖寬度調(diào)制(PffM)控制300 (圖2)操作。例如，PWM控制300的輸出OUT-Q和0UT-Q’可以使用路由電路310而選擇性地連接到開關(guān)A、B、
C、D。路由電路310包括兩個復(fù)用器(multiplexer) 320a,320b,它們具有作為輸入的PffM控制300的OUT-Q線和0UT-Q’線以及來自數(shù)據(jù)接口 330的模式選擇輸入。在圖2中示出的構(gòu)造中，OUT-Q線連接到復(fù)用器320a的輸入Il和復(fù)用器320b的輸入12，而0UT-Q’線連接到復(fù)用器320a的輸入12和復(fù)用器320b的輸入II。復(fù)用器320a、320b的輸入然后連接到開關(guān) A、B、C、D。
[0056]在圖2中示出的構(gòu)造中，復(fù)用器320a連接到開關(guān)A和D而復(fù)用器320b連接到開關(guān)B和C。此外在圖2中示出的構(gòu)造中，路由電路310由數(shù)據(jù)接口 330控制，該數(shù)據(jù)接口 330改變復(fù)用器320a、320b中的每個的模式以便把相應(yīng)復(fù)用器320a、320b的SI輸入或S2輸入路由到開關(guān)A、B、C、D。數(shù)據(jù)接口 330包括輸入/輸出(I/O)線，其連接到諸如圖4中示出的集中控制系統(tǒng)340?？刂葡到y(tǒng)340可以附連到交通工具10作為獨(dú)立的單元或者作為交通工具10的計算機(jī)控制系統(tǒng)的一部分。
[0057]因此，使用圖2中示出的雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器200電路，放出二進(jìn)制信號(例如，在低值和高值諸如O和I伏之間切換的電壓信號)的單個控制線(即，來自數(shù)據(jù)接口 330的“模式”線)可以用來改變開關(guān)A、B、C、D的位置以便把電感器L鏈接到第一多個電池95或者第二多個電池100。不過，控制開關(guān)A、B、C、D的斷開和閉合狀態(tài)的其他方法也是可能的。
[0058]根據(jù)電感器L的放電和充電的次序，第一多個電池95可以用來對第二多個電池100充電，或者第二多個電池100可以用來對第一多個電池95充電。另外，替代第一多個電池100，來自第一電源40或第二電源90的功率可以用來對電感器L充電并因此向第二多個電池提供功率。電感器L的充電和放電典型地以循環(huán)(cyclic)的方式執(zhí)行，以便無論哪個或哪些電池正在接收能量均向其提供正在進(jìn)行的電能源。電感器L經(jīng)歷重復(fù)的充電和放電循環(huán)，這在各種構(gòu)造中以高達(dá)50kHz或者更高的速度發(fā)生，其中電容器Cin和C _有助于建立電荷和平滑電壓信號。使用圖2中示出的雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器200，電感器L可以向小于、等于或大于連接到電感器L的源電壓的一個或多個電池遞送輸出電壓。來自電感器L的輸出電壓是基于開關(guān)A、B、C、D的占空比，即它是基于與每個循環(huán)開關(guān)B和C閉合和連接到電感器L多少時間相比每個循環(huán)開關(guān)A和D閉合和連接到電感器L多少時間以及循環(huán)的長度。
[0059]在圖2-5中示出的構(gòu)造中，雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器200或電子開關(guān)210或者兩者的使用允許第二多個電池100中的每個與交通工具電氣系統(tǒng)150個別地連接或斷開以進(jìn)行充電或隔離。圖3中示出的電路包括電流感測(I_J和電壓感測(V_J能力。在圖3中示出的構(gòu)造中，電流感測由與電感器L串聯(lián)的電流感測電阻器R提供。電流感測電阻器R的輸出饋送到PWM控制。在其他構(gòu)造中，電流感測可以由霍爾效應(yīng)傳感器提供。電壓感測(Vsense)由從“輸出/輸入”到PWM控制的線提供。圖3的構(gòu)造還包括數(shù)據(jù)接口 330和PffM控制300上的電壓設(shè)置(voltage set) (Vset)和電流設(shè)置(Iset)控制以允許設(shè)置用于對連接至IJ電路的特定電池(例如，第二多個電池100之一)充電和放電的特定電壓和電流電平。
[0060]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造的交通工具電氣系統(tǒng)150的圖，其中第二多個電池100使用雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器200而耦合到交通工具的電氣系統(tǒng)。盡管圖4示出了三個電池100a-C，但是可以使用任何數(shù)目。第二多個電池10a-C中的每個可以個別地由交通工具電氣系統(tǒng)150充電，例如由交通工具交流發(fā)電機(jī)35和第一多個電池95至少之一中的一者或兩者充電。圖2和3中示出的雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器200的各個元件包括開關(guān)A、B、C、D、電感器L、電容器Cin和Cciut、路由電路310、PffM控制300以及數(shù)據(jù)接口 330，可以分布在圖4的雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器200a-200c單元和控制系統(tǒng)340單元之間。一個非限制性示例是PffM控制300、路由電路310以及數(shù)據(jù)接口 330可以容納在與控制系統(tǒng)340相同的單元中。
[0061]在各種構(gòu)造中，基于電池的放電狀態(tài)，充電應(yīng)用于第二多個電池100中的每個。例如，供應(yīng)固定電流以快速再充電至部分充電點(diǎn)的“容積(bulk)”充電級(charging stage)可以與相對耗盡的電池一起使用，而其中在供應(yīng)變化的電流電平時保持電壓恒定的“吸收”級可以用來完成充電。最后，“浮動(float)”充電級(其測量電池電壓并且根據(jù)需要對電池再充電以把電池保持在預(yù)定的電壓范圍內(nèi))，可以用來在延長的時間段內(nèi)維持電池充電。其他電池充電級是可能的并且涵蓋在本發(fā)明內(nèi)。使用多級充電方法諸如上面描述的充電方法一般是對電池再充電的最快速方式同時維持了最大電池壽命。
[0062]把多個電池并聯(lián)地硬接線成單個操作單元的缺點(diǎn)是所有電池被同時充電。在某些條件下(例如如果一個或多個電池已變成完全耗盡或者如果交通工具電氣系統(tǒng)的負(fù)載大)，所有電池的再充電可能從交通工具交流發(fā)電機(jī)35汲取太多功率使得交流發(fā)電機(jī)35不能向連接的電負(fù)載提供足夠的功率。
[0063]因此在一種構(gòu)造中，第二多個電池100中的每個在再充電階段期間單獨(dú)地連接到交通工具電氣系統(tǒng)以便防止通過交通工具電氣系統(tǒng)150從交流發(fā)電機(jī)35汲取太多電流。在一種構(gòu)造中，第二多個電池100中的每個可以使用電子開關(guān)210 (圖5)耦合到交通工具電氣系統(tǒng)。然而在參考電子開關(guān)210的使用的這種和其他構(gòu)造中，第二多個電池100中的每個可以使用雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器200 (圖4)而不是電子開關(guān)210而耦合到交通工具電氣系統(tǒng)10。雙向電池電壓轉(zhuǎn)換器200可以例如通過使開關(guān)A、B、C、D的斷開和閉合狀態(tài)不交替或者通過包括所有開關(guān)A、B、C、D斷開所處的模式而作為開關(guān)操作。
[0064]在各種構(gòu)造中，電子開關(guān)210由控制系統(tǒng)340控制，該控制系統(tǒng)340還監(jiān)視交通工具電氣系統(tǒng)150的電壓。使特定電子開關(guān)210斷開使與之關(guān)聯(lián)的電池隔離。因此當(dāng)交流發(fā)電機(jī)35正在操