在车辆发动机起动期间增强起动机系统的附加电池

技术领域

本公开涉及一种附加电池，以在车辆发动机的起动期间增强起动机系统。

背景技术

具有柴油或汽油发动机的车辆(例如，汽车、卡车、建筑设备、农场设备)通常使用起动电动机来起动发动机。发动机必须以一定速度转动以使其开始运行(例如，将燃料和空气吸入气缸并压缩混合物)。这种初始转动(称为曲柄转动)由起动电动机完成，该起动电动机的齿轮(即，小齿轮)与围绕发动机飞轮的轮缘的较大齿圈接合。起动电动机也可以在包括启停系统的车辆中在行驶期间使用，该启停系统在空转期间(例如，在交通信号灯处)关闭发动机以节省燃料并限制排放，并且当制动器被释放时重新起动发动机。对于具有诸如八缸(例如，V8)发动机的大型发动机的车辆，典型的起动机系统在诸如寒冷天气的某些条件下可能是不足的。因此，期望提供额外的电池以在车辆发动机的起动期间增强起动机系统。

发明内容

在一个示例性实施例中，车辆中的系统包括被配置为起动车辆的发动机的起动电动机。该系统还包括第一电池和第二电池，第一电池连接到起动电动机以在发动机起动期间为起动电动机供电，第二电池与第一电池可控制地在发动机起动期间串联或并联连接以向起动电动机提供额外的电力。

除了本文描述的一个或多个特征之外，所述系统还包括第一开关和第二开关，以在所述发动机的起动期间控制所述第二电池与所述第一电池的串联连接。

除了本文描述的一个或多个特征之外，第一开关和第二开关是电控开关或电子开关装置。

除了本文描述的一个或多个特征之外，所述系统还包括控制器，所述控制器用于控制所述第一开关处于闭合位置并且控制所述第二开关处于闭合位置，以在所述发动机的起动期间将所述第一电池和所述第二电池串联连接到所述起动电动机。

除了本文描述的一个或多个特征之外，所述系统还包括连接在所述第一开关和电学地之间的第三开关。第一开关和第三开关可控制地将第二电池连接到电学地。

除了本文描述的一个或多个特征之外，所述控制器在所述发动机的起动期间控制所述第三开关处于断开位置。

除了本文描述的一个或多个特征之外，在经由发电机对所述第一电池和所述第二电池进行再充电期间，所述控制器将所述第一开关控制为处于断开位置，将所述第二开关控制为处于断开位置，并且将所述第三开关控制为处于闭合位置。

除了本文描述的一个或多个特征之外，所述系统还包括一开关，所述开关用于在所述发动机的起动期间控制所述第二电池与所述第一电池的并联连接。

除了本文描述的一个或多个特征之外，控制开关以在发动机起动之后将第二电池与第一电池断开。

除了本文描述的一个或多个特征之外，第二电池在发动机起动之后由发电机再充电。

在另一示例性实施例中，一种起动车辆发动机的方法包括，将起动电动机联接到发动机，所述起动电动机被配置为起动车辆的发动机。该方法还包括将第一电池连接到起动电动机以在发动机起动期间为起动电动机供电，并且可控制地在发动机起动期间将第二电池与第一电池串联或并联连接以向起动电动机提供额外的电力。

除了本文描述的一个或多个特征之外，所述方法还包括设置第一开关和第二开关，以在所述发动机的起动期间控制所述第二电池与所述第一电池的串联连接。

除了本文描述的一个或多个特征之外，第一开关和第二开关是电控开关或电子开关装置。

除了本文描述的一个或多个特征之外，所述方法还包括配置控制器以控制所述第一开关处于闭合位置并且控制所述第二开关处于闭合位置，以在所述发动机的起动期间将所述第一电池和所述第二电池串联连接到所述起动电动机。

除了本文描述的一个或多个特征之外，所述方法还包括在所述第一开关和电学地之间设置第三开关，并且将所述第一开关和所述第三开关配置为将所述第二电池可控制地连接到电学地。

除了本文描述的一个或多个特征之外，配置所述控制器包括将所述控制器配置为在所述发动机的起动期间控制所述第三开关处于断开位置。

除了本文描述的一个或多个特征之外，配置所述控制器包括配置所述控制器以在经由发电机对所述第一电池和所述第二电池进行再充电期间，将所述第一开关控制为处于断开位置，将所述第二开关控制为处于断开位置，并且将所述第三开关控制为处于闭合位置。

除了本文描述的一个或多个特征之外，所述方法还包括设置一开关以在所述发动机的起动期间控制所述第二电池与所述第一电池的并联连接。

除了本文描述的一个或多个特征之外，所述方法还包括控制所述开关以在所述发动机起动之后将所述第二电池与所述第一电池断开。

除了本文描述的一个或多个特征之外，所述方法还包括布置发电机以在所述发动机起动之后对所述第二电池再充电。

当结合附图时，根据以下详细描述，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点是显而易见的。

附图说明

其他特征、优点和细节仅通过示例的方式出现在以下详细描述中，详细描述参考附图，其中：

图1是根据一个或多个实施例的具有附加电池以增强发动机起动的车辆的框图；

图2A是根据示例性实施例的具有附加电池以在发动机起动期间增强起动机系统的起动机系统的示意图；

图2B是图2A中所示的起动机系统的各方面的电路图；

图3A是根据示例性实施例的具有附加电池以在发动机起动期间增强起动机系统的起动机系统的示意图；以及

图3B是图3A中所示的起动机系统的各方面的电路图。

具体实施方式

以下描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本公开、其应用或用途。应当理解，在整个附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。

如前所述，根据现有方法的起动机系统(其通常包括一个电池，例如，12伏(V)电池)可能不足以在某些条件下起动车辆发动机，例如低温(例如，低于-20华氏度)。理想地，在起动过程期间，起动电动机将发动机起动到预定的起动速度(例如，100转每分钟(rpm))，而发动机随后不会下降到低于最小起动速度(例如，20rpm)。具体地，利用现有的起动机系统，V8发动机在某些条件(例如低温)下最初达到100RPM之后可能下降到4rpm。这可能导致起动质量差，并对已建立的噪声、振动、粗糙度(NVH)度量产生负面影响。

本文详述的系统和方法的实施例涉及在车辆发动机起动期间增强起动机系统的附加电池。根据示例性实施例，起动机系统包括附加电池，该附加电池可以仅在发动机起动期间与现有的主电池串联连接。根据替代实施例，已经存在的用于与附件负载一起使用的电池(除了起动机电池之外)可以与现有的主电池并联连接，作为发动机起动期间的附加电池。

根据示例性实施例，图1是具有附加电池210(图2A)以在发动机120的起动期间增强起动机系统110的车辆100的框图。图1所示的示例性车辆100是汽车101。如图所示，车辆100包括起动机系统110和发动机120。在发动机起动期间，起动机系统110的齿轮(未示出)与发动机120的较大齿圈(未示出)接合以转动(即，曲柄起动)发动机120。当发动机120在诸如低温的挑战性条件下起动(即，起转)时，起动机系统110被增强以满足所建立的NVH度量。车辆100还包括控制器130。如进一步讨论的，控制器130可以控制起动机系统110的元件，以根据需要增强起动机系统110。控制器130可以包括处理电路，该处理电路可以包括专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或组)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所描述的功能的其他合适的部件。

图2A是根据示例性实施例的具有附加电池210以在发动机120的起动期间增强起动机系统110的起动机系统110的示意图。指示了起动机系统110的增强部分200。在没有增强部分200的情况下，起动电动机250经由继电器240连接到主电池220。根据现有方法并且在某些条件(例如，温度不低于阈值)下，在发动机120起动期间，主电池220单独为起动电动机250供电。根据一个或多个实施例，增强部分200的开关S1、S2和S3被控制为在更具挑战性的条件下在发动机120的起动期间将附加电池210与主电池220串联连接。例如，一个或多个条件可以被称为冷起动(例如，温度低于-20华氏度，并且车辆100是V8动力卡车)。

例如，主电池220和附加电池210都可以是12V电池。主电池220可以是LN3或LN4电池，而附加电池210可以是LN0或LN1电池。“LN”标记后的增加的数字表示增加的安培-小时(Ah)，但也表示增加的尺寸和重量。可以执行电荷平衡分析以选择主电池220，而冷起动安培(CCA)可以是用于选择附加电池210的度量。

例如，开关S1、S2、S3可以是机械接触器(即，电控开关)或固态继电器(即，电子开关装置)。例如，开关S1、S2、S3可以是其位置由控制器130控制的任何类型的电可控开关。本文讨论的控制器130的功能可以替代地或另外地由起动机系统110内的控制器执行。每个开关S1、S2、S3的闭合位置由“c”表示，并且对于开关S1和S2，断开位置由“o”表示，并且对于开关S3断开位置被示出。开关S1和S2可以是单刀双掷(SPDT)开关，其具有总是连接到两个输出端子之一的输入端子，而开关S3可以是单刀单掷(SPST)开关，其具有可以连接或可以不连接到单个输出端子的输入端子。标签断开“o”和闭合“c”用于解释目的。在不改变起动机系统110的功能的情况下，可以颠倒这些标签和相关描述。

如图2A所示，开关S1和S2处于闭合位置，并且开关S3处于断开位置。根据开关S1、S2、S3的这种配置，主电池220和附加电池210串联连接。可以控制开关S1、S2、S3以在冷起动或其他挑战性条件期间实现该配置，如参考图2B进一步讨论的。图2A中还示出了发电机G、负载L、敏感负载SL和转换器230。电学地表示为“gnd”。转换器230可以是直流(DC)到DC转换器，其控制提供给需要稳定电压的敏感负载SL的电压。

发电机G可以用于在发动机120未被起动时并且基于开关S1、S2、S3的配置对主电池220和附加电池210充电。具体地，开关S1和S2可以被控制为处于断开位置，而开关S3被控制为处于闭合位置。在这种情况下，主电池220和附加电池210将与发电机并联连接。例如，附加电池210可以在冷起动事件之后以这种方式再充电。

图2B是图2A中所示的起动机系统110的各方面的电路图201。具体地，起动电动机250、主电池220和附加电池210以可以在冷起动期间实现的配置示出(即，开关S1和S2处于闭合位置，并且开关S3处于断开位置，如图2A所示)。如图所示，主电池220和附加电池210串联连接。如前所述，这是由控制开关S1和S2闭合并控制开关S3断开而产生的，如图2A所示。附加电池210和主电池220的电压分别为V1和V2。基于该布置，起动电动机250处的电压Vs将为V1+V2。如前所述，例如，V1和V2都可以是12V。在这种情况下，起动电动机250处的电压Vs为24V。作为基于附加电池210的电压增加的结果，与单独的主电池220相比，起动电动机250处的扭矩和速度增加。增加的扭矩和速度有助于在一些条件下更平滑的起动(例如，更好的NVH输出)，所述条件否则可能对使用仅具有主电池220的起动电动机250提出挑战。

图3A是根据示例性实施例的具有附加电池210以在发动机120的起动期间增强起动机系统110的起动机系统110的示意图。指示了起动机系统110的增强部分300。如参考图2A所述，在没有增强部分300的情况下，起动电动机250经由继电器240连接到主电池220。根据现有方法并且在某些条件(例如，温度不低于阈值)下，在发动机120起动期间，主电池220单独为起动电动机250供电。根据一个或多个实施例，在某些(例如，冷起动)条件下(例如，当温度低于阈值并且车辆100是特定类型(例如具有V8发动机120)时)，在发动机120起动期间，控制增强部分300的开关S以将附加电池210与主电池220并联连接。

如参考图2A所述，例如，主电池220和附加电池210都可以是12V电池。附加电池210可以是车辆100中的现有电池，其在发动机120运行之后用于附件。根据示例性实施例，在发动机120的起动期间采用该附加电池210。主电池220可以是LN3或LN4电池，而附加电池210可以是LN0或LN1电池。如针对开关S1、S2、S3所讨论的，开关S可以是机械接触器、固态继电器或其他电可控开关。开关S的闭合位置用“c”表示，而断开位置用“o”表示。在另一个实施例中，开关操作的标记和描述可以颠倒过来。

如图3A所示，开关S处于闭合位置。根据该配置，无论继电器240的位置如何，附加电池210都不连接到起动电动机250。当开关S被控制为处于断开位置(例如，通过控制器130)时，附加电池210与主电池220并联连接。该配置可以在冷起动期间由控制器130或起动机系统110内的控制器实现，如参考图3B进一步讨论的。

与图2A中的布置类似，示出了发电机G、负载L、敏感负载SL和转换器230，并且电学地被指示为“gnd”。发电机G可用于在发动机120未被起动时对主电池220和附加电池210充电。也就是说，在开关S处于断开位置的情况下，附加电池210可以例如在冷起动事件之后由发电机G再充电。

图3B是图3A中所示的起动机系统110的各方面的电路图301。具体地，起动电动机、主电池220和附加电池210以可以在冷起动期间实现的配置示出(即，开关S处于断开位置)。起动电动机的电阻Rs和电缆的电阻Rc连同与附加电池210相关联的电阻R1和与主电池220相关联的电阻R2一起被指示。附加电池210和主电池220的电压分别为V1和V2，并且可以各自为例如12V。基于该布置，电阻器R1两端的电压和附加电池210的电压V1之和将与电阻器R2两端的电压和主电池220的电压V2之和相同。到起动电动机250的电流Is将是I1+I2，并且因此将高于如果仅主电池220连接到起动电动机250的情况。增加的电流有助于在冷起动期间更平稳地起动。

虽然已经参考示例性实施例描述了上述公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离其范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物替换其元件。另外，在不脱离本公开的基本范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教导。因此，本公开不旨在限于所公开的特定实施例，而是将包括落入其范围内的所有实施例。