《具有主能量源和后备可充电能量源的电气系统.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《具有主能量源和后备可充电能量源的电气系统.pdf（12页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 103029656 A (43)申请公布日 2013.04.10 C N 1 0 3 0 2 9 6 5 6 A *CN103029656A* (21)申请号 201210368007.X (22)申请日 2012.09.28 13/252,812 2011.10.04 US B60R 16/03(2006.01) (71)申请人通用汽车环球科技运作有限责任公 司 地址美国密执安州 (72)发明人 J.C.奥凯恩 R.J.朗格 (74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人宋宝库 严志军 (54) 发明名称 具有主能量源和后备可充电能量源的电气。
2、系 统 (57) 摘要 本发明涉及具有主能量源和后备可充电能量 源的电气系统。具体地，在此提供的是一种用于具 有电气负载的车辆的电气系统。所述电气系统包 括：主能量源，通过第一开关联接至所述主能量 源的可充电备用能量源，第二开关，第三开关，第 四开关以及控制单元。所述第四开关联接在电气 负载与所述第二开关之间，并且联接在所述电气 负载与所述第三开关之间。所述控制单元操作所 述第一开关以便通过主能量源为可充电备用能量 源充电，协同地操作所述第二开关和所述第三开 关以便从主能量源或可充电备用能量源选择性地 提供操作功率给第四开关，以及操作所述第四开 关以便提供操作功率给电气负载。 (30)优先权数。
3、据 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 7 页 附图 2 页 1/2页 2 1.一种电气系统，包括： 用于电气负载的主能量源； 用于所述电气负载的可充电能量源； 联接在所述主能量源与所述可充电能量源之间的第一开关，其中所述第一开关的激活 使得能够通过所述主能量源为所述可充电能量源充电； 联接在所述主能量源与所述电气负载之间的第二开关； 联接在所述可充电能量源与所述电气负载之间的第三开关；以及 控制单元，所述控制单元操作所述第二开关和所述第三开关，使得在默认情况下所述 主能量源从所述。
4、电气负载分离并且所述可充电能量源联接至所述电气负载以提供操作功 率给所述电气负载，并且使得在与所述可充电能量源关联的性能劣化状况下，所述可充电 能量源从所述电气负载分离并且所述主能量源联接至所述电气负载以提供操作功率给所 述电气负载。 2.如权利要求1所述的电气系统，其中所述主能量源包括电池。 3.如权利要求1所述的电气系统，其中所述可充电能量源包括可充电电池。 4.如权利要求1所述的电气系统，进一步包括监测单元以便监测所述可充电能量源的 至少一种性能特征。 5.如权利要求4所述的电气系统，其中所述监测单元监测所述可充电能量源的充电状 态。 6.如权利要求4所述的电气系统，其中所述监测单元检测。
5、与所述可充电能量源关联的 性能劣化状况。 7.如权利要求1所述的电气系统，其中： 所述主能量源包括车辆的主电池； 所述可充电能量源包括车辆的备用电池；并且 当车辆的发动机运转时，所述第一开关被激活以便为车辆的备用电池充电。 8.如权利要求7所述的电气系统，其中所述电气负载包括车辆的电动解锁系统。 9.一种用于具有电气负载的车辆的电气系统，所述电气系统包括： 主能量源； 通过第一开关联接至所述主能量源的可充电备用能量源； 第二开关； 第三开关； 联接在所述电气负载与所述第二开关之间并且联接在所述电气负载与所述第三开关 之间的第四开关；以及 控制单元，所述控制单元操作所述第一开关以便通过所述主能量。
6、源为所述可充电备用 能量源充电、协同地操作所述第二开关和所述第三开关以便从所述主能量源或所述可充电 备用能量源选择性地提供操作功率至所述第四开关、以及操作所述第四开关以便提供操作 功率给所述电气负载。 10.一种提供操作功率给车辆的电气负载的方法，所述方法包括： 配置开关结构以便当可充电能量源的性能特征令人满意时从所述可充电能量源提供 操作功率给所述电气负载； 权 利 要 求 书CN 103029656 A 2/2页 3 检测何时所述可充电能量源的性能特征不令人满意；以及 响应于检测到所述可充电能量源的性能特征不令人满意，重新配置所述开关结构以便 从主能量源提供操作功率给所述电气负载。 权 利。
7、 要 求 书CN 103029656 A 1/7页 4 具有主能量源和后备可充电能量源的电气系统 技术领域 0001 在此描述的主题的实施方式总体上涉及电气系统。更具体地，该主题的实施方式 涉及一种具有用于提供操作功率给车辆子系统的主能量源和后备或备用能量源的车辆电 气系统。 背景技术 0002 电气部件、系统和子系统在大量应用场合中使用。现代车辆已变得越来越依赖诸 如那些涉及娱乐系统、导航系统、窗致动器、门锁定和锁住器、稳定性控制系统等的电气装 置和负载。备用或后备电源经常与重要或关键的电气系统一起使用。例如，服务器计算机 可包括在主AC输出电源丧失或中断的情况下用作紧急能量源的后备电源，例。
8、如电池。 0003 后备功率源也可用于车辆中。传统上，当主功率源失效或能量耗尽时使用车载后 备功率源。例如，后备电池可保持待用，直至主电池开始丧失其电量。虽然这种方法胜任许 多情况，但是尤其是如果后备电源易于失灵，则可能不期望将其与关键的电气系统或部件 一起使用。例如，车辆的电点火或电解锁系统应当使用高度可靠和可信赖的后备能量源。如 果由于某些原因后备能量源已经放电、失效或因其他原因不能提供足够的操作能量，那么 这种关键的子系统将不能操作。 发明内容 0004 在此提供一种电气系统的示例性实施方式。所述电气系统包括用于电气负载的主 能量源以及用于电气负载的可充电能量源。所述电气系统还包括第一开。
9、关、第二开关和第 三开关。所述第一开关联接在主能量源与可充电能量源之间，其中第一开关的激活使得能 够通过主能量源为可充电能量源充电。所述第二开关联接在主能量源与电气负载之间。所 述第三开关联接在可充电能量源与电气负载之间。所述电气系统还包括控制单元以便操作 第二开关和第三开关，从而使得在默认情况下主能量源从电气负载分离并且可充电能量源 联接至电气负载以提供操作功率至电气负载，并且使得在与可充电能量源关联的性能劣化 状况下，可充电能量源从电气负载分离并且主能量源联接至电气负载从而提供操作功率至 电气负载。 0005 还提供了一种用于具有电气负载的车辆的电气系统。所述电气系统包括：主能量 源；通过。
10、第一开关联接至所述主能量源的可充电备用能量源；第二开关；第三开关；联接在 电气负载与所述第二开关之间并且联接在电气负载与所述第三开关之间的第四开关；以及 控制单元。所述控制单元操作第一开关以便通过主能量源为可充电备用能量源充电，并且 协同地操作第二开关和第三开关以便从主能量源或可充电备用能量源选择性地提供操作 功率至第四开关。所述控制单元还操作第四开关以便提供操作功率至电气负载。 0006 还提供了一种将操作功率提供给车辆的电气负载的方法。所述方法将开关结构配 置成当可充电能量源的性能特征令人满意时从可充电能量源提供操作功率至电气负载。所 述方法通过检测何时可充电能量源的性能特征变得不令人满意。
11、而继续。响应于检测到可充 说 明 书CN 103029656 A 2/7页 5 电能量源性能特征不令人满意，所述方法重新配置开关结构以便从主能量源提供操作功率 至电气负载。 0007 方案1. 一种电气系统，包括： 用于电气负载的主能量源； 用于所述电气负载的可充电能量源； 联接在所述主能量源与所述可充电能量源之间的第一开关，其中所述第一开关的激活 使得能够通过所述主能量源为所述可充电能量源充电； 联接在所述主能量源与所述电气负载之间的第二开关； 联接在所述可充电能量源与所述电气负载之间的第三开关；以及 控制单元，所述控制单元操作所述第二开关和所述第三开关，使得在默认情况下所述 主能量源从所述。
12、电气负载分离并且所述可充电能量源联接至所述电气负载以提供操作功 率给所述电气负载，并且使得在与所述可充电能量源关联的性能劣化状况下，所述可充电 能量源从所述电气负载分离并且所述主能量源联接至所述电气负载以提供操作功率给所 述电气负载。 0008 方案2. 如方案1所述的电气系统，其中所述主能量源包括电池。 0009 方案3. 如方案1所述的电气系统，其中所述可充电能量源包括可充电电池。 0010 方案4. 如方案1所述的电气系统，进一步包括监测单元以便监测所述可充电能 量源的至少一种性能特征。 0011 方案5. 如方案4所述的电气系统，其中所述监测单元监测所述可充电能量源的 充电状态。 00。
13、12 方案6. 如方案4所述的电气系统，其中所述监测单元检测与所述可充电能量源 关联的性能劣化状况。 0013 方案7. 如方案1所述的电气系统，其中： 所述主能量源包括车辆的主电池； 所述可充电能量源包括车辆的备用电池；并且 当车辆的发动机运转时，所述第一开关被激活以便为车辆的备用电池充电。 0014 方案8. 如方案7所述的电气系统，其中所述电气负载包括车辆的电动解锁系统。 0015 方案9. 一种用于具有电气负载的车辆的电气系统，所述电气系统包括： 主能量源； 通过第一开关联接至所述主能量源的可充电备用能量源； 第二开关； 第三开关； 联接在所述电气负载与所述第二开关之间并且联接在所述电。
14、气负载与所述第三开关 之间的第四开关；以及 控制单元，所述控制单元操作所述第一开关以便通过所述主能量源为所述可充电备用 能量源充电、协同地操作所述第二开关和所述第三开关以便从所述主能量源或所述可充电 备用能量源选择性地提供操作功率至所述第四开关、以及操作所述第四开关以便提供操作 功率给所述电气负载。 0016 方案10. 如方案9所述的电气系统，其中所述可充电备用能量源包括电容。 说 明 书CN 103029656 A 3/7页 6 0017 方案11. 如方案9所述的电气系统，进一步包括监测单元以便监测所述可充电备 用能量源的至少一种性能特征。 0018 方案12. 如方案9所述的电气系统，。
15、其中： 所述控制单元协同地操作所述第二开关和所述第三开关，使得在默认情况下所述主能 量源从所述第四开关分离并且所述可充电备用能量源联接至所述第四开关以提供操作功 率给所述电气负载，并且 所述控制单元协同地操作所述第二开关和所述第三开关，使得在与所述可充电备用能 量源关联的性能劣化状况下，所述可充电备用能量源从所述第四开关分离，并且所述主能 量源连接至所述第四开关以提供操作功率给所述电气负载。 0019 方案13. 如方案12所述的电气系统，进一步包括报警系统以响应于所述性能劣 化状况的检测来产生警报。 0020 方案14. 如方案13所述的电气系统，其中所述报警系统联接至所述第二开关，使 得当。
16、所述第二开关被激活时所述主动能量源提供操作功率给所述报警系统。 0021 方案15. 如方案9所述的电气系统，其中所述电气负载包括车辆的电动解锁系 统。 0022 方案16. 一种提供操作功率给车辆的电气负载的方法，所述方法包括： 配置开关结构以便当可充电能量源的性能特征令人满意时从所述可充电能量源提供 操作功率给所述电气负载； 检测何时所述可充电能量源的性能特征不令人满意；以及 响应于检测到所述可充电能量源的性能特征不令人满意，重新配置所述开关结构以便 从主能量源提供操作功率给所述电气负载。 0023 方案17. 如方案16所述的方法，进一步包括： 配置所述开关结构以便通过所述主能量源为所述。
17、可充电能量源充电。 0024 方案18. 如方案17所述的方法，进一步包括： 当车辆的发电机运转时，通过所述主能量源为所述可充电能量源充电；以及 当发动机不运转时，提供操作功率给所述电气负载。 0025 方案19. 如方案16所述的方法，进一步包括： 响应于检测到所述可充电能量源的性能特征不令人满意而产生警报。 0026 方案20. 如方案16所述的方法，其中使用由所述主能量源提供的能量来执行对 所述开关结构的配置和重新配置。 0027 提供本发明内容是为了以简化的形式介绍构思的选择，下面将在具体实施方式中 进一步描述所述构思。本发明内容并非用于明确要求保护的主题的关键特征或必要特征， 也不是。
18、用于帮助确定要求保护的主题的范围。 附图说明 0028 通过结合附图参考下面的详细描述和权利要求，可以得出对本发明的主题的更完 整理解，其中附图中相同的附图标记代表类似的元件。 0029 图1是电气系统的示例性实施方式的示意图；以及 图2是车辆中配置的电气系统的示例性实施方式的示意图。 说 明 书CN 103029656 A 4/7页 7 具体实施方式 0030 下面的详细描述本质上仅是示例性的，并非旨在限制本发明的主题的实施方式或 这些实施方式的应用和用途。如在此使用的，词语“示例性”意指“用作示例、实例或示意”。 在此描述为示例性的任何实施型式并非必须理解为相比其他实施型式是优选的或有利的。
19、。 此外，本发明的保护范围不应受到在前述技术领域、背景技术、发明内容、或下面的具体实 施方式中提出的任何明示或暗示的理论的限制。 0031 在此可以通过功能和或逻辑块部件并且参照能够通过各种计算部件或装置执 行的操作、过程任务和功能的符号表示来描述技能和技术。这些操作、任务和功能有时被指 定为计算机执行的、计算机化的、软件实施的或计算机实施的。应当理解的是，附图中示出 的各种块部件可以通过配置成执行特定功能的任何数量的硬件、软件和或固件组分来实 现。例如，系统或组分的实施方式可以采用能够在一个或多个微处理器或其他控制装置的 控制下执行各种功能的各种集成电路部件-例如存储元件、数字信号处理元件、。
20、逻辑元件、 查询表等。 0032 图1是电气系统100的示例性实施方式的示意图。电气系统100可布置在任何数 量的实际应用场合中，例如在公寓或其他建筑、机器的装置或部件、计算装置或系统、车辆 中等。在此描述的非限制的示例性实施方式涉及车载实施型式-即车辆电气系统。 0033 电气系统100基于两个独特并且不同的能量源：主能量源102和后备(或备用) 可充电能量源104。电气系统100的示例性实施方式包括具有多个开关的开关结构：第一 开关106；第二开关108；第三开关110；和第四开关112。电气系统100还可无局限性地包 括：控制单元114；监测单元116；报警系统118；和二极管120。电。
21、气系统100以适当方式 被配置和控制以便提供操作功率给电气负载122。 0034 主能量源102可以为电能的任何源、供应者或提供者。在某些实施方式中，主能量 源102是AC能量源，例如主功率源。对于在此描述的基于车辆的实施型式，主能量源102是 DC能量源。关于这点，主能量源102可无局限性地包括：电池；燃料电池；电容器；或任何类 型的电能产生系统。此外，主能量源102可以作为不同能量提供部件的组合来实施。对于 在此描述的基于车辆的示例性实施方式，主能量源102可以是通过一个或多个车载充电系 统-例如传统发动机提供动力的发电机、再生制动系统等来维持或充电的主车辆电池(例 如，标准的12伏电池或。
22、混合或全电动车辆中使用的那种高压电池)。 0035 可充电能量源104可以是电能的任何可充电或可补充的源、供应者或提供者。在 实践中，可充电能量源104可以是可充电电池或电池组、电容或超级电容等。对于在此描述 的基于车辆的实施方式，可充电能量源104是具有适当化学性质的可充电电池。 0036 主能量源102和可充电能量源104的电气特性和规格选择为与计划的电气负载 122兼容和应用。换句话说，能量源102、104适当地配置成提供用于电气负载122的操作功 率。对于该特定示例，电气负载122代表车辆的车载系统或子系统，例如与一个或多个门、 车厢、后备箱盖、引擎盖等关联的电动解锁系统。 0037 。
23、根据电气系统100的示例性实施方式，第一开关106联接在主能量源102与可充 电能量源104之间，第二开关108联接在主能量源102与节点124之间，第三开关110联接 在可充电能量源104与节点126之间，而第四开关112联接在节点126与电气负载122之 说 明 书CN 103029656 A 5/7页 8 间。此外，二极管120联接在节点124、126之间。因此，第二开关108通过二极管120间接 联接至第四开关112。由此，第二开关108联接在主能量源102与电气负载122之间，而第 三开关110联接在可充电能量源104与电气负载122之间。 0038 对于该特定实施方式，监测单元11。
24、6联接至可充电能量源104，以便监测可充电能 量源104的至少一种性能特征。关于这点，在可充电能量源104的寿命期间，监测单元116 可在各种时间监测、测量或检测可充电能量源104的电压、电流、温度、电阻、电容和或充 电状态。这就允许监测单元116检测可充电能量源104是否为了支持电气负载122而以令 人满意或不满意的方式运行。例如，当监测单元116检测到与可充电能量源104关联的性 能劣化状况时，监测单元116可产生适当的信号、信息或通知给控制单元114。性能劣化状 况可以是例如甚至当第一开关106闭合时可充电能量源104仍不能维持足够的充电量或者 能够在打开第一开关106后一会儿维持足够充。
25、电量。 0039 控制单元114可被联接以便根据需要控制开关106、108、110、112的激活和操作。 控制单元114可包括或者通过下列装置实施：通用处理器、内容可访问存储器、数字信号处 理器、专用集成电路、场可编程门阵列、任何适当的可编程逻辑装置、非连续门或晶体管逻 辑、非连续硬件部件或设计成执行在此描述的功能的任何组合。处理器装置可实现为微处 理器、控制器、微控制器或状态机。此外，处理器装置可实施为计算装置的组合，例如数字信 号处理器和微处理器的组合、多个微处理器、结合数字信号处理器芯片的一个或多个微处 理器或者任意其他此类配置。在典型的车辆配置中，控制单元114可实现为与车辆的控制 网。
26、络或结构兼容的电控制单元(ECU)。 0040 报警系统118可联接至第二开关108，从而当激活第二开关108时获得来自主能量 源102的操作功率。报警系统118适当地配置为响应于可充电能量源104的性能劣化状况 的检测而产生警报、警钟、信息或其他通知。由此，报警系统118可产生对于车辆使用者的 警报以便指示可充电能量源104的性能特征已经变得不令人满意并且所述可充电能量源 104在近期应当被保养、维修或更换。 0041 图1描绘了例如当关闭车辆的发动机并且车辆静止时电气系统100的默认或正常 操作状况。对于该示例性实施方式，第一开关106“常开”并且它在激活时闭合。第一开关 106的激活(闭。
27、合)便于可充电能量源104通过主能量源102充电。关于这点，图1中的箭 头130代表可用于为可充电能量源104的充电的主能量源102的充电电压或电流。第一开 关106的激活可通过控制单元114调节，所述控制单元114又可响应于一个或多个触发事 件。例如，第一开关106可以响应于使用者命令-例如使用者界面、按钮等的操纵来激活。 作为另一个示例，当车辆的发动机操作或运转(其又可指示主能量源102通过发动机驱动 的发电机充电期间的状态)时，第一开关106可被控制单元114激活。 0042 在某些实施方式中，控制单元114协同地控制第二开关108和第三开关110。第二 开关108“常开”并且其在激活时。
28、闭合；第三开关110“常闭”并且其在激活时打开。这两个 开关被一起激活去激活，使得在任何给定时间仅一个打开(并且相反地，另一个闭合)。 根据图1描绘的状态，通过默认，控制单元114保持第二开关108打开且第三开关110闭合， 使得主能量源102从电气负载122分离且可充电能量源104联接至电气负载122从而提供 操作功率给电气负载122。由此，在可充电能量源104以令人满意的方式运行的标准状况 下，至第四开关112的输入电连接至可充电能量源104。换句话说，控制单元114将电气系 说 明 书CN 103029656 A 6/7页 9 统100的开关结构配置成当可充电能量源的性能特征令人满意时就。
29、从可充电能量源104提 供操作功率给电气负载。 0043 应当理解的是，第一开关106的激活以及第四开关112的激活可以彼此独立并且 独立于开关108、110执行。实际上，在电气负载122需要被驱动之前或者在电气系统100 另外决定需要提供操作功率给电气负载122之前不需要激活第四开关112。 0044 如上所述，监测单元116检查可充电能量源104，以便确定其是否能够支持电气负 载122的正常操作需要。例如，如果可充电能量源104的能量已损耗超过阈值量，那么监测 单元116可通知控制单元114，该控制单元114又可激活开关108、110从而将主能量源102 连接至第四开关112。作为另一个示。
30、例，如果可充电能量源104已老化到其不能再保证支持 电气负载122的令人满意的电量，那么监测单元116可通知控制单元114，从而可采取适当 的动作。 0045 响应于可充电能量源104的不令人满意的性能特征的检测，控制单元114重新配 置电气系统100的开关结构以便从主能量源102提供操作功率至电气负载122。在实践中， 当配置和重新配置开关结构时，电气系统100使用由主能量源102提供的能量。这种方法 假定主能量源102可提供需要的操作功率，从而即使在可充电能量源104可能耗尽或低于 其最低规格的情况下也能够激活所述开关。 0046 为了从图1所示的标准状态转变至“备用”状态，控制单元114。
31、与第三开关110协 调地操作第二开关108，使得可充电能量源104从第四开关112脱开，并且使得主能量源 102连接至第四开关112。这种配置允许主能量源102根据需要提供操作能量给电气负载 122。通过以这种方式改变开关结构的配置，电气系统100能够从可充电能量源104或主能 量源102选择性地提供操作功率给电气负载122(通过第四开关112)。 0047 第二开关108的闭合还提供操作功率给报警系统118，由此使报警系统118能够产 生上述警报。显然，只要可充电能量源104保持不令人满意的状态，就可维持电气系统100 的“备用”配置。当可充电能量源104被更换、维修、充电或以其他方式回到令。
32、人满意的操作 状态时，监测单元116将检测令人满意的状况并且以适当的方式通知控制单元114。此后， 控制单元114可使开关结构返回至图1描绘的状态，从而再次依靠可充电能量源104而非 主能量源102。 0048 如上所述，在诸如常规、混合或全电动汽车的车辆背景中可配备电气系统100。关 于这点，图2是车辆202中配备的电气系统200的示例性实施方式的示意图。图2中描绘 的电气系统200已经简化，并且图2并未示出与图1所示相同量的细节。尽管如此，图2描 绘的电气系统200的实施方式优选地包括至少与电气系统100相同的元件(或它们的等同 体)。 0049 电气系统200的该特定实施方式包括控制单元。
33、114、主能量源102以及可充电能 量源104，它们都联接至车辆202的电动解锁系统210。虽然没有在图2中描绘，但是电气 系统200包括适当配置的开关结构(如上文针对电气系统100所述)，以便将主能量源102 或可充电能量源104选择性地连接至电动解锁系统210。 0050 电动解锁系统210可包括分布在车辆202上的任意数量的电致动闩锁212。图2 示出了分别对应于车辆202的四个客厢门214以及后备箱216(或后备箱盖)的五个电致 动闩锁212。车辆202的一个实施方式中可配备多于或少于五个的闩锁212。电动解锁系 说 明 书CN 103029656 A 7/7页 10 统210可使用由。
34、主能量源102或可充电能量源104提供的功率控制电致动闩锁212的锁定 (锁住)和解锁(开锁)。在通常情形中，使用者激活电动解锁系统210来为车辆202开锁。 电气系统200设计成使得电动解锁系统210即使在可充电能量源104失效或者因其他原因 处于不令人满意的状态时也可操作。因此，电气系统200的设计减小了 “锁在外面”的情形 的可能性并且提高了电动解锁系统210的稳定性和备用能力。 0051 虽然在前面的详细描述中已经提供了至少一个示例性实施方式，但是应当理解的 是，还存在大量变型。同样应当理解的是，在此描述的一个或多个示例性实施方式决非用于 以任何方式限制要求保护的主题的范围、应用或配置。相反，前面的详细描述将向本领域技 术人员提供用于实施所述一个或多个实施方式的便利线路图。应当理解的是，在不偏离所 附权利要求限定的范围（包括在提交本专利申请时公知的等同物和可预知的等同物）的情 况下，可对元件的功能和布置做出各种改变。 说 明 书CN 103029656 A 10 1/2页 11 图 1 说 明 书 附 图CN 103029656 A 11 2/2页 12 图 2 说 明 书 附 图CN 103029656 A 12 。