由集成电网供电的DC/AC逆变器系统技术方案

本公开提供了“由集成电网供电的DC/AC逆变器系统”。一种车辆根据自动起动停止功能操作内燃发动机以减少燃料消耗。第一DC总线适于连接到多个DC负载。原电池耦合在所述第一DC总线与接地之间。第一交流发电机由所述内燃发动机驱动以向所述第一DC总线供应电力。第二DC总线连接到辅助电池的正极端子。所述辅助电池的负极端子连接到所述第一DC总线。第二交流发电机由所述内燃发动机驱动来以与所述原电池和辅助电池的电压之和相对应的电压向所述第二总线供应电力。逆变器从所述第二DC总线接收电力以产生适于连接到附件AC负载的AC输出。力以产生适于连接到附件AC负载的AC输出。力以产生适于连接到附件AC负载的AC输出。

【技术实现步骤摘要】
由集成电网供电的DC/AC逆变器系统


[0001]本专利技术总体上涉及机动车辆电气系统，并且更具体地涉及一种电气架构，所述电气架构具有用于为典型的直流(DC)负载供电的低压总线和用于为支持交流(AC)负载的直流/交流(DC/AC)逆变器供电的高压总线。

技术介绍

[0002]由内燃发动机驱动的汽车、卡车和其他机动车辆通常已采用基于约12伏的DC电压的电气系统。DC电力从蓄电池(标称值为12V)和交流发电机得到。交流发电机由发动机驱动并且由电压调节器控制，所述电压调节器改变交流发电机的输出以对电池进行再充电并且在连接到各种DC负载(包括起动机马达)的DC总线上保持期望电压。
[0003]为了促进便携式电子装置的连接，车辆通常包括呈插口形式的一个或多个电力连接点，便携式装置可以插入到所述插口中以接收功率。在首次引入时，电力连接点被设计为供应与由固定车辆负载所使用的相同的12V DC。最近，DC/AC逆变器已被引入车辆以向电力连接点供应110V 60次循环/秒AC电力，所述电力连接点被配置为接受标准的壁式插座(用于建筑物)。因此，可以被供电的便携式装置包括AC负载，诸如膝上型电脑、娱乐装置以及用于电动手持工具的电池充电器。AC电力插口可以位于乘客舱、货物舱或卡车货厢中。通常，由于12V DC总线的功率限制和12V DC系统的对应效率，来自逆变器的由标准12V DC总线供应的可用AC输出功率约为400瓦或更少。
[0004]为了支持某些车辆(诸如卡车和SUV)的AC负载的类型的合理范围，期望AC逆变器具有2000瓦或更高的输出容量。为了获得这种水平的输出功率和合理效率，优选地对逆变器利用高于标准DC总线可用的12V的输入电压。例如，已经使用以标称24V DC操作的单独的DC总线，其中辅助24V电池和辅助24V交流发电机连接到所述单独总线以仅向DC/AC逆变器供应电力。然而，仅为(一个或多个)AC电力插口提供备用的电池和交流发电机可能产生大量制造成本。另外，用于车辆中的部件的包装空间是有限的。为了最小化对成本和空间的影响，已将相对较小的电池尺寸用于24V电力网。在常见设计中，两个小型12V铅酸电池(例如，各自具有8Ah容量)串联连接以向辅助总线提供组合的24V。相比之下，原电池通常可以具有80Ah容量以便提供内燃发动机的可靠起动。由于它们是批量生产用于其他应用的常用产品，因此8Ah电池由于其成本低且尺寸小而成为不错的选择。有时将卡车和SUV中使用的特征称为向箱供电(Power-to-the-Box，PttB)。
[0005]然而，使用小容量电池的潜在缺点是，它限制了在不运行内燃发动机的情况下可以使用AC电力插口的时间量(即，AC逆变器在交流发动机未做出贡献的情况下依靠电池电量操作的时间)。当交流发电机由发动机驱动时，电池还用于：1)在负载需求超过交流发电机的额定功率时提供瞬态功率；以及2)在负载突降期间(即，当连接到AC插口的重要负载关闭时)吸收从交流发电机流出的多余功率。较小的电池在执行这些功能时也不太有效。
[0006]发动机没有运行时的受限操作持续时间在被配备以提供自动发动机起动停止(SS)功能(也被称为自动停止)的车辆中可能特别成问题。在自动停止系统中，发动机会自
动关闭(此时发动机原本将会空转)，以便减少燃料使用和发动机排放。当电池消耗过大时或者当驾驶员踩下加速踏板而恢复移动时，发动机自动重启。在行驶期间使用插入AC逆变器中的AC负载的使用可以减少自动停止事件期间的发动机关闭时间，由此限制燃料效率和排放减少的益处。在低温下或使用老化电池时，影响可能尤其明显，这两种情况都会降低电池容量。

技术实现思路

[0007]本专利技术能够增加用于在车辆自动停止期间支持AC负载的可用功率。在该设计中，用于高压电力网的一对辅助电池并联连接，并且并联组合与低压(例如，12V)电力网串联连接。用于组合电力网的电池的总数和尺寸与现有技术中用于单独电力网的电池的总数和尺寸相同。在车辆自动停止期间，从该改进后的24V电池包提供给AC逆变器的总可用功率是常规设计中的功率的三倍以上。因此，车辆将会实现更多的自动停止机会并提高燃料经济性。另外，组合的24V-12V架构将能够支持连接到PttB的高激增负载。
[0008]在本专利技术的一个方面，一种车辆包括内燃发动机。第一DC总线适于连接到多个DC负载。原电池耦合在第一DC总线与接地之间。第一交流发电机由所述内燃发动机驱动以向所述第一DC总线供应电力。第二DC总线连接到辅助电池的正极端子。所述辅助电池的负极端子连接到所述第一DC总线。第二交流发电机由所述内燃发动机驱动来以与所述原电池和辅助电池的电压之和相对应的电压向所述第二总线供应电力。逆变器从所述第二DC总线接收电力以产生适于连接到附件AC负载的AC输出。
附图说明
[0009]图1是示出了现有技术12V电气架构的框图，所述电气架构包括用于改进智能再生充电(SRC)的二次电池。
[0010]图2是示出用于支持用于辅助AC负载的AC逆变器的单独总线24V的现有技术电气架构的框图。
[0011]图3是示出组合DC总线以便在发动机自动停止期间增加AC逆变器的可用功率的本专利技术的一个优选实施例的框图。
[0012]图4是示出本专利技术的第一优选方法的流程图。
[0013]图5是示出本专利技术的第二优选方法的流程图。
[0014]图6是示出本专利技术的另一方面的方法的流程图。
具体实施方式
[0015]图1示出了典型的12伏电力网，所述电力网具有由原电池11和交流发电机12供电的总线10。总线10以接地13(通常由底盘接地组成)为参考。通常，在原电池的负极上安装电池传感器以监测电池参数。如本领域中已知的，交流发电机12由内燃发动机14驱动。在总线10处来自原电池11和/或交流发动机12的可用DC电力可以被供应给各种DC负载15和起动机马达16。
[0016]已知的12伏电力网有时包括二次电池17以增加总容量以便改进与自动停止有关的性能并实施被称为智能再生充电(SRC)的另一种增强功能。对于SRC，二次电池17的额定
容量通常小于原电池11的额定容量，但是对电池充电电流的接受度较高。具体地，二次电池16可以优选地由锂离子电池构成。在车辆的制动或滑行期间，交流发电机12可以用于产生电能，所述电能可以用于对二次电池17充电(例如，即使原电池11具有充满电状态)。因此，例如，通过延长停止事件的持续时间，可以捕获原本将会被浪费的能量并将所述能量存储在二次电池17中以用于补充自动停止的性能。二次电池17可以在控制器20的控制下由开关18隔离。在诸如发动机起动(engine cranking)的某些预定条件期间，可能需要隔离二次电池17。在自动停止期间或在原电池11的高熄火负载或低电量状态期间，不会隔离二次电池17。
[0017]图2示出了用于支持DC/AC逆变器和AC电力插口的单独24V电力网。24V总线21由串联连接在总线21与底盘接地24之间的一对辅助电池22和23本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车辆，其包括：内燃发动机；第一DC总线，所述第一DC总线适于连接到多个DC负载；原电池，所述原电池耦合在所述第一DC总线与接地之间；第一交流发电机，所述第一交流发电机由所述内燃发动机驱动以向所述第一DC总线供应电力；第二DC总线；辅助电池，所述辅助电池具有连接到所述第二DC总线的正极端子和连接到所述第一DC总线的负极端子；第二交流发电机，所述第二交流发电机由所述内燃发动机驱动来以与所述原电池和辅助电池的电压之和相对应的电压向所述第二总线供应电力；以及逆变器，所述逆变器从所述第二DC总线接收电力以产生适于连接到附件AC负载的AC输出。2.如权利要求1所述的车辆，其中所述辅助电池由两个并联电池构成，并且其中所述两个并联电池的额定容量小于所述原电池的额定容量。3.如权利要求1所述的车辆，其中所述内燃发动机根据自动起动停止功能操作，所述自动起动停止功能在第一预定条件下使所述发动机自动停止，然后在第二预定条件下使所述发动机重启，其中当所述发动机自动停止时，所述逆变器从所述辅助电池和所述原电池接收电力，并且其中所述车辆还包括：起动机马达，所述起动机马达耦合到所述第一总线以使用来自所述原电池的电力来重启所述发动机。4.如权利要求3所述的车辆，其还包括：二次电池，所述二次电池具有正极端子，所述正极端子耦合到所述第一总线以增加用于向所述多个DC负载供应电力的容量，其中所述二次电池的额定容量小于所述原电池的额定容量。5.如权利要求3所述的车辆，其中所述第一预定条件由所监测的来自所述电池的电量可用性和对所述逆变器的负载需求构成，并且其中如果对所述逆变器的所述负载需求大于来自所述电池的所述电量可用性，则禁止所述发动机的所述自动停止。6.如权利要求5所述的车辆，其中所述第二预定条件由所监测的来自所述电池的电量可用性和对所述逆变器的负载需求构成，并且其中如果来自所述电池的所述电量可用性小于对所述逆变器的所述负载需求，则激活所述发动机的所述自动重启。7.如权利要求3所述的车辆，其中所述第一预定条件由所监测的对所述逆变器的负载需求构成，并且其中如果对所述逆变器的所述负载需求小于预定阈值，则允许所述发动机的所述自动停止。8.如权利要求1所述的车辆，其中所述第一DC总线是标称12V总线，并且其中所述第二总线是标称24V总线。9.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉阳，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：