本公开总体上涉及一种用于车辆的电源系统，并且更具体地涉及一种被配置为产生电力以用于辅助装置的操作的车辆电源系统。
背景技术：
在移动应用中使用高功率电子附件通常可能导致重量的显著增加，这是由于长时间维持操作需要利用大型电池(例如，铅酸电池)。本公开提供了一种系统，所述系统被配置为限制车辆的移动电源的重量，同时为高功率应用提供延长的操作并维持性能。
技术实现要素：
根据本公开的一个方面，公开了一种用于车辆的电力系统。所述系统包括第一电源网络，所述第一电源网络被配置为以第一电压操作。所述第一电源网络包括第一交流发电机、起动机马达以及传导地连接到所述第一交流发电机和所述起动机马达的电池。所述系统还包括第二电源网络，所述第二电源网络被配置为以第二电压操作。所述第二电源网络包括第二交流发电机、被配置为向外部附件输出电力的电源插座以及传导地连接到所述第二交流发电机和所述电源插座的电容式能量存储装置。定向传导装置将所述第一电源网络和所述第二电源网络互连。
本公开的各个方面可包括以下特征或配置中的任一个或其组合：
·电气传感器，其被配置为检测所述电容式能量存储装置的电荷，其中所述电气传感器包括电流传感器、电压传感器等；
·电压传感器，其被配置为监测所述电容式能量存储装置所连接的电力网络的电压；
·控制模块，其中所述控制模块被配置为监测电容器的电荷，从而确定存储电压，并且响应于所述存储电压的变化而选择性地激活所述第二交流发电机；
·所述第二电压大于所述第一电压；
·所述电容式能量存储装置包括超级电容器，所述超级电容器被配置为以所述第二电压操作；
·所述定向传导装置被配置为将电流从所述第一电源网络传导到所述第二电源网络并限制电流从所述第二电源网络传导到所述第一电源网络；
·所述定向传导装置包括二极管，所述二极管包括与所述第一电源网络连接的阳极和与所述第二电源网络连接的阴极；
·所述能量存储装置在阳极侧上传导地连接到所述第二电力网络并且在阴极侧上传导地连接到接地；
·所述能量存储装置包括大于或等于所述第二电压的存储电位；
·所述能量存储装置在阳极侧上传导地连接到所述第二电力网络并且在阴极侧上传导地连接到所述第一电力网络；
·所述能量存储装置包括小于所述第二电压的存储电位；
·所述能量存储装置包括大于所述第一电压的存储电位；
·所述第一电源网络被配置为向车辆负载供电，其中所述车辆负载包括用于控制车辆的操作的多个电子装置；
·所述第二电源网络还包括功率逆变器，所述功率逆变器被配置为将所述第二电压从直流(dc)电力转换为交流(ac)电力；和/或
·所述第二电源网络被配置为向至少一个外部附件供电，所述至少一个外部附件被配置为经由所述ac电力进行操作。
根据本公开的另一个方面，公开了一种用于为与车辆连接的外部附件供电的方法。所述方法包括经由车辆的发动机的机械运动在第一电路中以第一电压产生第一能量，以及将所述第一能量作为化学能存储在电池中。所述方法还包括向交流发电机供应所述第一能量以起动车辆的发动机，以及经由从发动机获得的机械运动在第二电路中以第二电压产生第二能量。所述方法还包括将所述第二能量存储在电容式存储装置中，以及向传导地连接到车辆的外部附件供应所述第二能量。来自所述第一电路的所述第一能量被定向地传导到所述第二电路，以便对所述电容式存储装置充电。
本公开的各个方面可包括以下特征或配置中的任一个或其组合：
·经由所述第一电路将所述第一能量传导到包括所述交流发电机的车辆负载，其中所述车辆负载包括用于控制车辆的操作的多个电子装置；和/或
·将所述第二能量从直流电转换为交流电并向所述外部电气附件供应所述交流电。
根据本公开的另一个方面，公开了一种用于车辆的电力系统。所述系统包括第一电源网络，所述第一电源网络被配置为以第一电压操作。所述第一电源网络包括第一交流发电机、起动机马达以及传导地连接到所述第一交流发电机和所述起动机马达的电池。所述系统还包括第二电源网络，所述第二电源网络被配置为以第二电压操作。所述第二电压大于所述第一电压。所述第二电源网络包括第二交流发电机、被配置为向外部附件输出电力的电源插座以及传导地连接到所述第二交流发电机和所述电源插座的电容式能量存储装置。定向传导装置将所述第一电源网络和所述第二电源网络互连。所述定向传导装置被配置为将电流从所述第一电源网络传导到所述第二电源网络并限制电流从所述第二电源网络传导到所述第一电源网络。
本公开的各个方面可包括以下特征或配置中的任一个或其组合：
·电流传感器，其被配置为检测所述电容式能量存储装置的电荷；和/或
·控制模块，其中所述控制模块被配置为监测电容器的电荷，从而确定存储电压，并且响应于所述存储电压的变化而选择性地激活所述第二交流发电机。
本领域技术人员在研究以下说明书、权利要求和附图之后将理解并了解本公开的这些和其他方面、目的和特征。
附图说明
在附图中：
图1是包括移动电源系统的车辆的俯视平面图；
图2是包括互连电力网络的电源系统的框图；
图3是包括互连电力网络的电源系统的示例性拓扑图的示意图；
图4是包括互连电力网络的电源系统的示例性拓扑图的示意图；以及
图5是展示根据本公开的控制包括互连电力网络的电源系统的方法的流程图。
具体实施方式
出于在本文中进行描述的目的，术语“上部”、“下部”、“右”、“左”、“后”、“前”、“竖直”、“水平”、“内部”、“外部”和其衍生词应按照图1所取向的那样来与装置联系起来。然而，应当理解，除非明确地相反指出，否则所述装置可采用各种替代取向。还应当理解，在附图中示出以及在以下说明书中描述的特定装置和过程仅仅是在所附权利要求中限定的创造性概念的示例性实施例。因此，除非权利要求另有明确说明，否则与本文所公开的实施例相关的特定尺寸和其他物理特性不应被视为具有限制性。另外，除非另外指出，否则将理解，对在给定方向上或沿着给定方向等延伸的特定特征或部件的论述并不是指所述特征或部件遵循在此类方向上的直线或轴线，或者并不是指所述特征或部件仅在此类方向上或在此类平面上延伸而没有其他方向分量或偏差，除非另外指出。
参考图1，示出了车辆10包括电力系统12。电力系统12可包括功率逆变器14，所述功率逆变器14可被配置为输出具有交流电(ac)的电力。可从车辆10访问ac电力以为各种电子附件16供电，使得它们可经由电力系统12操作。在一些实现方式中，电力系统12可经由辅助或第二交流发电机18b被供应电能，该辅助或第二交流发电机18b可与主或第一交流发电机18a组合实施。在操作中，第一或主交流发电机18a可被配置为对电池20充电并向第一电力网络22a供电，并且第二或辅助交流发电机18b可被配置为向第二电力网络(图2-图4中所示的电力网络22a和22b)供电。第一电力网络22a可被配置为以第一电压(例如12伏)操作，而第二电力网络22b可被配置为以第二电压(例如24伏)操作。在示例性实施例中，第二网络的第二电压可以比第一电压更高的电位或更高的电压操作。另外，在示例性实现方式中，第一网络22a和第二网络22b可经由定向传导装置互连。因此，车辆10的第一电力网络22a和第二电力网络22b分别可组合操作以支持以各种容量的车辆10的电力需求。图3和图4中展示了第一电力网络22a与第二电力网络22b之间的关系的详细示例。
在一些方面，第一电力网络22a可用于为车辆10和各种电子车辆部件24的操作供电。例如，主交流发电机18a可被配置为供应或维持电力用于车辆点火、操作以及另外为各种车辆部件(例如，仪表板、音频/视频娱乐装置、信息娱乐装置、导航系统、附件端口、通信端口等)供电。车辆部件24还可包括一个或多个车辆控制系统，诸如车辆控制模块(vcm)26和功率控制模块(pcm)28。因此，可基于由车辆10的动力传动系统30产生的机械能经由第一交流发电机18a向第一电力网络22a供应操作电能。然后，可利用由第一网络22a供应的能量来操作结合在车辆10中的各种系统。如本文所讨论的，动力传动系统30可被配置为产生机械能，由第一交流发电机18a转换机械能，以向车辆负载48和/或经由功率逆变器14向电动附件16供电。动力传动系统30可包括发动机、变速器、驱动轴，和/或被配置为提供车辆10的运动。
车辆控制模块26可对应于车辆10的动力传动系统控制模块和/或车身控制模块。因此，车辆控制模块26可被配置为控制车辆10的各种子系统。例如，车辆控制模块26可控制电动车窗、电动锁、安全系统、电动镜等。因此，车辆控制模块26可电耦合到第一电力网络22a，以例如驱动继电器(例如，控制擦拭物流体等)，驱动有刷直流(dc)马达(例如，控制电动座椅、电动锁、电动车窗、擦拭物等)，驱动步进马达，和/或驱动led等。在一些实现方式中，车辆控制模块26还可被配置为控制点火系统，所述点火系统可被配置为控制车辆10在起动-停止操作中的点火。如本文所讨论的，起动-停止操作可指由车辆应用的效率量度，其在车辆控制模块26检测到怠速状况时停止车辆10的动力传动系统30的发动机的燃烧。
第二电力网络22b可被配置为向一个或多个外部装置或电动附件16供电。如图1所示，附件16可对应于各种电子或电气装置。在图1所示的示例中，附件16是电动工具(例如，锯、压缩机等)，其被示出为与设置在车辆10的货厢或货舱36中的外部电气插口34a连接。然而，车辆10可包括各种电气插口34或插座，诸如内部插口34b和/或结合在车辆10的外部面板或各种部分上的附加插口。第二电力网络22b可经由与第二或辅助交流发电机18b通信的功率逆变器14向一个或多个插口34供电。在这种配置中，车辆10可能能够向各种电气附件16或电器供电，使得附件16可用于车辆10可访问的任何位置。
图2展示了展示包括第一电力网络22a和第二电力网络22b的电力系统12的框图。现在参考图1和图2，第一电力网络22a可对应于第一电路42a，并且第二电力网络22b可对应于第二电路42b。如图2所示，第一电路42a可经由定向传导装置44与第二电路42b互连。因此，车辆10的第一电力网络22a和第二电力网络22b分别可组合操作以支持以各种容量的车辆10的电力需求。在所示的示例性实施例中，第二电力网络22b可经由定向传导装置44与第一电力网络22a连接，该定向传导装置44可为非对称传导装置或整流器的形式。在各种实现方式中，定向传导装置44可实施为二极管、肖特基二极管、半导体二极管、双极晶体管隔离器、定向开关或可控制在第一电力网络22a与第二电力网络22b之间交换的电力的方向的各种部件或电路。
第一电力网络22a与第二电力网络22b之间的电力交换可提供要输送到第二交流发电机18b以便发起激活的电流。例如，可在车辆10中实施的大多数交流发电机被设计有转子线圈并且需要用于激活的初始场电流。定向传导装置44(例如，二极管)的一个主要用途可为将初始场电流从第一电力网络22a供应到第二交流发电机18b的转子线圈，以便发起第二交流发电机18b的激活。一旦被激活，第二交流发电机18b就可操作以产生电力以支持转子场电流本身的电流汲取，而无需任何外部电力。因此，经由定向传导装置44从第一电力网络22a供应的电流可允许第二交流发电机18b在没有第二或专用电化学电池单元的情况下操作。因此，如本文进一步讨论的，第一电力网络22a与第二电力网络22b的连接可提供电力系统12的改善的操作，使得高功率附件的操作可在延长的时段内被支持，从而耗尽辅助电池或导致随时间推移操作减少。
现在参考图2，车辆10的电力系统12可利用动力传动系统30的机械运动来利用交流发电机18a、18b中的每一个来产生电力。第一或主交流发电机18a可被配置为以第一电压(例如12v)向电子车辆部件24供应操作能量。例如，主交流发电机18a可被配置为供应或维持电力用于车辆点火、操作以及另外为各种车辆部件(例如，仪表板、音频/视频娱乐装置、信息娱乐装置、导航系统、附件端口、通信端口等)供电。车辆部件24包括车辆控制模块(vcm)26和功率控制模块(pcm)28，如稍后进一步详细讨论。因此，第一交流发电机18a可传导地联接到电池20、动力传动系统30的发动机的起动机46以及表示由各种车辆部件24利用的能量的车辆负载48。
第二或辅助交流发电机18b还可被配置为从动力传动系统30的机械运动获得的产生第二电压(例如24v)的电能。第二电压可不同于或大于由第一交流发电机18a产生的第一电压。第二交流发电机18b可经由带轮或联接设备与动力传动系统30连接。在这种配置中，第二交流发电机18b可由车辆控制模块26和/或功率控制模块28激活。可基于来自插口的电力请求或电流汲取来控制第二交流发电机18b的这种激活，该电力请求或电流汲取可由功率控制模块28识别。第二电力网络22b可经由与第二或辅助交流发电机18b通信的功率逆变器14向一个或多个插口34供电。在这种配置中，第二电力网络22b向各种电气附件16或电器供电，使得附件16可用于车辆10可访问的任何位置。
尽管本公开中提供的示例是指关于第一电力网络22a和第二电力网络22b的12v和24v的电位或电压，但是本公开的教导可适用于各种操作电压。例如，系统12的电位可对应于电路42a和42b中的每一个的第一电压和第二电压，其可从0伏变化至240伏或更高的电压，这可取决于车辆的类型和系统12的应用。在一些示例中，电压可对应于被配置为以各种对应的电压或电位操作的各种电路，所述电压或电位包括但不限于5v、12v、24v、48v等。尽管本文详细讨论的示例性值可对应于常规的乘用车辆中使用的常见12v电源，但是本公开可应用于和被调整用于可能需要高得多的电力输出的应用(工业、建筑等)，或者可能不需要本文讨论的附件16的能量消耗的较小应用(规模或专用装置)。因此，提供特定电压值作为示例，并且应当理解，在不脱离本公开的精神的情况下，可实施本文提供的系统和方法以适应各种电压和负载状况。
功率逆变器14可被配置为将由第二交流发电机18b产生的直流电(dc)转换成ac电力。在示例性实现方式中，功率逆变器14可被配置为输出大约2kw的ac电力。然而，许多电气附件16(例如，电动工具、机械提升装置、泵、压缩机、犁附件等)可能会汲取高浪涌负载，特别是在启动期间。因此，被配置为具有2kw的操作电力消耗的附件16可具有4kw的浪涌负载。为了向附件16提供这种操作能量，第二电力网络22b可包括能量存储装置52，所述能量存储装置52被配置为抵抗由第二交流发电机18b产生的电压变化，所述电压变化否则可能由附件16的浪涌负载超过基于仅由第二交流发电机18b产生的电压由功率逆变器14供应的电力而引起。
在一些情况下，存储装置52可被实施为至少一个电容器54或超级电容器。例如，至少一个电容器可被实施为多个电容器，所述多个电容器被配置为以串联配置提供增加的电压和/或以并联配置提供增加的电容。在一些示例中，存储装置52可包括32v超级电容器，所述超级电容器由串联连接的具有16v的存储电位和58f的电容的两个单独的电容器构成。通过利用电容器而不是常规电池，系统12可由于没有电池更换，而提供改善的寿命。另外，与常规的铅酸或其他电化学电池单元的重量相比时，利用至少一个电容器54作为存储装置52可提供重量的显著减小。在将超级电容器实施为存储装置52的示例中，超级电容器可提供比铅酸电池更高的比功率密度、循环寿命和充电/放电效率。另外，与铅酸电池相比时，至少一个电容器54或超级电容器可在操作温度范围内提供显著的性能改善。
然而，在没有电化学能量存储装置(例如，常规电池)的支持的情况下利用至少一个电容器54可能导致电容器没有足够的能量来支持第二交流发电机18b的操作时的操作时段。例如，如果电容器54被放电或在充电之前，则电容器54可能没有足够的电荷来为激活第二交流发电机18b所需的场电荷提供能量。相比之下，在这种情况下，第一电力网络22a的电池20可向第一交流发电机18a提供场电荷。因此，为了确保维持第二交流发电机18b和第二电力网络的操作所必需的电力，定向传导装置44可将第一电路42a与第二电路42b互连。在这种配置中，提供场电荷以激活第二交流发电机18b所需的能量可经由定向传导装置44从第一电力网络22a供应。
在操作中，电力控制模块28可从第一电力网络22a被供应操作电力，并且可被配置为监测功率逆变器14的第一电气传感器56a以识别来自第二电力网络22b的电力请求。另外，功率控制模块28可被配置为经由第二电气传感器56b检测能量存储装置52的电荷。如本文所讨论的，第一电气传感器56a和第二电气传感器56b中的每一个可由霍尔效应电流传感器、电压分流器(例如，分流电阻器)或其他电气监测和检测装置实施。因此，功率控制模块28可被配置为识别电力输出请求是否来自逆变器14。另外，功率控制模块28可被配置为相对于预定电压阈值(例如，最小场电荷或浪涌电压阈值)来监测存储装置52的电压。响应于检测到电力输出请求或存储装置52的电压小于预定电压阈值，功率控制模块28可被配置为向车辆控制模块26传送激活第二交流发电机18b的请求。
仍然参考图2，车辆控制模块26可被配置为控制各种车辆部件和系统。车辆控制模块26可被配置为控制各种系统和附件，包括但不限于电动车窗、电动锁、安全系统、电动镜等。车辆控制模块26还可被配置为控制节气门、动力传动系统30、挡位选择、驻车制动器激活和车辆10的各种机电系统。例如，车辆控制模块26可被配置为控制车辆10的点火、燃料喷射和排放系统。车辆控制模块26还可监测功率控制模块28以及各种传感器(例如，轮速传感器、排放传感器等)，并且应用控制算法来控制本文所讨论的各种系统。
在各种实现方式中，车辆控制模块26可被实施为与存储器通信的一个或多个处理器。类似地，功率控制模块28可包括被配置为结合车辆控制模块26执行由本公开提供的各种检测和通信过程的各种电路和/或处理器。本文所讨论的一个或多个处理器可为任何合适的处理装置或处理装置集，诸如但不限于：微处理器、基于微控制器的平台、合适的集成电路、一个或多个现场可编程门阵列(fpga)和/或一个或多个专用集成电路(asic)。存储器可为易失性存储器(例如，ram，其可包括非易失性ram、磁性ram、铁电ram和任何其他合适的形式)；非易失性存储器(例如，磁盘存储器、快闪存储器、eprom、eeprom、基于忆阻器的非易失性固态存储器等)；不可更改的存储器(例如，eprom)；只读存储器；和/或高容量存储装置(例如，硬盘驱动器、固态驱动器等)。在一些示例中，存储器包括多种存储器，尤其是易失性存储器和非易失性存储器。
本公开中提及的存储器可对应于其上可嵌入一个或多个指令集(诸如用于操作本公开的方法的软件)的计算机可读介质。指令可体现如本文所述的方法或逻辑中的一者或多者。另外，术语“非暂时性计算机可读介质”和“有形计算机可读介质”还包括能够存储、编码或携载指令集的任何有形介质，所述指令集用于由处理器执行或使系统执行本文所公开的方法或操作中的任一者或多者。
图3和图4是示出电力系统12的两个示例性拓扑图60a、60b的框图。为了清楚起见，图3中所示的第一拓扑图60a与第二拓扑图60b的类似方面首先参考图3和图4进行讨论，并且稍后单独讨论差异。现在参考图3和图4，在各种实现方式中，系统12可包括第一电力网络22a和第二电力网络22b。第一网络22a的第一电路42a可经由定向传导装置44与第二网络22b的第二电路42b互连。因此，车辆10的第一电力网络22a和第二电力网络22b分别可组合操作以支持以各种容量的车辆10的电力需求。
第二电力网络22b可经由定向传导装置44与第一电力网络22a连接。定向传导装置44可为非对称传导装置或整流器的形式。在各种实现方式中，定向传导装置44可实施为二极管、肖特基二极管、半导体二极管、双极晶体管隔离器、定向开关或可控制在第一电力网络与第二电力网络之间交换的电力的方向的各种部件或电路。如本文进一步讨论的，第一电力网络22a与第二电力网络22b的连接可提供电力系统12的改善的操作，使得高功率附件的操作可在延长的时段内被支持，而不耗尽辅助电池或导致随时间推移操作减少。
第一或主交流发电机18a可被配置为以第一电压(例如12v)向电子车辆部件24供应操作能量。第一交流发电机18a可传导地联接到电池20、动力传动系统30的发动机的起动机46以及表示由各种车辆部件24利用的能量的车辆负载48。组合地操作车辆部件24的电力需求可被称为车辆负载48。车辆负载48可包括车辆点火、操作以及另外为各种车辆部件(例如，仪表板、音频/视频娱乐装置、信息娱乐装置、导航系统、附件端口、通信端口等)供电所需的电力。稍后进一步详细讨论车辆部件24、车辆控制模块(vcm)26和功率控制模块(pcm)28。
第二或辅助交流发电机18b还可被配置为从动力传动系统30的机械运动获得的产生第二电压(例如24v)的电能。第二电压可不同于或大于由第一交流发电机18a产生的第一电压。第二交流发电机18b可被配置为经由与动力传动系统30连接的离合器带轮或解耦器50而选择性地接合。在这种配置中，第二交流发电机18b可由车辆控制模块26和/或功率控制模块28选择性地激活。第二电力网络22b可经由与第二或辅助交流发电机18b通信的功率逆变器14向一个或多个插口34供电。在这种配置中，第二电力网络22b向各种电气附件16或电器供电，使得附件16可用于车辆10可访问的任何位置。
功率逆变器14可被配置为将由第二交流发电机18b产生的直流电(dc)转换成ac电力。在示例性实现方式中，功率逆变器14可被配置为输出大约2kw的ac电力。然而，许多电气附件16(例如，电动工具、机械提升装置和犁附件)可能会汲取高浪涌负载，特别是在启动期间。因此，被配置为具有2kw的操作电力消耗的附件16可具有4kw的浪涌负载。为了向此类附件提供此类操作能量，第二电力网络22b可包括能量存储装置52。存储装置52可被实施为至少一个电容器54或超级电容器。通过利用电容器而不是常规电池，系统12可由于不需要电池更换，而提供改善的寿命。另外，与常规的铅酸电池单元的重量相比时，利用至少一个电容器54作为存储装置52可提供重量的显著减小。
现在参考图3，系统12的第一拓扑图60a可包括能量存储装置52的第一配置64。在第一拓扑图60a中，能量存储装置可由电压电位超过由第二电力网络22b的第二交流发电机18b产生的平均操作电压的至少一个电容器54来实施。例如，如先前所讨论的，能量存储装置52可被实施为被配置为串联提供增加的电压的多个电容器54。如图3所示，能量存储装置52在第一侧(例如，阳极侧)上连接到第二电路42b，并且在第二侧(例如，阴极侧)上连接到接地。因此，在第一拓扑图60a中，能量存储装置52仅经由定向传导装置44与第一电路42a连接。在当前示例中，第一电路42a的第一电压为12v，并且第二电路42b的第二电压为24v。存储装置52包括具有32v的存储电位的超级电容器，所述超级电容器由串联连接的两个单独的电容器构成，每个电容器具有16v的存储容量或电位和58f的电容。因此，在由第一拓扑图60a提供的示例中，第一电压大于或等于第二电压，并且超级电容器的电压电位超过第一电压和第二电压。
现在参考图4，系统12的第二拓扑图60b可包括能量存储装置52的第二配置66。在第二拓扑图60b中，能量存储装置可由电压电位可小于第二电路42b的第二电压的至少一个电容器54实施。至少一个电容器54的电压电位也可小于由第二电力网络22b的第二交流发电机18b产生的平均操作电压。例如，如先前所讨论的，能量存储装置52可以各种配置实施。如图4所示，能量存储装置52在第一侧(例如，阳极侧)上连接到第二电路42b，并且在第二侧(例如，阴极侧)上连接到第一电路42a。因此，在第二拓扑图60b中，第二电路42b经由定向传导装置44和能量存储装置52与第一电路42a连接。在该配置中，可通过能量存储装置52汲取电力，使得可在附件16的浪涌操作期间向逆变器14供应在第一电力网络22a中产生和存储的第一电力。在当前示例中，第一电路42a的第一电压为12v，并且第二电路42b的第二电压为24v。存储装置52包括具有16v的存储电位和58f的电容的单个超级电容器。
尽管本公开中提供的示例是指关于第一电力网络22a和第二电力网络22b的12v和24v的电位或电压，但是本公开的教导可适用于各种操作电压。例如，系统12的电位可对应于电路42a和42b中的每一个的第一电压和第二电压，其可从0伏变化至240伏，这可取决于车辆的类型和系统12的应用。在一些示例中，电压可对应于被配置为以各种对应的电位操作的各种电路，所述电位包括但不限于5v、12v、24v、48v等。因此，提供了特定的电压值作为示例，并且应当理解，在不脱离本公开的精神的情况下，可实施本文提供的系统和方法以适合各种电压和负载状况。
现在参考图5，示出了系统12的操作的方法70的流程图。如本文所讨论的，本文所描述的各种方法和过程可经由车辆控制模块26和/或功率控制模块28的一个或多个处理器以各种组合来实现。因此，系统12可通过监测功率逆变器14的第一电气传感器56a以识别来自第二电力网络22b的电力请求(72)来开始方法70。可在步骤74中进一步确定电力输出请求。如果在步骤74中未检测到电力输出请求，则方法70可继续针对电力输出请求监测电气传感器56a或逆变器14。如果在步骤74中检测到电力输出请求，则方法70可继续到步骤76以识别动力传动系统30的发动机是否是活动的。如果发动机不活动，则所述方法可继续到步骤78并控制发动机的点火以起动。如果发动机是活动的，则方法70可继续到步骤80。
在步骤80中，所述方法可继续控制解耦器50以激活第二交流发电机18b以产生dc电力并向功率逆变器14供电。在步骤84中，系统12可继续监测第二电气传感器56b以识别附件16在第二电力网络22b上的电力汲取。如果所请求的电力超过由第二交流发电机18b产生的电力，则方法70可从步骤84继续到步骤86并且将第二电路42b控制到最大电压输出设置。如稍后所讨论的，由功率控制模块28和/或车辆控制模块26控制的最大电压输出设置可针对第一拓扑图60a和第二拓扑图60b而变化。在步骤86之后，方法70可返回到步骤84。如果在步骤84中请求的电力未超过由第二交流发电机18b产生的电力，则方法70可继续到步骤88。在步骤88中，系统12可在前进到步骤90之前应用超时延迟，其中方法70可停用第二交流发电机18b和发动机。如果发动机原本对于车辆10的其他操作是活动的，则方法70可简单地撤回与经由逆变器14的电力输出请求有关的激活请求。
返回到步骤86，所述方法可通过优化电力输出使得将由第二交流发电机18b产生的电压调整到高效率操作来控制包括图3所示的第一拓扑图60a的系统12。高效率操作可取决于第二交流发电机18b和逆变器14的特定特性。这种操作可包括经由vcm26控制动力传动系统30的发动机转速或怠速，或者控制第二交流发电机18b的输出电压。以这种方式，系统12可优化第二交流发电机18b和逆变器14的操作，以最大化配置有第一拓扑图60a的系统12的效率。
仍然参考步骤86，所述方法可通过优化电力输出使得最小化通过能量存储装置52的电流来控制包括图4所示的第二拓扑图60b的系统12。在操作中，可通过在预定时间内通过能量存储装置52施加恒定电压来实现这种状态，使得建立近似零电流或受限电流状况，如由方程(1)所提供，如下：
v零电流＝v第一_电路+vc(1)
其中：
v零电流是经由车辆控制模块26控制的第二交流发电机18b的电压设置点；
v第一_电路是在第一电路42a(例如，图4所示的12v总线)上测量的电压；并且
vc是跨能量存储装置52的电压，其对应于常数(例如，对于图4所示的16v电容器，大约为16v)。
因此，如果在步骤84中所请求的电力超过由第二交流发电机18b产生的电力，则方法70可继续将能量存储装置52或电容器54的电压设置为v零电流，使得传导通过能量存储装置52的电流被最小化。
应当理解，可在不脱离本公开的概念的情况下，对前述结构作出改变和修改，并且此外，应当理解，除非随附权利要求通过其语言另外明确说明，否则这类概念意图被这些权利要求涵盖。
出于本公开的目的，术语“联接”(以其所有形式，联接、联接的、被联接的等)通常意指两个部件(电气的或机械的)彼此直接地或间接地连接。此类连接在本质上可为静止的或者在本质上可是可移动的。这种连接可利用两个部件(电气的或机械的)和任何额外的中间构件实现，任何额外的中间构件彼此或与两个部件一体地形成为单个整体。除非另有陈述，否则这种连接可为本质上永久的，或者可为本质上可移除的或可释放的。
重要的是，还应注意，如示例性实施例中所示，本公开的元件的构造和布置仅是说明性的。虽然在本公开中已经详细描述了本创新的仅若干实施例，但是审查本公开的本领域技术人员将容易理解，在实质上不脱离所叙述的主题的新颖教导和优点的情况下，许多修改是可能的(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、定向等的变化)。例如，示出为一体地形成的元件可由多个零件构成，或者示出为多个零件的元件可以一体地形成，接口的操作可颠倒或以其他方式变化，系统的结构和/或构件或连接器或者其他元件的长度或宽度可改变，可改变元件之间提供的调整位置的性质或数量。应当注意的是，系统的元件和/或总成可以由提供足够强度或耐用性的各种材料中的任何一种以各种颜色、纹理和组合中的任何一种构成。因此，所有此类修改旨在被包括在本创新的范围内。在不脱离本创新的精神的情况下，可在期望的示例性实施例和其他示例性实施例的设计、工况和布置方面进行其他替换、修改、改变和省略。
应当理解，任何所描述的过程或所描述的过程内的步骤可与其他公开的过程或步骤组合以形成本公开范围内的结构。本文公开的示例性结构和过程用于说明性目的，而不应解释为限制性。
根据本发明，提供了一种用于车辆的电力系统，所述电力系统具有：第一电源网络，其被配置为以第一电压操作并且包括第一交流发电机、起动机马达和电池，所述电池传导地连接到所述第一交流发电机和所述起动机马达；第二电源网络，其被配置为以第二电压操作并且包括第二交流发电机、被配置为向外部附件输出电力的电源插座和传导地连接到所述第二交流发电机和所述电源插座的电容式能量存储装置；以及定向传导装置，其将所述第一电源网络和所述第二电源网络互连。
根据实施例，本发明的特征还在于被配置为检测电容式能量存储装置的电荷的电气传感器和控制模块，其中所述控制模块被配置为监测电容器的电荷，从而确定存储电压，并且响应于所述存储电压的变化而选择性地激活第二交流发电机。
根据实施例，所述第二电压大于所述第一电压。
根据实施例，所述电容式能量存储装置包括超级电容器，所述超级电容器被配置为以所述第二电压操作。
根据实施例，所述定向传导装置被配置为将电流从所述第一电源网络传导到所述第二电源网络并限制电流从所述第二电源网络传导到所述第一电源网络。
根据实施例，所述定向传导装置包括二极管，所述二极管包括与所述第一电源网络连接的阳极和与所述第二电源网络连接的阴极。
根据实施例，所述能量存储装置在阳极侧上传导地连接到所述第二电力网络并且在阴极侧上传导地连接到接地。
根据实施例，所述能量存储装置包括大于或等于所述第二电压的存储电位。
根据实施例，所述能量存储装置在阳极侧上传导地连接到所述第二电力网络并且在阴极侧上传导地连接到所述第一电力网络。
根据实施例，所述能量存储装置包括小于所述第二电压的存储电位。
根据实施例，所述能量存储装置包括大于所述第一电压的存储电位。
根据实施例，所述第一电源网络被配置为向车辆负载供电。
根据实施例，所述车辆负载包括用于控制车辆的操作的多个电子装置。
根据实施例，所述第二电源网络还包括功率逆变器，所述功率逆变器被配置为将所述第二电压从直流(dc)电力转换为交流(ac)电力。
根据实施例，所述第二电源网络被配置为向至少一个外部附件供电，所述至少一个外部附件被配置为经由所述ac电力进行操作。
根据本发明，一种用于为与车辆连接的外部附件供电的方法包括：经由车辆的发动机的机械运动在第一电路中以第一电压产生第一能量；将所述第一能量作为化学能量存储在电池中；向起动机供应所述第一能量以起动车辆的发动机；经由从所述发动机获得的机械运动在第二电路中以第二电压产生第二能量；将所述第二能量存储在电容式存储装置中；向外部附件供应所述第二能量，所述外部附件传导地连接到车辆；并且将从所述第一能量获得的电流从所述第一电路定向地传导到所述第二电路。
在本发明的一个方面，所述方法包括经由所述第一电路将所述第一能量传导到包括交流发电机的车辆负载，其中所述车辆负载包括用于控制车辆的操作的多个电子装置。
在本发明的一个方面，所述方法包括将所述第二能量从直流电转换为交流电以及向所述外部电气附件供应所述交流电。
根据本发明，提供了一种用于车辆的电力系统，所述电力系统具有：第一电源网络，其被配置为以第一电压操作并且包括第一交流发电机、起动机马达和电池，所述电池传导地连接到所述第一交流发电机和所述起动机马达；第二电源网络，其被配置为以第二电压操作，其中所述第二电压大于所述第一电压，并且包括第二交流发电机、被配置为向外部附件输出电力的电源插座和传导地连接到所述第二交流发电机和所述电源插座的电容式能量存储装置；以及定向传导装置，其将所述第一电源网络和所述第二电源网络互连，其中所述定向传导装置被配置为将电流从所述第一电源网络传导到所述第二电源网络并限制电流从所述第二电源网络传导到所述第一电源网络。
根据实施例，本发明的特征还在于被配置为检测电容式能量存储装置的电荷的电气传感器和控制模块，其中所述控制模块被配置为监测电容器的电荷，从而确定存储电压，并且响应于所述存储电压的变化而选择性地激活第二交流发电机。
1.一种用于车辆的电力系统，其包括：
第一电源网络，其被配置为以第一电压操作并且包括：
第一交流发电机；
起动机马达；以及
电池，其传导地连接到所述第一交流发电机和所述起动机马达；
第二电源网络，其被配置为以第二电压操作并且包括：
第二交流发电机；
电源插座，其被配置为向外部附件输出电力；以及
电容式能量存储装置，其传导地连接到所述第二交流发电机和所述电源插座；以及
定向传导装置，其将所述第一电源网络和所述第二电源网络互连。
2.根据权利要求1所述的电力系统，其还包括
电气传感器，其被配置为检测所述电容式能量存储装置的电荷；以及
控制模块，其中所述控制模块被配置为：
监测所述电容器的所述电荷，从而确定存储电压；并且
响应于所述存储电压的变化而选择性地激活所述第二交流发电机。
3.根据权利要求1所述的电力系统，其中所述第二电压大于所述第一电压。
4.根据权利要求3所述的电力系统，其中所述电容式能量存储装置包括超级电容器，所述超级电容器被配置为以所述第二电压操作。
5.根据权利要求3所述的电力系统，其中所述定向传导装置被配置为将电流从所述第一电源网络传导到所述第二电源网络并限制电流从所述第二电源网络传导到所述第一电源网络。
6.根据权利要求3所述的电力系统，其中所述定向传导装置包括二极管，所述二极管包括与所述第一电源网络连接的阳极和与所述第二电源网络连接的阴极。
7.根据权利要求3所述的电力系统，其中所述能量存储装置在阳极侧上传导地连接到所述第二电力网络并且在阴极侧上传导地连接到接地。
8.根据权利要求7所述的电力系统，其中所述能量存储装置包括大于或等于所述第二电压的存储电位。
9.根据权利要求3所述的电力系统，其中所述能量存储装置在阳极侧上传导地连接到所述第二电力网络并且在阴极侧上传导地连接到所述第一电力网络。
10.根据权利要求9所述的电力系统，其中所述能量存储装置包括小于所述第二电压的存储电位。
11.根据权利要求9所述的电力系统，其中所述能量存储装置包括大于所述第一电压的存储电位。
12.根据权利要求1所述的电力系统，其中所述第一电源网络被配置为向车辆负载供电。
13.根据权利要求1所述的电力系统，其中所述车辆负载包括用于控制所述车辆的操作的多个电子装置。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的电力系统，其中所述第二电源网络还包括功率逆变器，所述功率逆变器被配置为将所述第二电压从直流(dc)电力转换为交流(ac)电力。
15.根据权利要求13所述的电力系统，其中所述第二电源网络被配置为向至少一个外部附件供电，所述至少一个外部附件被配置为经由所述ac电力进行操作。
技术总结