MX2010011150A - Sistema de baterias multiples para un vehiculo de motor. - Google Patents

Abstract

Un sistema eléctrico para un vehículo de motor incluye primero y segundo juegos de batería. El primer juego de baterías generalmente suministra energía a cargas eléctricas de vehículo mientras que el segundo juego de baterías se usa para activar el sistema de arrancador de motor. El alternador impulsado por motor del vehículo está conectado para recargar el primer juego de baterías El recargo del segundo juego de baterías se proporciona por un cargador conectado para atraer energía del primero juego y para transferir la energía al segundo juego.

Description

SISTEMA DE BATERÍAS MÚLTIPLES PARA UN VEHÍCULO DE MOTOR REFERENCIA A SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud reclama la prioridad de la Solicitud de Patente Provisional de EUA No. 61/046509, presentada el 21 de abril de 2008.

Campo Técnico El campo técnico se relaciona con sistemas eléctricos de vehículo de motor y más particularmente con un sistema de baterías múltiples en donde las baterías están aisladas por función.

Antecedentes : En operación normal, los motores de arranque eléctrico para motores diesel atraen intermitentemente una cantidad substancial de energía durante períodos breves. Las baterías de plomo-ácido diseñadas para llenar la característica de atracción de energía elevada, relativamente breve de estos motores de arranque eléctrico no exhiben buenas características de ciclo profundo y elevado. La descarga profunda repetida de dicho "arrancador" o baterías de "salida elevada" pueden acortar grandemente la vida útil de las baterías. Las baterías de arranque durante substancialmente más tiempo si las baterías se mantienen completamente cargadas y se evita el ciclado elevado y descarga profunda de las baterías.

Suministrar energía para funcionamiento eléctrico en frío del motor no solamente es la única demanda de energía presente en vehículos cuando el motor está desconectado. Los camiones usados para embarque de tracción larga y equipados con compartimientos para dormir se pueden basar en energía eléctrica suministrada por batería durante períodos prolongados cuando el motor del vehículo no está funcionando y el alternador no está disponible para suministrar la electricidad usada para equipo de comunicación, radios, luces, hornos de microondas, televisiones, computadoras, etc. Los sistemas de batería dividida o "dobles" se han usado en donde múltiples baterías se instalan en un vehículo con algunas de las baterías reservadas para arrancar el vehículo y otras baterías se están usando para suministrar electricidad a cargas eléctricas cuando el motor no esté funcionando. La Solicitud de Patente canadiense 2 538 646 enseña un sistema de batería dividido representativo para un camión. Ahí se sugirió que tipos de batería se diferencien entre baterías de arranque y baterías de ciclo elevado/profundo tolerantes de la descarga profunda que se va a usar para duración más prolongada, cartas relativamente constantes .

Las regulaciones contemporáneas relacionadas don conductores de vehículo de motor comerciales proveen que los conductores tomen cuando menos 8 horas consecutivas en un camerino, más 2 horas consecutivas ya sea en el camerino, fuera de servicio, o cualquier combinación de los dos. Esto difiere de los regímenes anteriores en donde los conductores que usan el camerino en dos períodos siempre que ninguno sea menor de 2 horas. El tiempo de nacimiento de camerino y los accesorios de energía de CD cada vez más accesibles parecen haber resultado en un aumento en cargas eléctricas del vehículo cuando el motor no está funcionando y descarga más profunda de baterías de vehículo. También hay evidencia de carreras de duración más corta de camiones con una disminución consecuente de la recarga completa de las baterías de arrancado. Estos factores contribuyen a que las baterías no se carguen completamente y a cargas parásitas elevadas en las baterías, empujando a las baterías hacia condiciones de ciclo elevado y descarga profunda con acortamiento consecuente de vida de batería.

COMPENDIO Un sistema eléctrico para un vehículo de motor incluye primero y segundo juegos de batería. Un primer juego de batería generalmente suministra energía a las cargas eléctricas del vehículo mientras que el segundo juego de batería se usa para el sistema de arranque del motor. El alternados impulsado po motor del vehículo está conectado para recargar el primer juego de baterías y llenar la demanda eléctrica del vehículo cuando el vehículo está funcionando. La recarga del segundo juego de baterías se proporciona mediante un cargador conectado para atraer energía del primer juego y para transferir la energía al segundo juego ya sea que esté disponible energía del alternador o no.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es un diagrama de bloque esquemático de un vehículo y elementos del sistema eléctrico del vehículo.

La Figura 2 es un diagrama de circuito de una configuración de batería dividida y sistema de carga para un sistema eléctrico de vehículo.

La Figura 3 es un diagrama de circuito de una configuración de batería dividida y sistema de carga para un sistema eléctrico de vehículo.

DESCRIPCIÓN DETALLADA En la siguiente descripción detallada, los mismos números y caracteres de referencia se pueden usar para designar componentes idénticos, correspondientes, o similares en diferentes figuras del dibujo. Además, los tamaños/modelos/valores/escalas de ejemplo se pueden proporcionar. En diagrama se circuito las conexiones de energía y tierra bien conocidas, y elementos bien conocidos similares, se pueden omitir para fines de simplicidad de ilustración.

La Figura 1 de los dibujos muestra un vehículo de motor 10. Un chasis 12 soporta un motor 14 de combustión interna que está conectado mediante una transmisión 16 a un eje 26 de impulsión y un diferencial 27 de extremo posterior. Las ruedas 18, 20, 22, 24 están colocadas en las cuatro esquinas del chasis para proporcionar soporte para el chasis 12 mediante un sistema de suspensión (no mostrado) . Las ruedas 22, 24 traseras reciben par de torsión para impulsar el vehículo 10 desde el diferencial 27. Estos componentes son convencionales y se pretenden como ilustrativos del medio ambiente de un sistema eléctrico de vehículo.

El vehículo 10 de motor usualmente está equipado con alternador 28 eléctrico de corriente directa (CD) de 12 voltios convencional que es impulsado por una banda 28 de impulsión accesoria de motor frontal (FEAD) del motor 14. Los mecanismos de impulsión alternativos para el alternador 28 son posibles, tal como un engranaje de impulsión. Un motor 66 de arrancador eléctrico de CD está acoplado mediante un enlace 29 mecánico al motor 14 para hacer funcionar el motor para arranque. Dos juegos de batería se instalan en el vehículo lOde motor, un juego 54 de baterías de sistemas de hotel o eléctricos y un juego 56 de batería de arrancador. El sistema no está limitado conceptualmente a sistemas que usan alternadores y baterías de 12 voltios, aún cuando estos están en uso común en la actualidad. La mayoría de las cargas eléctricas del vehículo se llevan por los sistemas eléctricos/juego 54 de batería de hotel o el alternador 28. La carga de arranque es llevada substancialmente por el juego 56 de baterías de arranque.

El alternador 28 suministró corriente directa a de 12 a 14 voltios nominales en un bus 44 al juego 54 de baterías de hotel y un consumidor 55 de energía eléctrica, principalmente representando los aparatos eléctricos de la cabina, alumbrado y lo semejante. Cuando la energía del alternador 28 no está disponible, principalmente debido a que el motor no está funcionando, el consumidor 55 puede atraer energía del juego 54 de batería. El juego 56 de batería de arranque se carga del juego 54 de batería de hotel por un cargador 60. El motor 66 de arranque/palanqueo atraer energía del juego 56 de batería de arrancador a través de un solenoide 64 de motor de funcionamiento el estado del cual se controla con un interruptor 62 magnético de arrancador.

Haciendo referencia a la Figura 2, un sistema 100 eléctrico de vehículo 10 incluye un sistema 52 de batería dividido de "4+3" que tiene tres baterías de hotel 54A-C conectadas en paralelo y cuatro baterías 567A-D de funcionamiento o arrancador conectadas en paralelo. La baterías 54A-C de hotel son usualmente baterías de ciclo elevado tal como baterías de 12 voltios de tipo de plomo ácido Absorbed Glass Mat (AGM) . Tipos alternativos de baterías de ciclo elevado también se pueden usar. Las baterías 56A-D de funcionamiento pueden ser de peso más ligero, baterías de plomo-ácido de 12 voltios convencionales diseñadas para llenar flujo de corriente grande por duraciones cortas. Las baterías 54A-C de hotel están eléctricamente aisladas de las baterías 56A-D de funcionamiento con la única conexión común de los dos juegos de baterías siendo al chasis o bastidor de tierra. Las baterías dentro de los juegos 45, 56 están conectadas en paralelo saltando las terminales positivas una de la otra y similarmente saltando la terminales negativas uno del otro.

El alternador 28 se muestra conectado para suministrar energía a las terminales positivas de las tres baterías de hotel 54A-C mediante un enlace 58 fusible opcional para recargar las baterías. El alternador 28 está eléctricamente aislado de las baterías 56A-D de funcionamiento y es un alternador de sentido remoto que obtiene voltaje regulador de las baterías 54 de hotel. Las baterías de funcionamiento se recargan mediante un cargador 60 que atrae energía del juego 54A-C de baterías de hotel. El cargador 60 opera para transferir energía de las baterías 54A-C de hotel a las baterías 56A-D de funcionamiento para mantener las baterías 56A-D totalmente cargadas. Esto ocurre si el voltaje de la batería 56 de funcionamiento indica que las baterías 56A-D de funcionamiento están en cualquier estado de descarga independientemente de si el alternador 28 está suministrando energía a las baterías 54A-C de hotel o no. El cargador 60 puede controlar el régimen de carga de las baterías 56A-D de funcionamiento basado en varios factores, incluyendo el grado de descarga de las baterías o su temperatura. Típicamente el voltaje betería se usa como un representante para el estado de carga de batería. El voltaje de carga usualmente se varía en la inversa de la temperatura de las baterías. Esto se hace puesto que la aceptación de carga de baterías de plomo ácido se deteriora a medida que cae la temperatura de batería. El voltaje de carga se puede aumentar para mantener el régimen de carga a medida que cae la temperatura de batería. Típicamente la temperatura ambiente se usa como un representante para temperatura de betería. El control de carga se podría hacer más fino dependiendo de los datos disponibles. El régimen de carga se controla variando el voltaje de salida del cargador 60. El cargador 60 está conectado entre las terminales positivas de la batería 54C y la batería 56D mediante los fusibles 71 y 73 de limitación de corriente.

Las baterías 56A-D de funcionamiento están aisladas en gran parte de la mayoría de las cargas de vehículo, excluyendo el circuito arrancador del motor 66 de funcionamiento, el solenoide 65 de motor de funcionamiento y el interruptor 62 de arrancador. Las baterías 56A-D de funcionamiento también están aisladas del alternador 28 por las baterías 54A-C de hotel y el cargador 60. fuera de los períodos de funcionamiento debe haber relativamente poro ruido eléctrico en las terminales de la batería 56A-D de funcionamiento. Esto hace a las baterías 56A-D de funcionamiento una fuente relativamente limpia de energía en el sentido eléctrico y uno que tiene un voltaje de salida altamente estable. El juego 56 de batería de funcionamiento se puede aplicar a una fuente de energía para algunas cargas eléctricas de vehículo, generalmente incluyendo electrónicos que exhiben corriente baja que atrae y podría no realizar apropiadamente si el voltaje de entrada es excesivamente variable y ruidoso. Un módulo 80 de control de motor conectado a la betería 56C mediante un par de fusibles 77 protectoras es un posible ejemplo de dicha carga o consumidor eléctrico.

Haciendo referencia a la Figura 3, un sistema eléctrico de vehículo incluye un sistema de batería dividido que tiene dos baterías 54A-B de hotel, conectadas en paralelo que soportan cargas de vehículo de 12 voltios (alimentación de cabina) y dos baterías de funcionamiento o arrancador , conectadas en serie, 56A-B para un sistema de arrancador de CD de 24 voltios. Las baterías 54A-B de hotel son usualmente baterías de alto ciclo tal como un tipo de baterías de 12 voltios de ácido de plomo Absorbed Glass Mat (AGM) . Tipos alternativos de baterías de ciclo elevado también se pueden usar. Las baterías 56A-B de funcionamiento pueden ser baterías de plomo-ácido diseñadas para llenar el flujo de corriente grande de duración corta. Las baterías 56A-B de hotel están aisladas eléctricamente de las baterías 56A-D de funcionamiento. Las baterías en el juego 56 de funcionamiento están conectadas en serie saltando la terminal positiva de la batería- 56A a la terminal negativa de la batería 56B. El ecualizador 83 de equilibrio de voltaje está conectado a las terminales positivas de ambas baterías 56A-B y opera para uniformar la distribución de carga entre las baterías 56A y 56B de funcionamiento. El ecualizador 83 opera para reducir la diferencia de voltaje entre las baterías 56A y 56B a debajo de 0.1 voltios. El módulo 80 de control de motor se conecta a la primera batería 56A en serie para obtener una fuente de doce voltios. El juego 56 de batería de funcionamiento se carga de un cargador 85 de duplicado de voltaje. El cargador 85 se puede ajustar para transferir energía a un régimen que se mantiene con el drenaje de energía durante las cargas de funcionamiento y sostenimiento del motor y alimentaciones de transmisión. El sistema arrancador es un sistema de 24 voltios, pero de otra manera está sin cambiar en disposición del sistema de 12 voltios con un interruptor 62 magnético de arrancador, un solenoide 64 de motor de funcionamiento y un motor 66 de arrancador de 24 voltios .

El alternador 28 está conectado para suministrar energía a las terminales positivas de las dos baterías 56A-B de hotel mediante los enlaces 58 de fusible opcionales para recargar el juego 54 de batería de hotel. El alternador 28 está eléctricamente aislado de las baterías 56A-B de funcionamiento. Las baterías 56A-B de funcionamiento se recargan mediante un cargador 85 de duplicación de voltaje que atrae energía del juego 54 de batería de hotel. El cargador 85 opera para transferir energía de las baterías 54A-B de hotel a las baterías 56A-B de funcionamiento para mantener las baterías 56A-B de funcionamiento totalmente cargadas. Esto ocurre si el voltaje del juego 56 de batería de funcionamiento indica que las baterías 56A-B de funcionamiento en cualquier estado de descarga independientemente de si el alternador 28 está suministrando energía a las baterías 54A-B de hotel o no. El cargador 85 puede controlar el régimen de carga de las baterías 56A-B de funcionamiento basado en diversos factores, incluyendo el grado de descarga de las baterías o su temperatura. Típicamente, el voltaje de batería se usa como un representante para el estado de carga de batería. El régimen de carga usualmente se varía como la inversa de la temperatura de las baterías . El régimen de carga se controla variando el voltaje de salida del cargador 85. El cargador 85 incluye un convertidor de CD a CD para proporcionar una subida en voltaje.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. - Un sistema eléctrico para un vehículo de motor que comprende: un primer subsistema de almacenamiento de energía; un segundo subsistema de almacenamiento de energía eléctrica; un medio de generación de energía eléctrica para cargar el primer subsistema de almacenamiento de energía eléctrica; un medio que responde a un estado de carga para el segundo subsistema de almacenamiento de energía eléctrica para transferir carga del primer subsistema de almacenamiento de energía eléctrica al segundo subsistema de almacenamiento de energía eléctrica; y un sistema arrancador de motor de combustión interna conectado al segundo subsistema de almacenamiento de energía eléctrica para activación del sistema arrancador de motor de combustión interna.

2. - Un sistema eléctrico para un vehículo de motor de conformidad con la reivindicación 1, que comprende además: el segundo subsistema de almacenamiento de energía eléctrica soportando un voltaje de salida nominal superior a un voltaje de salida nominal sustentado por el primer subsistema de almacenamiento de energia eléctrica.

3. - Un sistema eléctrico para un vehículo de motor de conformidad con la reivindicación 1, que comprende además: el primer subsistema de almacenamiento de. energía eléctrica que es un juego de baterías de ciclo elevado; y el segundo subsistema de almacenamiento de energía eléctrica siendo un juego de baterías de salida elevada.

4. - Un sistema eléctrico para un vehículo de motor de conformidad con la reivindicación 3, en donde el medio para transferir comprende un cargador de batería.

5. - Un sistema eléctrico para un vehículo de motor de conformidad con la reivindicación 2, que comprende además: el primer subsistema de almacenamiento de energía eléctrica siendo un juego de baterías de ciclo elevado con las baterías de ciclo elevado conectadas en paralelo; y el segundo subsistema de almacenamiento de energía eléctrica siendo un juego de baterías de salida elevada con las baterías de arrancador conectadas en serie.

6. - Un sistema eléctrico para un vehículo de motor de conformidad con la reivindicación 5, en donde el medio para transferir comprende un multiplicador de voltaje y cargador de batería y el sistema eléctrico comprende además medios para equilibrar estados de carga de las baterías de de salida elevada.

7.- Un vehículo de motor que comprende: un motor de combustión interna; un sistema arrancador eléctrico para el motor de combustión interna; un sistema de batería de arrancador conectado para suministrar energía sobre demanda al sistema arrancador eléctrico; un generador eléctrico impulsado por el motor de combustión interno; un sistema de batería de sistemas eléctricos conectado para ser cargados desde el generador eléctrico; consumidores eléctricos conectados para atraer energía de del sistema de batería de sistemas eléctricos y el generador eléctrico; y un medio que responde a un estado de carga del sistema de batería de arrancador para transferir carga del sistema de batería de sistemas eléctricas al sistema de batería de arrancador.

8.- Un vehículo de motor de conformidad con la reivindicación 7, que comprende: un sensor de temperatura; y el medio para transferir siendo además sensible a lecturas de temperatura suministradas por el sensor de temperatura para controlar el régimen de transferencia de carga del sistema de batería de sistemas eléctricos al sistema de batería de arrancador.

9. - Un vehículo de motor de conformidad con la reivindicación 7, que comprende además: el sistema de batería de sistemas eléctricos que comprende una pluralidad de baterías de ciclo elevado conectadas en paralelo; el sistema de batería de arrancador comprendiendo un par de baterías conectadas en serie para operar en un múltiplo del voltaje del sistema de batería de sistemas eléctricos; y el medio para transferir que incluye medios para hacer subir el voltaje del sistema de batería de sistemas eléctricos al sistema de batería de arrancado.

10. - Un vehículo de motor de conformidad con la reivindicación 7, que comprende además: el sistema de batería de sistemas eléctricos comprendiendo una pluralidad de baterías de ciclo elevado conectados en paralelo; y el sistema de batería de arrancador que comprende una pluralidad de baterías conectadas en paralelo.

11. - Un sistema de múltiples baterías, que comprende : un juego de batería de ciclo elevado que tiene un voltaje de salida nominal; medios para cargar el juego de baterías de ciclo elevada; una salida de energía para conexión a consumidores eléctricos desde el juego de baterías de ciclo elevado y el medio para carga; un juego de batería aislado que tiene un voltaje de salida nominal; y un medio que responde a la desviación del voltaje de salida nominal del juego de batería aislado para transferir carga del juego de batería de ciclo elevada al juego de batería aislado y controlar el régimen de transferencia .

12. - Un sistema de baterías múltiples de conformidad con la reivindicación 11, que comprende además: el medio para transferir carga siendo sensible además a temperatura del juego de baterías aisladas para controlar el régimen de transferencia.

13. - Un sistema de baterías múltiples de conformidad con la reivindicación 12, que comprende además: el voltaje de salida nominal del juego de baterías aislado siendo un múltiplo mayor que uno del voltaje de salida nominal del juego de batería de ciclo elevado. RESUMEN DE LA INVENCIÓN Un sistema eléctrico para un vehículo de motor incluye primero y segundo juegos de batería. El primer juego de baterías generalmente suministra energía a cargas eléctricas de vehículo mientras que el segundo juego de baterías se usa para activar el sistema de arrancador de motor. El alternador impulsado por motor del vehículo está conectado para recargar el primer juego de baterías. El recargo del segundo juego de baterías se proporciona por un cargador conectado para atraer energía del primero juego y para transferir la energía al segundo juego.