本公开整体涉及一种用于通过传动系、附件负载(诸如空调压缩机)和马达/发电机之间的共享负载管理来操作马达/发电机的传动系pto系统和相关方法。
背景技术：
1、出于多种原因，车辆的负载和附件的电气化使用得越来越多。电气化的附件和负载允许对原本浪费的能量(诸如制动能量和再生能量)进行更强的控制、利用，并且提供对不具有内燃机并且(取决于电能的来源)可潜在地减少温室气体产生的全电动车辆的渐进式改进。另外，期望减少原动机的无用操作时间，诸如当不需要原动力时内燃机的空转。
2、目前已知的用于为车辆上的负载供电的系统存在许多挑战。其中一些挑战在重型商用卧铺驾驶室卡车中更为普遍。全电动系统(诸如串联混合电气化系统)存在低效率的问题诸如双向电功率转换(例如，从dc转换成ac，然后转换回dc)，和/或需要系统相对于所需负载尺寸过大，以确保系统可使电池再生或再充电，同时为负载提供动力。另外，用于许多负载的全电动系统需要高电压以确保适当尺寸的连接和电导管。然而，高电压系统需要附加的集成和测试工作、昂贵的连接器和/或与车辆底盘接地系统隔离以确保它们安全的系统。此外，目前道路上的许多车辆将内燃机保持为原动机，并且负载和附件的全电气化无法轻松地与具有高性能非电动原动机的系统集成而没有冗余和费用。
3、目前已知的用于中等容量电气系统的电气存储系统另外存在许多挑战。高容量电池技术(诸如锂离子)要求对电池组的充电、电池的温度环境进行仔细控制，并且实现、安装和更换的成本很高。较低容量电池技术需要大量的重型电池，这些重型电池在车辆寿命期间需要更换一次或多次，以根据目前已知的操作和管理技术提供足够的有用存储空间。
技术实现思路
1、一种示例性系统和方法包括传动系功率输出(pto)设备，该pto设备利用传动系功率和/或所存储的电功率来向共享负载选择性地提供功率。一种示例性系统和方法包括传动系pto设备，该传动系pto设备在马达/发电机与共享负载之间、在马达/发电机与传动系之间和/或在传动系与共享负载之间施加所选择的齿轮齿数比。一种示例性系统利用一个或多个行星齿轮组件来提供所选择的齿轮齿数比。一种示例性系统和方法包括pto设备，该pto设备被配置为便于利用各种变速器系统和传动系配置进行安装。一种示例性系统和方法包括多种操作模式，该多种操作模式包括利用传动系为共享负载提供动力、利用马达/发电机为共享负载提供动力、利用传动系为马达/发电机提供动力和/或利用马达/发电机为传动系提供动力，包括在蠕变模式或曲柄启动模式下。一种示例性系统和方法还包括贯穿该系统中的设备的功率传递，包括当原动机离线时操作负载、从传动系存储再生功率和/或使用到传动系的功率传递来增强原动力应用诸如车辆的操作。一种示例性系统和方法包括控制对传动系正向或反向施加功率、和/或有效集成，其中在系统中的其他地方对传动系正向或反向施加功率的控制进行管理。
2、一种示例性系统包括pto设备，该pto设备接合变速器的中间轴、变速器中的所选择的齿轮、变速器的pto接口和/或接合其他传动系部件。一种示例性系统和方法包括在中间轴的后部和/或轴向位置处接合中间轴。一种示例性系统和方法包括：针对通过系统的功率流以所选择的方向和/或比率选择性地接合传动系；和/或利用空档设备来使共享负载和/或马达/发电机从传动系脱离。一种示例性系统包括：多比率光混合系统；和/或在传动系功率和电功率之间为电气负载或附件选择性地提供动力。一种示例性系统包括简化的传动系接口，该传动系接口具有较少数量的致动器以便于集成并降低故障率。
3、一种示例性系统和方法包括硬件特征、系统集成方面和/或电池管理方面，它们为适度能力的电池技术(诸如铅酸电池)提供改善的能力、利用率和电池寿命。在某些实施方案中，本文所述的硬件特征、系统集成方面和/或电池管理方面减少了系统的给定能力所需的电池数量、减少了替换和/或维护事件的次数和/或扩展了具有高能力电池技术(诸如锂离子电池)的系统的能力。本文的示例性系统和方法提供了支持多种负载类型和占空比要求的能力，包括具有多种电接口要求的负载。本文的示例性系统和方法提供了移除目前已知系统的一个或多个方面的能力，在某些实施方案中，这些系统包括起动马达、一个或多个带驱动附件、冗余暖通空调(hvac)系统、辅助动力单元(apu)和/或用于存储功率以便进行离线操作和原动机起动的分离的电池组。
4、以下提供了本公开的多种示例性的系统和方法的具体方案。
5、一种示例性系统包括：pto设备，所述pto设备被构造成选择性地耦合到车辆的传动系；马达/发电机，所述马达/发电机电耦合到电功率存储系统；共享负载，所述共享负载由所述传动系或所述马达/发电机中的一者选择性地提供动力；并且其中所述pto设备还包括耦合致动器，所述耦合致动器被构造成在第一位置以第一所选择的比率将所述共享负载耦合到所述马达/发电机，并且在第二位置以第二所选择的比率将所述共享负载耦合到所述传动系。
6、根据上述系统的一个实施例，所述耦合致动器还被构造成在所述第二位置以第三所选择的比率将所述马达/发电机耦合到所述传动系。
7、根据上述系统的一个实施例，所述耦合致动器还被构造成在第三位置以第四所选择的比率将所述马达/发电机耦合到所述传动系。
8、根据上述系统的一个实施例，所述系统还包括选择性地耦合到所述共享负载的负载驱动轴，其中所述马达/发电机在所述第一位置为所述负载驱动轴提供动力，并且其中所述传动系在所述第二位置为所述负载驱动轴提供动力。
9、根据上述系统的一个实施例，所述耦合致动器还被构造成在所述第三位置使所述共享负载与所述负载驱动轴解耦。
10、根据上述系统的一个实施例，所述耦合致动器还被构造成在所述第一位置使所述负载驱动轴与所述传动系解耦。
11、根据上述系统的一个实施例，所述马达/发电机还被构造成在所述第二位置对所述电功率存储系统充电。
12、一种示例性方法包括：在第一操作模式下利用马达/发电机以及在第二操作模式下利用车辆的传动系为共享负载选择性地提供动力，其中所述选择性提供动力包括：在所述第一操作模式下，将所述传动系以第一所选择的比率耦合到所述共享负载并且以第二所选择的比率耦合到所述马达/发电机；以及在所述第二操作模式下将所述马达/发电机以第三所选择的比率耦合到所述共享负载。
13、根据上述方法的一个实施例，所述方法还包括在第三操作模式下以第四所选择的比率利用所述马达/发电机为所述传动系选择性地提供动力。
14、根据上述方法的一个实施例，所述第三操作模式包括蠕变模式，并且其中利用所述马达/发电机为所述传动系提供动力向所述传动系提供原动力。
15、根据上述方法的一个实施例，所述方法还包括在第四操作模式下以第五所选择的比率利用所述马达/发电机为所述传动系选择性地提供动力。
16、根据上述方法的一个实施例，所述第四操作模式包括曲柄模式，并且其中利用所述马达/发电机为所述传动系提供动力提供曲柄启动功率以起动耦合到所述传动系的原动机。
17、一种示例性方法包括：操作pto设备以利用传动系和马达/发电机中的一者为共享负载选择性地提供动力；利用包括呈串联配置的多个电池单元组的电池组为所述马达/发电机提供动力；确定所述电池组内的各个电池单元组的所述荷电状态；以及均衡所述电池组内的所述各个电池单元组之间的所述荷电状态。
18、根据上述方法的一个实施例，所述均衡包括对所述电池组的较高充电的电池单元组进行电阻性放电。
19、根据上述方法的一个实施例，所述均衡包括将所述电池组的电池单元组与具有隔离变压器的反激转换器耦合。
20、根据上述方法的一个实施例，所述均衡包括利用所述电池组的较高充电的电池单元组为有用负载提供动力。
21、根据上述方法的一个实施例，所述方法还包括通过功率电子器件处理来自所述电池组的所述较高充电的电池单元组的所述放电功率，以将所述放电功率配置为针对所述有用负载的电功率格式。
22、根据上述方法的一个实施例，所述均衡包括响应于所述电池组的较高充电的电池单元组与所述电池组的较低充电的电池单元组之间的荷电状态差值来选择放电操作。
23、根据上述方法的一个实施例，所述方法还包括执行维护操作以在维护18个月时替换所述电池组的至少一部分。
24、根据上述方法的一个实施例，所述电池组包括八个标称12v电池组，所述电池组耦合成四个串联电池的两个并联组，并且其中所述维护操作包括替换所述两个并联电池组中的一个。
25、根据上述方法的一个实施例，所述方法还包括执行维护操作以在维护24个月时替换所述电池组的至少一部分。
26、根据上述方法的一个实施例，所述电池组包括八个标称12v电池组，所述电池组耦合成四个串联电池的两个并联组，并且其中所述维护操作包括替换所述两个并联电池组中的一个。
27、一种示例性系统包括：pto设备，所述pto设备被构造成选择性地耦合到车辆的传动系；电功率存储系统，所述电功率存储系统包括电池组，所述电池组包括呈串联配置的多个电池单元组；马达/发电机，所述马达/发电机电耦合到所述电功率存储系统；共享负载，所述共享负载由所述传动系或所述马达/发电机中的一者选择性地提供动力；和控制器，所述控制器包括：电池状态描述电路，所述电池状态描述电路被构造成确定所述多个电池单元组中的每一个的荷电状态；和电池管理电路，所述电池管理电路被构造成响应于所述多个电池单元组中的每一个之间的所述荷电状态而提供电荷均衡命令。
28、根据上述系统的一个实施例，所述系统还包括电压传感器，所述电压传感器耦合到所述多个电池单元组中的每一个，并且其中所述电池状态描述电路还被构造成响应于来自所述电压传感器中的每一个的电压值来确定所述多个电池单元组中的每一个的所述荷电状态。
29、根据上述系统的一个实施例，所述系统还包括温度传感器，所述温度传感器耦合到所述多个电池单元组中的每一个，并且其中所述电池状态描述电路还被构造成响应于来自所述温度传感器中的每一个的温度值来确定所述多个电池单元组中的每一个的所述荷电状态。
30、根据上述系统的一个实施例，所述电池管理电路还被构造成提供所述电荷均衡命令作为电阻性放电命令，所述系统还包括用于所述多个电池单元组中的每一个的电阻性放电电路，其中所述电阻性放电电路响应于所述电阻性放电命令。
31、根据上述系统的一个实施例，所述电池管理电路还被构造成提供所述电荷均衡命令作为有用的放电命令，所述系统还包括有用的放电电路，所述有用的放电电路被配置为响应于所述有用的放电命令而利用所述多个电池单元组中的较高充电的电池单元组为有用负载提供动力。
32、根据上述系统的一个实施例，所述有用的放电电路还包括功率电子器件，所述功率电子器件被构造成将来自所述多个电池单元组中的所述较高充电的电池单元组的放电功率配置为针对所述有用负载的电功率格式。
33、根据上述系统的一个实施例，所述多个电池单元组中的每一个都包括标称12v铅酸电池。
34、根据上述系统的一个实施例，所述电池组包括串联耦合的所述多个电池单元组中的四个。
35、根据上述系统的一个实施例，所述电池管理电路还被构造成提供所述电荷均衡命令作为有用的放电命令，所述系统还包括有用的放电电路，所述有用的放电电路被配置为响应于所述有用的放电命令而利用所述多个电池单元组中的较高充电的电池单元组为有用负载提供动力。
36、根据上述系统的一个实施例，所述有用负载包括所述车辆上的标称12v负载。
37、根据上述系统的一个实施例，所述有用的放电电路还包括功率电子器件，所述功率电子器件被构造成将来自所述多个电池单元组中的所述较高充电的电池单元组的放电功率配置为针对所述有用负载的电功率格式。
38、根据上述系统的一个实施例，所述有用负载包括所述车辆上的标称48v负载。
39、一种示例性系统包括：pto设备，所述pto设备被构造成选择性地耦合到车辆的传动系；马达/发电机，所述马达/发电机电耦合到电功率存储系统；共享负载，所述共享负载由所述传动系或所述马达/发电机中的一者选择性地提供动力；并且其中所述pto设备还包括耦合致动器，所述耦合致动器被构造成在第一位置将所述共享负载耦合到所述马达/发电机，并且在第二位置将所述共享负载耦合到所述传动系。
40、根据上述系统的一个实施例，所述系统还包括用于防止所述马达/发电机的超速事件的装置。
41、根据上述系统的一个实施例，所述pto设备还包括齿轮箱，所述齿轮箱连接到变速器的齿轮联轴器，所述变速器设置在所述车辆的所述传动系中。
42、根据上述系统的一个实施例，所述变速器包括双中间轴变速器，并且其中所述变速器的所述齿轮联轴器包括所述中间轴中的一个上的齿轮。
43、根据上述系统的一个实施例，所述电功率存储系统还包括四个铅酸电池。
44、根据上述系统的一个实施例，所述系统还包括用于平衡所述四个铅酸电池之间的电功率的装置。
45、本文的示例性系统和方法提供了减少对基础设施诸如充电站和/或岸电的依赖的能力，从而提供了减少诸如空转发动机时间的不期望操作的能力，同时提供了不受约束的路由、递送和运输调度的能力，这可进一步提供除安装了本公开的特定实施方案的直接车辆或应用之外的附加系统级别和/或车队范围内的效率。本文的示例性系统和方法提供了车辆上的电气系统之间的交互，并且有利地利用可用系统来产生附加的能力和对能源的有效使用。本文的示例性系统和方法灵活地支撑多个潜在负载，包括压缩机/hvac负载、混合器、液压泵、任何pto负载、住宿负载和/或任何附件负载。本文的示例性系统和方法具有用于支撑负载的多种功率能力，包括高达至少5kw标称负载、10kw标称负载、15kw标称负载和/或30kw标称负载的负载。本文的示例性系统和方法另外能够支撑高于标称负载的峰值负载和/或瞬时负载。本文的示例性系统和方法包括用于某些应用的多于一个pto设备。
1.一种系统，包括：
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述耦合致动器还被构造成在所述第二位置以第三所选择的比率将所述马达/发电机耦合到所述传动系。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述耦合致动器还被构造成在第三位置以第四所选择的比率将所述马达/发电机耦合到所述传动系。
4.根据权利要求3所述的系统，还包括选择性地耦合到所述共享负载的负载驱动轴，其中所述马达/发电机在所述第一位置为所述负载驱动轴提供动力，并且其中所述传动系在所述第二位置为所述负载驱动轴提供动力。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述耦合致动器还被构造成在所述第三位置使所述共享负载与所述负载驱动轴解耦。
6.根据权利要求4所述的系统，其中所述耦合致动器还被构造成在所述第一位置使所述负载驱动轴与所述传动系解耦。
7.根据权利要求2所述的系统，其中所述马达/发电机还被构造成在所述第二位置对所述电功率存储系统充电。
8.一种方法，包括：
9.根据权利要求8所述的方法，还包括在第三操作模式下以第四所选择的比率利用所述马达/发电机为所述传动系选择性地提供动力。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第三操作模式包括蠕变模式，并且其中利用所述马达/发电机为所述传动系提供动力向所述传动系提供原动力。
11.根据权利要求9所述的方法，还包括在第四操作模式下以第五所选择的比率利用所述马达/发电机为所述传动系选择性地提供动力。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第四操作模式包括曲柄模式，并且其中利用所述马达/发电机为所述传动系提供动力提供曲柄启动功率以起动耦合到所述传动系的原动机。
13.一种系统，包括：
14.根据权利要求13所述的系统，还包括用于防止所述马达/发电机的超速事件的装置。
15.根据权利要求13所述的系统，其中所述功率输出设备还包括齿轮箱，所述齿轮箱连接到变速器的齿轮联轴器，所述变速器设置在所述车辆的所述传动系中。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述变速器包括双中间轴变速器，并且其中所述变速器的所述齿轮联轴器包括所述中间轴中的一个上的齿轮。
17.根据权利要求15所述的系统，其中所述电功率存储系统还包括四个铅酸电池。
18.根据权利要求17所述的系统，还包括用于平衡所述四个铅酸电池之间的电功率的装置。
