具有过压保护的多电流源优先级电路的制作方法

本发明涉及具有过压保护的多电流源优先级电路。

背景技术：

在车辆中，交流发电机是dc电流源，用于向车辆电子设备提供电力并对车载电池充电。然而，交流发电机代表内燃机上的机械负载并因此影响燃料经济性。车辆操作员正在部署利用诸如太阳能的额外电流源来增强交流发电机的系统。

同时使用多个电流源，例如太阳能电池板和交流发电机，当对车辆电池充电时，如果没有适当地控制，则在功率输送和最终电池电压方面会产生不一致的结果。如果未适当地管理电池电压，则电池可能会过度充电或充电不足，从而导致电池寿命缩短和容量减少。

技术实现要素：

在此描述的主题的一方面涉及电路，该电路防止电池充电至高于第一电压调节器的第一电压设置点的电压。该电路(circuit)包括：第一输入，其用于连接到具有第一电压调节器的交流发电机；第二输入，其用于连接到具有第二电压调节器的太阳能电池板；第一输出，其用于连接到具有充电/放电电流的电池和具有负载电流的负载，第一线路(circuitry)用于检测交流发电机处于第一状态，第一状态对应于第一电压调节器的第一电压设置点，并且第二线路用于：当第一线路表示交流发电机处于第一状态时，将第二电压调节器设置为高于第一电压设置点的第二电压设置点；并且将第二电压调节器的输出处的第一电流限制设置为低于负载电流，其中：第一输出处的第一电流包括来自太阳能电池板的与第一电流限制对应的电流量。

第二电压设置点可以设置为足够高以提供针对观察到的或潜在的电压噪声的裕度。在一些实施方式中，高于第一电压设置点至少0.2伏或至少0.5伏。在一些实施方式中，第一线路包括以下的至少一个：车辆座椅占用传感器、电流传感器、点火开关传感器、控制器区域网络总线接口、发动机rpm传感器、质量空气流量传感器、燃料流量传感器、o2传感器、油压传感器、用于检测来自燃料喷射器的pwm信号的传感器、用于检测来自点火线圈的12/24伏系统检测到的电噪声的传感器、频率传感器、速度传感器、用于检测阈值电池电压的传感器、以及用于检测交流发电机和控制模块接口之间的信号的传感器。在一些实施方式中，第二线路还用于，当第一线路表示交流发电机未处于第一状态时，将第二电压调节器设置为第三电压设置点，该第三电压设置点低于第二电压设置点。在示例实施方式中，第一电压设置点约为14.0伏，第二电压设置点约为14.6伏，第三电压设置点约为13.8伏。

在一些实施方式中，电路还包括第三输入，其用于连接到具有第三电压调节器的第三电流源；其中第二线路还用于，当第一线路表示交流发电机处于第一状态时，将第三电压调节器设置为高于第一电压设置点且低于第二电压设置点的第三电压设置点。在一些实施方式中，第二线路还用于，当第一线路表示交流发电机未处于第一状态时，设置第二电压调节器的输出处的第二电流限制，该第二电流限制超过负载电流。

在一些实施方式中，第二线路还包括并联布置的二极管和开关，该二极管和开关位于第二电压调节器与电池之间。第二线路可以还用于，当第一线路表示交流发电机未处于第一状态时，使该开关断开。

在一些实施方式中，太阳能电池板与安装在车辆上的太阳能电池阵列对应。太阳能电池阵列可以是薄膜柔性阵列。在一些实施方式中，第一状态对应于大于诸如0.1或0.5安培的阈值的来自交流发电机的电流量。在其他实施方式中，阈值至少为1安培、2安培等以确保电流源处于活跃。

在一些实施方式中，第二线路集成在太阳能充电控制器中，该太阳能充电控制器耦接至太阳能电池板。在一些实施方式中，第二线路集成到车辆电子系统中。在一些实施方式中，太阳能电池板的大小被设计为具有小于负载电流最小值的最大电流输出。在一些实施方式中，电路还包括第三线路，其用于监视由交流发电机生成的增加电流，该由交流发电机生成的增加电流对应于增加的负载电流。第二线路还可以用于将第二电压调节器的输出处的第二电流限制设置为增加的负载电流以下，其中第一输出处的第二电流包括与第二电流限制对应的来自太阳能电池板的电流量。所描述的技术的实施方式可以包括硬件、方法或处理、或者计算机可访问的介质上的计算机软件。

在进一步的实施方式中，所述第一状态对应于来自所述交流发电机的大于0.5安培的电流量。

在进一步的实施方式中，所述第二线路集成在耦接到所述太阳能电池板的太阳能充电控制器中。

在进一步的实施方式中，其中所述第二线路集成在车辆电子系统中。

在进一步的实施方式中，其中太阳能电池板的大小被设计为具有小于所述负载电流的最小值的最大电流输出。

在进一步的实施方式中，还包括：

第三线路，其用于监视由所述交流发电机产生的增加的电流，所述交流发电机产生的增加的电流对应于增加的负载电流；

其中所述第二线路还用于：

在第二电压调节器的输出端设置低于增加的负载电流的第二电流限制，其中：

所述第一输出处的第二电流包括来自太阳能电池板的与所述第二电流限制对应的电流量。

在此描述的主题的另一方面涉及一种系统，该系统包括：具有第一电压调节器的交流发电机；具有第二电压调节器的太阳能电池板；具有充电/放电电流的电池；具有负载电流的负载；第一输出用于连接到电池和负载；第一线路用于检测交流发电机处于第一状态，第一状态对应于第一电压调节器的第一电压设置点；并且第二线路用于：当第一线路表示交流发电机处于第一状态时，将第二电压调节器设置为高于第一电压设置点的第二电压设置点；并且将第二电压调节器的输出处的第一电流限制设置为低于负载电流，其中：第一输出处的第一电流包括来自太阳能电池板的与第一电流限制对应的电流量。

在此描述的主题的另一方面涉及包括在此描述的系统的车辆。

下面进一步参考附图来描述这些方面以及其他方面。

附图说明

图1a至图1d是具有过压保护的多电流源优先级电路的示例操作场景的示意图。

图2是具有过压保护的多电流源优先级电路的具体实施例的简化框图。

图3是用于车辆的具有过压保护的多电流源优先级电路的具体实施例的简化框图。

图4是用于车辆的具有过压保护的多电流源优先级电路的具体实施例的另一简化框图。

图5是具有过压保护的多电流源优先级电路的具体实施例的另一简化框图。

具体实施方式

本公开描述了用于对同时操作的电流源的电流输出进行优先级排序的系统和技术。例如，当太阳能电池板和交流发电机都向相同的电池负载和电气负载输出电流时，可以使从太阳能电池板汲取的电流最大化，同时可以使从交流发电机汲取的电流最小化。还公开了用于持续电池过压保护的系统和技术。例如，太阳能电池板可以被配置为基于交流发电机开启还是关闭而具有不同的电压和电流曲线。

在具有两个或更多个充电电源的系统中，可以确定每个电源的输出电流以创建最有效的系统。每个电源的电压设置点随后可以用于确定每个电源将停止贡献的序列。

例如，当只有一个电源提供电流时，如果这个电源的输出电流被限制到小于电气负载电流的量，则由于存在离开电池的净电流，电池电压将下降。因此，将不会达到用于设置在由电压调节器支持且高于现有电池电压的任何值处的该电源的电压调节器的特定电压设置点。

作为另外的示例，当两个电源提供略大于电气负载电流的混合电流时，能够对电池进行充电，并且第一电源或第二电源可以用于调节最后的电池充电电压。例如，将第二电源的电压调节器配置为具有比第一电源的电压调节器的电压设置点较低的电压设置点，并且将第一电源配置为具有比电气负载电流低的电流限制，较低的电压设置点调节最后的电池充电电压。这是因为一旦达到较低的电压设置点，来自第二电源的组合电流的部分减少，并且与来自第一电源的电流对应的剩余电流被限制到电气负载电流以下。因此，电池不再具有净充电电流，并且电池电压不持续升高。

相反，在不将第一电源配置为具有低于电气负载电流的电流限制的情况下，电池电压可以持续升高，并且第一电源的电压调节器的较高电压设置点可以调节最终的电池充电电压。如果较高电压设置点超出电池的额定电压，则过压状态可能损害电池寿命/容量。

如在这里所述，将一个电源的电流限制到电气负载电流以下允许该电源将其电流贡献最大化，同时允许另一电源来调节电池电压。在一些实施方式中，电流感测使得一个电源能够以特定的输出电压设置点和特定的电流限制来进行操作，从而最大化电流贡献同时允许另一电源来调节电池电压。在特定的实施方式中，使用来自监视一个电源的电流传感器的一个或多个数字信号输出简化了第二电源的固件和/或电源控制线路。在各种实施方式中，使用无源设备(例如，二极管等)或有源设备(例如，线性调节器等)简化了电源的设计。在一些实施方式中，电流优先级电路能够在不改变oem车辆硬件的情况下进行安装，并且能够在不与车辆系统进行通信的情况下进行操作。

图1a至图1d示出在不同情景下操作的电流源优先级线路的示例。这些场景对应于车辆具有能够用作车辆上的电气系统的能量源的电池的示例实施方式。车辆具有至少两个能够用作电池充电器的电流源，以及连接到电池的至少一个电气负载。在图1a至图1d中，太阳能充电控制器用作主电源，交流发电机用作次级电源。

每个电流源都具有电压调节器。电压调节器可以具有内部电压参考，当将电压调节器的已配置的电压设置点与在电压调节器的输出处检测到的电压进行比较时使用该内部电压参考。电压调节器能够例如通过增大电流来调整电压调节器的输出处的检测电压。增大流过电阻式负载的电流使得电压调节器的输出朝向电压设置点增大。类似地，增大电流以致存在流入电池的净电流使得电池端子两端的电压增大，由此电压调节器的电压输出朝向电压设置点收敛。电压调节器能够使用维持电压电平的各种电路设计来实现。电压调节器可以使用前向反馈或负反馈设计，并且可以使用机电构件和/或电气组件。电压调节器可以调节ac或dc电压。在一些实施方式中，电流源可以不具有电压调节器，而是诸如基于太阳能电池板阵列设计将电流源配置为不超过特定的电压。

电流源可以具有电流限制器。电流限制器能够使用限制电流的各种电路设计来实现。作为一个非限制示例，电流限制器能够使用低值感测电阻器、控制电路和传输晶体管来实现。作为另一非限制示例，电流限制器能够使用p沟道mosfet作为传输设备，该p沟道mosfet具有由放大感测电阻器的电压降的晶体管来控制的栅极电压。应当理解的是，电流限制器电路设计具有相关联的电压降，并且在一些实施方式中，能够相对于在此描述的特定电压值来补偿该电流限制器电压降。在一些实施方式中，电流源可以没有电流限制器，而是诸如基于太阳能电池板阵列设计将电流源配置为不超过特定的电流。

连接到电池的电气负载可以对应于与作为非限制性示例的发动机管理、多媒体和加热、通风和空调(hvac)、车身电子设备、底盘电气化、照明(外部和内部)、舒适站相关的车辆功能，例如制冷和升降门子系统的其他电池、工业或商业应用等。连接到电池的电气负载汲取电气负载电流。电气负载电流能够由诸如交流发电机或太阳能电池板或者两者的电源来提供。当电源无法提供足够的电流时，诸如由于交流发电机在点燃发动机时关闭，如果电池充分充电，则能够输出电池放电电流从而提供电气负载电流或一部分电气负载电流，这反过来会使得电池电压下降。

应当理解的是，电池能够作为电源的电池负载。当电池被充电时，电池能够汲取电池负载电流，其用作电池充电电流，并且电源输出充足的电流以向电气负载提供电气负载电流并且向电池提供电池负载。应当进一步理解的是，电池负载是电源上的电气负载，但是为了在此的描述，术语“电气负载电流”和“电池负载电流”用于分别阐明向耦合到电池输出的电气负载提供的电流，以及向耦合到电源输出的电池负载提供的电流。

图1a至图1d示出针对一系列车辆事件的电池电压、电气负载电流、电池负载电流、太阳能电流和交流发电机电流所示的电压与电流迹线。

应当理解的是，图1a至图1d中迹线的比例是相对的，并不旨在限制时间、电压和电流值的绝对值。此外，为了清楚起见，未示出与波动、抖动、干扰、切换、噪声、温度系数、滞后、辐照度波动等对应的电压和电流现象。还应当理解的是，针对每个电流源所示的均匀电流输出和充电与非充电间隔之间的阶跃切换是为了清楚的目的，实际的电流电压关系由电流源的特性来确定。还应当理解的是，为了清楚起见，没有示出控制循环的效果，诸如微处理器使得交流发电机对于电气负载电流的突出变化具有阻尼或滞后的响应从而最小化车辆乘客的乘坐体验的任何劣化。本领域技术人员应当理解的是本公开的范围不受到参考以下说明性附图的限制。而是，本公开的范围应当参考所附权利要求来确定。

图1a对应于如下的序列，该序列包括：利用完全充电的电池进行车辆发动机点火，打开无线电，关闭发动机，仅使用太阳能电流对电池完全充电，然后关闭无线电。车辆停放在太阳光下并且经历对应的时间间隔的均匀辐射。

在t0处，完全充电的电池具有与电压值vbatt对应的初始电池电压103。在t1处，当点火开关被触发时，诸如通过转动钥匙，启动器螺线管能够闭合一对接触，该对接触用于将启动器放电电流105从电池中继到启动器电动机以使车辆发动机运转。应当理解的是，所示电池负载电流迹线的负值对应于电池之外的电流流动。由于电池提供了启动器放电电流105，所以电池能够经历启动器电压压降107。启动器放电电流105能够被提供给与启动器电动机对应的电气负载，如具有相似振幅和持续时间的对应启动器负载电流109所示。紧接t1之后，诸如因为车辆操作者已决定不开始驾驶，发动机关闭。由于已经脱离启动器电动机，所以电气负载电流和电池负载电流在t1之后立即下降。然而，无线电在t1时刻开启，并且车辆电子设备继续消耗与无线电气负载电流111对应的电气负载电流。

t1之后片刻，太阳能充电控制器可以确定交流发电机关闭，例如通过感测车辆点火开关的状态。在一些实施方式中，确定交流发电机处于关闭还是开启可以包括确定电动机是否正在运行。除了感测车辆点火开关的状态之外，确定交流发电机是否关闭的示例包括但不限于感测以下中的一个或多个：发动机rpm；质量空气流量；燃料流量，氧气(o2)流量；油压；来自燃油喷射器的pwm信号，来自点火线圈的12/24伏系统的电噪声。另外的示例包括但不限于：使用频率开关或具有来自燃料喷射器、点火器或转速计的输入信号的传感器；使用速度传感器，检测电池电压大于14v(或取决于电池类型的其他阈值电压)；以及拦截在交流发电机与发动机控制模块或(动力传动系控制模块)接口之间的模拟或数字信号。

电压调节器可以耦合到太阳能电池板，例如集成到太阳能充电控制器中的电压调节器。作为非限制性示例，电压调节器可以是线性分流调节器，其改变与电气负载和电池负载并联的电阻，从而将可变量的电流分流到地。例如，当电压设置点是14.0伏并且检测到的电压是13.5伏时，电压调节器能够使分流电阻最大化，使得来自太阳能电池板的最大电流量被提供给电压调节器的输出。当检测到的电压等于或超过例如14.0伏时，电压调节器可以降低分流电阻从而分流来自太阳能电池板的所有电流远离电池。

基于检测到除太阳能电池板之外的没有其他电流源，太阳能充电控制器可以被配置为与将太阳能电池板的电压调节器的电压设置点vsol1设置为vbatt对应的电压曲线。在一些实施方案中，vsol1可以是略低的电压，例如vsol1＝vbatt-0.3，以提供电压裕度。

同样基于检测到除太阳能电池板之外没有其他电流源，太阳能充电控制器能够被配置为具有与大于无线电气负载电流111的电流限制isol1对应的电流曲线。可以向电池提供与isol1减去无线电气负载电流111对应的充电电流113，从而在充电间隔115期间升高电池电压。在时间t2，电池电压已达到vsol1电压设置点。同样在t2，电压调节器可以配置分流电阻器以将与充电电流113对应的电流量转向接地，以防止电池的进一步充电。电压调节器仍然在电压调节器输出处提供无线电气负载电流111以给无线电供电，如非充电间隔117所示。在t3关闭无线电，其中电气负载电流和太阳能电流被示为减小到零。

因此，图1a示出了太阳能电流源如何在不对电池过度充电的情况下向电气负载提供电流并对电池充电。

应当理解的是，为了清楚起见，未示出可能继续消耗电流的电气负载，诸如车辆安全系统。此外，为了清楚起见，未示出在电动机开启的短暂时间段内太阳能电池板或交流发电机的电池充电贡献。

图1b对应于如下的序列，该序列包括：利用完全充电的电池进行车辆发动机点火，保持发动机启动，开启无线电，仅使用太阳能电流对电池完全充电，然后关闭发动机和无线电。车辆停在地下；因此没有太阳能电流。

在时刻t0和t1处的电压和电流迹线的解释与图1a相似。然而，紧接在t1之后，发动机保持运转，并且发动机能够驱动交流发电机。

与太阳能电池板类似，交流发电机也可以具有电压调节器。例如，电压调节器可以耦合到交流发电机，从而基于在电压调节器的输出处检测到的电压来控制施加到交流发电机内的转子的励磁电流。例如，当电压设置点为14.0并且检测到的电压为13.5伏时，电压调节器将向转子提供励磁电流，从而为电磁铁供电以产生磁场。由来自例如内燃机或再生制动组件的动能引起的磁场的旋转运动诱导交流发电机产生电流。当检测到的电压朝向电压设置点收敛时，交流发电机电压调节器减小励磁电流，例如使用脉冲宽度调制(pwm)减小系统中的脉冲宽度，使得交流发电机电流输出减小。当检测到的电压超过例如14.0伏时，电压调节器将停止提供励磁电流，并且交流发电机将停止产生电流。这减少了例如由内燃机驱动交流发电机所完成的工作量，这又改善了燃料经济性。

交流发电机电压调节器valt可以是工业标准电压设置点，例如vbatt。在t1之后不久，当无线电正在汲取电流并且由于电池先前放电而电池正在汲取电流时，交流发电机电压调节器向转子提供励磁电流，使得交流发电机产生电流ialt。与isol1类似，ialt也大于无线电气负载电流111，因此可以给无线电供电，并且可以在充电间隔119期间对电池充电以将电池电压升高到valt。然而，如图1b所示，ialt大于isol1，使得充电电流121大于充电电流113。因此，使用交流发电机进行充电的充电间隔119比使用太阳能电池板时的充电间隔115的持续时间短。

在图1b中的时间t2b处，其早于图1a中的时间t2出现，电池电压已经达到valt电压设置点，并且电压调节器可以配置励磁电流，使得交流发电机电流减小到与无线电气负载电流111对应的值，从而防止电池的进一步充电。这由非充电间隔123示出。在t3关闭无线电和发动机，其中电气负载电流和交流发电机电流被示为减小到零。

因此，图1b示出了交流发电机电流源如何在不对电池过度充电的情况下向电气负载提供电流并对电池充电。

图1c对应于如下的序列，该序列包括：利用完全充电的电池进行车辆发动机点火，保持发动机启动，开启无线电，使用太阳能电流和交流发电机电流对电池完全充电，然后关闭发动机和无线电。车辆停放在太阳光下并且经历对应的时间间隔的均匀辐射。

对于图1c，对于在时间t0和t1处的电压和电流迹线的解释与图1b类似，同样对于紧接在t1之后，发动机保持运转使得发动机可以驱动交流发电机。与图1b相反，在图1c中，太阳能电池板也提供电流。

如图1c所示，交流发电机电压调节器设置点valt可以具有vbatt的值。在t1之后不久，当无线电正在汲取电流并且由于电池先前放电而电池正在汲取电流时，交流发电机产生大于无线电气负载电流111的电流ialt。这允许通过交流发电机电流对电池充电。

同样在t1之后不久，基于检测到交流发电机电流超出诸如0.5安的电流，太阳能充电控制器可以被配置为与将太阳能电池板的电压调节器的电压设置点vsol2设置为大于vbatt的值对应的电压曲线。在一些实施方式中，vsol2可以是诸如vsol2＝vbatt+0.5伏的电压。

通过设置vsol2高于valt的电压曲线，太阳能电池板电压调节器的分流电阻用于最小化分流到地的电流，并且由太阳能电池板电压调节器输出全部量的太阳能电流，直到电流曲线指定的电流限制。由太阳能电池板电压调节器输出的太阳能电流131与来自交流发电机电压调节器的值为ialt的交流发电机电流133相加，减去无线电气负载电流111，与电池负载电流125对应，该电池负载电流125可以提供给电池以在充电间隔127期间提高电池电压。

如图1c所示，电池负载电流125大于图1a中的充电电流113和图1b中的充电电流121两者。因此，使用交流发电机电流和太阳能电流两者进行充电的终点间隔127比只使用交流发电机电流或只使用太阳能电流时的持续时间短。因此，通过相对于图1b减少交流发电机产生ialt的持续时间，得以改善燃油经济性。

同样基于检测到交流发电机电流超过阈值，太阳能充电控制器可以同时配置为具有与isol2对应的电流曲线，电流限制小于与图1c中所示的场景的无线电气负载电流111对应的总电气负载电流。

在图1c中的时间t2c，其早于图1b中的时间t2b出现，电池电压已经达到valt电压设置点，并且电压调节器可以配置励磁电流，使得交流发电机电流减小并且电池电压停止增加。这由非充电间隔129示出。

在时间t2c，电池电压仍未达到高于valt的vsol2电压设置点。因此，在时间t2c，太阳能电池板电压调节器仍然可以配置分流电阻器以最小化分流到接地的电流，使得通过太阳能电池板电压调节器输出与isol2对应的全部量的电流以试图进一步增加电池电压。然而，因为isol2低于无线电气负载电流111，所以不会有净电荷流入电池，因此电池将不会继续充电到升高的电压设置点vsol2。

因此，通过设置vsol2大于valt的电压曲线，以及isol2低于电气负载电流的电流曲线，通过让valt控制最终的电池电压，同时仍然最大化来自太阳能的电流直至isol2限制，来为电池提供过压保护。

在一些实施方式中，在非充电间隔129期间，因为小的交流发电机电流135提供与无线电气负载电流111与isol2之差对应的电流用于充分地为无线电供电，所以电池电压在valt附近保持稳定。

因此，除了由于缩短的充电时间而改善燃料经济性之外，还因为部分所需的无线电气负载电流111可以由处于电流限制值isol2的太阳能电流来提供，燃料经济性也得到改善。

在t3关闭无线电和发动机，其中电气负载电流和交流发电机电流被示为减小到零。

在一些实施方式中，当交流发电机关闭时，太阳能充电控制器可以将其电压设置点改变为针对使用中的电池类型的标准充电电压，例如vbatt。这可以通过例如使用交流发电机的电流信号来确定交流发电机的存在和/或活动来实现。

在图1c的示例中，如果车辆在充电间隔127期间突然关闭并且交流发电机停止产生电流，则太阳能充电控制器可以使用电流传感器来检测该状况并且下降到vsol1的电压曲线，其可以是vbatt或略低。这将防止电池过度充电。除了改变电压曲线之外，电流曲线可以增加到isol1，使得有足够的电流来给电池充电并且向无线电供电，从而导致恢复到如图1a所述的模式。应当理解的是，如果发动机重新接通，则太阳能充电控制器可以感测交流发电机电流并切换回vsol2电压曲线和isol2电流曲线。

因此，图1c示出了交流发电机电流源和太阳能电流源两者如何能够以节省燃料的方式向电气负载提供电流并且对电池充电而不会对电池过度充电，即使交流发电机突然关闭的情况。改善的燃料经济性源于缩短的充电时间和通过太阳能电流替换一部分交流发电机电流用于在非充电间隔期间为电气负载供电。

当太阳能电池板电压调节器被设置为升高的电压设置点vsol2时，通过将isol2设置为使得没有到电池的净充电电流的值来提供过电压保护。在一些实施方式中，isol2的值不是基于直接或间接地感测实际的电气负载电流，而是使用车辆的已知特性来预先确定。例如，在发动机开启之后，特定车辆可以具有已知的最小电气负载电流。通过在检测到交流发电机正在运行时将isol2设置为低于此最小电气负载电流，来提供过压保护。例如，在图1a至图1c所示的操作场景中，如果无线电具有与最小电气负载电流相似的电流消耗，则优先级了燃料经济性改善。然而，如果无线电具有例如比isol2被设置为的最小电气负载电流值高3安培的电流消耗，太阳能电池板能够提供额外的3安培，则燃料经济性改善未优先级。

在某些实施方式中，可以使用闭环反馈来配置isol2。通过将isol2增加到恰好低于实际的电气负载电流，基于缩短的充电间隔和在非充电间隔期间的交流发电机电流替换的燃料经济性改善被更好地优先级。例如，反馈能够用于跟踪实际电气负载电流的正负变化，例如当车辆附件被打开或关闭时。

在一些实施方式中，在充电间隔期间，通过将isol2增加到恰好低于实际电气负载电流以更接近组合的电气负载电流和电池负载电流，能够进一步优先级燃料经济性改善。例如，监视第二电源(例如交流发电机)的电流可以用作对第一电源(例如太阳能电池板)的反馈，使得第一电源可以增加其输出电流直到第二电源的电流名义上高于0安培。这允许第一电源动态地最大化其电流贡献，同时最小化第二电源的电流贡献。

图1d对应于使用交流发电机电流反馈来修改isol2的示例实施方式。图1d对应于如下的序列，该序列包括：利用完全充电的电池进行车辆发动机点火，保持发动机启动，开启无线电，使用太阳能电流和交流发电机电流对电池完全充电，开启车窗除霜器，然后关闭发动机、无线电和车窗除霜器。

对于图1d，对于在时刻t0和t1处的电压和电流迹线的解释与图1c相似。然而，充电间隔145比图1c的充电间隔127短。具体地，充电间隔145期间的太阳能电流147不限于低于与无线电气负载电流111对应的电气负载电流，因此电池负载电流149可以大于图1c的电池负载电流125。

在图1d中，由于反馈回路试图将交流发电机电流降低到0.5安培的阈值，因此产生用于对电池充电的增大的太阳能电流。为了降低交流发电机电流，电池电压可以增加，使得交流发电机电压调节器可以向转子提供更小的励磁。太阳能充电控制器通过增加太阳能电流来增加电池电压。在一些实施方式中，太阳能电流受到太阳能电池板的电流容量的限制，其如先前针对图1a所讨论地被限于isol1。

由于交流发电机正在运行，因此交流发电机正在控制电池电压，太阳能充电控制器被配置为vsol2/isol2曲线。在充电间隔145期间，通过感测交流发电机电流输出尚未被驱动到诸如0.5安培的低阈值，isol2被增加到isol1最大太阳能电流输出值。在充电间隔期间，通过相对于图1c进一步缩短充电间隔145，来使用反馈机制实现改善的燃料经济性。

当电池电压达到valt时，电池充电在t2d完成。在时间t2d，因为电池已经被充电，电池负载电流为零，所以isol2减小到略低于无线电气负载电流111。图1d的非充电间隔139也不同于图1c的非充电间隔129。具体而言，在图1d的非充电间隔139期间，窗户除霜器在时间t3接通，并且无线电和窗户除霜器的组合电气负载电流对应于增加的电气负载电流137。

同样，由于交流发电机正在运行，因此交流发电机正在控制电池电压，太阳能充电控制器被配置为vsol2/isol2曲线。isol2先前被配置为略低于无线电气负载电流111。如果isol2没有增加到略低于增加的电气负载电流137，则交流发电机输出电流将增加。例如，因为电池开始更快地耗尽，并且电池电压下降到交流发电机电压调节器使得交流发电机增大电流以重新充电电池电压的程度，交流发电机输出电流增加。作为另一例子，交流发电机输出增加以向窗户除霜器提供电流。

然而，在isol2可以增加到略低于增加的电气负载电流137的实施方式中，例如通过使用来自交流发电机的输出处的电流传感器的反馈，窗户除霜器消耗的额外电流可以由太阳能充电控制器而不是交流发电机提供。在图1d中，这通过太阳能电流141被提升至具有于isol2'对应的值来说明，并且交流发电机电流143在非充电间隔139期间保持平坦，这表示尽管打开窗户但是交流发电机对于发动机的负载并未增加。在此示例中，isol2'小于太阳能电池板的最大电流输出isol1。

在t4关闭无线电、窗户除霜器和发动机，其中电气负载电流和交流发电机电流被示为减小到零。

在图1d的示例中，与图1c类似，如果车辆在充电间隔145期间突然关闭并且交流发电机停止产生电流，则太阳能充电控制器可以使用电流传感器来检测该状况并且下降到vsol1的电压曲线，其可以是vbatt或略低。这将防止电池过度充电。除了改变电压曲线外，还可以将电流曲线设置为isol1。应当理解的是，如果发动机重新接通，则太阳能充电控制器可以感测交流发电机电流并切换回vsol2电压曲线和isol2电流曲线。

因此，图1d示出了如何能够通过使用交流发电机电流反馈将isol2与实际组合的电气负载电流和电池负载电流之间的偏差最小化来优先级燃料经济性改进。应当理解的是，因为isol2保持低于实际组合的电气负载电流和电池负载电流，所以仍然提供如在此所述的过电压保护。

图2是具有过压保护的多电流源优先级电路的具体实施方式的简化框图。多电流源优先级电路200包括第一输入236，其用于连接到具有第一电压调节器220的第一电流源210。图2还示出了第二输入231，其用于连接到具有第二电压调节器225和电流限制器226的第二电流源205。图2进一步描绘了输出240，其用于连接到具有充电/放电电流246的电池245和具有电气负载电流247的电气负载250。

图2包括第一线路235，其用于生成表示第一电流源210的特定状态的一个或多个输出217。例如，特定状态可以包括第一状态，其对应于第一电流源210处于活跃并且具有第一电压调节器220的第一电压设置点；以及第二状态，其对应于第一电流源210处于不活跃。

图2还包括第二线路230，其用于当第一线路235的一个或多个输出217表示第一电流源210处于第一状态时做出响应。第二线路230可以通过将第二电压调节器225设置为高于第一电压设置点的第二电压设置点来进行响应。在一些实施方式中，第二电压设置点可以比第一电压设置点高至少0.5伏。这是为了提供电压噪声的裕量。例如，0.1伏的裕量可能不够。本领域普通技术人员将认识到的是，足够高于噪声的阈值可以低于0.5伏，例如，至少0.2伏、0.3伏或0.4伏。

第二线路230还可以通过将电流限制器226设置为第二电压调节器225的输出处的第一电流限制来进行响应。在一些实施方式中，第一电流限制低于电气负载电流247。当第二线路230配置有第二电压调节器225的第二电压设置点和电流限制器226的第一电流限制时，输出240处的电流可以包括与第一电流限制对应的来自第二电流源205的电流量。因为第一电流限制低于电气负载电流247，所以多电流源优先级电路200不将电池245充电到高于与第一电压源210的第一电压调节器220相关联的第一电压设置点的电压。

在图2中，当第一线路的一个或多个输出217表示第一电流源210处于与不活跃对应的第二状态时，第二线路230可以将第二电压调节器225设置为低于第二电压设置点的第三电压设置点。在一些实施方式中，第二线路230还可以在第二电压调节器225的输出处设置电流限制器226的第二电流限制，其高于电气负载电流247。当第二线路230配置有第二电压调节器225的第三电压设置点和电流限制器226的第二电流限制时，输出240处的电流可以包括来自第二电流源205的与第二电流限制对应的电流量。因为第二电流限制可以高于电气负载电流247，所以多电流源优先级电路200可以将电池245充电到与第二电压源205的第二电压调节器225相关联的第三电压设置点。由于第三电压设置点低于或等于第二电压设置点，因此电池245不被充电到第二电压设置点以上。

在一些实施方式中，多个电流源优先级电路200还可以包括第三输入262，其用于连接到具有第三电压调节器261的第三电流源260。在这样的实施方式中，当第一线路235表示第一电流源和第三电流源处于活跃时，第二电路230可以进一步用于将第三电压调节器261设置为高于第一电压调节器220的电压设置点且低于第二电压调节器225的电压设置点的电压设置点。在这样的示例中，当电池245被充电时，因为电池245在达到第三电流源260的电压设置点之前达到第一电流源210的电压设置点，所以第一电流源210将在第三电流源260之前停止提供高于标称电流的电流。(第一电流源210将提供标称电流以调节电压)。当电池245的电压达到第三电流源260的电压设置点时，因为第三电流源260不再提供电流并且第二电流源205提供小于电气负载电流247的电流，所以电池245不再被充电。因此，第三电流源260和第二电流源205优先于第一电流源210，第二电流源205优先于第三电流源260，第二电流源205被限制电流以提供电池过电压保护。

应当理解的是，可以基于每个电流源的电压设置点的顺序值来确定优先级的特定顺序。例如，如果反而将第三电压调节器261设置为低于第一电压调节器220的电压设置点的电压设置点，则第一电流源210反而优先于第三电流源260。还应当理解，可以增加电流源的数量，并且可以基于如在此所述的排序电压设置点来配置电流源之间的优先级。

继续包括第三电流源260的示例，当第一线路的一个或多个输出217表示第一电流源210和第三电流源260都不活跃时，第二线路230将第二电压调节器225设置为对电池245安全的电压设置点。第二线路230还可以设置第二电压调节器225的输出处的电流限制器226的第二电流限制，其高于电气负载电流247。与上述类似，第二电流源205的这种配置允许电池245充电，同时仍提供过电压保护。

图3是用于车辆的具有过压保护的多电流源优先级电路的具体实施方式的简化框图。

应当理解的是，对车辆的参考可以在各种应用的背景下，包括个人、娱乐、专业、商业或工业用途。作为非限制性示例，车辆可包括汽车，例如旅行车、轿车、厢式货车和运动型多用途车。商业车辆能够用于人员运输或财务运输，包括包裹(例如卡车和皮卡)。非公路车辆可以包括赛车摩托车、越野自行车、迷你自行车、沙丘车、全地形车、吉普车和雪地车。车辆可以是为人类居住用于由另一车辆牵引的娱乐、工业、专业或商业目的而设计的拖车。车辆可以包括诸如摩托艇、两栖船舶和具有发动机、航天飞机或喷气滑雪板的可充气船舶的船舶。车辆可以包括诸如无人机、私人飞机、商用飞机等的飞行器。

图3描绘了具有能够对电池345充电的两个电流源(交流发电机310和太阳能电池板305)的系统300。太阳能充电控制器330控制从太阳能电池板305到电池345的充电电流。

太阳能电池板305可包括例如由多晶硅和单晶硅制成的晶体硅(c-si)太阳能电池，或使用碲化镉、cigs或非晶硅的薄膜太阳能电池阵列。

电池345可以是汽车电池，例如sli电池(启动器点火电池)，其连接到车辆电气负载350，例如启动器电动机。例如，电池345可以是使用六个串联电池以提供标称12伏系统的铅酸汽车电池，如乘客车辆和轻型卡车中常见，或用于通常用在重型卡车或土方移动设备的24伏系统的12个电池。应当理解的是，对于在此公开的技术也考虑对所有电动车辆电池和混合动力电动车辆电池充电。

太阳能充电控制器330可以使用例如最大功率点跟踪(mppt)、最大功率点控制(mppc)、脉冲宽度调制(pwm)或简化的dc/dc转换器。在一些实施方式中，如果太阳能电池板305的尺寸被设计成不超过电池345的电压和电流最大值，则可以完全消除太阳能充电控制器330。

在图3中，电流传感器335可以测量交流发电机310的输出电流并向太阳能充电控制器330提供反馈。电流传感器335可以使用检测电流(ac或dc)的各种电路设计来实现并产生模拟电压或电流或一个或多个数字输出的。作为非限制性示例，电流传感器335可以使用霍尔效应器件、电阻器件、变压器器件、干涉仪器件、磁通门器件、线圈器件等来实现。

太阳能充电控制器330可以使用电流传感器335来确定交流发电机310是否正在产生输出电流。例如，如果交流发电机310的输出是0安培，则太阳能充电控制器330将移除与太阳能电池板305相关联的输出电流限制，并将太阳能充电控制器330的电压调节器的电压设置点vsol1设置为与正在充电的电池类型的行业标准对应的值。例如，对于用于标称12v车辆电子系统的铅酸电池，可以使用约13.8至约14v的工业标准值。

如果交流发电机310的电流输出大于标称阈值电流，例如大约0.5a，则电流传感器335可以指示交流发电机310正在提供电流。太阳能充电控制器330可以使用电流传感器反馈信号将电压调节器设置点设置为高于vsol1的值vsol2。例如，vsol2可以是大约14.6v。太阳能充电控制器330还可以使用电流传感器反馈信号将太阳能电池板305设置为具有输出电流限制isol2，使得交流发电机310输出低于阈值交流发电机电流的电流。例如，随着车辆中的电气负载电流和电池负载电流发生变化，交流发电机310可以具有将增加或减少以匹配该变化的输出电流。然而，通过使太阳能充电控制器330调整与太阳能电池板305对应的输出电流限制以相应地增加或减少，交流发电机310的输出电流可以保持在或略高于阈值交流发电机电流。这可以最小化发动机上的交流发电机310的机械负载。通过跟踪交流发电机310的输出电流并调整isol2使得没有净充电电流，尽管太阳能充电控制器330的电压调节器被设置为高于电池345的工业标准的电压设置点，但是可以防止电池345过充电。

图4是用于车辆的具有过压保护的多电流源优先级电路的具体实施例的另一简化框图。与图3类似，图4描绘了具有能够对电池445充电的两个电流源(交流发电机410和太阳能电池板405)的系统400。太阳能充电控制器430控制从太阳能电池板405到电池445的充电电流。电流传感器435通过检测交流发电机410是否正在产生输出电流来确定车辆发动机是否开启。

与图3相反，在图4中，太阳能充电控制器430不基于电流传感器435的输出来提供闭环控制。相反，电流传感器435的输出被提供给电压/电流曲线控制器427。电压/电流曲线控制器427可以使用来自电流传感器435的信号在两个电压设置点vsol1和vsol2之间切换。在一些实施方式中，将电流传感器435的输出提供到电压/电流曲线控制器427而不是太阳能充电控制器430允许现有的商业成品太阳能充电控制器利用在此所述的电流优先级和过电压保护技术来增强。

在某些实施方式中，电流传感器435可以包括由电流阈值确定的继电器电路。例如，当交流发电机电流小于i0时，电压/电流曲线控制器427可以配置为电压设置点vsol1。在一些实施方式中，i0可以为约0.5安培，且vsol1为约13.8v。

当交流发电机电流高于i0时，对应于交流发电机运行时，可以使用较高电压设置值vsol2。在一些实施方式中，vsol2可以约为14.6v。类似地，当交流发电机运行时，电压/电流曲线控制器427的输出电流可以被限制为略低于车辆电气负载450的最小值的值isol2。这使得电池电压由交流发电机410确定，因为在达到交流发电机410的电压设置点并且交流发电机410停止输出电流之后没有净充电电流。

在一些实施方式中，电压/电流曲线控制器427可以包含电流限制器。在其他实施方式中，可以通过配置太阳能充电控制器430的最大电流或设置太阳能电池板405的尺寸使得太阳能电池板405的最大输出不超过最小电气负载电流，来限制电压/电流曲线控制器427的输出电流。

用于电压/电流曲线控制器427的vsol1和vsol2之间的选择可以用无源器件或有源器件来实现，该无源器件或有源器件根据电流传感器输出的状态引起可以用继电器旁路的电压降。例如，一个或多个二极管可以与vsol1和vsol2之间的电压差匹配。

图4示出了可以包括在电压/电流曲线控制器427中的并联布置的二极管455和继电器460的示例。当电流传感器435指示交流发电机接通时，继电器460可以被配置为使二极管455的两个端子短路，以便旁路二极管455，使得向电池445提供与太阳能充电控制器430相关联的电压设置点。

当电流传感器435指示交流发电机关闭时，可以断开继电器460，使得太阳能充电控制器430的输出电流流过二极管455，由此引起电压降，从而向电池445提供较低电压值vsol2＝vsol1-vdiode。

图5是具有过压保护的多电流源优先级电路的具体实施例的又一简化框图。在一些实施方式中，可以使用指示车辆和/或交流发电机的状态的设备来代替电流传感器或与电流传感器结合使用。例如，可以使用车辆座椅占用传感器、点火开关传感器、来自控制器局域网(can)总线接口的信号等来确定车辆和/或交流发电机的状态。

作为用于指示车辆状态的设备的非限制性示例，图5描绘了继电器536，其指示点火开关535是否对应于车辆发动机开启或关闭。当点火开关535指示车辆发动机开启并且因此交流发电机输出电流时，继电器536中的开关可以闭合，使得向电池545提供充电控制器530的输出。当点火开关535指示车辆发动机关闭时，继电器536中的开关可以打开，使得充电控制器530的输出通过二极管537，从而导致电压降。随后可以将二极管537的输出提供给电池545。

在图5的示例，充电控制器530可以具有充电算法，其具有电压设置点vsol。交流发电机(图5中未示出)可以具有电压设置值为valt的电压调节器。这两个电压valt和vsol可以根据环境条件和交流发电机和充电控制器530的品牌/型号而变化。因此，对于具有成品组件的给定系统，valt可以小于或等于或大于vsol。如果valt和vsol不同，这会导致每个电源传输的功率百分比和最终电池电压不一致。

当充电控制器530的电流可以被限制为小于电气负载电流，并且充电控制器530的电压设置点vsol可以增加到大于valt时，来自充电控制器530的电流贡献将被最大化，交流发电机电流将被最小化，同时允许交流发电机调节最终的电池电压。这减少了发动机上的机械负载，其提高了燃料效率。因为交流发电机将调节最终的电池电压，所以电池545将根据车辆充电系统设计被继续充电。

在某些实施方式中，电源硬件和控制功能可以集成到充电控制器530中。在一些实施方式中，电源硬件和控制功能可以集成到车辆电气/电子系统和/或其他更高级的系统中。

虽然上面的描述主要描述了具有单个电池的系统，但是这些技术可以与多个电池一起使用。例如，根据特定实施方式的系统可以包括多个曲柄电池或与一个或多个辅助电池耦合的一个或多个曲柄电池。在一些实施方式中，一个或多个曲柄电池和一个或多个辅助电池可以安装有电气开关设备。

应当注意的是，如在此所述的具有过电压保护的多电流源优先级电路的特定实施方式能够满足对高效能量系统的不断增长的需求。具有如在此所述的特性的多个电流源优先级电路对于汽车、海事、航空和其他应用的燃料效率标准的持续发展是重要的。可以使用各种标准或专有的分立电子设备或集成半导体工艺中的任何标准或设备来实现在此描述的各种实施方式。另外，应该注意的是，实现被理解为可以采用更宽范围的半导体材料和制造工艺的实施方式，包括例如cmos、gaas、sige等。如在此所述的具有过电压保护的多电流源优先级电路可以呈现((但不限于))在软件(非瞬态计算机可读介质中的目标代码或机器代码)中，在编译的不同阶段中，作为一个或多个网表(例如，spice网表)，在模拟语言中，在硬件描述语言(例如，verilog、vhdl)，通过一组半导体处理掩模，以及作为部分或完全实现的半导体器件(例如，asic)。一些实现可以是独立的集成电路，而其他实现可以作为较大系统、模块或车辆的一部分嵌入。

本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对上述实施方式的形式和细节进行改变。另外，尽管已经参考一些实施方式描述了各种优点，但是本公开的范围不应受限于对这些优点的参考。而是，本公开的范围应当参考所附权利要求来确定。