引擎啟動與電池支持模塊的制作方法

根據35U.S.C 119(e)，本申請要求于2014年6月20日提交的題為“Energy Start and Battery Support Module”的美國申請No.62/014910的優先權。上述申請通過引用全部并入本文中。

背景技術：

在汽車和貨運行業兩者中，對通常實踐、規律和接受的行為的改變迫使在停車期間關停引擎。關停汽車或貨車引擎在電池和啟動器馬達上造成壓力，導致電池變弱和系統整體性能降低。嚴酷的狀況(諸如極端寒冷環境)使問題惡化，并且可能導致徹底的電池失效和/或啟動器失效。

引擎每天關停的次數可能依賴于車輛架構、車輛使用等。總體而言，有兩種類型的車輛架構：“本地傳送(local delivery)”車輛，其每天可以有例如多達250次關斷事件；和“長途運輸(long haul)”車輛，其每天可以有例如達25次關斷事件。這些關斷事件在車輛的DC電氣總線上創建低電壓狀況，這導致了來自車載(on-board)能量儲存系統的較高電力要求。DC電氣總線上的低電壓狀況還可能給其它車輛部件(包括電子控制單元(Electronic Control Units，ECU)、繼電器、開關和泵)造成壓力。

技術實現要素：

本發明的實施例包括能量啟動與電池支持模塊，該模塊被配置為支持使用超級電容器(Ultra Capacitors，UC)直接對車輛的直流(DC)電壓總線的能量供應，其中在車輛的引擎關閉時，該超級電容器允許在停車期間對短期電池負載的電壓支持和啟動器馬達的旋轉兩者。這一模塊不必然要求對車輛的任何布線改變，也不必然要求或涉及任何車輛變更或對車輛操作程序的改變。

在關閉序列期間，不管靜負載(static load)的變化或引擎啟動器的變化，通過(包括在引擎啟動期間)調制能量轉移，該模塊都可以自動地穩定車輛的DC電壓，從而支持健康的電池和較長的啟動器壽命。它可以自動地調整它儲存的能量的量，從而延長模塊中的UC和電子器件的壽命。在一些情況下，在車輛的電池電量完全耗空(go dead)時，該模塊為車輛的電子器件和/或車輛的啟動器供應適當的電壓。

該模塊的一些實施例可以基于車輛供應電力的能力自動地對UC再充電。例如，該模塊可以包括DC升壓轉換器或開關，其中該DC升壓轉換器對UC再充電，該開關將UC分離成兩個或更多個相等或不相等的堆并且并聯地為該堆降壓充電(buck charge)。如果交流發電機運行，則該模塊可以將較多電力轉移到UC，并且如果車輛的電池沒有足夠能量以開始車輛啟動序列，則該模塊可以將較少電力轉移到UC。當車輛的交流發電機不運行時，該模塊還可以從UC轉移能量。在一些情況下，該模塊可以不使車輛的電池耗至預設的電壓電平以下，例如12伏系統中的9伏或24伏系統中的18伏。

在一些實施例中，如果在第一次嘗試時車輛沒有啟動或電池太弱而不能靠它們自己供應足夠的電力，則該模塊允許車輛的操作員再次開始該模塊的充電，消除單獨的跨接啟動(jump start)的使用。在一些實施例中，該模塊可以配合到使用標準電池機箱大小的車輛上的標準電池區域中，或者可以被如所期望地調整規模以適應任何車輛。

在一些實施例中，系統可以在任何車輛中通過30天機場測試(airport test)而不造成電池電量耗空。如本領域技術人員所理解的，30天機場測試模擬在低至-20℃的溫度下將車輛在機場停放30天。在這30天期間，車輛的電氣系統從電池或能量儲存系統消耗能量以運行關鍵的車輛系統，諸如警報器、計算機、鎖定機構、時鐘等。當車輛所有者返回時，車輛應該有足夠的能量保留在它的能量儲存系統(傳統地為鉛酸電池)中，以便開始起動事件并且支持引擎啟動系統。通過30天機場測試是對汽車電池和電氣系統的通常要求。

該模塊可以被實現為固態(solid-state)系統(例如，不利用繼電器在任一方向上轉移能量)。例如，該模塊的電子器件可以包括一個或多個增強型n溝道場效應晶體管(N-FET)，該增強型n溝道場效應晶體管可以被并聯使用以減少能量傳送的等效串聯電阻(Equivalent Series Resistance，ESR)，或者甚至可以被用于分離模式再充電方案。在一些實施例中，電子器件的總靜態電流(quiescent current)可以小于50mA，以使得在延長的時段期間不出現過耗(excess drain)。

模塊可以包括DC轉換器，該DC轉換器的輸入和輸出電壓和電流可以被控制，以允許：(1)精確控制UC的背部上的電壓；(2)控制UC上的充電電流，從而促進將電量完全耗空的UC集合充到滿電的能力；(3)設置輸入電流以使得不從系統汲取過多電力，從而允許車輛的DC總線操作其它設備；和/或(4)設置最小輸入電壓用于使UC充電減速(throttle back)，從而避免在期望的或預定的(例如，安全的)操作狀況(regime)之外操作電池系統。

DC轉換器可以被分成多個相角，以使得能實現較低的峰值電流、較少的電磁干擾(EMI)和/或較小的更有效的部件。多個相可以在360°的基礎上相等地間隔。例如，4相DC轉換器將電流泵電荷(current pump charge)分離成四個相等的部分，這四個部分在時間譜(time spectrum)上相隔90度。DC轉換器可以控制輸入側上的電流和/或電壓以及輸出側上的電流和/或電壓。例如，電壓輸出可以設置儲存在UC上的最大電壓電位，該最大電壓電位可以與儲存的能量(能量可以由公式E＝0.5CV²表示)相等。電流輸出控制可以允許DC轉換器為完全空的UC組充電而不出現過電流(例如，通常會使轉換器崩潰的電流)。在一些實施例中，當交流發電機不運行并且從電池轉移離開的能量被限制從而防止DC總線變為預定電壓以下(例如，12伏系統中的9伏或24伏系統中的18伏)時，輸入電壓限制和輸入電流控制可以允許系統操作。

該模塊可以被封裝為僅具有兩個到外部世界的端子連接件，并且該模塊可以被連接到引擎，就像電池被連接到引擎。安裝可以是簡單并且安全的，并且當該模塊被初始連接時，可能只有很少電流以至沒有電流流動。為了簡單和較低的成本，控制裝置可以共同位于單個印刷電路板組件(PCBA)上。

對整個系統的控制可以基于DC電壓，這使得能使用可接受的設置點和預定的電池電壓實現能量的雙向轉移。這一控制可以在模擬域或數字域中完成；控制還可以是異步的，并且因此可適應幾乎任何車輛。控制有明顯為零的固有滯后(built-in hysteresis)，這允許快速并且極穩定的電壓電平。因為它是異步的并且在響應中沒有強制(forced)頻域，所以可以實現穩定性。換言之，能量轉移可以不被強制在任何速率或調節器重復脈沖處。在一些情況下，僅轉移足夠的能量以滿足設置點。由于每個車輛和每個車輛的布線負載是獨有的，這允許一體通用(one-size-fits-all)的模塊架構。

示例模塊可以包括用于控制(例如，均衡)超級電容器電荷的有源平衡電路，由此防止任何單個超級電容器吸收過多能量。UC平衡電路可以是動態的，并且設置點可以隨著溫度變化。因為能量被調制回到車輛的DC總線，所以儲存在UC中的能量可以高于車輛的額定系統本身的能量。與能量被儲存在接近等電位處的情況相比，這允許儲存較多能量以及出現較少峰值電流。這一方法支持較長時段的延長的車輛靜負載支持，包括在傳送車輛使用的情況下的那些。對用于儲存能量的超級電容器的數量或者它們的確切的并聯/串聯配置沒有實踐限制，只要總的單元電壓高于車輛的電池系統的電壓電平即可。

在一些實施例中，該模塊可以包括多個電壓比較器(例如，每個DC轉換器對應三個電壓比較器)和耦接到電壓比較器的邏輯器。邏輯器基于一些或全部電壓比較器(例如，三個電壓比較器中的兩個)的值確定是否再充電或傳送能量。這大幅增加了系統的整體可靠性和可依賴性。它還可以包括兩個較小的DC轉換器，該DC轉換器支持系統的電子器件在非常寬的DC總線操作范圍上的操作，并且克服了柵極-源極電壓閾值。

該模塊可以與任何化學電池兼容，包括但不限于鉛酸電池。

本技術的附加的實施例包括用于調節車輛中的車輛電池的電壓電平的方法。在示例方法中，控制邏輯器確定電壓電平是否在預定的電壓閾值以下，該確定可以基于車輛電池年齡、車輛年齡、車輛電池狀況、車輛電池量、車輛電池類型、車輛啟動器類型、啟動器年齡、溫度和車輛駕駛員的經驗。如果電壓電平在預定的電壓閾值以下，控制邏輯器開始與車輛電池電氣通信的至少一個超級電容器的放電。控制邏輯器調制超級電容器的放電，從而例如通過控制流過與超級電容器電氣通信的至少一個晶體管的電流，將電壓電平至少提升到預定的電壓閾值。

此外，當車輛的交流發電機關閉時，控制邏輯器可以將能量從車輛電池轉移到超級電容器。在確定電壓電平超過再充電電壓閾值之后，可以開始這一能量轉移。在一些情況下，僅當車輛電池的電壓量超過再充電電壓閾值時開始能量轉移。當電壓電平小于啟動車輛所要求的電壓電平時，也可以將能量從車輛電池轉移到超級電容器。

在一些情況下，可以有多個超級電容器，由控制邏輯器將該多個超級電容器在用于充電的并聯配置和用于放電的串聯配置之間切換。

本技術的另一個示例包括用于調節車輛電池的電壓電平的裝置。這一裝置可以包括：串聯連接以儲存電荷的多個超級電容器；與車輛電池和超級電容器電氣通信的至少一個電壓比較器；以及與電壓比較器和超級電容器電氣通信的控制邏輯器。在操作中，比較器實行對電壓電平與預定的電壓閾值的比較。并且控制邏輯器基于該比較調制超級電容器的放電，從而將電壓電平至少提升到預定的電壓閾值。

在一些實施例中，控制邏輯器包括與超級電容器電氣通信的至少一個晶體管，以控制流入和/或流出超級電容器的電流。比較器可以與晶體管的柵極電氣通信，以控制流入和/或流出超級電容器的電流。

該裝置還可以包括與超級電容器和一個或多個電壓比較器電氣通信的直流(DC)轉換器。在操作中，DC轉換器響應于電壓電平與再充電電壓閾值的比較，對超級電容器充電。在這些示例中，電壓比較器可以包括與DC轉換器電氣通信的第一電壓比較器和與控制邏輯器電氣通信的第二電壓比較器。如果電壓電平超過再充電電壓閾值，則第一電壓比較器啟用DC轉換器，并且第二電壓比較器實行對電壓電平與預定的電壓閾值的比較。DC轉換器還可以被配置為響應于來自電壓比較器的指示電壓電平在再充電電壓閾值以上的輸出，從車輛電池向超級電容器轉移電荷。并且DC轉換器可以響應于來自一個或多個比較器的輸出，向車輛的車輛總線傳送能量。

該裝置還可以包括可操作地耦接到DC轉換器的溫度傳感器，以監控車輛電池的溫度。如果期望，DC轉換器可以被配置為基于車輛電池的溫度，改變預定的電壓閾值和/或再充電電壓閾值。

該裝置還可以包括與超級電容器電氣通信的開關，從而在串聯配置和并聯配置(例如，分別用于放電和充電)之間切換超級電容器。并且該裝置可以包括可操作地耦接到控制邏輯器的手動接口，該手動接口使車輛的駕駛員能接入和/或脫離該裝置。

另一個實施例包括用于調節車輛電池的電壓電平的裝置，該裝置包括：多個超級電容器；與車輛電池電氣通信的第一電壓比較器；與第一電壓比較器和超級電容器電氣通信的控制邏輯器；與車輛電池電氣通信的第二電壓比較器；與第一電壓比較器和超級電容器電氣通信的控制邏輯器；與超級電容器和第二電壓比較器電氣通信的DC轉換器；以及可操作地耦接到DC轉換器的溫度傳感器。在操作中，第一電壓比較器比較電壓電平與第一電壓閾值。如果電壓電平在第一電壓閾值以下，則控制邏輯器使超級電容器放電。第二電壓比較器比較電壓電平與第二電壓閾值。如果電壓電平在第二電壓閾值以上，則控制邏輯器使超級電容器放電。如果電壓電平在第二電壓閾值以上，則DC轉換器對多個超級電容器充電。并且溫度傳感器監控車輛電池的溫度。DC轉換器還可以基于車輛電池的溫度，改變第一電壓閾值和/或第二電壓閾值。

應認可，以下更詳細地討論的上述構思和附加的構思的全部組合(如果這樣的構思不互相矛盾)被構想為本文中公開的發明主題的一部分。特別地，在本公開的末尾出現的所要求保護的主題的全部組合被構想為本文中公開的發明主題的一部分。還應認可，本文中明確采用的、也可能出現在任何通過引用并入的公開中的術語應按照最符合本文中公開的特定構思的意義。

附圖說明

技術人員將理解，附圖首要用于說明性目的，而不意圖限制本文中描述的發明主題的范圍。附圖不必然按照比例繪制；在一些例子中，在附圖中，本文中公開的發明主題的各種方面可以被示出為擴大的或放大的，從而促進對不同特征的理解。在附圖中，相似的參考標記一般指代相似的特征(例如，功能上相似和/或結構上相似的元件)。

圖1A是示例引擎啟動與電池支持模塊的圖片。

圖1B-1C是說明安裝在車輛(例如，汽車或貨車)中的引擎啟動與電池支持模塊的示例使用的示意圖。

圖2A-2B示出描繪用于示例引擎啟動與電池支持模塊的整體主架構的電路圖。

圖3A-3C示出可以被用于引擎啟動與電池支持模塊從而對耗盡的超級電容器組再充電的DC轉換器的幾個實施例。

圖3D-3E示出圖3C的隔離DC轉換器的示例特征。

圖4示出引擎啟動與電池支持模塊中的開關，該開關用于將超級電容器之間的內部單元連接從串聯連接切換為并聯連接，以及反之。

圖5A-5B示出用于引擎啟動與電池支持模塊中的被布置為非分離(non-split，圖5A)和分離(split，圖5B)串聯配置的超級電容器。

圖6A-6B示出可以被用于引擎啟動與電池支持模塊的示例直流轉換器的電路圖。

圖7示出說明引擎啟動與電池支持模塊的示例操作的流程圖。

具體實施方式

當開始引擎啟動序列時，可以使用基于超級電容器的引擎起動(cranking)系統來輔助車輛電池系統進行起動。利用這些系統，可以對現有的車輛布線系統改線以創建從超級電容器到啟動器馬達的直接連接。在一些情況下，超級電容器可以與車輛電池并聯。當開始啟動序列時，超級電容器被放電，提供能量以使啟動器馬達旋轉。在引擎啟動之后，使用車輛的交流發電機/發電機產生電并且因而對超級電容器再充電。這一系統還可以包括從并聯連接的電池對超級電容器再充電的DC/DC轉換器。

示例引擎啟動與電池支持模塊

圖1示出了基于超級電容器(UC)的示例引擎啟動與電池支持模塊(以下稱為“模塊”)100，該模塊可以被用于在引擎啟動序列期間輔助車輛電池系統。圖1中示出的模塊100是雙線系統，并且可以與任何數量的電池并聯地被包括到任何標準DC總線中。可以使用模塊100為正在啟動(例如，通過車輛啟動器101)或者停車時正在消耗大的負載的車輛維持健康的DC總線電壓。例如，如圖1B-1C中示出的，它可以被用于加強車輛中現有的電池102，或者被用作傳統的鉛酸電池的替代。這樣的模塊的一些優點是，它可以被安全地安裝并且不需要特殊工具，并且對現有設施可以要求很少的布線改變或不要求布線改變。

在一些實施例中，模塊100可以包括UC組，該UC組支持引擎103啟動輔助和“賓館負載(hotel load)”104a支持兩者。術語“賓館負載”是指車輛上的非駕駛能量需求，包括用于照明、空調、加熱、計算機、追蹤系統、安全系統等的能量，其在圖1C中被指示為車輛負載104a和附件負載104b。當車輛的引擎103關閉時，車輛的能量需求構成賓館負載。可以使用模塊100啟動車輛和/或以受控的方式將能量傳送回車輛，從而在短期停車期間支持車輛的靜負載和/或供應能量以使車輛的電子器件運行，這樣，一旦引擎103起動，就允許車輛啟動。在短的停車期間的靜負載的示例可以是電子器件、空調、照明系統等，一旦車輛的引擎103已經停止，仍保持開啟。在一些實施例中，靜負載可以包括附件負載104b。

在一些實施例中，模塊100可以被配置為在來自極弱的電池和/或來自過高數量的引擎啟動的影響的威脅下，處理車輛在惡劣天氣中啟動的困難/無力。進一步地，在短的關斷時間和起動期間，模塊100通過維持在車輛的直流(DC)總線106上的電壓(例如，如果該電壓下降則使它增加)，增強車輛的電池102和啟動器馬達101的健康，其中，例如，直流(DC)總線106包含負極DC總線106a和正極DC總線106b(圖1C)。例如，在一些情況下，維持較高和/或較穩定的電壓允許電池102和啟動器馬達101的壽命顯著地增加。

在一些實施例中，模塊100可以是全固態的。如在電子領域中理解的，與繼電器和接觸器相比，包括場效應晶體管(FET)和絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的固態部件趨于較快速、較可靠并且消耗較少的電力。進一步地，模塊100可以提供允許駕駛員有手動的“重做(Redo)”按鈕的能力，該按鈕可以啟動從電池102到UC的能量轉移。例如，這可以被用于在第一次時車輛可能不啟動的情形。這可以允許系統在命令時再充電，即使當交流發電機105不運行時。雖然充電持續(duration-to-charge)時間可能較長，但是凈結果可以是相同的。此外，可以添加更多和/或更大的UC組以增加系統的總能量儲存能力，例如，用于輔助電力單元(Auxiliary Power Unit，APU)。

在一些實施例中，可以物理上和/或能量上地調整模塊100的規模以滿足多數或全部應用。例如，可以將模塊100設計為配合到電池組國際電池理事會(Battery Council International，BCI)大小31(例如，對應于重型(heavyduty)商業級電池)。在一些實施例中，整體形狀可以近似為矩形，并且兩個線可以對應于正極和負極電池端子。在一些實施例中，模塊100可以與現有的車輛電池系統兼容，并且可以不要求特殊的安裝方法、工具和/或安全要求，用作一種大小配合全部架構類型。例如，可以將模塊100設計為配合到殼體中，其中殼體為標準電池大小，并且還可以將模塊100直接接合在總線上。在一些實施例中，模塊100可以配合到組31大小中，其中模塊100具有略高于標準組31電池或“突出(bump out)”的高度，從而支持具有電子器件的18個單元。由于模塊100可以比重型鉛電池輕，可以使用新加工的機箱以最大化空間。圖1B-1C示出了說明安裝在車輛中的引擎啟動與電池支持模塊100的示例使用的示意圖。

引擎啟動與電池支持模塊架構

圖2A-2B示出描繪用于示例引擎啟動與電池支持模塊100的整體主架構200的電路圖，其中該架構具有對應于正極電池端子212a和負極電池端子212b的兩線系統。架構200允許對支持賓館負載和引擎啟動的電壓電平的獨立調整，因而提供了依賴于特定應用和/或確切安裝的可變的能量傳送。模塊100能夠調制UC 201與系統電池102之間的兩個方向上的能量轉移。例如，模塊100識別對于引擎不運行的短的停車，何時傳送電荷以保持電池102活動。它還識別靜負載，從而在啟動之前在一些應用中重置電子器件。此外，在引擎啟動期間，它可以自動地將UC組201中的任何保留的能量直接并聯連接到電池102，由此保持系統電壓在某確定的較低的電平以上，其中該較低的電平可能造成早期電池失效和啟動器馬達失效。實際上，它改變了車輛DC系統整體的ESR。可以根據要被用于與賓館負載比較的ESR的量，使用串聯和并聯單元配置的不同組合。

例如，架構200含有串聯的UC 201的串，其中每個UC 201可以是靜電地儲存能量的高比電容的電化學電容器。典型的UC 201具有電解電容器的電容值的約10000倍的電容值，常規電池的能量密度的近似10％的能量密度，以及電池的電力密度的達100倍的電力密度。與常規電池相比，這允許超級電容器201的較快充電和放電循環。與電池相比，這還可以給予UC 201極長的循環壽命。

每個UC 201可以被充電到預定的每單元電壓電平。作為具體示例，UC 201可以被充電到支持2.7V/單元。當達到低溫(例如，0°F)時，每單元電壓值可以被自動地移得較高(例如，3.0V/單元)，并且當溫度降到更低(例如，-20°F以下)時，每單元電壓可以甚至更高(例如，3.3V/單元)。在一些實施例中，可以由傳感器202測量溫度。在一些實施例中，UC 201的每個組可以使用DC/DC轉換器(例如，500W DC/DC轉換器)203，該轉換器可以在工廠中設置到一電壓范圍，例如，從16.2V到24V。轉換器203可以具有升壓拓撲或單端初級電感器轉換器(SEPIC)拓撲。

在一些實施例中，儲存在UC 201中的能量可以從DC總線中取出，并且在一些例子中，它可以被直接從UC 201轉移回到相同的DC總線，以允許車輛中的電池102的受控的充電過程。實際上，模塊100實質上不斷動態地調整車輛的電氣系統的等效串聯電阻(ESR)。在一些實施例中，模塊100包括UC 201，該UC 201可以具有與典型電池相比顯著較小的ESR，并且可以提供基于車輛的改變的需要，利用極小的接口，立刻和/或在連續的基礎上快速儲存能量和將儲存的能量傳送回車輛的能力。UC 201的ESR越小，整體能量轉移可以越有效。系統可以是對期望的能量規模可調的，其中期望的能量可以由車輛的大小及其“工作流(work flow)”規定。通過調制從UC 201回到DC電池總線的能量轉移，模塊100傳送期望的量的能量，而不傳送過多能量(并且浪費超出的能量)，也不會能量不足和未傳送足夠的能量，如當模塊傳送預定量的電力時可能發生的。在一些實施例中，能量轉移的調制和/或UC 201的充電和/或放電可以由邏輯控制器210控制，并且可以經由FET 220實現，其中邏輯控制器210可以與DC轉換器203和UC 201電氣通信。模塊100確定如何基于由幾個變量造成的電壓和/或電流的變化調制能量轉移，其中變量包括但不限于車輛DC總線負載、啟動器馬達大小、電池年齡、布線狀況、電池狀況、電池量、附件、啟動器類型、啟動器年齡、電池類型、溫度、駕駛員的經驗等。

例如，模塊100可以允許在延長的時段上從另外的電量耗空的電池汲取能量，而不使它們進一步崩潰到破壞性的電壓電平以下。例如，被放電到其電壓不足以啟動內燃引擎的點的鉛酸電池可能仍擁有足夠的能量以將一個或多個UC完全充電(例如，如果UC儲存少于電池的能量)。模塊100可以使用DC轉換器203從電池102對UC 201充電，其中DC轉換器203控制UC 201和電池102對的輸入側和輸出側兩者上的電流和電壓兩者。

在一些實施例中，在對車輛的電池102的DC總線電壓的支持中，例如，通過降壓轉換器，向DC總線的能量轉移可以是脈沖式的。例如，脈沖可以不是固定的脈沖寬度調制(PWM)204，而可以是處于它被安裝在其中的特定貨車的自然頻率。簡言之，從UC 201轉移到電池102的能量基于車輛在該時刻的需求。如果單元被劃分以啟用降壓轉換器，對UC 201的再充電可以是脈沖式的，或者可以使用DC轉換器203對UC 201再充電。在任一情況下，依賴于某種感興趣的參數，UC組201上的總電壓可以被主動地向上和向下調節，其中參數的特定示例是例如由溫度傳感器202測量的模塊中的溫度。這樣的實施例可以有效地利用可能被儲存在每個單元中的潛在的能量，以及可以延長單元的壽命。

在一些實施例中，當交流發電機105不運行時，模塊可以對UC201再充電。通過轉移與車輛傳送能量的能力成比例的能量，DC轉換器203可以對UC組201再充電。例如，模塊100可以不從電池102取出過多能量以致電池102將耗至某下限電位以下(例如，低于9V)。此外，使用布置在主構造和(許多)從構造中的控制器芯片的并聯組合，用于對UC 201再充電的電力轉移可以是規模可調的，其中每個控制器貢獻相當于附加的相的能量，直到達到12相。這樣，可以以很少的花費使用250W、500W、750W等充電器。在實現多個相時，一相控制主計時，并且其它“從”相從主相偏移相等的間隔。多個相的使用允許電力轉移在時間上分散，這樣使峰值電流較小并且更有效的部件較小。

在一些實施例中，可以首先使用車輛的交流發電機105(在圖1B和1C中示出)對UC 201充電。在一些實施例中，可以通過從車輛的電池102中汲取能量對UC 201充電。對UC 201的再充電可以是自動的并且可以在引擎103運行(即，交流發電機105開啟)時發生，或者在車輛沒有足夠的電力以靠它自己啟動的緊急情形期間，該再充電可以在被命令進行時發生。例如，模塊100可以在被連接到活動的電池系統中時通電并且自動地重置其自身。例如，如果模塊100被并聯連接到電池系統102，在車輛啟動時，當模塊100從電池102汲取能量時，如最初所意圖的，交流發電機105對電池102充電。模塊100可以在UC 201與電池102之間平衡電力總線上的電壓，直到UC 201達到容量。

在一些實施例中，每個模塊100能夠在自動和/或手動模式下操作，例如，手動模式經由在圖2A中示出的手動接口214。可以將自動模式利用于每天引擎啟動的數量大的傳送應用和非常短的運輸使用，其中它將被用于保持電池總線活動從而在傳送停止期間用于賓館支持。可以利用手動模式啟動貨車，其中它將被用于利用操作貨車的極小的能量使啟動器101通電，該極小的能量足以在啟動序列期間保持電子器件活動。在一些實施例中，可以通過開關216來控制模塊100在手動模式還是在自動模式下，其中當開關216接通時，允許駕駛員經由手動接口214接入模塊100。

在自動操作模式下，初始地緩慢釋放能量以維持指定的電池總線電壓，直到UC組201被耗盡。當總線電壓等于UC電壓時，兩個系統實際上從那時開始并聯。在自動模式下，實際電池總線電壓確定系統何時從充電變為中立變為放電。當操作模式為手動時，初始地緩慢釋放能量以維持指定的電池總線電壓，并且之后當UC電壓等于電池總線電壓時，兩個系統實際上并聯。在手動模式下，該模塊如所指示地感測啟動引擎的嘗試，例如，通過點火鑰匙的轉動或儀表面板上的電壓計上的電壓。另外，這一系統就像在自動模式下一樣地操作，不同之處在于事件的開端被有意地觸發。在手動模式下，UC系統不延長啟動序列，并且駕駛員如通常一樣啟動貨車。

進一步地，在一些實施例中，在低溫(例如，小于0°F)時段期間，UC的每單元電荷可以被調整和提升，并且在極低溫(例如，小于-20°F)期間，UC的每單元電荷可以被調整和提升為更高。單元電壓的提升可以是動態的和/或自動的，其可以導致UC能量儲存能力的增加。此外，一些實施例允許使用脈沖寬度調制(PWM)控制器基于DC總線電壓緩慢釋放這一能量。可以從板上DC/DC轉換器203、交流(AC)鉤(hook up)充電，和/或通過在并聯連接與串聯連接之間智能切換UC組201來充電。

單元充電系統具有三個特性，第一是，在可能時，可以使用交流發電機105將UC 201再充電達到預定的電壓，例如，14.5V。當總線電壓高于UC組201兩端的電壓時，這可以使用FET 220來實現。第二是，在14.5V以上，每個產品可以使用可以在工廠中設置到期望的電壓范圍(例如，從16.2V到24V)的500W DC/DC轉換器203。轉換器203可以被設計為升壓拓撲或SEPIC拓撲，并且在包括了未來的再啟動選項的情況下，轉換器203能夠在低至9V處工作。第三是，當組上的電壓達到它的預定的設置點時，即使當貨車在延長的時段內關閉時，轉換器203也可以被設計為最小化它的靜態電流以保持系統整體低耗電，但又具有在任何時間可用于啟動的可依賴性。例如，一旦被充電，電流耗電可以近似為每100kJ儲存能量1W。

為了減少或最小化自耗，單元平衡可以是箝位(clamping)類型。它可以具有溫度補償設置點，其中溫度補償設置點有一個或多個區別的電平，例如，2.7V、3V和3.3V處的三個電平。在一些實施例中，電壓設置點可以被維持在DC系統電壓調節器230處，例如，DC系統電壓調節器230可以被設置為匹配各種超級電容器單元電壓以用于平衡。在一些情況下，可以由超級電容器201和/或DC系統電壓調節器230供應平衡，以減少或最小化自耗。在一些實施例中，這一補償可以自動地發生。在一些實施例中，單元平衡可以與圖2A中的控制邏輯器210在相同的印刷電路板組件(PCBA)上。

在本文中討論的示例性實現和/或本技術的實施例的任何其它實現中，附加的特征可以是可用的。例如，可以包括智能用戶接口107(例如，如圖1B中示出的經由線纜連接到模塊100)以向駕駛員指示UC組201的狀態(例如，UC電力電平)。智能用戶接口107可以包括指示UC組201的狀態的LED狀態指示器或“智能”UC燃料量表顯示器。它還可以包括給予駕駛員重新進行充電序列的選項的“重做”按鈕。進一步地，可以提供到車輛的控制器區域網絡總線(CANbus)的連接，用于更好地集成到車輛的系統中，在一些情況下，該連接由車輛制造者提供，作為內置顯示器的組成部分。

在一些實施例中，模塊100中的能量可以被儲存在高于總線上的額定電壓的電平處，并且之后，不管靜負載104，或者甚至在車輛的啟動序列期間，該能量可以被如所期望地釋放以支持車輛的健康的DC總線電壓。在一些實施例中，車輛啟動事件可以被視為大的靜負載，并且該模塊對DC總線的支持可以覆蓋車輛啟動序列和靜負載兩者。在這些實施例中，對車輛重布線或者將能量傳送到啟動器馬達101可能變得不必要。模塊架構200將儲存在UC組201中的電壓保持在高于電池總線的電平處，并且依賴于該總線電壓由于負載變化的下降，緩慢地釋放儲存在UC組201中的電壓。使用PWM降壓轉換器將純DC推到總線，其中N溝道FET 205利用電感器傳送電力，其中電感器的大小被調整為適于賓館或貨車電子器件負載，就在此之后，當FET205完全開啟時，它飽和。當PWM 204達到100％開啟時，PWM 204將UC組201放置為與電池102并聯。環路維持預定的電池總線電壓電平，并且其中時間響應率為>10kHz。

在一些實施例中，模塊100直接向DC總線傳送能量，并且以沒有(有意的)滯后的異步方式進行。這樣，即使在引擎起動期間，系統也可以維持盡可能接近設置點(例如，12.5V)的電壓，即使在系統的負載在啟動循環期間改變到大的倍數(例如，1000倍或更多倍)時。在一些實施例中，再充電可以是多相并且動態的，其中受控的四個象限(quadrant)允許系統調整以適應環境、UC的充電狀態和系統電池。(此處，術語“象限”是指轉換器的輸入和輸出的電流和電壓控制。)進一步地，能量轉移以可變的量被脈沖化，由此減少從該模塊發射的偽(pseudo)電磁干擾(EMI)。在這一點上，模塊100與跳頻無線電(frequency-hopping radio)非常像地運行。脈沖可以以固定的重復頻率出現或者具有固定的脈沖寬度。

用于對超級電容器再充電的DC轉換器

圖3A-3C示出了DC轉換器303的幾個實施例，其中DC轉換器303可以被用于模塊100中從而在UC組301耗盡時對UC組301再充電。再充電可以在啟動循環之間和引擎運行時發生。進一步地，在一些實施例中，可以使用轉換器303在模塊100已經被安裝時對UC組301初始地充電，以及在經過延長的車輛關閉時間后或者在初始的一次或多次嘗試之后車輛將不啟動時，電池302和UC組301被用盡時，對UC組301再充電。在這樣的實施例中，DC轉換器303能夠控制輸入電壓切斷以使得不毀壞另外的用盡的電池(例如，當它從電池302汲取能量以對UC 301充電時)，能夠控制輸入電流和輸出電流兩者從而能夠對接近空的UC 301充電，和/或能夠控制可變的輸出電壓設置點從而在溫度變化時控制儲存在UC組301上的能量。

DC轉換器303的可以被用于模塊100中的示例性實施例包括增強型(通常斷開)N-FET，該N-FET允許對到車輛的DC總線的電力轉移的調制。在一些實施例中，DC轉換器303可以是雙向的，而在其它實施例中它可能不是雙向的，而是可以包括通過監控任一側上的電流調節電力轉移的單獨的轉換器。進一步地，在一些實施例中，模塊100中的DC轉換器303可以對于在傳送側可以傳輸多少能量沒有限制。此外，它們可以是規模可調的。例如，在引擎啟動期間，可以轉移能量而沒有很多延遲，并且轉移的能量可以與UC 301已經儲存的能量一樣多，從而保持DC總線在某期望電壓(例如，12.5V)，這可能實際上導致在啟動序列中UC 301與電池302并聯。

圖3A示出耦接到車輛中的常規電池302的示例模塊架構300a。該模塊包括與DC電壓總線串聯連接的UC組301，其中DC電壓總線電氣連接到電池302的正極端子和隔離的DC轉換器303a。由于正極通過電感器連接到正極電池端子(BAT+)，實際上改變了它的地電位，DC轉換器303a可以被電氣隔離。在這些實施例中，對它的輸入和輸出上的電壓和電流的控制可能必須通過隔離的屏障轉移。

UC組301的地側耦接到N-FET 305的集合的漏極側，其中N-FET 305的集合具有源極，該源極耦接到電池302的負極端子和DC轉換器303a。在一些實施例中，N-FET 305的柵極耦接到第一電壓比較器306的輸出，其中第一電壓比較器306具有耦接到DC電壓總線的輸入。第二電壓比較器307具有耦接到DC電壓總線的輸入和啟用或禁用隔離的DC轉換器303a的輸出。在操作中，第一電壓比較器306比較總線電壓與設置點電壓(例如，12V)，并且每當總線電壓降到設置點電壓以下時，從UC組301觸發脈沖，由此維持總線電壓在設置點電壓處或設置點電壓以上。第二電壓比較器307比較總線電壓與充電電壓(例如，13.5V)，并且每當總線電壓降到充電電壓以下時，啟用DC轉換器303a。響應于啟用信號，DC轉換器303a對UC組301充電。

圖3B示出了非隔離的DC轉換器303b，其中N-FET 305在高側，并且DC轉換器303b對UC 301的一直維持地連接的“頂部”充電。這允許DC轉換器303b不被隔離，在樣機制造(prototyping)和生產時期兩者中顯著減少了它的成本。在一些實施例中，N-FET 305的驅動電路可以使柵極-源極電壓V_gate-source為高于源極電壓V_source至少幾伏(例如，10V)(并且在一些例子中，V_source可以是BAT+)。在這樣的實施例中，由于BAT+可以處于地以上的9伏與14.5伏之間，這可能造成V_gate-source近似為24伏，這可能導致小的單獨的升壓電路的使用。在一些實施例中，還可以使用隔離的高側FET驅動器，該高側FET驅動器可以將這一電壓電平切換到用于并聯的N-FET組的高的柵電容，該N-FET組可以被用于在引擎啟動期間傳送電流。圖3B中示出的示例性實施例具有連接和部件較少的優點。

圖3C示出了包括兩個DC轉換器303c和303d的系統，其中一個轉換器303d被用于對UC組充電或再充電，并且另一個轉換器303c被用于將能量傳送回DC總線。這些轉換器中的每個在其“正常”模式下可以具有觸發轉換器開啟的設置點。例如，為了促成健康的電池，可以選擇示例性的12.5V設置點以將能量傳送回DC總線，并且選擇13.75V設置點以開始再充電循環。由于這些是可調整的，可以不同地確定其它設置點。然而，模塊架構300c還監控輸入和輸出電流。這一特征允許在除了僅在交流發電機105運行時以外的其他時間開始對UC 301的再充電，該時間諸如但不限于當電池302太弱而不能實行啟動并且UC組301被耗空(諸如在延長的停車期間)時。

圖3E和圖3D分別示出了隔離的DC轉換器303c和303d的一些示例特征的細節。在一些實施例中，這些轉換器可以是雙向的，并且在其它實施例中，它們可以不是雙向的。在圖3D-3E中示出的示例中，單獨的隔離的轉換器通過監控充電輸入側(圖3E)和放電輸出側(圖3D)上的電流，調節電力轉移。

如以上討論的，在一些實施例中，模塊的能量可以被儲存在UC201中，UC 201可以被配置為串聯和/或并聯配置。與模塊100兼容的電池的類型和/或電容的量可以不受約束，并且在多數實施例中，電容器201上的電壓可以高于車輛中的電壓。升壓的方法可以采用常規的升壓型轉換器，該升壓型轉換器可以被配置為反激式(flyback)、直接升壓式(straight boost)或SEPIC，并且可以是隔離的或非隔離的。轉換器可以使用多相方案以最小化峰值切換電流，這轉而可以允許較小的更有效的部件、較好的EMI性能和較低的成本。在設置量的電力(例如，250W)的增長中，可以添加更多相，更多相可以增加再充電電力水平并且減少再充電時間。當添加每個相時，它的切換頻率可以有意地與第一開關異相。

用于充電和放電的內部超級電容器連接

圖4示出的實施例描繪了UC 401中的單元間連接在串聯連接與并聯連接之間改變以適應僅降壓(buck-only)充電，并且放電方案被示出。在一些實施例中，可以通過將UC 401分離成相等的單元組401a和401b來對UC 401再充電，其中單元組401a和401b的完全充電總電壓小于車輛的系統。在一些實施例中，可以通過將UC 401分離成幾個組來對UC 401充電，其中每個組含有相同和/或不同數量的UC401。在這樣的實施例中，可以在降壓模式下對UC 401再充電，在降壓模式中能量被向下脈沖傳送到電容器。這樣的實施例要求較多固態開關和附加的電流控制。當被充電時，組可以被放回到串聯并且準備好用于傳送電力。在一些實施例中，串聯/并聯開關402可以將UC 401分離成具有相等數量的UC 401的兩個并聯的組401a和401b，其中401a和401b的總電壓在車輛的系統電壓以下，或者串聯/并聯開關402可以連接UC 401以形成單個UC組，其中該單個UC組的總電壓在車輛的系統電壓以上。在一些實施例中，這可以允許單個降壓轉換器被用于使UC 401充電和放電。

圖5A和5B示出了可以在一些對模塊100中的UC 501充電的示例性方法中使用的轉換器503。圖5A示出單獨的并且專用的非隔離的DC轉換器503a，在再充電循環期間，DC轉換器503a將電壓升壓到UC 501a。圖5B示出將單元堆分離成501b和501c兩個(例如，相等的兩半，每個含有總數量的一半的單元)，并且之后使用車輛的額定DC總線作為取出能量的點，并聯地對每一半降壓充電。在一些實施例中，車輛的電壓可以高于每個分離單元。在降壓模式概念下，可以以受控的方式將能量脈沖傳送到每個堆。開關502表示堆被“放在一起”并且之后被“分開”以完成上述的點。一旦被充電到給定的電壓，之后，兩個堆被放回串聯以用于“傳送”模式，即能量輸出模式。示出的機械開關502表示可以實時發生的“固態”切換。

在一些實施例中，開關502可以由增強型N-FET構成并且當被連接在傳送(能量輸出)模式下時可以承載適宜的最大電流(例如，達2500A)。在一些實施例中，FET的大小可以被調整以處理可以在10-25A的范圍中的充電電流。圖5B的切換可以較不昂貴并且可以提供較小的電子器件，并且允許板上電感器在兩個方向上的再使用。在一些實施例中，電流模式控制器可以智能地并且在電容器上的電荷狀態的多數或全部情況下，監控和限制從車輛的電池流到UC 501b和501c兩個堆的均方根(RMS)電流。在一些實施例中，可以使用更多的電容器501和更多的UC的堆(例如，3、4、5等)，其中每個堆可以含有相同和/或不同數量的UC。

在一些實施例中，可以通過將UC 501分離成兩個相等的堆501b和501c，利用圖5B中示出的DC轉換器來降壓切換對UC組501的充電，之后當它們被充電并且準備使用時，將它們再組合為串聯。將UC 501分離成兩個相等的堆可以允許當UC被再組合時，UC的完全充電電壓加倍(例如，每個被充電到12.0V，或者被再組合時為24.0V)。如圖5B中示出的示例包括四個開關電路502a、502b、502c和502d，其中這些開關中的兩個502c和502d可以能夠處理引擎啟動期間的高電流，并且另外兩個502a和502b的大小可以被調整為較小，因為它們被用于使充電電流通過它們。可以使用的開關的示例是N-FET。

在圖5B的一些實施例中，幾個N-FET可以被用于將電力調制回到DC總線。例如，如果非分離配置(例如，圖5A)下的模塊100包括十個N-FET，那么分離單元配置(例如，圖5B)的N-FET的總數量可以增加到22個N-FET。在這樣的實施例中，依賴于電流電平，可以將感應電流感測而非標準電流感測電阻器用于感測高電流。一些實施例可以包括一個或多個電壓傳感器以測量電感器兩端的小的電壓降，并且之后創建在它們的值周圍的閉環控制。

圖6A-6B示出了可以被用于該模塊的示例性DC轉換器的詳細的電路示意圖。DC轉換器可以是能夠傳送250W/相并且在輸入和輸出兩者上有四象限電流和電壓控制的多相升壓轉換器。這一系統可以具有近似為95％的效率，并且可以是單相的。隨著每個相被添加，電力可以成比例地增加。每個后續的相有意地與前面的一相“異相”360°/n，其中n是相的總數量。這減少了峰值電流并且保持小的部件大小。系統可以允許較快的再充電率，其中這些相可以按照消費者的要求添加，或者它們可以與該模塊要被安裝到的車輛的大小成比例。

引擎啟動與電池支持模塊的操作

圖7示出說明引擎啟動與電池支持模塊100的示例操作過程的流程圖。在一些實施例中，DC轉換器可以能夠控制或設置輸入和輸出兩者的電壓和電流的閾值和最大值。當UC 701為空時對UC 701充電可能存在一個問題，即它們可能表現得像完全短路，并且DC轉換器可能停頓、崩潰或燒毀，除非感測和控制輸出電流。設置輸出電流限制應該有助于避免或限制這樣的并發問題。

在一些實施例中，輸出電壓設置可以在UC 701上設置期望的電壓，并且可以基于溫度是可變的，從而增加或最大化電容器的壽命并且在期望時傳送適宜的能量，尤其在極冷的環境中。并且，對于避免當交流發電機關閉時，在再充電循環期間DC總線被耗盡時，電池702在它們的安全操作區(例如，在12伏系統中為9伏)以下的崩潰，輸入電流限制和最小電壓可以是有用的。在一些實施例中，這一功能可以是動態的，并且控制可以是成比例的—越多電力可用于再充電，系統(例如，轉換器703)就可以取出越多電力。例如，在9伏處，由轉換器消耗的電力可以是0，并且在13.75伏處，用于單相系統的電力可以是250瓦，并且對于其間的任何電壓，消耗的電力可以在0瓦與250瓦之間成比例。在一些實施例中，當轉換器被禁用時，轉換器還可以具有小于25mA的靜態電流，這在維持系統整體的性能中可以是有用的。

示例引擎啟動與電池支持模塊

以下非限制性的示例意圖強調根據本公開的原理引擎啟動與電池支持模塊的方面。

示例設備1：單元數量：串聯的八個單元；UC單元電容：3000F；總電容：375F；電壓：當溫度大于約0°F時為21.6V，并且當溫度小于約0°F時為24V。

示例設備1可以提供“賓館負載”支持作為首要功能，第二功能是保留能量用于實際的啟動序列。比率近似為10：1，其中賓館負載支持得到較多能量。系統自動地支持來自UC串的電池總線電壓，該UC串串聯成堆并且依賴于溫度被充電到2.7V/單元或3.0V/單元。當單元上的電壓等于電池電壓時，之后，通過架構的設計將它們放置為并聯。這一設備的示例性應用是車輛被用于傳送時。

示例設備2：單元數量：兩個并聯的串，每串有串聯的六個單元；UC單元電容：3000F；總電容：1000F；電壓：當溫度大于約0°F時為16.2V，并且當溫度小于約0°F時為18.0V。

示例設備2可以傳送能量以起動車輛，同時提供減少的或極小量的能量從而在該過程期間保持車輛電子器件活動。這一設備的示例性應用是車輛被用于電容并且沒有輔助電力單元時。

示例設備3：單元數量：三個并聯的串，每串有串聯的六個單元；UC單元電容：3000F；總電容：1500F；電壓：當溫度大于約0°F時為16.2V，并且當溫度小于約0°F時為18.0V。

示例設備3可以傳送能量以起動車輛，同時提供減少的極小量的能量以在該過程期間保持車輛電子器件活動。這一應用支持在車輛啟動事件期間為車輛電子器件傳送較多能量，尤其是在有多于四個并聯的電池的車輛上。這一設備的示例性應用是車輛被用于電容并且有輔助電力單元時。

示例設備4：單元數量：三個并聯的串，每串有串聯的六個單元；UC單元電容：3000F；總電容：1500F；電壓：當溫度大于約0°F時為16.2V，當溫度小于約0°F時為18.0V，并且當溫度小于約-20°F時為19.8V。

示例設備4傳送增加的或最大的能量以在極低的溫度應用中起動車輛。

結論

雖然本文中描述并且說明了各種發明實施例，但本領域普通技術人員將容易地預想到用于實行功能和/或獲得本文中描述的結果和/或一個或多個優點的各種其它裝置和/或結構，并且每個這樣的變化和/或修改應視為在本文中描述的發明實施例的范圍內。更一般地，本領域技術人員將容易地認可，本文中描述的全部參數、尺寸、材料和配置意為示例性的，并且實際的參數、尺寸、材料和/或配置將依賴于一個或多個發明教導所用于的一個或多個特定應用。本領域技術人員將識別或者能夠使用不超過常規實驗查明本文中描述的特定的發明實施例的許多等同物。因此，應理解前述實施例僅通過示例的方式呈現，并且在所附權利要求及其等同物的范圍內；可以與如具體描述和要求保護的不同地實踐發明實施例。本公開的發明實施例涉及本文中描述的每個單獨的特征、系統、物品、材料、配套元件和/或方法。此外，兩個或多個這樣的特征、系統、物品、材料、配套元件和/或方法的任意組合被包括在本公開的發明范圍內，如果這樣的特征、系統、物品、材料、配套元件和/或方法不互相矛盾的話。

可以以多種方式中的任何方式實現以上描述的實施例。例如，可以使用硬件、固件、軟件或其組合實現本技術的實施例。當以固件和/或軟件實現時，可以在任何合適的處理器或邏輯部件集合上執行固件和/或軟件代碼，不管代碼被提供在單個設備中還是分布在多個設備之中。

在這一點中，各種發明構思可以被體現為編碼有一個或多個程序的計算機可讀儲存介質(或多個計算機可讀儲存介質)(例如，計算機存儲器、一個或多個軟盤、壓縮盤(compact disc)、光盤(optical disc)、磁帶、閃速存儲器、現場可編程門陣列中的電路配置或其它半導體設備，或者其它非暫時性介質或有形計算機儲存介質)，其中當在一個或多個計算機或其它處理器上執行該程序時，實行實現以上討論的本發明的各種實施例的方法。一個或多個計算機可讀介質可以是可運輸的，以使得儲存在其上的一個或多個程序可以被加載到一個或多個不同的計算機或其它處理器上，從而實現如以上討論的本發明的各種方面。

在本文中以一般的意義使用術語“程序”或“軟件”，指代任何類型的可以被采用以對計算機或其它處理器編程從而實現如以上討論的實施例的各種方面的計算機代碼或計算機可執行指令的集合。此外，應認可，根據一個方面，一個或多個被執行時實行本發明的方法的計算機程序不需要駐于單個計算機或處理器上，而是可以以模塊化方式被分配在多個不同的計算機或處理器之中以實現本發明的各種方面。

計算機可執行指令可以是由一個或多個計算機或其它設備執行的許多形式，諸如程序模塊。總體而言，程序模塊包括實行特定的任務或者實現特定的抽象數據類型的例程、程序、對象、部分、數據結構等。典型地，可以如各種實施例中所期望地組合或分配程序模塊的功能。

此外，數據結構可以以任何合適的形式被儲存在計算機可讀介質中。為了說明的簡單性，數據結構可以被示出為具有通過數據結構中的位置相聯系的字段。這樣的聯系可以同樣通過為字段分配儲存來實現，其中字段具有計算機可讀介質中的傳遞字段之間的聯系的位置。然而，可以使用任何合適的機構建立數據結構的字段中的信息之間的聯系，該合適的機構包括通過使用指針、標簽或其它建立數據元素之間的聯系的機構。

此外，各種發明構思可以被體現為一個或多個已經提供了示例的方法。可以以任何合適的方式對作為方法的一部分被實行的行為排序。相應地，可以構造其中以與所說明的不同的順序實行行為的實施例，該實施例可以包括同時實行一些行為，即使該行動在說明性實施例中被示出為按順序的行為。

如本文中定義和使用的，全部定義應被理解為控制在字典定義、通過引用并入的文獻中的定義和/或所定義的術語的一般意義上。

如此處在說明書和權利要求中使用的，除非有明確的相反指示，不確定的物品“一”和“一個”應被理解為意味著“至少一個”。

如此處在說明書和權利要求中使用的短語“和/或”應被理解為意味著如此聯結的元素的“任一或兩者”，即，元素在一些情況下聯合地存在，并且在其它情況下分離地存在。與“和/或”一起列舉的多個元素應以相同的方式解釋，即，如此聯結的元素的“一個或多個”。除了由“和/或”項具體指明的元素，可以可選地存在其它元素，不管該元素與那些具體指明的元素有聯系還是無聯系。這樣，作為非限制性的示例，當與開放式語言(諸如“包括”)聯合使用時，對“A和/或B”的引用可以在一個實施例中僅指代A(可選地包括除B以外的元素)；在另一個實施例中，該引用可以僅指代B(可選地包括除A以外的元素)；在又一個實施例中，該引用可以指代A和B兩者(可選地包括其它元素)；等。

如此處在說明書和權利要求中使用的，“或”應被理解為與如以上定義的“和/或”具有相同的意義。例如，當分隔列舉中的項時，“或”或者“和/或”應被解釋為包括性的，即，包括多個元素或列舉中的元素中的至少一個，但還包括多于一個，并且可選地包括附加的未列舉的項。僅當術語被明確地相反指示(諸如“其中的僅一個”或“其中的恰好一個”)或者被用于權利要求中時，“由……構成”將指代包括多個元素或列舉的元素中的恰好一個元素。總體而言，當其前面有排他性術語(諸如“任一”、“其一”、“僅其一”或“恰好其一”)時，如本文中使用的術語“或”應僅被解釋為指示排他的選擇(即，“一個或另一個但非兩者”)。當被用于權利要求中時，“基本上由……構成”應具有其一般意義，如在專利法領域中所使用的。

如此處在說明書和權利要求中使用的，指代一個或多個元素的列舉的短語“至少一個”應被理解為意味著從元素的列舉中的任何一個或多個元素中選擇的至少一個元素，但不必然包括在元素的列舉中具體列舉的每一和每個元素中的至少一個，并且不排除元素的列舉中的元素的任何組合。這一定義還允許可以可選地存在除了在短語“至少一個”所指代的元素的列舉中具體指明的元素之外的元素，不管該元素與那些具體指明的元素有聯系還是無聯系。這樣，作為非限制性的示例，在一個實施例中，“A和B的至少一個”(或等同地，“A或B的至少一個”，或等同地，“A和/或B的至少一個”)可以指代至少一個(可選地包括多于一個)A而不存在B(并且可選地包括除B以外的元素)；在另一個實施例中，該引用可以指代至少一個(可選地包括多于一個)B而不存在A(并且可選地包括除A以外的元素)；在又一個實施例中，該引用可以指代至少一個(可選地包括多于一個)A和至少一個(可選地包括多于一個)B(并且可選地包括其它元素)；等。

在權利要求以及以上說明書中，全部過渡短語，諸如“包含”、“包括”、“攜帶”、“具有”、“含有”、“涉及”、“容納”、“組成有”等應被理解為開放式的，即意味著包括但不限于。僅過渡短語“由……構成”和“基本上由……構成”應分別是封閉式或半封閉式的過渡短語，如在美國專利局專利審查程序手冊(the United States Patent Office Manual of Patent Examining Procedures)的2111.03節中闡述的。