專利名稱：用于包括交流發(fā)電機(jī)的車輛的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于車輛交流發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，具體地說(shuō)，涉及一種用于提供大功率的電池充電而不引起電池過(guò)充電的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
JPA 4-275035披露了一種用于車輛交流發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中當(dāng)電池電壓低于低限時(shí)，調(diào)節(jié)器參考電壓被設(shè)置為高電平，以提供大功率的電池充電，而當(dāng)電池電壓達(dá)到高限時(shí)，調(diào)節(jié)器參考電壓變?yōu)檎ｋ娖剑蕴峁┲械裙β实碾姵爻潆?。這一專利公開(kāi)還提出了根據(jù)電池電壓的平均值進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，以便消除在由交流發(fā)電機(jī)的全波整流器整流的電源中所含的高于750Hz的諧波(即脈動(dòng))，從而使得其可以和參考電壓進(jìn)行精確的比較。
一般地說(shuō)，電池電壓隨電池的充電狀態(tài)，例如電池的充電或放電電流的累積量和電池的充電電流(即交流發(fā)電機(jī)的輸出電流)而變化，也隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化。
在發(fā)動(dòng)機(jī)速度在空轉(zhuǎn)速度和巡航速度之間反復(fù)改變的城市交通中，發(fā)動(dòng)機(jī)速度和充電電流(或電池電壓)一般是低的。因此，如果參考電壓每當(dāng)電池電壓暫時(shí)增加時(shí)就被降低，則易于使電池充電不足。然而，如果正常參考電壓被設(shè)為高的值以便解決上述問(wèn)題的話，則當(dāng)車輛在高速運(yùn)行或在公路上行駛長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，又易于使電池過(guò)充，從而在短的時(shí)間內(nèi)使電池的電解液分解，并使電池性質(zhì)變差。
在常規(guī)的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，僅僅按照電池電壓使參考電壓從一個(gè)值變?yōu)榱硪粋€(gè)值，而不管車輛運(yùn)行狀態(tài)或發(fā)電機(jī)的狀態(tài)。因此，不能完全阻止電池的過(guò)充。而且，參考電壓頻繁地改變會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載頻繁變化，這對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制是不利的。
本發(fā)明的目的在于通過(guò)在合適的檢測(cè)周期內(nèi)檢測(cè)有關(guān)電池充電能力的值的累積量，使得以一個(gè)受控的速率改變電壓調(diào)節(jié)裝置的參考電壓，從而維持良好的電池狀態(tài)。
一般地說(shuō)，因?yàn)榻煌ㄐ盘?hào)或馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的散熱風(fēng)扇的通斷操作而引起的在城區(qū)驅(qū)動(dòng)的車輛的速度變化在幾十秒和30分鐘之間重復(fù)，因而合適的檢測(cè)周期(例如在3和30分之間)能夠阻止參考電壓的頻繁波動(dòng)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于盡量將電池電壓維持在一定水平內(nèi)而不使電池過(guò)充電。
在按照本發(fā)明的用于車輛交流發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓被一個(gè)提供可變的參考電壓的電壓調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)。磁場(chǎng)電流按照電池電壓與可變參考電壓的比較而進(jìn)行控制。參考電壓按照表示電池充電能力的值的累積量例如電池電壓或以合適的檢測(cè)周期采樣的電池充電電流而改變。
結(jié)果，使得參考電壓的改變不很頻繁，從而使得交流發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩也不會(huì)頻繁地變化。應(yīng)注意，電池、電壓的頻繁改變對(duì)車輛的電氣負(fù)載不利。
檢測(cè)周期最好大于馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的散熱風(fēng)扇的最小操作周期，從而防止由散熱風(fēng)扇的間歇操作而引起的電池電壓的波動(dòng)。
按照本發(fā)明，當(dāng)有關(guān)電池充電能力的值的累積量高于第一電平時(shí)，使參考電壓降低，而當(dāng)其低于比第一電平低的第二電平時(shí)，使參考電壓升高，從而使電池電壓穩(wěn)定。
按照本發(fā)明的最佳實(shí)施例，當(dāng)有關(guān)電池充電能力的值的累積量低于表示電池過(guò)量放電的第三參考電平時(shí)，參考電壓則急劇地上升。這樣，可以在短的時(shí)間內(nèi)使電池充電，從而不會(huì)發(fā)生電池充電不足。
按照本發(fā)明的最佳實(shí)施例，如果電池的過(guò)量放電持續(xù)一段長(zhǎng)的時(shí)間，則參考電壓不被降低。因而，如果電池被過(guò)量放電，即使累積量表示電池暫時(shí)地過(guò)充電，也能維持大功率充電。
本發(fā)明的其它目的、特點(diǎn)、特征以及有關(guān)部件的功能從以下的詳細(xì)說(shuō)明、所附的權(quán)利要求和附圖中將會(huì)清楚地看出。在圖中
圖1是具有按照本發(fā)明的交流發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器的用于車輛的電池充電系統(tǒng)的方塊圖；圖2是按照本發(fā)明的第一實(shí)施例的圖1所示的微機(jī)19的控制操作流程圖；圖3是按照本發(fā)明第一實(shí)施例的微機(jī)19的另一個(gè)控制操作流程圖；圖4是按照第二實(shí)施例的微機(jī)19的控制操作流程圖5是按照第二實(shí)施例的微機(jī)19的控制操作流程圖；圖6是按照本發(fā)明第三實(shí)施例的微機(jī)19的控制操作流程圖；圖7是按照第三實(shí)施例的微機(jī)19的控制操作流程圖；圖8是在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)目辙D(zhuǎn)速度每隔5分鐘上升到恒定的高速的城區(qū)驅(qū)動(dòng)方式中電池電壓、電池電壓的平均值以及參考電壓的時(shí)計(jì)圖；圖9是在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加到高值并保持一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的城外驅(qū)動(dòng)方式下，電池電壓、電池平均電壓以及參考電壓的時(shí)計(jì)圖；圖10是在一個(gè)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持低速的方式下，電池電壓、電池平均電壓和參考電壓的時(shí)計(jì)圖；圖11是具有按照本發(fā)明第四實(shí)施例的交流發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)器的車輛電池充電系統(tǒng)的方塊圖；圖12是圖11所示的方塊26的電路圖；圖13是圖11所示方塊27的電路圖；圖14是圖11所示方塊29的電路圖；圖15是圖11所示方塊28的電路圖；圖16是具有按照本發(fā)明第五實(shí)施例的交流發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)器的車輛電池充電系統(tǒng)的方塊圖；圖17是圖2，4，6中所示的流程圖的改型；以及圖18是圖2，4，6所示的流程圖的改型。
參照?qǐng)D1說(shuō)明按照本發(fā)明第一實(shí)施例的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
由車輛發(fā)動(dòng)機(jī)1驅(qū)動(dòng)的車輛交流發(fā)電機(jī)2具有定子線圈9，三相全波整流器10和磁場(chǎng)線圖11。定子線圖9在磁場(chǎng)電流流過(guò)磁場(chǎng)線圖11時(shí)產(chǎn)生交流電壓，通過(guò)整流裝置10被整流，然后供給電池6和電氣負(fù)載7。
標(biāo)號(hào)3表示磁場(chǎng)電流驅(qū)動(dòng)電路，它包括放電二極管12，N溝道 MOS晶體管13，用于驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)電流，MOS晶體管的控制極保護(hù)二極管14和用來(lái)抑制浪涌電壓的電阻15。當(dāng)控制電壓通過(guò)電阻15被加到晶體管13上時(shí)，晶體管13被導(dǎo)通或截止，從而使得供給磁場(chǎng)線圈11的磁場(chǎng)電流被控制，以便調(diào)節(jié)交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓，從而控制電池6的充電電流。上述的充電系統(tǒng)，在現(xiàn)有技術(shù)中是熟知的，因此省略其說(shuō)明。
電池充電控制電路4具有電阻20和21，它們構(gòu)成分壓電路對(duì)電池6的端電壓分壓。由電阻20和21的接點(diǎn)提供的電池分壓電壓(以后稱為電池電壓)被送到比較器16的一個(gè)輸入端，并通過(guò)A-D轉(zhuǎn)換器18送給微機(jī)19。微機(jī)19的輸出信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器被送到比較器16的正端作為參考電壓。比較器16比較電池電壓和參考電壓Vref。當(dāng)電池電壓高于參考電壓時(shí)，比較器16提供低電平信號(hào)，從而使晶體管13截止。而另一方面，如果電池電壓低于參考電壓Vref時(shí)，則提供高電平電壓，從而使晶體管13導(dǎo)通，這樣便能控制磁場(chǎng)電流。
微機(jī)19的輸出信號(hào)被送到作為發(fā)動(dòng)機(jī)控制微機(jī)一部分的低速控制單元8處。低速控制單元8按照輸入信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的低速運(yùn)行。標(biāo)號(hào)5是鍵開(kāi)關(guān)，當(dāng)其接通時(shí)為微機(jī)19供電。
下面參照?qǐng)D1和圖2來(lái)說(shuō)明由微機(jī)19進(jìn)行的參考電壓的轉(zhuǎn)換。
在第一步100，鍵開(kāi)關(guān)被接通，電源電壓被加到微機(jī)19上，進(jìn)行以下的初始設(shè)置操作(1) 把參考電壓和空轉(zhuǎn)速度設(shè)為初值；(2) 把充電方式標(biāo)記(后面說(shuō)明)設(shè)置為正常方式；以及(3) 使計(jì)算設(shè)置時(shí)間(控制執(zhí)行周期)的定時(shí)器復(fù)位。
圖3示出了用于中斷圖2所示的主程序的中斷子程序，其中包括下列步驟讀電池電壓Vb(步200)；計(jì)算包括最后電池電壓Vb的在3至30分鐘內(nèi)采樣的電池電壓的平均值Va-b，并重寫(xiě)平均電池電壓Va-b的先前存儲(chǔ)值(步202)；返回主程序。
步102決定主程序的設(shè)置時(shí)間，它等到內(nèi)裝計(jì)時(shí)器對(duì)設(shè)置時(shí)間計(jì)數(shù)結(jié)束被復(fù)位從而重新開(kāi)始(步104)時(shí)為止。
接著，檢索電池電壓的平均值Va-b是否高于表示電池過(guò)充電的參考電平V1(步108)。如果是，則認(rèn)為電池要被過(guò)充電。如果不是，則進(jìn)行步112，檢查平均值Va-b是否小于表示電池充電不足的參考電平V2。如果是，則認(rèn)為電池充電不足，并進(jìn)行步114。如果不是，則轉(zhuǎn)到步102。
在步114，檢查參考電壓Vref是否為預(yù)置的最大值(即14v)。如果不是，則使參考電壓Vref增加某一值(例如0.5V)，直到它保持低于14V(步116)。如果是，則把空轉(zhuǎn)速度設(shè)置為某個(gè)較高的值，或者使空轉(zhuǎn)速度增加某一值(例如50rpm)，直到使空轉(zhuǎn)速度保持低于最大速度(步118)。
此后，檢查在步108讀出的最后三個(gè)平均Vab是否全都小于指示電池過(guò)放電的參考電平V3(步120)。如果不是，則返回步102。如果是，則認(rèn)為電池6充電不足，并把第二計(jì)時(shí)器重置為開(kāi)始(122)，進(jìn)行步124。
在步124，充電方式標(biāo)記被設(shè)為用于大功率充電的充電恢復(fù)方式，參考電壓Vref被設(shè)為較高的值Vrefu，返回步102。在本實(shí)施例中，V1是13.5V，V2是13.0V，V3是12.5V。
如果在步108發(fā)現(xiàn)平均Va-b高于值V1，換句話說(shuō)，如果發(fā)現(xiàn)電池過(guò)充，則執(zhí)行下述步驟在步130，檢查充電方式標(biāo)記是正常方式還是充電恢復(fù)方式。如果是正常方式，則進(jìn)行步132，如果是充電恢復(fù)方式，則進(jìn)行步134。充電恢復(fù)方式是用大功率使電池充電的方式，以便在短的時(shí)間里使電池電壓恢復(fù)。
在步132，檢查由空轉(zhuǎn)速度控制單元8檢測(cè)的空轉(zhuǎn)速度是否低于最小值。如果不是，則使空轉(zhuǎn)速度減到一個(gè)較低的速度，或從中減去某一值，直到空轉(zhuǎn)速度比最小值較高(步136)。如果空轉(zhuǎn)速度不低于最小值，則在步138使參考電壓Vref減小一固定值，直到它高于下限值Vrefd(即13.2V)，并返回步102。
如果在步132充電方式標(biāo)記指示為充電恢復(fù)方式，則檢查由第二計(jì)時(shí)器決定的電池恢復(fù)方式的執(zhí)行時(shí)間是否已經(jīng)過(guò)。如果不是，則返回步102，如果是，則在步140使充電方式標(biāo)記返回到正常方式。并返回步102。
如果在空轉(zhuǎn)速度為初始速度時(shí)發(fā)現(xiàn)電池過(guò)充，則在降低參考電壓之前，可以使空轉(zhuǎn)速度低于初始速度，以便節(jié)省燃料。
(第二實(shí)施例)下面參照?qǐng)D4和圖5的流程圖說(shuō)明第二實(shí)施例。
這一控制程序在圖3所示的控制程序上增加了圖5所示的步204，并用圖4所示的步208代替圖2所示的步108。
在步204，在一個(gè)內(nèi)裝圖(map)中存儲(chǔ)包括在周期為3至30分鐘之間的最后一個(gè)周期采樣的電池電壓Vb的所有電池電壓，并從內(nèi)裝圖中檢索相應(yīng)于各個(gè)電池電壓的每個(gè)電池過(guò)充電流，并對(duì)其進(jìn)行累加，從而得到一個(gè)累計(jì)的過(guò)充電流值IK，并用它更新存儲(chǔ)器的內(nèi)容。
在圖4所示的步208，檢查是否有比表明電池過(guò)充的參考值I1較大的累加的過(guò)充電流值IK。如果有，則認(rèn)為電池是被過(guò)充的(嚴(yán)重過(guò)充)，并進(jìn)行步130。如果沒(méi)有，則進(jìn)行步112，檢查平均值Va-b是否小于表明電池充電不足的參考值V2。這樣，可以精確地檢查電池的過(guò)充。
(第三實(shí)施例)現(xiàn)在參照?qǐng)D6和圖7所示的流程圖說(shuō)明第三實(shí)施例。
如圖7所示，圖2所示的控制程序的步200用步206代替，并增加了步207。并如圖6所示，圖2中的步驟108，112和120分別用步308，312，313代替。
在步206中，電池電壓Vb和表明電池過(guò)充的參考值V1、表明電池充電不足的參考值V2和表明電池過(guò)量放電的參考值V3比較。在步207，分別測(cè)量電池電壓Vb高于參考值V1的時(shí)間T1，電池電壓Vb低于參考值V2的時(shí)間T2和電池電壓Vb低于參考電壓V3的時(shí)間T3。在圖6的步313，檢查時(shí)間T3是否大于門限時(shí)間Tth3。如果是，則認(rèn)為電池已被過(guò)量放電。
在步308，檢查過(guò)充電間隔T1是否大于過(guò)放電門限值Tth1。如果是，則認(rèn)為電池被過(guò)充電(嚴(yán)重過(guò)充電)，并進(jìn)行步130。如果不是則進(jìn)行步312。
在步312，檢查充電電流，不足時(shí)間T2是否大于電流不足參考值Tth2。如果是，則認(rèn)為電池充電不足，并進(jìn)行步114。如果不是，則返回步102。
這樣，便不需直接讀出電池電壓，而使電池電壓可以單獨(dú)地和參考電壓V1，V2和V3進(jìn)行比較，從而消除第一實(shí)施例中的A/D轉(zhuǎn)換器和其它元件，使電路結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單。
圖8-10表示當(dāng)采用第一實(shí)施例時(shí)電池電壓和發(fā)動(dòng)機(jī)速度之間的關(guān)系。
圖8是在5分鐘的時(shí)間內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)速度從空轉(zhuǎn)速度變到高速的城區(qū)驅(qū)動(dòng)方式中的電池電壓Vb，其平均電壓Va-b和參考電壓的定時(shí)圖。圖9是在發(fā)動(dòng)機(jī)速度增加并在一高速范圍內(nèi)保持一段長(zhǎng)時(shí)間的城外驅(qū)動(dòng)方式中的電池電壓Vb，其平均值Va-b和各自的參考電壓的定時(shí)圖。圖10是在長(zhǎng)時(shí)間空轉(zhuǎn)方式下的電池電壓Vb、其平均值Va-b和各自的參考電壓的定時(shí)間。
如上所述，電池電壓Vb在一個(gè)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)被檢測(cè)，以便阻止電池過(guò)充，并使電池電壓穩(wěn)定。結(jié)果，如圖6所示，即使在電池電壓頻繁變化時(shí)也沒(méi)有引起電池過(guò)充，電池的充電性能可以得以改善。
電池電壓Vb的平均值Va-b可以不用電池電壓的簡(jiǎn)單平均而是以移動(dòng)平均(moving average)或延遲數(shù)值(delayed va-lue)來(lái)獲得。
(第四實(shí)施例)參照?qǐng)D11-15說(shuō)明第四實(shí)施例，相同的部件或結(jié)構(gòu)用相同的標(biāo)號(hào)表示。
第四實(shí)施例和圖1所示的第一實(shí)施例的區(qū)別在于，電池充電檢測(cè)電路4沒(méi)有A/D轉(zhuǎn)換器也沒(méi)有微機(jī)。在本實(shí)施例中，磁場(chǎng)電流驅(qū)動(dòng)電路3和充電檢測(cè)電路4被放入交流發(fā)電機(jī)2中。
充電控制電路4包括電阻20和21，比較器23-25和30，過(guò)充時(shí)間累加電路26，參考電壓設(shè)置電路27，充電不足累加電路28和參考電壓發(fā)生電路29。
參考電壓發(fā)生電路29提供參考電平電壓Vref1，Vref2和Vref3，圖14表示參考電壓發(fā)生電路29的一個(gè)例子。不過(guò)，因?yàn)檫@是一個(gè)熟知的電路，故不再對(duì)其說(shuō)明。
比較器23比較由電阻20和21構(gòu)成的分壓電路所分壓的電壓和參考電平電壓Vref1(例如13.7V)，并確定電池是否過(guò)充。當(dāng)電池電壓的分壓(以后稱為電池電壓)大于參考電平Vref1時(shí)，比較器23提供一低電平電壓。提供低電平電壓的每個(gè)時(shí)間間隔被過(guò)充時(shí)間累加電路26累加，從而提供過(guò)充時(shí)間T1。過(guò)充時(shí)間累加電路26檢查過(guò)充時(shí)間T1是否大于過(guò)充參考值Tth1(例如30分鐘或50％占有率)。如果發(fā)現(xiàn)T1＞Tth1，此時(shí)可引起電池電解液的異常減少，參考電壓設(shè)置電路27則把參考電壓Vref變?yōu)橐粋€(gè)較低的電壓。即把參考電壓Vref降低0.2V。被參考電壓設(shè)置電路27改變過(guò)的參考電壓Vref被送到比較器30，它比較電池電壓和參考電壓Vref，從而驅(qū)動(dòng)晶體管13并以參考電壓Vref調(diào)節(jié)電池電壓。相反，如果過(guò)充時(shí)間累加電路26發(fā)現(xiàn)T1＞Tth1(這表示電池過(guò)充已消失)，則向參考電壓設(shè)置電路27發(fā)出指令信號(hào)，把參考電壓Vref改為一個(gè)較高的值，并且參考電壓設(shè)置電路27使參考電壓Vref增加0.2V。參考電壓設(shè)置電路具有滯后功能，以錯(cuò)開(kāi)降低過(guò)充參考值Tth1和使其恢復(fù)的定時(shí)，借以阻止振蕩。
圖12是過(guò)充時(shí)間累加電路26的方塊圖。比較器23的輸出信號(hào)被送到加/減計(jì)數(shù)器26，如果電池電壓高于參考電壓Vref1，則每隔0.1秒、計(jì)數(shù)一次，如果低于參考電壓，則進(jìn)行減計(jì)數(shù)。比較器23的輸出信號(hào)被數(shù)字延遲電路262延遲大約26分鐘，并被送到加/減計(jì)數(shù)器263，如果延遲的電池電壓高于參考值Vref，則每隔0.1秒加1，如果低于此值，則減1。
標(biāo)號(hào)264是減法器，用于從增/減計(jì)數(shù)器261的輸出信號(hào)中減去增/減計(jì)數(shù)器263的輸出信號(hào)，并把所得信號(hào)送到數(shù)字比較器265。通過(guò)從開(kāi)關(guān)被接通時(shí)直到現(xiàn)在所累加的比較器23的輸出信號(hào)中減去以前開(kāi)關(guān)接通26分鐘時(shí)所累加的比較器23的輸出信號(hào)給出結(jié)果值。這便是在最后26分鐘期間內(nèi)累加的比較器的輸出信號(hào)。
數(shù)字比較器265比較上面減得的值和預(yù)置數(shù)字(例如0)。如果減得的值大于預(yù)置數(shù)字，則表示大于26分鐘的50％的時(shí)間是電池電壓高于參考值Vref1的總的時(shí)間。因而參考電壓設(shè)置電路27便降低參考電壓。
圖13是參考電壓設(shè)置電路27的電路圖。
比較器24比較由電阻20和21構(gòu)成的分壓電路分壓的電池電壓和過(guò)放電電平參考電壓Vref3(例如對(duì)所述電池為12.5V)。如果電池的分壓(以后稱作電池電壓)低于參考電壓Vref3，則比較器24向增/減計(jì)數(shù)器2710發(fā)出高電平電壓，當(dāng)電池電壓低于參考電壓Vref3時(shí)，每隔0.1秒加1，若高于參考電壓Vref3，則減1。比較器24的輸出信號(hào)由數(shù)字延遲電路2720延遲26分鐘，并被送到加/減計(jì)數(shù)器2730，如果電池電壓低于參考電壓Vref3，則在26分鐘之后每0.1秒加1，如果高于Vref3，則26分鐘之后每0.1秒減1。
標(biāo)號(hào)2740是減法器，用來(lái)從加/減計(jì)數(shù)器2710的計(jì)數(shù)的信號(hào)中減去加/減計(jì)數(shù)器2730的計(jì)數(shù)信號(hào)，減得的結(jié)果被送到數(shù)字比較器2750。該結(jié)果等于從比較器24被通電之后到現(xiàn)在累加的比較器24的輸出信號(hào)中減去比較器24被通電之后直到26分鐘以前所累加的輸出信號(hào)所得到的值，即在最近的26分鐘內(nèi)累加的比較器24的輸出信號(hào)。
數(shù)字比較器2750比較上述減得的結(jié)果和一個(gè)預(yù)置的數(shù)值(在本實(shí)施例中為0)，如果該結(jié)果大于預(yù)設(shè)值，則表示電池電壓低于參考電壓Vref3的總的時(shí)間大于26分鐘的50％，并認(rèn)為電池被過(guò)放電。因而，RS觸發(fā)器電路273被置位，從而關(guān)閉與門2761，2762和2763。換句話說(shuō)，當(dāng)電池被認(rèn)為過(guò)放電時(shí)，與門2761，2762和2763阻止參考電壓Vref降低。
標(biāo)號(hào)274是4位計(jì)數(shù)器，當(dāng)數(shù)字比較器2750提供高電平信號(hào)時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)，并每2分鐘計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖，從而當(dāng)其測(cè)量16分鐘時(shí)使觸發(fā)器電路273復(fù)位。即當(dāng)與門2761，2762和2763關(guān)閉時(shí)，大功率的電池充電被進(jìn)行16分鐘而不降低參考電壓。
當(dāng)電池不被過(guò)放電時(shí)，觸發(fā)器電路273提供高電平信號(hào)。
標(biāo)號(hào)2751是3位計(jì)數(shù)器，當(dāng)電路26的數(shù)字比較器265的輸出信號(hào)為低時(shí)(當(dāng)電池被認(rèn)為是過(guò)充電時(shí))通過(guò)反相器2752被復(fù)位。當(dāng)數(shù)字比較器265提供指示電池過(guò)放電的高電平信號(hào)時(shí)，計(jì)數(shù)器2751每2分鐘計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖。計(jì)數(shù)器2751的最低的數(shù)字(或最低位)、中間數(shù)字和最高數(shù)字的輸出信號(hào)Q0、Q1和Q3被分別送到與門2761，2762和2763。
當(dāng)從電路26送出指示電池過(guò)充的信號(hào)時(shí)，與門2761打開(kāi)，從而使晶體管277導(dǎo)通，借以使參考電壓Vref降低0.2V。晶體管277的開(kāi)關(guān)操作相應(yīng)于0.2V參考電壓Vref的變化，晶體管278的開(kāi)關(guān)操作相應(yīng)于0.4V參考電壓Vref的變化，晶體管279的開(kāi)關(guān)操作相應(yīng)于0.8V參考電壓Vref的變化。這樣，計(jì)數(shù)器2751的3位信號(hào)的變化通過(guò)8步使參考電壓逐漸變化。
當(dāng)電路26的數(shù)字比較器265提供表示無(wú)電池過(guò)充的低電平信號(hào)時(shí)，反相器2752使計(jì)數(shù)器2751復(fù)位，關(guān)閉與門2761-2763，借以使參考電壓很快地恢復(fù)到原來(lái)的值。
標(biāo)號(hào)282是參考電壓產(chǎn)生電路，由晶體管277-280，齊納二極管281和電阻器構(gòu)成，并提供8個(gè)不同電平的電壓。
現(xiàn)在對(duì)上述的參考電壓發(fā)生電路29進(jìn)行說(shuō)明。
比較器25和充電不足時(shí)間累加電路28參照?qǐng)D11和15進(jìn)行說(shuō)明。
比較器25比較電池電壓Vb和表示電池充電不足的參考電壓Vref2(例如對(duì)所述電池為13.0V)。如果發(fā)現(xiàn)電池電壓低于參考電壓Vref2，則充電不足時(shí)間累加電路28累加該時(shí)間間隔(充電不足時(shí)間間隔T2)。然后，檢查充電不足時(shí)間T2是否大于充電不足參考值Tth2。如果T2＞Tth2，則表示電池充電不足，這對(duì)電池不利，因而通過(guò)空轉(zhuǎn)速度控制單元8使發(fā)動(dòng)機(jī)的空轉(zhuǎn)速度增加到較高值(例如增加50rpm)。在另一方面，如果T2＜Tth2，則表示電池充電不足已不存在，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)速度恢復(fù)為原來(lái)速度。
現(xiàn)在參照?qǐng)D15說(shuō)明充電不足時(shí)間累加電路28的操作。
如果電池電壓的分壓(以后稱為電池電壓)低于參考電壓Vref2，則比較器25向增/減計(jì)數(shù)器2810發(fā)出高電平信號(hào)，增/減計(jì)數(shù)器2810每隔0.1秒加1，直到電池電壓低于參考電壓Vref2，并且如果電池電壓高于參考電壓Vref2，則減1。比較器25的輸出信號(hào)被數(shù)字延遲電路2820延遲26分鐘，并被送到增/減計(jì)數(shù)器2830，如果延遲的電池電壓低于參考電平電壓Vref2，則每隔0.1秒加1，如果高于Vref2，則每隔0.1秒減1。
標(biāo)號(hào)2840是減法器，用來(lái)從增/減計(jì)數(shù)器2810的輸出信號(hào)中減去增/減計(jì)數(shù)器2830的輸出信號(hào)。通過(guò)從比較器2 5被供電之后直到當(dāng)前所累加的比較器25的輸出信號(hào)中減去在其被供電之后距當(dāng)前26分鐘所累加的比較器25的輸出信號(hào)給出結(jié)果。所給出的結(jié)果便是在最近26分鐘內(nèi)累加的比較器25的輸出信號(hào)。
數(shù)字比較器2850比較上述減得的結(jié)果和預(yù)置的數(shù)值(本例中為0)。如果大于預(yù)置數(shù)值，則認(rèn)為電池電壓Vb低于參考電壓Vref2的總時(shí)間達(dá)到最后26分鐘時(shí)間間隔的50％或更多，因而電池充電不足。并且RS觸發(fā)器被置位，使緩沖反相器的晶體管284導(dǎo)通。RS觸發(fā)器電路283每2分鐘在其復(fù)位端接收時(shí)鐘脈沖，以便更新數(shù)據(jù)。
使和電阻285構(gòu)成緩沖逆變器的晶體管284導(dǎo)通的信號(hào)被送到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(未示出)，它使得空轉(zhuǎn)速度增加，例如增加50rpm。在另一方面，晶體管284的截止信號(hào)則使空轉(zhuǎn)速度減少一個(gè)固定的量。
(第五實(shí)施例)圖16表示第五實(shí)施例，其中和以上實(shí)施例相同的部分具有相同的標(biāo)號(hào)。
在本實(shí)施例中，第一實(shí)施例(圖1)的充電控制電路4被分成外部充電控制電路47和內(nèi)部充電電路48，并通過(guò)信號(hào)線100彼此相連。
外部充電控制電路47位于交流發(fā)電機(jī)外部，具有和第一實(shí)施例的充電控制電路4相同的分壓電阻20和21，A-D轉(zhuǎn)換器18和微機(jī)19。微機(jī)19的輸出信號(hào)通過(guò)晶體管41送到內(nèi)部充電控制電路48的比較器42。
置于交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部的內(nèi)部充電控制電路48包括比較器42，它通過(guò)信號(hào)線100接收參考電壓信號(hào)，具有電阻44和電容45的積分電路。用來(lái)控制磁場(chǎng)電流驅(qū)動(dòng)晶體管13的比較器46，具有電阻147和148的分壓電路，以及具有電阻49和齊納二級(jí)管43的恒壓電路。
本實(shí)施例的電路除第一實(shí)施例的電路之外還具有外部充電控制單元47和A/D轉(zhuǎn)換器，因而集中對(duì)這一特征進(jìn)行說(shuō)明。對(duì)于其操作，可參見(jiàn)圖2。
外部控制電路47的微機(jī)19計(jì)算電池電壓的平均值，確定需要改變的參考電壓Vref并計(jì)算要被改變的參考電壓的數(shù)量。微機(jī)19還計(jì)算相應(yīng)于參考電壓的占空比。例如，當(dāng)參考電壓為15V時(shí)，占空比被設(shè)為90％，當(dāng)參考電壓為12V時(shí)，則設(shè)為10％。通過(guò)線性內(nèi)插計(jì)算其它的占空比。計(jì)算的占空比的信號(hào)(占空比信號(hào))被送到置于交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部的內(nèi)部充電控制電路48。其中的比較器電路42比較占空比信號(hào)和由恒壓電路提供的參考電平電壓，并提供一個(gè)被整形的信號(hào)，它由包括電阻44和電容45的積分電路平滑，從而提供表示占空比的模擬參考電平電壓。比較器46比較參考電壓和交流發(fā)電機(jī)輸出電壓，對(duì)磁場(chǎng)電流進(jìn)行通斷控制，從而調(diào)節(jié)交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓。
聯(lián)系外部充電控制電路47和內(nèi)部充電控制電路48的信號(hào)可以是指示參考電平的其它任何信號(hào)，例如頻率信號(hào)或除占空比信號(hào)(PWM信號(hào))之外的模擬信號(hào)。即，內(nèi)部充電控制電路48比較參考電壓Vref和交流發(fā)電機(jī)輸出電壓的分壓，并根據(jù)送到磁場(chǎng)電流驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。外部充電檢測(cè)電路47確定平均電池充電狀態(tài)，并提供參考電壓Vref，向內(nèi)部充電控制電路48提供參考電壓信號(hào)。換句話說(shuō)，檢查電池電壓的外部電路省略了在交流發(fā)電機(jī)中的電壓檢測(cè)端。磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)晶體管13不僅被直接檢測(cè)信號(hào)導(dǎo)通與截止，而且被參考電壓Vref導(dǎo)通和截止，從而可以檢測(cè)端子的斷開(kāi)，作為保險(xiǎn)控制。例如，在圖16中，如果由晶體管41提供的信號(hào)的占空比為0％或100％，則認(rèn)為發(fā)生了故障。外部充電檢測(cè)電路47可以在其中包含其它的控制器(例如發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元)。
(其它的實(shí)施例)在圖2、4和6中所示的步102中設(shè)置的設(shè)置時(shí)間被設(shè)置為大于馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的用于冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻劑的散熱風(fēng)扇的最小操作時(shí)間。結(jié)果，可使參考電壓不受由于散熱風(fēng)扇的通斷操作而引的電池電壓變化的影響。
當(dāng)檢測(cè)到電池過(guò)充時(shí)，圖2、4、6所示步138中設(shè)置的參考電壓的減少量被這樣設(shè)置，使得由減少的數(shù)量決定的設(shè)置電壓的變化，和步102的程序循環(huán)時(shí)間的比在0.01-0.1V之間。結(jié)果，可以避免由于輸出電壓的慢的變化而引起的過(guò)充電和由于輸出電壓的快的變化而導(dǎo)致的不利影響。
當(dāng)按照平均充電電壓檢測(cè)電池的充電不足或過(guò)充時(shí)，和進(jìn)行正常的電壓調(diào)節(jié)時(shí)相比，設(shè)置的電壓必須被較高地改變。
用于檢測(cè)平均充電電壓的參考值隨電池溫度和有關(guān)參數(shù)而變化。例如，參考電壓發(fā)生電路29被置于車輛的交流發(fā)電機(jī)內(nèi)，從而提供參考電平電壓Vref1，Vref2和Vref3。在圖14中，由電阻R11和R12構(gòu)成的分壓電路的輸出電壓被加于晶體管311。當(dāng)溫度低時(shí)，晶體管311不飽和或截止，流過(guò)電阻R13的電流很小或?yàn)榱?，從而使由電阻R15-R19提供的參考電平電壓Vref1-Vref3保持不變。如果晶體管311的溫度變高，則晶體管完全導(dǎo)通，從而降低參考電平電壓Vref1-Vref3。電阻R13、R14是集電極電阻和發(fā)射極電阻，用來(lái)分別調(diào)節(jié)集電極電流。在圖14的電路29中，當(dāng)交流發(fā)電機(jī)1的溫度升高時(shí)，參考電壓Vref2，Vref3降低。因?yàn)榻涣靼l(fā)電機(jī)1的溫度和位于發(fā)動(dòng)機(jī)殼體內(nèi)的電池具有正相關(guān)性，當(dāng)電池溫度升高時(shí)，參考電平電壓Vref1和Vref3降低。
結(jié)果，如果電池溫度升高并且過(guò)充電平降低，則對(duì)于電池過(guò)充的參考電平被降低，使得可以實(shí)現(xiàn)在無(wú)電池過(guò)充的條件下的減少燃料的最佳發(fā)電控制。圖14所示的電路為簡(jiǎn)單起見(jiàn)通過(guò)檢測(cè)調(diào)節(jié)器溫度檢測(cè)電池溫度。
現(xiàn)在參照?qǐng)D17所示的流程圖說(shuō)明一個(gè)最佳實(shí)施例，除去圖2、4、6的步驟之外，其中增加了步101。
在發(fā)動(dòng)機(jī)(未示出)起動(dòng)后的最初10分鐘內(nèi)，參考電壓不變化(步101)，從而阻止在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)期間電池充電不足。
參照?qǐng)D18說(shuō)明另一個(gè)最佳實(shí)施例，除圖2、4、6所示的電路之外，增加了步103。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)(未示出)起動(dòng)時(shí)，計(jì)算時(shí)間間隔，并按照這一時(shí)間間隔改變參考電平V1，V2和V3。
隨著發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)之后時(shí)間的推移，電池溫度上升，并隨著參考電平V1，V2和V3的減少，過(guò)充電平降低。因而，參考電壓可以被降低，而不必?fù)?dān)心在簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)中的電池的過(guò)充或過(guò)量放電而使發(fā)出的功率降低，從而減少燃料消耗。
在本發(fā)明的以上的說(shuō)明中，參考特定例子進(jìn)行了說(shuō)明。然而，顯然未脫離在權(quán)利要求中提出的本發(fā)明的構(gòu)思，可以對(duì)這些實(shí)施例作出各種改變和改型。因而，本說(shuō)明僅用于說(shuō)明的目的，而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1 一種電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括和電池(6)相連的具有磁場(chǎng)線圈(11)的車輛交流發(fā)電機(jī)(9)，其中包括電壓調(diào)節(jié)單元(3)，用來(lái)按照所述交流發(fā)電機(jī)(9)的輸出電壓和參考電壓之間的比較控制供給所述磁場(chǎng)線圈(11)的電流；第一裝置(4，18，19，20，21，47)，用來(lái)檢測(cè)在一個(gè)固定的檢測(cè)時(shí)間內(nèi)，從所述電池(6)的充電狀態(tài)采樣的值的累加量，在所述固定的檢測(cè)時(shí)間內(nèi)可以預(yù)料所述發(fā)動(dòng)機(jī)的通常的速度變化；以及第二裝置(4，17，19，48)，用來(lái)按照所述累加量改變所述參考電壓。
2 如權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)和安裝在所述發(fā)動(dòng)機(jī)上的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的散熱風(fēng)扇一起使用，并且所述檢測(cè)時(shí)間大于所述馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的散熱風(fēng)扇的最小操作時(shí)間間隔。
3 如權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述檢測(cè)時(shí)間為3和30分鐘之間。
4 如權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述第二裝置(4，17，19)當(dāng)所述累加量高于表示所述電池(6)的過(guò)充的第一電平時(shí)，降低所述參考電壓，當(dāng)所述累加量低于表示所述電池(6)的充電不足的第二電平時(shí)，升高所述參考電壓。
5 如權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述第二裝置(4，17，19)以被控制的速率改變所述參考電壓。
6 如權(quán)利要求5所述的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述第二裝置(4，17，19)當(dāng)所述累加的量達(dá)到表示所述電池(6)的過(guò)放電的第三值時(shí)，以第一速率升高所述參考電壓，當(dāng)所述累加的量變得高于所述第一值時(shí)，以比第一速率低的第二速率降低所述參考電壓，當(dāng)所述累加的量變得低于所述第二值時(shí)，以比所述第一速率低的第三速率升高所述參考電壓。
7 如權(quán)利要5所述的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述第二裝置(4，17，19)以大于0.01V/分的速率改變所述參考電壓。
8 如權(quán)利要求5所述的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述第二裝置(4，17，19)以低于0.1V/分的速率改變所述參考電壓。
9 如權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，還包括空轉(zhuǎn)速度控制單元(8)，用于當(dāng)所述累加的量在升高所述參考電壓之后仍然低于所述第二值時(shí)，增加發(fā)動(dòng)機(jī)的空轉(zhuǎn)速度。
10 如權(quán)利要求4所述的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，還包括空轉(zhuǎn)速率控制單元(8)，用于當(dāng)所述累加的量高于所述第一值時(shí)，在降低所述參考電壓之前減少發(fā)動(dòng)機(jī)的空轉(zhuǎn)速度。
11 如權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中如果所述累加的量在大于一個(gè)固定時(shí)間間隔的時(shí)間內(nèi)仍然保持低于所述第二值，所述第二裝置(4，17，19)則被停止以便降低所述參考電壓。
12 如權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述電壓調(diào)節(jié)單元(3)，所述第一裝置(4，18，19，20，21)和第二裝置(4，17，19)被設(shè)置在所述交流發(fā)電機(jī)(9)內(nèi)。
13 如權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述電壓調(diào)節(jié)單元(3)被設(shè)置在所述交流發(fā)電機(jī)(9)內(nèi)，所述第一裝置(47)和所述第二裝置(48)被設(shè)置在所述交流發(fā)電機(jī)外部。
14 如權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中在所述發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)之后的一段固定的時(shí)間內(nèi)使所述第二裝置(4)停止，以便改變所述參考電壓。
15 如權(quán)利要求4所述的電壓操作系統(tǒng)，其中，所述第二裝置(4)按照電池(6)的溫度改變所述參考電壓。
16 如權(quán)利要求15所述的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述第二裝置(4)按照所述調(diào)節(jié)的單元(3)的溫度改變所述參考值。
17 如權(quán)利要求15所述的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述第二裝置(4)按照發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)之后的時(shí)間的推移改變所述參考值。
18 如權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述累加的量由從所述電池(6)電壓中減去高頻分量而得到的電壓信號(hào)構(gòu)成。
19 如權(quán)利要求18所述的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述累加的量由在所述檢測(cè)期間內(nèi)采樣的電池電壓的平均值構(gòu)成。
20 如權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述累加的量是在所述檢測(cè)期間所述電池電壓超過(guò)規(guī)定值的時(shí)間間隔的累加量。
21 如權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述累加的量是在所述檢測(cè)期間流入所述電池(6)的過(guò)充電流的值的累加量。
全文摘要
電池電壓通過(guò)比較器(16)與參考電壓比較,使得當(dāng)正常充電的電池(6)的電壓高于正常參考電壓時(shí),被按正常參考電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)在包括發(fā)動(dòng)機(jī)的典型的操作速度的期間內(nèi),電池電壓的平均值高于上限V
文檔編號(hào)H02J7/24GK1175109SQ9711095
公開(kāi)日1998年3月4日 申請(qǐng)日期1997年4月23日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月23日
發(fā)明者前原冬樹(shù), 佐藤博英 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝