專利名稱：車輛用電源控制裝置以及車輛用電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括兩輪機(jī)動(dòng)車在內(nèi)的內(nèi)燃機(jī)車輛使用的車輛用電源控制裝置以及車輛用電源裝置，具體地說，涉及穩(wěn)定電源裝置的輸出電壓值的同時(shí)，無需搭載電池(以下簡(jiǎn)稱“無電池”)的車輛或者搭載小容量電池的車輛使用的車輛用電源控制裝置。
背景技術(shù)：
轎車等四輪機(jī)動(dòng)車通常都需要搭載大容量的電池，通過車輛搭載的電池給內(nèi)燃機(jī)(下面也稱“引擎”)以及車輛的其它負(fù)載提供穩(wěn)定的電源電壓(例如直流電12V)。引擎的機(jī)軸(crank shaft)與發(fā)電機(jī)連接，當(dāng)各負(fù)載的消耗電力小于發(fā)電機(jī)的發(fā)電電力時(shí)，將剩余電力充電給電池；當(dāng)各負(fù)載的消耗電力超過發(fā)電機(jī)的發(fā)電電力時(shí)，不足的電力由電池補(bǔ)充。發(fā)電機(jī)起到在啟動(dòng)引擎時(shí)從電池得到電力供給后旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)引擎的電動(dòng)機(jī)的作用。
如上所述的轎車等四輪機(jī)動(dòng)車搭載的電動(dòng)式燃料噴射裝置，由于從電池得到穩(wěn)定的電壓供給，所以平時(shí)能夠滿足引擎要求的燃料噴射量。
另一方面，由于兩輪機(jī)動(dòng)車、雪上汽車、小型摩托艇等車輛中多數(shù)采用了機(jī)械式汽化器(carburetor)，能夠利用踏桿(kick lever)或使用啟動(dòng)繩(rope)通過人力啟動(dòng)引擎，并不需要大容量電池。此外，對(duì)于這些車輛，有必要盡量減輕車輛總體重量，所以需要使用更加小型化、輕量化的電池或不使用電池。
圖8所示為傳統(tǒng)技術(shù)涉及的無搭載電池的兩輪機(jī)動(dòng)車等車輛用電源裝置實(shí)例。上述電源裝置包括對(duì)發(fā)電機(jī)1輸出的交流電力進(jìn)行整流的整流電路2以及使經(jīng)過整流的電力變得平滑的電容器10，在引擎轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，對(duì)燃料噴射裝置以及點(diǎn)火栓等周期性發(fā)生的脈沖性變動(dòng)負(fù)載和車頭燈等固定負(fù)載進(jìn)行電力供應(yīng)。
圖9是圖8所示的車輛用電源裝置與燃料噴射裝置或點(diǎn)火栓等變動(dòng)負(fù)載連接時(shí)電源裝置輸出電壓(電源電壓)的變化示意圖。
如圖9所示，當(dāng)電源電壓(圖8所示電源輸出線11的電壓)為第1電壓強(qiáng)度時(shí)，如果電源輸出線11輸出脈沖狀負(fù)載電流，則電容器10的電壓將下降到第2電壓強(qiáng)度。當(dāng)電壓降到第2電壓強(qiáng)度，負(fù)載電流停止，則電容器10的電壓將維持第2電壓強(qiáng)度。接著，發(fā)電機(jī)1通過整流電路2供給發(fā)電電力，電容器10中將流過充電電流，電源輸出線11的電壓將逐步上升，恢復(fù)到第1電壓強(qiáng)度。這樣，電源裝置的電源輸出線11的電壓強(qiáng)度將周期性地大幅變動(dòng)。雖然圖8所示的電源裝置沒有連接電池，但是甚至當(dāng)用小容量電池(沒有圖示)代替電容器10或與電容器10并列連接時(shí)，如果電池性能下降，也會(huì)發(fā)生上述情況。
近年來，大多數(shù)兩輪機(jī)動(dòng)車等小型車輛也開始搭載電動(dòng)式燃料噴射裝置，而引擎啟動(dòng)后的穩(wěn)定電源供給對(duì)于燃料噴射裝置或點(diǎn)火裝置尤其重要，所以更需要車輛用電源裝置輸出穩(wěn)定的電壓。但是，在這些小型車輛上搭載四輪機(jī)動(dòng)車搭載的電池是非常困難的。
因此，對(duì)于搭載電動(dòng)式燃料噴射裝置的車輛，提出了通過將根據(jù)引擎的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，為電動(dòng)式燃料噴射裝置或點(diǎn)火栓等模塊進(jìn)行電子控制的控制裝置(以下簡(jiǎn)稱“ECU”)供給電源的裝置，換成根據(jù)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，依靠電池或人力的發(fā)電機(jī)以及依靠?jī)?nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)力的發(fā)電機(jī)的裝置。
專利文獻(xiàn)1專利公開2003-3889號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容如上所述，近年來搭載在包括兩輪機(jī)動(dòng)車、四輪機(jī)動(dòng)車在內(nèi)的各種車輛上的ECU由例如微處理器芯片等IC芯片組成。為了防止控制電路的誤操作，搭載IC芯片的ECU允許的電源電壓的變化幅度應(yīng)該盡可能小。
但是，如專利文獻(xiàn)1公示的將給ECU供給電源的車輛用電源控制裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，會(huì)導(dǎo)致電源裝置的體積變大以及提高制造成本。
近期，本發(fā)明的發(fā)明人開發(fā)了使用電磁式燃料噴射泵的燃料噴射系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱“電磁式燃料噴射系統(tǒng)”)，此系統(tǒng)能夠自己對(duì)燃料加壓并噴射，而以往的電子燃料噴射系統(tǒng)需要通過燃料泵或穩(wěn)壓器(regulator)對(duì)燃料加壓后，才能輸送并噴射。
所述電磁式燃料噴射系統(tǒng)，相比以往類型的汽化器(carburetor)裝置或電子控制式燃料噴射，實(shí)現(xiàn)了小型化和低成本，所以能夠廣泛搭載在四輪機(jī)動(dòng)車以及兩輪機(jī)動(dòng)車等各種車輛上。
本發(fā)明目的是提供內(nèi)燃機(jī)車輛用電源裝置，其避免電源控制裝置的體積過大以及高成本，也能夠在兩輪機(jī)動(dòng)車等各種車輛上搭載電動(dòng)式燃料噴射裝置，從引擎啟動(dòng)開始到運(yùn)行期間內(nèi)，對(duì)車輛搭載的控制裝置、燃料噴射裝置以及點(diǎn)火栓等負(fù)載可輸出穩(wěn)定電壓。
本發(fā)明另一個(gè)目的是提供車輛用電源裝置，其對(duì)無電池的車輛，也能夠修正變動(dòng)的電源電壓，從而向燃料噴射裝置提供穩(wěn)定電源電壓。
本發(fā)明提供的車輛用電源控制裝置，其特征是，其組成包括將內(nèi)燃機(jī)主電源電路提供的第1電壓強(qiáng)度的電源電力變換成第2電壓強(qiáng)度的充電電路、儲(chǔ)存經(jīng)過上述充電電路變換的第2電壓強(qiáng)度電力的電容器、當(dāng)電源電力的電壓低于預(yù)設(shè)值時(shí)，將上述電容器儲(chǔ)存的第2電壓強(qiáng)度的電力變換成第1電壓強(qiáng)度供應(yīng)到主電源電路的放電電路，從而能夠使內(nèi)燃機(jī)的主電源電路的電壓維持在規(guī)定范圍內(nèi)。
本發(fā)明提供的車輛用電源裝置，其特征是，其組成包括將與內(nèi)燃機(jī)連接的發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電力供給到各負(fù)載的主電源電路、將上述主電源電路提供的第1電壓強(qiáng)度的電源電力變換成第2電壓強(qiáng)度的充電電路、儲(chǔ)存經(jīng)過上述充電電路變換的第2電壓強(qiáng)度電力的電容器、當(dāng)電源電力的電壓低于預(yù)設(shè)值時(shí)，將上述電容器儲(chǔ)存的第2電壓強(qiáng)度的電力變換成第1電壓強(qiáng)度供應(yīng)到主電源電路的放電電路，從而能夠使內(nèi)燃機(jī)的主電源電路的電壓維持在規(guī)定范圍內(nèi)。
本發(fā)明將電力以不同強(qiáng)度電壓儲(chǔ)存在與主電源電路沒有直接電連接的電容器內(nèi)，根據(jù)需要將對(duì)應(yīng)電容器儲(chǔ)存的電力提供給主電源電路，所以即使主電源電路儲(chǔ)存的電力被消耗掉，也能向內(nèi)燃機(jī)的負(fù)載提供電力。
本發(fā)明涉及的車輛用電源控制裝置以及電源裝置，還包括檢測(cè)到內(nèi)燃機(jī)停止?fàn)顟B(tài)后禁止上述放電電路工作的禁止放電控制電路。這樣，能夠在內(nèi)燃機(jī)停止運(yùn)行時(shí)防止儲(chǔ)存在電容器上的能量消耗，為此后的內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)做準(zhǔn)備。內(nèi)燃機(jī)停止運(yùn)行狀態(tài)可以通過內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)或發(fā)電機(jī)的輸出電壓波形來檢測(cè)。
啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)的時(shí)候，上述放電電路啟動(dòng)，由電容器向主電源電路供給電力，完成內(nèi)燃機(jī)的啟動(dòng)。
構(gòu)成該車輛用電源控制裝置的上述充電電路，具有充電控制電路，如果電容器的電壓超過規(guī)定值，就阻斷主電源電路繼續(xù)向電容器充電。上述充電電路在主電源電路的電壓超過規(guī)定值而且電容器電壓低于規(guī)定值時(shí)啟動(dòng)。
本發(fā)明涉及的車輛用電源控制裝置具有的電容器，是內(nèi)部自身放電極小的雙電荷層電容器。因此，即使長(zhǎng)時(shí)間不使用車輛，也不會(huì)消耗儲(chǔ)存的電力，從而能夠啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)。
本發(fā)明涉及的車輛用電源控制裝置，為了長(zhǎng)期保持儲(chǔ)存在電容器的電力，設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換裝置以及將光電轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生的電力儲(chǔ)存到電容器的光電充電電路。
上述充電電路以及放電電路分別由開關(guān)調(diào)節(jié)器方式的DC/DC變換器組成。組成充電電路的DC/DC變換器和組成放電電路的DC/DC變換器，共用一個(gè)電感器，上述電感器的一端與充電電路以及放電電路連接，而電感器另一端與電容器連接。這樣不僅能夠在第1電壓強(qiáng)度和第2電壓強(qiáng)度之間進(jìn)行電壓變換時(shí)最大程度降低電力損耗，還能夠?qū)崿F(xiàn)裝置的小型化。
本發(fā)明特點(diǎn)是電容器儲(chǔ)存的電力的電壓強(qiáng)度(第2電壓強(qiáng)度)低于主電源電路的輸出線的電壓強(qiáng)度(第1電壓強(qiáng)度)。
本發(fā)明涉及車輛用電源控制裝置，包括將內(nèi)燃機(jī)主電源電路提供的第1電壓強(qiáng)度的電源電力變換成第2電壓強(qiáng)度的充電電路、儲(chǔ)存經(jīng)過上述充電電路變換的第2電壓強(qiáng)度電力的電容器、當(dāng)電源電力的電壓低于預(yù)設(shè)值時(shí)，將上述電容器充的第2電壓強(qiáng)度的電力變換成第1電壓強(qiáng)度供應(yīng)到主電源電路的放電電路，從而能夠使內(nèi)燃機(jī)的主電源電路的電壓維持在規(guī)定范圍內(nèi)。
因此，即使失去了主電源電路儲(chǔ)存的電力，也能夠?yàn)檐囕v搭載的控制裝置、燃料噴射裝置以及點(diǎn)火栓等負(fù)載，至少從引擎啟動(dòng)開始到運(yùn)行期間內(nèi)，提供穩(wěn)定的電壓。此外，對(duì)于無電池的車輛，也能搭載電子控制式燃料噴射裝置。


圖1是本發(fā)明的包含車輛用電源控制裝置的電源裝置的整體電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明涉及的車輛用電源控制裝置中電容器C1和主電源電路的電源電壓變化示意圖；圖3是最初引擎啟動(dòng)時(shí)電源輸出線電壓以及電容器C1的電壓上升狀態(tài)示意圖；圖4是本發(fā)明涉及的車輛用電源控制裝置中電容器C1和電源輸出線的理想時(shí)間曲線(timing chart)實(shí)例；
圖5是本發(fā)明涉及的車輛用電源控制裝置中電容器C1和電源輸出線的實(shí)際時(shí)間曲線實(shí)例；圖6是本發(fā)明涉及的車輛用電源控制裝置的充電電路4的工作情況說明圖；圖7是本發(fā)明涉及的車輛用電源控制裝置的放電電路5的工作情況說明圖；圖8是以往技術(shù)涉及的無搭載電池的兩輪機(jī)動(dòng)車等車輛使用的車輛用電源裝置實(shí)例示意圖；圖9是圖8所示車輛用電源裝置與燃料噴射裝置或點(diǎn)火栓等變動(dòng)負(fù)載連接時(shí)，電源電壓變化示意圖。
符號(hào)說明1發(fā)電機(jī) 2定電壓整流電路3負(fù)載4充電電路5放電電路6禁止放電控制電路7電容器電壓監(jiān)控電路 8太陽能電池9光電充電電路11電源輸出線C1電容器(儲(chǔ)藏大電力用)具體實(shí)施方式
下面，參照附圖，對(duì)本發(fā)明涉及的內(nèi)燃機(jī)車輛使用的車輛用電源控制裝置以及電源裝置的實(shí)施方式，進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖1是本發(fā)明涉及的車輛用電源控制裝置的電路結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例示意圖。在圖1中，對(duì)與圖8(以往裝置)重復(fù)的模塊使用相同符號(hào)標(biāo)注。
本實(shí)施方式涉及的車輛用電源控制裝置的組成包括將與引擎的機(jī)軸連接的發(fā)電機(jī)1產(chǎn)生的電力提供給負(fù)載3的主電源電路(2或C2)，將主電源電路的電力變換成與主電源電路的電源輸出線11的電壓強(qiáng)度(第1電壓強(qiáng)度，約12V)不同的電壓(第2電壓強(qiáng)度)的充電電路4，儲(chǔ)存經(jīng)過充電電路變換的第2電壓強(qiáng)度的電力的電容器C1，當(dāng)主電源電路的電壓低于預(yù)設(shè)值時(shí)(例如，10V)將電容器C1儲(chǔ)存的第2電壓強(qiáng)度的電力變換成第1電壓強(qiáng)度并提供給主電源電路的放電電路5，放電以及充電過程中共用的電感器L1，能夠檢測(cè)引擎停止?fàn)顟B(tài)、禁止放電電路工作的禁止放電控制電路6。
對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方式，第1電壓強(qiáng)度的范圍一般是DC10至13.5V(代表值為DC12V)，第2電壓強(qiáng)度一般設(shè)定在DC2.5至4V(代表值為DC3V)范圍內(nèi)。
本實(shí)施方式還包括監(jiān)控電容器C1的電壓值的電容器電壓監(jiān)控電路7、將太陽能轉(zhuǎn)變成電能的太陽能電池(光電轉(zhuǎn)換裝置)8、以及將太陽能電池8的輸出轉(zhuǎn)變?yōu)檫m用于充電的電壓值/電流值的光電充電電路9。
主電源電路(2以及C2)的電源輸出線11連接有包含例如微處理器芯片等IC的控制電路、電磁式燃料噴火裝置、點(diǎn)火栓、車燈等負(fù)載3。
下面，對(duì)圖1所示的本發(fā)明實(shí)施方式涉及的車輛用電源控制裝置以及電源裝置的工作情況進(jìn)行說明。
車輛搭載的引擎旋轉(zhuǎn)時(shí)，與引擎的機(jī)軸直接連接的發(fā)電機(jī)1(三相交流發(fā)電機(jī))將引擎的旋轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?。發(fā)電機(jī)1輸出的三相交流電通過定電壓整流電路2進(jìn)行整流。含有多個(gè)波紋的整流后的直流電，通過電容器C2變得平滑并被儲(chǔ)存。然后，由電容器C2向上述各負(fù)載3提供直流電。如果需要進(jìn)一步減少提供給負(fù)載3的直流電的波紋，可以在定電壓整流電路2和電容器C2之間插入電感(inductance)(沒有圖示)。
圖1中，充電電路4包括充電控制電路41、晶體管T1、二極管D2。放電電路5包括放電控制電路51、晶體管T2、二極管D1。
這里，本發(fā)明提到的“充電”指的是將能量?jī)?chǔ)存在電容器C1上，“放電”指的是將電容器C1儲(chǔ)存的能量釋放到主電源電路。
在這里，充電電路4和放電電路5共同組成PWM(脈寬調(diào)制)開關(guān)調(diào)節(jié)器方式的DC/DC變換器，電感器L1在充電和放電過程中共用。如圖所示，電感器L1的一端與充電電路4以及放電電路5連接，另一端與電容器C1連接。
本實(shí)施方式的充電電路4，是降低電壓的降壓電路，所以不一定是開關(guān)調(diào)節(jié)器方式的DC/DC變換器，也可以是串聯(lián)調(diào)節(jié)器(電壓降低方式的調(diào)節(jié)器)，但是考慮到能量轉(zhuǎn)換效率，以及本實(shí)施方式中與放電電路5共用電感器L1，所以開關(guān)調(diào)節(jié)器方式更適合。
禁止放電控制電路6能夠檢測(cè)到引擎停止?fàn)顟B(tài)而禁止放電電路工作，能夠長(zhǎng)時(shí)間保持電容器C1儲(chǔ)存的能量。因此，可以在禁止放電控制電路中輸入引擎的轉(zhuǎn)動(dòng)曲柄旋轉(zhuǎn)信號(hào)或者發(fā)電機(jī)1的輸出電壓波形，當(dāng)檢測(cè)到引擎停止的時(shí)候，通過將晶體管T3設(shè)置成截止?fàn)顟B(tài)，完全隔離電源輸出現(xiàn)11和電容器C1。
本裝置使用的電容器C1是低電壓、大容量的雙電荷層電容器。其耐壓范圍為DC3至6V，電容量是幾個(gè)至幾十個(gè)法拉。
本實(shí)施方式使用的晶體管T1、T2以及T3是n溝道MOS型FET。當(dāng)然也可以使用p溝道MOS型FET或雙極晶體管組成。
如上所述，本發(fā)明涉及的車輛用電源控制裝置或電源裝置，將引擎旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)電機(jī)1產(chǎn)生的第1電壓強(qiáng)度(約12V)電力，通過充電電路4轉(zhuǎn)換成第2電壓強(qiáng)度(DC2.5至4V)，儲(chǔ)存在大容量的電容器C1上。在引擎停止運(yùn)轉(zhuǎn)期間，切斷電容器C1和主電源電路(2及C2)電源輸出線11的連接，從而能夠長(zhǎng)時(shí)間保持電容器C1儲(chǔ)存的能量。在此后啟動(dòng)引擎時(shí)，通過啟動(dòng)放電電路5，儲(chǔ)存在電容器C1的能量將升壓至第1電壓強(qiáng)度(約12V)供應(yīng)到電源輸出線11。這樣，就能夠在引擎啟動(dòng)時(shí)，為控制電路以及電磁式燃料噴射系統(tǒng)等負(fù)載供應(yīng)規(guī)定電壓的電力，確保其正常工作。
如圖1所示的電容器電壓監(jiān)控電路7，在電容器C1的電壓超過預(yù)定值時(shí)，向充電控制電路41發(fā)送停止充電信號(hào)，充電電路4停止繼續(xù)向電容器C1進(jìn)行充電。這樣就能避免電容器C1電壓超過耐壓規(guī)定值。
圖2簡(jiǎn)要說明了本發(fā)明涉及的車輛用電源控制裝置中電容器C1和主電源電路電壓(電源電壓)的變化過程。
例如，如圖2所示，通過產(chǎn)生脈沖狀負(fù)載電流使電源輸出線11(圖1)的電壓開始下降時(shí)，將啟動(dòng)放電電路5(圖1)，所以雖然電容器C1的電壓會(huì)下降，但電源輸出線11的電壓，由于從電容器C1得到了電力補(bǔ)充，從而能夠維持預(yù)定強(qiáng)度(例如，12V)。
接著，從發(fā)電機(jī)1(圖1)通過定電壓整流電路2提供如圖2所示的充電電流時(shí)，這回通過啟動(dòng)充電電路4(圖1)來發(fā)電機(jī)1供應(yīng)的電力將儲(chǔ)存在電容器C1上，在此期間，電容器C1的電壓將上升，但是電源輸出線11的電壓仍然維持預(yù)定強(qiáng)度。
如上所述，本裝置通過電容器C1流向負(fù)載的負(fù)載電流和發(fā)電機(jī)1供給的充電電流的緩沖作用，能夠使電源電壓的電壓強(qiáng)度維持在規(guī)定的范圍內(nèi)。
圖3給出了電容器C1的充電電壓為零的狀態(tài)下，通過踏桿等裝置進(jìn)行引擎最初啟動(dòng)時(shí)，主電源電路的電源輸出線11的電壓上升狀態(tài)、和充電電路4開始充電使電容器C1的電壓上升狀態(tài)的示意圖。
引擎被啟動(dòng)后，發(fā)電機(jī)(圖1中“1”)向主電源電路的電源輸出線11提供電力，電源輸出線11的電壓將如圖3所示，逐漸升高。當(dāng)電源輸出線11的電壓超過預(yù)定值(例如，燃料噴射裝置的工作電壓)時(shí)，開始向電容器C1充電，電容器C1一直充電到電壓達(dá)到預(yù)定強(qiáng)度(例如，DC3V)。
圖4所示為本發(fā)明涉及的車輛用電源控制裝置中電容器C1和電源輸出線的理想時(shí)間曲線。
圖5所示為本發(fā)明涉及的車輛用電源控制裝置中電容器C1和電源輸出線的實(shí)際時(shí)間曲線。
在圖4及圖5中，VB表示圖1所示的電源輸出線11的電壓，VC表示電容器C1的電壓，IL表示負(fù)載電流，IB表示發(fā)電機(jī)1供給的電流，IC表示從電源輸出線11到電容器C1的充電電流，ID則表示從電容器C1到電源輸出線11的放電電流。
圖4所示的時(shí)間曲線中，電源輸出線11的電壓VB被定電壓控制恒定，為了避免放電過度以至電容器C1的充電電壓降到0V，電源輸出線11的電壓長(zhǎng)時(shí)間維持設(shè)定值，即，DC12V。
這個(gè)時(shí)間曲線所示實(shí)例中，在一定的時(shí)間區(qū)間(T)內(nèi)，由于從發(fā)電機(jī)1供應(yīng)到電源輸出線11的電流量(IBxT)和電源輸出線11釋放的負(fù)載電流量(ILxT)相互平衡，電源輸出線11的電壓VB將維持一定。如圖所示，在一定的時(shí)間區(qū)間(T)內(nèi)，由于車頭燈等固定負(fù)載和燃料噴射裝置或點(diǎn)火栓等變動(dòng)負(fù)載的存在，負(fù)載電流IL將始終變動(dòng)。另一方面，從發(fā)電機(jī)1供應(yīng)到電源輸出線11的電流IB也將根據(jù)引擎的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)等因素變動(dòng)。
由于負(fù)載電流IL和供給電流IB不是按相同電流波形推移，如果沒有電容器C1，將如圖9所示，電源輸出線11的電壓VB將大幅度變動(dòng)。但是，對(duì)于本發(fā)明涉及的車輛用電源裝置，當(dāng)發(fā)電機(jī)1的供給電流IB大于負(fù)載電流IL時(shí)，將啟動(dòng)充電電路4(圖1)，將剩余電流儲(chǔ)存在電容器C1(IC)，當(dāng)發(fā)電機(jī)1的供給電流IB小于負(fù)載電流IL時(shí)，將啟動(dòng)放電電路5(圖1)，將儲(chǔ)存在電容器C1的電力釋放到電源輸出線11(ID)。
圖5所示的時(shí)間曲線中，在一定的時(shí)間區(qū)間(T)內(nèi)，由于從發(fā)電機(jī)1供應(yīng)到電源輸出線11的電流量(IBxT)和電源輸出線11釋放的負(fù)載電流量(ILXT)不平衡，電源輸出線11的電壓VB將在一定電壓范圍內(nèi)變動(dòng)。
如上所述，在一定的時(shí)間區(qū)間(T)內(nèi)，由于車頭燈等固定負(fù)載和燃料噴射裝置或點(diǎn)火栓等變動(dòng)負(fù)載的存在，負(fù)載電流IL將始終變動(dòng)。另一方面，從發(fā)電機(jī)1供應(yīng)到電源輸出線11的電流IB也將根據(jù)引擎的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)等因素變動(dòng)。另一方面，電容器C1雖然具有很大電容量，但畢竟有限，其耐電壓約為DC3V。
因此，如果發(fā)電機(jī)1供應(yīng)到電源輸出線11的電流量(IBxT)和電源輸出線11釋放的負(fù)載電流量(ILxT)不平衡的程度超過電容器C1的容量以及耐壓范圍，將如圖5所示，電源輸出線11的電壓不一定穩(wěn)定在DC12V。但是，即使對(duì)于這個(gè)時(shí)間曲線所示的例子，電容器C1在其容量以及耐壓范圍內(nèi)，當(dāng)發(fā)電機(jī)1的供給電流IB大于負(fù)載電流IL時(shí)，將剩余電流儲(chǔ)存在電容器C1(IC)，當(dāng)發(fā)電機(jī)1的供給電流IB小于負(fù)載電流IL時(shí)，將儲(chǔ)存在電容器C1的電力釋放到電源輸出線11(ID)。
如果沒有電容器C1，將如圖9所示，電源輸出線11的電壓VB將大幅度變動(dòng)，但是本發(fā)明涉及的車輛用電源裝置能夠大大抑制電源輸出線11的電壓VB的變動(dòng)幅度。
圖6是本發(fā)明涉及的車輛用電源控制裝置的充電電路4的工作情況說明圖。
如上所述，充電電路4是將發(fā)電機(jī)1通過定電壓整流電路2供給并儲(chǔ)存在電容器C2的主電源電路的第1電壓強(qiáng)度(12V)的電力，轉(zhuǎn)換成低電壓的第2電壓強(qiáng)度(例如4.5V)的電力，并儲(chǔ)存在電容器C1的PWM(脈寬調(diào)制)開關(guān)調(diào)節(jié)方式的DC/DC變換器。
圖6中，PWM控制電路是圖1所示充電控制電路41的主要組成部分。從PWM控制電路向晶體管T1的門極(gate)發(fā)送脈沖信號(hào)，從而晶體管T1可以重復(fù)on以及off狀態(tài)，降低電源輸出線11的電源電壓，對(duì)電容器C1進(jìn)行充電。
圖6中的PWM控制電路，可以是具有產(chǎn)生一定頻率脈沖信號(hào)的發(fā)信電路的他勵(lì)式，也可以是不具有發(fā)信電路的自勵(lì)式。對(duì)于他勵(lì)式，PWM信號(hào)的發(fā)信頻率固定，對(duì)于自勵(lì)式，PWM信號(hào)的發(fā)信頻率會(huì)變動(dòng)。
圖6中的PWM控制電路的端子C向晶體管T1的門極發(fā)射具有預(yù)定負(fù)荷比(一個(gè)脈沖周期中的on時(shí)間比)的PWM信號(hào)。當(dāng)PWM信號(hào)為高電平的時(shí)候，晶體管T1導(dǎo)通(on)。這樣，電源輸出線11的第1電壓強(qiáng)度的電壓將加在電感器L1和電容器C1上，如果電容器C1的電壓為零，第1電壓強(qiáng)度的電壓大部分加在電感器L1上。由于電感器L1上加載了電壓，電源輸出線11的充電電流經(jīng)過晶體管T1、電感器L1以及二極管D3，流入電容器C1。
這里，輸入到晶體管T1門極的PWM信號(hào)為低電平的時(shí)候，晶體管T1將是不導(dǎo)通狀態(tài)(off)。但是，即使晶體管T1狀態(tài)為off，電感器L1仍將維持晶體管T1狀態(tài)變?yōu)閛ff時(shí)刻的充電電流，產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)。通過反向電動(dòng)勢(shì)的作用，二極管D2狀態(tài)變?yōu)閛n，使充電電流從接地端通過二極管D2供應(yīng)。此充電電流將慢慢衰減。這樣，通過充電電流流入電容器C1，對(duì)電容器C1進(jìn)行充電。
PWM控制電路的端子A中將輸入電容器C1的電壓。此外，PWM控制電路的端子B中將輸入基準(zhǔn)電壓Vr1。PWM控制電路始終比較電容器C1的電壓和基準(zhǔn)電壓Vr1，當(dāng)電容器C1的電壓小于設(shè)定值的時(shí)候加大PWM信號(hào)的負(fù)荷比，當(dāng)電容器C1的電壓大于設(shè)定值的時(shí)候減小PWM信號(hào)的負(fù)荷比，從而使電容器C1的電壓維持在第2電壓強(qiáng)度。
圖7是本發(fā)明涉及的車輛用電源控制裝置的放電電路5的工作情況說明圖。
如上所述，放電電路5是將電容器C1儲(chǔ)存的第2電壓強(qiáng)度的電力轉(zhuǎn)換成第1電壓強(qiáng)度的電力返還給主電源電路的PWM(脈寬調(diào)制)開關(guān)調(diào)節(jié)方式的DC/DC變換器。
圖7中，PWM控制電路是圖1所示放電控制電路51的主要組成部分。從PWM控制電路向晶體管T2的門極發(fā)送脈沖信號(hào)，使晶體管T2可以重復(fù)on以及off狀態(tài)，將電容器C1儲(chǔ)存的第2電壓強(qiáng)度的電力升壓到電源輸出線11的第1電壓強(qiáng)度的電壓提供給電源輸出線11(放電)。
圖7所示的禁止放電電路6，能夠檢測(cè)到引擎啟動(dòng)的狀態(tài)，即時(shí)將晶體管T3的狀態(tài)變?yōu)閛n。PWM控制電路與圖6所示PWM控制電路相同，可以是具有產(chǎn)生一定頻率脈沖信號(hào)的發(fā)信電路的他勵(lì)式，也可以是不具有發(fā)信電路的自勵(lì)式。
圖7中的PWM控制電路的端子C向晶體管T2的門極發(fā)射具有一定負(fù)荷比的PWM信號(hào)。當(dāng)PWM信號(hào)為高電平的時(shí)候，晶體管T2導(dǎo)通(on)。這樣，電容器C1的電壓將加在電感器L1上。電感器L1中引入電壓后，電容器C1的放電電流經(jīng)過晶體管T3、電感器L1以及晶體管T2，流入GND。
這里，輸入到晶體管T2門極的PWM信號(hào)為低電平的時(shí)候，晶體管T2將是不導(dǎo)通狀態(tài)(off)。但是，即使晶體管T2狀態(tài)為off，電感器L1仍將維持晶體管T2狀態(tài)變?yōu)閛ff時(shí)刻的放電電流，產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)。通過反向電動(dòng)勢(shì)的作用，二極管D1的狀態(tài)變?yōu)閛n，使放電電流通過二極管D1流入電源輸出線11。
PWM控制電路的端子A中將輸入電源輸出線11的電壓。此外，PWM控制電路的端子B中將輸入基準(zhǔn)電壓Vr2。PWM控制電路始終比較電源輸出線11的電壓和基準(zhǔn)電壓Vr2，當(dāng)電源輸出線11的電壓小于設(shè)定值的時(shí)候加大PWM信號(hào)的負(fù)荷比，當(dāng)電源輸出線11的電壓大于設(shè)定值的時(shí)候減小PWM信號(hào)的負(fù)荷比，從而使電源輸出線11的電壓維持在第1電壓強(qiáng)度(約12V)。
圖1所示的光電充電電路9，將太陽能電池8產(chǎn)生的電力轉(zhuǎn)換成電容器C1的電壓進(jìn)行充電。這樣，電容器C1就能夠補(bǔ)償由于內(nèi)部放電(自放電)而消耗的電力。如上所述，電容器C1是雙電荷層電容器，每單位時(shí)間內(nèi)的由于內(nèi)部放電消耗的電量極少。
這樣，電容器C1能夠始終保證充電狀態(tài)，即使長(zhǎng)時(shí)間不使用車輛，本發(fā)明涉及的車輛用電源裝置，也能夠?yàn)檐囕v搭載的電磁式燃料噴射裝置或控制電路提供預(yù)定值的電壓，從而實(shí)現(xiàn)良好的引擎啟動(dòng)功能。
此外，雖然本發(fā)明的實(shí)施方式是將電容器C1儲(chǔ)存的電壓(第2電壓強(qiáng)度)設(shè)定為低于主電源電路電壓(第1電壓強(qiáng)度)的電壓，但是對(duì)于本發(fā)明涉及的車輛用電源控制裝置，也可以將第2電壓強(qiáng)度設(shè)定為高于第1電壓強(qiáng)度的電壓。
此時(shí)，圖1所示的充電電路4是升壓型DC/DC變換器，放電電路5是降壓型DC/DC變換器或者是串聯(lián)調(diào)節(jié)器。此外，也可以通過將第2電壓強(qiáng)度設(shè)定得稍微高于(1至2V)第1電壓強(qiáng)度，使放電電路5在引擎啟動(dòng)時(shí)，電容器C1儲(chǔ)存的能量不經(jīng)過電壓變換，而直接輸送到電源電力線11。類似這種變形實(shí)例也應(yīng)該屬于本發(fā)明涉及的車輛用電源控制裝置以及電源裝置的技術(shù)范圍。
產(chǎn)業(yè)化可能性本發(fā)明涉及用于包括兩輪機(jī)動(dòng)車在內(nèi)的內(nèi)燃機(jī)車輛的電源控制裝置以及電源裝置，具有產(chǎn)業(yè)化的可能性。
權(quán)利要求
1.一種車輛用電源控制裝置，其特征是，其組成包括將內(nèi)燃機(jī)主電源電路提供的第1電壓強(qiáng)度的電源電力變換成第2電壓強(qiáng)度的充電電路，儲(chǔ)存經(jīng)過所述充電電路變換的第2電壓強(qiáng)度電力的電容器，當(dāng)所述電源電力的電壓低于預(yù)設(shè)值時(shí)將所述電容器儲(chǔ)存的第2電壓強(qiáng)度的電力變換成所述第1電壓強(qiáng)度供應(yīng)到所述主電源電路的放電電路，從而能夠使所述內(nèi)燃機(jī)的主電源電路的電壓維持在預(yù)定范圍內(nèi)。
2.一種車輛用電源裝置，其特征是，其組成包括將與內(nèi)燃機(jī)連接的發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電力供給到各負(fù)載的主電源電路，將所述主電源電路提供的第1電壓強(qiáng)度的電源電力變換成第2電壓強(qiáng)度的充電電路，儲(chǔ)存經(jīng)過所述充電電路變換的所述第2電壓強(qiáng)度電力的電容器，當(dāng)所述電源電力的電壓低于預(yù)設(shè)值時(shí)將所述電容器儲(chǔ)存的第2電壓強(qiáng)度的電力變換成第1電壓強(qiáng)度供應(yīng)到主電源電路的放電電路，從而能夠使所述內(nèi)燃機(jī)的主電源電路的電壓維持在預(yù)定范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的車輛用電源控制裝置或權(quán)利要求2所述的車輛用電源裝置，其特征是，具有能夠檢測(cè)到內(nèi)燃機(jī)停止?fàn)顟B(tài)并禁止所述放電電路工作的禁止放電控制電路。
4.如權(quán)利要求3所述的車輛用電源控制裝置或車輛用電源裝置，其特征是，通過所述內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)或所述發(fā)電機(jī)的輸出電壓波形檢測(cè)所述內(nèi)燃機(jī)停止?fàn)顟B(tài)。
5.如權(quán)利要求1所述的車輛用電源控制裝置或權(quán)利要求2所述的車輛用電源裝置，其特征是，所述內(nèi)燃機(jī)開始啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)所述放電電路，由所述電容器向所述主電源電路供給電力。
6.如權(quán)利要求1所述的車輛用電源控制裝置或權(quán)利要求2所述的車輛用電源裝置，其特征是，所述充電電路具有充電控制電路，當(dāng)所述電容器的電壓超過預(yù)定值的時(shí)候，能夠阻斷所述主電源電路繼續(xù)向所述電容器充電。
7.如權(quán)利要求1所述的車輛用電源控制裝置或權(quán)利要求2所述的車輛用電源裝置，其特征是，所述充電電路在所述主電源電路的電壓超過預(yù)定值且所述電容器的電壓低于預(yù)定值的時(shí)候啟動(dòng)。
8.如權(quán)利要求1所述的車輛用電源控制裝置或權(quán)利要求2所述的車輛用電源裝置，其特征是，所述電容器為雙電荷層電容器。
9.如權(quán)利要求1所述的車輛用電源控制裝置或權(quán)利要求2所述的車輛用電源裝置，其特征是，組成包括光電轉(zhuǎn)換裝置以及用所述光電轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生的電力向所述電容器充電的光電充電電路。
10.如權(quán)利要求7所述的車輛用電源控制裝置或車輛用電源裝置，其特征是，組成所述充電電路的DC/DC變換器和組成所述放電電路的DC/DC變換器共用一個(gè)電感器，該電感器的一端與所述充電電路以及所述放電電路連接，另一端與所述電容器連接。
11.如權(quán)利要求1所述的車輛用電源控制裝置或權(quán)利要求2所述的車輛用電源裝置，其特征是，所述第2電壓強(qiáng)度低于所述第1電壓強(qiáng)度。
12.如權(quán)利要求11所述的車輛用電源控制裝置或車輛用電源裝置，其特征是，所述第1電壓強(qiáng)度設(shè)置在DC11.5至14.5V的范圍，所述第2電壓強(qiáng)度設(shè)置在DC2.5至6V的范圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及至少從引擎啟動(dòng)開始到運(yùn)行期間內(nèi)能夠輸出穩(wěn)定電壓的車輛用電源控制裝置以及電源裝置。本發(fā)明組成包括將內(nèi)燃機(jī)主電源電路提供的第1電壓強(qiáng)度的電源電力變換成第2電壓強(qiáng)度的充電電路、儲(chǔ)存經(jīng)過上述充電電路變換的第2電壓強(qiáng)度電力的電容器、當(dāng)上述電源電力的電壓低于預(yù)定值時(shí)，將上述電容器儲(chǔ)存的第2電壓強(qiáng)度的電力變換成第1電壓強(qiáng)度供應(yīng)到主電源電路的放電電路，從而能夠使內(nèi)燃機(jī)的主電源電路的電壓維持在預(yù)定范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)H02J1/00GK1792014SQ20048001351
公開日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2004年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月21日
發(fā)明者山崎茂 申請(qǐng)人:株式會(huì)社三國(guó)