專利名稱：內(nèi)燃機(jī)中用的充電控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由內(nèi)燃機(jī)帶動的發(fā)電機(jī)對電池進(jìn)行充電的充電控制系統(tǒng)，具體說，涉及一種含有微計算機(jī)的充電控制系統(tǒng)，以對發(fā)電機(jī)的向電池充電的輸出進(jìn)行電控。
例如6-67133號日本專利公報揭示了一種用于機(jī)動車輛的以微計算機(jī)為基礎(chǔ)的電控交流(AC)發(fā)電機(jī)，其中微計算機(jī)用來控制發(fā)電機(jī)的場電流，以增大或減小發(fā)電量，也就是根據(jù)各種傳感器如電池溫度傳感器、車速傳感器、和檢測節(jié)流閥開度的節(jié)流閥傳感器的檢測結(jié)果控制對電池的充電量。這種微計算機(jī)控制的AC發(fā)電機(jī)在有微計算機(jī)配合工作的計算機(jī)單元側(cè)裝有作為電子開關(guān)器件的一個晶體管，該晶體管用來控制流向發(fā)電機(jī)場線圈的電流(場電流)。依據(jù)對場電流的控制，發(fā)電機(jī)的輸出電壓也被控制在給定值，以便在此控制條件下對電池進(jìn)行充電。按照慣例，發(fā)電機(jī)是裝在發(fā)動機(jī)室內(nèi)的，而計算機(jī)單元則放在機(jī)動車的乘客車廂中。由于這緣故，發(fā)電機(jī)與計算機(jī)單元之間的連接線會很長，例如兩三米長，于是通常流向發(fā)電機(jī)場線圈的約4A的電流將產(chǎn)生很大的電磁噪音，對車上的無線電和其他電氣設(shè)備有很大干擾。為了消除這種電磁噪音，已采取了防范措施，例如，將上述晶體管的開/關(guān)操作速度做得很慢，或設(shè)置防噪音濾波器，以防止噪音漏到計算機(jī)單元的外邊。這些防噪音措施增加了制造成本，并在裝設(shè)階段要費(fèi)許多時間和花很大工作量去確認(rèn)其效果。
此外，在這種現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)中，控制場電流的晶體管設(shè)在場線圈的下游側(cè)(接地側(cè))，且發(fā)電機(jī)與計算機(jī)單元之間的連接線配置在晶體管的上游側(cè)，于是，如果連接線或者發(fā)電機(jī)或計算機(jī)單元側(cè)的端子不慎成為接地狀態(tài)，則場電流會持續(xù)流走而不經(jīng)過晶體管。這一問題使得很難控制發(fā)電量，于是使發(fā)電機(jī)處于連續(xù)發(fā)電狀態(tài)從而造成過充電。
考慮到要解決上述問題，因而研制了本發(fā)明的系統(tǒng)。本發(fā)明的目的就是要提供一種供內(nèi)燃機(jī)用的充電控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能消除由晶體管的開/關(guān)作用引起的電磁噪音，并在因某些原因而發(fā)生接地問題時還能停止發(fā)電機(jī)發(fā)電從而避免電池的過充電。
按照本發(fā)明，供內(nèi)燃機(jī)用的充電控制系統(tǒng)包括一個發(fā)電機(jī)，由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動發(fā)電；一個電子開關(guān)器件，設(shè)在發(fā)電機(jī)內(nèi)，并可用一有限電流工作，以控制發(fā)電機(jī)的場電流；一個電池，以發(fā)電機(jī)的輸出來充電；和一個計算機(jī)單元，連到發(fā)電機(jī)上，還連到電池上，以對電池電壓和一目標(biāo)(基準(zhǔn))電壓作出比較，從而根據(jù)比較結(jié)果輸出一驅(qū)動信號，使得電子開關(guān)器件受到激勵而控制發(fā)電機(jī)的場電流，以便增減發(fā)電機(jī)的發(fā)電量而控制對電池的充電量。
利用這種方案，發(fā)電機(jī)是由來自計算機(jī)單元的有限電流控制的，因此發(fā)出的電磁噪音能降低到很難引起問題的水平，從而不必采取例如設(shè)置防噪音濾波器等消除電磁噪音的防范措施，可避免增加制造成本，也不用在安設(shè)階段花很多時間和工作量去核實(shí)其效果，大量減少了制造工作量。
在本發(fā)明的一個最佳實(shí)施例中，充電控制系統(tǒng)還包括一個場電流控制電路，該電路在配合發(fā)電機(jī)工作的電子開關(guān)器件各端子中的一個接收來自計算機(jī)單元的輸入端子成為接地狀態(tài)情況下，阻止場電流流通。
于是，由于場電流控制電路組成為當(dāng)發(fā)電機(jī)中配合工作的電子開關(guān)器件的驅(qū)動信號輸入端子因某種原因而接地時場電流不流通，因此發(fā)電機(jī)停止發(fā)電運(yùn)作，從而即使在出現(xiàn)接地故障時也能防止電池過充電。
在本發(fā)明的另一個最佳實(shí)施例中，用于驅(qū)動電子開關(guān)器件的驅(qū)動信號具有預(yù)定的固定頻率，而其占空比是根據(jù)目標(biāo)電壓與所檢測出的電壓之間的偏差來控制的。
也就是，由相應(yīng)于電池電壓與目標(biāo)電壓偏差的占空比來驅(qū)動電子開關(guān)器件，以控制場電流。因此，除了這種方案使充電量的控制更為精細(xì)外，由于電子開關(guān)器件設(shè)在發(fā)電機(jī)內(nèi)部，并且即使驅(qū)動信號有很高的頻率，但電子開關(guān)器件能以小的即有限的電流工作，于是仍可防止電磁噪音的出現(xiàn)。
以下結(jié)合附圖對最佳實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)的描述，由此更容易看出本發(fā)明的目的和特點(diǎn)。
附圖中

圖1是一電路圖，示出本發(fā)明的用于內(nèi)燃機(jī)的充電控制系統(tǒng)的布置；圖2是一剖視圖，示出本發(fā)明的充電控制系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)；和圖3是一流程圖，示出本發(fā)明的充電控制系統(tǒng)的計算機(jī)單元的工作過程。
以下參照各附圖對本發(fā)明的最佳實(shí)施例進(jìn)行描述。
第一實(shí)施例圖1以圖解方式示出本發(fā)明第一實(shí)施例的用于內(nèi)燃機(jī)的充電控制系統(tǒng)的布置，而圖2以剖視圖示出該充電控制系統(tǒng)中用的發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)。圖1中，供內(nèi)燃機(jī)用的充電控制系統(tǒng)(以下簡稱為充電控制系統(tǒng))設(shè)有發(fā)電機(jī)1，由機(jī)動車輛例如汽車的內(nèi)燃機(jī)帶動；計算機(jī)單元2，用于控制發(fā)電機(jī)1的輸出；車輛狀態(tài)檢測器3，用于檢測在計算機(jī)單元2執(zhí)行計算時所必需的機(jī)動車輛的工作狀態(tài)(例如電池溫度、車速、節(jié)流閥開度等)；和電池4，由發(fā)電機(jī)1的輸出充電。更具體說，發(fā)電機(jī)1有一個三相轉(zhuǎn)子線圈11和一個場線圈12，其輸出隨著是否有場電流流過場線圈12而增減，場電流則受可用小電流即有限電流工作的電子開關(guān)器件控制，而電子開關(guān)器件由來自計算機(jī)單元2的驅(qū)動信號激動。此外，用了一個裝在內(nèi)部的三相全波整流器13對發(fā)電機(jī)1的輸出進(jìn)行整流。
在此實(shí)施例中，電子開關(guān)器件是由一個晶體管Tr構(gòu)成的，如圖2所示，該晶體管裝在一塊集成電(IC)基片14上，基片14則設(shè)在一個托架22中的電刷21附近。除晶體管Tr之外，IC基片14上還有一個整流二極管D和一個電阻R，以保護(hù)計算機(jī)單元2免受短路電流的沖擊。
計算機(jī)單元2包括一個微計算機(jī)CPU，其輸出一個驅(qū)動信號，以根據(jù)車輛狀態(tài)檢測器3的檢測結(jié)果來操控晶體管Tr，還具有電池電壓Vb等。此微計算機(jī)CPU還對機(jī)動車輛執(zhí)行燃油噴射控制和點(diǎn)火時間控制，因?yàn)檫@不直接涉及本發(fā)明，故不再描述。另外，計算機(jī)單元2通過一個平滑電路(未示出)接收發(fā)電機(jī)1的相應(yīng)一相的輸出(Vp)作為其輸入。根據(jù)該輸入，計算機(jī)單元2檢查電池是否由發(fā)電機(jī)1的輸出正常充電，并執(zhí)行充電顯示控制工作，也就是接通充電(CHG)燈5以給出指示。發(fā)電機(jī)1和計算機(jī)單元2彼此以引線6連接，而計算機(jī)單元2和電池4通過主開關(guān)SW連接。
以下結(jié)合圖3對計算機(jī)單元2的工作進(jìn)行說明。工作開始后，在步驟S1中用車輛狀態(tài)檢測器3檢測機(jī)動車輛的運(yùn)行狀態(tài)，然后在步驟S2中根據(jù)步驟S1中的檢測結(jié)果確定發(fā)電機(jī)1的目標(biāo)電壓Vreg。工作流程進(jìn)到步驟S3后，檢測電池電壓Vb，然后進(jìn)入步驟S4，對檢測出的電池電壓Vb和在步驟S2中確定的目標(biāo)電壓Vreg進(jìn)行比較。如果Vreg＞Vb，則工作流程進(jìn)入步驟S5，以發(fā)出一個高電平信號去接通晶體管Tr；而如果Vreg≯Vb時，則工作流程進(jìn)入步驟S6，以產(chǎn)生一個低電平信號使晶體管Tr回到截止?fàn)顟B(tài)。以晶體管Tr的這一開/關(guān)驅(qū)動方式，去控制場電流是否流過場線圈12。接著，在完成步驟S5或S6之后，進(jìn)入步驟S7，以檢查相應(yīng)于發(fā)電機(jī)1的轉(zhuǎn)子線圈11一相的輸出Vp是否處在預(yù)定的范圍。也就是，如果Vp處在此預(yù)定的范圍，則工作流程進(jìn)入步驟S8，在S8中，假設(shè)發(fā)電機(jī)1的輸出足以對電池4充電，則充電指示燈5不亮，且工作結(jié)束；反之，如果Vp在預(yù)定范圍之外，則工作流程進(jìn)入步驟S9，在S9中，發(fā)電機(jī)1的輸出被認(rèn)為是異常的，于是停止對電池4的正常充電，充電燈5發(fā)出指示，直到工作完結(jié)為止。
由上述可知，由于受計算機(jī)單元2的計算結(jié)果驅(qū)動的晶體管Tr裝在發(fā)電機(jī)1中配合工作，從而控制場電流是否流通，于是可用代表來自計算機(jī)單元2的信號的有限電流(約10毫安)來控制發(fā)電機(jī)1的輸出。這種方案使電磁噪音可減小到很難產(chǎn)生影響的程度，于是象設(shè)置防噪音濾波器之類消除電磁噪音的防范措施變得不必要，從而不會使制造成本增加，也不必在裝設(shè)過程中花大量時間和工作量去核實(shí)其效果，同時也大量減少了制造步驟。
還有，如圖1所示，裝在發(fā)電機(jī)1里面的晶體管Tr可放在連接發(fā)電機(jī)的端子C和計算機(jī)單元2的端子C之間的引線6的上游側(cè)，因此即使這些端子C和引線6因某種原因而與地接觸，晶體管Tr也會斷開而不對來自計算機(jī)單元2的驅(qū)動信號作出反應(yīng)，于是阻止了場電流的流通，從而使發(fā)電機(jī)停止發(fā)電，使電池4不至于過充電。
第二實(shí)施例在上述第一實(shí)施例中，對計算機(jī)單元2中計算出的目標(biāo)電壓Vreg和檢測出的電池電壓Vb作了比較，根據(jù)比較結(jié)果輸出一個高電平或低電平信號，但在下面說的第二實(shí)施例中，為了控制發(fā)電量，利用了一個方程(下文中將說明)來計算驅(qū)動占空比Df，它是按照一種PD控制方法確定的偏差ΔV的函數(shù)，其中ΔV是目標(biāo)電壓Vreg和電池電壓Vb之間的電壓偏差值，使得晶體管Tr是以一預(yù)定的固定頻率例如200赫芝的驅(qū)動占空信號來激勵的。這與上述第一實(shí)施例有同樣效果。不過，當(dāng)用高穩(wěn)定的頻率對晶體管Tr進(jìn)行開/關(guān)控制時，還須用防電磁噪音的措施，然而按本實(shí)施例的方案，可取得非常好的消除電磁噪音的效果。
所述的方程是Df＝Kp×ΔV+*Ki×Δdi+Kd×(ΔV(i)-ΔV(i-1))其中Kp為一比例常數(shù)，Ki為一積分常數(shù)，Kd為一微分常數(shù)，ΔV(i)為目前的電壓編差，而ΔV(i-1)為先前的電壓偏差。
應(yīng)當(dāng)了解，以上所說的僅涉及到本發(fā)明的最佳實(shí)施例，本發(fā)明應(yīng)當(dāng)包括為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而不超出本發(fā)明精神范圍的對上述實(shí)施例的變動和修改。例如，盡管以上描述的是控制機(jī)動車輛如汽車的發(fā)電機(jī)對電池的充電電壓，然而本發(fā)明也可用到其他的通用發(fā)電機(jī)上。此外，雖然用晶體管Tr作為電子開關(guān)器件，但是也可以用不同于晶體管的任何其他電子器件，只要它們能以有限的電流起到開/關(guān)作用即可。
權(quán)利要求
1.供內(nèi)燃機(jī)用的一種充電控制系統(tǒng)，包括一個發(fā)電機(jī)，由所述內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動發(fā)電；一個電子開關(guān)器件，設(shè)在所述發(fā)電機(jī)內(nèi)，并可用一有限電流工作，以控制所述發(fā)電機(jī)的場電流；一個電池，以所述發(fā)電機(jī)的輸出來充電；和一個計算機(jī)單元，連到所述發(fā)電機(jī)上，還連到所述電池上，以對所述電池的電壓和一目標(biāo)電壓作出比較，從而根據(jù)比較結(jié)果輸出一驅(qū)動信號，使得所述電子開關(guān)器件受到激勵而控制所述發(fā)電機(jī)的場電流，以便增減其發(fā)電量而控制對所述電池的充電量。
2.如權(quán)利要求1所述的充電控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括一個場電流控制電路，該電路在配合所述發(fā)電機(jī)工作的所述電子開關(guān)器件各端子中的一個接收來自所述計算機(jī)單元的輸入端子成為接地狀態(tài)情況下，阻止所述場電流流通。
3.如權(quán)利要求1所述的充電控制系統(tǒng)，其特征在于，用于驅(qū)動所述電子開關(guān)器件的所述驅(qū)動信號具有預(yù)定的固定頻率，該驅(qū)動信號的占空比是根據(jù)所述目標(biāo)電壓與所述電池電壓之間的偏差來控制的。
全文摘要
內(nèi)燃機(jī)用的一種充電控制系統(tǒng)，能消除由發(fā)電機(jī)控制信號產(chǎn)生的電磁噪音。并在接收控制信號的輸入端子接地時還能防止電池過充電。該系統(tǒng)包括由機(jī)動車輛發(fā)動機(jī)帶動的發(fā)電機(jī)1和由其輸出充電的電池4。還包括含微計算機(jī)CPU的計算機(jī)單元2，以根據(jù)車輛運(yùn)行狀態(tài)計算一目標(biāo)電壓Vreg并將其與電池電壓Vb比較，按比較結(jié)果輸出一驅(qū)動信號去操控與發(fā)電機(jī)配合工作的晶體管Tr從而控制發(fā)電機(jī)的場電流，以便增減發(fā)電量來控制電池的充電量。
文檔編號H02J7/24GK1137699SQ96100598
公開日1996年12月11日 申請日期1996年3月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月31日
發(fā)明者打浪正信, 森下了, 足立克己 申請人:三菱電機(jī)株式會社