CN101394105B - 对车载电池充电的装置和控制车载发电机发电操作的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于对车载电池进行充电的装置和用于控制车载发电机的发电操作的装置。其中车载充电装置对车辆上安装的电池进行充电。在该充电装置中，发电机生成电力以输出电压来对电池进行充电，位于发电机外部的控制器输出脉冲信号以便对发电机的发电状态进行控制。接收器件接收从控制器输出的脉冲信号。所接收的信号在滤波器进行过滤，其中具有与预定周期不同的周期的脉冲信号被去除。此外，使用从滤波器输出的脉冲信号来计算脉冲信号的占空比。基于所计算的占空比来调节从发电机输出的电压。

Description

对车载电池充电的装置和控制车载发电机发电操作的装置

技术领域

本发明涉及一种车载充电装置，用于通过安装在诸如客车和卡车的车辆上的发电机(即，交流发电机)对电池进行充电；并涉及一种用于对车载发电机的发电状态进行控制的控制装置。 

背景技术

大多数的车辆设置有通过车载引擎驱动的AC(交流电)发电机(即，交流发电机)以便生成电功率。通过被称作IC调节器的控制装置来控制这种发电机的操作，使得发电机的输出电压变成指定值。同时，即使当引擎的怠速转动速度较低、安装在车辆上的电负载的量变大、和/或引擎消耗较少的燃料时，也要求发电机仍可以工作。对现有的引擎来说，这些要求是具有代表性的。 

为了满足这些需求，日本专利公开No.3070788提供了一种常规的控制技术，其中基于车辆运行状态、引擎操作状态和电池充电状态来控制车载AC发电机的输出电压。更具体而言，在该控制技术中，将占空比与参考电压对应的工作信号(duty signal)从引擎控制装置(引擎ECU(电子控制单元))发送至IC调节器，使得IC调节器控制发电机的输出电压处于参考电压。 

近来对在车辆运行期间减少燃料消耗的需求要求发电机可以依据车辆运行状态和电池充电状态、通过适当控制发电机的工作量以最小的燃料消耗来生成足够的电力。一个例子是：当车辆处于加速时，发电机的输出电压被控制成较低值(例如，下降至12V的最小电压)，使得对引擎的实际负载降低以便降低燃料消耗。相反，当车辆处于减速时，发电机的输出电压被控制成较高值(例如，上升至15V的最大电压)，使得发电机的发电量增加以便快速地对电池进行充电。这样允许将引擎的惯性能量转换成电能，由此有效地利用了燃料。 

在对发电机的输出电压进行控制时，ECU向IC调节器发送周期(脉冲重复时间)被指定且为常数的脉冲信号。然而，例如，不同的制造商可能生产脉冲周期彼此不同的ECU。且通常需要采用这些ECU作为车载ECU来向车载IC调节器发送脉冲信号。因此，IC调节器应具有裕度以便接收具有不同周期的脉冲信号。然而，噪声可能叠加在脉冲信号中。在这种情况下，当IC调节器具有用于周期的大量裕度时，噪声量也容易变的更大，这可以使得IC调节器错误地识别脉冲信号。结果，可能会不适当地控制发电机的输出电压，由此导致不想要的输出电压的改变。 

发明内容

考虑到上述问题制作了本发明，且本发明的一个目的在于提供一种充电装置和控制装置，其可以安装在车辆上并具有防止错误识别用于控制车载AC发电机(交流发电机)的输出电压的脉冲信号的能力。 

为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种安装在车辆上用以对在车辆上安装的电池进行充电的充电装置，包括：发电机，其生成电力以输出电压来对电池进行充电；控制器，其位于发电机的外部，输出脉冲信号以便对发电机的发电状态进行控制；接收器件，其接收从控制器输出的脉冲信号；滤波器，其在所接收的脉冲信号中去除具有与预定周期不同的周期(周期时间或脉冲重复时间)的脉冲信号，所述预定周期按照所述脉冲信号的初始周期来设置；计算器，其依赖于滤波器的过滤结果对具有与预定周期一致的周期的脉冲信号的占空比进行计算；以及调压器，其根据计算器计算的占空比对从发电机输出的电压进行调节。 

另一方面，本发明提供一种用于对车载发电机的发电进行控制的控制装置，包括：接收器件，其接收从控制装置外部供给的脉冲信号；滤波器，其在所接收的脉冲信号中去除具有与预定周期不同的周期的脉冲信号，所述预定周期按照所述脉冲信号的初始周期来设置；计算器，其依赖于滤波器的过滤结果对具有与预定周期一致的周期的脉冲信号的占空比进行计算；以及调压器，其根据计算器计算的占空比对从发电机输出的电压进行调节。 

因此，接收器件接收的脉冲信号在滤波器处进行了过滤，使得当脉冲信号的周期与预定周期不同时，可以去除例如受到噪声影响的脉冲信号。使用脉冲信号本身来设置该预定周期。例如，将响应装置的激活而接收的脉冲信号的初始周期设置为预定周期。因而，可以避免例如由包括在脉冲中的噪声所引起的发电机的错误控制。 

附图说明

在附图中： 

图1是示出根据本发明第一实施例的包括控制装置的充电装置的配置的电路图； 

图2是详细示出在充电装置中采用的控制电路的配置的框图； 

图3是示出在实施例中使用的占空比和参考电压之间关系的图； 

图4A和4B均是示例出控制电路从ECU接收的脉冲信号的时序图；以及 

图5是详细示出在根据本发明第二实施例的充电装置中采用的控制电路的配置的框图。 

具体实施方式

以下，将描述本发明的实施例，在实际描述中这些实施例被简化为车辆中的充电装置和用于控制发电的控制装置。 

第一实施例 

将参考图1至图4A和图4B来描述本发明的第一实施例。 

图1示出在车辆上安装的充电装置的配置。该充电装置设置有：用于对车辆的发电进行控制的发电控制装置1；安装在车辆上的AC发电机2(即，交流发电机，在下文中简称为“发电机”)；电池3；用于引擎控制的ECU80(电子控制单元)。 

发电控制装置1负责将发电机2的输出电压控制在预定范围的电压内。后面将给出该发电控制装置1的详细描述。 

发电机2装配有：缠绕在定子(没有示出)的三相定子绕组21；嵌入在转子(没有示出)中的励磁绕组22；以及全波整流电路23，其对来自定子绕组21的三相输出进行全波整流。通过对设置成经过励磁绕组22的励磁电流进行调节来控制发电机2的输出电压。发电机2具有输出端子(被称作“B”端子)，该输出端子电连接到电池3和包括电负载4的其它耗电元件。因此，电流即电功率从发电机2供给到电池3和耗电元件。 

ECU80不仅用作控制引擎(没有示出)的控制器件还用作用于发电  控制装置1的外部控制器件。即，ECU80基于指示电池3改变状态的信息(电池的充电/放电电流)、车速、节流阀开启度等，将发电机2的发电状态通知发电控制装置1。为了进行控制，ECU80设置有：CPU81(中央处理单元)，用以执行预定控制程序；以及输入/输出接口82，用以在输入到ECU80和从ECU80输出的各种信号上执行指定的输入和输出处理。 

ECU80发送脉冲信号到发电控制装置1，以便允许ECU80将命令提供给发电控制装置1。脉冲信号的占空比(或占空率)可以容易地被改变，使得命令的内容可以通过改变脉冲信号的占空比来传送。输入/输出接口82设置有用作开关元件的晶体管83和电阻器(R)84，晶体管83和电阻器84负责生成脉冲信号。为了保护晶体管83，又一电阻器85插入在连接输入/输出接口82的输出线中，即，连接ECU80和发电控制装置1的输出线。通过该输出线，脉冲信号从ECU80传送到发电控制装置1。 

将详细描述发电控制装置1。如图1和图2所示，发电控制装置1设置有：功率晶体管11，串联电连接到发电机2的励磁绕组22以中断励磁电流；二极管12，并联电连接励磁绕组22以便在功率晶体管11处于截止状态时回流励磁电流。发电控制装置1还设置有：控制电路50，用以控制功率晶体管11的中断动作，使得可以监视电池3的端子电压(称作电池电压)以将该端子电压控制在指定范围的电压内。 

如图2所示，控制电路50包括：波形校正电路51，周期计数器52，时间计数器53，按键检测电路54，周期设置电路55，滤波电路56，除电路57，命令生成电路58，错误检测电路59，PWM电路60以及分压电路61。 

在这些组件中，波形校正电路51负责对从ECU80向控制电路50的控制端子(称作“C”端子)给出的脉冲信号的波形进行校正。设置了周期计数器52来对在波形校正电路51经过波形校正的脉冲信号的周期(脉冲重复时间或周期时间)进行计数。周期计数器52对每个周期中的最后转换沿进行监视，以便对每个脉冲重复的周期进行计数。设置了时间计数器53来对在波形校正电路51经过波形校正的脉冲信号的低电平持续时段进行计数。时间计数器53对紧接最后转换沿之后出现的第一转换沿进行监视，使得时间计数器53能够对每个周期中的低电平时段进行计数。 

按键检测电路54设置成与被称作“L”端子的端子相连，以便经由电连接到L端子的充电灯来检测激活信号。该激活信号是响应按键开关的接通而生成的。周期设置电路55在发电控制装置1初始被激活时读入  从周期计数器52输出的信号(即，计数)，并在其中设置了来自ECU80的脉冲信号的读取周期。 

滤波电路56读入指示周期设置电路55设置的周期的信息，并将周期计数器52的计数与周期设置电路55指定的参考周期进行比较。如果从周期计数器52提供的当前周期与设置的参考周期不同，滤波电路56去除当前周期(即等同于，具有与设置的参考周期不同的周期的脉冲信号)以及从时间计数器53供给的低电平时段。在这种情况下，尽管脉冲信号的周期仍被认作处于正常范围内，但考虑到在脉冲信号传送期间由于抖动等所引起的脉冲信号的周期中的微小变化，滤波电路56仍被给予裕度(例如，±10％)以设置参考周期。在本实施例中，考虑了周期中的这些微小变化，滤波电路56的过滤特性被确定为将这些微小的周期变化认作是处于正常范围内。 

除电路57有两个输入，一个输入是：当脉冲信号的周期等于或处于设置的参考周期内时，由时间计数器53计数并被设置成经过滤波电路56的脉冲信号的被计数的低电平时段。另一个输入是：当脉冲信号的周期等于或处于设置的参考周期内时，由周期计数器52计数并被设置成经过滤波电路56的脉冲信号的被计数的周期。在除电路57，脉冲信号的低电平时段除以滤波电路56过滤的脉冲信号的被计数周期，使得可以计算脉冲信号的占空比。在这种情况下，占空比是低电平的占空比。 

由于从除电路57发出了指示所获得的占空比的信号，命令生成电路58接收该信号以便通过参考图3所示的特性来生成参考电压。该特性是之前设置在命令生成电路58的存储器中的参考表。如图3所示，参考电压几乎线性地随着低电平的占空比而变化。 

设置了错误检测电路59以接收命令生成电路58生成的参考电压以及利用分压电路61通过对电池电压进行分割所生成的电压。电池电压是施加到发电机2的B端子的电压。因此，错误检测电路59将参考电压和所分割的电压彼此进行比较，并依赖于比较的结果输出被供给到PWM电路60的低电平或高电平信号。 

PWM电路60被配置成在来自错误检测电路59的输出信号的高电平时段期间通过执行PWM(脉冲宽度调制)来生成具有预定占空比的驱动信号。所生成的驱动信号被供给到功率晶体管11以便驱动该功率晶体管11。驱动信号使得功率晶体管11能够根据预定占空比开启/截止，允许以受控的方式使励磁绕组22通过间断的电流。因此，发电机2的输出电压  能够增大，这将使得电池3的端子电压也增加。 

在上述的组件中，滤波电路56用作滤波器，除电路57和时间计数器53用作计算器，且命令生成电路58、错误检测电路59、PWM电路60以及分压电路61构成了调压器。按键检测电路54、周期设置电路55以及周期计数器52构成了获取单元，且周期设置电路还用作存储装置。 

将描述通过作为本发明主要部分的控制电路50执行的从ECU80接收脉冲信号的操作和优点。 

在根据本实施例的发电控制装置1中，脉冲信号从ECU80供给到波形校正电路51。该脉冲信号的波形被波形校正电路51尽可能地校正，且然后与所计数的脉冲信号的周期和低电平时段一起被馈给到计数器52和53。 

此外，这三个元件51、52、53被提供为接收器件RC，且该接收器件RC被设计成能够接收不同周期的脉冲信号(即，用于周期的裕度)，以便用于不同制造商的ECU。 

在此实施例中，响应于发电控制装置1的激活，周期设置电路55读取来自ECU80的脉冲信号的周期。因此，设置了通过滤波电路56的脉冲信号的周期。因此，可以接收并处理来自任意ECU80的脉冲信号，这些ECU80的信号特性可以彼此不同。如果噪声使得脉冲信号的波形变形，变形的脉冲信号与时间计数器53所计数的低电平时段的计数一起被滤波电路56去除。 

这样，本实施例提供一种充电装置，该充电装置包括被配置成从不同的ECU80接收脉冲信号的发电控制装置1。如果脉冲信号受到噪声影响而使其周期与设置的(指定的)信号周期不同，具有噪声成分的脉冲信号被去除。因而，可以获得用于对发电机2的输出信号进行控制的脉冲信号，而没有错误检测。 

另外，由于采用了周期设置电路，而可以在激活发电控制装置1时，初始地决定脉冲信号的周期。因此，即使新安装的ECU80向发电控制装置1提供了周期与之前ECU不同的脉冲信号，来自新ECU80的脉冲信号也可以被正常地接收。 

图4A和4B示例出从ECU接收的脉冲信号的波形，其中图4A中所示的波形没有噪声而图4B中所示的波形具有噪声。在图4A所示的例子中，波形被生成为具有脉冲重复时间，即，10ms的周期和50％的占空比，  其中没有噪声。相比之下，在图4B所示的例子中，波形具有与图4A相同的周期和占空比，但是在图4B所示波形上叠加了噪声。噪声使波形变形成三个不同的波形，包括：8ms周期和37.5％的占空比(高电平占空比)的波形、2ms周期和90％占空比的波形、以及10ms周期和50％占空比的波形。如果对图4B所示波形应用传统的技术，IC调节器即控制电路会错误地读出所有的三个波形作为正常波形。相比之下，在本实施例中，具有8ms周期和2ms周期的前两个波形被滤波电路56去除，由此允许滤波电路56之后的元件基于去除噪声的脉冲信号来可靠地控制发电机的操作。 

第二实施例 

现在将参考图5来描述本发明的第二实施例。 

除了发电控制装置1A设置有控制电路50A以外，图5所示的充电装置的整体配置类似于在第一实施例中所示的配置。图5详细示出了控制电路50A的配置，其中对与图2中所示组件相同或相似的组件给出了与图2相同的附图标记，以简化说明。 

与第一实施例中的控制电路50相比，控制电路50A还设置有负载响应控制电路62、负载响应控制确定电路63、OR(逻辑加)电路64、AND(逻辑乘)电路65以及分压电路66。 

负载响应控制电路62电连接至连接功率晶体管11和励磁绕组22的连接点。该控制电路62负责检测功率晶体管11的导电率并逐渐增加该导电率，这被称作负载响应控制。负载响应控制旨在在车辆怠速转动范围内抑制车载引擎的转动变化，该转动变化有助于车载电负载量的改变。通常，在车辆的转数变得大于怠速转动范围时，停止负载响应控制。 

负载响应控制确定电路63负责检测发电机2的转数，以便确定负载响应控制是有效还是无效。该确定电路63电连接到分压电路66以基于所分割的电压来检测定子绕组21中的一个定子绕组的相电压。使用所检测的相电压，确定电路63检测转数以确定负载响应控制是有效还是无效。例如，使用相电压的频率来检测转数，且当发电机2的转数小于预定值时，从确定电路63输出表示负载响应控制为有效的低电平信号。 

OR电路64具有两个输入端子，分别电连接到负载响应控制电路62和负载响应控制确定电路63的输出点。在负载响应控制确定电路63的输出为低电平的情况下，即，发电机2的转数低于预定值，负载响应控制电  路62的输出经由OR电路64提供给AND电路65，由此，使得负载响应控制电路62执行的负载响应控制有效。相反，在负载响应控制确定电路63的输出为高电平的情况下，即，发电机2的转数等于或高于预定值，OR电路64的输出固定在高电平，而与负载响应控制电路62的输出值无关。因此，屏蔽了此控制电路62的输出，停止负载响应控制。 

在本发明中，负载响应控制电路62还被配置成：从周期设置电路55接收指示当发电控制装置1A被激活时所接收的脉冲信号的周期(脉冲重复时间或周期时间)的信息。另外，该控制电路62被配置成依赖于所接收的周期信息来更新其内部存储器中的电导率的增加速度。因此，电导率的增加速度用作发电机2的控制参数。 

例如，设置负载响应控制电路62使得：小于5ms的脉冲周期的电导率的增加速度为40％/s而等于或大于5ms的脉冲周期的电导率的增加速度为20％/s，且两个电导率可以互相切换。在这种情况下，如果车辆引擎扭矩很大使得车载电负载量的变化的影响较小，可以使脉冲信号的周期小于5ms，由此将电导率的增加速度切换到较大的量40％/s。相反，如果车辆引擎扭矩较小使得车载电负载量的变化可能具有较大影响，可以使脉冲信号的周期等于或大于5ms，由此将电导率的增加速度切换到较小的量20％/s。即，可以依据车辆状态从外部控制发电机2的控制参数。 

因此，负载响应控制电路62构成了控制参数切换装置。 

这样，在根据此实施例的发电控制装置1A中，依赖于存储在周期设置电路55中的脉冲信号的周期，通过负载响应控制电路62在两个值之间改变发电机2的控制参数。因此，根据在激活时从ECU80接收的脉冲信号的周期，可以控制发电机2的控制参数，使得ECU80能够改变受控参数。具体而言，如上所述，由于控制参数用于抑制发电机2的励磁电流的增加，所以可以将在电负载处于工作时出现的发电机扭矩变化的影响调整成特性与车辆的当前状态适应。 

可以在不离开本发明的精神的情况下，以各种形式来实施本发明。因此，这里所述的实施例只是用来示例而不是进行限制，本发明的范围由所附权利要求来限定而不是用权利要求之前的说明书限定。因此，落入权利要求的边界或界限内、或落入这些边界或界限的等同范围内的各种改型，也被权利要求涵盖。

Claims (10)

1.一种安装在车辆上用以对在所述车辆上安装的电池进行充电的充电装置，包括：

发电机，其生成电力以输出电压来对所述电池进行充电；

控制器，其位于所述发电机的外部，输出脉冲信号以便对所述发电机的发电状态进行控制；

接收器件，其接收从所述控制器输出的所述脉冲信号，并对所接收的脉冲信号的低电平持续时段和周期进行计数；

滤波器，其在所述所接收的脉冲信号中去除具有与预定周期不同的周期的脉冲信号，所述预定周期按照所述所接收的脉冲信号的初始周期来设置；

计算器，其基于所述所接收的脉冲信号的低电平持续时段和周期对具有与所述预定周期一致的周期的滤波后的脉冲信号的占空比进行计算；以及

调压器，其根据所述计算器计算的占空比对从所述发电机输出的电压进行调节。

2.如权利要求1的充电装置，其中所述调压器被配置成将从所述发电机输出的电压调节成基本上随着所述计算器计算的占空比的变化线性变化的输出电压。

3.如权利要求2的充电装置，其中所述计算器计算的占空比是所述所接收的脉冲信号的低电平占空比。

4.如权利要求1的充电装置，包括：

获取单元，其获取在所述充电装置被激活时接收的脉冲信号的所述初始周期作为所述预定周期；以及

存储装置，其存储指示所述获取单元获取的脉冲信号的周期的信息；

其中所述滤波器被配置成去除周期与在所述存储装置中存储的指示周期的信息不同的信号。

5.如权利要求4的充电装置，包括改变单元，所述改变单元基于在所述存储装置中存储的指示周期的信息来改变所述发电机的控制参数，所述控制参数用来控制所述发电机的工作状态，所述控制参数是用于抑制所述发电机的励磁电流增加的参数。

6.一种用于对车载发电机的发电进行控制的控制装置，包括：

接收器件，其接收从所述控制装置外部供给的脉冲信号，并对所接收的脉冲信号的低电平持续时段和周期进行计数；

滤波器，其在所述所接收的脉冲信号中去除具有与预定周期不同的周期的脉冲信号，所述预定周期按照所述所接收的脉冲信号的初始周期来设置；

计算器，其基于所述所接收的脉冲信号的低电平持续时段和周期对具有与所述预定周期一致的周期的滤波后的脉冲信号的占空比进行计算；以及

调压器，其根据所述计算器计算的占空比对从所述发电机输出的电压进行调节。

7.如权利要求6的控制装置，其中所述调压器被配置成将从所述发电机输出的电压调节成基本上随着所述计算器计算的占空比的变化线性变化的输出电压。

8.如权利要求7的控制装置，其中所述计算器计算的占空比是所述所接收的脉冲信号的低电平占空比。

9.如权利要求6的控制装置，包括：

获取单元，其获取在所述充电装置被激活时接收的脉冲信号的初始周期作为所述预定周期；以及

存储装置，其存储指示所述获取单元获取的脉冲信号的周期的信息；

其中所述滤波器被配置成去除周期与在所述存储装置中存储的指示周期的信息不同的信号。

10.如权利要求9的控制装置，包括改变单元，所述改变单元基于在所述存储装置中存储的指示周期的信息来改变所述发电机的控制参数，所述控制参数用来控制所述发电机的工作状态，所述控制参数是用于抑制所述发电机的励磁电流增加的参数。

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