CN102562402A

CN102562402A - 一种起动机智能起动保护系统

Info

Publication number: CN102562402A
Application number: CN2012100425394A
Authority: CN
Inventors: 陈孙艺
Original assignee: QUANZHOU KPL ELECTRIC APPLIANCE FOR VEHICLE CO Ltd
Current assignee: QUANZHOU KPL ELECTRIC APPLIANCE FOR VEHICLE CO Ltd
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2012-02-23
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2032-02-23
Also published as: CN102562402B

Abstract

本发明公开一种起动机智能起动保护系统，稳压模块、电压侦测模块的输入端均连接于系统电源，输出端分别连接于带程序包的电子芯片的电源端和电压检测端；电门开关侦测模块的输入端接电门开关，输出端连接于电子芯片的信号输入端；晶振控制模块连接于电子芯片的频率控制端；电子芯片的输出端经主控开关连接至起动机的启动继电器上；设置保护系统的时时高压保护电压值为27.8±0.3V，设定起动后启动继电器延时释放的最长时间为30S，并且设置处于上升沿的系统电压在起动后控制释放上述启动继电器的电压值为24±0.3V；本发明通过智能分析系统电压变化来判断发动机的状态及控制起动电路，克服了现有技术中存在起动机保护性能不理想的缺陷。

Description

一种起动机智能起动保护系统

技术领域

本发明属于起动机的电子保护控制技术领域，具体是指一种起动机智能起动保护系统。

背景技术

起动机是一种短时工作制的直流电机，超过规定的工作时间很容易发生损坏等问题，在使用过程中操作者往往会长时间强制起动马达，发动机起动后没有及时断开起动机等错误操作方法，以及因外电路故障导致起动机的长时间通电都会导致起动机因过热而损坏。目前柴油机的起动机保护主要是通过保护继电器来实现的，该保护继电器的主要控制方法为采集发电机的电压信号来控制保护继电器的通断，其主要存在以下几个缺点：一是需增加额外接线，线路复杂，同时增加了故障点；二是无法同时设置最大起动时间及时间间隔；三是保护继电器的可靠性要求高，实际应用中不容易满足；等等。

有鉴于此，本发明人针对现有起动机起动保护技术中存在的问题进行了深入研究，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种起动机智能起动保护系统，其通过智能分析系统电压变化来判断发动机的状态及控制起动电路，克服了现有技术中存在起动机保护性能不理想的缺陷。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种起动机智能起动保护系统，包括稳压模块，电压侦测模块，电门开关侦测模块，晶振控制模块，带程序包的电子芯片及其外围元件；上述稳压模块、电压侦测模块的输入端均连接于系统电源，输出端分别连接于上述电子芯片的电源端和电压检测端；上述电门开关侦测模块的输入端接电门开关，输出端连接于上述电子芯片的信号输入端；上述晶振控制模块连接于上述电子芯片的频率控制端；上述电子芯片的输出端经主控开关连接至起动机的启动继电器上；设置上述保护系统的高压保护电压值为27.8±0.3V，设定起动后上述启动继电器延时释放的最长时间为30秒，并且设置处于上升沿的系统电压在起动后控制释放上述启动继电器的电压值为24±0.3V。

采用上述方案后，本发明一种起动机智能起动保护系统，所述稳压模块用于稳定带程序包的电子芯片(以下简称IC1)工作所需的电源电压，电压侦测模块用于采集系统电压，经处理后输入IC1的电源检测端，为IC1的程序判断提供条件，电门开关侦测模块接电门开关，当电门有电压上升沿，经其处理后由IC1的信号输入端输入，以控制继电器吸合命令，所述晶振控制模块用于为IC1提供工作频率，为IC1判断延时时间提供参考点。

本案起动机智能起动保护系统是结合了电路和相关程序的控制，以电路为载体，相关程序应用在电路上，并设定了所述各相关关键参数；工作时，当电门开关打开后，电门信号出现电压上升沿，IC1检测到此信号并检测系统电压的电压值，如电压不在在允许开启的范围内(即10V±0.3V以下或者27.8±0.3V以上)，IC1的输出端不执行，主控开关关闭，继电器不吸合；如电压在允许开启的范围(10V±0.3V至27.8±0.3V)，IC1的输出端执行，开启主控开关，继电器吸合，而后由程序进行适当延时，此期间或者电压不符合释放继电器的要求而待延时(30秒)完后，再关闭主控开关以释放继电器，或者电压大于设定电压值(24±0.3V)且检测电压有上升沿，此时关闭主控开关以释放继电器。

由此，本发明的工作原理，即在初次起动时采用IC1采集系统电压信号，根据电压波形的变化规律，在电压波形满足特定条件时切断起动继电器，起到保护作用，整个系统结构中不需另行接线采集发动机运转信号，可根据上述判断防止发动机运转后的再次误接通，并且可设置相应程序控制起动机的最大工作时间和工作间隔，达到了起动机起动中智能保护的理想效果。

附图说明

图1是本发明的电路原理框图；

图1-1是本发明的电路原理图；

图2是本发明保护系统高压保护的数据采集总图；

图3是对应图2中局部B的数据采集示意图；

图4是对应图2中局部A的数据采集示意图；

图5是本发明保护系统在发动机起动后及时关闭的数据采集总图；

图6是对应图5中局部A的数据采集示意图；

图7是本发明保护系统持续通电延时30S后动作保护的数据采集总图；

图8是对应图7中局部A的数据采集示意图；

图9是电压值设为24V时的数据采集图；

图10是电压值设为低于23V时的数据采集图；

图11是电压值为24V时的另一数据采集图；

图12是电压值设为高于25V时的数据采集图；

图13是电压值为24V时的再一数据采集图；

图14是试验系统电压大于28.1V时起动机都不可起动的数据采集图；

图15是试验系统电压小于27.8V时起动机都不可起动的数据采集图。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

如图1、图1-1所示为本发明一种起动机智能起动保护系统，其包括有稳压模块，电压侦测模块，电门开关侦测模块，晶振控制模块，带程序包的电子芯片(以下简称IC1)及其外围元件；以下根据图1对本所述保护系统的各模块及部件作详细阐述。

所述稳压模块，其是由电容C6、C7、C8，可控硅Q3、Q4，稳压管Z2及电阻R10、R11、R12组成的一稳压线路，其输入端经由系统电压引入端B与系统电源相电连接，输出端连接于IC1的电源端(1脚)，所述稳压线路为电子芯片IC1提供5V的工作电压。

所述电压侦测模块，其是由电阻R1、R2，电容C1组成的一电压侦测线路，其输入端经由系统电压引入端B与系统电源相连接，输出端连接于IC1的电压检测端(8脚)，所述电压侦测线路用于检测系统电压引入端B的电压值，系统电压引入端B的电压值经电阻R1、R2分压取样后输入IC1，为IC1程序判断提供条件。

所述电门开关侦测模块，其是由三极管Q2，电阻R7、R8及电容C2组成的电门开关侦测线路，其输入端经由电门开关引入端A与电门开关相电连接，所述电门开关侦测线路的输出端连接于IC1的信号输入端(11脚)，工作时当电门有电压上升沿，三极管Q2导通，将侦测信号传给IC1的11脚，由此控制使起动机保护回路的继电器吸合。

所述晶振控制模块，其是由晶振Y1，电容C4、C5组成的晶振控制线路，其连接于IC1的频率控制端(2、3脚)，该晶振控制线路主要作用是为了IC1工作提供频率，是作为IC1判断30S延时的参考点。

所述带程序包的电子芯片(IC1)，其内根据设计带有本发明保护系统所需的相关程序，该相关程序用于设定下述保护系统的各个关键参数；所述电子芯片(IC1)其经主控开关Q1连接至起动机的启动继电器上，具体的，IC1的输出端(5、6脚)连接有一主控开关Q1，其为一场效应管，其源极接地线GND，漏极接起动继电器接线端C和D，该启动继电器接线端C和D对应连接启动继电器的正负极接线端；另外，所述启动继电器接线端C与D间还连接有一续流二极管D1，其起到保护启动继电器的作用。

本案起动机智能起动保护系统还特别地设置有系统参数如下：设置保护系统的高压保护电压值为27.8±0.3V，设定上述发动机起动后上述启动继电器延时释放的最长时间为30秒，并且设置处于上升沿的系统电压在发动机起动后控制释放上述启动继电器的电压值为24±0.3V；参数中所给两种电压值均为一范围值，所涉及的±0.3V为对应电压值的误差调节范围，在工作中电压值对应的波形呈上下浮动，设定中为在采集一定次数的超范围值后再作出动作判断，另外所述上升沿的系统电压特别指的是在持续一定电压范围(例如18-24V)内为持续上升趋势，这些设定都能够在确保保护系统起保护作用的基础上，增强了保护系统动作判断的准确性。

本案起动机智能起动保护系统是结合了电路和相关程序的控制，以电路为载体，相关程序应用在电路上，并设定了所述关键的各相关参数；由此保护系统工作时，在电门开关打开后，有以下几种工作情况：

1)当电门开关打开后，电门信号出现电压上升沿，三极管Q2导通，IC1的11脚检测到此信号，同时IC1的8脚检测系统电压引入端B的电压，如该电压不在允许开启的范围(即10V±0.3V以下或者27.8±0.3V以上)，IC1的输出端(5、6脚)不动作，启动继电器不吸合；

2)当电门开关打开后，电门信号出现电压上升沿，三极管Q2导通，IC1的11脚检测到此信号，同时IC1的8脚检测系统电压引入端B的电压，如该电压在允许开启的范围(10V±0.3V至27.8±0.3V)，则通过IC1的输出端(5、6脚)执行命令，开启主控开关Q1，启动继电器吸合，起动机起动开始工作；

3)在上述启动继电器吸合后，由程序进行适当延时(30秒)，在此期间：

A、当电压不符合启动释放继电器的条件，待30S后，由IC1的输出端执行命令，关闭主控开关Q1，启动继电器释放；

B、当电压大于24.0±0.3V以上(符合释放启动继电器的条件)，并且检测到电压有上升沿，同样由IC1的输出端执行命令，关闭主控开关Q1，启动继电器释放。

上面提到的10V±0.3V为通用系统的电源电压的最低值；下面通过模拟采集系统对上述保护系统的工作原理作数据采集分析，具体参见图2-图8，其中30端电压指的是系统电压，30B电压指的是电机电压，50端电压指的是电门开关的电压，50C电压指的是外电路电压；如图2-图4为保护系统高压保护的数据采集图，对应上述情况1)，具体的，参见图3，当外电路(50C端)有通电，且电门开关(50端电压)和电机(30B端电压)未通电时，起动机处不起动状态；参见图4，当系统电压(30端电压)大于27.8V时，外电路电压(50C电压)下降沿断开，即保护系统使启动继电器处于关闭状态，由此起到了高压保护作用。

如图5-图8为保护系统使发动机起动后及时关闭的数据采集图，对应上述情况3)，具体的，情况3)B组参见图5-图6，当保护系统检测到系统电压(30端电压)波形存在上升沿，并且当系统电压上升达24V时，即电压符合释放启动继电器的条件，此时保护系统自动断开启动继电器，而不管外电路此时是否继续通电，电门开关的电压(50端电压)下降，由此避免了系统电压上升沿而出现误动作，并且还减少了起动机无谓的工作时间。

情况3)A组参见图7-图8，当持续通电时间达30秒，且系统电压持续未上升至24V，即电压不符合释放启动继电器的条件，不存在情况3)B的关闭条件时，此时保护系统自动切断启动继电器，即使外电路持续有通电，电门开关的电压(50端电压)迅速下降。

综上，本发明起动机智能起动保护系统，整个系统结构中不需另行接线采集发动机运转信号，而是在初次起动时采用带程序的电子芯片(IC1)采集系统电压信号，根据电压波形的变化规律，在电压波形满足特定条件时切断启动继电器，在各种异常情况下都能智能保护起动机不被损坏的功用，具体功能如下：

1)发动机启动后能够及时切断起动电路，杜绝不规范操作及外电路故障引起的起动机故障；

2)按照所述工作原理，可根据情况进行判断，能够防止发动机运转后被再次误接通，即确保发动机正常运转后保护起动机不被再次起动；

3)可按规范要求设置最大起动时间(30秒)，而且该起动时间和起动间隔可以通过程序进行设置，达到了起动机起动中智能保护的理想效果。

这里需要补充说明的是，所述保护系统的系统参数值的设定是综合考虑多方面的因素并进行了大量的实验分析得出，以下分别阐述所述三个系统参数的设定。

(一)24±0.3V处于上升沿的系统电压在发动机起动后控制释放上述启动继电器的电压值为24±0.3V

电压限制的必然性，因为当发动机被起动机拖动后，发动机的摩擦负载降低进而导致对起动机负载需求降低，从而导致系统电压的上升，最终形成电压上升沿而容易造成误动作。

电压值24V的设定主要是考虑：24V是系统名义电压，正常的蓄电池电压均大于24V，起动发动机后，系统电压可迅速回升到24V，该值很容易引起启动继电器的误动作，由此设定该值作为立即切断的条件，不仅防止了误动作的发生，而且还减少起动机无谓的工作时间。

本申请人经过一年多的大量现场试验，试验数据均可验证所述参数设定的合理有效性，从2010年10月份至今共检测车辆121台，获得600余组数据，除一台农用车因系统电压偏低(蓄电池已损坏)，系统电压无法上升至24V而无法起到保护作用，其余组数据均可表明，所设的限制电压值可迅速切断起动电路，绝大多数的起动时间可控制在0.2-0.8秒之间，远远小于正常的2秒左右的人工控制的起动时间。

项目模拟试验中，在起动后系统电压从18V-24V持续上升状态，且超过24V时保护电路使启动继电器断电，如系统电压低于24V，该项目不起到保护作用，需由起动开关手动控制断电，系统电压上升越慢起保护的时间就越长；具体试验情况如下。

试验条件：蓄电池不接发电机，在蓄电池正负极夹上可视电池电压检测仪，发动机停止后，在电池检测仪显示电压＞26.5V电压稳定后，一直连续按起动按钮，观察起动机自动断电；试验结果：参见图9，可按设计要求(存在上升沿且电压大于24V时)及时断电，确定该保护电路能达到项目要求；如此时系统电压低于24V，该项目不起到保护作用，需由起动开关手动控制断电，系统电压上升越慢起保护的时间就越长，如图9模拟试验表明，系统电压在6.5秒后才升到24.2V，使启动继电器断电保护，但继电器50C端直到7.46秒才断电。

当电压值设置的过低(如低于23V)时，在系统电压较高的情况下有可能出现发动机未起动就切断起动电路，造发动机无法启动，具体参见图10所示，对比所设定电压值为24V时，对应的数据采集图参见图11所示，其能够确保发动机正常启动；当电压值设置的过高(大于25V)时，由于正常蓄电池系统电压为24V，部分蓄电池电压较低并且发电机发电时间较长，造成系统电压无法短时间达到25V，达到关闭条件的时间往往较长，提高起动机寿命的效果不明显，具体可参见图12所示，其显示出电压短时间内无法达到25V，15秒后才断电，对比所设定电压值为24V时，参见图13所示，在0.8秒内即可断电。

(二)设置保护系统的高压保护电压值27.8±0.3V

设置该参数主要是参考了24V汽车电器系统的发电机调节器调节电压28.5±0.3V，其中规定的最低电压为28.2V，设定保护电压最大值28.1V略低于所述最低电压，可以确保在发动机发动后保护系统的精确保护作用，不使起动机因异常情况而工作。

同样在所述600余组数据中绝大多数的试验数据均可在发动机发动后到达28.2V以上电压，可有效地保护起动机，少数的汽车无法达到该电压的，经检测均为蓄电池电压过低所致。

试验系统电压＜27.8V时起动机都可起动的情况。试验条件：蓄电池接发电机，在蓄电池正负极夹上可视电池电压检测仪，发动机起动后，电池检测仪显示电压低于27.8V状态下，再次按起动按钮，观察单向器是否拨出；试验结果：起动发动机后，系统电压＜27.8V时起动机可再次起动(详见图14)，50端、30B端电压均有上升波形。

试验系统电压＞28.1V时起动机都不可起动的情况。试验条件：蓄电池接发电机，在蓄电池正负极夹上可视电池电压检测仪，发动机起动后，在电池检测仪显示电压＞28.1V状态下，再次按起动按钮，观察单向器是否拨出；试验结果：起动发动机后，系统电压＞28.1V起动机不能再次起动(详见图15)，50端、30B端电压均没有上升波形。

(三)设定上述发动机起动后上述启动继电器延时释放的最长时间为30秒，该参数设置是按照《汽车用起动机技术条件》(QC/T731-2005)中的规定给出，这里不再详细阐述。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims

1.一种起动机智能起动保护系统，其特征在于：包括稳压模块，电压侦测模块，电门开关侦测模块，晶振控制模块，带程序包的电子芯片及其外围元件；上述稳压模块、电压侦测模块的输入端均连接于系统电源，输出端分别连接于上述电子芯片的电源端和电压检测端；上述电门开关侦测模块的输入端接电门开关，输出端连接于上述电子芯片的信号输入端；上述晶振控制模块连接于上述电子芯片的频率控制端；上述电子芯片的输出端经主控开关连接至起动机的启动继电器上；设置上述保护系统的时时高压保护电压值为27.8±0.3V，设定起动后上述启动继电器延时释放的最长时间为30S，并且设置处于上升沿的系统电压在起动后控制释放上述启动继电器的电压值为24±0.3V。