CN104579065B - 发电机低温励磁方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电机低温励磁方法及装置，在不对发电机（内置电压调节器）和整车电气系统做改动的情况下，给发电机励磁线圈增加一套励磁装置，在发电机不能正常建压时，给励磁线圈提供窄幅大电流励磁脉冲，使得整个发电机的闭环回路建立正反馈，实现建压发电。提高了低温下发电机建压发电的可靠性，并且对发电机使用寿命和电瓶电量几乎无任何影响；附加励磁装置励磁脉冲的占空比小，脉冲有效作用时间短，减小电池消耗和线圈发热，提高电池和发电机使用寿命。

Description

发电机低温励磁方法及装置

技术领域

本发明涉及一种发电机低温励磁方法及装置，属于发电机领域。

背景技术

汽车发电机是车辆电气系统的电源，由汽车发动机通过皮带传动带动发电机发电，将机械能转换为电能输出。

目前车辆上使用最多的发电机为硅整流发电机，具有体积小、功率大、输出电压稳定等优点。硅整流发电机内部线圈产生的是交流电，通过一组硅整流桥转换为脉动直流电，为保持输出电压稳定，发电机都配有电压调节器。其工作原理是：检测发电机输出电压，如果电压高，减小励磁电流；如果电压低增加励磁电流。目前在车辆上，给发电机提供初始励磁的方法是将24V电源电压经过一个200欧左右的电阻（充电指示灯）限流后提供给发电机电压调节器，由于此时发电机不发电，电压调节器导通压降小，输出电压高，因此输入电压基本全部作用在励磁线圈上。如果没有200欧左右的电阻限流，将会导致24V电源电压长时间作用在励磁线圈上，一方面会导致线圈过热，缩短寿命；另一方面会消耗电瓶电量，影响整机正常工作。

发电机发电后，由内部二极管向电压调节器直接供电，此时电压调节器根据输出电压调节导通压降。由于整流桥/二极管和电压调节器都是半导体器件，其PN节压降特性受环境温度影响很大，温度越低，压降越大。

在冬季，由于环境温度低，整流桥/二极管和电压调节器的压降都大幅度增加，使其对应的电阻也大为增加，整个线圈的闭环回路增益大为降低。当车辆启动后，由于回路增益过低，无法形成正反馈，从而无法使线圈产生满足幅值要求的电压，因此导致发电机不能建压发电。而一旦发电后，发电机就可以处于稳定的工作状态。

现有的整流桥、调节器由于技术指标要求都采用半导体制作，因此无法避开低温PN节压降增加所带来的问题。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种在冬季低温环境下，汽车发电机正常建压发电，不影响车辆正常使用的发电机低温励磁方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种发电机低温励磁方法，基于现有发电装置，在此基础上，给发电机励磁线圈增加一套励磁装置，该装置在发电机不能正常建压时，给励磁线圈提供窄幅大电流励磁脉冲，使得整个发电机的闭环回路建立正反馈，实现建压发电。

给励磁线圈提供窄幅大电流励磁脉冲的时间为：发动机起动时，开始提供窄幅大电流励磁脉冲，直至发电机开始发电且不超过2分钟时或者累计励磁时间达到2分钟时，停止提供窄幅大电流励磁脉冲。

进一步的所述窄幅大电流励磁脉冲的占空比为1:6。

根据上述方法，设计的一种发电机低温励磁装置，包括现有发电机装置，该装置为内置电压调节器的硅整流发电机，以及一套为该发电机励磁线圈提供励磁脉冲的外加励磁器，该励磁器包括窄幅大电流励磁脉冲发生电路，以及与该窄幅大电流励磁脉冲发生电路连接的电源正极接线端、电源负极接线端、起动电机加电检测接线端，脉冲输出与发电机发电检测分时复用接线端，其中起动电机加电检测接线端连接起动电机的启动端50，脉冲输出与发电机发电检测分时复用接线端连接硅整流发电机输出端D+，电源正极接线端连接钥匙开关电源输出端58,电源负极接线端连接蓄电池负极31，所述窄幅大电流励磁脉冲发生电路主要由单片机电路，起动电机加电检测电路，发电机发电检测与脉冲输出切换电路组成，其中起动电机加电检测电路以及发电机发电检测与脉冲输出切换电路中的发电机发电检测部分均采用电平检测方式，发电机发电检测与脉冲输出切换电路中的脉冲输出切换部分采用大电流高频固态继电器来给励磁线圈提供窄幅大电流励磁脉冲。

所述起动电机加电检测电路包括分压电阻R1、R2，分压电阻R1、R2串联后接于起动电机的启动端50和蓄电池负极31之间，分压电阻R1、R2的节点连接CPU输入端。

所述发电机发电检测与脉冲输出切换电路包括发电机输出电压检测电路以及脉冲输出切换电路，所述发电机输出电压检测电路包括分压电阻R3、R4，分压电阻R3、R4串联后接于发电机输出端D+和蓄电池负极31之间，分压电阻R3、R4的节点连接CPU输入端；所述脉冲输出切换电路包括电阻R5，三极管Q1，固态继电器J1，其中CPU的输出经电阻R5连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接蓄电池负极31，三极管Q1的集电极接固态继电器J1的一个控制端，固态继电器J1的另一个控制端接钥匙开关电源输出端58，固态继电器J1的NO端接钥匙开关电源输出端58，固态继电器J1的COM端接发电机输出端D+，固态继电器J1的NC端接起动电机的启动端50, CPU的输出信号经电阻R5控制三极管Q1导通或关断，从而控制固态继电器J1的输出，实现窄幅大电流励磁脉冲输出，并在脉冲间隙检测发电机输出端D+是否有电压。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：本发明通过附加励磁装置，附加励磁装置不需要对发电机（内置电压调节器）和整车电气系统做改动，在发电机不能正常建压的情况下，给发动机励磁线圈提供窄幅大电流励磁脉冲，使整个发电机的闭环回路建立正反馈，实现建压发电，提高了低温下发电机建压发电的可靠性，并且对发电机使用寿命和电瓶电量几乎无任何影响；附加励磁装置励磁脉冲的占空比小，脉冲有效作用时间短，减小电池消耗和线圈发热，提高电池和发电机使用寿命。

附图说明

图1是现有技术的电气原理图；

图2是本发明附加了励磁装置后的电气原理图；

图3是本发明励磁装置电气原理图；

图4是本发明脉冲励磁器程序流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

本发明是一种发电机低温励磁方法及装置，解决了在冬季低温情况下，由于发电机不能建立电压，发电机不发电，导致车辆不能正常使用的问题。

一种发电机低温励磁方法，基于现有发电装置（硅整流发电机，现有发电装置的电气原理图如图1所示），在不对发电机（内置电压调节器）和整车电气系统做改动的情况下，给发电机励磁线圈增加一套励磁装置（增加了励磁装置后的电气原理图如图2所示），该装置在发电机不能正常建压发电时，在一定时间内，给励磁线圈提供窄幅大电流励磁脉冲，使得整个发电机的闭环回路建立正反馈，实现建压发电，其中给励磁线圈提供励磁脉冲的时间为：从发动机起动开始，通过侦测发电机电压输出端D+（自励磁供电端）的电压，如果发电机没有建压发电，就提供窄幅大电流励磁脉冲，一旦检测到发电机开始发电（开始发电时，还不到2分钟）或者累计励磁时间达到2分钟，就停止提供窄幅大电流励磁脉冲。为了减小蓄电池的消耗以及避免线圈长时间通电发热，降低使用寿命，减低窄幅大电流励磁脉冲的占空比，其占空比为1:6时为最佳。

发明人根据上述方法，设计了一种发电机低温励磁装置，包括现有的内置电压调节器的硅整流发电机，以及一套为该发电机励磁线圈提供励磁脉冲的外加励磁器，如图3所示，该励磁器包括窄幅大电流励磁脉冲发生电路，以及与该窄幅大电流励磁脉冲发生电路连接的电源正极接线端、电源负极接线端、起动电机加电检测接线端，脉冲输出与发电机发电检测分时复用接线端，其中起动电机加电检测接线端连接起动电机的启动端50，脉冲输出与发电机发电检测分时复用接线端连接硅整流发电机输出端D+，电源正极接线端连接钥匙开关电源输出端58,电源负极接线端连接蓄电池负极31，所述窄幅大电流励磁脉冲发生电路主要由单片机（CPU）电路，起动电机加电检测电路，发电机发电检测与脉冲输出切换电路组成，其中起动电机加电检测电路以及发电机发电检测与脉冲输出切换电路中的发电机发电检测部分均采用电平检测方式，发电机发电检测与脉冲输出切换电路中的脉冲输出切换部分采用大电流高频固态继电器来给励磁线圈提供窄幅大电流励磁脉冲。

所述起动电机加电检测电路利用分压电路来实现，包括分压电阻R1、R2，分压电阻R1、R2串联后接于起动电机的启动端50和蓄电池负极31之间，分压电阻R1、R2的节点连接CPU输入端，经分压后，通过检测电阻R2上的电压电平来实现。

所述发电机发电检测与脉冲输出切换电路包括发电机输出电压检测电路以及脉冲输出切换电路，所述发电机输出电压检测电路包括分压电阻R3、R4，分压电阻R3、R4串联后接于发电机输出端D+和蓄电池负极31之间，分压电阻R3、R4的节点连接CPU输入端，经分压后，通过检测电阻R4上的电压电平来实现；所述脉冲输出切换电路包括电阻R5，三极管Q1，固态继电器J1，其中CPU的输出经电阻R5连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接蓄电池负极31，三极管Q1的集电极接固态继电器J1的一个控制端，固态继电器J1的另一个控制端接钥匙开关电源输出端58，固态继电器J1的NO端接钥匙开关电源输出端58，固态继电器J1的COM端接发电机输出端D+，固态继电器J1的NC端接起动电机的启动端50, CPU的输出信号经电阻R5控制三极管Q1导通或关断，从而控制固态继电器J1的输出，实现窄幅大电流励磁脉冲输出，并在脉冲间隙检测发电机输出端D+是否有电压。所述固态继电器J1为大电流高频固态继电器，输出为一常开一常闭，COM端由常开一端和常闭一端连接而成。

工作原理

上电后，单片机通过检测起动电机的启动端50判断发动机是否开始起动，一旦检测到启动端50有电压信号，说明发动机开始起动，等待1s（等待发动机转速增加到起动转速）后，开始检测发电机输出端D+的电压，如果D+端无电压，则发电机未建压，开始以分时复用方式向发电机D+端输出励磁脉冲，同时在输出间隔期间，检测发电机D+端是否有电压产生。一旦检测到发电机D+端有+24V(发电机建压自励)，或累计励磁时间达到2分钟，就停止输出励磁脉冲，退出励磁流程。其程序流程图如图4所示。

Claims (3)

1.一种发电机低温励磁装置，包括内置电压调节器的硅整流发电机，其特征在于：还包括一外加励磁器，该励磁器包括窄幅大电流励磁脉冲发生电路，以及与该电路连接的电源正极接线端、电源负极接线端、起动电机加电检测接线端，脉冲输出与发电机发电检测分时复用接线端，其中起动电机加电检测接线端连接起动电机的启动端（50），脉冲输出与发电机发电检测分时复用接线端连接硅整流发电机输出端（D+），电源正极接线端连接钥匙开关电源输出端（58）,电源负极接线端连接蓄电池负极（31），所述窄幅大电流励磁脉冲发生电路主要由单片机电路，起动电机加电检测电路，发电机发电检测与脉冲输出切换电路组成，其中起动电机加电检测电路以及发电机发电检测与脉冲输出切换电路中的发电机发电检测部分均采用电平检测方式，发电机发电检测与脉冲输出切换电路中的脉冲输出切换部分采用大电流高频固态继电器来给励磁线圈提供窄幅大电流励磁脉冲。

2.根据权利要求1所述的发电机低温励磁装置，其特征在于所述起动电机加电检测电路包括分压电阻R1、R2，分压电阻R1、R2串联后接于起动电机的启动端（50）和蓄电池负极（31）之间，分压电阻R1、R2的节点连接CPU输入端。

3.根据权利要求1所述的发电机低温励磁装置，其特征在于所述发电机发电检测与脉冲输出切换电路包括发电机输出电压检测电路以及脉冲输出切换电路，所述发电机输出电压检测电路包括分压电阻R3、R4，分压电阻R3、R4串联后接于发电机输出端（D+）和蓄电池负极（31）之间，分压电阻R3、R4的节点连接CPU输入端；所述脉冲输出切换电路包括电阻R5，三极管Q1，固态继电器J1，其中CPU的输出经电阻R5连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接蓄电池负极（31），三极管Q1的集电极接固态继电器J1的一个控制端，固态继电器J1的另一个控制端接钥匙开关电源输出端（58），固态继电器J1的NO端接钥匙开关电源输出端（58），固态继电器J1的COM端接发电机输出端（D+），固态继电器J1的NC端接起动电机的启动端（50）, CPU的输出信号经电阻R5控制三极管Q1导通或关断，从而控制固态继电器J1的输出，实现窄幅大电流励磁脉冲输出，并在脉冲间隙检测发电机输出端（D+）是否有电压。