CN1071498C - 蓄电池控制器 - Google Patents

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Abstract

具有一起动蓄电池和一辅助蓄电池的双蓄电池，要求有一个开关连接到交流发电机，并在蓄电池的电用完之前断开各辅助设备的电源。开关在交流发电机充电过程中测定辅助蓄电池的充电状态。开关打开以避免充电过量，而且保持起动蓄电池充电，同时辅助蓄电池可以择优充电。开关指令交流发电机根据辅助蓄电池的充电状态选择脉冲式、浮置式或充满式冲电电压。开关采用微处理器控制。三轴线曲线将放电电流和电压与充电状态联系起来。

Description

蓄电池控制器
本发明涉及使2极、3极和4极蓄电池与汽车导线外绝缘套管相适应的开关。这类蓄电池用来对汽车的照明、点火系统和其它负载启动和供电。这种开关还可用以隔离串联连接的各蓄电池(例如，卡车用的蓄电池)和并联连接的蓄电池对或蓄电池组。这些形式都包括在“2极、3极和4极”蓄电池这一术语中。
本发明人在其待审批的新西兰专利申请244007\247 509中介绍了一种用以自动控制3极蓄电池的充放电过程的开关。这种系统要求导线外绝缘套管能适应所使用的蓄电池，因为一般的绝缘套管是为2极蓄电池而设计的。
这种技术已提出了保护单一的2极蓄电池使其不致进行有害的放电，以便保留充分的电能在例如交流发电机失灵、闭锁继电器切断某些辅助设备源的场合将汽车起动起来。
在另一项建议中，由微处理器控制装置切断各组辅助件，但必须用手动将这些组的辅助件接到单一的2极蓄电池上。
在日本专利申请3-49541A中，汽车蓄电池满足汽车的各项要求，由传真蓄电池驱动汽车中的传真机(Fax)。点火系统工作时，汽车蓄电池给传真蓄电池充电。汽车蓄电池由一个控制器保护，从而确保汽车会起动起来。
当辅助设备电源的切除和相应电极与交流发电机的连接是在微处理器的控制下进行的时，蓄电池的充电状态就很重要，因为正是这个值确定汽车使用时是否发生充电过程或汽车不用时是否发生放电过程。
充电状态可按不同的方式评估。用比重计测定蓄电池电解液的比重，这只有在确定蓄电池是否充电或需要充电时才有用。比重测定并不能测出剩下的电荷量，而这正是开关系统的关键值。
碳堆测试器由若干经校准能承受蓄电池各端子之间额定电流的细导线组成。各极之间的电位差由电压计指示出来。碳堆测试器能指示出蓄电池是否能将汽车起动起来。制造厂家就是利用这种测试器确定蓄电池是否有毛病。
若蓄电池在充电之后一直不与负载连接，则电压计对一个完全充电的12伏蓄电池的指示值为12.60伏，而11.80伏的电压指示值表明蓄电池是几乎完全放电的。
许多汽车的仪表板上有表明蓄电池充电故障的警告灯，但这并不表明蓄电池的充电状态。
SLOAN的美国专利4902956介绍了监视2极SLI蓄电池的一种监视器，该监视器从对蓄电池电压和温度的检测结果推断蓄电池的充电状态。检测值低于预定值时，监视器切除汽车电线束中的一个负荷，试图保留充分的充电量来确保汽车的起动。
尽管蓄电池接30安负载(在此情况下为12.65伏)时其端电压能可靠地指示电荷的状态，但小到100毫安的负载(后部行李箱照明)却也能使蓄电池放电到使其不能使汽车起动起来的程度，而测出的电压读数可能为11.80伏。在电荷和负载状态相同的情况下，较小的蓄电池和较大的蓄电池，它们给出的电压读数可能不同。SLOAN想通过测定汽车蓄电池电压的变化率解决这个问题。供电给恒定负载的铅酸性蓄电池，其放电曲线在蓄电池下降到60～70％之前呈缓平线性倾斜，这之后，倾斜率增加。监视器就是利用这种特性曲线进行工作的，与负荷电流或蓄电池的类别无关。
蓄电池正在充电时，上述方法就无用了。多数汽车都有一个由电压输出调节的交流发电机，发电机的最大输出电流一般在45～100安之间。汽车一起动，蓄电池电压很快就上升到交流发电机的输出电压。该电压一般为13.8～14.4伏。如果蓄电池只有较低的电荷量，则其接受的电流可超过50安。蓄电池若充满电，则能接收的电流量就小于1安。监视器在此充电阶段中感测出的电压值保持不变。
蓄电池若充电过量，就会不必要地失水，若屡屡充电量不足，则电池板受损，可能再也不会充满电了。蓄电池的再充电，效率并不是100％，且充电电流并不与蓄电池充电状态的增加成正比。充电电流必然随蓄电池再充电的效率而减小。
静止负载和活动负荷增加着，重要的一点是，无论负载的大小和类型如何，都要知道充电的状态，作为监视的可靠依据。
现有技术的提案中，没有一个提到过这样一个系统；系统中的汽车有两个或两个以上2极或3极需要由交流发电机择优充电并进行不同的择优放电的蓄电池，以便利用对蓄电池充电状态进行的综合评估结果确保CRA(起动)蓄电池和AUX(辅助)蓄电池的作用。
本发明涉及一种车用蓄电池设备的蓄电池控制器，蓄电池设备有一个启动蓄电池和一个辅助蓄电池，一个发动机马达，辅助负载和蓄电池充电发生器经过到辅助蓄电池一端的接线保护管被连接到蓄电池设备上，所述蓄电池控制器包括连接启动蓄电池和辅助蓄电池的相应一极的通常情况下断开的开关，控制器包括用于确定辅助蓄电池的充电状态的设备，以及用于响应确定的充电状态接通和闭合开关的设备，以便a)防止启动蓄电池的过充电；和b)允许辅助蓄电池优先放电，同时仍保持启动电池的充电状态足以经过一个公共接线保护管连接启动车辆。
在辅助蓄电池充电状态减弱时，所述开关对于启动和辅助功能最好保持分开的输出，使辅助蓄电池择优放电，同时保持启动蓄电池足以将汽车启动起来的充电状态。
最好所述开关在充电和放电过程中都检测辅助蓄电池的充电状态。
所述开关可以成为上述汽车电气系统的一部分，供在蓄电池的各极之间连接用，所述开关包括：
(a)常开开关R1，接启动蓄电池和辅助蓄电池；
(b)常闭开关R2，将辅助蓄电池连接到电气辅助设备；
(c)检测装置，检测辅助蓄电池的充电状态和任何从辅助蓄电池至启动蓄电池的电流，且其中(ⅰ)R1连接和断开启动蓄电池和辅助蓄电池；(ⅱ)R2将辅助蓄电池连接到电气辅助设备，并从电气辅助设备断开，从而使系统可以对启动蓄电池和辅助蓄电池充电，以满足负荷波动的要求。
检测装置可接收的输入有：
(a)辅助蓄电池电流；
(b)辅助蓄电池电压；
(c)蓄电池温度。
检测装置可以是微处理器μP。市销开关中测量电流装置可以采用霍尔效应或分路传感器。在原装设备中，每一个负载都可分派一个传感器来表示“接通”或“断开”，此外还有一查找表，供μP计算从辅助蓄电池出来的电流。
μP也可以接收某指定负载(例如车头灯)的辅助电流值，只作为其输入。μP拥有蓄电池总充电容量的数据，因而当所述负载已消耗一定比例的总电荷容量时，开关被打开。
在最佳实施例中，应用可选取的电流、电压值连同电流X时间和温度值来多次评估充电状态的可靠性。模糊集合，查找表或数学公式为微处理器产生一个充电状态值。这个值可用以必要时切除各辅助设备的电源，从而防止蓄电池放电过头而不能恢复原状。其次，当该值表示设备50％的充电状态时，在15.5伏给蓄电池充电更恰当。这使变为硫酸盐的电池极板充电，而在较低的充电电压下保持其硫酸盐状态。这样，微处理器可责令交流发电机的调节器选择脉冲式充电方式供给15.5伏或13.5伏的浮置充电。充电状态令人满意(即达75～85％)时，充满电时的充电电压指示值为14.5伏。这些和其它有关值可参看VDI出版有限公司1988年版的Robert Busch有限公司的“汽车电气/电子系统”的文献。
实践中，每当蓄电池充电时，检测装置检测出的是恒定电压。在放电过程中，电压下降的速度与电流成正比。要将系统管理得合乎逻辑，需要绝对测出而不是相对测出充电状态。因此在另一个实施例中，可以用测定蓄电池电压下降的变化率的传感器(不是霍尔效应元件)检测电流。这个变化率表示电流。温度用热敏电阻或等效的器件测出。
可以对辅助电池的充电电流和放电电流求和。可以将充电电流乘以一个蓄电池的再充电系数。根据充电状态和蓄电池温度，再充电系数可以在1-100％之间变化。
在可以装设原装设备的场合，汽车制造厂家可能提供的是微处理器，例如发动机控制微处理器。这种处理器具有将充电状态数据输入到总线上的专用端口。这样就可以较低的代价利用业已装设在汽车中的元件的备用容量。
图1是电压/电流选择电路。
图2是电流/时间选择电路。
图3是充电状态/出现的AUX电压/出现的AUX电流的三轴线曲线图。
图4是电路图。
参看图1。μP接收来自压电器件4的运行/不运行信号，通过分路器8接收辅助蓄电池6的电流电平，并通过导线10接收AUX电压。在μP计算出开关R2应打开之前，灯12亮着。
在另一方案中，每一个由AUX电路供电的负载由μP测定。有了查找表，μP就可以计算出电流值，例如照明需用8安。电压值和电流值结合起来就可以得出充电状态值，μP即根据这个充电状态值计算出截止值。比较过程不断进行，直到提出匹配值，将负载的电源切除。汽车在行驶时，充电电流/电压即为测定值。这时不会出现截止值，因为行驶信号比截止指令更占优势。
这样，充电状态确定各辅助设备是否应仍保持接上。汽车在行驶的信号可以例如，避免照明或点火系统被关掉。
图2中，分路器8给μP提供电流值。这是供到各辅助设备的总电流的测定值。充满电的总安/时容量值(例如30安时)输入到μP中。μP计算15安时电流何时通过分路器提供，并打开R1。这样就利用了电流X时间信号。因此并没有计算充电状态，只计算充电状态的变化。下面的表1示出了监视蓄电池工作情况时使用的各值的标志。μP每秒钟对表中各值抽一次样。因此AUX(电流和AUX电压的值不断到达串行总线。μP参照图3所示的3轴线曲线并读取充电状态。
图3以3轴线图的形式表示充电状态的ROM表的内容，作为放电电流和端电流的函数。
表1选自SAEJI587参数标志分配表的一些参数
PLD 参数
    单数据长度字符
114 蓄电池净电流
115 交电发电机净电流
    双数据长度字符
158 蓄电池电位(电压)转换
167 交流发电机电势(电压)
168 蓄电池电势(电压)
电压的测定值为11.0伏、电流传感器放电电流的记录值为15安时，从充电状态键读出的充电状态处在相当于40～50％的无色区。脉冲、浮置或满值电压在调节器上选取。
图4是蓄电池控制器的一个电路图，包括开关R1(图4中的RLY1)和R2(图4中的RLY2)和微处理器。
这种系统有下列好处：
1．电压、电流和温度值三者结合起来，可以得出充电状态比现有技术的方法更精确的综合值。
2．通过这种评估得出的值，使微处理器可以调压器选聚合适的充电电压值。

Claims (19)

1．车用蓄电池设备的蓄电池控制器，蓄电池设备有一个启动蓄电池和一个辅助蓄电池，一个发动机马达，辅助负载和蓄电池充电发生器经过到辅助蓄电池一端的接线保护管被连接到蓄电池设备上，所述蓄电池控制器包括连接启动蓄电池和辅助蓄电池的相应一极的通常情况下断开的开关，其特征在于，
控制器包括用于确定辅助蓄电池的充电状态的设备，以及用于响应确定的充电状态接通和闭合开关的设备，以便
a)防止启动蓄电池的过充电；和
b)允许辅助蓄电池优先放电，同时仍保持启动电池的充电状态
足以经过一个公共接线保护管连接启动车辆。
2．如权利要求1所述的车用蓄电池设备的蓄电池控制器，其特征于，检测装置在充电和放电过程中都检测充电状态。
3．如权利要求2所述的车用蓄电池设备的蓄电池控制器，其特征在于，检测装置评估辅助蓄电池电压下降的变化率。
4．如权利要求3所述的车用蓄电池设备的蓄电池控制器，其特征在于，检测装置将辅助蓄电池电流和辅助蓄电池电压下降的变化率两者结合起来，评估充电状态。
5．如权利要求1或2所述的车用蓄电池设备的蓄电池控制器，其特征在于，检测装置把辅助蓄电池电压和电流与预先计算的数据结合起来，来评估充电状态。
6．如权利要求5所述的车用蓄电池控制器，其特征在于，结构数据是模糊集合、查找表或数学公式。
7．如权利要求4所述的车用蓄电池设备的蓄电池控制器，其特征在于，检测装置能从各个汽车零部件接收来自电流测定传感器的输入，从而利用耗电综合值。
8．如权利要求3的车用蓄电池设备的蓄电池控制器，其特征在于，检测装置采用分路传感器。
9．如权利要求3所述的车用蓄电池设备的蓄电池控制器，其特征在于，检测装置采用霍尔效应传感器。
10．如权利要求3所述的车用蓄电池设备的蓄电池控制器，其特征在于，检测装置应用参考表来评估辅助蓄电池的输出电流。
11．如权利要求2所述的车用蓄电池设备的蓄电池控制器，其特征在于，检测装置接收来自测定蓄电池电解质比重的蓄电池传感器的输入。
12．如权利要求11所述的车用蓄电池设备的蓄电池控制器，其特征在于，检测装置接收经浮体揭开的光检测器的输入信号。
13．如权利要求2所述的车用蓄电池设备的蓄电池控制器，其特征在于，检测装置是个微处理器。
14．如权利要求13所述的车用蓄电池设备的蓄电池控制器，其特征在于，微处理器是发动机控制计算机的具有输入/输出端口的部分。
15．如权利要求13所述的车用蓄电池设备的蓄电池控制器，其特征在于，微处理器根据评估出的充电状态选择蓄电池适当的充电电压。
16．如权利要求15所述的车用蓄电池设备的蓄电池控制器，其特征在于，充电为脉冲式、浮置式或充满式充电。
17．如权利要求2所述的车用蓄电池设备的蓄电池控制器，其特征在于，包括用于将辅助蓄电池的充电电流和放电电流加起来的装置。
18．如权利要求17所述的车用蓄电池设备的蓄电池控制器，其特征在于，包括将充电电流值乘以蓄电池的再充电系数的装置。
19．如权利要求18所述的车用蓄电池设备的蓄电池控制器，其特征在于，视乎充电状态和蓄电池温度而定，再充电效率在1～100％之间。
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