CN1137699A - 内燃机中用的充电控制系统 - Google Patents

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Abstract

内燃机用的一种充电控制系统，能消除由发电机控制信号产生的电磁噪音。并在接收控制信号的输入端子接地时还能防止电池过充电。该系统包括由机动车辆发动机带动的发电机1和由其输出充电的电池4。还包括含微计算机CPU的计算机单元2，以根据车辆运行状态计算一目标电压Vreg并将其与电池电压Vb比较，按比较结果输出一驱动信号去操控与发电机配合工作的晶体管Tr从而控制发电机的场电流，以便增减发电量来控制电池的充电量。

Description

内燃机中用的充电控制系统
本发明涉及由内燃机带动的发电机对电池进行充电的充电控制系统，具体说，涉及一种含有微计算机的充电控制系统，以对发电机的向电池充电的输出进行电控。
例如6-67133号日本专利公报揭示了一种用于机动车辆的以微计算机为基础的电控交流(AC)发电机，其中微计算机用来控制发电机的场电流，以增大或减小发电量，也就是根据各种传感器如电池温度传感器、车速传感器、和检测节流阀开度的节流阀传感器的检测结果控制对电池的充电量。这种微计算机控制的AC发电机在有微计算机配合工作的计算机单元侧装有作为电子开关器件的一个晶体管，该晶体管用来控制流向发电机场线圈的电流(场电流)。依据对场电流的控制，发电机的输出电压也被控制在给定值，以便在此控制条件下对电池进行充电。按照惯例，发电机是装在发动机室内的，而计算机单元则放在机动车的乘客车厢中。由于这缘故，发电机与计算机单元之间的连接线会很长，例如两三米长，于是通常流向发电机场线圈的约4A的电流将产生很大的电磁噪音，对车上的无线电和其他电气设备有很大干扰。为了消除这种电磁噪音，已采取了防范措施，例如，将上述晶体管的开/关操作速度做得很慢，或设置防噪音滤波器，以防止噪音漏到计算机单元的外边。这些防噪音措施增加了制造成本，并在装设阶段要费许多时间和花很大工作量去确认其效果。
此外，在这种现有技术的系统中，控制场电流的晶体管设在场线圈的下游侧(接地侧)，且发电机与计算机单元之间的连接线配置在晶体管的上游侧，于是，如果连接线或者发电机或计算机单元侧的端子不慎成为接地状态，则场电流会持续流走而不经过晶体管。这一问题使得很难控制发电量，于是使发电机处于连续发电状态从而造成过充电。
考虑到要解决上述问题，因而研制了本发明的系统。本发明的目的就是要提供一种供内燃机用的充电控制系统，该系统能消除由晶体管的开/关作用引起的电磁噪音，并在因某些原因而发生接地问题时还能停止发电机发电从而避免电池的过充电。
按照本发明，供内燃机用的充电控制系统包括：一个发电机，由内燃机驱动发电；一个电子开关器件，设在发电机内，并可用一有限电流工作，以控制发电机的场电流；一个电池，以发电机的输出来充电；和一个计算机单元，连到发电机上，还连到电池上，以对电池电压和一目标(基准)电压作出比较，从而根据比较结果输出一驱动信号，使得电子开关器件受到激励而控制发电机的场电流，以便增减发电机的发电量而控制对电池的充电量。
利用这种方案，发电机是由来自计算机单元的有限电流控制的，因此发出的电磁噪音能降低到很难引起问题的水平，从而不必采取例如设置防噪音滤波器等消除电磁噪音的防范措施，可避免增加制造成本，也不用在安设阶段花很多时间和工作量去核实其效果，大量减少了制造工作量。
在本发明的一个最佳实施例中，充电控制系统还包括一个场电流控制电路，该电路在配合发电机工作的电子开关器件各端子中的一个接收来自计算机单元的输入端子成为接地状态情况下，阻止场电流流通。
于是，由于场电流控制电路组成为当发电机中配合工作的电子开关器件的驱动信号输入端子因某种原因而接地时场电流不流通，因此发电机停止发电运作，从而即使在出现接地故障时也能防止电池过充电。
在本发明的另一个最佳实施例中，用于驱动电子开关器件的驱动信号具有预定的固定频率，而其占空比是根据目标电压与所检测出的电压之间的偏差来控制的。
也就是，由相应于电池电压与目标电压偏差的占空比来驱动电子开关器件，以控制场电流。因此，除了这种方案使充电量的控制更为精细外，由于电子开关器件设在发电机内部，并且即使驱动信号有很高的频率，但电子开关器件能以小的即有限的电流工作，于是仍可防止电磁噪音的出现。
以下结合附图对最佳实施例进行更详细的描述，由此更容易看出本发明的目的和特点。
附图中：
图1是一电路图，示出本发明的用于内燃机的充电控制系统的布置；
图2是一剖视图，示出本发明的充电控制系统的发电机结构；和
图3是一流程图，示出本发明的充电控制系统的计算机单元的工作过程。
以下参照各附图对本发明的最佳实施例进行描述。
第一实施例
图1以图解方式示出本发明第一实施例的用于内燃机的充电控制系统的布置，而图2以剖视图示出该充电控制系统中用的发电机的结构。图1中，供内燃机用的充电控制系统(以下简称为充电控制系统)设有：发电机1，由机动车辆例如汽车的内燃机带动；计算机单元2，用于控制发电机1的输出；车辆状态检测器3，用于检测在计算机单元2执行计算时所必需的机动车辆的工作状态(例如电池温度、车速、节流阀开度等)；和电池4，由发电机1的输出充电。更具体说，发电机1有一个三相转子线圈11和一个场线圈12，其输出随着是否有场电流流过场线圈12而增减，场电流则受可用小电流即有限电流工作的电子开关器件控制，而电子开关器件由来自计算机单元2的驱动信号激动。此外，用了一个装在内部的三相全波整流器13对发电机1的输出进行整流。
在此实施例中，电子开关器件是由一个晶体管Tr构成的，如图2所示，该晶体管装在一块集成电(IC)基片14上，基片14则设在一个托架22中的电刷21附近。除晶体管Tr之外，IC基片14上还有一个整流二极管D和一个电阻R，以保护计算机单元2免受短路电流的冲击。
计算机单元2包括一个微计算机CPU，其输出一个驱动信号，以根据车辆状态检测器3的检测结果来操控晶体管Tr，还具有电池电压Vb等。此微计算机CPU还对机动车辆执行燃油喷射控制和点火时间控制，因为这不直接涉及本发明，故不再描述。另外，计算机单元2通过一个平滑电路(未示出)接收发电机1的相应一相的输出(Vp)作为其输入。根据该输入，计算机单元2检查电池是否由发电机1的输出正常充电，并执行充电显示控制工作，也就是接通充电(CHG)灯5以给出指示。发电机1和计算机单元2彼此以引线6连接，而计算机单元2和电池4通过主开关SW连接。
以下结合图3对计算机单元2的工作进行说明。工作开始后，在步骤S1中用车辆状态检测器3检测机动车辆的运行状态，然后在步骤S2中根据步骤S1中的检测结果确定发电机1的目标电压Vreg。工作流程进到步骤S3后，检测电池电压Vb，然后进入步骤S4，对检测出的电池电压Vb和在步骤S2中确定的目标电压Vreg进行比较。如果Vreg＞Vb，则工作流程进入步骤S5，以发出一个高电平信号去接通晶体管Tr；而如果Vreg≯Vb时，则工作流程进入步骤S6，以产生一个低电平信号使晶体管Tr回到截止状态。以晶体管Tr的这一开/关驱动方式，去控制场电流是否流过场线圈12。接着，在完成步骤S5或S6之后，进入步骤S7，以检查相应于发电机1的转子线圈11一相的输出Vp是否处在预定的范围。也就是，如果Vp处在此预定的范围，则工作流程进入步骤S8，在S8中，假设发电机1的输出足以对电池4充电，则充电指示灯5不亮，且工作结束；反之，如果Vp在预定范围之外，则工作流程进入步骤S9，在S9中，发电机1的输出被认为是异常的，于是停止对电池4的正常充电，充电灯5发出指示，直到工作完结为止。
由上述可知，由于受计算机单元2的计算结果驱动的晶体管Tr装在发电机1中配合工作，从而控制场电流是否流通，于是可用代表来自计算机单元2的信号的有限电流(约10毫安)来控制发电机1的输出。这种方案使电磁噪音可减小到很难产生影响的程度，于是象设置防噪音滤波器之类消除电磁噪音的防范措施变得不必要，从而不会使制造成本增加，也不必在装设过程中花大量时间和工作量去核实其效果，同时也大量减少了制造步骤。
还有，如图1所示，装在发电机1里面的晶体管Tr可放在连接发电机的端子C和计算机单元2的端子C之间的引线6的上游侧，因此即使这些端子C和引线6因某种原因而与地接触，晶体管Tr也会断开而不对来自计算机单元2的驱动信号作出反应，于是阻止了场电流的流通，从而使发电机停止发电，使电池4不至于过充电。
第二实施例
在上述第一实施例中，对计算机单元2中计算出的目标电压Vreg和检测出的电池电压Vb作了比较，根据比较结果输出一个高电平或低电平信号，但在下面说的第二实施例中，为了控制发电量，利用了一个方程(下文中将说明)来计算驱动占空比Df，它是按照一种PD控制方法确定的偏差ΔV的函数，其中ΔV是目标电压Vreg和电池电压Vb之间的电压偏差值，使得晶体管Tr是以一预定的固定频率例如200赫芝的驱动占空信号来激励的。这与上述第一实施例有同样效果。不过，当用高稳定的频率对晶体管Tr进行开/关控制时，还须用防电磁噪音的措施，然而按本实施例的方案，可取得非常好的消除电磁噪音的效果。
所述的方程是：
      Df＝Kp×ΔV+*Ki×Δdi+Kd×(ΔV(i)-ΔV(i-1))
其中Kp为一比例常数，Ki为一积分常数，Kd为一微分常数，ΔV(i)为目前的电压编差，而ΔV(i-1)为先前的电压偏差。
应当了解，以上所说的仅涉及到本发明的最佳实施例，本发明应当包括为实现本发明目的而不超出本发明精神范围的对上述实施例的变动和修改。例如，尽管以上描述的是控制机动车辆如汽车的发电机对电池的充电电压，然而本发明也可用到其他的通用发电机上。此外，虽然用晶体管Tr作为电子开关器件，但是也可以用不同于晶体管的任何其他电子器件，只要它们能以有限的电流起到开/关作用即可。

Claims (3)

1.供内燃机用的一种充电控制系统，包括：
一个发电机，由所述内燃机驱动发电；
一个电子开关器件，设在所述发电机内，并可用一有限电流工作，以控制所述发电机的场电流；
一个电池，以所述发电机的输出来充电；和
一个计算机单元，连到所述发电机上，还连到所述电池上，以对所述电池的电压和一目标电压作出比较，从而根据比较结果输出一驱动信号，使得所述电子开关器件受到激励而控制所述发电机的场电流，以便增减其发电量而控制对所述电池的充电量。
2.如权利要求1所述的充电控制系统，其特征在于，该系统还包括一个场电流控制电路，该电路在配合所述发电机工作的所述电子开关器件各端子中的一个接收来自所述计算机单元的输入端子成为接地状态情况下，阻止所述场电流流通。
3.如权利要求1所述的充电控制系统，其特征在于，用于驱动所述电子开关器件的所述驱动信号具有预定的固定频率，该驱动信号的占空比是根据所述目标电压与所述电池电压之间的偏差来控制的。
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