-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die
Anmeldung bezieht sich auf die elektrischen Systeme von Motorfahrzeugen.
Insbesondere bezieht sich diese Anmeldung auf eine Vorrichtung und
ein Verfahren zur Steuerung der elektrischen Last und der Batterieladung.
-
HINTERGRUND
-
Die
elektrischen Systeme von Automobilen sind im Allgemeinen so konstruiert,
dass die Kapazität
des Generators an die elektrischen Lasten während eines normalen Betriebs
angepasst wird. wegen der zahlreichen elektrischen Vorrichtungen
die jetzt in den verschiedenen Arten von Fahrzeugen benutzt werden,
und der Wahrscheinlichkeit, dass mindestens einige dieser Vorrichtungen
benutzt werden, wenn der Motor nicht in Betrieb ist, und der Generator keine
Leistung produziert, so kommt es häufig vor, das Batterien nicht
ausreichend geladen sind. Jedes Fahrzeug, das während einiger Wochen nicht
benutzt wird, während
die Batterie an das elektrische System angeschlossen bleibt, kann
unterladene oder entladene Batterien aufweisen. Das stimmt auch
für Lastwagen
und Campingwagen die Hilfsbatterien benutzen, um Haushaltgeräte mit Leistung
zu versorgen wenn sich das Fahrzeug im Ruhestand befindet. Diese
Hilfsbatterien sind von den Hauptbatterien des Kraftfahrzeugs getrennt,
so dass sie sich unabhängig entladen
können.
Wenn das Fahrzeug entweder durch Slave-Starting oder durch die Benutzung
von der isolierten Batterien, die nicht entladen sind, angelassen
wird, so kann die hohe Lade-Last
von der entladenen Batterie zusätzlich
zur den elektrischen Lasten bei normalem Betrieb die Kapazität des Generators übersteigen.
Wenn das vorkommt, liegt die Spannung des Systems unterhalb des
normalen Niveaus und dabei besteht dann nur wenig Möglichkeit für den Generator,
die Batterien wieder aufzuladen, ebenso wie die eingestellte Spannung
aufrecht zu erhalten.
-
Geringe,
von der elektrischen Überlast
induzierte Spannungen können
den Betrieb von elektronischen Vorrichtungen beeinträchtigen,
die für
den normalen Betrieb des Fahrzeugs benötigt werden. Ein Kurzschluss
in der Batterie oder in deren Verkabelung kann den Generator vollständig daran
hindern, eine Ausgangsleistung zu erzeugen. Entladene Batterien
haben eine deutlich geringere Filterkapazität, um die Rippelspannung zu
reduzieren, die ein Ergebnis der Gleichrichtung des Wechselstromausgangs des
Generators ist. Die Rippelspannung von Scheitel zu Scheitel kann
in einigen Fällen
gleich der Batterie-Gleichstromspannung sein, wenn die Batterie ausgekoppelt
ist. Zu starke Rippelspannungen können auf Grund von entladenen
Batterien verschiedene Fehlererfassungsschaltungen unterbrechen
und geben betreffend die Alternator-Integrität einen falschen Alarm.
-
Entsprechend
besteht ein Bedarf an einem System zur Steuerung der Batterieladung
und der Last des Fahrzeugs, das die Unterbrechungen der eingestellten
Spannung reduziert oder beseitigt, was zum Betrieb der elektrischen
Vorrichtungen erforderlich ist, die an das elektrische System des
Fahrzeugs angeschlossen sind, was vorkommt wenn bei entladenen Batterien
Lasten eine starke Aufladung erforderlich wird.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Um
eine stabile eingestellte Spannung in dem elektrischen System eines
Fahrzeug aufrecht zu erhalten, während
die dem elektrischen System zugeordneten Batterien auf geeignete
Weise wieder aufgeladen werden, wird jeweils ein System und ein Verfahren
zur Steuerung der elektrischen Last und der Batterieladung in elektrischen
Systemen eines Kraftfahrzeugs in den Ansprüchen 1 und 13 offenbart.
US 4,218,717 beschreibt
ein elektrisches Steuersystem für
ein Kraftfahrzeug, das automatisch die elektrischen Lasten von der
Batterie des Fahrzeugs abkoppelt, wenn das Fahrzeug nicht benutzt
wird.
-
Andere
Kennzeichen und Vorteile der Erfindung werden deutlicher für den Fachmann
auf dem Gebiet der Erfindung nach der Durchsicht der folgenden Zeichnungen,
der ausführlichen
Beschreibung und der Patentansprüche.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt
ein Blockdiagramm eines elektrischen Systems eines Fahrzeugs nach
einer bevorzugten Ausführungsform.
-
2 ist
ein Schema einer bevorzugten Vorrichtung zur Steuerung der Last
und der Batterie zur Benutzung in dem elektrischen System der 1 eines
Fahrzeugs.
-
3 ist
ein Flussdiagramm, das ein bevorzugtes Verfahren zur Steuerung der
Last und der Batterieladung in dem elektrischen System der 1 zeigt.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN
BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Die 1 stellt
ein Blockdiagramm des elektrischen Systems 10 eines Fahrzeugs
dar, das eine bevorzugte Vorrichtung zur Steuerung der Last und der
Batterie (LBCD) 12 umfasst. Ein Alternator 14 erzeugt
die elektrische Leistung für
das System 10 wenn der Motor des Fahrzeugs läuft, und
eine oder mehrere Batterien 16, die schaltbar an das elektrische
System 10 angeschlossen sind, elektrische Leistung zur
Verfügung
stellen, wenn der Motor des Fahrzeugs nicht läuft und wenn der Motor zuerst
angelassen wird. Die Vorrichtung zur Steuerung der Last und der
Batterie 12 ist in Kommunikation mit einem Batterie-Trennschalter 18 über eine
Batterie-Steuerleitung 20. Die Vorrichtung zur Steuerung der
Last und der Batterie 12 befindet sich auch in einer elektrischen
Kommunikation mit der Batterie 16 über eine Pufferladung-/Abfrageleitung 22,
die es der Vorrichtung zur Steuerung der Last und der Batterie 12 erlaubt,
die Batterie steuerbar wieder aufzuladen und stellt Information über den
laufenden Ladungszustand der Batterie zur Verfügung.
-
Andere
Anschlüsse
zur Vorrichtung zur Steuerung der Last und der Batterie 12 umfassen
eine Remotestatus-Leitung und einen Wechselstrom in der Leitung 26.
Die Remotestatus-Leitung 24 verbindet bevorzugt mit System-Ladeindikator
wie einer Leuchtdiode (LED) 28 oder andere Indikatoren,
die in dem Blickfeld einer Kraftfahrzeug-Fahrers angeordnet werden können. Die
Vorrichtung zur Steuerung der Last und der Batterie kann die Information über den
Ladezustand an den Fahrer senden, indem die Leuchtdiode (LED) 28 aktiviert
wird. In einer Ausführungsform
kann die LED 28 auf die gleiche Weise betrieben werden
wie die Standardwarnleuchte in Automobilen wo eine Warnung an den
Fahrer gesendet wird, dass die Batterie nicht ausreichend geladen
ist oder anders defekt ist, indem die LED zum Leuchten gebracht
wird. In anderen Ausführungsformen
kann die Leuchtdiode (LED) 28 so betrieben werden, dass sie
entsprechend gewissen Mustern aufblinkt oder sie kann durch eine
Vielzahl von Indikatorarten ersetzt werden, die dem Fahrer eine
ausführlichere
Information über
den Status der Batterie und des elektrischen Systems zur Verfügung stellt.
Der Wechselstrom auf der Leitung 26 verbindet die Vorrichtung zur
Steuerung der Last und der Batterie (LBCD) 12 mit dem Alternator 14 so
dass die Vorrichtung zur Steuerung der Last und der Batterie (LBCD) 12 immer über den
Betriebszustand des Alternators 14 auf dem Laufenden ist.
Die Ausgangsleitung 25 des Alternators 25 stellt
ein Mittel für
die Vorrichtung zur Steuerung der Last und der Batterie (LBCD) 12 zur Verfügung, um
den Spannungsausgang des Alternators 14 zu überwachen.
Eine andere Leuchtdiode 30 ist bevorzugt auf der Vorrichtung
zur Steuerung der Last und der Batterie (LBCD) 12 angeordnet,
die dafür
nützlich
ist, eine diagnostische Information über die Wartung der Mechanik
oder die Reparatur des Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen.
-
In
einer Ausführungsform
ist die Vorrichtung zur Steuerung der Last und der Batterie (LBCD) 12, wie
es auf der 2 dargestellt ist, eine Schaltung 32,
die von einem Prozessormodul 34 gesteuert wird. Das Prozessormodul 34 umfasst
bevorzugt einen Mikroprozessor, eine Prozessoruhr, und eine Stromversorgung.
In einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Mikroprozessor ein 68C08-Prozessor, der über einen internen Flash-Speicher verfügt, der
bei Motorola, Inc. in Schaumburg, Illinois, USA erworben werden kann.
Die interne Uhr kann ein Kristall-Oszillator oder ein anderer Oszillatormechanismus
sein, der dem Fachmann auf dem Gebiet der Erfindung bekannt ist
und die Stromversorgung kann eine eigenständige oder integrierte Schaltung
sein, die so konfiguriert ist, dass sie das Prozessormodul 34 mit
den geeigneten Gleichstromspannungen versorgt. Es wird angenommen,
dass das Prozessormodul eine Kombination von einzelnen eigenständigen oder
getrennten integrierten Schaltungen ist, die in einem einzigen Gehäuse untergebracht
sind oder sie können
als eine einzelne integrierte Schaltung hergestellt werden.
-
Das
Prozessormodul 34 ist so konfiguriert, dass es die Stromladung
der Batterie 16 vom Alternator 14 steuert, indem
die Leistung vom Wechselstromeingang 26 durch einen Schalter
wie einen silizium-gesteuerten Gleichrichter (SCR) 27 schaltbar gesteuert
wird, der die elektrisch mit der Batterie 16 verbundene
Pufferladungs-/Abfrageleitung 22 von dem Wechselstrom auf
der Leitung 26 trennt. Um den silizium-gesteuerten Gleichrichter
(SCR) 27 mit dem geeigneten Gatter-Signal zum Ein- oder
Abschalten des silizium-gesteuerten Gleichrichters (SCR) 27 zu versorgen,
benutzt das Prozessormodul 34 einen Optokoppler U4. Der
Optokoppler U4 versorgt das Prozessormodul 34 auch mit
der geeigneten Isolierung von dem silizium-gesteuerten Gleichrichter (SCR) 27.
Obwohl die Gatter-Steuer-Vorrichtung als Optokoppler U4 gezeigt
wird, können
andere Schaltmechanismen und Steuerschaltungen benutzt werden. Außerdem können andere
steuerbare Vorrichtungen, obwohl der silizium-gesteuerten Gleichrichter
(SCR) 27 bevorzugt wird, die dem Fachmann auf dem Gebiet
der Erfindung bekannt sind, benutzt werden, wie z. B. Transistoren
oder AC-DC-Wandler. In der Ausführungsform
der 1 und 2 erzeugt der Alternator bevorzugt
einen dreiphasigen Wechselstromausgang und der Wechselstrom auf
der Leitung 26 trägt
bevorzugt eine einzige Phase des dreiphasigen Wechselstromausgangs.
In anderen Ausführungsformen
kann der Alternator eine andere Anzahl von Wechselstromausgangsphasen
(z. B. sechs) erzeugen, oder zwei bzw. mehr Phasen des Alternatorausgangs
können über das
Prozessormodul gesteuert werden, um die Batterie aufzuladen. In diesen
anderen Ausführungsformen
kann die Art der steuerbaren Vorrichtung, wie z. B. ein silizium-gesteuerter
Gleichrichters (SCR), die als Prozessormodul zur Verwaltung der
Batterieaufladung benutzt wird, gemäß der für das besondere Fahrzeug-Elektrosystem
erforderliche Empfindlichkeit und den Leistungsanforderungen ausgewählt werden.
-
Das
Prozessormodul 34 wird von einer Stromversorgung 36 mit
Leistung versorgt, die ihren Eingang vom Wechselstrom in der Leitung 26 ableitet.
Die Stromversorgung 36 besteht aus einer Gleichrichter-Diode
D2, einem Filter-Kondensator C5, und einem Vorspannungswiderstand
R1. Das Prozessormodul 34 ist auch elektrisch mit der Diagnose-Leuchtdiode 30 verbunden.
Der Betrieb der Diagnose-Leuchtdiode 30 wird weiter unten
ausführlicher
erklärt.
Das Prozessormodul 34 sendet auch Signale über die
Remotestatus-Leitung 24 and die Leuchtdiode 28 die
den Status des Ladungssystems zur Verfügung stellt. Typischer Weise
ist der Transistor U3 angeschaltet, wenn der Alternator 14 seinen Beharrungszustands-Ausgang
erreicht, das Prozessormodul 34 schaltet Q1 an., das dann
U3 ausschaltet so dass die dem Fahrer sichtbare Leuchtdiode 28 ausgeschaltet
ist.
-
Das
Prozessormodul 34 steuert den Batterie-Abkopplungs-Schalter 18 durch
den an der Batterieabkopplungsleitung 20 angeordneten Transistor U2.
Wenn das Prozessormodul den Bedarf zum Abkoppeln der Batterie 16 spürt, aktiviert
es U2. Wenn U2 aktiviert ist, aktiviert U2 seinerseits den Batterie-Abkopplungs-Schalter 18,
der dann die Batterie 16 vollständig von der Ladung des elektrischen
System abkoppelt so dass die Batterie 16 vom System isoliert
ist und nur über
die Pufferladungs-/Abfrageleitung 22 geladen werden kann.
Die Abfrageleitung 38 verbindet mit dem Ausgang des Alternators
und überwacht
die eingestellte Spannung des elektrischen Systems des Fahrzeugs,
die vom Spannungsregulator 15 des Alternators aufrecht
erhalten wird.
-
In
einer Ausführungsform
ist auch eine Umpolungs-Schutzschaltung 40 in die Schaltung 32 eingebaut.
Die Umpolungs-Schutzschaltung 40 kann aus den Dioden D3,
D4 bestehen, die zum Schutz der an das elektrische System des Fahrzeugs
angeschlossenen Komponenten dienen, so dass die elektrischen Lasten
des Fahrzeugs nicht beschädigt
werden, wenn die Batterie 16 z. B. irgendwie unachtsamer
Weise mit den umgekehrten Klemmen verbunden werden. In der Ausführungsform
der 1 bis 2, können die Dioden D3, D4 die
Dioden versorgen, die für
200 A und mehr ausgelegt sind. Die Schaltung 32 umfasst
bevorzugt auch einen Rippelfilter 41 zur Steuerung des
Scheitel zu Scheitel-Rippels des Alternatorausgangs wenn die Batterie
vom elektrischen System des Fahrzeug abgekoppelt ist. In der 2 besteht
der Rippelfilter 41 aus den Widerständen C1–C4. Die Widerstände C1 und
C2 sind 120 000-Mikrofarad-Widerstände die paral lel zwischen der
12 Volt-Leitung und der Erde geschaltet sind und diez Widerstände sind
82 000-Mikrofarad-Widerstände
die parallel zwischen der 24 Volt-Leitung und der 12 Volt-Leitung
geschaltet sind.
-
Betreffend
die Benutzung des oben beschrieben Systems 10 wird jetzt
eine Ausführungsform
des Betriebs der Vorrichtung zur Steuerung der Last und der Batterie
(LBCD) 12 beschrieben. Wenn das Fahrzeug zuerst gestartet
wird, ist der Batterie-Abkopplungsschalter 18 geschlossen.
Wenn ein fehlerhafter oder Batterie Entladungs-Zustand erfasst wird,
dann wird der Batterie-Abkopplungs-Schalter 18 von der
Vorrichtung zur Steuerung der Last und der Batterie (LBCD) 12 geöffnet so
dass die Batterie 16 vom Alternator 14 abgekoppelt
wird. Wie standardmäßig bei
elektrischen Systemen von Kraftfahrzeugen, beginnt der Anlassvorgang
des Motors wenn der Zündschalter
des Fahrzeugs die Anlassschaltung des Motors, die Startschaltung
und den DVR (numerischer Spannungsregulator der den Betrieb des
Alternators steuert) mit einem Signal von der Batterie 16 aktiviert.
Wie für
den Fall von Standard-Spannungsreglern, durchgeht der DVR seine typische
Startprozedur, die vervollständigt
wird, wenn der Motor läuft
und das wird auf Integrität überprüft.
-
In
einem elektrischen System eines Fahrzeugs mit einer einzigen Spannung,
wie z. B. 28 Volt kann die Vorrichtung zur Steuerung der Last und
der Batterie (LBCD) zusammen mit jedem beliebigen Spannungsregler
einschließlich
einem analogen Spannungsregler betrieben werden, der in der Lage ist,
die Spannung des Alternators zu regeln, wenn eine Batterie in der
Schaltung fehlt. Ein konventioneller Spannungsregler für zwei Spannungen,
der mit einer Vorrichtung zur Steuerung der Last und der Batterie
(LBCD) betrieben wird, wie sie in diesem Text beschrieben wird,
kann eine verbesserte Spannungsreferenz-Empfindlichkeit und Antwort,
um die gewünschte
Spannungsregelung während
des batterielosen Betriebs aufrecht zu erhalten. Das kann durch
eine Vielzahl von Schaltungs- und Programmierungstechniken erreicht
werden, die dem Fachmann auf dem Gebiet der Erfindung zur Verfügung stehen,
d. h. mit einer schnelleren Abtastgeschwindigkeit. Geeignete Spannungsregler
umfassen den N3106-Regler für
einen Betrieb mit einer einzigen Spannung und den digitalen Zweispannungsregler N3207,
die beide bei C. E. Niehoff & Co.
Aus Evanston, Illinois zur Verfugung stehen. Der Regler 15 erregt
das Alternatorfeld, um die Ausgangsleistung zu erzeugen. Wenn die
Ausgangs spannung des Alternators 14 auf das eingestellte
Niveau, z. B. 24,5 Volt in der vorliegenden Ausführungsform ansteigt, wird die
Vorrichtung zur Steuerung der Last und der Batterie (LBCD) aktiv
und schließt
das Batterie-Relais 18.
-
Da
die Batterie im System eine zu geringe Ladung aufweisen kann, kann
das Schließen
des Relais 18 ein Fallen der eingestellten Spannung zur
Folge haben, aber solange der Alternator 14 mit Leistung
versorgt wird, und es genügend
Alternator-Kapazität
gibt, kehrt die Spannung zur regulierten Einstellung zurück. Mit
der Spannung im regulierten Niveau schaltet der Regler 15 die
Feldspule aus und die Alternatorausgangsspannung fängt an zu
fallen. An diesem Punkt setzt der normale Betrieb fort, wobei der
Spannungsregler die Feldspule an- und ausschaltet, wie es zur Aufrecherhaltung
der eingestellten Spannung erforderlich ist, während das von der Vorrichtung
zur Steuerung der Last und der Batterie (LBCD) 12 gesteuerte
Relais geschlossen bleibt. As stellt den normalen Betrieb dar.
-
Wenn
das Schließen
des Relais 18 ein Abfallen der Ausgangsspannung des Alternators
unter einen programmierten Schwellwert zur Folge hat, d. h. unter
20,5 Volt für
ein System das mit 28 Volt betrieben wird, ist es offenkundig, dass
die durch das Wiederaufladen der Batterie erzeugte Last die Generatorkapazität übersteigt
und die Vorrichtung zur Steuerung der Last und der Batterie (LBCD) 12 öffnet das Relais.
Das Relais kann jede beliebige Art eines mechanischen Relais oder
ein Halbleiterschalter mit geeigneter Konzeption sein. Wenn das
Relais 18 die Batterie 16 vom Alternator 14 und
dem Rest der Schaltung abkoppelt, kehrt die Systemspannung zu ihrer
regulierten Einstellung zurück.
Der Alternator 14 funktioniert jetzt entweder ohne jede
Batterie im System oder funktioniert in Ausführungsformen bei denen sich
mehrere Batterien im elektrischen System des Fahrzeugs befinden,
mit einer Hilfsbatterie die jetzt auch von der abgekoppelten Batterie 16 isoliert ist.
In diesem Modus steuert die Vorrichtung zur Steuerung der Last und
der Batterie (LBCD) 12 steuert aktiv die Pufferladung zur
abgekoppelten Batterie indem der silizium-gesteuerte Gleichrichter
(SCR) 27 in der Schaltung 32 gesteuert wird, um
eine programmierte Ladung zur abgekoppelten Batterie über die Pufferladungs-/Abfrageleitung 22 zur
Verfügung
gestellt wird.
-
Unter
Bezugnahme auf die 3 wird ein Beispiel eines Verfahrens
zur Implementierung der Vorrichtung zur Steuerung der Last und der
Batterie (LBCD) 12 dargestellt. Nachdem das Fahrzeug angelassen
worden ist, beginnt der Motor den Alternator anzutreiben und das
Prozessormodul 34 der Vorrichtung zur Steuerung der Last
und der Batterie (LBCD) 12 beginnt, Wechselstromleistung
auf der Wechselstrom-Abfrageleitung 26 zu empfangen. Die
Diagnose-Leuchtdiode 30 wird dann vom Prozessormodul 34 aktiviert,
so dass ein gelb blinkendes Licht (bei 42) gezeigt wird.
Das gelb blinkende Licht stellt eine Angabe zur Verfügung, dass
die Systemspannung unterhalb der regulierten Spannungseinstellung
liegt und das ist normal im Anfahr-Modus. In einer Ausführungsform
kann das Prozessormodul 34 programmiert werden, um die
Wechselstromfrequenz der auf der Wechselstromabfrageleitung 26 ankommenden Leistung
zu überwachen,
um die Drehzahl zu berechnen. Das Prozessormodul 34 wartet
bis die gemessene Alternatordrehzahl sich oberhalb des Programmschwellwerts
befindet, in diesem Beispiel eine Drehzahl von 1500, so dass die
Vorrichtung zur Steuerung der Last und der Batterie (LBCD) 12 erkennt,
dass das Fahrzeug seine programmierte Leerlaufdrehzahl (bei 46)
erreicht hat.
-
Sobald
das Prozessormodul 34 bestimmt, dass der Alternator 14 die
erforderliche minimale Drehzahl-Einstellung erreicht hat, was bevorzugt
den stabilen Drehzahl-Zustand des Alternators darstellt, während sich
der Motor des Fahrzeugs im Leerlauf befindet, aktiviert das Prozessormodul 34 den
Transistor Q1 so dass sich die vom Fahrer des Fahrzeugs sichtbare
Anzeigeleuchte 28 des Ladesystems ausschaltet (bei 48).
Die Vorrichtung zur Steuerung der Last und der Batterie (LBCD) 12 liest
dann die Systemspannung indem die Spannung über die an das Prozessormodul 34 (bei 50)
angeschlossene Spannungsabfrageleitung 38 erfasst wird.
Unter der Annahme, dass die Spannung entlang der Spannungsabfrageleitung 38 oberhalb
des vorbestimmten Schwellwerts liegt, leuchtet die Diagnose-LED 30 auf der
Vorrichtung zur Steuerung der Last und der Batterie (LBCD) 12 auf,
um anzugeben, dass sich das elektrische System 10 normal
verhält
und dass die Batterie 16 keinen so großen Ladestrom aufnimmt dass
das System nachteilig beeinflusst wird (bei 52, 54).
Wenn die auf der Spannungsabfrageleitung 38 gemessene Spannung
jedoch unterhalb des vorbestimmten Schwellwerts liegt, dann veranlasst
das Prozessormodul 34 die Diagnose-LED rot aufzuleuchten
und aktiviert den Transistor U2, um ein Signal entlang der Abkopplungsleitung 20 zu
senden, so dass sich der Batterie- Trennschalter 18 öffnet und
die Batterie 16 aus der Schaltung entfernt (bei 55, 56).
In einer Ausführungsform,
wo die vom System geregelte Spannung auf 28,0 Volt eingestellt ist,
kann die Schwellen-Systemspannung die die Vorrichtung zur Steuerung
der Last und der Batterie (LBCD) 12 triggert, um die Batterie 16 aus
dem System zu entfernen, z. B. auf 20,5 Volt eingestellt werden.
Die Schwellspannung, die im Prozessormodul 34 programmiert
ist, kann jede gewünschte
Schwellspannung sein und der Schwellenwert kann auf jedes gewünschte System
in anderen Ausführungsformen
angepasst werden.
-
Nachdem
die Vorrichtung zur Steuerung der Last und der Batterie (LBCD) 12 die
Batterie 16 vom elektrischen System 10 des Fahrzeugs
abgekoppelt hat, indem der Battetie-Trennschalter 18 geöffnet wird, überprüft die Vorrichtung
zur Steuerung der Last und der Batterie (LBCD) 12 ob die
Systemspannung auf das programmierte Spannungsniveau zurückkehrt
und liest das Batteriespannungsniveau (bei 58). Das Prozessormodul 34 liest
die Alternatorspannung auf der Spannungsabfrageleitung 38 und
liest die Batteriespannung von der Pufferladung-/Abfrageleitung 22.
Solange sich die auf der Abfrageleitung 38 abgefragte Alternatorspannung
an oder oberhalb des programmierten Systemschwellwerts befindet,
aktiviert das Prozessormodul den silizium-gesteuerten Gleichrichter
(SCR) via den Optokoppler U4 zum Durchbringen einer Pufferladung
zur Batterie 16 (bei 60, 62). Alternativ
hält das
Prozessormodul 34 den silizium-gesteuerten Gleichrichter
(SCR) ausgeschaltet, so dass keine Pufferladung vom Alternator genommen
wird, um die Batterie (bei 64) aufzuladen. Der Ladezyklus
für die
Batterie setzt fort, bis die Batterie ihr optimales Ladeniveau erreicht,
wie es durch die Spannung bestimmt worden ist, die auf der Leitung 22 durch
das Prozessormodul 34 gemessen worden ist.
-
Wenn
die Vorrichtung zur Steuerung der Last und der Batterie (LBCD) feststellt,
dass die Batterie 16 aufgeladen worden ist, wird das Relais 18 benachrichtigt,
die Batterie 16 wieder an das elektrische System 10 des
Fahrzeugs anzuschließen
und die LED 30 wird angewiesen grün aufzublinken, was anzeigt, dass
die Batterie jetzt an das System angeschlossen ist und eine akzeptable
Ladung (bei 66, 68) aufweist. In einer Ausführungsform
kann die Vorrichtung zur Steuerung der Last und der Batterie (LBCD)
einen Anweisungsschleifenleser in der im Speicher des Mikroprozessors
im Prozessormodul 34 gespeicherten Programmierung aufrechterhalten,
so dass die Vorrichtung zur Steuerung der Last und der Batterie
(LBCD) 12 erkennen kann, ob die Batterie mehr als einmal
während eines
gegebenen Einsatzes des Fahrzeugs vom Start bis zum Abschalten aufgeladen
werden muss. Wenn das Batteriespannungsniveau fällt, so dass die Batterie en
zweites Mal vom System 10 während des Einsatzes des Fahrzeuges
abgekoppelt werden muss, bleibt sie andauernd abgekoppelt und die
Indikatorleuchte des Ladesystems leuchtet auf, um ein ernsthaftes
Problem mit der Batterie, die einen Austausch erfordern können, anzugeben.
Dieses Kennzeichen wird durch die Anwendung bestimmt und ist in
einigen Fällen
nicht auf ein einziges zugelassenes Ereignis begrenzt, kann jedoch
mehrere Batterieabkopplungen während
des Ablaufes eines Betriebszyklus umfassen.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
kann die Pufferladung zur abgekoppelten Batterie vom silizium-gesteuerten
Gleichrichter (SCR) 27 gesteuert werden. Das Prozessormodul 34 kann
den Optokoppler U4 veranlassen, eine Gatterspannung am silizium-gesteuerten Gleichrichter
(SCR) 27 an- und abzuschalten, um sicherzustellen, das
die Pufferladung den Alternator nicht veranlasst, seine Leistungskapazität zu übersteigen.
Solange eine überschüssige Alternatorkapazität zur Verfügung steht, um
die abgekoppelte Batterie aufzuladen, wird der silizium-gesteuerten
Gleichrichter (SCR) 27 vom Prozessormodul 34 abgeschaltet.
Der Batterieladungsbetrag wird von der Ladespannung bestimmt und
die abgekoppelte Batterie wird von diesen Mitteln mit einer Geschwindigkeit
geladen, die unabhängig
von der Spannung des elektrischen Systems des Fahrzeugs ist. In
einer Ausführungsform überwacht
das Prozessormodul den Arbeitszyklus der Feldspule im Alternator,
um zu bestimmen, wann der silizium-gesteuerten Gleichrichter (SCR) 27 an-
oder auszuschalten ist. In alternativen Ausführungsformen kann die Pufferladung-Schaltung Komponenten
aufweisen, die hinzugefügt
worden sind, um die Batterieladespannung über die eingestellte Spannung
zu erhöhen,
aber solch eine Schaltung würde
auch mehr Alternatorleistung abfragen. Ein Vorteil von einer solchen
Schaltung würde
es sein, dass die Batterie-Ladespannung vollständig von der eingestellten
Spannung des elektrischen Systems des Fahrzeugs abgekoppelt ist.
-
Wie
oben beschrieben, kann die Vorrichtung zur Steuerung der Last und
der Batterie (LBCD) bestimmen, ob ein wieder herstellbarer Zustand
niedriger Ladung, ein nicht wieder herstellbarer Zustand niedriger
Ladung, oder ein Kurzschluss in der wieder aufladbaren Energiespeicherungsvorrichtung
oder der mit diesem System benutzten Batterie existiert. Dies ist
eine Funktion der vom Alternator abgezapften Last im Vergleich zur
eingestellten Spannung und der Spannung an der abgekoppelten Batterie.
Diese Unfähigkeit
die eingestellte Spannung aufrecht zu erhalten, ist die Bedingung,
die eine Abkoppelung der Batterie vom elektrischen System des Fahrzeugs veranlasst.
Wenn die Spannungseinstellung wieder hergestellt worden ist, nachdem
die Batterie abgekoppelt ist, wird die Überlastung validiert, und die Pufferladung-Schaltung
wird zu dem Mittel, das die Ladung der abgekoppelten Batterie wiederherstellt. Die
Alternatorspannung und die Batteriespannung werden gelesen (3 bei 58).
Wenn die Alternatorspannung unter 24,0 Volt liegt, wird der silizium-gesteuerten
Gleichrichter (SCR) 27 abgeschaltet (3 bei 64),
da das Alternatorfeld schon vollständig ist an dieser Spannung
für eine
auf 28,0 Volt regulierte Einstellung. Wenn sich die Alternatorspannung über 24,0
Volt befindet, gibt es einige überschüssige, vom
Alternator zur Verfügung
stehende Kapazität,
und so wird der silizium-gesteuerten Gleichrichter (SCR) 27 angeschaltet
(3 bei 62) um die abgekoppelte Batterie
wieder aufzuladen. Dieser Prozess dauert fort, bis die Spannung
der abgekoppelten Batterie größer als
24,5 Volt (3 bei 66) eingelesen
wird. Diese Bedingung bestätigt,
dass die abgekoppelte Batterie jetzt wieder auf einen Zustand aufgeladen
wird, der nicht die Fähigkeit
des Alternators erschüttert,
die eingestellte Spannung aufrecht zu erhalten wenn die Batterie
wieder im elektrischen System des Fahrzeugs angeschlossen wird. Das
Wiederanschließen
der wieder aufgeladenen Batterie in das elektrische System des Fahrzeugs stellt
den normalen Betrieb wieder her und die LED 30 der Vorrichtung
zur Steuerung der Last und der Batterie (LBCD) blinkt grün auf (3 bei 68)
um den normalen Betriebszustand anzuzeigen.
-
In
einer Ausführungsform
wird die LED 28 benutzt, um anzugeben, dass der Alternator
keinen Ausgang erzeugt. Die LED 28 ist ausgeschaltet, wenn
sich der Alternator in normalem Betriebszustand befindet. Wenn sich
keine Batterie im elektrischen System befindet, kann eine Armaturenbrett-Leuchte
wie eine LED 28 aufblinken um den Fahrer zu warnen, dass
die Batterie abgekoppelt ist da das Fahrzeug nicht in der Lage ist,
selbst zu starten wenn der Motor während dieser Betriebsart angehalten
wird. Wenn die abgekoppelte Batterie den Wiederaufladestrom akzeptiert,
wird die Batterie wieder aufgeladen und das Relais 18 wird
geschlossen um die Batterie im elektrischen System des Fahrzeugs
wieder herzustellen, dass wird die LED 28 abgeschaltet
und das Fahrzeug erlangt wieder den normalen Betrieb des elektrischen
Systems des Fahrzeugs. Wenn die Vorrichtung zur Steuerung der Last und
der Batterie (LBCD) bestimmt, dass der Alterna tor keine Leistung
erzeugt, leuchtet die Armaturenbrett-Leuchte LED 28 auf
und es leuchtet weiter um anzugeben, dass der Alternator 14 gewartet
werden muss. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Vorrichtung
zur Steuerung der Last und der Batterie (LBCD) 12 ein Programm
mit Instruktionen, um den Prozess zu implementieren, der in der 3 beschrieben
worden ist. Das Programm kann ein C-Programm sein wie es im angehängten CD-ROM-Anhang
beschrieben worden ist, das wie erforderlich im Maschinencode kompiliert
ist und das an das ausgewählte
Prozessormodul angepasst ist und in einem örtlichen Speicher wie einem
eingebauten Flash-Speicher des oben erwähnten Motorola 68C08-Prozessors
gespeichert ist.
-
Wenn
das System normal mit dem geschlossenen Batterierelais betrieben
wird, und eine Überlast
in der Batterieschaltung folglich die regulierte Spannung unterhalb
den programmierten Schwellwert fallen lässt, wiederholt die Vorrichtung
zur Steuerung der Last und der Batterie (LBCD) 12 ihren Öffnungszyklus
des Relais 18 und die Ausführung der Bypass-Wiederauflade
Sequenz der 3 bis ein normaler Betrieb fortgesetzt
wird.
-
Obwohl
die Ausführungsform
der 1 ein System mit zwei Batterien darstellt, wird
in Erwägung gezogen,
dass das System und das Verfahren zur Steuerung der Last und des
Aufladens der Batterie auf ein System angewendet werden kann, das
eine Batterie oder jede beliebige Konfiguration von mehreren Batterien
verwendet. Außerdem
können
in Systemen die mehr als eine Batterie verwenden, eine oder mehrere
dieser Batterien können
jede steuerbar simultan oder nach einer gewünschten Sequenz von einer Vorrichtung
zur Steuerung der Last und der Batterie (LBCD) abgekoppelt und aufgeladen
werden. In noch anderen Ausführungsformen
kann die Vorrichtung zur Steuerung der Last und der Batterie (LBCD) konfiguriert
werden, um eine Batterieladung die höher als die Ausgangsleistung
des Alternators ist, indem ein Wandler oder eine andere Aufwärtsschaltung
zur Pufferladung-/Abfrageleitung hinzugefügt wird. Für Energiespeichersysteme, die
Widerstände benutzen,
kann die Vorrichtung zur Steuerung der Last und der Batterie (LBCD)
benutzt werden, um selektiv getrennte Sätze davon auf programmierte
Niveaus via die Pufferladung-Schaltung zu laden.
-
Vorgehend
ist ein Verfahren und ein System zur Steuerung der Last und der
Aufladung der Batterie in einem Fahrzeug beschrieben worden. Das
offenbarte Verfahren und System hilft, das Problem einer ungenügenden Ladung
der Batterien in einem elektrischen System des Fahrzeugs zu behandeln, was
die Fähigkeit
kompromittieren kann, eine regulierte Spannung wegen Wiederauflade-Anfragen
der Batterie aufrecht zu erhalten. Eine Lösung für diese Situation ist es, die
Batterie vom elektrischen System unter Benutzung eines Relais abzukoppeln
und die Batterie unabhängig
von der Hauptstromversorgung zu laden. Das offenbarte, von einem
Prozessor gesteuerte Relais und die unabhängig gesteuerte Ladeschaltung
wie ein von einem Prozessor gesteuerter silizium-gesteuerter Gleichrichter
(SCR) erreichen, dass die Spannung des Hauptsystems als Steuerfaktor
bei der Wiederaufladung der Batterie beseitigt wird. Indem diese
Bypass-Ladeschaltung dazu benutzt wird, die abgekoppelte Batterie
bzw. die abgekoppelten Batterien zu laden, kann das offenbarte System
das Laden der Batterie wiederherzustellen indem nur die Ersatz-Generatorkapazität benutzt wird.
Das offenbarte System ist in der Lage, die Alternator-Rippel-Spannung
auf Niveaus zu filtern, die der Gegenwart einer Batterie im System
entsprechen. Wenn das Laden der abgekoppelten Batterie das normale
Niveau erreicht, kann das Relais geschlossen werden, um den normalen
Systembetrieb mit der Batterie in der Schaltung wiederherzustellen.
-
Ein
Vorteil des offenbarten Systems und Verfahrens ist, dass die Batterie
an das System angeschlossen bleiben kann, wenn es genügend Ladung hat,
aber wenn die Fahrzeugbatterie so stark entladen ist, dass sie den
normalen Alternatorbetrieb stört, indem
das System durch seine Nachfrage Strom nachzuladen, überladen
wird, kann die Vorrichtung zur Steuerung der Last und der Batterie
(LBCD) die Batterie vollständig
von der Systemlast abkoppeln so dass das Fahrzeug ohne jede Batterie
funktioniert und noch eine niedrige Rippel-Spannung im elektrischen
System aufrecht erhält.
Ein anderer Vorteil ist, dass die abgekoppelte Batterie auf einem
einstellbaren Niveau steuerbar aufgeladen werden kann, das nur überschüssige Kapazität vom Alternator
nimmt, um die Batterie wieder aufzuladen. Zusätzlich erlaubt es das offenbarte
System und Verfahren, eine unterschiedliche Spannung auf der Batterie
aufrecht erhalten, als es nötig
ist an der Last für
das System so dass z. B. eine Batterie auf einer reduzierten Spannung
während
eines Hochtemperaturbetriebs nach den Betriebsbeschränkungen
des Batterieherstellers gehal ten werden kann, während das geeignete Spannungsniveaus
für den
Rest der elektrischen Komponenten im elektrischen System des Fahrzeugs
aufrecht erhalten bleibt.