對車載電池充電的裝置和控制車載發電機發電操作的裝置的製作方法

2023-09-19 23:17:25

專利名稱：對車載電池充電的裝置和控制車載發電機發電操作的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種車栽充電裝置，用於通過安裝在諸如客車和卡車的車
輛上的發電機(即，交流發電機)對電池進行充電；並涉及一種用於對車 載發電機的發電狀態進行控制的控制裝置。
背景技術：
大多數的車輛設置有通過車載引擎驅動的AC (交流電)發電機(即， 交流發電機)以便生成電功率。通過被稱作IC調節器的控制裝置來控制 這種發電機的操作，使得發電機的輸出電壓變成指定值。同時，即使當引 擎的怠速轉動速度較低、安裝在車輛上的電負載的量變大、和/或引擎消 耗較少的燃料時，也要求發電機仍可以工作。對現有的引擎來說，這些要 求是具有代表性的。
為了滿足這些需求，日本專利公開No.3070788提供了 一種常規的控 制技術，其中基於車輛運行狀態、引擎操作狀態和電池充電狀態來控制車 載AC發電機的輸出電壓。更具體而言，在該控制技術中，將佔空比與參 考電壓對應的工作信號(duty signal)從引擎控制裝置(引擎ECU (電子 控制單元))發送至IC調節器，使得IC調節器控制發電機的輸出電壓處 於參考電壓。
近來對在車輛運行期間減少燃料消耗的需求要求發電機可以依據車 輛運行狀態和電池充電狀態、通過適當控制發電機的工作量以最小的燃料 消耗來生成足夠的電力。 一個例子是當車輛處於加速時，發電機的輸出 電壓被控制成較低值(例如，下降至12V的最小電壓)，使得對引擎的實 際負載降低以便降低燃料消耗。相反，當車輛處於減速時，發電機的輸出 電壓被控制成較高值(例如，上升至15V的最大電壓)，使得發電機的發 電量增加以便快速地對電池進行充電。這樣允許將引擎的慣性能量轉換成 電能，由此有效地利用了燃料。
在對發電機的輸出電壓進行控制時，ECU向IC調節器發送周期(脈
衝重複時間)被指定且為常數的脈衝信號。然而，例如，不同的製造商可
能生產脈衝周期彼此不同的ECU。且通常需要採用這些ECU作為車載 ECU來向車載IC調節器發送脈衝信號。因此，IC調節器應具有裕度以 便接收具有不同周期的脈沖信號。然而，噪聲可能疊加在脈衝信號中。在 這種情況下，當IC調節器具有用於周期的大量^^度時，噪聲量也容易變 的更大，這可以使得IC調節器4t^地識別脈衝信號。結果，可能會不適 當地控制發電機的輸出電壓，由此導致不想要的輸出電壓的改變。

發明內容
考慮到上述問題製作了本發明，且本發明的一個目的在於4^供一種充 電裝置和控制裝置，其可以安裝在車輛上並具有防止錯誤識別用於控制車 載AC發電機(交i復電機)的輸出電壓的脈衝信號的能力。
為了實現上述目的， 一方面，本發明提供了一種安裝在車輛上用以對 在車輛上安裝的電池進行充電的充電裝置，包括發電機，其生成電力以 輸出電壓來對電池進行充電；控制器，其位於發電機的外部，輸出脈衝信 號以便對發電機的發電狀態進行控制；接收器件，其接iMMt制器輸出的 脈衝信號；濾波器，其在所接收的脈衝信號中去除具有與預定周期不同的 周期(周期時間或脈衝重複時間)的脈衝信號，所述預定周期與脈衝信號本 身有關地設置；計算器，其依賴於濾波器的過濾結果對具有與預定周期一 致的周期的脈衝信號的佔空比進行計算；以及調壓器，其才艮據計算器計算 的佔空比對^UL電機輸出的電壓進g節。
另 一方面，本發明提供一種用於對車栽發電機的發電進行控制的控制 裝置，包括接收器件，其接條控制裝置外部供給的脈衝信號；濾波器， 其在所接收的脈衝信號中去除具有與預定周期不同的周期的脈沖信號，所
述預定周期與脈衝信號本身有關地設置；計算器，其依賴於濾波器的過濾 結^t具有與預定周期一致的周期的脈衝信號的佔空比進行計算；以及調
壓器，其根據計算器計算的佔空比對從發電機輸出的電壓進行調節。
因此，接收器件接收的脈衝信號在濾波器處進行了過濾，使得當脈衝 信號的周期與預定周期不同時，可以去除例如受到噪聲影響的脈衝信號。 使用脈衝信號本身來設置該預定周期。例如，將響應裝置的激活而接收的 脈衝信號的初始周期設置為預定周期。因而，可以避免例如由包括在脈衝 中的噪聲所引起的發電機的M控制。


在附圖中
圖1是示出根據本發明第一實施例的包括控制裝置的充電裝置的配 置的電路圖2是詳細示出在充電裝置中採用的控制電路的配置的框圖3是示出在實施例中使用的佔空比和參考電壓之間關係的圖4A和4B均是示例出控制電路從ECU接收的脈衝信號的時序以及
圖5是詳細示出在根據本發明第二實施例的充電裝置中採用的控制 電路的配置的才匡圖。
具體實施例方式
以下，將描ii^發明的實施例，在實際描述中這些實施例被簡化為車 輛中的充電裝置和用於控制發電的控制裝置。
第一實施例
將參考圖1至圖4A和圖4B來描述本發明的第一實施例。
圖l示出在車輛上安裝的充電裝置的配置。該充電裝置設置有用於 對車輛的發電進行控制的發電控制裝置1 ;安裝在車輛上的AC發電機2 (即，交流發電機，在下文中簡稱為"發電機")；電池3;用於引擎控制 的ECU80 (電子控制單元)。
發電控制裝置1負責將發電機2的輸出電壓控制在預定範圍的電壓 內。後面將給出該發電控制裝置1的詳細描述。
發電機2裝配有纏繞在定子(沒有示出)的三相定子繞組21;嵌 入在轉子(沒有示出)中的勵磁繞組22;以及全波整流電路23，其對來 自定子繞組21的三相輸出進行全波整流。通過對設置成經it^磁繞組22 的勵磁電流進行調節來控制發電機2的輸出電壓。發電機2具有輸出端子 (被稱作"B"端子)，該輸出端子電連接到電池3和包括電負栽4的其 它耗電元件。因此，電流即電功率從發電機2供給到電池3和耗電元件。
ECU80不僅用作控制引擎(沒有示出)的控制器件還用作用於發電
控制裝置1的外部控制器件。即，ECU80基於指示電池3改變狀態的信 息(電池的充電/放電電流)、車速、節流閥開啟度等，將發電機2的發電 狀態通知發電控制裝置l。為了進行控制，ECU80i殳置有CPU81 (中 央處理單元)，用以執行預定控制程序；以及輸"輸出接口 82，用以在輸 入到ECU80和從ECU80輸出的各種信號上執行指定的輸入和輸出處理。
ECU80發送脈衝信號到發電控制裝置1，以便允許ECU80將命令提 供給發電控制裝置1。脈衝信號的佔空比(或佔空率)可以容易地被改變， 使得命令的內容可以通過改變脈衝信號的佔空比來傳送。輸入/輸出接口 82設置有用作開關元件的電晶體83和電阻器(R) 84，電晶體83和電阻 器84負責生成脈衝信號。為了保護電晶體83，又一電阻器85插入在連 接輸/v/輸出接口 82的輸出線中，即，連接ECU80和發電控制裝置1的 輸出線.通過該輸出線，脈衝信號從ECU80傳送到發電控制裝置1。
將詳細描述發電控制裝置1。如圖1和圖2所示，發電控制裝置1設 置有功率電晶體ll，串聯電連接到發電機2的勵磁繞組22以中斷勵磁 電流；二歐管12，並聯電連接勵磁繞組22以便在功率電晶體11處於截 止狀態時回流勵磁電流。發電控制裝置1還設置有控制電路50，用以 控制功率電晶體11的中斷動作，使得可以監視電池3的端子電壓(稱作 電池電壓)以將該端子電壓控制在指定範圍的電壓內。
如圖2所示，控制電路50包括波形校正電路51，周期計數器52， 時間計數器53， M檢測電路54，周期設置電路55，濾波電路56,除電 路57，命令生成電路58， 4H^檢測電路59， PWM電路60以及分壓電路 61。
在這些組件中，波形校正電路51負責對從ECU 80向控制電路50的 控制端子(稱作"C"端子)給出的脈衝信號的波形進行校正。設置了周 期計數器52來對在波形校正電路51經過波形校正的脈衝信號的周期(脈 衝重複時間或周期時間)進行計數.周期計數器52對每個周期中的最後 轉換沿進行監視，以使對每個脈衝重複的周期進行計數。設置了時間計數 器53來對在波形校正電路51經過波形校正的脈衝信號的低電平持續時段 進行計數。時間計數器53對緊接最後轉換沿之後出現的第一轉換沿進行 監視，使得時間計數器53能夠對每個周期中的低電平時段進行計數。
^t檢測電路54設置成與被稱作"L"端子的端子相連，以便經由 電連接到L端子的充電燈來檢測激活信號。該激活信號是響應M開關 的接通而生成的。周期設置電路55在發電控制裝置1初始被激活時讀入
從周期計數器52輸出的信號(即，計數)，並在其中設置了來自ECU80 的脈衝信號的讀取周期。
濾波電路56讀入指示周期設置電路55設置的周期的信息，並將周期 計數器52的計數與周期設置電路55指定的參考周期進行比較.如M周 期計數器52提供的當前周期與設置的參考周期不同，濾波電路56去除當 前周期(即等同於，具有與設置的參考周期不同的周期的脈衝信號)以及 從時間計數器53供給的低電平時段。在這種情況下，儘管脈衝信號的周 期仍被認作處於正常範圍內，但考慮到在脈衝信號傳送期間由於抖動等所 引起的脈衝信號的周期中的微小變化，濾波電路56仍被給予裕度(例如， ±10%)以設置參考周期。在本實施例中，考慮了周期中的這些微小變化， 濾波電路56的過濾特性被確定為將這些微小的周期變化認作是處於正常 範圍內。
除電路57有兩個輸入， 一個輸入是當脈衝信號的周期等於或處於 設置的參考周期內時，由時間計數器53計數並被設置成經過濾波電路56 的脈衝信號的被計數的低電平時段。另一個輸入是當脈衝信號的周期等 於或處於設置的參考周期內時，由周期計數器52計數並被i殳置成經過濾 波電路56的脈衝信號的被計數的周期。在除電路57,脈衝信號的低電平 時段除以濾波電路56過濾的脈衝信號的被計數周期，使得可以計算脈衝 信號的佔空比。在這種情況下，佔空比另_低電平的佔空比。
由於從除電路57發出了指示所獲得的佔空比的信號，命令生成電路 58接收該信號以便通過參考圖3所示的特性來生成參考電壓。該特性是 之前設置在命令生成電路58的存儲器中的參考表。如圖3所示，參考電 壓幾乎線性地隨著低電平的佔空比而變化.
設置了 4m檢測電路59以接收命令生成電路58生成的參考電壓以及 利用分壓電路61通it^電池電壓進行分割所生成的電壓。電池電壓是施 加到發電機2的B端子的電壓。因此，# :檢測電路59將參考電壓和所 分割的電壓彼此進行比較，並依賴於比較的結果輸出被供給到PWM電路 60的低電平或高電平信號。
PWM電路60被配置成在來自4m檢測電路59的輸出信號的高電平
信號.所生成的驅動信號被供給到功率電晶體11以便驅動該功率電晶體 11。驅動信號使得功率電晶體ll能夠根據預定佔空比開啟/截止，允許以 受控的方式使勵磁繞組22通過間斷的電流。因此，發電機2的輸出電壓
能夠增大，這將使得電池3的端子電壓也增加。
在上述的組件中，濾波電路56用作濾波器，除電路57和時間計數器 53用作計算器，且命令生成電路58、 4m檢測電路59、 PWM電路60 以及分壓電路61構成了調壓器。##檢測電路54、周期設置電路55以 及周期計數器52構成了獲取單元，且周期設置電路還用作存儲裝置。
將描述通過作為本發明主要部分的控制電路50執行的從ECU 80接 收脈衝信號的操作和優點。
在根據本實施例的發電控制裝置l中，脈衝信號從ECU80供給到波 形校正電路51。該脈衝信號的波形被波形校正電路51儘可能地校正，且 然後與所計數的脈衝信號的周期和低電平時段一起被饋給到計數器52和 53。
此外，這三個元件51、 52、 53被提供為接收器件RC，且該接收器 件RC被設計成能夠接收不同周期的脈衝信號(即，用於周期的裕度)， 以^更用於不同製造商的ECU。
在此實施例中，響應於發電控制裝置1的激活，周期設置電路55讀 取來自ECU80的脈衝信號的周期。因此，設置了通過濾波電路56的脈衝 信號的周期。因此，可以接收並處理來自任意ECU80的脈衝信號，這些 ECU 80的信號特性可以彼此不同。如果噪聲使得脈衝信號的波形變形， 變形的脈衝信號與時間計數器53所計數的低電平時段的計數一起被濾波 電路56去除。
這樣，本實施例提供一種充電裝置，該充電裝置包拾故配置成從不同 的ECU 80接收脈衝信號的發電控制裝置1。如果脈衝信號受到噪聲影響 而使其周期與設置的(指定的)信號周期不同，具有噪聲成分的脈衝信號 被去除。因而，可以獲得用於對發電機2的輸出信號進行控制的脈沖信號， 而沒有4^檢測。
另外，由於採用了周期設置電路，而可以在激活發電控制裝置1時， 初始地決定脈衝信號的周期。因此，即使新安裝的ECU 80向發電控制裝 置1提供了周期與之前ECU不同的脈衝信號，來自新ECU 80的脈衝信 號也可以被正常地接收。
圖4A和4B示例出從ECU接收的脈沖信號的波形，其中圖4A中所 示的波形沒有噪聲而圖4B中所示的波形具有噪聲。在圖4A所示的例子 中，波形被生成為具有脈衝重複時間，即，10ms的周期和50%的佔空比，
其中沒有噪聲。相比之下，在圖4B所示的例子中，波形具有與圖4A相 同的周期和佔空比，但是在圖4B所示波形上疊加了噪聲。噪聲使波形變 形成三個不同的波形，包括81118周期和37.5%的佔空比(高電平佔空比) 的波形、2ms周期和90%佔空比的波形、以及10ms周期和50%佔空比 的波形。如果對圖4B所示波形應用傳統的技術，IC調節器即控制電路會 4m地讀出所有的三個波形作為正常波形。相比之下，在本實施例中，具 有8ms周期和2ms周期的前兩個波形被濾波電路56去除，由此允許濾波 電路56之後的元件基於去除噪聲的脈衝信號來可靠地控制發電機的操 作。
第二實施例
現在將參考圖5來描述本發明的第二實施例。
除了發電控制裝置1A設置有控制電路50A以夕卜，圖5所示的充電裝 置的蒼本配置類似於在第一實施例中所示的配置。圖5詳細示出了控制電 路50A的配置，其中對與圖2中所示組件相同或相似的組件給出了與圖 2相同的附圖標記，以簡化3兌明。
與第 一實施例中的控制電路50相比，控制電路50A還設置有負載響 應控制電路62、負載響應控制確定電路63、 OR(邏輯加)電路64、 AND (邏輯乘)電路65以及分壓電路66。
負載響應控制電路62電連接至連接功率電晶體11和勵磁繞組22的 連接點。該控制電路62負責檢測功率電晶體11的導電率並逐漸增加該導 電率，這被稱作負載響應控制。負載響應控制旨在在車輛怠速轉動範圍內 抑制車載引擎的轉動變化,該轉動變化有助於車栽電負栽量的改變。通常， 在車輛的轉數變得大於怠速轉動範圍時，停止負載響應控制。
負栽響應控制確定電路63負責檢測發電機2的轉數，以便確定負載 響應控制是有效還是無效。該確定電路63電連接到分壓電路66以基於所 分割的電壓來險測定子繞組21中的一個定子繞組的相電壓。使用所檢測 的相電壓，確定電路63檢測轉數以確定負載響應控制是有效還是無效。 例如，使用相電壓的頻率來檢測轉數，且當發電機2的轉數小於預定值時， 從確定電路63輸出表示負載響應控制為有效的低電平信號。
OR電路64具有兩個輸入端子，分別電連接到負栽響應控制電路62 和負載響應控制確定電路63的輸出點。在負栽響應控制確定電路63的輸 出為低電平的情況下，即，發電機2的轉數低於預定值，負栽響應控制電
路62的輸出經由OR電路64提供給AND電路65，由此，使得負載響應 控制電路62執行的負栽響應控制有效。相反，在負栽響應控制確定電路 63的輸出為高電平的情況下，即，發電機2的轉數等於或高於預定值， OR電路64的輸出固定在高電平，而與負載響應控制電路62的輸出值無 關。因此，屏蔽了此控制電路62的輸出，停止負栽響應控制。
在本發明中，負載響應控制電路62還被配置成從周期設置電路55 接收指示當發電控制裝置1A被激活時所接收的脈衝信號的周期(脈衝重 復時間或周期時間)的信息。另外，該控制電路62被配置成依賴於所接 收的周期信息來更新其內部存儲器中的電導率的增加速度。因此，電導率 的增加速度用作發電機2的控制M。
例如，設置負載響應控制電路62使得小於5ms的脈衝周期的電導 率的增加速度為40%/s而等於或大於5ms的脈衝周期的電導率的增加速 度為20。/。/s，且兩個電導率可以互相切換。在這種情況下，如果車輛引擎 扭矩很大使得車載電負載量的變化的影響較小，可以使脈沖信號的周期小 於5ms，由此將電導率的增加iUL切換到較大的量40%/s。相反，如果車 輛引擎扭矩較小使得車栽電負載量的變化可能具有較大影響，可以使脈衝
信號的周期等於或大於5ms，由此將電導率的增加速度切換到較小的量 20%/s。即，可以依據車輛狀態從外部控制發電機2的控制^。
因此，負載響應控制電路62構成了控制^切換裝置。
這樣，在根據此實施例的發電控制裝置1A中，依賴於存儲在周期i殳 置電路55中的脈沖信號的周期，通過負栽響應控制電路62在兩個值之間 改變發電機2的控制參數。因此，根據在激活時從ECU80接收的脈衝信 號的周期，可以控制發電機2的控制^lt，使得ECU80能夠改變受控參 數。具體而言，如上所述，由於控制^用於抑制發電機2的勵磁電流的 增加，所以可以將在電負栽處於工作時出現的發電機扭矩變化的影響調整 成特性與車輛的當前狀態適應。
可以在不離開本發明的精神的情況下，以各種形式來實施本發明。因 此，這裡所述的實施例只是用來示例而不是進行限制，本發明的範圍由所 附權利要求來限定而不是用權利要求之前的說明書限定。因此，落入權利 要求的邊界或界限內、或落入這些邊界或界限的等同範圍內的各種改型， 也被權利要求涵蓋。
權利要求
1. 一種安裝在車輛上用以對在所述車輛上安裝的電池進行充電的充電裝置，包括發電機，其生成電力以輸出電壓來對所述電池進行充電；控制器，其位於所述發電機的外部，輸出脈衝信號以便對所述發電機的發電狀態進行控制；接收器件，其接收從所述控制器輸出的所述脈衝信號；濾波器，其在所接收的脈衝信號中去除具有與預定周期不同的周期的脈衝信號，所述預定周期與所述脈衝信號本身有關地設置；計算器，其依賴於所述濾波器的過濾結果對具有與所述預定周期一致的周期的脈衝信號的佔空比進行計算；以及調壓器，其根據所述計算器計算的佔空比對從所述發電機輸出的電壓進行調節。
2. 如權利要求1的充電裝置，其中所述調壓器被配置成將從所述發電 機輸出的電壓調節成基本上隨著所述計算器計算的佔空比的變化線性變 化的輸出電壓。
3. 如權利要求2的充電裝置，其中所述計算器計算的佔空比是脈衝發 生器的低電平佔空比。
4. 如權利要求1的充電裝置，包括獲取單元，其起初獲取在所述充電裝置被激活時接收的脈沖信號的周 期作為所述預定周期；以及存儲裝置，其存儲指示所述獲取單元獲取的脈衝信號的周期的信息；其中所述濾波器被配置成去除周期與在所述存儲裝置中存儲的指示 周期的信息不同的信號。
5. 如權利要求4的充電裝置，包括改變單元，所述改變單元基於在所 述存儲裝置中存儲的指示周期的信息來改變所述發電機的控制^，所述 控制M用來控制所逸良電機的工作狀態.
6. 如權利要求5的充電裝置，其中所述控制^是用於抑制所述發電 機的厲力磁電流增加的M。
7. —種用於對車栽發電機的發電進行控制的控制裝置，包括接收器件，其接收從所述控制裝置外部供給的脈衝信號；濾波器，其在所接收的脈衝信號中去除具有與預定周期不同的周期的 脈衝信號，所述預定周期與所述脈衝信號本身有關地設置；計算器，其依賴於所述濾波器的過濾結果對具有與所述預定周期一致 的周期的脈衝信號的佔空比進行計算；以及調壓器，其根據所述計算器計算的佔空比對從所述發電機輸出的電壓 進糊節.
8. 如權利要求7的控制裝置，其中所述調壓器被配置成將從所述發電 機輸出的電壓調節成基本上隨著所述計算器計算的佔空比的變化線性變 化的輸出電壓。
9. 如權利要求8的控制裝置，其中所述計算器計算的佔空比是脈沖發 生器的低電平佔空比。
10. 如權利要求7的控制裝置，包括獲取單元，其起初獲取在所述充電裝置被激活時接收的脈衝信號的周 期作為所述預定周期；以及存儲裝置，其存儲指示所述獲取單元獲取的脈衝信號的周期的信息；其中所述濾波器被配置成去除周期與在所述存儲裝置中存儲的指示 周期的信息不同的信號。
11. 如權利要求10的控制裝置，包括改變單元，所述改變單元基於在 所述存儲裝置中存儲的指示周期的信息來改變所iOL電機的控制;^，所 述控制M用來控制所Ul電機的工作狀態。
12. 如權利要求U的控制裝置，其中所述控制^f^l用於抑制所^iL 電機的勵磁電流增加的M。
全文摘要
本發明公開了用於對車載電池進行充電的裝置和用於控制車載發電機的發電操作的裝置。其中車載充電裝置對車輛上安裝的電池進行充電。在該充電裝置中，發電機生成電力以輸出電壓來對電池進行充電，位於發電機外部的控制器輸出脈衝信號以便對發電機的發電狀態進行控制。接收器件接收從控制器輸出的脈衝信號。所接收的信號在濾波器進行過濾，其中具有與預定周期不同的周期的脈衝信號被去除。此外，使用從濾波器輸出的脈衝信號來計算脈衝信號的佔空比。基於所計算的佔空比來調節從發電機輸出的電壓。
文檔編號H02J7/24GK101394105SQ20081021141
公開日2009年3月25日 申請日期2008年9月18日 優先權日2007年9月18日
發明者奧野倫也 申請人:株式會社電裝