專利名稱：用于車輛的發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于車輛的發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)控制一個發(fā)電機的發(fā)電狀態(tài)，為電池充電。
背景技術：
這些年，由于半導體領域小型化技術的發(fā)展，已經(jīng)可以在一個芯片上以復合方式形成大功率器件，如功率晶體管、續(xù)流二極管等，和CMOS邏輯電路。與傳統(tǒng)的混合電路IC型電壓控制設備相比，還可以極大地減小尺寸。傳統(tǒng)的混合電路IC型電壓控制設備是通過在一個基片上布置分立的器件而制作的。
這樣的CMOS數(shù)字集成電路(IC)適合加快運行速度和穩(wěn)定被控制的狀態(tài)，尺寸還非常小。因此，在安裝能力方面，其勝過發(fā)電機等。但是，由于在通電以啟動操作時邏輯狀態(tài)不穩(wěn)定，所以必須進行復位和初始化。此外，對于這樣的IC中包含的晶體管等，用于補償操作的初始最小電壓是確定的。而且，為了使發(fā)電控制設備中的每個組成電路(如，電源電路，用于產(chǎn)生操作電壓，該電壓供給每個電路)正常工作，必須施加預定值或更大的電壓。
另一方面，各種電氣負載連接到車輛的動力系統(tǒng)。由于這些電氣負載的通電、斷電等，會頻繁發(fā)生電壓波動，其中發(fā)電機的輸出電壓和電池的端子電壓發(fā)生變化。此外，在各種電氣負載中已經(jīng)日益實現(xiàn)計算機化。最新計算機化的設備在這樣一種環(huán)境中，即在通電和斷電時往往產(chǎn)生高頻噪聲。
此外，近些日子已經(jīng)確定，通過減小發(fā)電機的扭矩，引擎的空載旋轉可以穩(wěn)定。為了節(jié)約燃油和減少廢氣等，通過從一個引擎控制設備等向電壓控制設備發(fā)送一個發(fā)電抑制信號，實現(xiàn)了有意抑制發(fā)電的協(xié)調控制。如，美國專利No.5,231,344(JP2651030，第9頁，圖1-29)和JP-A-8-266097，第3-6頁，圖1-6所公開的。
在這些文獻中，在抑制發(fā)電的同時，功率操作點被降低。但是，在該狀態(tài)下，當噪聲，特別是負浪涌電流，覆蓋或疊加在電池的功率電纜上時，從發(fā)電機施加到電壓控制設備的電壓進一步被降低，這一點已經(jīng)被本發(fā)明的發(fā)明人等研究證實。結果，電壓控制設備臨時進入一種不起作用的狀態(tài)，同時降低發(fā)電機的輸出電壓，且功率控制操作變得不穩(wěn)定。當發(fā)電機的輸出電壓升高時，電壓控制設備再次進入工作狀態(tài)，重新從復位狀態(tài)開始。因此，需要相當長的時間來返回穩(wěn)定的電壓控制狀態(tài)。
還有一點也已經(jīng)搞清楚，即，在另外安排一個電容器的情況下，特別是在感性電氣負載內部，如各種電機等的電源系統(tǒng)內部，在通電時的過渡階段會由于負載和電容器的感應而發(fā)生諧振現(xiàn)象。該諧振引起不利的浪涌電流，導致產(chǎn)生噪聲。
通過在電壓控制設備中布置一個電容器、鐵磁鐵心等可以減小由于通電等產(chǎn)生的噪聲。為了獲得有效的大電容，需要薄膜電容器、電解電容器等。就耐久性和小型化而言，這是難以采用的。此外，在價格、制作所需的人力、溫度特性等方面，鐵磁鐵心也是不利的，因此也難以采用。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于車輛的發(fā)電系統(tǒng)，其可以實現(xiàn)發(fā)電控制操作的穩(wěn)定性。
根據(jù)本發(fā)明的用于車輛的發(fā)電系統(tǒng)包括發(fā)電機、控制該發(fā)電機輸出電壓的電壓控制設備、由該發(fā)電機的輸出電功率充電的電池、和一個外部控制設備，該外部控制設備向所述電壓控制設備發(fā)送一個發(fā)電抑制信號，用于抑制由發(fā)電機所產(chǎn)生的功率，并檢測電池的狀態(tài)，當該狀態(tài)的量低于預定值時，禁止發(fā)送所述發(fā)電抑制信號。
大體上，當抑制發(fā)電機的發(fā)電以防電池的充電狀態(tài)不佳時，電池的端子電壓下降。在該狀態(tài)下，當來自電氣負載的噪聲覆蓋在連接發(fā)電機和電池的功率電纜上時，作用于電壓控制設備的電壓暫時從預定的閾值降低，功率控制操作有可能變得不穩(wěn)定。但是，電池的狀態(tài)量(如，充電量)低于預定值。為了防止充電狀態(tài)不佳，不執(zhí)行發(fā)電抑制。因此，發(fā)電機的輸出電壓維持高?？梢蕴岣唠妷嚎刂圃O備的功率操作點。因此，即使當噪聲覆蓋在施加于電壓控制設備的電壓上時，電壓也不會降低太多。于是可以實現(xiàn)發(fā)電控制操作的穩(wěn)定性。
特別地，即使在電壓控制設備配置有一個電路的情況下——該電路在從發(fā)電機接收到一個操作電壓供應時工作，而當該操作電壓降低到一個預定值以下時變?yōu)椴还ぷ鳌ㄟ^禁止輸出電壓抑制信號，也可以維持發(fā)電機的輸出電壓為高電平。因此，可以防止輸出電壓降低，直到電壓控制設備由于噪聲的覆蓋而變得不工作。


本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點將通過下面參考附圖進行的詳細說明而變得顯而易見。附圖中圖1示出本發(fā)明第一實施例的用于車輛的發(fā)電系統(tǒng)的電路圖；圖2示出該第一實施例中的ECU的操作程序的流程圖；圖3示出該第一實施例中的充電/放電電流的采樣方法；圖4示出該第一實施例中的發(fā)電機的輸出電壓的變化；圖5示出傳統(tǒng)系統(tǒng)中發(fā)電機的輸出電壓的變化；圖6示出第一實施例中用于執(zhí)行電池狀態(tài)檢測的ECU的操作程序的流程圖；圖7示出第一實施例中在啟動器啟動時用于執(zhí)行放電特性測量的ECU的詳細操作程序的流程圖；圖8示出第一實施例中用于執(zhí)行第一電容檢測電壓校正的ECU的操作程序的流程圖；圖9為表示第一實施例中電池端子電壓與電池容量的關系的特性曲線；圖10為表示第一實施例中在電池被充電的情況下，電池容量與充電效率的關系的特性曲線；圖11為表示第一實施例中在電池被充電的情況下，電池充電電流的積分量與電池容量的關系的特性曲線；圖12示出第一實施例中電池內阻抗的變化；圖13示出第一實施例中電池的開路電壓變化和與內阻抗的檢測定時的關系；圖14示出第一實施例中電池的開路電壓變化和與內阻抗的檢測定時的關系；圖15A和15B示出第二實施例中由于電池退化的存在與否導致的電池端子電壓的變化；圖16為表示第二實施例中ECU的操作程序的流程圖；圖17示出作為上述實施例的修改的用于車輛的發(fā)電系統(tǒng)，其中電氣負載的連接被修改。
具體實施例方式首先參考圖1，用于車輛的發(fā)電系統(tǒng)配置為具有發(fā)電機1、電壓控制設備2、電池3、電氣負載4、和用于內燃引擎(未示出)的電子控制單元(ECU)5。
發(fā)電機被所述引擎驅動旋轉，產(chǎn)生電池3的充電電能和電氣負載4的操作電能。
電壓控制設備2控制發(fā)電機1，通過控制發(fā)電機1內流向勵磁線圈的勵磁電流的導通狀態(tài)，將發(fā)電機1的輸出電壓調節(jié)到預定值。在該電壓控制設備2中，產(chǎn)生要素電路的操作電壓的電源電路、用于控制勵磁電流導通的諸如功率晶體管等的功率器件、用于執(zhí)行該導通控制的邏輯電路等由CMOS-IC實現(xiàn)。電壓控制設備2結合其中的電路，并從發(fā)電機1的輸出中獲得用于這些電路的電驅動功率。電壓控制設備2從發(fā)電機1的輸出中獲得用于這些電路的電驅動功率。
電壓控制設備2的電路中包括一個電路，該電路包括一個微計算機或一個邏輯電路。電壓控制設備2的電路中包括一個時鐘電路2a，其產(chǎn)生恒定頻率的時鐘信號。電壓控制設備2的電路是以這樣一種方式配置的邏輯電路，使得每個電路狀態(tài)根據(jù)來自時鐘電路2a的時鐘信號為標準而確定。關于電壓控制設備2的電路，每個電路狀態(tài)根據(jù)恒定頻率的時鐘確定。電壓控制設備2具有保證其中的電路穩(wěn)定工作所必須的一個最小電壓。當發(fā)電機1的輸出電壓低于該最小電壓時，電壓控制設備2中的電路中的操作變得不穩(wěn)定。因此，以穩(wěn)定方式檢測每個電路狀態(tài)變得不可能。此外，通過將發(fā)電機1的輸出電壓保持在高電平來以穩(wěn)定方式操作電壓控制設備2中的電路也變得不可能。
電氣負載4可以是電氣裝置，如照明設備、空調器等。近年來，這些電氣裝置已經(jīng)成為高度進步和計算機化的設備，包括用于控制的電子組件。
發(fā)電機1和電池3，以及電池3和電氣負載4是通過功率電纜9連接的。電壓控制設備2內置在發(fā)電機1內，必要的電氣連接在發(fā)電機1內部進行。
ECU5是外部控制設備，用于根據(jù)引擎狀態(tài)、車輛速度、轉速、和發(fā)電機1的發(fā)電狀態(tài)等執(zhí)行引擎的旋轉控制和發(fā)電機1的發(fā)電控制。例如，發(fā)電機1的發(fā)電狀態(tài)信息從電壓控制設備2發(fā)送到ECU5。相反，用于設置發(fā)電機1的輸出電壓的發(fā)電指令信息從ECU5發(fā)送到電壓控制設備2。該發(fā)電指令信息具有發(fā)電抑制信號的功能。通過從ECU5發(fā)送用于設置發(fā)電機1的較低輸出電壓的發(fā)電指令信息到電壓控制設備2，可以抑制發(fā)電機1的發(fā)電。
此外，在電池3的一個端子(如正端子側)附近，布置電流傳感器6，作為電流檢測裝置，用于檢測電池3的充電/發(fā)電電流。該電流傳感器6的檢測信號和電池3的端子電壓被輸入到ECU5。
該實施例的發(fā)電系統(tǒng)被設計為如下工作，具體地，是執(zhí)行圖2所示操作程序和其它操作程序(未示出)。
ECU5首先在其中讀取電流傳感器6的輸出值(電池3的充電/放電電流Ik)(步驟100)，并執(zhí)行對該充電/放電電流值積分的處理(步驟101)。通常，作為電池3的狀態(tài)量的充電量可以通過對充電/放電電流值進行時間積分來表示。在本實施例中，由于電池3的充電/放電電流是由電流傳感器6檢測的，所以數(shù)值積分處理簡單地由ECU5執(zhí)行。特別地，如圖3所示，從傳感器6獲取充電/放電電流的時間間隔假設為恒定間隔Δt。假設讀取的充電/放電電流是Ik，則充電/放電電流值的時間積分可以表示為∑(Ik×Δt)＝Δt×∑Ik因此，通過簡單地對采樣的電流值進行積分，可以執(zhí)行對充電/放電電流值的時間積分。于是，就不必要專用于積分的時間測量電路，如定時器。
然后，ECU5利用在步驟101中積分的結果(∑Ik)來確定電池3的充電量(步驟102)。如上所述，可以根據(jù)積分結果(∑Ik)和采樣間隔Δt的乘積來計算電池3的充電量。ECU5通過簡單地計算該乘積來確定充電量。ECU5的上述操作步驟101和102對應于作為電池電流積分裝置的操作。然后，ECU5判斷是否有必要抑制發(fā)電機1的發(fā)電(步驟103)。例如，在車輛的一個加速器被壓下以獲得車輛加速的情況下，就必須抑制發(fā)電機1的發(fā)電。在該情況下，步驟103中將得出肯定的判斷。
然后，ECU5判斷電池3的充電量是否低于預定值(步驟104)。例如，假設當電池3為滿充電狀態(tài)時充電量為100％，則判斷充電量是否低于80％(預定值)。如果以型號“55D23”的電池3為例，該電池的100％容量為48Ah(安培小時)，其80％為38Ah。因此，在步驟104判斷電池3的充電量是否低于38Ah。在電池充電量不低于該預定值的情況下，在步驟104作出否定的判斷結果。ECU5輸出一個發(fā)電抑制信號(步驟105)。另一方面，在電池充電量低于該預定值的情況下，在步驟104作出肯定的判斷結果。
ECU5禁止發(fā)電抑制信號的輸出(步驟106)。由此，在輸出發(fā)電抑制信號后(步驟105)，或禁止輸出后(步驟106)，或由于發(fā)電抑制信號不必要而在步驟103中作出否定判斷后，返回步驟100。重復用預定采樣間隔Δt讀取充電/放電電流后的操作。
這樣，在本實施例中，當作為電池3的狀態(tài)量的充電量低于預定值(當滿充電狀態(tài)假設為100％時，該預定值為80％)時，發(fā)電抑制信號的輸出被禁止。因此，如果抑制發(fā)電機1的發(fā)電將使得發(fā)電機1的輸出電壓較快降低，且電池3的充電量小，則禁止發(fā)電的抑制。
因此，可以將施加于電壓控制設備2的發(fā)電機1的輸出電壓維持在高狀態(tài)，即，將電壓控制設備2的操作點設置為高電平。因此，即使在電氣負載4打開或關閉時產(chǎn)生噪聲，也可以防止發(fā)電機1的輸出電壓急劇降低到使得電壓控制設備2中的電源電路停止工作的電平。這樣就可以實現(xiàn)發(fā)電控制的穩(wěn)定性。
此外，在上述實施例中，即使在由ECU5執(zhí)行發(fā)電控制的情況下，根據(jù)電池3的充電量，也可以禁止發(fā)電抑制信號的輸出。因此，即使在發(fā)電抑制控制期間發(fā)電操作變得不穩(wěn)定，也可以避免引擎旋轉不穩(wěn)定、車輛乘坐舒適感變壞等缺點。
圖4示出本實施例中發(fā)電機1的輸出電壓的變化。同樣，圖5示出傳統(tǒng)結構中發(fā)電機的輸出電壓的變化。
在電池3的充電量大的情況下，即使從ECU5輸出了發(fā)電抑制信號，且發(fā)電機1的調整電壓被電壓控制設備2設置為低電平(圖4中的虛線b)，發(fā)電機1的輸出電壓也不會快速降低，而是逐漸降低或只是稍微降低(圖4中的實線a)。因此，即使從功率電纜9侵入的噪聲c覆蓋在輸出電壓上，其最小值也不會低于電壓控制設備2中的電源電路的最小操作電壓V0。
另一方面，在電池3的充電量小的情況下，如果發(fā)電機1的調整電壓被電壓控制設備2設置為低電平(圖5中的虛線b)，發(fā)電抑制信號的輸出不被禁止。結果，發(fā)電機1的輸出電壓與圖4的情況相比較快地降低(圖5中的實線)。因此，當從功率電纜9侵入的噪聲c覆蓋在輸出電壓上時，其最小值將低于電壓控制設備2中的電源電路的最小操作電壓V0，且由電壓控制設備2執(zhí)行的發(fā)電控制操作臨時被停止。
但是，在本實施例的系統(tǒng)中，在這樣的情況下，由于發(fā)電抑制信號的輸出被禁止，發(fā)電機1的輸出電壓保持為高。即使在噪聲覆蓋的情況下，也可以避免輸出電壓的最小值低于電壓控制設備2中的電源電路的最小操作電壓V0。
在上例中，電池3的充電/放電量利用電流積分方法檢測。但是，在該方法中，只檢查充電/放電量的變化量。為了確定絕對值，必須在充電時確定初始狀態(tài)。下面將解釋這樣一種方法，其中ECU5作為內阻抗檢測裝置，電池的內阻抗在啟動時利用放電來測量，電池3的充電量的絕對量根據(jù)該測量結果測量。
當啟動器11被驅動時，ECU5在啟動器操作啟動時從中讀取由電流傳感器6測量的電流Ik和電池3的端子電壓Vs，并計算內阻抗Z＝(E-Vs)/Is。利用該內阻抗Z，計算電池3的充電量(電池容量)。用于計算內阻抗Z的E是電池3的開路電壓。
下面將詳細解釋檢測電池容量的操作。圖6示出執(zhí)行電池3的電池容量檢測的ECU5的操作程序的流程圖。當啟動開關12導通且啟動器11被驅動時，首先ECU5在啟動器啟動時測量放電特性(步驟200)。
圖7為在圖6的步驟200中執(zhí)行啟動器啟動時的放電特性測量的ECU5的詳細操作程序的流程圖。ECU5讀取由電流傳感器6檢測的電池3的放電電流IB1(步驟300)，并確定該放電電流IB1是否大于100A(步驟301)。這是為了確認啟動器11的啟動。在放電電流IB1等于或低于100A的情況下，在步驟301中得出否定判斷。返回步驟300，重復放電電流IB1的讀取操作。
此外，當放電電流IB1大于100A，且在步驟301中得出肯定判斷，且啟動器11的啟動得到確認時，ECU5接著等待預定周期T(步驟302)。然后ECU5讀取由電流傳感器6檢測的電池3的放電電流IB1(步驟303)。在步驟302中等待預定時間的原因是避免噪聲的影響，由于緊接著啟動器11啟動后突然的大電流會產(chǎn)生噪聲。等待例如50ms的預定時間T后，執(zhí)行放電電流IB1的讀取操作。
然后，ECU5判斷放電電流IB1是否在60A-250A范圍內(步驟304)。該判斷是為了檢測啟動器11在工作。用于該判斷的放電電流IB1的范圍采用當啟動器11在工作且引擎沒有被驅動時流過啟動器11的值。最好該范圍可以根據(jù)實際使用的啟動器11的說明書等改變。在啟動器11工作且放電電流IB1在該范圍內時，步驟304得出肯定的判斷。然后ECU5讀取電池3的端子電壓VB1(步驟305)。
然后，ECU5與啟動器啟動后所經(jīng)過的時間t一起存儲在步驟303和305讀取的電池3的放電電流IB1和端子電壓VB1(步驟306)。在該存儲操作后，ECU5判斷啟動器啟動后所經(jīng)過的時間t是否超過預定時間t1(3秒)(步驟307)?？紤]到在啟動器啟動后到引擎被驅動甚至不需要1秒，該預定時間t1被設置的較大，例如3秒。
在啟動器啟動后未經(jīng)過3秒的情況下，在步驟307得出否定判斷。再次返回步驟303，重復電池3的放電電流IB1的讀取操作和其后的操作。這樣，從步驟303-307的每個操作，即，放電電流IB1和啟動時電池3的端子電壓VB1的讀取，以25ms的間隔重復。按照此時經(jīng)過的時間t，放電電流IB1、端子電壓VB1被存儲。對于這些數(shù)據(jù)，總是存儲最新的10組數(shù)據(jù)。此外，在電池3的放電電流IB1低于60A且步驟304中得出否定判斷的情況下，重復除步驟305的放電電流讀取操作和步驟306的存儲操作之外的其它操作。
當從啟動器啟動后經(jīng)過3秒時，步驟307中得出肯定判斷。ECU5計算在步驟306中存儲的電池3的放電電流IB1、端子電壓VB1和經(jīng)過的時間t的最大值IBmax、VBmax和tmax(步驟308)，并計算這些值的最小值IBmin、VBmin和tmin(步驟309)。
然后，ECU5確定放電電流IB1和端子電壓VB1之間的特征關系。該確定類似于在一個坐標系中繪制在步驟308、309計算的放電電流IB1和端子電壓VB1的最大值和最小值的點，該坐標系中橫軸表示放電電流IB1，縱軸表示端子電壓VB1，通過用直線連接這些點，從而繪制出一條特征曲線。根據(jù)該特征關系，ECU5計算第一容量檢測電壓VBd1，這是當放電電流IB1等于150A時的端子電壓VB1，還計算從啟動器啟動到檢測到該電壓VBd1所經(jīng)過的時間td(步驟310)。計算該時間td是通過將步驟306中存儲的10個時間t平均來執(zhí)行的。此外，用于確定第一容量檢測電壓VBd1的放電電流IB1不必限制為特定的150A。
下面將解釋執(zhí)行校正根據(jù)圖7所示一系列程序計算的第一容量檢測電壓VBd1的操作。圖8示出執(zhí)行校正第一容量檢測電壓的ECU5的操作程序的流程圖。
當電池3被放電時端子電壓VB1隨時間而降低，當從放電開始經(jīng)過大約5秒時，表現(xiàn)出一個穩(wěn)定值。與此相反，由于啟動器11導致的引擎的啟動是如上所述在通電1秒鐘內執(zhí)行的，并且當啟動器被驅動時電池3的端子電壓的測量值，簡言之，如上所述測量的第一容量檢測電壓VBd1示出高于穩(wěn)定時的值。
關于這一點，ECU5通過從由啟動器工作時的放電電流決定的第一容量檢測電壓VBd1減去與啟動器11被驅動后5秒獲得的穩(wěn)定值的偏差ΔV，根據(jù)事先獲得的放電時間和電池3端子電壓的關系校正第一容量檢測電壓VBd1(步驟400)。通過執(zhí)行這樣的根據(jù)放電特性的校正，可以獲得電池3以150A放電時的正確端子電壓。這被設置為第二容量檢測電壓VBd2。
此外，由于電池3的端子電壓VB1具有溫度特性，為了獲得更準確的端子電壓，必須考慮溫度的影響。具體地，ECU5讀取由溫度傳感器10檢測的電池溫度TB(步驟401)。根據(jù)該讀入的電池溫度TB，校正第二容量檢測電壓VBd2(步驟402)。通過執(zhí)行該校正，可以獲得更準確的電池3的端子電壓，這被設置為第三容量檢測電壓VBd3。
然后，ECU5利用該第三容量檢測電壓VBd3計算啟動器操作時的電池容量VI1(步驟403)。
圖9為表示電池3的端子電壓和電池容量之間的關系的特性曲線。圖9所示特性示出實驗得出的在電池3為新電池，預定恒定電流放電預定時間，且在充電后沒有發(fā)生電池液體具體重量分層次、極化的情況下，端子電壓與電池容量的關系的測量結果。如圖9中的實線所示，當電池容量小時，電池端子電壓較小。ECU5事先存儲該特性，并根據(jù)該特性，利用第三容量檢測電壓VBd3，確定啟動器工作時電池3的容量(第一電池容量)(圖6的步驟201)。
這樣，利用圖9所示特性曲線，可以很容易地根據(jù)電池端子電壓確定電池容量。
例如，考慮前次是第一次旅行，ECU5在引擎啟動開始后，通過積分從電流傳感器6讀取的電池3的充電/放電電流，檢測旅行時的第二電池容量VI2。通過將該積分值加到第一電池容量VI1上，ECU5存儲該第二電池容量VI2的最終值(當旅行結束時的值)作為第三電池容量VI3。
這次旅行時，ECU5讀出先前旅行完成時存儲的第三電池容量VI3(圖6的步驟202)，并比較在步驟201確定的第一電池容量VI1與在步驟202讀出的第三電池容量VI3的大小。較小的值被設置為第四電池容量VI4(步驟203)。
正常地，如果電池3狀態(tài)良好，則上述第一、第三電池容量VI3、VI3基本相等。通常，第一、第三電池容量VI1、VI3的任何值都可以采用。但是，由于實際情況下遇到以下的情況，因此采用第一、第三電池容量VI1、VI3中較小的值，下面將解釋其原因。
第一個原因，考慮第一電池容量VI1比第三電池容量VI3大預定值的一種情況。這種情況是，由于電池液體的具體重量分層次，或在充電后電池液體的濃度在電極附近升高(極化)，如圖9中的虛線所示，與實線所示實際特性相比，電池端子電壓與電池容量的比變得較大。因此，第一電池容量VI1變得大于實際電池容量。因此，在該情況下，確定第三電池容量VI3接近實際電池容量，其被設置為第四電池容量VI4。
第二個原因，考慮第三電池容量VI3比第一電池容量VI1大預定值的一種情況。圖10示出在電池3被充電的情況下，電池容量與充電效率之間的關系的特性曲線。如圖10所示在新的電池3中，當電池容量接近實際容量(100％充電狀態(tài)時的容量)的80％或以下時，充電效率(容量與充電電流比值的增加率)接近100％。當電池容量接近實際容量的80％或以上時，由于對電池3充電使得電池容量增加，電極的電壓被升高。
在其被升高到預定值或以上的情況下，發(fā)生氣化，其中電池液體中的水被充電電流電解。因此，隨著電池容量升高，充電效率逐漸降低。這是因為第三電池容量VI3大于實際電池容量，因為電池3被充電的事實，電池容量變得接近實際容量的80％或以上。當繼續(xù)充電時，用于氣化的充電電流被積分，作為用于充電電池3的電流。
此外，在電池3退化的情況下，如圖10中的虛線所示，由于充電效率的降低變快，退化時的第三電池容量VI3變得大于該品牌新電池的第二電池容量VI2。因此，在該情況下，確定第一電池容量VI1接近實際電池容量。因此，其被采用作為第四電池容量VI4。
圖11為表示在電池3被充電的情況下，電池充電電流的積分量與電池容量的比值的特性曲線。如圖11中的實線所示，在新的電池3被充電的情況下，在某一范圍內(電池容量接近80％或以下的范圍)，與充電電流的積分量成比例，電池容量增加。在大于這一范圍的情況下，充電效率降低。因此，與充電電流的積分量相比，電池容量不增加。在退化的電池3中可以看到相同的趨勢。如圖11中的虛線所示，電池容量與充電電流的積分量成比例增加的范圍的上限值變小了。當超過該范圍時，電池容量增加的不再這么多。
與上述分層次相反，在氣化的情況下，由于從電極產(chǎn)生氣泡，通過這些氣泡，電池液體被攪混，所以分層和氣化很少同時發(fā)生。因此，由于第一、第三電池容量VI1、VI3都不變大，所以，通過如上所述采用較小一個的值，可以確定正確的容量。這樣，在步驟104中可以采用最終電池容量VI4代替電池充電量。
圖12示出電池3的內阻抗的變化。在圖12中，示出開路電壓EB的曲線B與電池3的內阻抗Z的曲線A在車輛在充電狀態(tài)中停止后隨時間T而變化的關系。從圖12可以清楚看出，由于極化的影響，電池3的開路電壓EB的曲線B與內阻抗Z的曲線A以相同的方式變化。由于必須在穩(wěn)定狀態(tài)執(zhí)行內阻抗的正確測量，下面將解釋判斷是否穩(wěn)定的程序。
例如，ECU5通過監(jiān)視從電流傳感器6獲得的從電池3流出的電流，檢測車輛的停止?？梢韵胂?，如果電流值為一個預定值或以下，則車輛處于停止狀態(tài)。在鑰匙開關關閉，且不與該鑰匙開關閉鎖的用于電流流向負載的開關關閉的情況下，可以判斷車輛處于停止狀態(tài)。
檢測到車輛停止狀態(tài)后，ECU5檢測電池3的開路電壓EB，并將該開路電壓EB設為第一開路電壓EB1。測量恒定的間隔T后(例如由定時器等測量1小時)，測量電池3的第二開路電壓EB2。此時，ECU5計算第一開路電壓EB1與第二開路電壓EB2的差，并判斷該差(EB2-EB1)的絕對值|EB2-EB1|是否大于預定值EBref。
如果該絕對值|EB2-EB1|大于預定值Eref，則判斷即使內阻抗Z被測量，由于電池3中殘留的極化，也不可能正確檢測電池3的狀態(tài)。此后，在車輛停止狀態(tài)，ECU5用恒定時間間隔ΔT測量電池3的開路電壓EB，直到絕對值|EB2-EB1|小于預定值EBref。
另一方面，如果絕對值|EB2-EB1|小于預定值EBref，則電池3的極化的影響幾乎被消除?？梢耘袛?，通過測量內阻抗Z，可以正確檢測電池3的狀態(tài)。停止用恒定時間間隔ΔT測量電池3的開路電壓EB。如果沒有電池3的極化的影響，則允許測量內阻抗Z。ECU5存儲先前的內阻抗Z和電池3的狀態(tài)，直到下一次執(zhí)行內阻抗Z的檢測。
圖13和14示出電池3的開路電壓的變化和與內阻抗Z的檢測時間的關系。當啟動器11被驅動到這樣的狀態(tài)，即電池3的開路電壓之差的絕對值|EBn+1-EBn|大于如圖13所示的預定值EBref時，ECU5不執(zhí)行內阻抗Z的檢測。另一方面，當啟動器11被驅動到這樣的狀態(tài)，即電池3的開路電壓之差的絕對值|EBn+1-EBn|小于如圖14所示的預定值EBref時，ECU5執(zhí)行內阻抗Z的檢測。
第二實施例因為在電池3退化的情況下噪聲吸收能力降低，發(fā)電機1的輸出電壓的變化變大。此時，也期望禁止發(fā)電抑制信號的輸出。
圖15A和15B示出由于電池3的退化存在與否導致的電池端子電壓的變化。當電池3退化時，內阻抗增加。新的未退化的電池3的內阻抗是R1(圖15A)，退化的電池3的內阻抗是R2(圖15B)。
假設當感性電氣負載14導通或切斷時流動的負浪涌電流為i，電池3的理想端子電壓為Vbatt，則未退化的電池3的電池電壓Vb1變?yōu)閂batt-i×R1，退化的電池3的電池電壓Vb2變?yōu)閂batt-i×R2。比較這些電壓，因為存在關系R1＜R2，所以未退化的電池3的端子電壓Vb1較高，退化的電池3的端子電壓Vb2較低。也就是說，即使導通或切斷相同的電氣負載4，在采用退化的電池3的情況下，發(fā)電機1的輸出電壓將下降很多。因此，在本實施例中，在電池3退化的情況下，禁止由ECU5輸出發(fā)電抑制信號。這樣就防止了發(fā)電控制設備2的控制操作由于發(fā)電機1的輸出電壓降低太多而停止。
關于判斷電池3退化的程度，過去已經(jīng)提出了各種方法。例如，日本專利No.2762442公開了一種技術，通過在啟動器被驅動時測量電流IB和電池端子電壓VB，和通過測量電池3的輸出阻抗Z(＝(E-VB)/IB，E是電池開路電壓)，來確定退化程度。在圖1所示結構中，由于既可以測量電流IB的值，又可以測量電池端子電壓VB的值，ECU5可以利用這些測量結果獲得電池3的輸出阻抗Z。根據(jù)該值，可以判斷電池3是否退化。ECU5有關該退化判斷的操作對應與作為退化檢測裝置的操作。對于判斷電池3的退化程度的技術，可以采用與此不同的其它方法。
ECU5在本實施例中的操作程序基本上與圖2所示操作程序相同。在步驟104和105之間，可以如圖16所示增加判斷電池3是否退化的步驟107。在步驟107得出否定判斷后，輸出發(fā)電抑制信號(步驟105)。另一方面，在電池3未退化的情況下，在步驟107得出肯定判斷后，禁止發(fā)電抑制信號的輸出(步驟106)。
本發(fā)明不限于上述實施例，在本發(fā)明的范圍內可以進行各種修改。例如，在上述實施例中，電氣負載4連接到電池3。但是，如圖17所示，在連接發(fā)電機1和電池3的功率電纜9的中途可以連接電氣負載8。在圖17所示結構中，在作為分路裝置的結點盒7中(或者可以在保險盒等中進行分路)，功率電纜9被分路，并連接電氣負載8。
在電氣負載8連接到連接發(fā)電機1和電池3的功率電纜9的中途的情況下，在導通或切斷電氣負載8時流入發(fā)電機1的噪聲電流In2變得大于流入電池3的噪聲電流In1。因此，在噪聲產(chǎn)生時發(fā)電機1的輸出電壓可能降低，電壓控制設備2的控制操作可能停止。
通過結合該結構和第一實施例或第二實施例中執(zhí)行的發(fā)電抑制信號輸出抑制操作，實現(xiàn)由電壓控制設備2進行的發(fā)電控制的穩(wěn)定性的優(yōu)點變得更加顯著。此外，在采用感性負載8的情況下，產(chǎn)生的噪聲變大。因此，可以進一步提高實現(xiàn)發(fā)電控制的穩(wěn)定性的優(yōu)點。
權利要求
1.一種用于車輛的發(fā)電系統(tǒng)，包括發(fā)電機(1)；電壓控制設備(2)，其控制該發(fā)電機的輸出電壓；電池(3)，其被該發(fā)電機的輸出電能充電；和外部控制設備(5)，其向所述電壓控制設備輸出一個發(fā)電抑制信號，從而抑制所述發(fā)電機發(fā)出的電能，其特征在于所述外部控制設備(5)檢測電池的狀態(tài)，當檢測的狀態(tài)量低于預定值時，禁止輸出所述發(fā)電抑制信號。
2.如權利要求1所述的用于車輛的發(fā)電系統(tǒng)，其特征進一步在于所述外部控制設備(5)具有一個內阻抗檢測裝置，用于在啟動器(11)啟動時檢測所述電池的內阻抗(Z)，并根據(jù)該電池的內阻抗檢測電池的初始狀態(tài)。
3.如權利要求2所述的用于車輛的發(fā)電系統(tǒng)，其特征進一步在于所述外部控制設備(5)以預定時間間隔檢測所述電池的開路電壓(EB)，并且當該開路電壓隨時間的變化量為預定值或以下時，由所述內阻抗檢測裝置執(zhí)行內阻抗檢測操作。
4.如權利要求1所述的用于車輛的發(fā)電系統(tǒng)，其特征進一步在于電流檢測裝置(6)，用于檢測所述電池的充電/放電電流(Ik)，其中，所述狀態(tài)量是所述電池的電池容量，且其中，當所述電流檢測裝置檢測的電池放電電流為預定值時，所述外部控制設備(5)根據(jù)電池的端子電壓(VB)檢測電池容量。
5.如權利要求4所述的用于車輛的發(fā)電系統(tǒng)，其特征進一步在于所述外部控制設備(5)根據(jù)所述電池的放電特性校正所述電池容量。
6.如權利要求4或5所述的用于車輛的發(fā)電系統(tǒng)，其特征進一步在于溫度傳感器(10)，用于檢測所述電池的溫度，其中所述外部控制設備(5)根據(jù)所檢測的電池溫度校正所述電池容量。
7.如權利要求4-6任一項所述的用于車輛的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述外部控制設備(5)具有電池電流積分裝置(101)，用于對所檢測的電池充電/放電電流積分，并比較此時根據(jù)啟動器的啟動時間獲得的電池容量和通過將先前車輛旅行時積分所得的充電/放電電流的積分值加上根據(jù)啟動器先前的啟動時間所獲得的電池容量所獲得的電池容量，將較小的值設置為當前車輛旅行的初始能量。
8.如權利要求1-7任一項所述的用于車輛的發(fā)電系統(tǒng)，其特征進一步在于所述電壓控制設備(5)具有一個負載響應控制功能，并包括一種裝置，該裝置通過接收從所述發(fā)電機供應的操作電壓來工作，并且當該操作電壓下降到一個預定值時，禁止操作。
9.如權利要求1-8任一項所述的用于車輛的發(fā)電系統(tǒng)，其特征進一步在于分路裝置(7)，布置在連接所述發(fā)電機和電池的功率電纜(9)的中間，和感性電氣負載(8)，通過所述分路裝置連接到所述功率電纜。
10.如權利要求1-9任一項所述的用于車輛的發(fā)電系統(tǒng)，其特征進一步在于所述外部控制設備(5)是引擎控制設備，用于控制引擎的旋轉狀態(tài)，并根據(jù)引擎的負載狀態(tài)發(fā)送發(fā)電抑制信號。
11.如權利要求1-10任一項所述的用于車輛的發(fā)電系統(tǒng)，其特征進一步在于所述外部控制設備(5)具有退化檢測裝置(107)，用于檢測所述電池的退化狀態(tài)，和當所述退化檢測裝置檢測到所述電池的退化時，所述外部控制設備(5)禁止發(fā)送所述發(fā)電抑制信號。
12.如權利要求1-11任一項所述的用于車輛的發(fā)電系統(tǒng)，其特征進一步在于所述電壓控制設備(2)包括一個電路，該電路調節(jié)所述發(fā)電機的輸出電壓，該電路的狀態(tài)根據(jù)一個固定頻率的時鐘信號確定。
全文摘要
一種用于車輛的發(fā)電系統(tǒng)，包括發(fā)電機(1)、控制該發(fā)電機輸出電壓的電壓控制設備(2)、由該發(fā)電機的輸出電能充電的電池(3)、和一個外部控制設備(5)，該外部控制設備向所述電壓控制設備發(fā)送一個發(fā)電抑制信號，用于抑制由發(fā)電機所產(chǎn)生的功率。該外部控制設備檢測電池的狀態(tài)，當該狀態(tài)的量低于預定值時，禁止發(fā)送所述發(fā)電抑制信號。
文檔編號B60W10/26GK1521940SQ200410003519
公開日2004年8月18日 申請日期2004年1月29日 優(yōu)先權日2003年1月29日
發(fā)明者豬口譽敏, 弘, 高瀨康弘, 司, 柴田浩司, 谷口真, 市川淳 申請人:株式會社電裝