專利名稱：車輛電池充電器及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由例如車輛中的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電池充電器以及為此調(diào)節(jié)充電的方法。
背景技術(shù)：
正如公知的，在很多情況下，將內(nèi)燃機(jī)用作產(chǎn)生能量的方法。例如，內(nèi)燃機(jī) 經(jīng)常向諸如摩托車等很多類型的車輛提供動(dòng)力。當(dāng)然，發(fā)動(dòng)機(jī)不能自己起動(dòng)，而通 常將電起動(dòng)器馬達(dá)用于該目的。當(dāng)然起動(dòng)器馬達(dá)必需被供電，而在起動(dòng)期間發(fā)動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)不能為該目的提供足夠的能量。因此車輛通常具有蓄電池，不僅為了 起動(dòng)還為了向諸如燈等這樣的車輛的各種電操作附件供電。當(dāng)然，期望能控制電池充電以確保始終有足夠的電能可用，并且還避免電池 過充電和早期失效。因此，作為工作狀態(tài)的一個(gè)例子，在內(nèi)燃機(jī)的起動(dòng)時(shí)間中，發(fā)電機(jī)在起動(dòng)狀 態(tài)中也利用發(fā)動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)，使得如上所述利用發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的充電電流被提供給電 池。即在內(nèi)燃機(jī)的起動(dòng)時(shí)間中，來自電池的電能不僅被起動(dòng)器馬達(dá)消耗，還在起動(dòng) 狀態(tài)中被用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)消耗。因此，從電池提供以驅(qū)動(dòng)起動(dòng)器馬達(dá)的電能 傾向于減小，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)也需要電池的電能。因此，有內(nèi)燃機(jī)不能快速起動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。因此，建議在內(nèi)燃機(jī)的起動(dòng)時(shí)間中通過用充電控制器控制來減小從發(fā)電機(jī)輸 出并提供給電池的充電電流值。這可減少間接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)連同起動(dòng)內(nèi)燃機(jī)所需的電 池的電能。因此可向起動(dòng)器馬達(dá)提供足夠的電能。結(jié)果，可用起動(dòng)器馬達(dá)快速起動(dòng) 內(nèi)燃機(jī)。在日本公布專利申請(qǐng)JP-A-2003-284256中示出了典型的充電條件控制器。 然而，其細(xì)節(jié)沒有使本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員清楚在所有條件可被精確并簡單地 控制下如何充電。因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種簡單結(jié)構(gòu)的車輛上的充電器，它可根 據(jù)內(nèi)燃機(jī)的工作狀態(tài)控制從發(fā)電機(jī)提供給電池的充電電流值。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明適用于結(jié)合車輛的實(shí)現(xiàn)形式，該車輛包括用于動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)、用 于將電能提供給諸如內(nèi)燃機(jī)之類的車輛安裝組件的電池、用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)以生成要 作為充電電流提供給電池的電能的發(fā)電機(jī)。根據(jù)本發(fā)明，采用了能夠根據(jù)內(nèi)燃 機(jī)的工作狀態(tài)控制充電電流的值的充電控制器。該充電控制器控制以將對(duì)應(yīng)于 所生成的電能的正電壓波形在某一相位后的部分的充電電流提供給電池并根 據(jù)內(nèi)燃機(jī)速度的減小來延遲相位。本發(fā)明的另一個(gè)特征涉及通過用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)以生成要作為充電電流提供給 電池的電能的發(fā)電機(jī)來控制用于將電能提供給諸如內(nèi)燃機(jī)之類的車輛安裝組件的 電池的充電的方法。根據(jù)本發(fā)明的該特征，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的工作狀態(tài)來控制充電 量。提供給電池的電荷是對(duì)應(yīng)于所生成的電能的正電壓波形在某一相位后的部 分的充電電流，并且該相位響應(yīng)于內(nèi)燃機(jī)速度的減小而變短。


圖1是由內(nèi)燃機(jī)提供動(dòng)力并具有根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造和工作的電池充電系統(tǒng)的車 輛的示意圖。圖2是如何根據(jù)本發(fā)明控制充電的圖示。圖3是示出充電量與發(fā)動(dòng)機(jī)速度的關(guān)系的圖示。
具體實(shí)施方式
首先參考圖1，在11處非常示意性地示出了具有根據(jù)本發(fā)明充電的電池的車 輛。車輛11可以是任何己知的類型，盡管本發(fā)明尤其適用于由以跨騎方式就座的騎車人操作的車輛，諸如摩托車。這樣的車輛包括作為動(dòng)力源的內(nèi)燃機(jī)12，用于以任何己知的方式動(dòng)力驅(qū)動(dòng)車輛。發(fā)動(dòng)機(jī)12可根據(jù)需要由示意性示出并一般由附圖標(biāo)記13指示的起動(dòng)器馬達(dá) 來起動(dòng)。盡管可腳踏起動(dòng)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)，但描述的充電系統(tǒng)尤其適用于電馬達(dá)起動(dòng)的 發(fā)動(dòng)機(jī)。為了向起動(dòng)器馬達(dá)13供電，提供了蓄電池14，它還將電能提供給其它安裝在 車輛上的組件，諸如用于內(nèi)燃機(jī)12的點(diǎn)火系統(tǒng)。電池14上的電荷由三相DC發(fā)電 機(jī)15維持，該發(fā)電機(jī)15由內(nèi)燃機(jī)12適當(dāng)驅(qū)動(dòng)以生成作為充電電流A提供給電池414的電能V。根據(jù)本發(fā)明， 一般在16處指示并體現(xiàn)本發(fā)明的充電控制器根據(jù)內(nèi)燃機(jī)12的工作狀態(tài)控制充電電流A的值，正如將簡短描述的。該充電由控制設(shè)備17 控制?？刂圃O(shè)備17包括第一至第三相位輸出線18、 19和21，用于通過例如示為置 于相位輸出線18、 19和21中的晶閘管的第一至第三開關(guān)元件23、 24和25來將發(fā) 電機(jī)15連接到電池14的正端子22，并通過第一至第三二極管26、 27和28來將 電池14的負(fù)端子29連接到第一至第三晶閘管23、 24和25的陽極。充電控制器16還包括相位檢測電路31，用于檢測第一至第三相位輸出線18、 19和21分別生成的電能V及其相位差。同樣?xùn)膨?qū)動(dòng)電路32將柵電流作為相位控 制信號(hào)分別加到第一至第三晶間管23、 24和25的柵上，用于促使充電電流A在 信號(hào)加載期間從它們的陽極流到陰極。此外，中心控制設(shè)備33接收內(nèi)燃機(jī)12的諸如作為操作狀態(tài)要素之一的轉(zhuǎn)速 之類的輸出信號(hào)。同樣中心控制設(shè)備33輸出來自相位檢測電路31的信號(hào)，用于根 據(jù)內(nèi)燃機(jī)12的工作狀態(tài)驅(qū)動(dòng)?xùn)膨?qū)動(dòng)電路32。這樣來自相位檢測電路31的輸出信 號(hào)促使柵驅(qū)動(dòng)電路32輸出相位控制信號(hào)。正如圖1所示，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)12工作時(shí)，發(fā)電機(jī)15以從內(nèi)燃機(jī)12輸出的驅(qū)動(dòng)力 來驅(qū)動(dòng)。然后，將生成的電能V以120度的相位差順序地輸出到發(fā)電機(jī)15的第一 至第三相位輸出線18、 19和21?，F(xiàn)在參考圖2，將所生成的電能V示出為第一相位輸出線18上的正電壓波形 34，作為通過二極管26、 27和28的第一至第三相位輸出線的所生成的電能V的 表示。通過充電控制器16的控制，相位控制信號(hào)在電壓波形34的某個(gè)相位35處 從柵驅(qū)動(dòng)電路32輸出到第一開關(guān)元件23的柵。然后，第一開關(guān)元件23被開啟以 向電池14提供對(duì)應(yīng)于相位35后的波形部分34a的第一相位的充電電流A。同樣以 與上述相同的方式，根據(jù)第二和第三相位輸出線24和25的所生成的電能V將第 二和第三相位的充電電流A以120度的相位差順序地提供給電池14的正端子22?，F(xiàn)在參考圖3，假設(shè)圖2中所示的相位35是作為內(nèi)燃機(jī)12的工作狀態(tài)之一的 N 〉 3000 rpm的高速狀態(tài)。在這種情況下，提供給電池14的平均充電電流Al是 約8安培(A)。如果內(nèi)燃機(jī)12的轉(zhuǎn)速N從以上的高速狀態(tài)下降到2000 rpm N ^ 3000 rpm的中速狀態(tài)，則相位35被延遲(圖2中的假想線)。對(duì)應(yīng)于相位35后的小 波形部分34b的第一至第三相位的相應(yīng)充電電流A被提供給電池14。在這種情況下，如圖3所示，提供給電池的平均充電電流A2減小到約5安培(A)。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)12的轉(zhuǎn)速N從以上的中速狀態(tài)進(jìn)一步下降到N < 2000 rpm的低速 狀態(tài)，則相位35被進(jìn)一步延遲(圖2中的假想線)，以近似達(dá)到電壓波形34的 最低部分。作為實(shí)際的問題，相位35在電壓波形34的外部。結(jié)果第一至第三 相位的相應(yīng)的充電電流A變?yōu)?。內(nèi)燃機(jī)12的上述的低速狀態(tài)對(duì)應(yīng)于其起動(dòng)或 空轉(zhuǎn)狀態(tài)。圖3中的假想線指示在沒有充電控制器16的情況下的平均充電電流A0的 值，其具有被直接轉(zhuǎn)換成可通過常規(guī)充電器充電的充電電流A的第一至第三相 位輸出線18、 19和21上所生成的電能V中的每一個(gè)的電壓波形34。當(dāng)內(nèi)燃機(jī) 12具有常規(guī)的充電器時(shí)，高速N范圍中的平均充電電流AO往往太大并在內(nèi)燃 機(jī)12和電池14中產(chǎn)生無用的熱損耗。然而，當(dāng)使通過以上的充電器17的平均充電電流Al小于通過常規(guī)充電器 的平均充電電流AO時(shí)，可防止發(fā)生無用的熱損耗，所以內(nèi)燃機(jī)12的輸出損耗 也被減小了。作為另一種情況的例子，如果內(nèi)燃機(jī)12以中速范圍中的內(nèi)燃機(jī)12的轉(zhuǎn)速 N加速，則通過常規(guī)的充電器的平均充電電流AO高。這樣，用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī) 15的內(nèi)燃機(jī)12上的負(fù)載大，并且加速被阻礙了。然而，通過使通過充電器17的平均充電電流A2小于通過常規(guī)充電器的平 均充電電流A0，內(nèi)燃機(jī)12上用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)15的負(fù)載維持較小。因此獲得了 關(guān)于內(nèi)燃機(jī)12的期望的加速。同樣有其中內(nèi)燃機(jī)12的轉(zhuǎn)速N處于低速狀態(tài)的情況。例如，這可以是其 中內(nèi)燃機(jī)12以電池14的電能起動(dòng)的情況。在這種情況下，從發(fā)電機(jī)15通過 常規(guī)的充電器提供給電池14的平均充電電流AO較大，并且電池14上用于驅(qū) 動(dòng)與內(nèi)燃機(jī)12聯(lián)鎖轉(zhuǎn)動(dòng)的發(fā)電機(jī)15的負(fù)載也大。因此，難以僅利用電池的電 能快速啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)12。在這種情況下，利用如上所述的本發(fā)明，從發(fā)電機(jī)15至電池14的電能減 小到平均充電電流A3，而這小于通過常規(guī)的充電器從發(fā)電機(jī)15提供給電池14 的平均充電電流AO。結(jié)果，內(nèi)燃機(jī)12利用電池14的電能快速起動(dòng)。因此，根據(jù)所述的結(jié)構(gòu)和方法，通過充電控制器16的控制將對(duì)應(yīng)于所生 成的電能V的正電壓波形34的某個(gè)相位35后的波形34a的部分的充電電流A 提供給電池14，并響應(yīng)于內(nèi)燃機(jī)12的速度N的減小而延遲相位35。因此，當(dāng)用內(nèi)燃機(jī)12驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)15時(shí)，在內(nèi)燃機(jī)12的每一個(gè)轉(zhuǎn)速N的 范圍內(nèi)從發(fā)電機(jī)15提供到電池14的平均充電電流A1-A3傾向于小于由常規(guī)的 充電器產(chǎn)生的平均充電電流A0。這有益于防止內(nèi)燃機(jī)12和電池14中發(fā)生無用 的熱損耗，從而減小內(nèi)燃機(jī)12的輸出損耗并提高燃料燃燒效率。充電控制器16和所述構(gòu)造的方法能夠根據(jù)內(nèi)燃機(jī)12的工作狀態(tài)基于所謂 的相位控制(角控制)控制并減小從由內(nèi)燃機(jī)12驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)15提供給電池14 的平均充電電流Al-A3。因此充電器16在結(jié)構(gòu)上簡單并可簡化車輛上的充電 器的結(jié)構(gòu)。當(dāng)然本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員將容易地理解上述的構(gòu)造和操作僅是本發(fā)明 的一個(gè)實(shí)施例，并可在不背離由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍的 情況下進(jìn)行改變和修改。僅作為一個(gè)例子，內(nèi)燃機(jī)12可以是兩沖程或四沖程 循環(huán)類型，而發(fā)電機(jī)15可以是單相位或AC類型。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的充電設(shè)備，包括用于將電能提供給由所述內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的組件的電池，所述內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)，其生成要作為充電電流提供給所述電池的電能，以及根據(jù)所述內(nèi)燃機(jī)的工作狀態(tài)來控制所述充電電流的值的充電控制器，所述充電控制器控制至所述電池的供應(yīng)以及響應(yīng)于所述內(nèi)燃機(jī)的速度來調(diào)節(jié)所述相位，所述充電電流對(duì)應(yīng)于所述生成的電能的正電壓波形在某一相位后的部分。
2. 如權(quán)利要求1所述的充電設(shè)備，其特征在于，具有用于所述內(nèi)燃機(jī)的 起動(dòng)的電起動(dòng)馬達(dá)，并且所述充電控制器在所述電起動(dòng)馬達(dá)的工作期間減小所 生成的電能的供應(yīng)。
3. 如權(quán)利要求1所述的充電設(shè)備，其特征在于，提供給所述電池的充電 電流的量與所述發(fā)動(dòng)機(jī)的速度變化同向改變。
4. 如權(quán)利要求l所述的充電設(shè)備，其特征在于，所述內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛。
5. 如權(quán)利要求4所述的充電設(shè)備，其特征在于，所述車輛具有由所述電 池供電的電設(shè)備。
6. 如權(quán)利要求5所述的充電設(shè)備，其特征在于，具有用于所述內(nèi)燃機(jī)的 起動(dòng)的電起動(dòng)馬達(dá)，并且所述充電控制器在所述電起動(dòng)馬達(dá)的工作期間減小所 生成的電能的供應(yīng)。
7. 如權(quán)利要求6所述的充電設(shè)備，其特征在于，提供給所述電池的充電 電流的量與所述發(fā)動(dòng)機(jī)的速度變化同向改變。
全文摘要
一種用于內(nèi)燃機(jī)的充電設(shè)備和用于將電能提供給由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的組件的相關(guān)聯(lián)的電池。發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)生成要作為充電電流提供給電池的電能。充電控制器根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)在所生成的電能的正電壓波形在某一相位后控制提供給電池的充電電流的值，并響應(yīng)于所述內(nèi)燃機(jī)的速度來調(diào)節(jié)相位。
文檔編號(hào)H02J7/14GK101335462SQ20081000125
公開日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2008年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月9日
發(fā)明者松井太憲 申請(qǐng)人:雅馬哈發(fā)動(dòng)機(jī)電子株式會(huì)社