专利名称：用于机动车的电池充电装置的制作方法
技术领域：
本发明基于并要求下列优先权1994年12月28日提交的日本专利申请No.6-328404及1995年9月22日提交的日本专利申请No.7-244748，它们的内容在这里结合作为参考。
本发明涉及用于机动车的电池充电装置，它提供代表电池充电状态的信号并可在任何时间从外部进行控制。
近来，电池充电装置用于各种用途，例如降低燃料损耗，能量冲击的吸收，改善机动车驱动性能，降低发动机空载速度，及用于大功率装置包括电加热催化器(EHC)单元。其结果是，电池充电装置不仅需要使电池充电电压维持在所需电平上，而且需要根据负载状况及机动车运行条件来改变发电机状态。为此目的，就必须实时地提供代表发电机状态的信号。
这种发电机状态包括发电机输出的信号，例如输出电流、输出功率、磁场电流、磁场电流控制晶体管的导通比或类似信号、发电机输出功率如电池充电电压、电池电压及定子相电压与发电机温度。上述状态通过代表发电机状态的量、量指标的变化和/或类似量被检测出来。对发电机进行控制，以改变发电机状态的量和/或量的变化，或通过将发电机状态的最大值或最大指标限定或约束在指定的量值中，来控制发电机。
例如，当发动机的温度低于指定值且发动机工作不稳定时，对发电机的输出功率及转矩进行控制使其降低以阻止发动机停转。当发电机温度高于指定温度时，控制发电机输出以阻止温度进一步升高。上述控制是由外部ECU(电子控制单元)作出的，该ECU控制开关晶体管以改变磁场励磁电流的导通比。
为了通过ECU提供外部控制及监测，已提出一种有线信号传送系统。这种系统包括发电控制信号传输导线，它将发电控制信号从外部ECU传送到发电机的电压调节器，还包括发电机状态信号传输导线。
但是，上述有线信号传送系统具有以下问题这就是，两种传输导线使得机动车导线系统变得体积庞大及笨重，并增加了连接器端子数量及连接器尺寸，结果使调节器尺寸增大，这引起它的安装困难及它的生产成本提高。导线数目的增加就增加了传输导线断开的可能性或因机动车振动与接地车体或电池相接触的可能性，结果就使电池充电系统发生工作故障。连接器端子的增加也增加了使它们受到在安装工作时由人体产生的静电冲击电压影响的可能性。
当上述传输导线以束缆或平行电缆方式设置在装置中时，就增加了交叉干扰及减小了信噪(SN)比。此外，由于在发动机室中的电磁噪音是很大的，如果该电磁噪音与交叉干扰相叠加时就会引起误操作或误检测。
本发明是鉴于上述问题作出的，并提供了一种廉价的及可靠的电池充电装置，它将外部控制信号传输导线和发电机状态信号传输导线组合成单根传输导线并具有在调节器及ECU之间的改进接口和它们的改进传送信号。
本发明的另一目的是提供一种电池充电装置，它具有简单的控制电路并维持传输信号的高S/N比。
本发明的又一目的是提供一种电池充电装置，其中发电机控制信号发送装置(以下称为控制信号发送器)的输出端子及发电机状态信号接收装置(以下称为控制信号接收器)的输入端子连接到一个公共的传输导线上，发电机控制信号接收装置(以下称为控制信号接收器)的输入端子及发电机状态信号发送装置(以下称为状态信号发送器)的输出端子连接到该传输导线的发电机侧端子上。控制信号发送器通过传输导线将发电机控制信号传送给控制信号接收器，控制信号接收器将接收到的信号传送给发电机电压调节装置(以下称为电压调节器)，及该电压调节器当接收到信号时根据该发电机控制信号来控制发电机。状态信号发送器通过公共传输导线将发电机状态信号传送给状态信号接收器，及状态信号接收器将接收到的信号传送给ECU。因此，该ECU可以监视发电机的状态。
如果由于机动车的振动或类似原因使传输导线断开，则机动车侧状态信号接收器的输入电压由控制信号发送器的输出级改变为一个专设电压。因而，上述的断开能通过如上所述的状态信号接收器就可由外部ECU检测出来。这就是，不需要用附加电路、信号导线、专设输入端子或ECU接口就能检测出断开。ECU在检测到该断开时就处理这问题。因为仅使用了单根传输导线，电路便可作得简单。因为不需要用于发电机状态信号及发电机控制信号的平行导线的导线系统，就可消除由于平行导线引起的S/N比的下降，并保证了信号传输的高可靠性。此外，由于使用了不同类型的信号，例如电压信号及频率信号，就可以避免上述由相同类型信号在平行导线间的交叉干扰形成的S/N比的下降。
本发明的另一目的是提供一种电池充电装置，其中设置了传输导线开断检测装置，通过对发电机状态信号(它是由状态信号接收器接收的)及发电机控制信号之间的比较来检测传输导线的断开。因此，该断开可被检测出来并可在显示装置上或作为警报被显示出来。
本发明的又一目的是提供一种电池充电装置，其中控制信号输出级由一个输出功率开关及其与发电机侧传输导线相连接的负载组成。
如果发生了传输导线的断开，则传输导线的电压就通过功率开关导通时负载电阻的导电及该开关关断时负载电阻的断电被置成电压源的高电压或低电压。其结果是，ECU通过检测以下情况虽然ECU发送了指令信号来改变传输导线的电压，但由信号接收器接收的电压并未改变，从而可以识别出该断开。
本发明的另一目的是提供一种电池充电装置，其中发电机控制信号电压当无指令信号时，被设成等于电源电压(被连接到负载电阻的电压)，因此虽然没有得到外部电压信号但也可由电压调节器进行常规电压调节。因此，不会发生发电停止或失控的发电。
本发明的又一目的是提供一种电池充电装置，其中使用PWM控制信号(它是一种频率信号)作为发电机控制信号，并当发电机由外部ECU控制时将该PWM信号的导通比提供给励磁电流开关晶体管。因此，与传统的双向导线通信系统相比，可提供发电机控制信号及发电机状态信号的非常简单的调制及解调及非常简单的电路。
这就是，在发电机侧不需要发电机控制信号的解调，因为发电机控制信号是以频率信号传送的，传送系统非常简单并且可使用不需调制或解调的传送系统。
本发明的另一目的是提供一种电池充电装置，其中对PWM控制信号电压(它是发电机控制信号)的幅值进行调制以传送发电机状态信号。因此，两种信号的调制及解调电路可以简化。
本发明的又一目的是提供一种电池充电装置，其中将DC信号电压(它是发电机状态信号)与PWM控制信号电压(它是发电机控制信号)相组合以传送发电机状态信号。因而，两种信号的调制及解调电路可以简化。
本发明的另一目的是提供一种电池充电装置，其中状态信号发送器具有由控制信号发送器输出功率开关的负载元件构成的固定阻抗的输出电路。
因为仅当电池高压高于固定阈值时由外部ECU控制发电机，故状态信号发送器的输出阻抗元件可起到控制信号发送器输出功率开关负载电阻的作用，由此简化了电路结构。
本发明的又一目的是提供一种电池充电装置，其中状态信号发送器作为电压调节器励磁电流的PWM控制开关工作，电路结构变得更为简单。
本发明的另一目的是提供一种电池充电装置，其中发电机状态信号和发电机控制信号的组合信号是由DC电压信号分量及PWM信号分量组成的。因此，可以非常简单地调制这些信号及对组合信号解调，以获得发电机状态信号及发电机控制信号。因而，状态信号接收器及控制信号接收器的电路结构可被简化。
本发明的又一目的是提供一种电池充电装置，它还包括一个发电机控制信号保持电路，它保持住由控制信号接收器接收的发电机控制信号，并将该发电机控制信号提供给电压调节器。因而，当由外部ECU控制时该机动车侧ECU不总是需要发送发电机控制信号。此外，当需要控制发电机时，发电机控制信号由发电机侧保持传送，直到下一发电机控制信号传送来为止。所以，使装在ECU中的微计算机的任务减轻，故可使用廉价的微计算机或提高其性能。
本发明的另一目的是提供一种电池充电装置，其中或是由状态信号发送器或是由控制信号发送器向传输导线提供电源，而负载元件与输出功率开关(它是另一状态信号发送器及控制信号发送器的驱动元件)相并联。因而，当传输导线从发电机侧端子上断开时，发电机侧端子电压变为近似等于用于常规自控制发电状态的发电机控制信号的电压，因此甚至当断开并阻止了机动车侧ECU的外部控制时也能防止电池的过充电及过耗电。于是就提供了用于机动车的一种既安全又可靠的电池充电装置。
本发明的又一目的在于提供一种电池充电装置，其中发电机状态信号是相应于PWM信号(由用于励磁电流的PWM控制的电压调节器提供的)的信号。该PWM信号可当机动车侧ECU监视发电机负载状态时由状态信号发送器发送，因此可以不使用复杂的信号调制电路使该信号发送到传输导线上。
本发明的另一目的是提供一种电池充电装置，其中发电机控制信号包括相应于由电压调节器调节的电压的信号。当机动车加速时，由电压调节器调节的电压被设置得低于机动车常规运行的电压，以使得在机动车加速期间发电机的功率被设置得低于常规输出功率；以便降低发动机的负载，由此改善了机动车的加速性能。当机动车减速时，发电机电压被调节得高于常规电压，以使得可利用机动车的运行惯性进行再生。其结果是改善了燃料的损耗，并且不需要由ECU监视发电机电压，由此减轻了ECU的任务。
本发明的又一目的是提供一种电池充电装置，其中由发电机控制信号限制电压调节器励磁电流的最大导通比(用于励磁电流的PWM控制)。因而，可防止发动机仍冷时的过发电及可限制当发动机空转或低速运行时的发动机转矩，由此可防止发动机停转或类似现象。
本发明的另一目的是提供一种电池充电装置，其中发电机控制信号是相应于电压调节器的励磁电流导通比(用于励磁电流的PWM控制)的变化量的信号。该变化量可响应机动车运行状态进行转换，并可当发动机空转或低速运行时受到限制，因此可防止发电机的停转或类似现象。
此外，由于可根据电负载的变化来控制励磁电流导通比的变化量，故可以防止发电机输出电压不希望的下降及可阻止车头灯的闪烁。
从对下的详细说明、附设权利要求及附图的分析，将会对本发明的另外目的、特征及特点以及本发明相应部件的功能更加明白，其附图为
图1是根据本发明第一实施例的电池充电装置的电路图；图2是根据本发明第二实施例的电池充电装置的电路图；图3是根据本发明第三实施例的电池充电装置的电路图；图4是根据本发明第四实施例的电池充电装置的电路图5是根据本发明第五实施例的电池充电装置的电路图；图6是根据本发明的第六实施例的电池充电装置的电路图；图7是当发生传输导线断开时检测操作流程图的一个例子；图8是表示通过根据本发明的电池充电装置的传输导线的传送及接收操作的一个例子的信号图；图9是使用了图8中所示信号的第七实施例的电路图；图10是根据本发明的第八实施例的电池充电装置的电路图。
第一实施例以下将参照图1来描述根据第一实施例的用于机动车的电池充电装置。
该实施例具有双向实时通信功能，其中使用频率调制(FM)信号作为发电控制信号，及使用DC电压信号(它包括低频AC信号)作为发电机状态信号。
标号1表示传输导线，2表示用于机动车的发动机，3表示发电机侧传输及接收电路，4表示机动车侧传输及接收电路，及标号5表示其中具有微计算机的ECU(电子控制单元)。
发电机2是由一发动机驱动的三相同步交流发电机，并具有电枢线圈21，用于整流三相输出电压以对电池(未示出)供电的整流单元22，磁场励磁线圈23，及电压调节器、它对提供给励磁线圈23及续流二极管25的励磁电流进行控制。发电机2是公知的并省略了对它的进一步说明。
发电机侧传输及接收电路(以下称为发电机T-R电路)由一个状态信号发送器部分及一个控制信号接收器部分组成。状态信号发送器部分由连接在传输导线1及电压源Vcc之间的电阻31、电阻32及通过其发射极连接到接地端子的晶体三极管33组成。控制信号接收部分由比较器34及f-v变换器35组成。传输导线1的一端与比较器34的一个输入端子相连接，该比较器34将传输导线1的电压与一个参考电压Vr1相比较，并输出一输出信号，该输出信号被f-v变换器35变换并传送到调节器24。电阻31作为开路集电极-发射极接地式晶体管42的负载，对该晶体管在以下再描述。
机动车侧T-R电路4由控制信号发送器部分及状态信号接收器部分组成。控制信号发送器部分由电阻41b、晶体三极管42及一个v-f逆变器43组成。电阻41b及发射极接地晶体管42串联地使传输导线1与接地端子形成连接。状态信号接收器由峰值保持电路44及比较器45组成。
对上述电路的操作将描述如下。
调节器24以公知方式将电池电压的一分压值Vb与设定的阈值电压Vref相比较，并使开关晶体管24a导通或关断，以便对励磁电流进行脉冲宽度调制控制(以下称为PWM控制)，由此使电池电压维持在指定电压上。例如，如果电池电压的分压值Vb大于阈值电压Vref，则开关晶体管24a被关断，并在另一方面，如果该分压值低于阈值电压Vref，该晶体管24a则被导通。
以下来描述ECU5的发电控制。
ECU5将一个发电指令信号Vgc传送给v-f变换器43。该发电指令信号Vgc具有使晶体管24a导通的第一电压电平及使晶体管24a关断的第二电压电平。v-f变换器43将第一电压电平变换成具有第一周期的双态脉冲电压，及将第二电压电平变换成具有第二周期的双态脉冲电压，由此根据这些周期使晶体管42导通及关断。因此，当晶体管33处于关断状态时，将一个在高电平电压VH及低电平电压VL之间变化的脉冲信号电压施加到比较器34的一个输入端上。当晶体管33处于导通状态时，上述高电平电压VH及低电平电压VL由于电压降各自下降到VH’及VL’。
如果该比较器34的阈值电平电压Vr1低于高电平电压VH及VH’，而高于低电平电压VL及VL’，则晶体管42的开关操作或发电控制信号的传输被检测为正常。
当晶体管42导通时，晶体管42的集电极电压变成地电位。当晶体管42及33关断时，晶体管42的集电极电压变成高电平电压VH，而当晶体管42处于导通状态及晶体管33处于关断状态时，晶体管42的集电极电压变成高电平电压VH’。因此，如果在施加到比较器45的输入端子以前的固定周期中，晶体管42的集电极电压被峰值保持电路44保持住，及使阈值电压Vr2被调节在VH及VH’之间的值时，则比较器45的输出电压随着晶体管33的导通及关断状态而变化，这时假定发电机状态信号已被正确地发送及接收。
发电机状态信号可指示出发电机是否发出电力并能传送或接收电池电压的模拟量值。例如，如果晶体管33根据正比于电池电压模拟量值的导通比被进行PWM控制时，比较器45的输出信号就变为电池模拟量电压值的PWM信号。
如果传输导线1断开时，其状态变成与晶体管42处于关断状态时相同。因此，如果当f-v变换器35的输出电压施加到调节器24上，使调节器受控制并将发电机输出电压保持在电池电压上时，就可阻止异常状态，例如整个发电停止或发电失去控制的发生。传输导线1的断开容易被检测出来，因为这时虽然ECU已对晶体管42发出了开关指令信号而比较器45的输出电压却不变化。图7表示当检测传输导线1断开时的ECU5的操作流程图。
根据该第一实施例，因为传输导线1的断开易于检测并且传输导线1仅由单根电缆线组成，故障低了否则要在分开的发电控制信号传输导线及发电机状态信号传输导线之间出现交叉干扰，由此允许驱动元件输出阻抗增大。其结果是，可在电池充电装置中使用更紧凑的驱动元件，它能产生小的功耗及使装置结构简单，甚至在传输导线断开时该装置也能正常工作。
第二实施例现在参照图2来描述第二实施例。顺便说一下，与以上相同的标号表示相同或实质相同的部件、元件或部分，并在以下省略对它们的详细描述。在该实施例中省略了第一实施例的发电机T-R电路，并改变了第一实施例的机动车T-R电路。
该实施例的调节器24具有一个前级功率放大电路24b，它起到一个发电机T-R电路的作用。
前级功率放大电路24b是由具有接地发射极的晶体管26及其负载电阻r1组成的反相电路。传输导线1被连接在晶体管26及电阻r1之间的部位上，电阻r1作为具有接地发射极的晶体管42的负载电阻工作。作为状态信号接收器部分输入级的一个放大器46与传输导线1相连接。
调节器以公知方式工作。这就是，当由电阻r2及r3对电池电压(B点电压)分压得到的电压值变为大于一固定电平时，齐纳二极管27导通并使晶体管26导通，由此使晶体管24a关断并停止了发电机2的发电。另一方面，当上述分压值低于该固定值时，齐纳二极管27将关断并使晶体管26关断，由此使晶体管24a导通并启动发电。于是使电池电压被调整到固定范围中。
以下对信号的传送及接收操作进行描述。
由于传输导线1的一端与前级电路24b的输出端子相连接，当晶体管42处于关断状态时，前级电路24b的输出电压Lo或Hi变成发电机状态信号，它表示发电机是否发出输出电压。该电压Lo或Hi被放大器46接收。
当作为控制信号发送器部分一个元件的晶体管42导通时，传输导线1的电压变为低电位并使晶体管24a关断，由此切除了励磁电流并停止了发电。该发电的停止立即由比较器46检测出来。
如上所述，如在第一实施例中所述的状态信号发送器部分及接收信号接收器部分可实质地被省略掉，并且可使控制信号发送器及状态信号接收器简单化，而且也不需用调制或解调。因此，可提供具有非常简单电路的装置。
如果传输导线断开，则进行如第一实施例一样的操作，并以与第一实施例相同的方式来检测该断开。
第三实施例现在参照图3来描述根据第三实施例的用于机动车的电池充电装置。
在第三实施例中将发电机输出电压与被调节电压的比较结果作为发电机状态信号传送。
在图2中所示的第二实施例的齐纳二极管27在该实施例中被一个比较器280所替代。比较器280的输出电压经过NAND电路283及基极限流电阻rb被施加到晶体管26的基极。比较器280的输出电压还经过NOT电路281及电阻r4传送到传输导线1上。传输导线1的输出电压通过NOT电路282被传送到NAND电路283。因此，NOT电路281及电阻r4组成状态信号发送器部分，而NOT电路282组成控制信号接收器部分。
此外，在第二实施例中具有接地发射极的晶体管42被具有连接到传输导线1的开路发射极的发射极跟随器晶体管42a所代替。这就是，晶体管42a构成了控制信号发送器部分，而NOT电路281及电阻r4构成晶体管42a的负载。
以下描述其操作。
调节器24以与上面实施例中方式相同的方式操作。电池电压的分压值Vb由电池分压电路给出，该分压电路由串联电路r2及r3组成，及该分压值由比较器280与参考电压Vref相比较，该比较器280将相应于比较结果的双态信号电压输送到NAND电路283。
如果分压值Vb大于参考电压值Vref，NOT电路281的输出电压变为Hi，而NOT电路282的输出电压变为Lo，而不管晶体管42a是否处于导通状态。因而，NAND电路283的输出端子变为Hi并使晶体管26导通，以使得晶体管24a阻断励磁电流。这就是，当电池电压足够高(当电池具有驱动各种负载的足够容量或当电池没有储存电力的更多容量)时，调节器24停止其发电，而不管发电机控制信号如何。
另一方面，当分压值低于参考电压值Vref时，比较器280的输出电压变为Hi，NOT电路281的输出电压变为Lo，因此甚至当传输导线1断开时也能进行正常的发电。如果发电机控制信号没有从外面提供时，或如果晶体管42a处于关断状态时，NOT电路282的输出电压变为Hi，则NAND电路283的两个输入端子均变为Hi，故将信号Lo传送给晶体管26。因而，晶体管26被关断并使晶体管24a导通，由此提供励磁电流。换句话说，当电池电压低及晶体管42a处于导通状态时，不进行发电。
当晶体管42a导通并同时NOT电路281的输出电压为Lo时，将信号Hi施加在NOT电路282上，则NAND电路283将信号Hi传送给晶体管26，使其导通，以致使晶体管24a变为不导通并切除励磁电流。这就是，当晶体管42a导通时，不管电池电压如何，使发电停止。
上述的发电控制方式归纳如下。
当发电停止指令由外部施加到调节器24时(当晶体管处于导通状态时)，可停止发电而不管电池电压如何。当例如机动车上坡运行时，该功能是有效的。
如上所述，该实施例以简单的电路可从外部来停止发电。
以下来描述由放大器46进行的发电机状态信号的接收操作。
如上所述，当NOT电路282的输入电压Vout为Lo时，它表示发电机正在发电，而当电压Vout为Hi时，它表示发电机停止发电。因此放大器46接收这种信息。
如果传输导线1断开时，该实施例以与第一实施例中相同的方式操作及检测断开。
第四实施例以下参照图4来描述根据第四实施例的电池充电装置。
在图3中所示的第三实施例的NOT电路282被分压电阻r5及r6、齐纳二极管285、具有接地发射极的晶体管286及电阻r7所取代。
传输导线1的发电机侧端子T上的电压被包括电阻r5及r6的分压电路分压，并通过齐纳二极管285提供给晶体管286的基极。电阻r7为晶体管286的负载并与该晶体管286组成一个反相电路或NOT电路，该NOT电路的输出电压通过NAND电路283及电阻rb施加给晶体管26(如第三实施例)。
以下描述与第三实施例中不同的专门特征部分的操作。
晶体管42a的集电极电压Vcc在该实施例中被设得高于端子T的输出电压Vout。
当电池电压Vb高于参考电压Vref及NOT电路提供信号Hi，并且晶体管42a处于关断状态时，分压电阻r5及r6使NOT电路281的信号为Hi分压，并将分压值提供给齐纳二极管285。在此时刻，如果齐纳电压大于NOT电路281的信号Hi，晶体管286则提供信号Hi。但是，因为比较器280的输出电压为Lo，NAND电路283输出信号为Hi，因此晶体管26被导通，并且晶体管24a关断并停止发电。
当电池电压低于参考电压Vref及NOT电路281提供信号Lo，以及晶体管42a也处于关断状态时，晶体管286提供的信号Hi与比较器280提供的信Hi一起使NAND电路283输出信号Lo，因此使晶体管26关断且晶体管24a导通以启动发电。
当晶体管42a处于关断状态时，晶体管26受到控制，以致使电池电压的分压值变成等于参考电压值Vref。
当晶体管42a处于导通状态时，端子T的输出电压Vout变为如下Vout＝Vcc-0.75v。该电压被分压并施加到齐纳二极管285上。如果Vcc-0.75v大于齐纳二极管285的齐纳电压，晶体管286被导通，以使得NAND电路283提供信号Hi，而不管比较器280的输出电压如何，以使得晶体管26被导通及晶体管24a被关断并使发电停止。
应指出，在该实施例中具有当晶体管42a处于导通状态时，强制地停止发电的第一方式，当晶体管42a处于关断状态及电池分压值低于参考电压时进行发电的第二方式，以及当晶体管42a处于关断状态而电池分压值高于参考电压时停止发电的第三方式。
在该实施例中，在第一方式的情况下，放大器46的输出电压变为等于Vcc-0.75v，在第二方式的情况下，该输出电压变为Lo(地电压)，及在第三方式的情况下变为由分压电阻r4、r5及r6的分压值。其结果是，可用简单的电路来识别正常发电、发电强制停止及正常发电停止。
第五实施例现在参照图5来描述根据第五实施例的电池充电装置。
第三实施例中的NAND电路283在该实施例中由第二比较器291、NOT电路292、AND电路293及294，和NOR电路295所取代。
传输导线1的发电机侧端子T的电压Vout通过NOT电路282施加到AND电路294，并通过NOT电路292施加到AND电路293。第二比较器291将电池分压值与参考电压Vref2相比较，并将比较结果供给AND电路293。比较器280将比较结果传给AND电路294。第二参考电压Vref2被置为低于参考电压Vref。
以下描述与第三实施例不同的第五实施例中专门特征部分的操作。
当晶体管42a(图3中所示)处于导通状态时，传输导线1的电压Vout被晶体管42a的电源电压Vcc保持恒定，NOT电路282提供信号Lo，因此AND电路294总是提供信号Lo，由此使AND电路293根据比较器291的输出电压来提供信号。这就是，当电池分压值Vb低于参考电压值Vref2时，AND电路293提供信号Hi，NOR电路295输出信号Lo，晶体管26被关断，而晶体管24a被导通并启动发电。
以下描述当晶体管42a(见图3)处于关断状态时该装置的操作。
当电池分压值Vb高于参考电压Vref时，比较器280及290的输出电压均变为Lo，AND电路293及294的输出电压变为Lo， NOR电路295的输出电压变为Hi，使晶体管26导通，并使晶体管24a关断并停止发电。另一方面，当电池分压值Vb低于参考电压Vref时，比较器280的输出电压变为Hi，发电机端子电压Vout变为Lo，AND电路293提供信号Lo，而AND电路294提供信号Hi，晶体管26被关断及晶体管24a被导通，并启动发电。这就是，当电池分压Vb大于参考电压Vref时，发电停止；而电池分压Vb低于参考电压Vref时，进行发电。其结果是，当晶体管42a关断时，调节器24控制励磁电流，以使电池分压值变成等于参考电压Vref。
以下来描述传输导线1的电压也即放大器46接收的电压。
端子T(其上出现传输导线1的电压Vout)在晶体管42a处于导通状态时接收信号Hi，换言之，当给出指令信号以维持第二参考电压Vref2或当目前发电机以参考电压Vref发电时该端子T接收信号Hi。另一方面，当目前发电机停止发电并为维持参考电压Vref时，该端子T接收信号Lo。
上述状态可由这些信号测出。
第六实施例以下参照图6来描述根据第六实施例的电池充电装置。
在该实施例中省略了在图5中所示的第五实施例的NOT电路292。高于参考电压Vref的第一参考电压Vref1被施加在第二比较器的正端子上，及发电机控制信号传送装置部分的输出电路具有如第二实施例中相同的晶体管42。
这里仅描述与第五实施例中不同的专门特征部分的操作。
在开始时，当晶体管42处于导通状态，传输导线的电压Vout为Lo，及NOT电路282的输出电压保持为Hi，因此NOR电路295仅当电池分压值Vb高于第一参考电压Vref1时提供信号Hi。因此，晶体管26处于导通状态而晶体管24a处于关断状态并停止发电。另一方面，当电池分压值Vb低于第一参考电压Vref1，AND电路293提供信号Hi，NOR电路295提供信号Lo，以致晶体管26被关断而晶体管24a被导通并进行发电。
当晶体管42处于关断状态，如果电池分压值Vb大于参考电压Vref，AND电路293及294分别接收信号Lo，并使NOR电路295提供信号Hi，因此使晶体管26处于导通状态并使晶体管24a处于关断状态，从而停止发电。当电池分压值Vb低于参考电压Vref时，AND电路293及294分别接收信号Hi，则NOR电路295提供信号Lo，以使晶体管26关断而晶体管24a导通，从而进行发电。
总之，当晶体管42处于导通状态时发电机受到控制，以使电池分压值变为等于第一参考电压值Vref1；而当晶体管42处于关断状态时发电机受到控制，以使电池分压值变为等于参照电压值Vref。
因而，电池电压可根据发电机状态进行不同的控制，并且可使用相当于两种电压之间差值的功率，而不会使电池充电容量不足。
以下描述将施加到放大器46上的电压。
在将电池分压值维持在第一参考电压值Vref1上的方式期间，传输导线1的电压为Lo。在将电池分压值维持在参考电压值Vref上的方式期间，如果电池分压值Vb低于参考电压值Vref时，传输导线1的电压也为Lo。而在将电池分压值维持在参考电压值Vref上的期间，如果电池分压值Vb大于参考电压值Vref时，传输导线1的电压为Hi。因此可检测出发电机状态。第七实施例现在参照图8及图9来描述根据第七实施例的电池充电装置。第二实施例的齐纳二极管27在该实施例中被比较器280取代，根据该实施例的电池充电装置的发电机输出电压通过改变分压电阻的分压比来改变。
在该实施例中通过传输导线1来进行发电机侧及ECU侧之间的双向通信。图8表示作为发电机状态信号及发电机控制信号的组合信号的由一个DC电压信号分量及一个PWM信号分量组成的信号的例子。发电机控制信号是以DC电压电平传送的，而发电机状态信号是以比较器280的输出信号传送的，该比较器将电池分压值与参考电压Vref相比较。因此，由传输导线1传送的信号是由DC电压分量及PWM信号分量组成的。
机动车侧T-R电路4包括由电阻r40及比较器400组成的状态信号接收部分，和由电阻r41、r42及r43以及晶体管40和41组成的控制信号发送部分。以下描述发电机控制信号传送电路的操作。电阻r41的一端与电压源Vcc相连接，它的另一端连接在每个电阻r40、r42及r43的一端上，其中电阻r40检测发电机状态信号。电阻r42及r43的另一端分别地连接到各具有接地发射极的晶体管40及41的每个集电极。晶体管40及41根据ECU5的信号进行导通及关断。
发电机控制信号接收部分由比较器300及301以及电阻r31组成。比较器300的负输入端子、比较器301的正输入端子及电阻31的一端连接到传输导线1的发电机侧端子T上。一个参考电压Vr2被施加在比较器300的正输入端子上，及另一参考电压Vr1被施加在比较器301的负输入端子上。参考电压值Vr2被设置得高于参考电压值Vr1。当发电机控制信号发送电路的两个晶体管40及41从ECU5接收到关断信号时，发电机侧端子T的电压Vout变为Vout1，它是由电阻r31及串联电阻r40和r41对Vcc分压后得到的值。该电压Vout1大于参考电压Vr2。当根据ECU5的指令信号使晶体管40导通而晶体管41关断时，发电机侧端子T的电压Vout由于电阻r41的电压降变为Vout2，该电压低于参考电压Vr2但高于参考电压Vr1。当通过ECU5的指令使两个晶体管40及41均导通时，发电机侧输入端子T上的电压Vout变为Vout3，它低于参考电压Vr1。
控制信号接收部分的比较器300的输出电压通过基极电阻rb施加到晶体管29，并施加到AND电路302。比较器301的输出电压施加到AND电路302，该AND电路302的输出电压通过基极电阻rb施加到晶体管28的基极。晶体管28及29的集电极分别通过电阻r4及r5连接到电阻r2及r3的连接点上，以便响应晶体管28及29的开一关操作改变它们的分压比。因此，发电机输出电压可被控制为一个常规电压Vreg，一个高电压VHi或一个低电压VLo。
更详细地，当高于参考电压Vr2的电压Vout1施加到端子T上时，比较器300的输出电压变为Lo，并使两个晶体管28及29均关断，从而增大分压比，因此发电机输出电压变为VLo。当低于参考电压Vr1的电压Vout3施加到端子T上时，比较器300的输出电压变为Hi，比较器301的输出电压变为Lo，使晶体管29导通并使分压比降低，由此使发电机输出电压变为常规电压Vreg。另一方面，当低于参考电压Vr2及高于参考电压Vr1的电压Vout2施加在端子T上时，比较器300及301的输出电压均变为Hi，使两个晶体管29及28均导通并使分压比再降低，由此使发电机输出电压变为高于常规输出电压。
状态信号发送部分由晶体管30及电阻r30组成，电阻r30连接在晶体管30的集电极及端子T之间。比较器280的输出电压通过NOT电路303施加到晶体管30的基极。因此，当比较器280的输出电压为Lo时，晶体管30被导通，而当该输出电压为Hi时，晶体管30被关断。因为电阻r30被设置得小于电阻r31和值而大于任一电阻r42及r43的值，如果晶体管30导通，端子T的电压Vout1则变得大于参考电压Vr2，输出电压Vout2变得大于参考电压Vr1。因此，在电阻r40上出现的不同压降可用于检测发电机状态信号，由此可用比较器400检测出晶体管30处于导通状态。其结果是，当晶体管30导通及关断以传送发电机状态信号时，在传感电阻r40上产生出与该信号相应的差值电压。该差值电压被比较器400比较，它的输出电压提供给ECU5。
总之，利用ECU5使发电机控制信号发送电路的晶体管40及41导通或关断，可将发电机输出电压维持在常规电压上，或降低发电机输出电压以便增强机动车的加速特性，或增加发电机输出电压以便当机动车减速时进行再生。因为PWM信号(它为发电机状态信号)可与DC电压信号分开，所以甚至当DC电压信号变化时(或发电机状态信号改变时)，ECU始终可以监视发电机的状态。如果传输导线1断开时，端子T的电压将被电阻r31维持在低于参考电压Vr1上，以使其处于进行常规发电的状态(自控制发电)，由此可以防止电池的过充电或电池过耗电。当传输导线1断开时，在传感电阻r40上的压降消失，则可由ECU5方便地检测出。
第八实施例现在参照图10来描述根据第八实施例的电池充电装置。第二实施例的齐纳二极管27被比较器280、NAND电路281及282、NOT电路283及振荡器284所取代。通过由机动车侧ECU给定的控制信号可控制励磁电流开关晶体管的导通比的最大值。换句话说，在发电机电压调节器及信号接收部分之间设置了发电机控制信号保持电路6。
控制信号接收部分由比较器300及301组成。参考电压Vr2被施加在比较器300的负端子上，及参考电压Vr1被施加在比较器301的正端子上。参考电压Vr2被设置得大于参考电压Vr1。比较器300的正端子及比较器301的负端子共同地与端子T相连接。发电机状态输出电路由晶体管30组成，该晶体管的基极通过NAND电路281被调节器的比较器280施加输出电压，一个电阻r30连接在晶体管r30的集电极及端子T之间，一个电阻r31连接电压源Va及端子T之间和一个电阻32连接在端子T及地端子之间。电压源Va被由电阻r31、r32及电阻r40(它连接在机动车侧传输导线及地端子之间)组成的分压电路分压出端子T的电压Vout。当晶体管30被导通时，端子T上的电压Vout被电阻r30降低到Vout。
发电状态信号接收电路由比较器400组成，该比较器的负端子与传输导线的端子T相连接，而在它的正端子上施加参考电压Vr3。端子T的输出电压Vout与各个参考电压之间的关系如下
Vr2＞Vout＞Vr3＞Vout’＞Vr1。
发电机控制信号传输电路包括晶体管40，它的发射极与电压源端子Vcc相连接，它的集电极与传输导线的输出端子T及晶体管41相连接，晶体管41的发射极接地。当晶体管40接收到ECU5的指令被导通时，传输导线的电压Vout变为电源电压Vcc，及比较器301的输出信号变为Lo，因为电压源Vcc被设置成高于参考电压Vr2。
与此同时，因为RS F/F(触发电路)600的S端子的输入电压变为Hi，而其R端子的输入电压变为Lo，则其Q端子的输出电压变为Hi，并且NOT电路283的输出电压变为Lo。该信号Lo被施加到NAND路282上，以一定关断周期取消振荡器284产生信号的输出电压，该关断周期限制了励磁电流开关晶体管的最大导通比，并使得NAND电路282的输出电压变为Hi，并使发电机工作在常规状态中，因为它可根据比较器280的比较结果被进行控制，该比较器280将电池电压的分压值(由电阻r2及r3分压)与参考电压Vref相比较。
当晶体管41接收到ECU5的指令被导通时，传输导线的输出电压Vout变为地电压，该电压低于参考电压Vr1并使比较器301的输出电压变为Hi，由此使比较器300的输出电压变为Lo。因为在RS-F/F600的端子R和S上的输入电压分别变为Hi及Lo，RS-F/F600的输出端子Q上的电压变为Lo及NAND电路283的输出电压变为Hi。该Hi信号被施加到NAND电路282上，它使振荡电路284的输出信号(它具有限制励磁电流开关晶体管的最大导通比的关断周期)通过。甚至当电池电压下降及比较器280输出信号变为100％Hi(导通周期)时，发电机的励磁电流开关晶体管的导通周期受到振荡器284的关断周期的控制，因为NAND电路281的输出信号受到振荡器284输出电压的控制。
当两个晶体管40及41接收到ECU5的指令均被关断时，传输导线的电压Vout变为Vout’，及比较器300及301的输出电压变为Lo。在此时，RS-F/F600的两个端子R及S上的电压均变为Lo，端子Q的输出电压则保持不变，由此保持住控制信号。因此，发电机受到控制以产生常规电压，或工作在励磁电流开关晶体管的导通比受到限制的状态中。根据该实施例中，可以进行这样的发电控制，如由ECU对励磁电流的导通周期逐渐地控制，其中导通比的增加、下降及保持得到控制。
这就是，当进行发电控制时，仅需由ECU将发电机控制信号发送给晶体管40及41，并将其输出电压提供给RS-F/F600(它为发电控制信号保持电路)的R和S端子上，由此使ECU5发送发电机控制信号的任务减轻了。发电机的状态信号仅通过晶体管30的导通或关断来发送，并作为信号Hi或信号Lo提供给ECU5，因此ECU5能在除发送发电机控制信号期间外的整个时间监视发电机的状态。如果传输导线断开时，电阻r40将不起作用，并使端子T的电压Vout改变成高于参考电压Vr2，由此形成常规发电，并且防止了电池的过耗电。此外，由于传输导线的断开，使比较器400的输出电压持续地变成Hi，由此可由ECU5来检测该断开。
在本发明的以上说明中，是参照其专门实施例对本发明作出公开的。但是，显然地，在不脱离如附设权利要求书中所提出的本发明广泛的精神及范围的情况下，可以对本发明的这些专门实施例作出各种修改及变更。因而，在该文件中对本发明的描述应视为纯说明性的，而非具任何限制的意义。
权利要求
1.一种用于机动车的电池充电装置，，包括一个发电机；一个电压源；电压调节装置，它具有设置在机动车发电机附近的功率开关用于控制磁场励磁电流，以使发电机输出电压能被调节到所需电压；一根传输导线；发电机控制信号发送装置，它设置得远离所述机动车发电机，用以将发电机控制信号提供到所述传输导线的机动车侧端子上，以便控制发电机工作状态；发电机控制信号接收装置，它设置在所述机动车发电机的附近，用以从所述传输导线的发电机侧端子上接收所述发电机控制信号，并将所述发电机控制信号提供给所述发电机输出电压调节装置；发电机状态信号发送装置，它设置在所述机动车发电机附近，用以将发电机状态信号提供给所述传输导线的发电机侧端子上，以便提供所述机动车发动机的发电状态；及发电机状态信号接收装置，它设置得远离所述机动车发电机，用以从所述传输导线的所述机动车侧端子接收所述发电机状态信号；其中所述发电机控制信号及所述发电机状态信号被同一传输导线组合及传送。
2.根据权利要求1所述的电池充电装置，还包括传输导线断开检测装置，它具有一个比较器，用于通过将所述发电机状态信号与所述发电机控制信号相比较来检测所述传输导线的断开。
3.根据权利要求1所述的电池充电装置，其中所述发电机控制信号发送装置包括一个与所述传输导线相连接的一个负载，及连接在所述负载与电压源之间的一个输出功率开关。
4.根据权利要求3所述的电池充电装置，其中所述传输导线的电压被设置成接近等于所述发电机控制信号，以将所述发电机控制在常规自控制发电状态中。
5.根据权利要求1所述的电池充电装置，其中所述发电机状态信号发送装置包括与所述发电机状态信号接收装置相连接的装置，用于传送相对于目前电池电压的脉宽调制信号。
6.根据权利要求3所述的电池充电装置，其中所述发电机状态信号发送装置包括一个开关，用于控制所述电压调节装置中的所述功率开关。
7.根据权利要求1所述的电池充电装置，其中所述发电机状态信号发送装置包括一个开关，用于控制所述电压调节装置中的所述功率开关。
8.根据权利要求1所述的电池充电装置，其中，所述发电机控制信号发送装置包括与所述传输导线相连接的装置，用于提供作为所述发电机控制信号的DC电压；所述发电机状态信号发送装置包括用于提供作为所述发电机状态信号的PWM信号的装置；所述发电机控制信号接收装置包括用于对所述DC电压信号及所述PWM信号的组合信号进行解调的装置；及所述发电机状态信号接收装置包括用于对所述DC电压信号及所述PWM信号的组合信号进行解调的装置。
9.根据权利要求1所述的电池充电装置，其中所述发电机控制信号接收装置包括用于保持所述发电控制信号的装置。
10.根据权利要求1所述的电池充电装置，其中所述发电机控制信号接收装置包括当所述传输导线断开时，提供电压以将所述发电机控制在常规控制电压上的装置。
11.根据权利要求1所述的电池充电装置，其中所述发电机状态信号发送装置包括用于提供相应于所述电压调节装置输出信号的PWM信号装置。
12.根据权利要求1所述的电池充电装置，其中所述发电机状态信号发送装置包括用于提供相应于所述电压调节装置输入信号的PWM信号的装置。
13.根据权利要求1所述的电池充电装置，其中所述发电机控制信号接收装置包括对被所述电压调节装置控制的所述励磁电流的最大导通比进行限制的装置。
14.根据权利要求1所述的电池充电装置，其中所述发电机控制信号发送装置包括用于发送控制信号来控制所述励磁电流的导通比变化率的装置。
15.一种用于机动车的电池充电装置，包括电压调节装置，它设在机动车发电机的附近，用于控制磁场励磁电流；一根传输导线，它具有机动车侧端子及发电机侧端子；机动车侧发电机控制装置，它设置得远离所述机动车发电机，用以将所述发电机控制信号提供到所述机动车侧端子上，并从所述机动车侧端子接收与所述机动车发电机的发电机状态相对应的发电机状态信号；及发电机侧控制装置，它设置在所述机动车发电机附近，用以从所述机动车侧端子接收所述发电机控制信号，并将所述发电机控制信号提供给所述电压调节装置，以便控制所述发电机状态及将所述发电机状态信号提供给所述发电机侧端子。
16.一种用于机动车的电池充电装置，包括电池；发电机，它具有磁场绕组，用于根据供给所述磁场绕组的磁场励磁电流发出电能；电压调节器，用于控制所述磁场励磁电流；电子控制单元，用于根据机动车状态产生指令信号；单根信号传输导线，它具有发电机侧端子及连接到所述电子控制单元的机动车侧端子；与所述电子控制单元相连接的、用以对所述机动车侧端子提供相应于所述指令信号的控制电压信号的装置；连接在所述发电机侧端子及所述电压调节器之间的装置，用于接收所述控制信号及对所述电压调节器提供与发送到所述发电机侧端子的所述控制信号相对应的信号；连接在所述电压调节器上，用以对所述发电机侧端子提供与所述电压调节器的操作相对应的状态信号；及连接在所述机动车侧端子及所述电子控制单元之间的装置，用以接收所述状态信号并对所述电子控制单元提供与所述状态信号相对应的信号。
17.根据权利要求16所述的电池充电装置，其中所述控制信号提供装置包括一个连接在所述机动车侧端子上的负载，及一个连接在所述负载及电压源之间的输出功率开关。
18.根据权利要求17所述的电池充电装置，其中所述传输导线的电压被设置成近似等于所述发电机控制信号的电压，以便当所述传输导线断开时将所述发电机控制在常规自控制发电状态中。
19.根据权利要求18所述的电池充电装置，其中所述状态信号提供装置包括连接到所述发电机状态信号接收装置的装置，用以传送相对于目前电池电压的脉宽调制信号。
20.根据权利要权利19所述的电池充电装置，其中所述状态信号提供装置提供带有所述PWM控制信号的DC电压信号作为所述状态信号。
21.根据权利要求17所述的电池充电装置，其中所述状态信号提供装置包括一个输出单元，该单元包括所述负载。
22.根据权利要求16所述的电池充电装置，其中所述状态信号提供装置包括一个开关，用于控制所述电压调节器的所述功率开关。
23.根据权利要求16所述的电池充电装置，其中所述控制信号提供装置包括与所述机动车侧端子相连接的装置，用以提供DC电压作为所述控制信号；所述状态信号提供装置包括提供PWM信号作为所述发电机状态信号的装置；所述发电机控制信号接收装置包括用以对所述DC电压信号及所述PWM信号的组合信号进行解调的装置；及所述状态信号接收装置包括用以对所述DC电压信号及所述PWM信号的组合信号进行解调的装置。
24.根据权利要求16所述的电池充电装置，其中所述控制信号接收装置包括用以保持所述控制信号的装置。
25.根据权利要求23所述的电池充电装置，其中所述控制信号接收装置包括当所述传输导线断开时提供电压以将所述发电机控制在常规控制电压上的装置。
26.根据权利要求23所述的电池充电装置，所述状态信号提供装置包括用以提供相应于所述电压调节器输出信号的PWM信号的装置。
27.根据权利要求24所述的电池充电装置，所述状态信号提供装置包括用以提供相应于所述电压调节器输入信号的PWM信号的装置。
28.根据权利要求24所述的电池充电装置，其中所述发电机控制信号接收装置包括对被所述电压调节器控制的所述励磁电流的最大导通比进行限制的装置。
29.根据权利要求16所述的电池充电装置，其中所述控制信号发送装置包括用以发送控制信号以对所述励磁电流的导通比变化率进行控制的装置。
全文摘要
机动车发电机通过具有晶体管及比较器的发电机侧信号发送及接收电路与传输导线的一端相连接。一个ECU通过具有开关晶体管及比较器的机动车侧信号发送及接收电路与该传输导线的另一端相连接。一侧的比较器接收来自晶体管的频率信号，另一侧的比较器接收来自晶体管的电压信号。因此，可由同一传输导线传送发电机控制信号及发电机状态信号。
文档编号H02J7/24GK1131838SQ95120448
公开日1996年9月25日 申请日期1995年12月20日 优先权日1994年12月28日
发明者浅田忠利 申请人:日本电装株式会社