用于控制蓄电池的充电和放电控制的车辆控制系统.pdf

本发明公开了一种车辆控制系统，其具有安装至车辆的蓄电池，为该蓄电池充电的车用交流发电机，检测蓄电池的充电和放电电流的蓄电池电流检测装置，将车用交流发电机的输出电压调节为指定输出电压的电压调节装置，以及安装于蓄电池电流检测装置内部的温度传感器。分流电阻的一个端子通过蓄电池接线夹连接到蓄电池的负极端子，分流电阻的另一个端子接地。温度传感器置于分流电阻附近。该结构使温度传感器能够高精度地检测蓄电池的温度同时考虑分流电阻的温度特性。

1.  一种车辆控制系统，包括：
蓄电池，其安装在车辆上；
车用交流发电机，其产生电能并用所述电能为所述蓄电池充电；
蓄电池电流检测装置，其检测所述蓄电池的充电和放电电流；
电压调节装置，其将所述车用交流发电机的输出电压调节为指定输出电压；以及
温度传感器，其安装在所述蓄电池电流检测装置内并且检测所述蓄电池的温度。

2.  如权利要求1所述的车辆控制系统，其中所述蓄电池电流检测装置包括分流电阻并且使用所述分流电阻检测所述蓄电池的充电和放电电流。

3.  如权利要求2所述的车辆控制系统，其中所述温度传感器安装在所述分流电阻上或安装在使所述分流电阻与所述蓄电池彼此电连接的导体上。

4.  如权利要求1所述的车辆控制系统，其中所述蓄电池电流检测装置与所述蓄电池的电流流经的端子装配在一起。

5.  如权利要求1所述的车辆控制系统，其中所述蓄电池电流检测装置基于所述温度传感器检测的温度对所述分流电阻的温度特性进行补偿并基于所述分流电阻的补偿后的温度特性检测所述蓄电池的充电和放电电流。

6.  如权利要求1所述的车辆控制系统，其中所述蓄电池电流检测装置包括充电和放电控制电路，所述充电和放电控制电路基于所述温度传感器检测的温度设定由所述电压调节装置控制的调节电压。

7.  如权利要求1所述的车辆控制系统，其中所述蓄电池电流检测装置包括充电和放电控制电路，所述充电和放电控制电路基于检测的充电和放电电流及所述温度传感器检测的温度设定由所述电压调节装置控制的调节电压。

8.  如权利要求1所述的车辆控制系统，其中所述蓄电池电流检测装置附连到所述蓄电池的负极端子。

9.  如权利要求1所述的车辆控制系统，其中在所述蓄电池电流检测装置与所述电压调节装置之间进行数字化数据传输。

用于控制蓄电池的充电和放电控制的车辆控制系统
技术领域
本发明涉及一种车辆控制系统，其用于基于蓄电池的温度特性控制安装于诸如客车和货车等车辆中的蓄电池的充电和放电以及用于基于诸如蓄电池温度等电池条件控制车用交流发电机的发电条件。
背景技术
近期，为了防止全球变暖，强烈要求减少二氧化碳(CO₂)的排放。要实现这一要求，需对客车和货车的燃料消耗进行改进。这也是汽车工业领域内的一项强烈要求。
传统技术已提出了多种方法以基于利用有关车载蓄电池条件的更具体的信息控制车载蓄电池的充电来对车辆燃料消耗进行改进。例如，一种传统方法控制蓄电池的充电操作并且在车辆加速时降低车辆发动机的负荷。该传统方法还利用车辆减速时获得的再生能量来增加为车载蓄电池充电的电能量。该控制是公知技术。这种车辆配备有电流传感器以精确监控车载蓄电池的充电和放电平衡。
另外，安装在车辆上的铅蓄电池的充电和放电特征根据铅蓄电池的化学反应状态而波动。特别是充电条件会根据铅蓄电池的温度，即高温和低温，剧烈波动。这意味着有必要基于铅蓄电池的温度对铅蓄电池的充电电压进行精确控制。若不基于铅蓄电池的温度对充电电压进行控制，则在低温时铅蓄电池会充电不足，在高温时会充电过度。
为了避免前述问题，传统技术基于铅蓄电池的估算温度控制铅蓄电池的充电和放电操作。例如，日本专利公报JP H10-215527已公开了这种传统技术。然而，该传统技术JP H10-215527基于蓄电池的相对较低精度的估算温度进行充电和放电控制。因而从改进燃料消耗的观点来看，传统技术难以以更高精度进行蓄电池的充电和放电控制。另外，所述传统技术JP H10-215527限制了蓄电池在车辆上的安装空间。
近期，除了蓄电池外，各类净化尾气和改善车辆燃料消耗的装置安装在车辆发动机舱内。这限制了车辆发动机舱内蓄电池的安装空间或大大改变了蓄电池的安装位置。例如，一种情况是将蓄电池安装在车辆的行李舱内。这也会带来各类问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种车辆控制系统，不论蓄电池在车辆上安装的条件如何，所述车辆控制系统都能够高精度地控制蓄电池的充电和放电。为了实现所述目的，本发明提供了一种车辆控制系统，其包括蓄电池，车用交流发电机，蓄电池电流检测装置，电压调节装置，及温度传感器。蓄电池安装于车辆内。车用交流发电机产生电能并用所述电能为蓄电池充电。蓄电池电流检测装置检测蓄电池的充电和放电电流。电压调节装置将车用交流发电机的输出电压调节为指定输出电压。温度传感器安装于蓄电池电流检测装置内部并且检测蓄电池温度。
有一种公知技术，针对车辆燃料消耗的改进，其计算安装至车辆的蓄电池的充电和放电电流以获取蓄电池的更详细和更精确的充电条件。一般，公知的计算技术使用各种电流传感器。然而，由于各个电流传感器具有其自身的温度特性，所以有必要对各个电流传感器的温度进行高精度管理和对各电流传感器的温度进行精确检测。另一方面，根据本发明，蓄电池检测装置上装备有温度传感器。根据本发明的车辆控制系统的结构能容易地检测充电和放电电流同时考虑蓄电池的温度特性。从而能够高精度地执行蓄电池的充电和放电控制。
附图说明
将参照附图通过示例的方式描述本发明的优选的非限制性的实施例，在图中：
图1示出了根据本发明实施例的车辆控制系统的整体配置；
图2为根据本发明实施例的车辆控制系统内的蓄电池电流检测装置的详细框图；
图3示出了图2所示蓄电池电流检测装置的外观；以及
图4是分流电阻与温度传感器的装配状态的透视图，特别示出了分流电阻装配到温度传感器的实际装配状态。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本发明的各种实施例。在下文对各种实施例的描述中，在所有附图中，相似或等效的构成元件标有相似的附图标记或数字。
实施例
参照图1至图4给出根据实施例的车辆控制系统的描述。不论蓄电池在处理内的安装条件如何，该实施例的车辆控制系统都能够以高精度进行蓄电池的充电和放电控制。
图1示出了根据本发明实施例的车辆控制系统的整体配置。如图1简要示出，车辆控制系统包括电子控制单元(ECU)1，诸如汽油机和柴油机的发动机2，车用交流发电机(ALT)3及蓄电池电流检测装置(S)6。
电子控制单元1是用于控制安装至车辆的发动机2的输出的外部控制装置。车用交流发电机3通过皮带由发动机2的输出动力旋转驱动从而产生电能。车用交流发电机3将产生的电能供应至蓄电池2及其它电子负荷(未示出)。车用交流发电机3装备有发电控制装置4。发电控制装置4用作电压调节装置(或简称为调压器)，其能够控制励磁电流从而控制交流发电机3的输出电压。蓄电池电流检测装置6置于蓄电池5附近并且检测蓄电池5的各种条件，例如充电电流、放电电流及蓄电池5的温度。
图2为根据本发明实施例的车辆控制系统内的蓄电池电流检测装置6的详细框图。图2仅示出蓄电池电流检测装置6的主要元件。图2省略了将蓄电池电流检测装置6安装至蓄电池的安装组件及容纳蓄电池电流检测装置6主要元件的外壳。如图2所示，蓄电池电流检测装置6包括：分流电阻50，放大器52和60，模/数转换器(A/D转换器)54、62及82，电阻56及58，微型计算机64，驱动器70，数字通讯控制器72，发电条件信号存储单元74，发电控制信号存储单元76，温度传感器80，电能电路84，电容86及88。
分流电阻50是用于检测蓄电池5的充电电流和放电电流的电阻。分流电阻50的一个末端端子通过蓄电池接线夹501与蓄电池5的负极端子(-)电连接。分流电阻50的另一末端端子接地，即与大地电连接。例如，放大器52是用于对分流电阻50的两端之间的电压进行放大的差分放大器。A/D转换器54将放大电压转换为数字化数据。然后A/D转换器54将该数字化数据传输至微型计算机64。当微型计算机64接收到数字化数据时便将其储存。
电阻56及58构成除法电路以检测蓄电池5的端电压(或蓄电池电压)。除法电路的一个末端端子与蓄电池5的正极端子(+)电连接，而其另一末端端子电连接到大地。放大器60作为缓冲电路与由电阻56及58构成的除法电路的输出端电连接。A/D转换器62将放大器60的输出电压转换为数字化数据。然后A/D转换器62将该数字化数据传输至微型计算机64。
温度传感器80检测蓄电池5的温度。在检测蓄电池5的温度时，温度传感器80将对应于蓄电池5的检测温度的电压输出至A/D转换器82。
A/D转换器82将数字化数据传输至微型计算机64。微型计算机64接收来自A/D转换器82的数字化数据。微型计算机64还接收来自A/D转换器54及62的数字化数据。微型计算机64基于收到的数字化数据执行算术运算以获取蓄电池5的电池状态，如充电条件。微型计算机64基于蓄电池5的电池条件确定车用交流发电机3的调节电压。具体来说，微型计算机64基于温度传感器80检测的蓄电池5的检测温度对分流电阻50的温度特性进行补偿，从而检测正确的蓄电池5的充电和放电电流。微型计算机64储存并积累正确的充电和放电电流。微型计算机64利用积累的充电和放电电流判断蓄电池5的充电状态。微型计算机64基于判断结果及温度传感器80检测的蓄电池5的温度确定调节电压。例如，蓄电池5充电的电能越低，或温度传感器80检测的蓄电池5的温度越低，则微型计算机64越增加调节电压。
电能电路84为微型计算机64及其它电路的运转供应电能。
蓄电池电流检测装置6内的驱动器70及数字通讯控制器72通过通讯线路将控制信号传输至发电控制装置4或从发电控制装置4接收控制信号。如图2所示，该通讯线路连接发电控制装置4及蓄电池电流检测装置6的连接器503。
当驱动器70通过通讯线路接收到由发电控制装置4发出的数字调制信号(或发电条件传输信号)时，驱动器70将接收到的数字调制信号传输至数字通讯控制器72。数字通讯控制器72将数字调制信号解调为发电条件信号，然后将该发电条件信号储存到发电条件信号存储单元74。
当微型计算机64将发电控制信号储存到发电控制信号存储单元76内时，数字通讯控制器72按预定格式将该发电控制信号解调为数字化数据。
驱动器70通过通讯线路将该解调信号(或数字化解调信号)传输至发电控制装置4。
上述的根据本发明实施例的车辆控制系统在发电控制装置4与蓄电池电流检测装置6之间进行双向数据传输。本发明不局限于上述实施例。例如，车辆控制系统可以进行由蓄电池电流检测装置6至发电控制装置4的单向传输。由于减少了通讯方向的功能，所以这能够降低车辆控制系统的制造成本。
分流电阻50与放大器52构成电流检测单元6A。电阻56、58与放大器60构成电压检测单元6B。A/D转换器54、62、82、微型计算机64、驱动器70、数字通讯控制器72、发电条件信号存储单元74、发电控制信号存储单元76构成充电控制电路6C。
图3示出了根据本发明实施例的车辆控制系统内的蓄电池电流检测装置6的外观。另外，图3示出了模制组件，具有分流电阻50的电流检测单元6A、电压检测单元6B、充电控制电路6C、温度传感器80、电能电路84及其它元件装配并模制在该模制组件内。
如图3所示，蓄电池接线夹501与接地端子502从模制的蓄电池电流检测装置6突出。蓄电池接线夹501与蓄电池5的负极端子电连接。另一方面，接地端子502与大地电连接。
使用模制树脂将连接器503与蓄电池电流检测装置6装配在一起。蓄电池电流检测装置6通过连接器503内的导线与蓄电池5的正极端子电连接并且与发电控制装置4通讯。如前文所述，在前文所述的根据本发明实施例的车辆控制系统中，蓄电池电流检测装置6与蓄电池接线夹501装配在一起。即，蓄电池电流检测装置6与待连接到蓄电池5的端子装配在一起。
图4是分流电阻50与温度传感器80的装配状态的透视图。特别地，图4示出分流电阻50的实际形状以及温度传感器80与分流电阻50的装配状态。
另外，为简洁起见，图4省略了模制树脂、蓄电池电流检测装置6及其它元件。如图4所示，分流电阻50置于蓄电池接线夹501与接地端子502之间。温度传感器80在蓄电池接线夹501一侧固定在分流电阻50上。可以设计成使温度传感器80能够检测分流电阻50的温度。因此，温度传感器80可设置在与蓄电池5的负极(-)端子电连接的蓄电池接线夹501附近。
因为温度传感器80检测的分流电阻50的温度与蓄电池5的实际温度之间密切相关，所以可以基于温度传感器80的检测结果对蓄电池5的温度进行高精度检测。
当从电流检测单元6A、电压检测单元6B及温度传感器80接收到充电和放电电流、端电压和蓄电池5的温度时，充电控制电路6C基于接受到的这些数据判断蓄电池5的电池条件。接着充电控制电路6C确定车用交流发电机3的调节电压，并通过连接器503与数字通讯线路将包括调节电压在内的发电控制信号传输至发电控制装置4。
除了调节电压之外，还可以在通过数字通讯从蓄电池电流检测装置6传输至发电控制装置4的信号中附加其它数据项，诸如温度传感器80的检测值、车辆控制系统的故障信息等。
另外，就使用双向通讯来说，为了改进数字化数据通讯的可靠性，发电控制装置4将回波信号传输至充电控制电路6C。进一步地，发电控制装置4还可能将关于车用交流发电机3的发电条件的各类数据项传输至充电控制电路6C。
根据上述实施例的车辆控制系统内的蓄电池电流检测装置6，因为温度传感器80置于最优位置从而与蓄电池5的温度密切相关，所以能够使用温度传感器80检测蓄电池5的温度及分流电阻50的温度。因此根据本发明的车辆控制系统的结构能够提供一种廉价而精确的检测蓄电池5的温度的方法。该结构允许车辆控制系统基于蓄电池温度以高的精度执行蓄电池5的充电和放电控制。
再进一步来说，因为根据本发明的车辆控制系统的结构未限制蓄电池5在车辆中的安放位置，所以能够改进蓄电池5在车辆中的安装性。而且，因为根据本发明的车辆控制系统的结构能够高精度地检测分流电阻50的温度，所以能够对分流电阻50的温度特征进行高精确的补偿，而且还能够使用由具有较大温度系数的廉价材料制成的分流电阻50。进而能够降低车辆控制系统的制造成本。
本发明的范围不局限于上述实施例，可以将本发明的概念应用于各种变体。例如，虽然温度传感器80设置在分流电阻50上，但也能将温度传感器80设置在连接分流电阻50和蓄电池5的导体上。
(本发明的特征和效果)
根据本发明的另一方面，优选地，蓄电池电流检测装置具有分流电阻，并且使用该分流电阻检测蓄电池的充电和放电电流。同样优选地，将温度传感器设置在分流电阻上或设置在将蓄电池与分流电阻相互电连接的导体上。更为优选地，将蓄电池电流检测装置与蓄电池的电流流经的端子装配在一起。进一步优选地，蓄电池电流检测装置基于温度传感器检测的温度对分流电阻的温度特性进行补偿，然后检测蓄电池的充电和放电电流。
一般来说，由廉价材料制造的分流电阻的温度特性具有较大的波动。使用分流电阻与温度传感器的组合能够消除该缺陷。因为根据本发明的车辆控制系统的结构使用了分流电阻与温度传感器这种组合，所以能够降低车辆控制系统的制造成本。一般来说，形成分流电阻的材料与常用导线相比具有较大的电阻值。通过将温度传感器置于分流电阻上或置于将分流电阻电连接到蓄电池的导体上或者通过将温度传感器于蓄电池的端子装配在一起能够消除该缺陷。根据本发明的车辆控制系统中的蓄电池电流检测装置的结构能够高精度估算(或检测)蓄电池温度并降低其制造成本。
根据本发明的另一方面，优选地，蓄电池电流检测装置具有充电和放电控制电路，该控制电路基于温度传感器检测的温度设定由电压调节装置控制的调节电压。
根据本发明的另一方面，同样优选地，蓄电池电流检测装置具有充电和放电控制电路，该控制电路基于检测的充电和放电电流以及温度传感器检测的温度设定由电压调节装置控制的调节电压。通过将充电和放电控制电路整合在蓄电池电流检测装置中，可以不受任何噪声影响地设置调节电压。
根据本发明的另一方面，蓄电池电流检测装置连接到蓄电池的负极端子。来自或者进入蓄电池的大量电流供给至蓄电池电流检测装置。因为当车辆与其它车辆或障碍物相撞时蓄电池的负极端子不会发生短路，所以将蓄电池电流检测装置电连接到蓄电池负极端子的结构不会限制蓄电池在车辆内的放置位置。特别地，因为蓄电池电流检测装置与蓄电池负极端子电连接，所以该结构不受任何蓄电池在车辆内放置位置的限制。因此，该结构具有抑制蓄电池电流检测装置成本上升的特点。
根据本发明的另一方面，优选地，在蓄电池电流检测装置与电压调节装置之间进行数字化数据传输。与模拟数据传输相比，使用数字化数据传输能够改进数据传输的可靠性。
尽管已经对本发明的特定实施例进行了详细描述，但是本领域技术人员应该明白可以鉴于本公开的整体教示对这些细节做出各种变体和改进。因此，在此公开的特定布置仅是示例性的，其并不限制本发明的范围，本发明的范围由所附的权利要求及其所有等同物给出。