ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ АВТОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СТАРТЕРНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ И РАЗЪЕДИНИТЕЛЕМ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ В ЭТОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ
ELECTRICAL SYSTEM FOR VEHICLE, METHOD OF CONTROL OVER STARTER ENGINE AND DISCONNECTOR OF STORAGE BATTERIES IN SAID ELECTRICAL SYSTEM

Область техники
Настоящее изобретение относится к электрической системе для автотранспортного средства, согласно п.1 и способу, согласно п.7 формулы изобретения, для управления стартерным двигателем 10 и разъединителем аккумуляторных батарей в электрической системе автотранспортного средства. Изобретение относится также к компьютерному программному продукту, содержащему коды компьютерных программ, предназначенных для реализации способа согласно настоящему изобретению, и к электронному блоку управления.
Предшествующий уровень техники
Автотранспортное средство, получающее энергию от двигателя внутреннего сгорания, обычно оснащается стартерным электродвигателем для запуска двигателя внутреннего сгорания. Когда водитель автотранспортного средства активирует пусковое устройство, например, поворотом ключа зажигания или нажатием на кнопку пуска, ротор стартерного двигателя приводится в сцепление с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания и на стартерный двигатель подается электрический ток от аккумуляторной батареи, обеспечивая вращение вала двигателя внутреннего сгорания стартерным двигателем, тем самым обеспечивая возможность пуска двигателя внутреннего сгорания. Когда двигатель внутреннего сгорания запускается, стартерный двигатель отключается и отсоединяется от двигателя внутреннего сгорания.
Практическое осуществление, известное, например, из патентов US 6057666A, US 6229279B1, US 6275001B1, US 6545445B1 и US 6765312B1, касается электрической системы двигателя внутреннего сгорания со стартерным двигателем с возможностью оснащения первым набором аккумуляторных батарей, содержащим одну или более аккумуляторных батарей и предназначенным для питания электрическим током различных электропотребителей, и вторым набором аккумуляторных батарей, содержащим одну или более аккумуляторных батарей и предназначенным, в частности, для питания электрическим током стартерного двигателя. В настоящем описании и в формуле изобретения, приведенной ниже, выражение «набор аккумуляторных батарей потребителя» означает подобный первый набор аккумуляторных батарей, а выражение «набор пусковых аккумуляторных батарей» означает подобный второй набор аккумуляторных батарей. Соответствующие аккумуляторные батареи, образующие часть набора аккумуляторных батарей потребителя, будут называться здесь аккумуляторными батареями потребителя, тогда как соответствующие аккумуляторные батареи, образующие часть набора пусковых аккумуляторных батарей, будут называться пусковыми аккумуляторными батареями.
Посредством надлежащего управлении электрической системой, оснащенной потребительским и стартовым наборами пусковых аккумуляторных батарей и аккумуляторных батарей потребителя, можно гарантировать, что набор пусковых аккумуляторных батарей будет всегда оставаться заряженным и способным обеспечить электрический ток для запуска автотранспортного средства. Кроме того, использование набора аккумуляторных батарей потребителя и отдельного набора пусковых аккумуляторных батарей позволяет оптимизировать аккумуляторные батареи из соответствующих наборов аккумуляторных батарей согласно их назначению.
Краткое изложение существа изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание нового и полезного способа осуществления электрической системы типа определенной в п.1 формулы изобретения.
Согласно настоящему изобретению, названная задача достигается посредством создания электрической системы, имеющей признаки, определенные в п.1, и способа, содержащего этапы, определенные в п.7 формулы изобретения.
Согласно настоящему изобретению, стартерный двигатель, образующий часть электрической системы, и разъединитель батарей, образующий часть электрической системы, управляются посредством электронного устройства управления следующим образом:
- при запуске стартерного двигателя, разъединитель батарей всегда установлен в положение «выключено» для подачи электрического тока на стартерный двигатель от набора пусковых аккумуляторных батарей до пуска стартерного двигателя, и
- стартерный двигатель всегда выключается перед тем, как разрешается переключение разъединителя батарей из положения «включено» в положение «выключено» для отсоединения от стартерного двигателя набора пусковых аккумуляторных батарей.
Благодаря этому гарантируется, что разъединитель батарей всегда находится в положении «включено» и, следовательно, набор пусковых аккумуляторных батарей электрически соединен со стартерным двигателем до того, как стартерный двигатель запускается и, что стартерный двигатель всегда отключен перед тем, как разъединитель батарей переключается из положения «включено» в положение «выключено» для отсоединения набора пусковых аккумуляторных батарей от стартерного двигателя.
Разъединитель батарей стандартного типа обычно рассчитан на прерывание или пропускание электрических токов примерно до 300 А, и этого достаточно для потребителей общего применения, автотранспортного средства, не считая стартерного двигателя. Через стартерный двигатель в момент его запуска обычно проходит электрический ток, примерно, 1200-1500 А, а во время его работы электрический ток составляет в среднем около 600 А. Решение согласно настоящему изобретению позволяет использовать относительно недорогой разъединитель аккумуляторных батарей стандартного типа для подключения набора пусковых аккумуляторных батарей к стартерному двигателю электрической системы описываемого здесь типа, поскольку этому разъединителю аккумуляторных батарей не требуется прерывать или пропускать электрический ток одновременно с запуском стартерного двигателя или его работой. Кроме того, решение согласно настоящему изобретению - это простой и недорогой способ подключения отдельного набора пусковых аккумуляторных батарей к уже имеющейся электрической системе автотранспортного средства, поскольку это не повлечет за собой крупной перестройки этой имеющейся электрической системы.
Согласно варианту воплощения настоящего изобретения, устройство управления выполнено с возможностью после отключения стартерного двигателя для того, обеспечивать принятие положения «выключено» разъединителем батарей, тем самым разъединяя набор пусковых аккумуляторных батарей от генератора, который образует часть электрической системы, когда определено, что под действием генератора пусковая аккумуляторная батарея (или батареи) набора пусковых аккумуляторных батарей заряжена (заряжены) до заданной величины. Таким образом, предотвращается избыточная зарядка пусковых аккумуляторных батарей, что обеспечивает увеличение срока их службы и снижение потребления ими воды.
Другие преимущества электрической системы и способа согласно изобретению раскрыты ниже в зависимых пунктах формулы изобретения и в описании.
Изобретение относится также к компьютерным программным продуктам, имеющим признаки, указанные в п.12, и к электронному блоку управления, имеющему признаки, указанные в п.14.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительного варианта воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг.1 изображает структурную схему электрической системы, согласно варианту воплощения настоящего изобретения;
Фиг.2 изображает структурную схему электронного блока управления для выполнения способа согласно изобретению;
Фиг.3 изображает блок-схему, иллюстрирующую способ согласно варианту воплощения настоящего изобретения.
Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
На Фиг.1 схематически показан вариант воплощения электрической системы 1 согласно настоящему изобретению для автотранспортного средства, оснащенного двигателем внутреннего сгорания (не указан). Электрическая система 1 согласно изобретению содержит первый набор 2 аккумуляторных батарей, ниже называемый здесь набором аккумуляторных батарей потребителя, содержащим одну или более аккумуляторных батарей 3, ниже называемых аккумуляторными батареями потребителя, для подачи электрического тока к различным электропотребителям транспортного средства. Эти электропотребители схематически и все вместе представлены на Фиг.1 блоком 4 и содержат, например, различные блоки управления, осветительные приборы, охлаждающие приборы и другие всевозможные компоненты транспортного средства, приводимые в действие электрическим током. В показанном примере набор 2 аккумуляторных батарей потребителя соединен с электропотребителями 4 через центральный электрический блок 5, содержащий предохранители, реле и т.д.
Дополнительно, электрическая система 1 содержит второй набор 6 аккумуляторных батарей, ниже называемый здесь набором пусковых аккумуляторных батарей и содержащий одну или более батарей 7, ниже называемых стартерными батареями, для подачи электрического тока к стартерному двигателю 10 транспортного средства. Набор 6 пусковых аккумуляторных батарей параллельно соединен с набором 2 аккумуляторных батарей потребителя. В показанном примере набор 2 аккумуляторных батарей потребителя содержит две соединенные последовательно аккумуляторные батареи 3 потребителя, причем набор 6 пусковых аккумуляторных батарей содержит две соединенные последовательно пусковые аккумуляторные батареи 7. Однако число батарей в наборах 2, 6 аккумуляторных батарей может быть большим или меньшим двух, по требованию.
Набор 2 батарей аккумуляторных батарей потребителя и набор 6 пусковых аккумуляторных батарей соединяются с генератором 8 транспортного средства, приводимым в действие двигателем внутреннего сгорания, с тем, чтобы, во время работы этого двигателя внутреннего сгорания генерировать электрический ток для зарядки батарей 3, 7 из набора аккумуляторных батарей потребителя и набора пусковых аккумуляторных батарей и питания электропотребителей 4 транспортного средства. Транспортное средство может также содержать более одного такого генератора.
Стартерный двигатель 10 может получать электрический ток как от набора 2 аккумуляторных батарей потребителя, так и от набора 6 пусковых аккумуляторных батарей. Для обеспечения возможности управляемого соединения и разъединения набора 6 пусковых аккумуляторных батарей электрическая система 1 содержит разъединитель батарей 11, который способен переключаться между положением «выключено», в котором разъединитель батарей 11 выполнен с возможностью поддерживать набор 6 пусковых аккумуляторных батарей электрически разъединенным со стартерным двигателем, и положением «включено», в котором разъединитель батарей 11 может поддерживать электрическое соединение набора 6 пусковых аккумуляторных батарей со стартерным двигателем 10 для подачи на стартерный двигатель электрического тока от набора пусковых аккумуляторных батарей. Набор 6 пусковых аккумуляторных батарей электрически соединяется также с набором 2 аккумуляторных батарей потребителя, когда разъединитель батарей 11 находится в положении «включено», и отсоединен от набора 2 аккумуляторных батарей потребителя, когда разъединитель 11 находится в положении «выключено». Разъединитель 11 батарей соединяется последовательно со набором 6 пусковых аккумуляторных батарей и параллельно с набором 2 аккумуляторных батарей потребителя, следовательно, он не оказывает действия на соединение набора 2 аккумуляторных батарей потребителя с электропотребителями 4, либо на соединение с набором 2 аккумуляторных батарей потребителя и стартерным двигателем 10.
Разъединитель батарей 11 выполнен с возможностью также:
- в положении «включено» поддерживать электрическое соединение набора 6 пусковых аккумуляторных батарей с генератором 8, чтобы, благодаря этому, обеспечить подачу электрического тока от генератора к набору 6 пусковых аккумуляторных батарей для зарядки пусковых аккумуляторных батарей 7 из набора пусковых аккумуляторных батарей;
- в положении «выключено» поддерживать набор 6 пусковых аккумуляторных батарей электрически отсоединенным от генератора 8.
Разъединитель 11 батарей и стартерный двигатель 10 управляются посредством электронного устройства 12 управления, которое в представленном примере содержит электронный блок 13 управления, выполненный с возможностью управлять как разъединителем 11 батарей, так и стартерным двигателем 10. В других случаях электронное устройство 12 управления может содержать два отдельных, но взаимосвязанных электронных блока управления, один из которых управляет переключением разъединителя батарей, а другой - переключением стартерного двигателя.
Разъединитель 11 батарей выполнен преимущественно в виде реле, которое традиционно содержит прерыватель 11a цепи и электромагнит 11b. Прерыватель 11a цепи под действием электромагнита 11b замыкается, когда на электромагнит подается электрический ток, и возвращается в разомкнутое состояние, когда подача электрического тока на электромагнит прекращается. В примере, показанном на Фиг.1, разъединитель 11 батарей переключается из положения «выключено» в положение «включено» при подаче питания на выход 13a блока 13 управления. Этот выход соединен с электромагнитом 11b разъединителя батарей. Разъединитель 11 батарей соответственно поддерживается в положении «включено», пока выход 13a остается запитанным, и переключается в положение «выключено», когда подача питания на выход 13a прекращается. Разумеется, разъединитель батарей может быть какого-то иного типа, нежели изображенный на Фиг.1.
Устройство 12 управления соединяется со пусковым средством 14 транспортного средства. Пусковое средство 14 может содержать, например, пусковое устройство, приводимое в действие водителем транспортного средства, например, нажатием кнопки пуска или поворотом ключа зажигания, и способное при приведения в действие генерировать сигнал пуска для запуска стартерного двигателя транспортного средства. Приведение в действие пускового устройства водителем генерирует сигнал пуска, который посылается на устройство 12 управления, выполненное с возможностью, при принятии сигнала пуска от пускового средства 14, обеспечивать принятие положения «включено» разъединителем 11 батарей с последующим запуском стартерного двигателя 10, чтобы тем самым гарантировать, что разъединитель 11 батарей будет находиться в положении «включено» перед запуском стартерного двигателя. Пусковое средство 14 также может быть выполнено с возможностью автоматически генерировать сигнал пуска для запуска стартерного двигателя транспортного средства, если детектируется, что двигатель внутреннего сгорания транспортного средства нуждается в запуске после того, как последний был автоматически выключен в отсутствии движения транспортного средства, например, если детектируется, что температура в водительской кабине достигла такого уровня, что необходимо включить систему кондиционирования воздуха транспортного средства, либо если детектируется, что водитель намеревается занять автомобиль в движение.
Устройство 12 управления выполняется преимущественно с возможностью, при принятии сигнала пуска от пускового средства 14, обеспечивать запуск стартерного двигателя 10 с заданной временной задержкой, после того как устройство управления обеспечивает принятие положения «включено» разъединителем 11 батарей.
При запуске стартерного двигателя 10 ротор стартерного двигателя входит в сцепление с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, одновременно контакт в стартерном двигателе замыкается, так что на стартерный двигатель может подаваться электрический ток. Следовательно, разъединитель 11 батарей должен переключиться в положение «включено» до того, как замкнется контакт в стартерном двигателе 10. Если контакт в стартерном двигателе 10 замкнут, стартерный двигатель может получать электрический ток от наборов 2, 6 аккумуляторных батарей электрической системы, после чего стартерный двигатель должен начать вращать коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания и тем самым дать последнему возможность запуститься. Так как набор 6 пусковых аккумуляторных батарей параллельно соединен с набором 2 аккумуляторных батарей потребителя, на стартерный двигатель 10 начинает подаваться ток от того набора батарей, чей запас энергии больше. В нормальном состоянии пусковые аккумуляторные батареи 7 набора 6 пусковых аккумуляторных батарей должны быть заряжены полностью или хотя бы близко к тому и, следовательно, должны обладать большим запасом энергии при запуске транспортного средства, что гарантируется отсоединением набора пусковых аккумуляторных батарей с помощью разъединителя 11 батарей от энергопотребителей 4 транспортного средства от набора 2 аккумуляторных батарей потребителя, если пусковые аккумуляторные батареи 7 из набора пусковых аккумуляторных батарей заряжены до требуемой величины после запуска двигателя внутреннего сгорания транспортного средства.
Устройство 12 управления выполнено преимущественно с возможностью вызвать отключение стартерного двигателя 10, когда традиционным образом, например мониторингом скорости двигателя внутреннего сгорания, детектируется, что двигатель внутреннего сгорания запущен, вследствие чего указанный контакт в стартерном двигателе 10 размыкается и ротор стартерного двигателя 10 расцепляется от коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания. Устройство 12 управления выполнено с возможностью обеспечивать переключение разъединителя 11 батарей из положения «включено» в положение «выключено» только после того, как устройство 12 управления вызвало отключение стартерного двигателя 10, благодаря чему гарантируется, что стартерный двигатель 10 отключится до того, как разъединитель 11 батарей будет вынужден занять положение «выключено».
Устройство 12 управления выполнено преимущественно с возможностью, после того как стартерный двигатель 10 отключен, обеспечивать принятие положения «выключено» разъединителем 11 батарей, когда устройство 12 управления определило либо получило информацию о том, что пусковые аккумуляторные батареи 7 из набора пусковых аккумуляторных батарей заряжены до заданной величины. Устройство 12 управления выполнено, например, с возможностью обеспечивать принятие положения «выключено» разъединителем 11 батарей, когда пусковые аккумуляторные батареи 7 заряжались в течение заданного времени зарядки. Эта зарядка по времени может выполняться, например, если после момента запуска двигателя внутреннего сгорания в электрической системе 1 имеется достаточное напряжение для зарядки пусковых аккумуляторных батарей 7, т.е. если устройство 12 управления определило либо получило информацию о том, что уровень напряжения в электрической системе достигает напряжения зарядки, предусмотренного для пусковых аккумуляторных батарей. Требуемый уровень зарядки пусковых аккумуляторных батарей 7 может определяться также какими-то другими традиционными способами.
Во избежание разрядки пусковых аккумуляторных батарей 7 устройство 12 управления выполняется преимущественно с возможностью, после того как стартерный двигатель 10 отключен и перед тем как устройство 12 управления определило, либо получило информацию о том, что пусковые аккумуляторные батареи 7 заряжены до заданной величины, обеспечивать принятие положения «выключено» разъединителем 11 батарей, если устройство 12 управления определило или получило информацию о том, что напряжение в электрической системе 1 ниже, чем напряжение зарядки, предусмотренное для пусковых аккумуляторных батарей 7, а затем обеспечивать принятие положения «включено» разъединителем 11 батарей, если устройство 12 управления определило или получило информацию о том, что напряжение электрической системы 1 достигло напряжения зарядки. В этом случае в качестве времени зарядки учитываются лишь периоды, в течение которых разъединитель батарей 11 находился в положении «включено».
На Фиг.3 изображена блок-схема, иллюстрирующая вариант воплощения способа управления стартерным двигателем 10 и разъединителем 11 батарей в электрической системе 1 типа, изображенной на Фиг.1 согласно настоящему изобретению. На первом этапе S1 устройство 12 управления электрической системы определяет, сгенерирован ли сигнал пуска. Если сигнал имеется, устройство 12 управления на втором этапе S2 обеспечивает принятие положения «включено» разъединителем 11 батарей для подключения набора 6 пусковых аккумуляторных батарей электрической системы к стартерному двигателю 10. Затем, на третьем этапе S3, устройство 12 управления запускает стартерный двигатель 10. На четвертом этапе S4 устройство 12 управления определяет, запустился ли двигатель внутреннего сгорания транспортного средства. Если он запустился, устройство 12 управления на пятом этапе S5 обеспечивает отключение стартерного двигателя 10. На шестом этапе S6 устройство 12 управления определяет, заряжены ли до заданной величины пусковые аккумуляторные батареи 7 из набора пусковых аккумуляторных батарей. Если они заряжены, то на седьмом этапе S7 устройство 12 управления обеспечивает принятие положения «отключено» разъединителем 11 батарей.
Коды компьютерных программ для выполнения способа согласно настоящему изобретению содержатся преимущественно в компьютерной программе, которая может считываться в оперативную память компьютера, такую как оперативная память электронного блока управления автотранспортным средством. Такая компьютерная программа обеспечивается преимущественно в виде компьютерного программного продукта, содержащего накопитель данных считываемый электронным блоком управления и на котором хранится компьютерная программа. Указанный накопитель данных - это, например, оптический накопитель в виде CD ROM диска, DVD диска и т.д., магнитный накопитель в виде жесткого диска, дискеты, кассеты с магнитной лентой либо запоминающее устройство типа ROM (постоянное запоминающее устройство, ПЗУ), PROM (программируемое ПЗУ), EPROM (очищаемое программируемое ПЗУ), EEPROM (электронное очищаемое программируемое ПЗУ) или флеш-память (электронный накопитель с параллельным стиранием).
Компьютерный программный продукт согласно варианту воплощения изобретения содержит коды, побуждающие электронное устройство управления в электрической системе типа изображенной на Фиг.1.:
- при приеме сигнала пуска от пускового устройства обеспечивать принятие положения «включено» разъединителем батарей, после чего обеспечивать запуск стартерного двигателя, чтобы благодаря этому гарантировать, что разъединитель батарей перед запуском стартерный двигатель находится в положении «включено», и
- при отключении стартерного двигателя обеспечивать отключение стартерного двигателя и лишь после этого допускать переключение разъединителя батарей из положения «включено» в положение «выключено», чтобы благодаря этому гарантировать, что стартерный двигатель отключается до того, как разъединитель батарей переходит в положение «выключено».
На Фиг.2 схематически представлен электронный блок 13 управления, содержащий исполняющее средство 31, такое, как блок центрального процессора (CPU), для исполнения компьютерных программ. Исполняющее средство 31 связано с запоминающим устройством 33, например, типа RAM, посредством шины 32 передачи данных. Блок 13 управления содержит также накопитель 34 данных, например, в виде запоминающего устройства типа ROM, PROM, EPROM, EEPROM или флеш-памяти. Исполняющее средство 31 связано с накопителем 34 данных шиной 32 передачи данных. Компьютерная программа, содержащая программные коды для выполнения способа согласно изобретению, например, в соответствии с вариантом воплощения, изображенным на Фиг.3, хранится на накопителе 34 данных.
Настоящее изобретение предназначено для использования в автотранспортном средстве, например в легковом автомобиле, автобусе, тракторной технике или в грузовом автомобиле.
Изобретение, разумеется, никоим образом не ограничивается воплощениями, описанными выше, поскольку специалистам в данной области техники, очевидно множество возможностей модификации этих примеров, не связанных с отступлением от основной концепции изобретения, как она определена в прилагаемой формуле изобретения.