ITMI970953A1 - Circuito di controllo della tensione di carica di una batteria di autoveicolo - Google Patents

Description

D E S C R I Z IO N E

annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo:

"CIRCUITO DI CONTROLLO DELLA TENSIONE DI CARICA DI UNA BATTERIA DI AUTOVEICOLO"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un circuito di controllo della tensione di carica di una batteria di autoveicolo.

Viene normalmente previsto un circuito di controllo della tensione di carica di una batteria fra una batteria di bordo ed un generatore di corrente alternata di un autoveicolo (generatore AC o ACG) azionato in combinazione con un motore a combustione interna, e vari pezzi dell'apparecchiatura di bordo sono alimentati dalla batteria e/o dall'ACG. Tipicamente, è necessario essere in grado di continuare il funzionamento del veicolo, anche quando la batteria è completamente scarica o scollegata per qualche motivo.

Il circuito rappresentato in figura 3 è noto come circuito convenzionale di controllo della tensione di carica di una batteria per motociclette, il quale è incorporato con un accorgimento per prevenire che la batteria si scolleghi. Nel circuito della figura 3 un ACG I è atto ad essere azionato da un motore a combustione interna che non è rappresentato sul disegno, ed il terminale di uscita della tensione dell'ACG 1 è collegato ad un terminale di carica CH di un circuito 12 di controllo della tensione di carica di una batteria.

Un terminale o morsetto di batteria BT che serve come terminale di uscita di tensione per il circuito 12 di controllo della tensione di carica della batteria è collegato ad un relè di lampeggiatore 3, una lampada di arresto o stop SL, e ad un circuito di controllo dell'accensione CDI che sono dati come esempi dell'apparecchiatura di bordo, come pure ad una batteria 4. Il relè del lampeggiatore 3 è collegato a lampade di lampeggiatori di sinistra e di destra LL e RL, e una o l'altra delle lampade di lampeggiatore scelta da un interruttore selettore SW1 può essere accesa ad intermittenza. Anche la lampada dello stop SW2 è selettivamente accesa mediante la chiusura di un interruttore SW2.

II circuito 12 di controllo della tensione di carica della batteria comprende un tiristore SCR che è collegato fra i due terminali CH e BT. Il nodo fra il terminale di carica CH ed un anodo del tiristore SCR è messo a terra attraverso un resistore RI, un diodo D5, ed un transistor Q1 che sono collegati in serie. Il nodo fra il resistore Ri ed il diodo D5 è collegato ad una porta (gate) del tiristore SCR attraverso un diodo collegato normalmente D2, e la porta è pure collegata al catodo del tiristore SCR ed al morsetto della batteria BT attraverso un resistore R2.

Il nodo fra il catodo del tiristore SCR ed il morsetto della batteria BT è messo a terra attraverso un diodo D3 collegato normalmente, un resistore R3, ed un condensatore CI che sono collegati in serie in questo ordine. Il nodo fra il diodo D3 ed il resistore R3 è collegato ad una base del transistor Q1 attraverso un diodo zener ZD.

In questo circuito 12 di controllo della tensione di carica di una batteria avente la struttura descritta sopra, in una condizione normale in cui la batteria 4 viene caricata elettricamente, la batteria è caricata dal componente di semionda positiva della tensione che appare al morsetto BT. Quando la tensione della batteria diventa più alta della tensione di soglia del diodo zener ZD, viene attivato il transistor Q1 per bloccare la corrente di porta o abbassare la tensione alla porta del tiristore, in modo da proibire l'accensione del tiristore SCR e pertanto evitare che la batteria si sovraccarichi. Ora, con riferimento alla figura 4, viene considerata una situazione in cui la batteria 4 non funziona, è scollegata o in altro modo sostanzialmente non in grado di fornire tensione elettrica. Quando la batteria è scollegata, ad esempio, il condensatore CI è caricato dal componente di semionda positiva della tensione applicata dall'ACG 1 al morsetto della batteria BT, e non appena la tensione attraverso il condensatore CI supera la tensione di soglia del diodo zener ZD, il transistor Q1 si accende. Ciò a sua volta fa sì che l'SCR sia spento e pertanto la tensione attraverso il condensatore CI cada nel tempo. Questa durata nel tempo dello stato di accensione ("on") del transistor Q1 è determinata dalla costante di tempo definita dal condensatore CI e dal resistore R3, e viene data la forma d'onda della tensione al morsetto della batteria BT ad esempio come rappresentato nel secondo diagramma dall'alto di figura 4. In altre parole, durante il tempo in cui il transistor Q1 è acceso, il tiristore SCR resta spento ("off") anche quando viene prodotta una tensione positiva al terminale di carica CH, e non viene prodotta nessuna tensione al morsetto della batteria BT. Così, la tensione al morsetto della batteria BT è regolata in modo da non aumentare oltre un certo livello prescritto, e si può evitare che la batteria 4 sia sovraccarica.

Tuttavia, quando una delle lampade dei lampeggiatori LL e RL è accesa con la batteria scollegata, si potrebbe sviluppare una tensione negativa al morsetto della batteria BT come rappresentato nel terzo diagramma dall'alto della figura 4, a causa di un'induttanza nel relè 3 del lampeggiatore. Pertanto, anche quando il transistor Q1 è acceso ed il nodo A è in uno stato di messa a terra, il terminale del catodo del tiristore SCR può diventare negativo, e può scorrere corrente elettrica nel catodo del tiristore SCR attraverso il resistore RI ed il diodo D2. Pertanto, l'accensione del tiristore SCR non può essere proibita, e può apparire una forma d'onda positiva al morsetto della batteria BT ad ogni ciclo, in modo che la tensione al morsetto della batteria BT non viene controllata, ed il carico collegato al morsetto della batteria BT può essere soggetto ad una tensione eccessivamente elevata.

Il circuito convenzionale di controllo della tensione di carica della batteria può funzionare in modo soddisfacente quando una batteria funzionante in modo appropriato è collegata al morsetto della batteria. Anche quando è collegato un carico induttivo al terminale di uscita del circuito di controllo, finché la batteria è collegata e funzionale, può assorbire la tensione negativa che deriva dall'accensione e dallo spegnimento del carico induttivo. Tuttavia, quando un carico induttivo è collegato al terminale di uscita del circuito di controllo, e la batteria è assente, la tensione negativa all'estremità di uscita del circuito di controllo può impedire un'azione appropriata di controllo del circuito di controllo, e l'alta tensione risultante che può essere prodotta nel circuito di controllo può portare a conseguenze indesiderabili, quali la necessità di usare componenti relativamente costosi che siano in grado di sopportare alte tensioni, e l'applicazione di tensioni indesiderabilmente elevate all'apparecchiatura di bordo.

In vista di tali problemi della tecnica anteriore, scopo primario della presente invenzione è quello di fornire un circuito di controllo della tensione di carica di una batteria per autoveicolo che possa impedire che qualsiasi tensione eccessivamente alta si sviluppi, anche quando la batteria è scollegata.

Un secondo scopo della presente invenzione è quello di fornire un circuito di controllo della tensione di carica di una batteria di autoveicolo che possa mantenere un funzionamento soddisfacente anche quando il carico comprende un componente induttivo.

Un terzo scopo della presente invenzione è quello di fornire un circuito di controllo della tensione di carica di una batteria di autoveicolo che sia economico da fabbricare e di uso affidabile in tutte le condizioni. Secondo la presente invenzione, questi ed altri scopi possono essere realizzati fornendo un circuito di controllo della tensione di carica di una batteria per autoveicolo che comprende: un morsetto di batteria atto ad essere collegato ad una batteria e ad un carico; un tiristore collegato in serie fra il terminale di carico ed il morsetto della batteria; e mezzi di prevenzione della sovratensione della batteria per proibire l'accensione del tiristore per impedire che qualsiasi sovratensione si sviluppi al morsetto della batteria quando una tensione rilevata al morsetto della batteria è più alta di un livello di soglia; e mezzi di derivazione ("bypass"} della corrente di porta collegati fra una porta del tiristore ed il morsetto della batteria per bypassare una corrente di porta al terminale della batteria, e pertanto impedire che la corrente di porta fluisca nella porta quando i mezzi di prevenzione di sovratensione sono operativi e viene rilevata una corrente negativa al morsetto della batteria.

Il morsetto della batteria può avere una tensione negativa, ad esempio, quando viene attivato e disattivato un carico avente un componente induttivo, con la batteria scollegata, o con la batteria completamente scarica. La tensione negativa che sorge dal carico può quindi essere applicata al morsetto della batteria. I mezzi di prevenzione di sovratensione della batteria per proibire selettivamente l'accensione del tiristore possono essere realizzati con qualsiasi mezzo che mantenga la tensione costante al morsetto della batteria, accendendo e spegnendo il tiristore secondo un'appropriata sincronizzazione. Tipicamente, i mezzi di prevenzione di sovratensione della batteria comprendono un elemento di commutazione quale un transistor che è atto ad abbassare selettivamente una tensione alla porta del tiristore quando attivato, ed un circuito temporizzatore quale un circuito a costante di tempo CR che mantiene l'elemento di commutazione attivato per un periodo di tempo prescritto quando una tensione rilevata al morsetto della batteria è più alta di un livello di soglia.

Per semplificare e nello stesso tempo bypassare efficacemente la corrente di porta sul lato di morsetto di batteria del tiristore, i mezzi di bypass della corrente di porta possono comprendere un diodo che è normalmente collegato fra un'estremità dell'elemento di commutazione lontana dal lato catodo del tiristore ed il lato morsetto di batteria del tiristore.

La presente invenzione viene ora descritta qui di seguito con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 è uno schema circuitale di una parte essenziale di un circuito di controllo della tensione di carica di un autoveicolo secondo la presente invenzione; - la figura 2 rappresenta diagrammi che mostrano varie forme d'onda secondo la presente invenzione;

- la figura 3 è uno schema circuitale di una parte essenziale di un circuito convenzionale di controllo della tensione di carica di un autoveicolo; e

- la figura 4 rappresenta diagrammi che mostrano varie forme d'onda secondo la tecnica anteriore.

La figura 1 mostra un circuito 2 di controllo della tensione di carica di un autoveicolo al quale è applicata la presente invenzione, e le parti della tecnica anteriore descritte sopra sono indicate con gli stessi riferimenti numerici. Mentre nella tecnica anteriore un diodo D5 è stato collegato al collettore del transistor Ql, il circuito della figura 1 secondo la presente invenzione comprende un diodo DI collegato all'emettitore del transistor Ql. Inoltre, il nodo fra l'emettitore del transistor Ql ed il diodo DI è collegato al morsetto della batteria BT attraverso un diodo D4 collegato normalmente. In questo modo, quando il transistor Ql è attivato con una tensione negativa prodotta al morsetto della batteria BT, la corrente di porta del tiristore SCR è bypassata al morsetto della batteria BT attraverso il transistor Q1 ed il diodo D4, e viene pertanto proibita l'accensione del tiristore SCR.

Se la batteria 4 è scollegata nel circuito della figura 1, il transistor Q1 è attivato non appena la tensione al morsetto della batteria supera la tensione di soglia definita dal diodo zener ZD, e ripete accensione e spegnimento ad intervalli regolari che dipendono dalla costante di tempo definita dal condensatore CI e dal resistore R3 nello stesso modo previsto nella tecnica anteriore .

Normalmente, lo stato acceso del transistor Q1 fa sì che la porta del tiristore SCR sia messa a terra, e quindi proibisce l'accensione del tiristore SCR. La durata di tempo dello stato spento del tiristore SCR è determinata dalla durata dello stato acceso del tiristore Ql. Pertanto, selezionando la durata di tempo dello stato spento del tiristore SCR in modo che sia sufficientemente lunga per impedire che appaia un livello di tensione positivo al morsetto della batteria BT in ciascun ciclo, è possibile impedire che appaia qualsiasi tensione eccessiva al morsetto della batteria BT anche quando la batteria è scollegata.

Quando il relè di lampeggiatore 3 è attivato con la batteria scollegata, viene prodotta una tensione negativa al morsetto della batteria BT a causa dell'induttanza del relè di lampeggiatore 3.

Secondo la presente invenzione, quando il transitor Q1 è acceso, la porta del tiristore SCR è collegata al morsetto della batteria BT. Come risultato, la tensione al nodo A, che è sul lato anodo del tiristore SCR, relativa al catodo del tiristore SCR è data come indicato nel diagramma in basso in figura 2. In altre parole, quando viene prodotta una tensione negativa al morsetto della batteria BT ed il transistor Q1 è acceso, poiché la tensione al nodo A (che è sul lato anodo del tiristore SCR) è abbassata dalla tensione negativa del morsetto di batteria BT, invece di stare al livello di terra, la porta non riceverebbe corrente sufficiente per accendere il tiristore SCR, ed il tiristore SCR resterebbe spento come indicato dal quarto diagramma dall'alto della figura 2.

La caduta di tensione nella linea che passa attraverso il diodo °D4 quando il transistor Q1 è acceso può essere fatta più bassa della tensione di soglia V-esima del tiristore SCR, come indicato dal diagramma sul fondo della figura 2, cosicché il tiristore SCR non si accenderebbe quando viene prodotta una tensione negativa al morsetto della batteria.

Così, secondo la presente invenzione, anche quando viene prodotta una tensione negativa al morsetto della batteria a causa dell'accensione e dello spegnimento di un carico avente un componente induttivo con la batteria scollegata, o con la batteria completamente scarica, bypassando la corrente di porta del tiristore SCR al morsetto della batteria, si impedisce al tiristore SCR di accendersi, cosicché si impedisce alla tensione al morsetto di batteria di alzarsi eccessivamente mediante il controllo di normali mezzi di prevenzione di spegnimento .

Sebbene la presente invenzione sia stata descritta nei termini di una sua forma di realizzazione preferita, è ovvio ad una persona esperta nel ramo che sono possibili vari cambiamenti e modifiche senza allontanarsi dall'ambito della presente invenzione che è esposto nelle allegate rivendicazioni.

Claims (5)

1. RIVENDICAZIONI 1) Circuito di controllo della tensione di carica di una batteria di autoveicolo, caratterizzato dal fatto di comprendere : - un terminale di carica collegato al terminale di uscita di un generatore AC; - un morsetto di batteria atto ad essere collegato ad una batteria e ad un carico; - un tiristore collegato in serie fra il terminale di carica ed il morsetto della batteria; e - mezzi di prevenzione della sovratensione della batteria per proibire l'accensione del tiristore per impedire che qualsiasi sovratensione si sviluppi al morsetto della batteria quando una tensione rilevata al morsetto della batteria è più alta di un livello di soglia; e - mezzi di derivazione ("bypass") della corrente di porta collegati fra una porta del tiristore ed il morsetto della batteria per bypassare una corrente di porta al terminale della batteria, e pertanto impedire che la corrente di porta fluisca nella porta quando i mezzi di prevenzione di sovratensione sono operativi e viene rilevata una corrente negativa al morsetto della batteria.
2. 2) Circuito di controllo della tensione di carica di una batteria di autoveicolo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i mezzi di prevenzione della sovratensione comprendono un elemento di commutazione che è atto ad abbassare selettivamente una tensione alla porta del tiristore quando attivato, ed un circuito temporizzatore che mantiene attivato l'elemento di commutazione per un periodo di tempo prescritto quando una tensione rilevata al terminale della batteria è più alta di un livello di soglia.
3. 3) Circuito di controllo della tensione di carica di una batteria di autoveicolo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che l'elemento di commutazione comprende un transistor.
4. 4) Circuito di controllo della tensione di carica di una batteria di autoveicolo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il circuito temporizzatore comprende un circuito a costante di tempo CR.
5. 5) Circuito di controllo della tensione di carica di una batteria di autoveicolo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che i mezzi di bypass della corrente di porta comprendono un diodo che è normalmente collegato fra un'estremità dell'elemento di commutazione lontana dal lato catodo del tiristore ed il lato morsetto di batteria del tiristore.