專利名稱：起動電機的方法和控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于利用電池起動電機(如用于驅(qū)動壓縮機的電機)的方法和控制系統(tǒng)。本發(fā)明尤其涉及一種用于以保護電池的方式起動電機的方法和控制系統(tǒng)。本發(fā)明尤其適合移動的應用場合，例如位于車輛或船只中的制冷器等。
背景技術：
當電機(如用于驅(qū)動壓縮機的電機)由電池供電時，通常在電機起動期間要求電池提供最大功率或者至少很接近最大功率。這樣的起動到持電池電壓下降，甚至可能導致電池電壓過低，從而存在電池可能損壞(collapse)的風險。在電池“電壓不足”(weak)和/或電池與電機之間的接線沒有以正確方式選定尺寸(dimenstion)的情況下也是如此，在這種情況下，電壓下降可能會產(chǎn)生這樣的影響，即，電機在起動期間根本沒有被起動。這是非常不期望看到的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種以保護電池不受損害的方式、利用電池起動電機的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種以即使電池電壓不足(weak)也能確保電池起動的方式、利用電池起動電機的方法。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種利用電池控制電機起動的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)能夠保護電池不受損害，并且確保電機正確起動。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，上述和其他目的通過提供一種起動電機的方法來實現(xiàn)，該方法包括步驟1)將電池連接到控制電機的電子單元的輸入端，從而從電池向電子單元提供電流，電子單元確保提供的電流不超過預定最大電流Imax，2)至少基本連續(xù)地測量電子單元輸入端上的輸入電壓Vinput，并且將Vinput與預定最小電壓Vmin進行比較，3)在Vinput小于Vmin的情況下，停止電機并且等待預定時間間隔，4)降低要從電池提供給電子單元的最大允許電流電平Imax，和5)重復步驟2)到4)，直到得到Vinput≥Vmin并且電機不再處于起動模式為止。
電子單元和電機自身最好由電池供電。因此，電機通常是DC電機。一旦電機運轉(zhuǎn)時，即，它不再處于起動模式時，電機從電池吸取的功率將顯著降低。在許多情況下，功率可以降低到在起動期間吸取的功率的1/3。在某些應用中，發(fā)電機將在電機正常運轉(zhuǎn)時確保電池的再充電，從而確保下次需要起動電機時電池被充分充電。
在控制電機的電子單元的輸入端上測量Vinput。因此，所測量的電壓是實際施加到電子單元的電壓，與從電池輸出的電壓相反。由于連接電池與電子單元的接線中的損耗，輸入到電子單元的電壓通常低于從電池輸出的電壓。這些損耗的大小可能取決于接線的類型和電池與電子單元之間的距離，即，接線的長度?；蛘?此外)，它可以取決于是否存在任何松散連接。
將測量的輸入電壓Vinput與預定最小電壓Vmin進行比較。這通常是利用微控制器執(zhí)行?；蛘?，可以使用使用相對簡單的比較器和電阻配置來執(zhí)行。
在Vinput小于Vmin的情況下，停止電機并且允許在開始另一次嘗試起動電機之前經(jīng)過預定時間間隔。在這段時間間隔期間，降低從電池提供到電子單元的最大允許電流電平Imax。從而也降低了在下一次起動電機的嘗試期間電池提供的功率。假設Vinput降低到Vmin以下的原因是與電池在沒有電池損壞危險的前提下實際能夠提供的相比，從電池吸取了過大的電流/功率。這可能是由具有錯誤選定尺寸(例如，截面不足)的接線或者電壓不足的電池引起的。因此，為了保護電池，如果輸入電壓降低到一定臨界值以下，則中止起動序列，并且在下一次嘗試起動電機之前，將電流(進而功率)限制在較低的值。
最好可以以這樣的方式選擇預定時間間隔，即，在電子單元中的一個或多個電子部件變得過熱以至于無法執(zhí)行正常的電機起動的情況下使電子部件能有足夠時間冷卻。或者(另外)，可以以這樣的方式選擇預定時間間隔，即，使電池的輸出電壓能增加到足以確保可以以恰當?shù)某晒C會執(zhí)行新的起動電機的嘗試。預定時間間隔可以是固定間隔，即，每次停止起動序列時允許經(jīng)過特定時間間隔，或者它可以是可變間隔，即，每次停止起動序列時(例如應當考慮到測量的輸入電壓、之前嘗試起動序列數(shù)等)單獨地設置特定等待時間。預定時間間隔可以在間隔10s(秒)到300s內(nèi)，例如間隔20s到200s內(nèi)、間隔30s到100s內(nèi)、近似60s。
從電池提供給電子單元的最大允許電流電平Imax的降低可以通過每次停止電機時將該電平降低指定量來執(zhí)行?；蛘撸琁max的降低可以通過每次停止電機時按前一電平的指定百分比將該電平降低來執(zhí)行。在這種情況下，每次停止電機時，Imax例如可以被降低的百分比在5％到50％的區(qū)間內(nèi)，如區(qū)間20％到40％內(nèi)，如30％或50％。
最好通過使用電阻兩端電壓與流過它的電流之間的公知關系、連續(xù)地測量與電子單元串聯(lián)的電阻兩端的壓降，來監(jiān)視從電池提供到電子單元的電流。該監(jiān)視可以通過微控制器來進行。從而，監(jiān)視提供的電流不超過Imax。
重復起動電機的嘗試，直到確定在Vinput不低于Vmin情況下電機被正常起動為止。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法，在保護電池不受損壞的同時確保電機成功起動。
在本說明書上下文中，術語“起動模式”應當理解為表示電機在起動期間所處的模式。因此，當電機正常運行時就不再處于起動模式。因此，只要電機處于起動模式，就重復根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法的步驟2)到4)，一旦電機正常運行，即，一旦電機以正確方式起動，就停止重復步驟。
概括地說，根據(jù)本發(fā)明的方法，如果輸入電壓降到臨界值以下從而有損壞電池的危險，則停止起動電機的嘗試。然而，重復起動電機的嘗試，直到電機實際上被正確起動為止。因此即使在電池“電壓不足”的情況下也確保起動電機，并且同時提供對電池的保護。
在本說明書上下文中，如果在多數(shù)起動嘗試期間不能起動電機，則認為電池“電壓不足”。在本說明書上下文中，提供低于電機停車(cut-out)極限的電壓的電池將被認為是“電力不足”的電池。
最好將Vmin選擇為保護電池不受損害所需的最小電壓?；蛘?，可以選擇較大值的Vmin以便進一步確保Vinput不降低到臨界值。
在本說明書上下文中，術語“損害”應當理解為表示電池變得不充電。然而，或者可以以這樣的方式選擇Vmin，使得保護電池不受永久損害，而不是防止它變得不充電。
該方法還包括對步驟2)到4)的重復次數(shù)進行計數(shù)的步驟。因此，在本實施例中，對嘗試的起動系列數(shù)進行計數(shù)。
在這種情況下，該方法還可以包括基于計數(shù)步驟確定電池是否存在故障的步驟。因此，在為了獲得電機的成功起動而需要許多次嘗試的情況下和/或在需要將從電池提供到電子單元的最大電流電平降低到很低電平的情況下，可能指示電池(或者一個或多個電池單元)也許需要更換或者需要再充電。
或者(另外)，該方法還可以包括基于所述計數(shù)步驟確定電池與電子單元之間的接線是否選定尺寸不當。這種選定尺寸不當可以是例如過長的導線，從而引起壓降。然而，接線的選定尺寸不當更常見地是由橫截面不足的導線引起的。這樣的導線將呈現(xiàn)相當大的電阻，因此導線上的壓降將較大，以至于電子單元不能“明了”實際的電池電壓，而是低得多的電壓(即，Vinput將顯著低于實際電池電壓)，因而不允許電機起動。
如果發(fā)現(xiàn)嘗試的起動序列(sequence)數(shù)很高以至于確定某些方面出問題，那么在多數(shù)情況下將不能容易地確定故障是由于電池電壓不足還是接線選定尺寸不當引起的。最好發(fā)生下面的操作。當嘗試的起動序列數(shù)超過預定值時，向操作者發(fā)送警告信號。警告信號可以是可視的(如閃光的形式(如二極管))、可聽的，或者它可以是任何其他適合的類型。當操作者接收到警告信號時，他或她將手工檢查電池和接線以便確定是什么引起了故障。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，上述和其他目的通過提供一種利用電池控制電機起動的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)，該控制系統(tǒng)包括用于至少基本連續(xù)地測量控制電機的電子單元輸入端上的輸入電壓Vinput的裝置，所述輸入電壓是由電池提供的，用于將Vinput與預定最小電壓Vmin進行比較的裝置，用于響應于比較裝置的輸出并且在Vinput小于Vmin的情況下產(chǎn)生對電機的停止信號從而停止電機的裝置，和用于響應于停止信號控制要從電池提供到電子單元的最大允許電流電平Imax的裝置。
應當理解，本領域技術人員能夠容易地認識到與本發(fā)明第一方面相關描述的特征也可以與本發(fā)明第二方面組合，反之亦然。
用于測量輸入電壓的裝置最好可以是或者包括連接在輸入端之間的電壓表。比較裝置最好是或者包括微控制器，但它也可以是或者包括相對簡單的比較器和電阻的配置。
用于控制最大允許電流電平的裝置可以是或者構(gòu)成微控制器的部件。
控制系統(tǒng)還可以包括用于對嘗試起動序列數(shù)計數(shù)的裝置。在用于控制最大允許電流電平的裝置是或者構(gòu)成微控制器的部件的情況下，該微控制器也可以執(zhí)行計數(shù)?；蛘撸梢酝ㄟ^單獨的微控制器執(zhí)行計數(shù)。
控制系統(tǒng)最好可以構(gòu)成電機起動器組件中的部件。電機最好可以用于驅(qū)動壓縮機，例如，屬于構(gòu)成制冷器系統(tǒng)的部件的這一類。因此，本發(fā)明非常適合電池驅(qū)動(即，可移動)的壓縮機應用，尤其是位于車輛、野營設備、船只等中的制冷器。由于這種壓縮機通常被定期接通和關斷以便獲得期望的制冷級別，因此本發(fā)明的方法和控制系統(tǒng)特別適用于這些應用。


現(xiàn)在將參照附圖詳細描述本發(fā)明，其中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明方法的流程圖，圖2是示出在起動序列期間測量的作為時間函數(shù)的輸入電壓的曲線圖，圖3示出經(jīng)由選定尺寸不當?shù)慕泳€連接到電子單元輸入端的電池，圖4示出連接到電子單元的輸入端的電壓不足的電池，以及圖5是示出在電機起動期間、電池提供的作為時間函數(shù)的最大允許電流電平Imax曲線圖。
具體實施例方式
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明方法的流程圖。一開始在步驟1，將電池連接到控制電機的電子單元的輸入端。接著在步驟2，測量輸入端之間的輸入電壓Vinput并且在步驟3，將Vinput與預定最小電壓Vmin進行比較。在比較結(jié)果顯示Vinput≥Vmin的情況下，處理繼續(xù)到步驟4，在步驟4檢查電機是否仍處于起動模式。如果電機仍處于起動模式，處理返回到步驟2。如果電機不再處于起動模式，則處理在步驟5結(jié)束。
如果在步驟3確定Vinput＜Vmin，則存在電池可能損壞的風險，因此在步驟6停止電機，在步驟7允許經(jīng)過預定時間間隔，并且在步驟8降低要從電池提供到電子單元的最大允許電流電平Imax。然后處理返回到步驟2。
因此，圖1的流程圖示出了一種方法，其中在電機被正常起動之前，即，只要電機處于起動模式反復測量Vinput以便監(jiān)視它是否變得小于Vmin。如果Vinput變得過小，則停止電機并且在降低Imax之后開始新的起動電機的嘗試。
圖2示出根據(jù)在起動序列期間測量的作為時間函數(shù)的輸入電壓Vinput。在控制要起動的電機的電子單元的輸入端之間測量輸入電壓Vinput。在圖2所示的例子中，電機驅(qū)動壓縮機。當電池一開始連接到輸入端時，Vinput很低，以至于不能執(zhí)行成功的壓縮機起動。因此，在Vinput大于開動(cut-in)電壓9(在本例中為11.7V)之前，不嘗試起動。然而，當達到該電壓電平時，可以執(zhí)行起動壓縮機的嘗試。在圖2所示的例子中，Vinput繼續(xù)增加，直到達到穩(wěn)定的電壓電平10為止。在嘗試起動11之前，維持該電壓電平。嘗試的起動將導致Vinput下降。由于在本例中電池電壓不足，因此Vinput將繼續(xù)下降直到它低于截止電壓12(在本例中為10.4V)為止。當發(fā)生這種情況時，將中止嘗試的壓縮機起動以保護電池。
圖3示出經(jīng)由接線14連接到電子單元16的輸入端15的電池13。在圖3中，將接線14顯示成很長的導線，以便說明接線14選定尺寸不當。選定尺寸不當?shù)慕泳€14的另一個例子可以是導線橫截面不足。在接線14選定尺寸不當?shù)那闆r下，可能難以提供足夠的輸入電壓給輸入端15。這在上面已經(jīng)進行了描述。因此，可能需要使用幾次嘗試以便正常起動電機。因此，通過對嘗試起動序列數(shù)進行計數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)接線14選定尺寸不當。
圖4也示出了經(jīng)由接線14連接到電子單元16的輸入端15的電池13。在圖4中，接線14以正確的方式選定尺寸，但電池13電壓不足。在這種情況下，可能難以提供足夠的輸入電壓給輸入端15。因此，與上述情形類似，通過對嘗試起動序列數(shù)進行計數(shù)，可以檢測出電壓不足的電池13。
圖5是示出在電機起動期間、電池提供的作為時間函數(shù)的最大允許電流電平Imax曲線圖。一開始Imax被設為相對較高的電平。在本例中，該電平是6A。由于輸入電壓低于如上所述的臨界低值，因此不得不中止這第一次起動電機的嘗試。結(jié)果，在開始下一次起動電機的嘗試之前，在t1將Imax降低50％，降低到3A。然而，與第一次嘗試一樣，這次嘗試被中止，結(jié)果在t2再次將Imax降低50％，降低到1.5A。如果該最大電流電平不足夠低以確保電機正常起動，則可以再次降低Imax。然而，圖5中沒有示出這種情況。
權利要求
1.一種用于起動電機的方法，該方法包括下列步驟1)將電池連接到控制電機的電子單元的輸入端，從而從電池向電子單元提供電流，電子單元確保提供的電流不超過預定最大電流Imax，2)至少基本連續(xù)地測量電子單元輸入端上的輸入電壓Vinput，并且將Vinput與預定最小電壓Vmin進行比較，3)在Vinput小于Vmin的情況下，停止電機并且等待預定時間間隔，4)降低要從電池提供給電子單元的最大允許電流電平Imax，和5)重復步驟2)到4)，直到得到Vinput≥Vmin并且電機不再處于起動模式為止。
2.如權利要求1所述的方法，其中，將Vmin選擇為保護電池不受損害所需的最小電壓。
3.如權利要求1或2所述的方法，還包括對步驟2)到4)的重復次數(shù)進行計數(shù)的步驟。
4.如權利要求3所述的方法，還包括基于所述計數(shù)步驟確定電池是否存在故障的步驟。
5.如權利要求3或4所述的方法，還包括基于所述計數(shù)步驟確定電池與電子單元之間的接線是否選定尺寸不當?shù)牟襟E。
6.一種利用電池控制電機起動的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括用于至少基本連續(xù)地測量控制電機的電子單元輸入端上的輸入電壓Vinput的裝置，所述輸入電壓是由電池提供的，用于將Vinput與預定最小電壓Vmin進行比較的裝置，用于響應于比較裝置的輸出并且在Vinput小于Vmin的情況下產(chǎn)生對電機的停止信號從而停止電機的裝置，和用于響應于停止信號控制要從電池提供到電子單元的最大允許電流電平Imax的裝置。
7.如權利要求6所述的控制系統(tǒng)，其中，所述用于控制最大電流電平的裝置是微控制器的部件或者形成微控制器的部件。
8.如權利要求6或7所述的控制系統(tǒng)，還包括用于對嘗試起動序列數(shù)計數(shù)的裝置。
9.一種電機的起動器組件，該起動器組件包括如權利要求6-8中任一個所述的控制系統(tǒng)。
10.如權利要求9所述的起動器組件，其中，電機用于驅(qū)動壓縮機。
全文摘要
一種用于起動電池驅(qū)動電機的方法，其中連續(xù)地測量輸入電壓。在輸入電壓變得低于預定最小電壓的情況下，停止起動電機的嘗試，并且在下一次嘗試之前降低從電池提供到電機的電子單元的最大允許電流電平。重復該操作直到輸入電壓大于最小電壓并且電機不再處于起動模式為止。該方法保護電池免受損壞。該方法適于起動用于驅(qū)動壓縮機的電池驅(qū)動電機?？梢詫L試的起動序列數(shù)進行計數(shù)，并且可以根據(jù)這確定電池電壓不足或者接線選定尺寸不當。此外公開了一種用于控制電機起動的控制系統(tǒng)。
文檔編號H02P1/02GK1897400SQ20061010640
公開日2007年1月17日 申請日期2006年7月14日 優(yōu)先權日2005年7月15日
發(fā)明者邁茨·安德森, 尼爾斯·彭德森, 朗恩·湯姆森, 亨里克·喬爾根森 申請人:丹佛斯壓縮機有限責任公司