JP2005073479A - Vehicular power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両に搭載される発電機を用いた車両用電源装置に関するものである。 The present invention relates to a vehicle power supply device using a generator mounted on a vehicle.
従来の発電機の発電電圧制御は、バッテリの充電状態を維持するため、発電機温度やバッテリ温度、走行状態等によって発電電圧を制御していた。 In the conventional generator voltage control of the generator, the generator voltage is controlled by the generator temperature, the battery temperature, the running state, etc. in order to maintain the charged state of the battery.
バッテリの充電状態を維持する目的に発電機の発電電圧を設定すると、発電電圧は常にバッテリの開放電圧以上の電圧に設定しているため、余分な電力を発電することになり、車両の燃費が悪化するという問題があった。 If the generator voltage is set to maintain the state of charge of the battery, the generated voltage is always set to a voltage higher than the open circuit voltage of the battery. There was a problem of getting worse.
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、発電機の発電電圧をバッテリの開放電圧以下にしても、バッテリを充電する車両用電源装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a vehicular power supply device that charges a battery even when the power generation voltage of the generator is made equal to or lower than the open circuit voltage of the battery.
上記の目的を達成するため、本発明においては、車両用電源装置において、発電機の発電余力(発電率)に基づいて、発電電圧を変更する構成としている。 In order to achieve the above object, in the present invention, the vehicular power supply apparatus is configured to change the power generation voltage based on the power generation surplus (power generation rate) of the generator.
本発明によれば、発電機の発電余力が所定の値を超えた場合には、発電電圧を車両の電装負荷が作動可能な電圧以上で、バッテリの開放電圧未満に制御することにより、車両の燃費の向上を図る効果が得られる。 According to the present invention, when the power generation surplus of the generator exceeds a predetermined value, the generated voltage is controlled to be equal to or higher than the voltage at which the vehicle electrical load can be operated and less than the open circuit voltage of the battery. The effect of improving fuel consumption can be obtained.
以下、図面を用いて本発明の第1の実施の形態について説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings described below, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof is omitted.
本発明の第1の実施の形態について、図1〜4、表1を用いて説明する。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は本発明の第1の実施の形態の回路構成図である。この図1を用いて本発明の第1の実施の形態の構成を説明する。エンジンの回転により発電する発電機1の固定子巻線101に発生した発電電圧は3相全波整流器102により整流され、コンデンサ106で平滑化された後、出力端子110から出力され、この発電機出力は電装負荷17と、リレーA(第1のスイッチ手段)12を介してDC/DCコンバータ(昇圧手段)14と、リレーB(第2のスイッチ手段)13を介してバッテリ16に供給される。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a first embodiment of the present invention. The configuration of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The generated voltage generated in the stator winding 101 of the generator 1 that generates power by the rotation of the engine is rectified by the three-phase full-
発電電圧は回転子に巻かれた励磁巻線103に供給する励磁電流により制御され、その励磁電流の制御は負荷量検出部105および発電電圧制御部(発電電圧制御手段)7によって制御される。一方、励磁電流を検出することにより、発電率検出部(発電余力検出手段)4が発電機1の発電率(発電余力)を検出し、発電機1の出力電圧は出力電圧検出回路2で検出され、回転数は回転数検出部3で検出され、それぞれ出力電圧、回転数、発電率を総合制御部6に供給している。総合制御部6はこれらの情報を基に発電電圧制御部7やリレー制御部(スイッチ制御手段)8を制御する。
The generated voltage is controlled by the exciting current supplied to the
タイマー5は発電機1の発電率が所定の発電率以下または超えた時点を総合制御部6から受け、その時点から所定の時間を計測し、所定の時間経過を総合制御部に伝える。リレー制御部8は総合制御部6の指令を受け、リレーA12、リレーB13のオン(閉路)/オフ(開路)を制御する。DC/DCコンバータ14は発電機1の出力電圧をバッテリ16を充電するに必要な電圧に昇圧する。電流検出部15はDC/DCコンバータ14からバッテリ16への充電電流を測定する。
The
バッテリ温度検出部(バッテリ温度検出手段)10およびバッテリ電圧検出部11はそれぞれバッテリの温度と電圧を検出し、それらの値を昇圧電圧制御部(昇圧制御手段)9に与える。昇圧電圧制御部9はバッテリの温度、電圧およびバッテリ充電電流に基づいて、DC/DCコンバータ14の出力電圧を制御する。
The battery temperature detection unit (battery temperature detection means) 10 and the battery
次に本発明の第1の実施の形態の動作について、図1〜4、表1を用いて説明する。図2は本発明の第1の実施の形態の動作を示すタイムチャート、図3は本発明の第1の実施の形態の全体的な動作の概要を示すフローチャートであり、これら図1、図2、図3に沿い車両用電源装置の概略的な動作を説明する。 Next, the operation of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a time chart showing the operation of the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a flowchart showing an overview of the overall operation of the first embodiment of the present invention. A schematic operation of the vehicle power supply device will be described with reference to FIG.
エンジンが始動し、発電機1が発電を開始すると、図3の301に示すように、まずリレーA12をオフ、リレーB13をオンにセットする。なおこれらリレーA12がオフ、リレーB13がオンのリレーの状態はエンジンが停止している場合(発電機1の出力が零)にもバッテリ16から電装負荷17に電力を供給するために保たれている。またこれらのリレーA12がオフ、リレーB13がオンの状態は発電機1が出力している状態では、電装負荷17にバッテリ16と発電機1の両方から電力を供給するモード(このリレーA12がオフ、リレーB13がオンのモードをオンモードと称する)であり、電装負荷17が大きく、発電機1の発電電力だけではまかない切れなくなっている重負荷状態に取るモードである。それ由、発電機1は出力電圧Valtをバッテリ16の開放電圧Vb、例えば12.8V以上(Valthi)に上げるよう動作を始め(302)、電装負荷17が大きい状態が続く場合は発電機1の出力電圧ValtはValthi(発電率100%)を維持(303でNの場合)する。この状態が図2のオンモード状態である。
When the engine is started and the generator 1 starts generating power, first, as shown by 301 in FIG. 3, the relay A12 is turned off and the relay B13 is turned on. The relay state in which the relay A12 is off and the relay B13 is on is maintained to supply power from the battery 16 to the
一方、発電機1の発電量に比べ電装負荷17が小さければ、発電機1は負荷量検出部105で電装負荷17が小さいことを検出し、励磁電流を制御し発電率Dfを下げる。発電率Dfが第2の所定の発電率Dlo以下(第2の所定の余力以上)となった場合(303でYの場合であり、図2ではdの時点である)、タイマー5をセットし、第1の所定の時間Tset1の計時を開始(304)する。第1の所定の時間Tset1以内に発電率Dfが第2の所定の発電率Dloより高い第1の所定の発電率Dhiを超えれば(第1の所定の余力未満となれば、305でNの場合)、タイマー5をリセット(304のR)し、リレーA12がオフ、リレーB13がオンの状態(オンモード)を継続する。
On the other hand, the smaller the
しかし第1の所定の時間Tset1以内の間、発電率Dfが第1の所定の発電率Dhi以下を継続すれば(305でYの場合)、リレーA12をオンし、リレーB13をオフ(307、図2ではeの時点)する(このリレーA12がオン、リレーB13がオフのモードをオフモードと称する)。すなわち、発電率Dfが所定の発電率以下の場合(発電余力が所定の余力以上の場合)にはオフモードとする。更に、出力電圧Valtをバッテリ16の開放電圧Vb(例えば12.8V)未満で、電装負荷17の作動電圧以上の出力電圧Valteco(例えば12.2V)となるように発電電圧制御部7で制御するが、リレーA12がオン、リレーB13がオフし電装負荷17への電力供給が出力電圧Valthiを発電していた発電機1の出力とバッテリ1の電圧から出力電圧Valtecoを発電する発電機1のみに切り替わるために、発電機1が出力電圧を急激にValtecoにした場合、電装負荷17への短時間での電圧変動が大きくなり、ヘッドランプ等がちらついたりするため、発電機1の出力を出力電圧Valtecoに向け徐励制御(308)する。この状態を図2に徐励1として示している。一方、オフモード時にはバッテリ16は出力電圧Valteco(例えば12.2V)をDC/DCコンバータ14で例えば14.2Vに昇圧した電圧で充電される。
However, if the power generation rate D f continues to be equal to or lower than the first predetermined power generation rate D hi within the first predetermined time T set1 (Y in 305), the relay A12 is turned on and the relay B13 is turned off. (307, time point e in FIG. 2) (This mode in which the relay A12 is on and the relay B13 is off is referred to as an off mode). That is, when the power generation rate D f is equal to or less than the predetermined power ratio (power margin is equal to or greater than a predetermined margin) to off mode in. Further, the generated voltage control unit 7 controls the output voltage V alt so that the output voltage V alt is less than the open circuit voltage V b (for example, 12.8 V) of the battery 16 and equal to or higher than the operating voltage of the electrical load 17 (for example, 12.2 V). in but controlled, relay A12 is turned on, the relay B13 to power off and the output voltage V Alteco from the voltage of the output and the battery 1 of the generator 1, the power supply is not generating power output voltage V Althi to the
以上述べた各モードにおける負荷条件、対応電源およびDC/DCコンバータ14の出力電圧Vdd、発電機1の出力電圧Valtの一例を表1に示す。
Table 1 shows an example of the load condition, the corresponding power supply, the output voltage V dd of the DC /
次に、低い出力電圧Valtecoを電装負荷17に供給しているときに、図2に示すように車両速度が遅くなり発電機1の発電量が減少する場合、発電機1が発電率Dfを高め電装負荷17に対応して行くが、発電率Dfが第1の所定の発電率Dhiを超えた場合(309のYの場合、図2のaの時点)、タイマー5をセットし、第2の所定の時間Tset2の計時を開始(310)する。第2の所定の時間Tset2以内に発電率Dfが第2の所定の発電率Dlo未満になった場合(311のNの場合)はタイマー5をリセット(310のR)し、リレーA12がオン、リレーB13がオフの状態(オフモード)を保つ。
Next, when the low output voltage V alteco is supplied to the
しかし、発電率Dfが第2の所定の時間(Tset2)以内の間、第2の所定の発電率Dlo以上を継続した場合(311のYの場合)には、まず、リレーA12とリレーB13の両方をオフ(313)し、バッテリの開放電圧Vbをバッテリ電圧検出回路11で検出(314)する。更に、次のリレーA12をオフし、リレーB13をオンすることによる、出力電圧Valtecoからバッテリ16の電圧に変化する電装負荷17への急激な電圧変動を避けるため、発電機1を出力電圧Valthiに向け徐励(315、図2では徐励2として記載)する。その後、リレーA12をオフにしたまま、リレーB13をオンに切り替え(316、図2ではcの時点)、電装負荷17に対して発電機1とバッテリ16から電力を供給する。すなわち、発電率Dfが所定の発電率を超えた場合(発電余力が所定の余力未満の場合)にはオンモードとする。
However, if the power generation rate D f continues to be greater than or equal to the second predetermined power generation rate D lo within the second predetermined time (T set2 ) (in the case of 311 Y), first, the relay A12 and Both relays B13 are turned off (313), and the battery open circuit voltage Vb is detected (314) by the battery
次に、図2に示すように車両の速度が速くなり、発電率Dfが第2の所定の発電率Dlo以下となった場合(303でYの場合)、タイマー5をセットし、第1の所定の時間Tset1の計時を開始(304)する。この動作以後の説明は先に行ったので説明は省略する。
Next, as shown in FIG. 2, when the vehicle speed increases and the power generation rate D f becomes equal to or lower than the second predetermined power generation rate D lo (when Y in 303), the
上記のように第1、第2の所定の発電率および第1、第2の所定の時間を設定することにより、急激な負荷変動や、発電率変動により直ちにリレーA12、リレーB13が切り替わることを防御でき、無用なスイッチング動作を抑制できる。 By setting the first and second predetermined power generation rates and the first and second predetermined times as described above, the relay A12 and the relay B13 can be immediately switched due to sudden load fluctuations or power generation fluctuations. It can be protected and unnecessary switching operations can be suppressed.
なお、上記説明では車両の速度が遅くなり、発電機1が発電率Dfを高めた場合の説明をしたが、車両の速度が変化しなくても、電装負荷17が例えばクーラーの使用等により増加した場合にも、発電率Dfが高まるため、リレーA12をオフ、リレーB13をオンに切り替える状況が起こりえることは明らかであり、また、リレー切替の条件を発電機の余力(発電率)としてきたが、エンジンの回転数、車両速度等から、リレー切替の条件を推定することも可能である。
In the above description, the case where the speed of the vehicle becomes slow and the generator 1 increases the power generation rate Df has been described. However, even if the speed of the vehicle does not change, the
次に本発明の第2の実施の形態について図1、図5、図6を用いて動作を説明する。なお、回路構成については図1と同一であるので説明は省略する。 Next, the operation of the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1, FIG. 5, and FIG. The circuit configuration is the same as in FIG.
本発明の第2の実施の形態では、オンモード時の発電機1の余力を判定する閾値をオフモード時の余力を判定する閾値より小さく設定(発電率としては大きく設定)していることである。図5に示すようにオンモード時には第4の所定の発電率Dlon(第4の所定の余力)として第2の所定の発電率Dloを超え、第1の所定の発電率未満(D1o<Dlon<Dhi)とし、第3の所定の発電率Dhin(第3の所定の余力)として第1の所定の発電率Dhiを超える(Dhin>Dhi)値に設定する。 In the second embodiment of the present invention, the threshold for determining the surplus power of the generator 1 in the on mode is set to be smaller than the threshold for determining the surplus power in the off mode (the power generation rate is set to be large). is there. As shown in FIG. 5, in the on-mode, the fourth predetermined power generation rate D lon (fourth predetermined remaining power) exceeds the second predetermined power generation rate D lo and is less than the first predetermined power generation rate (D 1o <D lon <D hi ), and a third predetermined power generation rate D hin (third predetermined remaining power) is set to a value that exceeds the first predetermined power generation rate D hi (D hin > D hi ).
次に図6のフローチャートを用いて説明する。図6のフローチャートにおいて、図3と同じく301に示すように、まずリレーA12をオフ、リレーB13をオンにセットし、オンモードに設定する。発電機1は出力電圧をValthiに高めるべく発電電圧制御部7より制御されるが、発電率Dfが第4の所定の発電率Dlon以下(第4の所定の余力以上)となった(603でYの場合)時点(図5のdの時点)に、タイマー5をセットし、第1の所定の時間Tset1の計時を開始(304)する。第1の所定の時間Tset1以内に発電率Dfが第3の所定の発電率Dhinを超えれば(第3の所定の余力未満となれば、605でNの場合)タイマー5をリセット(304のR)し、リレーA12がオフ、リレーB13がオンの状態(オンモード)を持続する。
Next, a description will be given using the flowchart of FIG. In the flowchart of FIG. 6, as indicated by 301 in the same manner as FIG. 3, first, the relay A12 is set to OFF, the relay B13 is set to ON, and the on mode is set. The generator 1 is controlled by the power generation voltage control unit 7 to increase the output voltage to V althi , but the power generation rate D f is equal to or lower than the fourth predetermined power generation rate D lon (more than the fourth predetermined remaining capacity). (In the case of Y in 603) At the time point (time point d in FIG. 5), the
しかし第1の所定の時間Tset1以内の間、発電率Dfが第3の所定の発電率Dhin以下を継続すれば(605でYの場合)、リレーA12をオンし、リレーB13をオフ(307)する(オフモードとなる)。これ以後の動作フローは第1の実施の形態で説明したの同じであるので、説明は省略する。 But first predetermined time T set1 within between, if power ratio D f is continued following the third predetermined power ratio D hin (If Y in 605), and turns on the relay A12, turns off the relay B13 (307) Yes (becomes off mode). Since the subsequent operation flow is the same as that described in the first embodiment, the description thereof will be omitted.
このようにオンモード時の発電率閾値である第4の所定の発電率Dlonを第2の所定の閾値Dloより高く、かつ第1の所定の発電率Dhiより低い値にすることにより、オフモードになる頻度を高くすることができるため、燃費の向上を更に図ることができる。また、第4の所定の発電率Dlonのみを高めてもよいが第4の所定の発電率Dlonのみを高めた場合には、第1の所定の発電率Dhiと第4の所定の発電率Dlonとの差が小さくなるため、タイマー計測中(Tset1中)に発電率Dfが第1の所定の発電率Dhi超える可能性が高くなり、オフモードになる頻度が下がる可能性がある場合には、第2の実施の形態で示したようにオンモード時に第1の所定の発電率Dhiを超える第3の所定の発電率Dhinを設定することが好ましい。 In this way, by setting the fourth predetermined power generation rate D lon , which is the power generation rate threshold in the on mode, to a value higher than the second predetermined threshold D lo and lower than the first predetermined power generation rate D hi. Since the frequency of entering the off mode can be increased, the fuel consumption can be further improved. In addition, only the fourth predetermined power generation rate D lon may be increased, but when only the fourth predetermined power generation rate D lon is increased, the first predetermined power generation rate D hi and the fourth predetermined power generation rate D Since the difference from the power generation rate D lon is small, the possibility that the power generation rate D f exceeds the first predetermined power generation rate D hi during the timer measurement (during T set1 ) is increased, and the frequency of entering the off mode may be decreased. If there is sex, it is preferable to set the first third predetermined power ratio D hin exceeding a predetermined power generation rate D hi oN mode as shown in the second embodiment.
1 発電機 4 発電率検出部
7 発電電圧制御部 8 リレー制御部
9 昇圧電圧制御部 11 バッテリ電圧検出部
12 リレーA 13 リレーB
14 DC/DCコンバータ 16 バッテリ
17 電装負荷
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Generator 4 Power generation rate detection part 7 Power generation
14 DC / DC converter 16
Claims (7)
前記発電機に接続された電装負荷と並列して前記発電機と第2のスイッチ手段を介して接続されたバッテリと、
前記発電機に第1のスイッチ手段を介して接続され、前記発電機の出力電圧を前記バッテリの開放電圧以上の電圧に昇圧して前記バッテリヘ供給する昇圧手段と、
前記発電機の発電余力を検出する発電余力検出手段と、
少なくとも前記発電余力検出手段によって検出された発電余力に基づいて前記発電機の出力電圧を制御する発電電圧制御手段と、
前記第1のスイッチ手段および前記第2のスイッチ手段の閉路および開路を制御するスイッチ制御手段とを備え、
前記発電余力検出手段によって検出された発電余力が所定の余力以上の場合には、前記スイッチ制御手段は前記第1のスイッチ手段を閉路、前記第2のスイッチ手段を開路し、かつ前記発電電圧制御手段は前記発電機の出力電圧を、前記電装負荷が作動可能な電圧以上であって前記バッテリの開放電圧未満の所定の電圧に制御し、
前記発電余力検出手段によって検出された発電余力が前記所定の余力未満の場合には、前記スイッチ制御手段は前記第1のスイッチ手段を開路、前記第2のスイッチ手段を閉路すること
、を特徴とする車両用電源装置。 A generator that generates electricity by rotating the engine;
A battery connected in parallel with the electrical load connected to the generator via the generator and a second switch means;
Boosting means connected to the generator via first switch means, boosting the output voltage of the generator to a voltage equal to or higher than the open circuit voltage of the battery, and supplying the boosted voltage to the battery;
Power generation surplus detection means for detecting the power generation surplus power of the generator;
Power generation voltage control means for controlling the output voltage of the generator based on at least the power generation surplus detected by the power generation surplus detection means;
Switch control means for controlling closing and opening of the first switch means and the second switch means,
When the power generation surplus detected by the power generation surplus detection means is greater than or equal to a predetermined surplus power, the switch control means closes the first switch means, opens the second switch means, and generates power generation voltage control. The means controls the output voltage of the generator to a predetermined voltage that is equal to or higher than a voltage at which the electrical load is operable and less than an open voltage of the battery,
When the power generation surplus detected by the power generation surplus detection means is less than the predetermined power reserve, the switch control means opens the first switch means and closes the second switch means. A vehicle power supply device.
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