JP2005333686A

JP2005333686A - 車両用発電システム

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Publication number: JP2005333686A
Application number: JP2004147095A
Authority: JP
Inventors: Mitsunori Yanagi; 光教柳
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-05-18
Filing date: 2004-05-18
Publication date: 2005-12-02
Anticipated expiration: 2024-05-18
Also published as: US20050258807A1; DE102005022569A1; JP3992017B2; US7199559B2

Abstract

【課題】温度上昇に伴って発生する車両用発電機の出力電圧の低下を防止することができる車両用発電システムを提供すること。
【解決手段】車両用発電システムは、車両用発電機１と、車両用発電機１の出力電圧を制御するとともに自装置の温度が基準値Ｔ１よりも高くなったときに車両用発電機１に供給する励磁電流を制限する過熱保護回路２１２を有する電圧制御装置２と、車載バッテリ３と、電圧制御装置２の温度を検出する温度センサ２４と、電圧制御装置２の温度を低下させる冷却装置としての電動ファン８２と、温度センサ２４によって検出された温度が基準値Ｔ１より低い基準値Ｔ２よりも高くなったときに電動ファン８２を動作させる制御を行うＥＣＵ４とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、車載バッテリの充電や各種の車載の電気負荷に対する電力供給を行う車両用発電システムに関する。

従来から、車両用発電機に備わった電圧制御器の温度が高くなったときに、この電圧制御器によって車両用発電機の界磁巻線に供給される界磁電流を制限することにより、電圧制御器の温度低減を図る手法が知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。界磁電流を供給する際に電圧制御器自身が発熱するため、この界磁電流を減らすことにより電圧制御器の温度を低減することができ、電圧制御器が熱的ダメージを受けて破損に至ることを防止することができる。
特開平８−９５６７号公報（第４−６頁、図１−５）特許第３１５９９７６号公報（第２−３頁、図１−３）

ところで、特許文献１や特許文献２に開示された従来手法では、電圧制御器周辺の温度が高くなったときに界磁電流が制限されるため電圧制御器の温度を低減することはできるが、界磁電流の制限に伴って車両用発電機の出力電流が少なくなるため、夜間等において電気負荷に流れる電流が多い場合には出力電圧が低下するという問題があった。出力電圧が低下するとヘッドライトの明るさが変動したり、低下の程度がさらに進んでエンジン制御装置等の車載機器の動作可能電圧を下回るとこれらの車載機器が動作不能状態に陥るおそれがある。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、温度上昇に伴って発生する車両用発電機の出力電圧の低下を防止することができる車両用発電システムを提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用発電システムは、車両用発電機と、車両用発電機の出力電圧を制御するとともに、自装置の温度が第１の基準値よりも高くなったときに車両用発電機に供給する励磁電流を制限する過熱保護回路を有する電圧制御装置と、車両用発電機の出力電力によって充電される車載バッテリと、電圧制御装置の温度を検出する温度センサと、電圧制御装置の温度を低下させる冷却装置と、温度センサによって検出された温度が第１の基準値より低い第２の基準値よりも高くなったときに、冷却装置を動作させる制御を行う外部制御装置とを備えている。過熱保護回路が動作する温度に達する前に冷却装置を動作させることにより電圧制御装置の温度上昇を抑え、過熱保護回路が動作して車両用発電機の励磁電流が制限されることを防止することができるため、温度上昇に伴って車両用発電機の出力電圧が低下することを防止することが可能になる。

また、上述した冷却装置は、動作時に電圧制御装置に対して冷却風の風量を増加させる電動ファンであることが望ましい。これにより、電圧制御装置の温度を確実に下げることが可能になる。

また、上述した冷却装置は、エンジン用ラジエータを冷却する電動ファンであることが望ましい。車両用発電機および電圧制御装置はエンジンの近傍に取り付けられることが多いため、エンジン用ラジエータを冷却する電動ファンが回ってエンジンの近傍に導入される冷却風の風量が増加すると、これに伴って車両用発電機や電圧制御装置に対する冷却風の風量も増加する。また、エンジン用ラジエータを冷却してエンジン自体を冷却することにより、エンジンからの車両用発電機や電圧制御装置に伝わる輻射熱を減らすことができる。これにより、電圧制御装置の温度を確実に下げることが可能になる。

また、本発明の車両用発電システムは、車両用発電機と、車両用発電機の出力電圧を制御するとともに、自装置の温度が第１の基準値よりも高くなったときに車両用発電機に供給する励磁電流を制限する過熱保護回路を有する電圧制御装置と、車両用発電機の出力電力によって充電される車載バッテリと、電圧制御装置の温度を検出する温度センサと、車両用発電機および車載バッテリから電力供給されて動作する複数の電気負荷と、温度センサによって検出された温度が第１の基準値より低い第２の基準値よりも高くなったときに、複数の電気負荷の一部に対する電力供給を停止する制御を行う外部制御装置とを備えている。過熱保護回路が動作する温度に達する前に一部の電気負荷に対する電力供給を停止させることにより、車両用発電機に供給する励磁電流を減らして電圧制御装置の温度上昇を抑え、過熱保護回路が動作して車両用発電機の励磁電流が制限されることを防止することができるため、温度上昇に伴って車両用発電機の出力電圧が低下することを防止することが可能になる。

また、上述した複数の電気負荷は、車両走行に必要な第１のグループと車両走行に直接関係しない第２のグループに分類されており、外部制御装置は、第２のグループに属する電気負荷に対する電力供給を停止する制御を行うことが望ましい。これにより、車両用発電機の出力電圧低下に伴って車両走行に支障が生じる電気負荷に対する正常な電力供給を確実に継続することが可能になる。

また、上述した第１のグループに属する電気負荷にはヘッドライトが含まれていることが望ましい。これにより、温度上昇に伴って過熱保護回路が動作してヘッドライトの明るさが変動することを未然に防止することができる。

また、上述した第１のグループに属する電気負荷にはエンジンを制御するエンジン制御装置が含まれていることが望ましい。これにより、温度上昇に伴って過熱保護回路が動作してエンジン制御装置が動作不能状態に陥ることを未然に防止することができる。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用発電システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。

〔第１の実施形態〕
図１は、第１の実施形態の車両用発電システムの全体構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の車両用発電システムは、車両用発電機１、電圧制御装置２、車載バッテリ３、ＥＣＵ（エンジン制御装置）４、電気負荷５、ヘッドライト７を含んで構成されている。また、ＥＣＵ４には、エンジン８０と、このエンジン８０用のラジエータ８１を冷却する電動ファン８２とが接続されている。

車両用発電機１は、固定子に含まれる三相の固定子巻線１１と、この固定子巻線１１の三相出力を全波整流するために設けられた整流回路１２と、回転子に備わった励磁巻線１３とを備えている。この車両用発電機１の出力電圧の制御は、励磁巻線１３に対する通電を電圧制御装置２によって適宜断続制御することにより行われる。車両用発電機１の出力端子は車載バッテリ３に接続されており、この出力端子から車載バッテリ３に充電電流が供給される。また、車載バッテリ３には、ＥＣＵ４、電気負荷５およびヘッドライト７等が接続されており、車載バッテリ３からこれらに対する動作電力の供給が行われる。

電圧制御装置２は、車両用発電機１の出力電圧が所定の調整電圧設定値となるように車両用発電機１の励磁電流を制御する。この電圧制御装置２は、制御回路２１、パワートランジスタ２２、環流ダイオード２３、温度センサ２４を備えている。制御回路２１は、車両用発電機１の出力電圧を検出し、この出力電圧が調整電圧設定値に一致するようにパワートランジスタ２２をオンオフすることにより、車両用発電機１の出力電圧を制御する。また、制御回路２１は、この出力電圧制御動作とともに、電圧制御装置２自身の温度を検出し、検出した温度をＥＣＵ４に送ったり、検出した温度に基づいて励磁電流を制限する動作を行っており、これらの動作のために温度検出回路２１１、過熱保護回路２１２、通信回路２１３を内蔵している。温度検出回路２１１は、電圧制御装置２内の所定位置に設定された温度センサ２４を用いて電圧制御装置２の温度を検出する。この温度検出回路２１１は、過熱保護回路２１２と通信回路２１３に接続された２つの出力端子Ｓ１、Ｓ２を有しており、検出温度Ｔが第１の基準値Ｔ１を超えたときに、過熱保護回路２１２が接続された一方の出力端子Ｓ１からハイレベルの信号を出力する。また、温度検出回路２１１は、検出温度Ｔが第１の基準値Ｔ１よりも低い第２の基準値Ｔ２を超えたときに、通信回路２１３が接続された他方の出力端子Ｓ２からハイレベルの信号を出力する。したがって、車両用発電機１が発電を開始した後に電圧制御装置２の温度が次第に上昇すると、最初に出力端子Ｓ２の出力電圧がローレベルからハイレベルに変化する。さらに温度が上昇すると、出力端子Ｓ２の出力電圧がハイレベルの状態を維持しながら、もう一方の出力端子Ｓ１の出力電圧がローレベルからハイレベルに変化する。過熱保護回路２１２は、温度検出回路２１１の出力端子Ｓ１の出力電圧がハイレベルになると、車両用発電機１の励磁巻線１３に供給する励磁電流を制限する（低下させる）。通信回路２１３は、温度検出回路２１１の出力端子Ｓ２の出力電圧がハイレベルになると、温度上昇を通知する信号を端子Ｘを介してＥＣＵ４に向けて送信する。この信号の出力は、温度検出回路２１１によって検出される温度Ｔが第２の基準値Ｔ２以下になって、温度検出回路２１１の出力端子Ｓ２の出力電圧が再びローレベルになるまで維持される。なお、信号出力を維持するとは、信号の出力状態を継続する場合の他、一定周期で出力するようにしてもよい。

パワートランジスタ２２は、車両用発電機１内の励磁巻線１３に直列に接続されており、制御回路２１によってオンされたときに励磁巻線１３に励磁電流が流れる。したがって、過熱保護回路２１２によって励磁電流を制限するためには、このパワートランジスタ２２をオンオフするデューティ比を小さく設定すればよい。環流ダイオード２３は、車両用発電機１内の励磁巻線１３に並列に接続されており、パワートランジスタ２２がオフされたときに励磁巻線１３に流れる励磁電流を環流させる。

ＥＣＵ４は、アクセルペダル（図示せず）の踏み込み量に応じてエンジン８０の動作状態を制御するとともに、エンジン冷却水の温度が所定値を超えたときに電動ファン８２を動作させてラジエータ８１内を流れる冷却水を強制的に冷却する制御を行う外部制御装置である。また、ＥＣＵ４は、電圧制御装置２の端子Ｘから温度上昇を通知する信号が入力されたときにもこの電動ファン８２を動作させる。このＥＣＵ４は、電気負荷５やヘッドライト７と同様に車載バッテリ３から動作電力が供給されている。

本実施形態では、車両用発電機１および電圧制御装置２は、エンジン８０に直接あるいは取付部材を介して取付固定されている。ラジエータ８１内を流れる冷却水を冷却するために電動ファン８２を動作させると、エンジン８０近傍に導入された空気が車両用発電機１や電圧制御装置２の周囲にも導かれるようになっており、電動ファン８２は電圧制御装置２を冷却する冷却装置としても機能する。

本実施形態の車両用発電システムはこのような構成を有しており、次にその動作を説明する。図２は、本実施形態の車両用発電システムの動作手順を示す流れ図であり、主に温度上昇に伴って行われる各種の制御動作に着目した動作手順が示されている。

エンジン８０が回転を開始して車両用発電機１および電圧制御装置２が動作を開始すると、制御回路２１内の温度検出回路２１１は、温度センサ２４を用いた検出温度Ｔが第２の基準値Ｔ２を超えたか否かを判定し（ステップ１００）、超えない場合には否定判断を行ってこの判定を繰り返す。また、超えた場合にはステップ１００の判定において肯定判断が行われる。この場合には、温度検出回路２１１の出力端子Ｓ２の出力電圧がハイレベルに変化するため、通信回路２１３は、温度上昇を通知する信号を端子Ｘを介してＥＣＵ４に向けて送信する（ステップ１０１）。ＥＣＵ４は、この信号を受信すると、電動ファン８２を動作させる（ステップ１０２）。これにより、ラジエータ８２を通して外気がエンジン８０の近傍まで導入される。

次に、温度検出回路２１１は、検出温度Ｔが再び第２の基準値Ｔ２を下回ったか否かを判定する（ステップ１０３）。検出温度Ｔが第２の基準値Ｔ２以上を維持している場合には否定判断が行われ、次に、温度検出回路２１１は、検出温度Ｔがさらに上昇して第１の基準値Ｔ１を超えたか否かを判定する（ステップ１０４）。超えていない場合、すなわち検出温度ＴがＴ２よりも高く、かつＴ１以下である場合には否定判断が行われ、再びステップ１０３の判定動作が繰り返される。

また、電動ファン８２を動作させたことにより検出温度Ｔが低下していって第２の基準値Ｔ２を下回った場合にはステップ１０３の判定において肯定判断が行われる。この場合には、通信回路２１３からＥＣＵ４に向けて送信されていた温度情報を通知する信号の送信が停止され（ステップ１０５）、ＥＣＵ４は、電動ファン８２を停止させる（ステップ１０６）。その後、ステップ１００の判定が繰り返される。

また、電動ファン８２を動作させたにもかかわらず検出温度Ｔがさらに上昇していって第１の基準値Ｔ１を超えた場合にはステップ１０４の判定において肯定判断が行われる。この場合には、温度検出回路２１１の出力端子Ｓ１の出力電圧がハイレベルに変化し、過熱保護回路２１２による過熱保護動作、すなわち車両用発電機１内の励磁巻線１３に供給する励磁電流を制限する動作が行われる（ステップ１０７）。その後、ステップ１０４の判定が繰り返される。

このように、本実施形態の車両用発電システムでは、過熱保護回路２１２が動作する温度Ｔ１に達する前に冷却装置としての電動ファン８２を動作させることにより電圧制御装置２の温度上昇を抑え、過熱保護回路２１２が動作して車両用発電機１の励磁電流が制限されることを防止することができるため、温度上昇に伴って車両用発電機１の出力電圧が低下することを防止することが可能になる。これにより、車両用発電機１の出力電圧の低下に伴ってヘッドライト７の明るさが変動したり、ＥＣＵ４や各種の電気負荷５が動作不能状態に陥ることを未然に防ぐことができる。

また、冷却装置として電圧制御装置２に対して冷却風の風量を増加させる電動ファン８２を用いることにより、電圧制御装置２の温度を確実に下げることが可能になる。特に、車両用発電機１および電圧制御装置２はエンジン８０の近傍に取り付けられることが多いため、エンジン用ラジエータ８１を冷却する電動ファン８２が回ってエンジン８０の近傍に導入される冷却風の風量が増加すると、これに伴って車両用発電機１や電圧制御装置２に対する冷却風の風量も増加する。したがって、このラジエータ８２を冷却する電動ファン８２を冷却装置として用いることにより、発電制御装置２の近傍に導入される冷却風の風量を増すことができる。また、ラジエータ８１を冷却してエンジン８０自体を冷却することにより、エンジン８０からの車両用発電機１や電圧制御装置２に伝わる輻射熱を減らすことができるため、電圧制御装置２の温度を確実に下げることが可能になる。

〔第２の実施形態〕
ところで、上述した第１の実施形態では、温度が上昇したときに電動ファン８２を動作させて冷却風の風量を増すことで電圧制御装置２の温度を下げるようにしたが、電圧制御装置２の発熱の主な原因である励磁電流そのものを、ヘッドライト７やＥＣＵ５等に影響を与えないように工夫しながら低減するようにしてもよい。

図３は、第２の実施形態の車両用発電システムの全体構成を示す図である。図３に示すように、本実施形態の車両用発電システムは、車両用発電機１、電圧制御装置２、車載バッテリ３、ＥＣＵ（エンジン制御装置）４、電気負荷５、６、ヘッドライト７を含んで構成されている。本実施形態の車両用発電システムに含まれる各種の電気負荷は、車両走行に必要な第１のグループと車両走行に直接関係しない第２のグループとに少なくとも分類されている。図３に示すヘッドライト７やＥＣＵ４、電気負荷６は、車両走行に必要な第１のグループに属しており、複数の電気負荷５は、車両走行に直接関係しない第２のグループに属している。例えば、オーディオ装置や座席ヒータ等が電気負荷５に含まれる。なお、本発明の目的は過熱保護回路２１２が動作すると励磁電流が強制的に制限されて車両用発電機１の出力電圧が低下することを防止するものであるため、この目的を優先させる場合にはエアコン等の車両走行に支障を来す程度が少ない車載機器も電気負荷５に含めるようにしてもよい。

本実施形態の車両用発電システムは、第１の実施形態の車両用発電システムに比べると、温度上昇を通知する信号を受信したＥＣＵ４の動作が異なっており、それ以外の動作については基本的に共通している。図３に示すＥＣＵ４は、温度上昇を通知する信号を電圧制御装置２から受信すると、第２のグループに属している電気負荷５の動作を停止し、この信号の送信が停止されると、電気負荷５の動作を再開する制御を行う。

図４は、本実施形態の車両用発電システムの動作手順を示す流れ図であり、主に温度上昇に伴って行われる各種の制御動作に着目した動作手順が示されている。図４に示す流れ図は、図２に示した第１の実施形態の車両用発電システムの流れ図に対してステップ１０２をステップ１０２Ａに、ステップ１０６をステップ１０６Ａにそれぞれ置き換えた点が異なっており、これらの相違点に着目して説明する。

電圧制御装置２から温度上昇を通知する信号が端子Ｘを介して出力されると（ステップ１０１）、ＥＣＵ４は、第２のグループに属する一部の電気負荷５に対する電力供給を停止する制御を行う（ステップ１０２Ａ）。電力供給の停止は、それぞれの電気負荷５に対して動作停止を指示する信号を送ることにより行われるが、電気負荷５と電源ラインとの間に挿入されたスイッチ（図示せず）を強制的に切断することによって行ってもよい。

また、電圧制御装置２から温度上昇を通知する信号の送信が停止されると（ステップ１０３の判定において肯定判断された場合）、ＥＣＵ４は、それまで停止していた第２のグループに属する一部の電気負荷５に対する電力供給を再開する制御を行う（ステップ１０６Ａ）。

このように、本実施形態の車両用発電システムでは、過熱保護回路２１２が動作する温度に達する前に一部の電気負荷５に対する電力供給を停止させることにより、車両用発電機１に供給する励磁電流を減らして電圧制御装置２の温度上昇を抑え、過熱保護回路２１２が動作して車両用発電機１の励磁電流が制限されることを防止することができるため、温度上昇に伴って車両用発電機１の出力電圧が低下することを防止することが可能になる。これにより、車両用発電機１の出力電圧の低下に伴ってヘッドライト７の明るさが変動したり、ＥＣＵ４や各種の電気負荷５が動作不能状態に陥ることを未然に防ぐことができる。

また、電力供給を停止する対象を、車両走行に直接関係しない第２のグループに属する電気負荷５に限定することにより、車両用発電機１の出力電圧低下に伴って車両走行に支障が生じる電気負荷６等に対する正常な電力供給を確実に継続することが可能になる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した各実施形態では、電圧制御装置２内に温度センサ２４を設けたが、電圧制御装置２の温度がわかればよいため、温度センサ２４を電圧制御装置２の外部に設けるようにしてもよい。

また、上述した第１の実施形態では、ラジエータ８１を冷却するために用いられる電動ファン８２を電圧制御装置２の温度上昇時に動作させるようにしたが、車両用発電機１や電圧制御装置２の近傍に電圧制御装置２に対して冷却風の風量を増加させる専用の伝導ファンを設置して、電圧制御装置２の温度上昇時に動作させるようにしてもよい。

第１の実施形態の車両用発電システムの全体構成を示す図である。第１の実施形態の車両用発電システムの動作手順を示す流れ図である。第２の実施形態の車両用発電システムの全体構成を示す図である。第２の実施形態の車両用発電システムの動作手順を示す流れ図である。

符号の説明

１車両用発電機
２電圧制御装置
３車載バッテリ
４ＥＣＵ（エンジン制御装置）
５、６電気負荷
７ヘッドライト
１１固定子巻線
１２整流回路
１３励磁巻線
２１制御回路
２２パワートランジスタ
２３環流ダイオード
２４温度センサ
８０エンジン
８１ラジエータ
８２電動ファン
２１１温度検出回路
２１２過熱保護回路
２１３通信回路

Claims

車両用発電機と、
前記車両用発電機の出力電圧を制御するとともに、自装置の温度が第１の基準値よりも高くなったときに前記車両用発電機に供給する励磁電流を制限する過熱保護回路を有する電圧制御装置と、
前記車両用発電機の出力電力によって充電される車載バッテリと、
前記電圧制御装置の温度を検出する温度センサと、
前記電圧制御装置の温度を低下させる冷却装置と、
前記温度センサによって検出された温度が前記第１の基準値より低い第２の基準値よりも高くなったときに、前記冷却装置を動作させる制御を行う外部制御装置と、
を備えることを特徴とする車両用発電システム。
請求項１において、
前記冷却装置は、動作時に前記電圧制御装置に対して冷却風の風量を増加させる電動ファンであることを特徴とする車両用発電システム。
請求項１において、
前記冷却装置は、エンジン用ラジエータを冷却する電動ファンであることを特徴とする車両用発電システム。
車両用発電機と、
前記車両用発電機の出力電圧を制御するとともに、自装置の温度が第１の基準値よりも高くなったときに前記車両用発電機に供給する励磁電流を制限する過熱保護回路を有する電圧制御装置と、
前記車両用発電機の出力電力によって充電される車載バッテリと、
前記電圧制御装置の温度を検出する温度センサと、
前記車両用発電機および前記車載バッテリから電力供給されて動作する複数の電気負荷と、
前記温度センサによって検出された温度が前記第１の基準値より低い第２の基準値よりも高くなったときに、前記複数の電気負荷の一部に対する電力供給を停止する制御を行う外部制御装置と、
を備えることを特徴とする車両用発電システム。
請求項４において、
前記複数の電気負荷は、車両走行に必要な第１のグループと車両走行に直接関係しない第２のグループに分類されており、
前記外部制御装置は、前記第２のグループに属する前記電気負荷に対する電力供給を停止する制御を行うことを特徴とする車両用発電システム。
請求項５において、
前記第１のグループに属する前記電気負荷にはヘッドライトが含まれていることを特徴とする車両用発電システム。
請求項５において、
前記第１のグループに属する前記電気負荷にはエンジンを制御するエンジン制御装置が含まれていることを特徴とする車両用発電システム。