JP2006094587A - 車両用発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電流一致型発電制御による負荷変動に対する発電量の良好な追従調整機能と、電圧維持型発電制御による良好な電圧安定性とを両立可能な車両用発電装置を提供すること。
【解決手段】負荷電源系の電源電圧Ｖｂを所定の目標電圧値Ｖｒｅｆに収束させ、かつ、所定の急峻変化負荷１０４ｂの負荷電流の急峻変動を検出してそれによる電圧変動を抑制する向きに発電量を変化させる。これにより、大きくかつ急峻な負荷量変化によるバッテリ電圧変動を良好に抑止するとともに、このような急峻な負荷量変化が生じない場合や緩やかな負荷量変動が生じない場合には従来の電圧維持型発電制御を行うので、すべての負荷状態において良好なバッテリ電圧の安定維持が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用発電装置に関し、特に負荷量の変動に応じた発電量追従制御方式の改良に関する。

車両用発電装置では、本質的に界磁コイル型同期発電機により構成されて励磁電流（界磁電流）の調整により発電量を容易に制御することができる車両用交流発電機を用いるのが一般的である。車載電気負荷（単に負荷と称する）には、この車両用交流発電機の発電により電力が供給される。発電量は負荷量すなわち負荷量（負荷電流）に長期的に一致させる必要がある。発電量と負荷量との短期的な不一致は負荷と並列接続されたバッテリの充放電の負担により許容されることができる。ただし、バッテリの充放電負担の低減の観点からは、発電量が負荷量の変動に良好追従することが好適である。

従来通常行われている発電量制御は、負荷量変動により負荷量と発電量との不一致が生じるとこの不一致を補償するためにバッテリが充放電を行い、この充放電の結果としてバッテリ電圧が変動すると、それを検出して発電量を調整する電圧維持型発電制御である。

下記の特許文献１は、負荷電流合計すなわち上記で言う負荷量を常時計測し、計測した負荷量（と一致する発電量）を発電する励磁電流量を供給する発電量制御（以下、電流一致型発電制御とも言うものとする）を提案している。この特許文献１の電流一致型発電制御は、従来の電圧維持型発電制御に比較して、発電量を負荷量の変動に高速追従して調整できるためにバッテリ充放電負担が少ない利点をもつ。

また、下記の特許文献１は、実用上避けることができない負荷量合計と発電量との間の誤差を解消するために、バッテリ電圧の変動が所定値を超えると、このバッテリ電圧の変動を解消する向きに励磁電流量をすこしずつ補正して発電量を調整することを提案している。
特開昭５８−１９２４９９号公報 その他、関連する先行技術として、下記の特許文献２、３がある。特許文献２は、上記したバッテリによる発電量と負荷量との不一致許容効果を積極的に利用したものであり、オルタネータの励磁電流の急変を強制的に抑制し、これにより発電機の負荷トルクの急峻な変化を防止するものであり、以下、徐励型発電制御とも称する。ただ、この徐励型発電制御では、励磁電流変化の遅延によりバッテリ電圧の許容できない降下が生じる場合が発生する。このため、特許文献３は、所定の負荷を起動する際にこの徐励型発電制御を禁止することを提案している。ただ、特許文献３が提案する徐励型発電制御では、徐励禁止期間に負荷電流が急変するとこれを補償するため発電量が大きく変化するために、電圧のハンチングが発生しやすくなるという欠点があった。 特開昭６２−６４２９９号公報 特開２００５−２６０６７９号公報

しかしながら、上記した特許文献１の電流一致型発電制御によれば、検出した負荷量合計とそれに対応して調整される発電量との間の累積により生じるバッテリ電圧変動を抑制するために、バッテリ電圧変動が大きくなるとバッテリ電圧変動解消のための励磁電流補正を行っているが、このバッテリ電圧変動解消のための励磁電流補正を行っている期間においては負荷量変動に対する発電量調整の追従性が悪化してしまい、電流一致型発電制御の上記利点が減殺されてしまうという問題点を有していた。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、電流一致型発電制御による負荷変動に対する発電量の良好な追従調整機能と、電圧維持型発電制御による良好な電圧安定性とを両立可能な車両用発電装置を提供することをその目的としている。

上記目的を達成するためになされた本発明の車両用発電装置は、エンジンにより駆動される発電機と、複数の車両用電気負荷及びバッテリとからなり前記発電機から給電される負荷電源系と、前記発電機の発電量を調整する発電制御回路とを備え、前記発電制御回路は、前記負荷電源系の電圧を所定の目標電圧値に収束させる車両用発電装置において、前記発電制御回路が、前記複数の車両用電気負荷のうち急激な負荷電流変化を生じさせる特定の車両用電気負荷である急峻変化負荷の負荷電流の急峻な変動に関する情報を選択的に検出し、前記急峻変化負荷の負荷電流急峻変化時に負荷電流急峻変化による前記負荷電源系の電圧変動を抑制する向きに前記発電量を変化させることを特徴としている。

すなわち、この発明の車両用発電装置は、従来同様に電圧維持型発電制御を行うとともに、特に無視できない大きさをもちかつ高速の負荷電流変動を発生させる特定の電気負荷である急峻変化負荷がその負荷量（負荷電流量）を急峻変化させたかどうかを個別にモニターし、この急峻変化が生じた場合にのみこの負荷量の急峻変化に対応する発電量の急峻変化を追加的に発生させる。急峻変化負荷の負荷量の急峻変化発生の有無は、この急峻変化負荷の電流をモニタして行うことができる。その他、この急峻変化負荷の負荷量の急峻変化パターンが既知であればそれを記憶しておき、この記憶に応じて発電量を急峻変化させればよい。ただし、従来と同様の電圧維持型発電制御を採用しているために、急峻変化負荷の負荷量の急峻変化に対して発電量の急峻変化を正確に一致させる必要はない。

本発明によれば、大きくかつ急峻な負荷量変化によるバッテリ電圧変動を良好に抑止するとともに、このような急峻な負荷量変化が生じない場合や緩やかな負荷量変動が生じない場合には従来の電圧維持型発電制御を行うので、すべての負荷状態において良好なバッテリ電圧の安定維持が可能となり、バッテリの過剰な充放電の防止によるその延命や電源電圧の安定向上による電気負荷の良好な運転を実現することができる。

また、本発明において、急峻変化負荷の負荷電流が急峻変化する期間以外の期間における電圧維持型発電制御において、従来同様、徐励型発電制御を行うことも可能である。更に、特定の急峻変化負荷の負荷量急峻変化のみに対応して発電量の追加的な増減を行えばよいため、記述の誤差による負荷電源系の電圧のずれが生じにくく、また、追加的に必要な発電量調整量も簡単かつ正確に決定しやすい。

好適な態様において、前記発電制御回路は、前記急峻変化負荷の負荷電流急峻変化時に負荷電流の急峻な変化の大きさに略一致する発電量の変化を発生させる。このようにすれば、急峻変化負荷において負荷量の急峻変化が生じても、速やかに発電量と負荷量との一致を図ることができ、負荷電源系の電圧が目標レベルからたとえ一時的にせよ外れてしまうのを良好に防止することができる。

好適な態様において、前記発電制御回路は、前記急峻変化負荷の負荷電流急峻変化時に、予め記憶する前記急峻変化負荷の負荷電流変化に略一致する発電量の変化を発生させる。このようにすれば、急峻変化負荷の電流変化を検出する回路を省略することができるので、たとえ急峻変化負荷が複数存在したとしても回路構成を大幅に簡素化することができる。

好適な態様において、前記発電制御回路は、前記急峻変化負荷の負荷電流急峻変化に対応する前記発電量の変化に相当する励磁電流量の変化を発生させる。このようにすれば、発電量が励磁電流量に原理的に正相関を有して変化するため、急峻変化負荷の負荷量急峻変化に対して発電量を急速に追従変化させることができ、発電量と負荷量とのアンバランスを更に低減することができる。

好適な態様において、前記発電制御回路は、前記急峻変化負荷の負荷電流急峻変化に対応する前記発電量の変化に応じて前記エンジンのトルク増減をエンジン制御用の制御装置に要求する。このようにすれば、上記発電量の急峻な変化に応じてエンジントルクを速やかに増減できるため、望ましくないエンジン回転数の変動やハンチングを良好に抑止することができる。

本発明の好適な実施例を図面を参照して以下に説明する。ただし、本発明は下記の実施例に限定されるものではなく、本発明の車両用発電装置をその他の公知技術又はそれと同等機能を有する技術を組み合わせて構成してもよい。

図１はこの実施例の車両用発電装置を示すブロック図である。１００は、発電機１０１の発電量を制御するためのコントローラである。コントローラ１００はハードウエア電子回路としてもよく、マイコンによるソフトウエア処理を用いて実現してもよいことは当然である。発電機１０１は、電源線（バス）１０２を通じてバッテリ１０３および電気負荷１０４ａ、１０４ｂへ接続されている。なお、電源線１０２にはその他に多くの電気負荷が接続されているが、それらの図示は省略されている。

発電機１０１は、励磁電流により磁束を発生する界磁コイル１０５、その磁束により３相交流電圧を発生する電機子巻線１０６、及び、３相交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流器１０７により構成され、ベルトにより図示しないエンジンにより駆動されている。トランジスタ１０８は、断続（スイッチング）制御されることにより励磁電流を調整する。コントローラ１００は、外部情報に基づいてトランジスタ１０８のスイッチングを制御し、発電機１０１の発電量（又は発電トルク）を所望のレベルに調整する。上記したこの実施例の車両用発電装置の回路構成自体はもはや良く知られているので、更なる詳細説明は省略する。

コントローラ１００によりなされるこの実施例の発電量制御動作を図１及び図２を参照して以下に説明する。

まず、車両用電気負荷に給電する電源線１０２の電圧（この実施例ではバッテリ出力端近傍の電圧）すなわち負荷電源系の電源電圧Ｖｂを読み込み、この電源電圧Ｖｂと予め記憶する目標電圧値Ｖｒｅｆとの差を減算器１１１により求め、得た電圧偏差がゼロに収束させる発電電流Ｉ１（又はそれに相当する励磁電流量Ｉｆ１）をフィードバック用発電指令としてフィードバック用発電指令演算器１１２で演算する。

次に、各電気負荷のうち本発明で言う急峻変化負荷である電気負荷１０４ａに流れる負荷電流を電流センサ１１３で検出し、この負荷電流に相当する発電電流Ｉ２（又はそれに相当する励磁電流量Ｉｆ２）をフィードフォワード用発電指令としてフィードフォワード用発電指令演算器１１４で演算する。

次に、演算したフィードバック用発電指令及びフィードフォワード用発電指令を加算器１１５で加算して合計発電量（又は合計励磁電流量）に相当する発電量指令値を演算し、この発電量指令値に相当するデユーティのＰＷＭ信号を指令変換器１１６で発生してトランジスタ１０８に印加する。また、コントローラ１００は、図示しないエンジン制御装置に発電負荷として上記合計発電量を送信し、エンジン制御装置は受信した合計発電量の変化に応じたトルクを発生するべく燃料供給量を調整する。

（実施例効果）
この実施例の発電制御によれば、急峻変化負荷である電気負荷１０４ａの負荷電流が大きくかつ急峻に変化したとしても、それに急速追従して励磁電流量を変更できるため、バッテリ１０３の充放電及び負荷電源系の電源電圧変動を応答性よく抑止することができる。

（変形態様）
上記実施例では、検出した電気負荷１０４ａの急峻かつ大きい負荷電流変化を検出し、それに応じて励磁電流量を調整して発電電流を変更したが、急峻変化負荷の急峻変化時の電流変化量が予めわかっている場合には、急峻変化負荷の電流変化方向のみを検出し、それが生じた場合に励磁電流量を対応する向きに変更すればよい。このようにすれば、電流センサ１１３を省略することができるため、回路構成を大幅に簡素化することができる。なお、コントローラ１００は、急峻変化負荷である電気負荷１０４ａの動作状態や負荷電流量に関する情報を、電気負荷１０４ａの駆動、停止を決定する図示しない制御回路から得てもよい。

（変形態様）
上記実施例では、発電機としていわゆるオルタネータを採用したが、その代わりに図３に示すように磁石式発電機を採用してもよい。図３において、２００は磁石式発電機、２０１は３相電機子コイル、２０２は３相のインバータである。インバータ２０２は３相電機子コイル１０６が出力する３相交流電圧を直流電圧に変換するとともに、３相電機子コイル１０６のトルクを制御するための３相交流電流を３相電機子コイル１０６に通電する。この場合には、図２に示す回路１１６は、加算器１１５により加算された合計発電量に応じたインバータ２０２のＰＷＭデユーティを求め、このＰＷＭデユーティに基づいてインバータ２０２の各スイッチング素子を断続制御すればよい。

（変形態様）
上記実施例では、急峻変化負荷の負荷電流量の急変に応じて発電量を変更したが、発電量の変更の代わりに、発電量と等価である発電トルクを変更してもよい。具体的に説明すると、図２において、回路１１２、１１４は入力情報並びに現在の発電機回転数に基づいてそれぞれ必要な発電トルクを演算する。これら発電トルクは加算器１１５により加算された後、回路１１５により対応するトランジスタ１０８のデユーティ又はインバータ制御情報に変換される。

実施例１の車両用発電装置を示すブロック回路図である。 図１のコントローラ（発電制御回路）を示すブロック回路図である。 実施例１の車両用発電装置の変形態様を示すブロック回路図である。

符号の説明

１００ コントローラ
１０１ 発電機
１０２ 電源線（バス）
１０３ バッテリ
１０４ａ 電気負荷
１０４ｂ 電気負荷
１０５ 界磁コイル
１０６ 電機子巻線
１０７ 整流器
１０８ トランジスタ
１１１ 減算器
１１２ フィードバック用発電指令演算器
１１３ 電流センサ
１１４ フィードフォワード用発電指令演算器
１１５ 加算器
１１６ 指令変換器

Claims (5)

1. エンジンにより駆動される発電機と、複数の車両用電気負荷及びバッテリとからなり前記発電機から給電される負荷電源系と、前記発電機の発電量を調整する発電制御回路とを備え、前記発電制御回路は、前記負荷電源系の電圧を所定の目標電圧値に収束させる車両用発電装置において、
   前記発電制御回路は、
   前記複数の車両用電気負荷のうち急激な負荷電流変化を生じさせる特定の車両用電気負荷である急峻変化負荷の負荷電流の急峻な変動に関する情報を選択的に検出し、前記急峻変化負荷の負荷電流急峻変化時にこの負荷電流急峻変化による前記負荷電源系の電圧変動を抑制する向きに前記発電量を変化させることを特徴とする車両用発電装置。
2. 請求項１記載の車両用発電装置において、
   前記発電制御回路は、
   検出した前記急峻変化負荷の負荷電流急峻変化時に負荷電流の急峻な変化の大きさに略一致する発電量の変化を発生させることを特徴とする車両用発電装置。
3. 請求項１又は２記載の車両用発電装置において、
   前記発電制御回路は、
   検出した前記急峻変化負荷の負荷電流急峻変化時に、予め記憶する前記急峻変化負荷の負荷電流変化に略一致する発電量の変化を発生させることを特徴とする車両用発電装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか記載の車両用発電装置において、
   前記発電制御回路は、
   検出した前記急峻変化負荷の負荷電流急峻変化に対応する前記発電量の変化に相当する励磁電流量の変化を発生させることを特徴とする車両用発電装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか記載の車両用発電装置において、
   前記発電制御回路は、
   検出した前記急峻変化負荷の負荷電流急峻変化に対応する前記発電量に応じた発電トルクを前記エンジンの制御装置に要求することを特徴とする車両用発電装置。

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