JP2008271767A - 車両用発電機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの過充電及び過放電を防止することを可能にし、その結果簡単な構成の発電機制御装置を低価格で提供する。
【解決手段】車両用発電機制御装置は、バッテリ電圧を入力して、該バッテリ電圧を昇圧する昇圧回路手段３０５と、該バッテリ電圧に対して所定の電圧を加減算する加算回路手段３０２及び減算回路手段３０４と、該バッテリ電圧を所定期間平均化する平均値演算手段３０３と、車両の加減速を検出する加減速検出手段と、該加減速検出手段が車両の加速又は減速を検出した場合に各々所定の期間ＯＮ信号を出力するタイマー回路手段３０１とを具備して成り、該タイマー回路手段の出力がＯＦＦである期間中に該平均値演算手段の出力電圧を上記発電機のバッテリ電圧検出端子へ入力するように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の発電機を制御して減速エネルギーを回収し燃費性能向上を実現する車両用発電機制御装置において、該車両の加減速頻度／時間等の運転状態による影響及び電気負荷作動状態変化の影響によるバッテリの過充電及び過放電を防止する手段に関して、特別な外部入出力信号を必要とすることなく、簡単な構成で過充電と過放電とを防止することが可能な車両用発電機制御装置を提供することを目的として成されたものである。

車両の加速性能や燃費性能を向上する為、エンジン負荷となる発電機の作動状態を制御することが好ましい。
すなわち、車両の加速時には発電機負荷を低減して加速性能を向上させ、また車両の減速時には該発電機負荷を意図的に増加せしめて車両の運動エネルギーをバッテリへの充電電気量として回生するものが考案されている。その結果、車両の加速時に減少したバッテリの充電電気量は減速時に回収されると同時に、これまでブレーキやエンジンブレーキによって損失していた運動エネルギーを電気量として回生することが可能になり、車両の運転燃費が向上する。

ところで上述の如き発電機負荷の制御方式として、単純に車両の加速時に発電機負荷を低減せしめ、或いは同時に減速時の発電機負荷を増加せしめるが如き発電機制御方式を採用した場合には以下のような問題が発生することが知られている。

第一に、車両の走行状態は不規則であって加速期間と減速期間との時間比率を特定することができない。従って、加速期間が減速期間よりも長い運転状態を継続すると上記発電機制御によって発電機負荷を低減した期間が多くなってバッテリが過放電となる。
逆に減速期間が加速期間よりも長い運転状態を継続すると該発電機制御によって発電機負荷を増加した期間が多くなってバッテリが過充電となり、該バッテリの劣化または損傷を招く場合がある。

第二に、車両の灯火類または電装品の稼動状態は不規則であって車両全体の消費電力量を特定することができない。従って、消費電流が小さい状態で上記発電機制御による減速時の発電機負荷増加制御を行うとバッテリが過充電となることは明白である。
逆に消費電流が大きい状態で加速時の発電機負荷低減制御を行うとバッテリが過放電となるといった問題がある。

かかる問題に鑑み、種々の解決手段が提案されている。
該解決手段の一例として、車両に搭載された発電機の界磁電流を制御するスイッチング手段の導通率から該発電機の負荷、すなわち車両の消費電力量を検知して車両の走行状態に対する発電時間の適正化を行うものがある。
特公平４−６３６３９号公報

また、電流センサー等からなる消費電流検出手段を具備して車両の電気負荷量を測定し、かかる電流値または該消費電流の積算値に応じて発電機負荷を制御することが提案されている。
特開２００１−１７３４８１号公報

さらに、車両の走行状態検出手段を用いて、該走行状態検出手段による車両の走行状態に応じた発電機の発電指令値すなわちバッテリの目標充電電圧を３段階に分けて制御するものがある。
特開２００３−０６１４００号公報

しかしながら、上述の如き従来技術における発電機負荷制御の適正化方法によると、発電機の界磁電流制御手段のスイッチング状態、或いは電流センサーの検出値、或いは車両の電気負荷のＯＮ／ＯＦＦ状態等から車両の消費電流を測定する手段が必要となる。従って、かかる状態を検出する為に追加された信号入力配線が必要となり、且つそれらの電気信号を処理する電気回路またはセンサーが必要であるのでコストアップとなっていた。

加えて、車両の走行状態を詳細に分析して発電機の制御を行うものでは、走行状態検出手段として高度な演算機能が必要となるので、マイクロプロセッサ等の演算手段及び周辺回路を必要し、同様のコストアップを招くといった課題があった。

本発明における課題は上記に鑑みたもので、車両の消費電流測定手段を具備することなく、且つ車両の加速期間、減速期間等の走行状態に応じた発電機負荷制御の適正化を行うことなく、バッテリの過充電及び過放電を防止することを可能にすることであって、その結果、簡単な構成の発電機制御装置を低価格で提供することにある。

上記課題を解決する為に請求項１に記載の発明は、車両のエンジンで駆動される発電機によってバッテリを充電する車両用発電機の制御装置であって、当該発電機制御装置はバッテリ電圧を入力して、該バッテリ電圧を昇圧する昇圧手段と、該バッテリ電圧に対して所定の電圧を加減算する加算手段及び減算手段と、該バッテリ電圧を所定期間平均化する平均値演算手段と、車両の加減速を検出する加減速検出手段と、該加減速検出手段が車両の加速又は減速を検出した場合に各々所定の期間ＯＮ信号を出力するタイマー回路手段とを具備して成り、該タイマー回路手段の出力がＯＦＦである期間中に該平均値演算手段の出力電圧を上記発電機のバッテリ電圧検出端子へ入力するように構成した。
一方、上記加減速検出手段によって車両の加減速が検出された場合には上記タイマー回路手段によって設定された一定のＯＮ期間の間、上記加算手段、又は減算手段の出力電圧を上記発電機のバッテリ電圧検出端子へ入力するようにした。

本発明の主旨は、一般的に車両で採用される鉛シールバッテリにおいては、公知の定電圧充電方式が最適とされる点に着目し、発電機負荷制御期間を含めた所定の長時間におけるバッテリ電圧の平均値を測定すると共に、車両の加減速期間における発電機負荷増減制御期間中以外の全期間は、該バッテリの平均電圧値を発電機のバッテリ電圧検出端子へ入力するが如く構成したことにある。

その結果、本発明によれば発電機の負荷制御を行っていない期間において、該発電機の負荷制御を行っている期間を含めたバッテリ平均電圧値を発電機のバッテリ電圧検出端子入力電圧として用いるように構成したから、車両走行期間の長時間に渡るバッテリ充電電圧の平均値は発電機に内蔵された基準電圧によるバッテリの目標充電電圧と一致させることが可能になるのである。

前述の如く、車両の加減速に伴って発電機負荷の増減制御を行っている期間中においては、車両の電気負荷稼動状態及び前記加減速継続時間比率は不特定であるから、一時的なバッテリの過充電または過放電が発生する。
しかしながら、本発明によれば該過充電及び過放電中のバッテリ電圧を含めた長期間における平均のバッテリ充電電圧が、発電機によって規定された目標充電電圧と一致するように作用するのであるから、結果的に車両の実走行状態における平均のバッテリ電圧は発電機の目標充電電圧と一致してバッテリの過充電又は過放電を防止することが可能になる。

加えて、上記効果を得る為に本発明の車両用発電機制御装置は車両の電気負荷作動状態信号や消費電流信号等の入力手段及び車両の加減速期間の比率を演算する手段等を具備する必要がない。従って、外部信号の入出力配線または追加される電子回路を必要としないためコストアップを伴わないといった特徴を備える。

以下、本発明の車両用発電機制御装置（以下発電機制御装置と称す）の具体的実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１における１００は車両に搭載された発電機で、バッテリの目標充電電圧を規定する図示しない基準電圧源を内蔵している。また該発電機１００のＧ端子は車体のアース部位と接続されており、Ｂ端子はバッテリ２００と接続して該バッテリ２００への充電電流を供給する。

３００は本発明の発電機制御装置であり、外部に配設された公知のアイドルスイッチＳ１の信号を取り込むとともに、イグニッションスイッチＳ２を介して該発電機制御装置３００の作動電源が供給されるように構成してある。さらにバッテリ２００の近傍にて接続された外部配線によってバッテリ２００の端子電圧を該発電機制御装置３００へ入力すると同時に、該発電機制御装置３００から上記発電機１００のＳ端子、すなわちバッテリ電圧検出端子と接続して該端子へ所望の制御電圧を入力するように構成してある。

発電機１００は上記Ｓ端子への入力電圧値と上記基準電圧との差に従って該発電機１００の界磁電流を制御してバッテリ２００の充電電流を制御するように作用する。

発電機制御装置３００は、上記アイドルスイッチＳ１の信号を受けて各タイミング信号を発生するタイマー回路手段３０１と、バッテリ２００の端子電圧に所定の電圧を加算する加算回路手段３０２と、該バッテリ２００の端子電圧から所定の電圧を減算する減算回路手段３０４、さらに該バッテリ２００の端子電圧を所定の長時間平均化する平均値演算手段３０３、及び該加算回路手段３０２又は減算回路手段３０４又は平均値演算手段３０３の各出力電圧を切り替えて上記発電機１００のＳ端子へ出力する切り替え回路手段３０６ａ〜３０６ｃ、加えてイグニッションスイッチＳ２を介して発電機制御装置３００へ供給された作動電源を昇圧する昇圧回路手段３０５とから構成されて成る。

次に図２を参照して、本発明の発電機制御装置の作用を説明する。

図２のＳ１は車両のエンジンに装着された公知のスロットルバルブの開度に連動して、該バルブが全閉付近においてＯＮとなるアイドルスイッチの状態を表しており、Ｔ１〜Ｔ３はタイマー回路手段３０１が生成するタイミング信号である。

信号Ｓ１が“Ｌ”の時、即ち車両のスロットルバルブが全閉の時、上記タイマー回路手段３０１の出力Ｔ３とＴ１とは“Ｌ”になっており、Ｔ２は“Ｈ”を出力している。なお、該出力Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は各々切り替え回路手段３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃと接続されているから、該切り替え回路手段３０６ｂがＯＮとなって、その他の切り替え回路手段３０６ａ及び３０６ｃはＯＦＦとなっている。

従って車両のアイドリング中に発電機制御装置３００は、前記発電機１００のバッテリ電圧検出端子Ｓに対して、前記平均値演算手段３０３の出力電圧Ｖａｖｇを供給するから、発電機１００に内蔵された基準電圧と該電圧Ｖａｖｇとが等しくなるように該発電機１００によってバッテリ２００が充電される。
またこの場合、該発電機１００の負荷率は車両の電気負荷状態によって決定されるα％となっている。

次に、運転者がアクセルペダルを操作して車両が加速状態に移行すると、上記アイドルスイッチＳ１がＯＦＦとなって信号Ｓ１は“Ｈ”となる。それに伴い上記タイマー回路手段３０１からの出力信号Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は期間ｔ１の間、各々Ｔ１＝“Ｌ”、Ｔ２＝“Ｌ”、Ｔ３＝“Ｈ”となるから、切り替え回路手段３０６ａがＯＮとなる。

尚、該期間ｔ１の値は通常１０秒程度に設定されることが好ましい。

従って、前記加算回路手段３０２は、バッテリ２００の端子電圧ＶＢに前記昇圧回路手段３０５から得られる所定の電圧（＋ΔＶ）を加算した電圧を、上記発電機１００のバッテリ電圧検出端子Ｓに対して供給するように作用する。

しかるに、車両が加速状態に移行した直後のｔ１期間内は、該発電機１００のバッテリ電圧検出端子Ｓの電圧は上記基準電圧よりも高くなるから、該発電機１００からバッテリ２００への充電電流が減少して、該発電機１００の負荷率は略０％となる。
その結果、車両加速時の動力損失が低下し燃費効率が向上する。但し、この時バッテリ２００の端子電圧ＶＢは図示しない車両各部の電気負荷へ供給する電力に応じて図２に示す如く除々に低下する。

上記期間ｔ１を完了すると前記タイマー回路手段３０１からの信号Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は各々Ｔ１＝“Ｌ”、Ｔ２＝“Ｈ”、Ｔ３＝“Ｌ”となって、上記アイドル期間中と同様に発電機制御装置３００は、発電機１００のバッテリ電圧検出端子Ｓに対して、上記平均値演算手段３０２の出力電圧Ｖａｖｇを出力するから、該発電機１００は該電圧Ｖａｖｇと上記基準電圧とが等しくなるようにバッテリ２００を充電する。またこの時の発電機１００の負荷率は同様にα％となる。

上記加速状態（定常走行状態を含む）の後に、上記アイドルスイッチがＯＮとなって車両が減速状態へ移行すると信号Ｓ１が“Ｌ”になる。それによって上記タイマー回路手段３０１からの出力信号Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は期間ｔ２の間、各々Ｔ１＝“Ｈ”、Ｔ２＝“Ｌ”、Ｔ３＝“Ｌ”となるから、切り替え回路手段３０６ｃがＯＮとなる。

尚、該期間ｔ２の値は通常１０秒程度に設定されることが好ましい。

従って、前記減算回路手段３０４はバッテリ２００の端子電圧ＶＢから所定の電圧（−ΔＶ）を引いた電圧を前記発電機１００のバッテリ電圧検出端子Ｓに対して出力するように作用する。

しかるに、車両が減速状態に移行した直後のｔ２期間内は、発電機１００のバッテリ電圧検出端子Ｓの電圧は前記基準電圧よりも低くなるから、該発電機１００からバッテリ２００への充電電流が増加して、該発電機１００の負荷率は略１００％となる。
その結果、車両減速時のエネルギーは該バッテリ２００へ回生される。但しこの時、該バッテリ２００の端子電圧ＶＢは車両各部の電気負荷に対して過剰な充電を行うことになるので図示の如く上昇する。

上記期間ｔ２を完了すると前記タイマー回路手段３０１からの信号Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は再び各々Ｔ１＝“Ｌ”、Ｔ２＝“Ｈ”、Ｔ３＝“Ｌ”となって、前述のアイドル期間中又は期間ｔ１の終了時と同様に、発電機制御装置３００は発電機１００のバッテリ電圧検出端子Ｓに対して、前記平均値演算手段３０３の出力電圧Ｖａｖｇを供給して、該発電機１００は該電圧Ｖａｖｇと前記基準電圧とが等しくなるようにバッテリ２００を充電する。
また、この時の発電機１００の負荷率は同様にα％へ戻るように作用する。

ところで、車両の電気負荷消費電流が極小さい状況においては、図２のｔ１期間に示す如く車両加速時の発電機負荷低減制御期間ｔ１におけるバッテリ２００の端子電圧ＶＢの低下量は極小さいか、又は殆ど無い。

また、同様に車両の電気負荷消費電流が極小さい状況においては、図２の期間ｔ２で示す如く車両減速時の発電機負荷増加制御期間ｔ２におけるバッテリ２００の端子電圧ＶＢは急激に上昇する。

しかるに、車両の電気負荷消費電流が小さい状況で図示したような加減速を繰り返した場合には、該バッテリ２００の端子電圧の全期間を平均した電圧Ｖａｖｇは一点鎖線で示すが如く、期間ｔ１及び期間ｔ２以外の期間におけるバッテリ端子電圧ＶＢよりも高い電圧となる。

以上から明らかなように、車両の電気負荷消費電流が小さい場合に、車両の加速時における発電機負荷の低減制御期間ｔ１と上記車両の減速時における発電機負荷の増加期間ｔ２とを除く期間（アイドル期間又は車両の定常走行期間）において、発電機１００のバッテリ電圧検出端子Ｓに対して直接バッテリ２００の端子電圧ＶＢを供給するように構成した場合には、該発電機１００によって該電圧ＶＢと該発電機１００に内蔵された前記基準電圧とが等しくなるようにバッテリ２００が充電されるのであるから、結果的に”Ｖａｖｇ−基準電圧”がバッテリ２００の過充電電圧となるのである。

また、逆に車両の電気負荷消費電流が大きい場合、或いは車両の減速期間が前記期間ｔ２よりも小さい場合には、上記電圧Ｖａｖｇが上記バッテリ電圧ＶＢよりも小さくなってバッテリ２００が過放電となることは容易に理解されるべきである。

そこで、本発明の発電機制御装置３００は上記車両の加速時における発電機負荷の低減制御期間ｔ１と、車両の減速時における発電機負荷の増加期間ｔ２、とを除く全ての期間（アイドル期間又は車両の定常走行期間）において、前記発電機１００のバッテリ電圧検出端子Ｓに対して、前記平均値演算手段３０３から前記発電機の負荷制御を行っている期間を含めたバッテリ電圧の平均値Ｖａｖｇを、前記発電機のバッテリ電圧検出端子入力電圧として用いるように構成したのである。

これによって、前記車両の加速時における発電機負荷の低減制御期間ｔ１と前記車両の減速時における発電機負荷の増加期間ｔ２とを除く期間における発電機１００が目標とするバッテリ充電電圧は、該Ｖａｖｇが前記基準電圧と等しくなるように作用する。

言い換えれば、前記車両の加速時における発電機負荷の低減制御期間ｔ１と車両の減速時における発電機負荷の増加期間ｔ２とを除く期間におけるバッテリ２００の充電電圧は、該期間ｔ１及びｔ２の間に発生したバッテリ充電電圧の平均値変動を自動的に吸収するように作用して、車両のアイドル中又は定常走行中における前記発電機負荷αの値が決定されるのである。

平均値演算手段３０３の詳細は、一例として図３に示す如く該平均値演算手段３０３の入力端子３０３ａから抵抗３０３１とコンデンサ３０３２とによる公知のローパスフィルター回路とバッファアンプ３０３３とによって実現される。

尚、該ローパスフィルター回路の時定数は１０分程度とすることが好ましい。

但し、かかるローパスフィルター回路による平均値演算回路は該平均値演算回路の入力／出力信号間で位相遅れを伴うことが知られており、該位相遅れによって発電機１００の制御電圧が一定の周期で上下動を繰り返す“ハンチング”が発生する場合がある。

そこで、本発明の発電機制御装置３００に用いる平均値演算手段３０３はコンデンサ３０３４と抵抗３０３５とによる位相進み制御手段を付加して端子３０３ｂから平均値電圧を出力するように構成した（請求項２）。
これによって、上記発電機１００の制御電圧のハンチングを防止することができる。

以上の如く本発明の発電機制御装置は、車両の消費電流測定手段等を具備することなく、且つ車両の走行状態に応じた発電機負荷制御の適正化を行う手段を具備することなく、車両加減速時の発電機負荷増減制御期間中に過充電または過放電によってバッテリ電圧が如何なる値になったとしても所定の長時間における該バッテリ電圧を、発電機に内蔵した基準電圧に基づく目標充電電圧と一致せしめることが可能になるから、該バッテリの過充電及び過放電が発生しない。

また、車両の消費電流測定手段及び走行状態検出手段を必要としないから、簡単な構成の発電機制御装置を低価格で提供できるといった優れた効果がある。

なお、本発明の車両用発電機制御装置の実施形態は、本実施例で開示した構成に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変形、応用が可能である。
例えば、本発明の発電機制御装置は発電機に内蔵されるか、又は公知のエンジン制御装置等、他の機器と一体と成しても良いことは言うまでも無い。
また前記アイドルスイッチは、公知のスロットルポジションセンサー又は、公知の車速信号から同目的の加減速状態を検出可能であることは当該分野の技術者であれば容易に類推可能な範囲である。
さらに、加算回路手段３０２、平均値演算手段３０３、減算回路手段３０４等は公知のマイクロプロセッサ等の演算素子に置き換え可能である。

本発明の車両用発電機制御装置の構成を表す図である 本発明の車両用発電機制御装置の作動タイミングチャートである 平均値演算手段の詳細説明図である

符号の説明

１００ 発電機
２００ バッテリ
３００ 発電機制御装置
３０１ タイマー回路手段
３０２ 加算回路手段
３０３ 平均値演算手段
３０４ 減算回路手段
３０５ 昇圧回路手段
３０６ａ〜３０６ｃ 切り替え回路手段
Ｓ１ アイドルスイッチ
Ｓ２ イグニッションスイッチ

Claims (2)

1. 車両のエンジンで駆動される発電機によってバッテリを充電する車両用発電機の制御装置であって、当該発電機制御装置はバッテリ電圧を入力して、該バッテリ電圧を昇圧する昇圧回路手段と、該バッテリ電圧に対して所定の電圧を加減算する加算回路手段及び減算回路手段と、該バッテリ電圧を所定期間平均化する平均値演算手段と、車両の加減速を検出する加減速検出手段と、該加減速検出手段が車両の加速又は減速を検出した場合に各々所定の期間ＯＮ信号を出力するタイマー回路手段とを具備して成り、該タイマー回路手段の出力がＯＦＦである期間中に上記平均値演算手段の出力電圧を上記発電機の電圧検出端子へ入力するとともに、上記加減速検出手段によって車両の加減速が検出された場合には上記タイマー回路手段によって設定されたＯＮ期間の間、上記加算回路手段、又は減算回路手段の出力電圧を上記発電機の電圧検出端子へ入力するように作用して発電機負荷を制御するように構成した事を特徴とする車両用発電機制御装置。
2. 上記平均値演算手段は、該平均値演算手段における入出力信号間の信号位相遅れを補正するが如き、位相補正手段を具備して成ることを特徴とする請求項１記載の車両用発電機制御装置。

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