JP2009040192A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷電流の急激な変動を抑制し、車載発電機のトルク変動によるエンジンの負荷変動、及び電源電圧変動を抑制することができる車両用電源装置の提供。
【解決手段】車載発電機１と、車載発電機１が発電した電力により充電される車載バッテリ４とを備え、始動時に突入電流を発生させる複数の電気負荷６，７に電力を供給する車両用電源装置。電気負荷６，７が始動されることを検知する手段１３，ＳＷ２，ＳＷ３と、検知する手段１３，ＳＷ２，ＳＷ３が電気負荷６，７が始動されることを検知したときに、車載発電機１及び車載バッテリ４が電気負荷６，７へ印加する電圧を、所定時間周期的に断続させる手段１３，１６，１７とを備える構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、車載発電機と、車載発電機が発電した電力により充電される車載バッテリとを備え、始動時に突入電流を発生させる複数の電気負荷に電力を供給する車両用電源装置に関するものである。

車両用電源装置では、パワーウインドウ、ＥＰＳ（電動パワーステアリング装置）、エアコンディショナ、デフォッガ、シートヒータ等、多くの電気負荷に電力を供給している。これらの電気負荷のうち、パワーウインドウ、ＥＰＳ、エアコンディショナ等では、モータ始動時に突入電流が発生するので、車両用電源装置の電流が大きく変動する。
従来、このような電流変動が、車載発電機のトルク変動を招き、これに連動してエンジンの回転変動が大きくなって、エンジンストップ、エンジンの息つき等が発生するのを抑制する為に、車載発電機のレギュレータに徐励（磁）機能を搭載するものがあった。

特許文献１には、エンジンの動力によって、トラクション方式のトロイダル形無段変速機を介して、発電機を回転駆動する発電装置が開示されている。この発電装置は、無段変速機のパワーローラの傾斜角を駆動する油圧シリンダの為のサーボ弁開度指令値を、目標回転速度とエンジン回転速度との変速比指令と、発電機回転速度とエンジン回転速度との実変速比とに応答し、オブザーバを有するフィードバック制御手段によって制御する。さらに、発電機の負荷の検出値が与えられるフィードフォワード制御手段によって、フィードバック制御手段の動作を補正し、これらにより、発電機の回転速度を、電力負荷の急激な、または大きな変化にかかわらず、安定に維持する。
特開２００４−３６４４５９号公報

上述したような従来の車載発電機のレギュレータに搭載された徐励（磁）機能では、車載発電機のトルク変動によるエンジンの負荷変動を抑制することができるものの、発電の応答を遅延させることから、電気負荷の電流変動に発電量が追随できず、電源電圧変動が大きくなるという問題があった。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、負荷電流の急激な変動を抑制し、車載発電機のトルク変動によるエンジンの負荷変動、及び電源電圧変動を抑制することができる車両用電源装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る車両用電源装置は、車載発電機と、該車載発電機が発電した電力により充電される車載バッテリとを備え、始動時に突入電流を発生させる複数の電気負荷に電力を供給する車両用電源装置において、前記電気負荷が始動されることを検知する手段と、該手段が前記電気負荷が始動されることを検知したときに、前記車載発電機及び車載バッテリが前記電気負荷へ印加する電圧を、所定時間周期的に断続させる手段とを備えることを特徴とする。

この車両用電源装置では、車載バッテリが、車載発電機が発電した電力により充電され、始動時に突入電流を発生させる複数の電気負荷に、車載バッテリ及び車載発電機が電力を供給する。検知する手段が、電気負荷が始動されることを検知し、その電気負荷が始動されることを検知したときに、車載発電機及び車載バッテリが電気負荷へ印加する電圧を、断続させる手段が、所定時間周期的に断続させる。

第２発明に係る車両用電源装置は、車載発電機と、該車載発電機が発電した電力により充電される車載バッテリと、始動時に突入電流を発生させる複数の電気負荷に、前記車載発電機及び車載バッテリからそれぞれ電力を供給する為の各スイッチング素子とを備える車両用電源装置において、前記スイッチング素子の前記車載バッテリ側に、該スイッチング素子に直列接続された第２スイッチング素子及び抵抗の並列回路と、前記電気負荷が始動されることを検知する手段とを備え、該手段が前記電気負荷が始動されることを検知したときに、前記スイッチング素子をオンにした後、所定時間が経過したときに、前記第２スイッチング素子をオンにするように構成してあることを特徴とする。

この車両用電源装置では、車載バッテリが、車載発電機が発電した電力により充電され、始動時に突入電流を発生させる複数の電気負荷に、各スイッチング素子が、車載発電機及び車載バッテリからそれぞれ電力を供給する。第２スイッチング素子及び抵抗の並列回路が、スイッチング素子の車載バッテリ側に、スイッチング素子に直列接続され、検知する手段が、電気負荷が始動されることを検知する。検知する手段が、電気負荷が始動されることを検知したときに、スイッチング素子をオンにした後、所定時間が経過したときに、第２スイッチング素子をオンにする。

第１，２発明に係る車両用電源装置によれば、負荷電流の急激な変動を抑制し、車載発電機のトルク変動によるエンジンの負荷変動、及び電源電圧変動を抑制することができる車両用電源装置を実現することができる。また、車載発電機のレギュレータに徐励（磁）機能を搭載する必要がなくなる。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る車両用電源装置の実施の形態１の概略構成を示すブロック図である。
この車両用電源装置は、エンジン８に連動して、オルタネータ（車載発電機、交流発電機）１が発電し、その発電電圧は、オルタネータ１に付設されたレギュレータ２が、オルタネータ１の界磁電流を調節することにより定電圧制御され、また昇降圧制御される。

オルタネータ１が発電した電力は、オルタネータ１内で整流され、リレーボックス１１内のヒューズＦ１を通じて、車載バッテリ４に充電される。電流検出器３が、車載バッテリ４の充放電電流値を検出して、充電制御ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２に与え、充電制御ＥＣＵ１２内の電圧検出手段５が、車載バッテリ４の入出力電圧値を検出する。

充電制御ＥＣＵ１２は、車両の速度値を与えられ、与えられた速度値に基づき、アイドリング、加速走行、定常走行及び減速走行の各車両状態を判定し、判定した車両状態に応じた発電モードで発電するように、レギュレータ２及びオルタネータ１を制御する充電制御を行う。
発電モードは、加速走行のようにエンジンの負荷が大きいときは、発電電圧を降下させ、減速走行のようにエンジンの負荷が小さいときは、発電電圧を上昇させるように定められており、これによりエンジンの負荷を軽減し、車両の燃費向上を図っている。

車載バッテリ４の出力電圧は、例えば、ヒューズＦ２及びＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１６を通じてモータ６（例えばパワーウインドウ用モータ）に、ヒューズＦ３及びＦＥＴ１７を通じてモータ７（例えばエアコンディショナのコンプレッサ用モータ）にそれぞれ印加される。ＦＥＴ１６，１７及びモータ６，７には、それぞれ環流ダイオードが逆並列に接続されている。車載バッテリ４の出力電圧は、その他の電気負荷へもそれぞれのヒューズを通じて印加される。ＦＥＴ１６，１７は、リレーボックス１１内に設置されている。

モータ６のスイッチＳＷ２、及びモータ７のスイッチＳＷ３の各オン／オフ信号は、リレーボックス１１内に設置された制御部１３に与えられる。
制御部１３は、マイクロコンピュータを備えており、スイッチＳＷ２のオン信号を与えられている期間、モータ６の始動時の突入電流が生じている期間を含む所定時間（例えば１秒間）、ＦＥＴ１６を周期的にオン／オフ（ＰＷＭ制御）した後、ＦＥＴ１６を周期的にオンにする。また、スイッチＳＷ３のオン信号を与えられている期間、モータ７の始動時の突入電流が生じている期間を含む所定時間（例えば１秒間）、ＦＥＴ１７を周期的にオン／オフ（ＰＷＭ制御）した後、ＦＥＴ１７をオンにする。

以下に、このような構成の車両用電源装置の電気負荷（モータ６，７）毎の動作の例を、それを示す図２のフローチャートを参照しながら説明する。
制御部１３は、スイッチ（例えばスイッチＳＷ２，ＳＷ３の何れか）がオンにされるのを待機しており（Ｓ１）、スイッチがオンにされると、そのスイッチに対応するＦＥＴ（スイッチング素子）（例えばＦＥＴ１６，１７の何れか）を、所定時間（例えば１秒間）周期的にオン／オフ（ＰＷＭ制御）する（Ｓ３）。その後、そのＦＥＴをオンにする（Ｓ５）。

制御部１３は、そのＦＥＴをオンにした（Ｓ５）後、そのＦＥＴに対応するスイッチがオフにされるのを待機する（Ｓ７）。制御部１３は、そのスイッチがオフにされると（Ｓ７）、そのスイッチに対応するＦＥＴ（例えばＦＥＴ１６，１７の何れか）をオフにした（Ｓ９）後、スイッチ（例えばスイッチＳＷ２，ＳＷ３の何れか）がオンにされるのを待機する（Ｓ１）。

以上により、オンにされたスイッチに対応するモータ（例えばモータ６，７の何れか）が作動するが、その始動時の図３（ａ）に示す突入電流を、ＦＥＴを所定時間周期的にオン／オフ（ＰＷＭ制御）することにより、（ｂ）に示すように抑制することができ、電源電圧への影響を抑制することができる。
また、実測によれば、例えば、ＦＥＴを単純にオンにした場合、図４（ａ）に示すように、突入電流は最大６４Ａであり、これにより電源電圧は１２．４Ｖから１１．７Ｖ迄低下して、０．７Ｖ変動する。これに対して、ＦＥＴを約０．７秒間、３５０Ｈｚでオン／オフ（ＰＷＭ制御）した場合、（ｂ）に示すように、突入電流は最大３０Ａであり、これにより電源電圧は１２．１Ｖ迄しか低下せず、突入電流の最大値は３４Ａ減少し、電源電圧の変動分は０．３Ｖに抑制される。

（実施の形態２）
図５は、本発明に係る車両用電源装置の実施の形態２の概略構成を示すブロック図である。
この車両用電源装置は、モータ６へ通じるヒューズＦ２及びＦＥＴ１６間に、ＦＥＴ１８及び抵抗Ｒが並列接続された並列回路が接続されており、ＦＥＴ１８には、環流ダイオードが逆並列に接続されている。
制御部１３は、スイッチＳＷ２のオン信号を与えられている期間、ＦＥＴ１６をオンにし、モータ６の始動時の突入電流が生じている期間を含む所定時間（例えば０．１秒間）、ＦＥＴ１８をオフに止めて、突入電流を抵抗Ｒに流した後、ＦＥＴ１８をオンにする。その他の構成は、上述した実施の形態１の概略構成（図１）と同様であるので、説明を省略する。

以下に、このような構成の車両用電源装置のモータ６に関連する動作の例を、それを示す図６のフローチャートを参照しながら説明する。
制御部１３は、スイッチＳＷ２がオンにされるのを待機しており（Ｓ１１）、スイッチＳＷ２がオンにされると、ＦＥＴ（下流側スイッチング素子）１６をオンにする（Ｓ１３）。次いで、所定時間（例えば０．１秒間）待機した（Ｓ１５）後、ＦＥＴ（上流側スイッチング素子）１８をオンにする（Ｓ１７）。
制御部１３は、次に、スイッチＳＷ２がオフにされるのを待機し（Ｓ１９）、スイッチＳＷ２がオフにされると、ＦＥＴ１６，１８をオフにした（Ｓ２１）後、スイッチＳＷ２がオンにされるのを待機する（Ｓ１１）。尚、モータ７に関連する動作は、上述した実施の形態１の動作の例（図２）と同様であるので、説明を省略する。

以上により、スイッチＳＷ２に対応するモータ６が作動するが、その始動時にＦＥＴ１８を所定時間、オフに止めることにより、突入電流は抵抗Ｒ（図５）を流れて減衰し、図７（ａ）に示すような突入電流を、（ｂ）に示すように抑制することができ、電源電圧への影響を抑制することができる。
また、実測によれば、例えば、ＦＥＴ１８及び抵抗Ｒが存在しない場合、図８（ａ）に示すように、突入電流は最大１０５Ａであり、これにより電源電圧は１２．４Ｖから１１．４Ｖ迄低下して、１．０Ｖ変動する。これに対して、ＦＥＴ１８及び抵抗Ｒの並列回路を接続し、始動時にＦＥＴ１８を約５０ミリ秒間オフに止めて、突入電流を抵抗Ｒに流した場合、（ｂ）に示すように、突入電流は最大５５Ａであり、これにより電源電圧は１１．９Ｖ迄しか低下せず、突入電流の最大値は５０Ａ減少し、電源電圧の変動分は０．５Ｖに抑制される。

本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。 本発明に係る車両用電源装置の電気負荷毎の動作の例を示すフローチャートである。 本発明に係る車両用電源装置の電気負荷毎の動作を説明する為の説明図である。 本発明に係る車両用電源装置の電気負荷毎の動作の実測例を示す波形図である。 本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。 本発明に係る車両用電源装置の電気負荷に関連する動作の例を示すフローチャートである。 本発明に係る車両用電源装置の電気負荷に関連する動作を説明する為の説明図である。 本発明に係る車両用電源装置の電気負荷の動作の実測例を示す波形図である。

符号の説明

１ オルタネータ（車載発電機、交流発電機）
２ レギュレータ
４ 車載バッテリ
６，７ モータ（電気負荷）
８ エンジン
１１ リレーボックス
１２ 充電制御ＥＣＵ
１３ 制御部（検知する手段、断続させる手段）
１６，１７ ＦＥＴ（スイッチング素子、断続させる手段）
１８ ＦＥＴ（スイッチング素子）
Ｒ 抵抗
ＳＷ２，ＳＷ３ スイッチ（検知する手段）

Claims (2)

1. 車載発電機と、該車載発電機が発電した電力により充電される車載バッテリとを備え、始動時に突入電流を発生させる複数の電気負荷に電力を供給する車両用電源装置において、
   前記電気負荷が始動されることを検知する手段と、該手段が前記電気負荷が始動されることを検知したときに、前記車載発電機及び車載バッテリが前記電気負荷へ印加する電圧を、所定時間周期的に断続させる手段とを備えることを特徴とする車両用電源装置。
2. 車載発電機と、該車載発電機が発電した電力により充電される車載バッテリと、始動時に突入電流を発生させる複数の電気負荷に、前記車載発電機及び車載バッテリからそれぞれ電力を供給する為の各スイッチング素子とを備える車両用電源装置において、
   前記スイッチング素子の前記車載バッテリ側に、該スイッチング素子に直列接続された第２スイッチング素子及び抵抗の並列回路と、前記電気負荷が始動されることを検知する手段とを備え、該手段が前記電気負荷が始動されることを検知したときに、前記スイッチング素子をオンにした後、所定時間が経過したときに、前記第２スイッチング素子をオンにするように構成してあることを特徴とする車両用電源装置。

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