JP2009072051A - 充電システムおよび車両用発電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両用発電機の出力電圧を設定するパルス信号の誤検出の発生を防止することができる充電システムおよび車両用発電制御装置を提供すること。
【解決手段】充電システムは、バッテリ３、車両用発電機２、車両用発電制御装置１、ＥＣＵ８０を備える。車両用発電制御装置１は、ＥＣＵ８０から入力されるパルス信号から、所定周期から外れる信号を除去する信号フィルタ回路５６と、信号フィルタ回路５６から出力されるパルス信号のデューティ比を検出する周期カウンタ５２、Ｌｏ時間カウンタ５３、除算回路５７と、検出されたデューティ比に対してほぼ線形の関係を有する電圧に車両用発電機２の出力電圧を調整する電圧指令生成回路５８、電圧偏差検出回路５９、ＰＷＭ回路６０、抵抗分圧回路６１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用発電機によってバッテリの充電を行う充電システム、およびこの車両用発電機の発電状態を制御する車両用発電制御装置に関する。

従来、車両のエンジンにより回転駆動されて発電を行う車両用発電機は、ＩＣレギュレータと称される車両用発電制御装置によって出力電圧が所定値となるように制御されている。また、近年のエンジンの低アイドル化や電気負荷の増加、燃費低減のニーズに応えるために、車両の走行状態、エンジンの動作状態、バッテリの充電状態、電気負荷の使用量等の各種情報に基づいて、車両用発電機の出力電圧を可変する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この特許第３０７０７８８号公報に開示された技術では、基準電圧に対応するデューティ信号をエンジン制御装置（ＥＣＵ）からＩＣレギュレータに送出し、この信号に対応した基準電圧となるように発電機の出力電圧が制御されている。
また、近年の車両走行時の燃費低減の社会的ニーズの高まりから、車両の走行状態やバッテリの充電状態に基づいて発電機の仕事量を適宜変更して、必要最小限の燃料にて充分な発電量を取り出すことが必要になっている。具体的には、車両の加速時においては、発電機の出力電圧を低く設定し（例えば最小電圧１２Ｖ）、エンジンに対する機械的負荷を低減することによって燃料消費量を低減し、反対に、車両の減速時においては、発電機の出力電圧を高く設定し（例えば最大電圧１５Ｖ）、発電機の発電量を多くしてバッテリを急速に充電することにより、車両の慣性エネルギーを電力に変換し、燃料の有効利用を図っている。
特許第３０７０７８８号公報（第７−１３頁、図１−６）

ところで、車両用発電機の出力電圧を制御するためにＥＣＵからＩＣレギュレータに送信されるパルス信号としては周期が一定の信号が用いられる。しかし、例えば複数の製造メーカが異なるＥＣＵが接続される場合など、ＥＣＵのメーカによりパルス信号の周期が異なることがある。この時、ＩＣレギュレータが受信することができるパルス信号の周期範囲を大きく設定すると、信号にノイズがのったときにも正常の信号として誤認識してしまい、その結果、発電機の出力電圧が変動する可能性がある。

図５は、ＩＣレギュレータがＥＣＵから受信するパルス信号波形の一例を示す図である。図５（Ａ）に示す波形はノイズがない場合であり、この場合には１０ｍｓ周期で５０％デューティの信号として認識することができる。しかし、同じ周期、同じデューティの波形であっても、図５（Ｂ）に示すように、信号にノイズがのると、ＩＣレギュレータは（８ｍｓ周期で３７．５％デューティ）→（２ｍｓ周期で９０％デューティ）→（１０ｍｓ周期で５０％デューティ）と認識し、本来の信号とは異なって認識することになる。

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、車両用発電機の出力電圧を設定するパルス信号の誤検出の発生を防止することができる充電システムおよび車両用発電制御装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の充電システムは、車両に搭載されたバッテリと、バッテリに充電を行う車両用発電機と、車両用発電機の出力電圧を制御する車両用発電制御装置と、車両用発電制御装置に対して車両用発電機の発電状態を指示する外部制御装置とを備えており、車両用発電制御装置は、外部制御装置から入力されるパルス信号から、所定周期から外れる信号を除去するフィルタ手段と、フィルタ手段から出力されるパルス信号のデューティ比を検出するデューティ比検出手段と、デューティ比検出手段によって検出されたデューティ比に対してほぼ線形の関係を有する電圧に、車両用発電機の出力電圧を調整する電圧制御手段とを備えている。

また、本発明の車両用発電制御装置は、外部から入力されるパルス信号から、所定周期から外れる信号を除去するフィルタ手段と、フィルタ手段から出力されるパルス信号のデューティ比を検出するデューティ比検出手段と、デューティ比検出手段によって検出されたデューティ比に対してほぼ線形の関係を有する電圧に、車両用発電機の出力電圧を調整する電圧制御手段とを備えている。

これにより、車両用発電制御装置が受信するパルス信号のうち、任意に設定された所定周期から外れるノイズ等の信号が除去されるため、車両用発電機の出力電圧を設定するパルス信号を検出する際のノイズによる誤検出を防止することができる。

また、上述した車両用発電制御装置は、起動時に外部制御装置から入力されるパルス信号の周期を記憶する記憶手段をさらに備え、フィルタ手段は、記憶手段に記憶された周期から外れる信号を除去することが望ましい。起動時に受信するパルス信号の周期に合わせて、その後に受信するパルス信号の周期を決定することができるため、車両用発電制御装置と組み合わされる外部制御装置毎に異なる周期のパルス信号が送られてきてもこのパルス信号を正常受信することができる。

また、上述した車両用発電制御装置は、記憶手段に記憶された周期に応じて車両用発電機の制御定数を切り替える制御定数切り替え手段をさらに備えることが望ましい。起動時に受信するパルス信号の周期に合わせて、車両用発電機の制御定数を切り替えることができるため、外部からこの制御定数の設定を変更することが可能になる。

また、上述した制御定数切り替え手段によって切り替えられる制御定数は、車両用発電機の界磁電流の増加を抑制制御する定数であることが望ましい。これにより、電気負荷投入時の車両用発電機のトルク変動の影響を車両に合わせた特性に設定することが可能になる。

以下、本発明を適用した一実施形態の充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の実施形態の充電システムの構成を示す図である。図１に示す本実施形態の充電システムは、車両用発電制御装置１、車両用発電機２、バッテリ３、ＥＣＵ（エンジン制御装置）８０を含んで構成されている。

車両用発電制御装置１は、車両用発電機２の出力電圧を所定範囲内に制御する。車両用発電制御装置１の詳細については後述する。

車両用発電機２は、固定子に含まれる３相の固定子巻線２１と、回転子に含まれる界磁巻線２２と、固定子巻線２１の３相出力を全波整流する全波整流回路２３とを含んで構成されている。この車両用発電機２の出力電圧の制御は、界磁巻線２２に通電する界磁電流を調整することにより行われる。車両用発電機２の出力端子（Ｂ端子）はバッテリ３やその他の電気負荷４に接続されており、車両用発電機２からこれらに対して電流が供給される。

ＥＣＵ８０は、エンジン（図示せず）の制御を行うとともに、バッテリ３の充電状態、車速、スロットル開度等の情報に基づいて車両用発電制御装置１に対して車両用発電機２の発電状態を指示する外部制御装置である。このために、ＥＣＵ８０は、所定の制御プログラムを実行するＣＰＵ８１と、各種信号の入出力処理を行う入出力部（Ｉ／Ｏ）８２とを含んで構成されている。ＥＣＵ８０から車両用発電制御装置１に対する指示は、デューティ比が可変に設定されるパルス信号を送出することにより行われる。このパルス信号の生成は、入出力部８２内のスイッチング素子としてのトランジスタ８３およびレジスタ（Ｒ）８４を用いて行われる。なお、トランジスタ８３の保護を目的として送出ライン上に抵抗８５が挿入されている。

次に、車両用発電制御装置１の詳細構成について説明する。図１に示すように、車両用発電制御装置１は、車両用発電機２の界磁巻線２２に直列に接続されて界磁電流を断続するパワートランジスタ１１と、界磁巻線２２に並列に接続されてパワートランジスタ１１がオフ状態のときに界磁電流を還流させる還流ダイオード１２と、バッテリ３の端子電圧（バッテリ電圧）を監視してこの電圧が所定範囲内に収まるようにパワートランジスタ１１の断続状態を制御する制御回路５０とを含んで構成されている。

図２は、制御回路５０の詳細な構成を示す回路図である。図２に示すように、制御回路５０は、波形整形器５１、周期カウンタ５２、Ｌｏ時間カウンタ５３、キーＯＮ検出回路５４、周期設定回路５５、信号フィルタ回路５６、除算回路５７、電圧指令生成回路５８、電圧偏差検出回路５９、ＰＷＭ回路６０、抵抗分圧回路６１を含んで構成されている。

波形整形器５１は、ＥＣＵ８０からＣ端子に入力されたパルス信号の波形整形を行う。周期カウンタ５２は、波形整形がなされた後のパルス信号の周期をカウントする。Ｌｏ時間カウンタ５３は、波形整形がなされた後のパルス信号のローレベル時間をカウントする。キーＯＮ検出回路５４は、Ｌ端子に接続されたチャージランプ６を介してキーオン時の起動信号を検出する。周期設定回路５５は、車両用発電制御装置１の起動時に周期カウンタ５２からの信号（カウント値）を読み込んで、その後ＥＣＵ８０から読み込むパルス信号の周期を決定する。信号フィルタ回路５６は、周期設定回路５５で設定された周期を読み込み、その周期から外れた信号を除去する。なお、パルス信号の伝送中に発生するジッタ等によりパルス信号の周期は正常時であってもわずかに変動するため、この変動の範囲内であれば設定周期に一致するものとして信号フィルタ回路５６による処理が行われる。

除算回路５７は、信号フィルタ回路５６を通過したＬｏ時間カウンタ５３によってカウントされたパルス信号のローレベル時間を、周期カウンタ５２によってカウントされたパルス信号の周期で除算することにより、このパルス信号のデューティ比を演算する。電圧指令生成回路５８は、除算回路５７から出力されるデューティ比から図３に示す特性に基づいて基準電圧を生成する。

電圧偏差検出回路５９は、電圧指令生成回路５８によって生成された基準電圧と、車両用発電機２のＢ端子に印加されているバッテリ電圧を抵抗分圧回路６１で分圧した電圧とを比較し、その比較結果に対応したローレベルあるいはハイレベルの信号を出力する。ＰＷＭ回路６０は、電圧偏差検出回路５９の出力がハイレベルのときにＰＷＭ（パルス幅変調）を行って、所定のデューティ比を有する駆動信号を生成してパワートランジスタ１１を駆動する。所定のデューティ比の駆動信号がＰＷＭ回路６０から出力されると、パワートランジスタ１１がオンオフ制御されて、界磁巻線２２に対する通電が行われる。これにより、車両用発電機２の出力電圧が上昇するため、バッテリ３の端子電圧も上昇する。

上述した信号フィルタ回路５６がフィルタ手段に、周波数カウンタ５２、Ｌｏ時間カウンタ５３、除算回路５７がデューティ比検出手段に、電圧指令生成回路５８、電圧偏差検出回路５９、ＰＷＭ回路６０、抵抗分圧回路６１が電圧制御手段に、周波数設定回路５５が記憶手段にそれぞれ対応する。

次に、本発明の特徴であるＥＣＵ８０からのパルス信号の受信部の動作について説明する。上述したように、車両用発電制御装置１は、波形整形器５１、周期カウンタ５２、Ｌｏ時間カウンタ５３からなる受信部によりＥＣＵ８０から送信されるパルス信号を受信する。ここで、この受信部は例えばＥＣＵ８０の製造メーカが異なるなどの理由でパルス信号の周期が異なる場合にも信号が受信できるように、幅広い周期のパルス信号を受信できるように設計されている。ただし、この場合ノイズの発生などによりパルス信号が変形されたときには、本来の意図された信号と異なって認識してしまう場合がある。

そこで、本実施形態では、周期設定回路５５で、車両用発電制御装置１の起動時にＥＣＵ８０から受信するパルス信号の周期を読み込み、信号フィルタ回路５６で通過させる信号の周期をその周期に設定することにより、ＥＣＵ８０の信号特性に合わせたパルス信号を受信することができ、ノイズによって信号波形が変形した場合には、信号フィルタ回路５６でその信号を除去することができる。

このように、本実施形態の充電システム、特に車両用発電制御装置１では、ＥＣＵ８０から受信するパルス信号のうち、任意に設定された所定周期から外れるノイズ等の信号が除去されるため、車両用発電機２の出力電圧を設定するパルス信号を検出する際のノイズによる誤検出を防止することができる。

また、起動時に受信するパルス信号の周期に合わせて、その後に受信するパルス信号の周期を決定することができるため、車両用発電制御装置１と組み合わされるＥＣＵ８０毎に異なる周期のパルス信号が送られてきてもこのパルス信号を正常受信することができる。

〔第２の実施例〕
図４は、第２の実施形態の充電システムの部分的な構成を示す図である。充電システム全体の構成は図１に示した第１の実施形態の充電システムと基本的に同じであり、車両用発電制御装置１を車両用発電制御装置１Ａに置き換えた点が異なっている。この車両用発電制御装置１Ａは、車両用発電制御装置１内の制御回路５０を制御回路５０Ａに置き換えたものである。また、図４は図２に対応するものであり、制御回路５０Ａの詳細構成が示されている。

本実施形態の制御回路５０Ａは、図２に示した制御回路５０に対して、負荷応答制御回路６２、負荷応答制御有無判定回路６３、オア（論理和）回路６４、アンド（論理積）回路６５、抵抗分圧回路６６が追加されている。以下では、これらの追加された構成について説明する。

負荷応答制御回路６２は、パワートランジスタ１１と界磁巻線２２の接続点に接続されており、パワートランジスタ１１の導通率を検出し、この道通率を徐々に増加させる負荷応答制御を行う。この負荷応答制御は、車両のアイドル回転域で電気負荷変化による回転変動を抑制するためのものであり、回転数がアイドル回転域よりも大きくなると負荷応答制御を解除するという手法がよくとられている。負荷応答制御有無判定回路６３は、車両用発電機２の回転数を検出して負荷応答制御の有効／無効を判定するためのものであり、車両用発電機２の固定子巻線２１の相電圧を抵抗分圧回路６６を介して検出することにより回転数を検出して、負荷応答制御の有効／無効を判定する。例えば、相電圧の周波数に基づいて回転数が検出され、この回転数が所定回転数より小さいときに、負荷応答制御を有効にするためにローレベルの信号が出力される。

オア回路６４は、２つの入力端子を有しており、各入力端子には負荷応答制御回路６２あるいは負荷応答制御有無判定回路６３が接続されている。負荷応答制御有無判定回路６３の出力がローレベルのとき（車両用発電機２の回転数が所定回転数より小さいとき）に、負荷応答制御回路６２の出力がオア回路６４を介してアンド回路６５に入力され、上述した負荷応答制御回路６２による負荷応答制御が有効になる。また、負荷応答制御有無判定回路６３の出力がハイレベルのとき（車両用発電機２の回転数が所定回転数より大きいとき）に、負荷応答制御回路６２の出力内容にかかわらずオア回路６４の出力がハイレベルに固定され、負荷応答回路制御６２の出力がマスクされるため、上述した負荷応答制御は実施されない。

ここで、負荷応答制御回路６２は、周期設定回路５５から車両用発電制御装置１Ａの起動時に読み込んだパルス信号の周期情報を受信する。そして、負荷応答制御回路６２は、その周期情報に応じて内部に記憶している導通率の増加速度を書き換えることができる。例えば、負荷応答制御回路６２の内部で、パルス信号の周期が５ｍｓより小さいときに導通率の増加速度を４０％／ｓ、パルス信号の周期が５ｍｓより大きいときに導通率の増加速度を２０％／ｓに切り替えるように設定しておくと、車両のエンジントルクが大きく、電気負荷変動の影響を受けにくいときには、パルス信号の周期を５ｍｓより小さくし、導通率の増加速度を４０％／ｓと大きくすることができ、反対に、車両のエンジントルクが小さく、電気負荷変動の影響を受けやすいときには、パルス信号の周期を５ｍｓより大きくし、導通率の増加速度を２０％／ｓと小さくすることができる。すなわち、外部から車両の状態に合わせて車両用発電機２の制御定数を切り替えることができる。この負荷応答制御回路６２が制御定数切り替え手段に対応する。

このように、本実施形態の充電システム、特に車両用発電制御装置１Ａでは、起動時に受信するパルス信号の周期に合わせて、車両用発電機２の制御定数を切り替えることができるため、ＥＣＵ８０からこの制御定数の設定を変更することが可能になる。特に、この制御定数を車両用発電機２の界磁電流の増加を抑制制御する定数とすることにより、電気負荷投入時の車両用発電機２のトルク変動の影響を車両に合わせた特性に設定することが可能になる。

第１の実施形態の充電システムの構成を示す図である。 制御回路の詳細な構成を示す回路図である。 パルス信号のデューティ比と基準電圧との関係を示す特性図である。 第２の実施形態の充電システムの部分的な構成を示す図である。 ＩＣレギュレータがＥＣＵから受信するパルス信号波形の一例を示す図である。

符号の説明

１ 車両用発電制御装置
２ 車両用発電機
３ バッテリ
１１ パワートランジスタ
１２ 還流ダイオード
５０ 制御回路
５１ 波形整形器
５２ 周期カウンタ
５３ Ｌｏ時間カウンタ
５４ キーＯＮ検出回路
５５ 周期設定回路
５６ 信号フィルタ回路
５７ 除算回路
５８ 電圧指令生成回路
５９ 電圧偏差検出回路
６０ ＰＷＭ回路
６２ 負荷応答制御回路
６３ 負荷応答制御有無判定回路
８０ ＥＣＵ（エンジン制御装置）
８１ ＣＰＵ
８２ 入出力部（Ｉ／Ｏ）

Claims (7)

1. 車両に搭載されたバッテリと、前記バッテリに充電を行う車両用発電機と、前記車両用発電機の出力電圧を制御する車両用発電制御装置と、前記車両用発電制御装置に対して前記車両用発電機の発電状態を指示する外部制御装置とを備える充電システムにおいて、
   前記車両用発電制御装置は、
   前記外部制御装置から入力されるパルス信号から、所定周期から外れる信号を除去するフィルタ手段と、
   前記フィルタ手段から出力されるパルス信号のデューティ比を検出するデューティ比検出手段と、
   前記デューティ比検出手段によって検出された前記デューティ比に対してほぼ線形の関係を有する電圧に、前記車両用発電機の出力電圧を調整する電圧制御手段と、
   を備えることを特徴とする充電システム。
2. 請求項１において、
   前記車両用発電制御装置は、起動時に前記外部制御装置から入力される前記パルス信号の周期を記憶する記憶手段をさらに備え、
   前記フィルタ手段は、前記記憶手段に記憶された周期から外れる信号を除去することを特徴とする充電システム。
3. 請求項２において、
   前記車両用発電制御装置は、前記記憶手段に記憶された周期に応じて前記車両用発電機の制御定数を切り替える制御定数切り替え手段をさらに備えることを特徴とする充電システム。
4. 請求項３において、
   前記制御定数切り替え手段によって切り替えられる制御定数は、前記車両用発電機の界磁電流の増加を抑制制御する定数であることを特徴とする充電システム。
5. 外部から入力されるパルス信号から、所定周期から外れる信号を除去するフィルタ手段と、
   前記フィルタ手段から出力されるパルス信号のデューティ比を検出するデューティ比検出手段と、
   前記デューティ比検出手段によって検出された前記デューティ比に対してほぼ線形の関係を有する電圧に、車両用発電機の出力電圧を調整する電圧制御手段と、
   を備えることを特徴とする車両用発電制御装置。
6. 請求項５において、
   起動時に外部制御装置から入力される前記パルス信号の周期を記憶する記憶手段をさらに備え、
   前記フィルタ手段は、前記記憶手段に記憶された周期から外れる信号を除去することを特徴とする車両用発電制御装置。
7. 請求項６において、
   前記記憶手段に記憶された周期に応じて前記車両用発電機の制御定数を切り替える制御定数切り替え手段をさらに備えることを特徴とする車両用発電制御装置。

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