JP2009118707A

JP2009118707A - 車両用発電制御装置

Info

Publication number: JP2009118707A
Application number: JP2007292195A
Authority: JP
Inventors: Tsukasa Kikuchi; 司菊地; Tomoki Tsuzuki; 知己都築
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-11-09
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2027-11-09
Also published as: DE102008051077A1; CN101431251B; US20090121689A1; JP4488056B2; CN101431251A; US8040112B2

Abstract

【課題】バッテリ温度を考慮した発電制御を行うことができ、コスト低減および構成の簡素化が可能な車両用発電制御装置を提供すること。
【解決手段】車両用発電制御装置１は、温度を検出する温度検出回路１４と、温度検出回路１４によって検出された温度に応じて制御目標電圧を切り替える基準電圧生成回路１３と、基準電圧生成回路１３によって切り替えられた制御目標電圧になるように車両用発電機２の出力電圧を制御する電圧制御回路１１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て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に関する。

従来から、センサによりエンジンの運転状態やバッテリ状態を検知し、検知結果に応じて外部制御装置が発電制御装置に対して発電指示信号を送信し、車両用発電機の発電を制御することで、車両状態に応じた最適な発電制御を可能とすることができ、また逆に発電制御装置から外部制御装置に対して発電状態信号を送信することによりその情報を基にしたエンジン制御を可能とするような、外部制御装置と発電制御装置が双方向で通信可能な車両充電システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−８８１９１号公報（第５−１４頁、図１−８）

ところで、特許文献１等に開示された車両充電システムのように外部制御装置によって車両用発電機の発電制御を行う場合を考えると、バッテリはその温度により充放電特性が変化するため、外部制御装置は、バッテリ温度センサによって検出したバッテリ温度を考慮した発電目標電圧を発電制御装置に対して指示することが望ましい。しかし、一般にバッテリ温度センサは高価であるためコストが増加するという問題があった。しかも、バッテリ温度センサと外部制御装置との間はハーネスによる接続が必要になるため、構成が複雑になるという問題もあった。

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、バッテリ温度を考慮した発電制御を行うことができ、コスト低減および構成の簡素化が可能な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、本発明の車両用発電制御装置は、温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段によって検出された温度に応じて制御目標電圧を切り替える制御目標電圧設定手段と、制御目標電圧設定手段によって切り替えられた制御目標電圧になるように車両用発電機の出力電圧を制御する電圧制御手段とを備えている。具体的には、制御目標電圧設定手段は、所定の温度に対応する制御目標電圧としての発電目標電圧と、制御目標電圧の温度に対する勾配を示す温度特性とに基づいて、温度検出手段によって検出された温度に対応する制御目標電圧を設定している。

一般に、車両用発電機や車両用発電制御装置はバッテリと同じ空間に配置されるため、車両用発電制御装置において検出された温度とバッテリ温度との間には相関がある。このため、車両用発電制御装置において温度検出を行うことにより、専用のバッテリ温度センサを備えなくてもバッテリ温度を考慮した発電制御を行うことができ、バッテリ温度センサを用いないことによるコストの低減が可能となる。また、バッテリ温度センサを接続するためのハーネスも不要になるため、配線を含む構成を簡素化することができる。

また、上述した発電目標電圧は、外部制御装置からの指示に応じて設定されることが望ましい。これにより、外部制御装置において取得した各種の情報（エンジン状態や車両状態など）とともにバッテリ温度を考慮した発電制御が可能となる。

また、上述した温度特性は、外部制御装置からの指示に応じて設定されることが望ましい。これにより、外部制御装置による温度特性の設定、変更が可能になり、発電制御に自由度を増すことができる。

また、上述した勾配は、温度によらず一定であることが望ましい。これにより、温度変化に応じて車両用発電機の出力電圧を変化させる適切な制御を行うことが可能になる。

また、上述した勾配は、温度によって値が異なることが望ましい。これにより、温度によって異なる効果を持たせることが可能となる。例えば、低温側でバッテリの充電不足を解消するとともに、高温側でバッテリ液減りを抑止することが可能となる。

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。図１は、一実施形態の充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、本実施形態の充電システムは、車両用発電機２、バッテリ３、電気負荷スイッチ４、車両電気負荷５、外部制御装置６、エンジン７を含んで構成されている。

外部制御装置６は、充電系制御部６１１とエンジン系制御部６１２を有する制御部６１と、エンジン７や車両用発電機２と双方向通信をするための車両側送受信部６２とを含んで構成されている。充電系制御部６１１において発電指示信号を生成して車両用発電機２に対する発電指示を行う。エンジン系制御部６１２は、エンジン７の回転制御等を行う。

車両用発電機２は、エンジン７によってベルトおよびプーリを介して駆動されており、固定子に含まれる３相の固定子巻線２２と、この固定子巻線２２の３相出力を全波整流するために設けられた整流器２０と、回転子に含まれる界磁巻線２１と、出力電圧が制御目標電圧設定値になるように制御する車両用発電制御装置１とを含んで構成されている。

車両用発電制御装置１は、電圧制御回路１１、外部制御装置６と双方向通信するための発電機側送受信部１２、車両用発電機２の制御目標電圧を生成する基準電圧生成回路１３、温度検出回路１４、スイッチングトランジスタ１５、還流ダイオード１６を備えている。

電圧制御回路１１は、抵抗１１１、１１２、電圧比較器１１３を含んで構成されている。電圧比較器１１３は、プラス入力端子には基準電圧生成回路１３から出力された制御目標電圧が、マイナス入力端子には車両用発電機２の出力電圧（Ｂ端子電圧）を抵抗１１１、１１２による分圧回路で分圧した検出電圧がそれぞれ入力される。この電圧比較器１１３の出力端子はスイッチングトランジスタ１５に接続されている。

スイッチングトランジスタ１５は、ベースが電圧比較器１１３の出力端子に接続され、コレクタが還流ダイオード１６を介して車両用発電機２の出力端子（Ｂ端子）に接続され、エミッタが接地端子（Ｅ端子）を介して接地されている。また、スイッチングトランジスタ１５のコレクタは界磁巻線２１に接続されており、スイッチングトランジスタ１５がオンされると界磁巻線２１に励磁電流が流れ、オフされるとこの通電が停止される。還流ダイオード１６は、界磁巻線２１と並列に接続されており、スイッチングトランジスタ１５がオフされたときに、界磁巻線２１に流れる励磁電流を還流させる。このようにしてスイッチングトランジスタ１５をオンオフすることにより、車両用発電機２の出力電圧が制御目標電圧になるように制御される。

温度検出回路１４は、車両用発電機２の周辺温度を検出する。本実施形態では、車両発電機２とバッテリ３とが同じ空間（エンジンルーム）内に配置されている。このため、バッテリ３の温度と温度検出回路１４によって検出される車両用発電機２の周辺温度との間には一定の相関がある。また、車両用発電機２の周辺温度を検出する場合には、温度によって特性が変化する安価な素子を用いて温度検出を行うことができる。基準電圧生成回路１３は、温度検出回路１４によって検出された温度に応じて制御目標電圧を切り替える。具体的には、基準電圧生成回路１３は、所定の温度に対応する制御目標電圧としての発電目標電圧と、制御目標電圧の温度に対する勾配を示す温度特性とに基づいて、温度検出回路１４によって検出された温度に対応する制御目標電圧を設定する。上述した温度検出回路１４が温度検出手段に、基準電圧生成回路１３が制御目標電圧設定手段に、電圧制御回路１１が電圧制御手段にそれぞれ対応する。

本実施形態の充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、外部制御装置６から車両用発電制御装置１に向けて送信される発電指示信号の信号割り付けを示す図である。図２に示すように、発電指示信号は、それぞれが１０ビットで合計４０ビットからなる４つのデータフィールド（Data Field）０〜３を有する。データフィールド０には６ビットで表された「発電目標電圧」が含まれる。この発電目標電圧は、温度検出回路１４によって検出される温度が所定値（例えば２５°Ｃ）のときに対応する制御目標電圧である。また、データフィールド２には、１ビットの「温度特性有無」と２ビットの「温度特性傾き」が含まれる。温度特性有無は、温度に応じて制御目標電圧を変化させる温度特性ありの発電制御を行うか否かを指示するためのものであり、例えば“０”のときに温度特性なしが指示され、“１”のときに温度特性ありが指示される。温度特性傾きは、制御目標電圧の温度に対する勾配を示すものであり、温度によらず勾配の値が一定の場合と、温度によって勾配の値が異なる場合の両方が含まれる。本実施形態では、温度特性傾きとして２ビットが用いられるため、最大で４種類の異なる温度特性が指定可能となる。なお、データフィールド１にはその他の発電制御指示（例えば徐励時間等）を格納する４ビット領域が２つ確保されている。

図３は、車両用発電制御装置１による制御目標電圧の設定手順を示す流れ図である。外部制御装置６内の充電系制御部６１１において発電指示信号が生成されて車両側送受信部６２から送信されると、車両用発電制御装置１内の発電機側送受信部１２はこの発電指示信号を受信する（ステップ１００）。基準電圧生成回路１３は、発電機側送受信部１２によって受信した発電指示信号に含まれる「発電目標電圧」、「温度特性有無」、「温度特性傾き」を抽出する（ステップ１０１）。次に、基準電圧生成回路１３は、抽出した「温度特性有無」のビット内容に基づいて温度特性ありか否かを判定する。温度特性有無を示す１ビットが“０”の場合、すなわち、温度特性なしの場合には、ステップ１０２の判定において否定判断が行われ、基準電圧生成回路１３は、温度によらず一定の制御目標電圧を設定する（ステップ１０３）。例えば、抽出した「発電目標電圧」が制御目標電圧として設定される。図４は、温度によらず制御目標電圧が一定の場合の制御目標電圧と温度との関係を示す図である。

また、温度特性有無を示す１ビットが“１”の場合、すなわち、温度特性ありの場合にはステップ１０２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１４による温度検出が行われ（ステップ１０４）、基準電圧生成回路１３は、温度特性の傾きが一定か否かを判定する（ステップ１０５）。例えば、上述したように「温度特性の傾き」に２ビットが対応しており、この２ビットで指定される４種類の内容の内、２種類が温度勾配が一定の場合（場合Ａ）に対応し、残りの２種類が温度によって温度勾配が異なる場合（場合Ｂ）に対応しているものとすると、抽出した「温度特性の傾き」によってどちらが指定されているかを調べることにより、ステップ１０５の判定を行うことが可能となる。前者（場合Ａ）の場合にはステップ１０５の判定において肯定判断が行われ、基準電圧生成回路１３は、温度特性の傾きで指定された温度勾配を用いて、ステップ１０４において検出した温度における制御目標電圧を設定する（ステップ１０６）。例えば、２５°Ｃに対応する「発電目標電圧」が１４．０Ｖ、温度特性有り、温度特性の傾きが−３ｍＶ／°Ｃで一定の場合を考えるものとする。温度検出回路１４により検出された温度が１２５°Ｃとすると、基準電圧生成回路１３では制御目標電圧が１３．７Ｖに設定される（なお、実際には車両用発電機２の出力電圧を抵抗１１１、１１２からなる分圧回路で分圧した検出電圧が電圧比較器１１３のマイナス入力端子に入力されるため、１３．７Ｖにこの分圧回路の分圧比を乗算した値に相当する電圧が制御目標電圧として基準電圧生成回路１３によって設定される）。図５は、一定の温度勾配を有する温度特性が指定された場合の制御目標電圧と温度との関係を示す図である。図５に示す２種類の温度特性のいずれかが、「温度特性の傾き」で指定される。

また、後者（場合Ｂ）の場合にはステップ１０５の判定において否定判断が行われ、基準電圧生成回路１３は、温度特性の傾きで指定された温度によって異なる温度勾配を用いて、ステップ１０４において検出した温度における制御目標電圧を設定する（ステップ１０７）。このようにしてステップ１０３、１０６、１０７において制御目標電圧が設定された後、ステップ１０２に戻って一定時間毎の制御目標電圧の設定動作が繰り返される。また、発電指示信号を受信した場合には、再びステップ１００以降の動作が繰り返される。図６は、温度によって異なる温度勾配を有する温度特性が指定された場合の制御目標電圧と温度との関係を示す図である。図６に示す温度特性を用いることが「温度特性の傾き」で指示される。なお、図５および図６に示される温度特性のいずれを用いるかが「温度特定の傾き」で指示されるが、それぞれの温度特性の内容は、基準電圧生成回路１３の内部あるいは外部に記憶しておく必要がある。あるいは、発電指示信号にこれらの温度特性の内容を特定する情報を含ませるようにしてもよい。

このように、専用のバッテリ温度センサを備えなくてもバッテリ温度を考慮した発電制御を行うことができ、バッテリ温度センサを用いないことによるコストの低減が可能となる。また、バッテリ温度センサを接続するためのハーネスも不要になるため、配線を含む構成を簡素化することができる。

また、発電目標電圧を外部制御装置６からの指示に応じて設定することにより、外部制御装置６において取得した各種の情報（エンジン状態や車両状態など）とともにバッテリ温度を考慮した発電制御が可能となる。特に、温度特性を外部制御装置６からの指示に応じて設定することにより、外部制御装置６による温度特性の設定、変更が可能になり、発電制御に自由度を増すことができる。また、温度特性の温度勾配を、温度によらず一定とすることにより、温度変動に応じて車両用発電機２の出力電圧を変化させる適切な制御を行うことが可能になる。あるいは、温度特性の温度勾配を、温度によって値が異なるようにすることにより、温度によって異なる効果を持たせることが可能となる。例えば、低温側でバッテリ３の充電不足を解消するとともに、高温側でバッテリ液減りを抑止することが可能となる。

一実施形態の充電システムの全体構成を示す図である。外部制御装置から車両用発電制御装置に向けて送信される発電指示信号の信号割り付けを示す図である。車両用発電制御装置による制御目標電圧の設定手順を示す流れ図である。温度によらず制御目標電圧が一定の場合の制御目標電圧と温度との関係を示す図である。一定の温度勾配を有する温度特性が指定された場合の制御目標電圧と温度との関係を示す図である。温度によって異なる温度勾配を有する温度特性が指定された場合の制御目標電圧と温度との関係を示す図である。

符号の説明

２車両用発電機
３バッテリ
６外部制御装置
７エンジン
１１電圧制御回路
１２発電機側送受信部
１３基準電圧生成回路
１４温度検出回路
１５スイッチングトランジスタ
１６還流ダイオード
２０整流器
２１界磁巻線
２２固定子巻線
６１制御部
６１１充電系制御部
６１２エンジン系制御部

Claims

温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段によって検出された温度に応じて制御目標電圧を切り替える制御目標電圧設定手段と、
前記制御目標電圧設定手段によって切り替えられた前記制御目標電圧になるように車両用発電機の出力電圧を制御する電圧制御手段と、
を備え、前記制御目標電圧設定手段は、所定の温度に対応する前記制御目標電圧としての発電目標電圧と、前記制御目標電圧の温度に対する勾配を示す温度特性とに基づいて、前記温度検出手段によって検出された温度に対応する前記制御目標電圧を設定することを特徴とする車両用発電制御装置。
請求項１において、
前記発電目標電圧は、外部制御装置からの指示に応じて設定されることを特徴とする車両用発電制御装置。
請求項１において
前記温度特性は、外部制御装置からの指示に応じて設定されることを特徴とする車両用発電制御装置。
請求項３において、
前記勾配は、温度によらず一定であることを特徴とする車両用発電制御装置。
請求項３において、
前記勾配は、温度によって値が異なることを特徴とする車両用発電制御装置。