JP2009148089A - 車両用発電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で安価な構成により、エネルギ蓄積用のキャパシタを備えてオルタネータの発電出力を極力有効に利用し、燃費改善効果を高める。
【解決手段】キャパシタ１１Ｂを、負荷給電の主幹の給電線２よりオルタネータ１側でオルタネータ１に並列に接続し、減速時等のオルタネータ１の余剰の発電出力を給電線２のインピーダンスロスの影響なくキャパシタ１１Ｂに蓄積して給電線２負荷７に供給する。また、オルタネータ１とバッテリ８との間に介在する限流用の抵抗１３により、オルタネータ１の発電出力のバッテリ側への無駄な給電を防止して前記余剰の発電出力を一層無駄なくキャパシタ１１Ｂに蓄積する。
【選択図】図１

Description

本発明は、オルタネータ、スタータ、バッテリを組み合わせて構成される車両用発電制御装置に関し、詳しくは、エネルギ蓄積用のキャパシタを付加してオルタネータのエネルギを有効利用し、燃費を改善する構成に関する。

一般に、車両（自動車）に搭載される車両用発電制御装置は、オルタネータ、スタータ（セルモータ）、バッテリ（主に鉛蓄電池）を組み合わせて構成される。

そして、バッテリのエネルギは主にスタータによるエンジンの始動に使用され、エンジンの始動後、オルタネータの整流された発電出力は、主にバッテリの充電及び車内の負荷（一般負荷）の駆動に用いられる。なお、オルタネータは、バッテリの電圧監視に基づく自動調整によって出力電圧が高、低に切り替えられ、例えば定格１２Ｖのバッテリを搭載する車両のオルタネータの場合、バッテリの充電時は１４．５Ｖの高電圧になり、充電後、バッテリを浮動充電によって満充電状態に維持する間は、原則的に１２．８Ｖの低電圧（開放電圧）になる。

ところで、近年はこの車両用発電制御装置に大容量のキャパシタをさらに備えて燃費を改善することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この場合、オルタネータの前記高電圧の発電出力によりバッテリを充電した後、オルタネータの前記低電圧の発電出力によりバッテリを満充電状態に維持しつつ負荷を給電駆動する間に、車両の減速が発生すると、減速中のエンジン出力を有効利用するため、オルタネータの出力電圧を前記高電圧に切り替えて、オルタネータの余剰の発電出力で前記キャパシタを充電し、減速が終了すると、オルタネータの出力電圧を前記低電圧に戻し、キャパシタの蓄積エネルギを一般負荷に優先的に給電し燃費改善が図られる。

特開２００６−８７１６３号公報（要約書、段落［００１５］、［００２８］−［００３１］、［００５５］−［００６３］、［００６６］−［００６７］、図１、図６等）

前記特許文献１に記載の構成の場合、バッテリ及びキャパシタは、車両の負荷に給電するため、それぞれ逆流防止用のダイオード（又はＦＥＴ）を介して負荷への給電線に接続される。この場合、ダイオード（又はＦＥＴ）の順方向の電圧降下に伴うエネルギロスが生じ、燃費の改善効果がその分減少する。また、ダイオードやＦＥＴを設けるスペースが必要になり大型化すると共に高価になる。

そこで、前記キャパシタを備えた車両用発電制御装置は、図４に示すように構成することが考えられる。

図４において、１は周知のオルタネータであり、その出力端子１ｐは負荷給電の主幹の給電線２に接続され、その接地端子１ｎはエンジンブロックを介して車体フレームにアースされ、エンジンの回転にしたがって発生した交流を整流して発電出力を形成する。

給電線２にはリレーボックス３の各負荷線４が分枝状に接続される。各負荷線４には、リレーボックス３内のヒューズ５、リレースイッチ６等を介して車内のランプやエアコン等の一般負荷７等が接続される。なお、リレーボックス３内のリレーコイル等は図示を省略している。

また、給電線２には車両に搭載されている定格１２Ｖのバッテリ８の正極の端子８ｐがヒューズ９を介して接続される。バッテリ８の負極の端子８ｎは車体フレームにアースされる。

バッテリ８の端子８ｐ、８ｎ間にスタータスイッチ１０ａを介してスタータ１０が設けられ、バッテリ８にスタータスイッチ１０ａを介してスタータ１０が並列に接続される。

さらに、バッテリ８の端子８ｐに大容量のエネルギ蓄積用のキャパシタ１１Ａの一端が接続され、キャパシタ１１Ａの他端は車体フレームにアースされ、キャパシタ１１Ａがバッテリ８に並列に接続される。

そして、イグニッションキーを回してエンジンスタートすると、スタータスイッチ１０ａが閉じ、バッテリ８のエネルギでスタータ１０が駆動される。

スタータ１０によってエンジンがかかると、オルタネータ１が発電する。このとき、スタータスイッチ１０ａが開き、スタータ１０は給電線２やバッテリ８から切り離される。

エンジンスタートの放電によってバッテリ８の充電状態が略１００％の満充電状態から低下すると、オルタネータ１の発電出力が前記高電圧になり、この高電圧の発電出力によってバッテリ８が充電（定電圧充電）される。なお、バッテリ８は、充電されるにしたがって内部インピーダンスが高くなって充電電流は流れにくくなる。

バッテリ８が満充電状態に充電されると、以降は、バッテリ８を満充電状態に維持すればよいため、バッテリ８の状態監視（電流、電圧の監視）に基づいてオルタネータ１の発電出力は前記低電圧に切り替わる。また、オルタネータ１の発電出力により各負荷７が給電駆動される。このとき、バッテリ８は略充電も放電もされない状態であり、オルタネータ１の発電出力の変動がバッテリ８で吸収される。

つぎに、バッテリ８が満充電状態に維持された状態で減速が発生すると、減速中のエンジン出力を有効利用する等のため、オルタネータ１の発電出力が前記高電圧に切り替わり、この高電圧の余剰の発電出力によってキャパシタ１１Ａが充電される。

減速が終了すると、オルタネータ１の発電出力は前記低電圧に戻る。このとき、キャパシタ１１Ａの充電電圧が高くなっているので、キャパシタ１１Ａに蓄積されたエネルギが各負荷７に優先的に給電され、その分、オルタネータ１の発電負担が軽減される。

図４の構成の場合、前記逆流防止用のダイオード（又はＦＥＴ）は設けられないので、それらの順方向の電圧降下に伴うエネルギロスはなく、また、小型化及びコストダウンを図ることが可能である。

しかしながら、キャパシタ１１Ａは、給電線２よりバッテリ８側に設けられてバッテリ８に並列に接続される。そのため、給電線２を介したオルタネータ１の発電出力で充電されるキャパシタ１１Ａは、給電線２のインピーダンスロスの分、蓄積エネルギが減少する。また、オルタネータ１の発電出力が給電線２を介して満充電状態のバッテリ８にも並列に給電され、それによってもキャパシタ１１Ａの蓄積エネルギが減少する。したがって、オルタネータ１の発電出力が十分には有効利用されず、燃費改善効果の向上が図られない。

そして、車両の分野において、燃費改善効果を向上して資源の有効利用等を図ることは、経済性及び、資源、環境保護等の面から、極めて重要であり、望まれている。

本発明は、小型で安価な構成により、エネルギ蓄積用のキャパシタを備えてオルタネータの発電出力を極力有効に利用し、燃費改善効果を高めることを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明の車両用発電制御装置は、オルタネータと、バッテリと、スタータと、エネルギ蓄積用のキャパシタとを備え、前記オルタネータは、負荷給電の主幹の給電線に接続され、前記バッテリは、前記給電線を通って前記オルタネータに接続され、前記スタータは、前記バッテリに並列に接続され、前記キャパシタは、前記給電線より前記オルタネータ側で前記オルタネータに並列に接続され、かつ、前記オルタネータと前記バッテリとの間に限流用の抵抗が介在することを特徴としている（請求項１）。

そして、前記限流用の抵抗は、前記給電線と前記バッテリとの間に設けられていることが好ましい（請求項２）。

また、オルタネータの発電出力のエネルギを更に一層有効に利用するため、前記限流用の抵抗に並列に、前記バッテリから前記給電線側に給電する状態時に閉成されて前記抵抗のバイパス路を形成する開閉手段が設けられていることが望ましい（請求項３）。

請求項１の本発明の車両用発電制御装置の場合、エネルギ蓄積用のキャパシタが、負荷給電の主幹の給電線よりオルタネータ側でオルタネータに並列に接続されるため、減速時等のオルタネータの余剰の発電出力は、前記給電線のインピーダンスロスの影響なく前記キャパシタに蓄積された後、給電線に接続された負荷に供給される。しかも、オルタネータとバッテリとの間に限流用の抵抗が介在するため、バッテリが満充電状態に維持される減速時等において、オルタネータの発電出力が高電圧に切り替わっても、バッテリ側への無駄な給電が防止されて前記余剰の発電出力を一層無駄なくキャパシタに蓄積することができる。

そして、上述した特許文献１記載の逆流防止用のダイオード（又はＦＥＴ）は設けられないので、ダイオード（又はＦＥＴ）の順方向の電圧降下に伴うエネルギロスはなく、また、小型化及びコストダウンを図ることが可能である。

したがって、小型で安価な構成により、オルタネータの発電出力を極力有効に利用することができ、燃費改善を図ることができる。

請求項２の本発明の車両用発電制御装置の場合、限流用の抵抗を前記給電線とバッテリとの間に設ける具体的で実用的な構成により請求項１の発明と同様の効果を奏することができる。

請求項３の本発明の車両用発電制御装置の場合、負荷の急増時等によりオルタネータの発電出力だけでは賄えなくなり、バッテリからも給電線側に給電する必要が生じたときに、バッテリの蓄積エネルギが、前記限流用の抵抗を通らず、開閉手段のパイパス路を介して各負荷に給電される。そのため、バッテリの蓄積エネルギを、前記限流用の抵抗でのロスなくバッテリから前記給電線側の各負荷に給電することができる。そして、オルタネータの発電出力によってバッテリが充電されるため、オルタネータの発電出力を一層有効に利用して燃費改善の効果を一層向上することができる。

つぎに、本発明をより詳細に説明するため、その実施形態について、図１〜図３にしたがって詳述する。

（一実施形態）
請求項１、２の発明に対応する一実施形態について、図１、図２を参照して説明する。

図１は本実施形態の結線図、図２は図１の構成の基礎となる装置構成の結線図であり、それらの図面において、図４と同一の符号は同一又は相当するものを示す。

本実施形態の車両用発電制御装置は、第一に、図２に示すように、図４のバッテリ８に並列なキャパシタ１１Ａに代えて、給電線２よりオルタネータ１側でオルタネータ１に並列に接続された大容量のエネルギ蓄積用のキャパシタ１１Ｂを備える。そのため、例えば減速時に前記高電圧に切り替わったオルタネータ１の余剰の発電出力は、給電線２のインピーダンスロスの影響なくキャパシタ１１Ｂに蓄積される。なお、安全性等を考慮して、オルタネータ１の出力端子１ｐとキャパシタ１１Ｂの一端との間にはヒューズ１２が設けられているが、場合によっては、このヒューズ１２は省いてもよい。また、キャパシタ１１Ｂの他端は車体フレームにアースされている。

そして、図２のように構成してキャパシタ１１Ｂのエネルギ蓄積（充電）が給電線２のインピーダンスロスの影響を受けないようにするだけでも、オルタネータ１の発電出力をキャパシタ１１Ｂに効率よく蓄積することができるが、本実施形態の車両用発電制御装置は、第二に、オルタネータ１とバッテリ８との間に限流用の抵抗１３を介在させてオルタネータ１の余剰の発電出力を漏れなくキャパシタ１１Ｂに蓄積し、オルタネータ１の発電出力を更に一層有効に利用する。

具体的には、図１に示すように、給電線２とバッテリ８の正極の端子８ａとの間である、給電線２とヒューズ９との間に限流用の抵抗１３を介在させる。

このように構成すると、バッテリ８の充電後、オルタネータ１の発電出力が前記低電圧に戻り、バッテリ８がほとんど充電も放電もされないで満充電状態に維持される間に、減速が発生し、オルタネータ１の発電出力が前記低電圧から前記高電圧に切り替わっても、抵抗１３によりバッテリ８側への電流が制限されて無用の給電が防止される。そのため、前記減速により前記高電圧に切り替わったオルタネータ１の余剰の発電出力は、漏れなくキャパシタ１１Ｂに蓄積される。

なお、抵抗１３は低抵抗値であるが、その抵抗値等は、実験等に基づき、キャパシタ１１Ｂの充電時のインピーダンスロスやバッテリ８のショート電流でのヒューズ溶断性（ヒューズの許容電流）等も考慮して設定される。

そして、減速が終了してオルタネータ１の発電出力が前記低電圧に戻ると、キャパシタ１１Ｂの前記高電圧の蓄積エネルギが優先的に各負荷７に給電され、その分オルタネータ１の発電負担が軽減される。そのため、オルタネータ１をエンジンから切り離していわゆる「オルタカット」に制御する機会が増え、燃費が向上して改善する。

本実施形態の車両用発電制御装置は、第三に、キャパシタ１１Ｂを切り離すスイッチ１４を設け、エンジンスタート時等の大電流によるヒューズ１２の溶断や抵抗１３の焼損を確実に防止し、また、製造時や保守管理時の安全性を確保する。なお、スイッチ１４は、具体的には、オルタネータ１とキャパシタ１１Ｂとの間、更に具体的には、オルタネータ１の出力端子１ｐとヒューズ１２との間に設けられる。

そして、エンジンスタート時の大電流（スタータ電流）によるヒューズ１２の溶断や抵抗１３の焼損を防止する場合、スイッチ１４は、例えばイグニッションキーの切り替えに連動して開（オフ）、閉（オン）する。すなわち、スイッチ１４は、イグニッションオン（エンジン始動）によって閉じ、イグニッションオフ又はエンジン停止によって開く。

そのため、キャパシタ１１Ｂは、エンジンスタート後からエンジン停止までの間だけヒューズ１２を介して給電線２に接続され、エンジンスタート時には給電線２から切り離される。したがって、エンジンスタート時に、キャパシタ１１Ｂの蓄積エネルギの大電流がヒューズ１２、抵抗１３を通ってスタータ１０に流れることがない。

また、製造時や保守点検時において、キャパシタ１１Ｂを取り付けたり、点検や交換等をする際、放電状態のキャパシタ１１Ｂを給電線２に不用意に接続すると、バッテリ８から抵抗１４、ヒューズ１２を通ってキャパシタ１１Ｂに瞬時ではあるが大電流（充電電流）が流れ、キャパシタ１１Ｂの容量によっては火花が発生したりするおそれがある。

このような事態を回避する構成の場合は、スイッチ１４が手動操作でも開閉可能なスイッチにより形成される。

そして、キャパシタ１１Ｂを取り付けたり、点検や交換等をする際は、作業開始前にスイッチ１４を開き、作業終了後にスイッチ１４を閉じることにより、スイッチ１４を閉じるまでキャパシタ１１Ｂが充電されず、製造時や保守管理時の安全性を確保できる。

したがって、本実施形態の場合、小型で安価な構成により、バッテリ８が略満充電状態に維持される間のオルタネータ１の余剰の発電出力をキャパシタ１１Ｂに漏れなく蓄積して極力有効に利用することができ、燃費改善効果が向上する。

また、スイッチ１４を設けることにより、エンジンスタート時のヒューズ１２の溶断や抵抗１３の焼損を防止して信頼性を向上し、製造時や保守管理時の安全性を向上することができる。

なお、キャパシタ１１Ｂの容量等によっては、エンジンスタート時、キャパシタ１１Ｂが給電線２に接続されていても、ヒューズ１２の溶断や抵抗１３の焼損は生じない。この場合は、スイッチ１４を手動操作によってのみ開閉する常閉のスイッチとし、エンジンスタート時にはスイッチ１４を閉状態に保持し、製造時や保守管理時にのみのスイッチ１４を閉いて安全性を向上するようにしてもよい。また、構成の簡素化等を図る場合は、スイッチ１４を省いてもよい。

（他の実施形態）
請求項３の発明に対応する他の実施形態について、図３を参照して説明する。

図３は本実施形態の結線図であり、同図において、図１、図２と同一の符号は同一又は相当するものを示す。

本実施形態の図３の車両用発電制御装置が図１の車両用発電制御装置と異なる点は、抵抗１３に並列に本発明の開閉手段を形成するバイパス路用の常開のスイッチ１５を設け、バッテリ８の充放電電流を検出する電流センサ１６の検出結果に基づき、マイクロコンピュータ構成の電子制御燃料噴射の制御用のＥＣＵ１７によってスイッチ１５を開閉制御するようにした点である。

電流センサ１６はバッテリ８の時々刻々の電流の向き（充電／放電）及び電流量を検出する。

そして、車両走行中等に給電線２の負荷の急増等の何らかの原因で、オルタネータ１の発電出力では負荷給電を賄えなくなり、負荷給電の電圧が低下してバッテリ８から給電線２側に電流が流れ始めると、電流センサ１６の検出結果の変化に基づき、ＥＣＵ１７は、バッテリ８から給電線２側に給電する状態を認識し、スイッチ１５を閉じて抵抗１３のパイパス路を形成する。

そのため、バッテリ８の蓄積エネルギの電流は、スイッチ１５のパイパス路を通り、抵抗１３でのロス（電圧低下）なく給電線２側に給電される。

なお、オルタネータ１の発電出力で負荷給電を賄えるようになると、ＥＣＵ１７は、電流センサ１６の検出結果の変化からその状態を認識し、キャパシタ１１Ｂの充電後、スイッチ１５を開く。

したがって、本実施形態の場合は、バッテリの蓄積エネルギを、抵抗１３でのロスなくバッテリ８から給電線２側の各負荷７に給電することができる利点も生じる。

そして、バッテリ８はオルタネータ１の発電出力によって充電されるため、バッテリ８の蓄積エネルギを、抵抗１３でのロスなくバッテリ８から給電線２側の各負荷７に給電することにより、オルタネータ１の発電出力を一層有効に利用して燃費改善の効果一層向上することができる。

そして、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。

例えば、オルタネータ１の前記高電圧、前記低電圧は、バッテリ８の定格電圧に応じて設定され、実施形態の大きさに限られるものではない。

また、キャパシタ１１Ｂの容量等は負荷量の設計条件等に基づいて設定すればよく、スイッチ１４は例えばキャパシタ１１Ｂとヒューズ１２との間に設けてもよい。

さらに、給電線２から分枝する各負荷線４等の構成はどのようであってもよい。

そして、本発明は、種々の車両に搭載される車両用発電制御装置に適用することができる。

本発明の一実施形態の結線図である。 図１の基礎となった構成の結線図である。 本発明の他の実施形態の結線図である。 キャパシタを備えた装置例の結線図である。

符号の説明

１ オルタネータ
２ 給電線
７ 負荷
８ バッテリ
１０ スタータ
１１Ｂ エネルギ蓄積用のキャパシタ
１３ 限流用の抵抗
１５ バイパス路用のスイッチ

Claims (3)

1. オルタネータと、バッテリと、スタータと、エネルギ蓄積用のキャパシタとを備え、
   前記オルタネータは、負荷給電の主幹の給電線に接続され、
   前記バッテリは、前記給電線を通って前記オルタネータに接続され、
   前記スタータは、前記バッテリに並列に接続され、
   前記キャパシタは、前記給電線より前記オルタネータ側で前記オルタネータに並列に接続され、
   かつ、前記オルタネータと前記バッテリとの間に限流用の抵抗が介在することを特徴とする車両用発電制御装置。
2. 請求項１に記載の車両用発電制御装置において、
   前記限流用の抵抗は、前記給電線と前記バッテリとの間に設けられていることを特徴とする車両用発電制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の車両用発電制御装置において、
   前記限流用の抵抗に並列に、前記バッテリから前記給電線側に給電する状態時に閉成されて前記抵抗のバイパス路を形成する開閉手段が設けられていることを特徴とする車両用発電制御装置。

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