JP2009225557A - 車両用発電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気負荷等の投入により、発電電圧が外部制御禁止電圧以下になった場合でも適切な発電制御を維持し、エンジンストールの発生を防止することができる車両用発電制御装置を提供すること。
【解決手段】ＥＣＵ５から出力される発電制御指示信号に基づいて界磁電流を制御する界磁電流制御回路１５と、発電電圧が外部制御禁止電圧以下になったときに優先的に外部制御禁止電圧以上になるように車両用発電機２の発電制御を行う発電優先制御回路１６と、発電電圧が一時的に外部制御禁止電圧以下になったときに、発電優先制御回路１６の作動を所定時間禁止する発電優先制御禁止回路１７とが備わっている。発電優先制御禁止回路１７によって一時的に発電優先制御回路１６の作動が禁止される所定時間は、ＥＣＵ５による界磁電流の漸増制御の制御時間以上に設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンを搭載した車両において、エンジン制御装置等の外部指令装置からの発電制御指示値に基づいて、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。

最近の車両用発電制御装置の中には、エンジン制御装置等の外部指令装置からの発電制 御指示値に基づいて、発電電圧の可変制御機能や、電気負荷投入時の発電トルクの急 増を低減するため界磁電流の漸増制御ができる機能を有しているものがあり、また、 外部指令装置からの発電制御指示値によって、バッテリの充電不足にならないように 、最低バッテリ充電電圧以下では、外部指令装置からの発電制御指示を禁止する機能 を組み合わせているものがある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００６−１１５６１９号公報（第４−１０頁、図１−１０）

ところで、上述した特許文献１の従来手法では、比較的大きい電気負荷や突入電流が大きい電気負荷が投入された場合、車両状態によっては一時的に外部発電制御禁止電圧以下となる場合もあり、その場合急激な発電のため発電トルクも急増し、エンジン回転数が不安定になり、最悪の場合はエンジンストールするおそれがあった。

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、電気負荷等の投入により、発電電圧が外部制御禁止電圧以下になった場合でも適切な発電制御を維持し、エンジンストールの発生を防止することができる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、外部指令装置から出力される発電制御指示信号に基づいて、車両用発電機の界磁巻線に供給する界磁電流を制御する界磁電流制御手段と、発電制御指示信号に応じて車両用発電機の発電電圧が外部制御禁止電圧以下になったときに、優先的に外部制御禁止電圧以上になるように車両用発電機の発電制御を行う発電優先制御手段と、車両用発電機の発電電圧が一時的に外部制御禁止電圧以下になったときに、発電優先制御手段の作動を所定時間禁止する発電優先制御禁止手段とを備え、発電優先制御禁止手段によって一時的に発電優先制御手段の作動が禁止される所定時間は、外部指令装置によって電気負荷投入時に発電トルクの急増を低減する界磁電流の漸増制御の制御時間以上に設定されている。車両用発電機の発電電圧が外部制御禁止電圧以下になった場合であっても、優先的に外部制御禁止電圧以上になるように車両用発電機の発電制御を行う動作が一時的に禁止されるため、発電トルクが急増することを防止することができ、エンジン回転数が不安定になってエンジンストールが生じることを防止することができる。また、発電電圧を上げる発電制御の禁止を所定時間に限って行うことにより、発電電圧が極端に低下することがなく、適切な発電制御を維持することが可能となる。

また、上述した発電制御指示信号はＰＷＭ信号であり、発電優先制御禁止手段は、一時的に発電優先制御手段の作動を禁止する所定時間を、ＰＷＭ信号の周期に応じて可変設定することが望ましい。これにより、外部指令装置においてエンジン回転数変動等を考慮した適切な発電制御の禁止時間を設定することが可能となる。

また、上述した発電優先制御禁止手段によって一時的に発電優先制御手段の作動が禁止される所定時間は、外部指令装置によって電気負荷投入時に発電トルクの急増を低減する界磁電流の漸増制御の制御時間の１〜２倍の範囲内で設定されることが望ましい。これにより、バッテリの充電不足への影響を最小限に抑えることができる。

また、上述した発電優先制御禁止手段によって一時的に発電優先制御手段の作動が禁止される所定時間をほぼ１０秒に設定することが望ましい。これにより、車両毎に禁止時間を設定する必要がなくなり、処理の簡略化や使用するソフトウエアの共用化が可能になって、コストダウンを図ることができる。

以下、本発明を適用した一実施形態の発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、一実施形態の発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、本実施形態の発電システムは、車両用発電制御装置１を内蔵する車両用発電機２、外部指令装置としてのＥＣＵ（エンジン制御装置）５、バッテリ３を含んで構成されている。バッテリ３には電気負荷４が並列に接続されている。また、車両用発電機２は、図示しないエンジンによって駆動される。

車両用発電機２は、回転子に備わった界磁巻線２３と、固定子に含まれる三相の電機子巻線２１と、この電機子巻線２１の三相出力を全波整流する整流回路２２とを少なくとも１対と、車両用発電機２の励磁電流を制御する車両用発電制御装置１とを備えている。車両用発電機２の出力端子（Ｂ端子）は、バッテリ３や電気負荷４に接続されており、この出力端子からバッテリ３等に対する給電が行われる。車両用発電機２の出力電流は、界磁巻線２３に供給する励磁電流を制御することにより調整される。

車両用発電制御装置１は、界磁電流制限手段とそしてのスイッチング素子１１と、界磁電流環流手段としての環流ダイオード１２と、制御回路１０とを備えている。車両用発電機２の回転子の界磁巻線２３に磁束を供給する励磁回路が、スイッチング素子１１と環流ダイオード１２によって構成されている。スイッチング素子１１は、界磁巻線２３と直列に接続されており、制御回路１０によってＰＷＭ（パルス幅変調）制御されて励磁電流を界磁巻線２３に供給する。環流ダイオード１２は、界磁巻線２３に並列に接続されており、スイッチング素子１１がオフされたときに界磁巻線２３に流れる励磁電流を環流させる。

また、ＥＣＵ５は、車両用発電機２の通信端子（Ｃ端子）を介して車両用発電制御装置１内の制御回路１０と接続されており、ＰＷＭ信号出力回路５１とモード判定・指示値決定回路５２とを備えている。このＥＣＵ５は、ＲＯＭやＲＡＭに格納された所定のソフトウエア（制御プログラム）をプロセッサで実行することにより必要な機能を実現している。モード判定・指示値決定回路５２は、車速、エンジン回転数、電気負荷４の接続状態、バッテリ３の電圧又は車両用発電機２の発電電圧、アクセル開度等の車両情報に基づいて制御モードを決定し、車両用発電制御装置１に対する指示値を決定し、電気負荷投入等による発電量の増加時には発電トルクの急増を低減する界磁電流の漸増制御機能（徐々に界磁電流を増加させる徐励制御機能あるいは負荷応答制御機能）も備えている。ＰＷＭ信号出力回路５１は、決定された制御モードに対応する指示値を有する発電制御指示信号としてのＰＷＭ信号を車両用発電制御装置１に向けて出力する。

図２は、ＥＣＵ５から車両用発電制御装置１に向けて出力されるＰＷＭ信号のデューティ（横軸）と車両用発電機２の界磁巻線２３（あるいはスイッチング素子１１）の導通率（縦軸）との関係を示す図である。ＰＷＭ信号のデューティ０％が界磁巻線２３あるいはスイッチング素子１１の導通率０％に、ＰＷＭ信号のデューティ１００％が界磁巻線２３あるいはスイッチング素子１１の導通率１００％にそれぞれ対応している。ＥＣＵ５は、電気負荷投入等のタイミングで、徐々にデューティが増加するこのＰＷＭ信号を出力する。車両用発電制御装置１内の制御回路１０は、ＥＣＵ５から入力されるこのＰＷＭ信号に対応する導通率となるようにスイッチング素子１１をオンオフ制御する。

図３は、制御回路１０の詳細構成を示す図である。図３に示すように、本実施形態の制御回路１０は、駆動回路１３、オア回路１４、界磁電流制御回路１５、発電優先制御回路１６、発電優先制御禁止回路１７を含んで構成されている。界磁電流制御回路１５が界磁電流制御手段に、発電優先制御回路１６が発電優先制御手段に、発電優先制御禁止回路１７が発電優先制御禁止手段にそれぞれ対応する。

界磁電流制御回路１５は、基準電圧発生回路１５１、電圧比較器１５２、制御ｄｕｔｙ生成回路１５３を備えている。基準電圧発生回路１５１は、ＥＣＵ５から入力されるＰＷＭ信号（発電制御指示信号）のハイ／ローレベル判定に用いられる基準電圧を発生する。この基準電圧は、電圧比較器１５２のマイナス入力端子に印加される。電圧比較器１５２は、マイナス入力端子に印加された基準電圧と、通信端子を介してプラス入力端子に入力されるＰＷＭ信号との電圧比較を行い、ＰＷＭ信号の電圧の方が基準電圧よりも高い場合にハイレベル、反対の場合にローレベルとなる信号を出力する。制御ｄｕｔｙ生成回路１５３は、電圧比較器１５２の出力信号と同じデューティを有する制御信号を出力する。この制御信号はオア回路１４の一方の入力端子に入力される。

発電優先制御回路１６は、分圧抵抗１６１、１６２、基準電圧発生回路１６３、電圧比較器１６４を備えている。分圧抵抗１６１、１６２によって構成される分圧回路は、車両用発電機２の出力端子に現れる発電電圧を分圧する。この分圧電圧は、電圧比較器１６４のマイナス入力端子に印加される。基準電圧発生回路１６３は、外部制御禁止電圧に相当する基準電圧を発生する。この外部制御禁止電圧とは、ＥＣＵ５から送られてくる発電制御指示信号に応じて発電制御を行った結果、車両用発電機２の発電電圧がこの外部制御禁止電圧以下になったときに、優先的に外部制御禁止電圧以上になるように車両用発電機２の発電制御を行う閾値となる電圧である。電圧比較器１６４は、マイナス入力端子に印加された電圧がプラス入力端子に印加された基準電圧以下になったときにハイレベルの信号を出力する。

発電優先制御禁止回路１７は、制御一時禁止回路１７１、アナログスイッチ１７２を備えている。アナログスイッチ１７２は、発電優先制御回路１６内の電圧比較器１６４の出力端子とオア回路１４の他方の入力端子との間に挿入されており、電圧比較器１６４からオア回路１４への信号の入力を遮断／許可する。制御一時禁止回路１７１は、電圧比較器１６４の出力信号がローレベルからハイレベルに変化してから所定時間アナログスイッチ１７２をオフし、その後オンすることにより、この所定時間に相当する制御一時禁止時間を設定する。この制御一時禁止時間は、外部制御信号に基づく界磁電流の漸増制御時間以上（例えば、１〜２倍の範囲内）に設定されている。

電気負荷投入等に対応してＥＣＵ５から出力されるＰＷＭ信号のデューティが徐々に増加する制御が行われても、車両用発電機２の発電電圧が外部制御禁止電圧以下にならなければ、発電優先制御回路１６内の電圧比較器１６４の出力信号はローレベルを維持するため、オア回路１４の他方の入力端子に入力される信号もローレベルを維持する。したがって、界磁電流制御回路１５から出力される信号がそのまま駆動回路１３に入力される。駆動回路１３は、オア回路１４から出力される信号のデューティでスイッチング素子１１をオンオフ制御する。これにより、界磁巻線２３に流れる界磁電流を徐々に増加させる制御が行われる。

一方、大きな電気負荷が投入されると、ＥＣＵ５から出力されるＰＷＭ信号のデューティが徐々に増加する制御が行われる点は同じであるが、車両用発電機２の発電電圧が外部制御禁止電圧以下になる事態が生じる。この場合には、発電優先制御回路１６内の電圧比較器１６４の出力信号はローレベルからハイレベルに変化するため、この変化のタイミングから所定時間経過した後にオア回路１４の他方の入力端子に入力される信号がローレベルからハイレベルに変化する。したがって、この所定時間が経過するまでは、界磁電流制御回路１５から出力される信号がそのまま駆動回路１３に入力されるが、それ以後は、オア回路１４の出力信号がハイレベルに変化する。駆動回路１３は、オア回路１４から出力されるハイレベルの信号に応じてスイッチング素子１１をオン制御する。これにより、界磁巻線２３に流れる界磁電流は、所定時間経過前までは徐々に増加させる制御が行われ、所定時間経過後は急激に増加させる制御が行われる。

図４は、アイドル時に大きな電気負荷４が投入された場合の本実施形態の車両用発電制御装置１の作動タイミングを示す図である。図５は、アイドル時に小さな電気負荷が投入された場合の従来構成の車両用発電制御装置の作動タイミングを示す図である。図６は、アイドル時に大きな電気負荷が投入された場合の従来構成の車両用発電制御装置の作動タイミングを示す図である。図５および図６は、図４に示す本実施形態の作動タイミングとの違いを説明するためのものであり、従来構成としては、図３に示す本実施形態の構成に含まれる発電優先制御禁止回路１７を省略し、電圧比較器１６４の出力端子をオア回路１４の他方の入力端子に直結した構成を想定している。

図５に示すように、従来構成において小さな電気負荷が投入されると、ＥＣＵ５は、電気負荷４の投入（または車両用発電機２の発電量の増加）を検出して、車両用発電機２の発電トルクの急増を低減するために界磁電流の漸増制御（ＰＷＭ信号のデューティを徐々に増加させる制御）を行う。この制御中は、バッテリ３または車両用発電機２の発電電圧が一時的に低下するが外部制御禁止電圧以下にならないので、界磁電流の漸増制御がそのまま実施される。これにより、発電トルクの急増が抑制され、エンジン回転数変動も抑えられる。

一方、図６に示すように、従来構成において大きな電気負荷が投入された場合には、バッテリ３または車両用発電機２の発電電圧の落ち込みが大きくなって外部制御禁止電圧以下になるので、発電優先制御回路１６が作動して電圧比較器１６４の出力がハイレベルになり、オア回路１４の出力もハイレベルになって、車両用発電機２がフル発電するため、発電トルクが急増し、大きなエンジン回転数変動が発生する。

これに対し、図４に示すように、本実施形態の構成において大きな電気負荷が投入された場合には、バッテリ３または車両用発電機２の発電電圧の落ち込みが大きくなって外部制御禁止電圧以下となるが、発電優先制御回路１６が作動しても電圧比較器１６４のハイレベルの出力信号がそのままオア回路１４に入力されるわけではなく、このハイレベルの出力信号が発電優先制御禁止回路１７によって一時的に遮断される。この間、ＥＣＵ５から入力されるＰＷＭ信号に基づく制御が継続されるため、発電トルクの急増を抑え、エンジン回転数変動も抑えることがことができる。

このように、本実施形態の車両用発電制御装置１では、車両用発電機２の発電電圧が外部制御禁止電圧以下になった場合であっても、優先的に外部制御禁止電圧以上になるように車両用発電機２の発電制御を行う動作が一時的に禁止されるため、発電トルクが急増することを防止することができ、エンジン回転数が不安定になってエンジンストールが生じることを防止することができる。また、発電電圧を上げる発電制御の禁止を所定時間に限って行うことにより、発電電圧が極端に低下することがなく、適切な発電制御を維持することが可能となる。

また、制御一時禁止時間をＥＣＵ５によって電気負荷投入時に発電トルクの急増を低減する界磁電流の漸増制御の制御時間の１〜２倍の範囲で設定することにより、バッテリ３の充電不足への影響を最小限に抑えることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。上述した実施形態では、制御一時禁止回路１７１によってアナログスイッチ１７２のオンタイミングを遅らせる制御一時禁止時間は一定である場合を考えたが、この時間をＥＣＵ５からの指示に応じて可変するようにしてもよい。

図７は、制御一時禁止時間をＥＣＵ５からの指示に応じて可変する制御回路の変形例を示す図である。図７に示す制御回路１０Ａは、図３に示す制御回路１０に対して、発電優先制御禁止回路１７を発電優先制御禁止回路１７Ａに置き換えた点が異なっている。この発電優先制御禁止回路１７Ａは、発電優先制御禁止回路１７に対して周期検出回路１７３が追加されている。周期検出回路１７３は、ＥＣＵ５から入力されるＰＷＭ信号の周期を検出し、制御一時禁止制御回路１７１によって設定される制御一時禁止時間を可変する。このように、ＥＣＵ５からの指示に応じて制御一時禁止時間を可変設定することにより、ＥＣＵ５においてエンジン回転数変動等を考慮した適切な発電制御の禁止時間を設定することが可能となる。

また、上述した実施形態では、制御一時禁止時間を外部制御信号に基づく界磁電流の漸増制御時間以上（例えば、１〜２倍の範囲内）に設定したが、この制御一時禁止時間をほぼ１０秒に固定するようにしてもよい。これにより、車両毎に禁止時間を設定する必要がなくなり、処理の簡略化や使用するソフトウエアの共用化が可能になって、コストダウンを図ることができる。

一実施形態の発電システムの全体構成を示す図である。 ＥＣＵから車両用発電制御装置に向けて出力されるＰＷＭ信号のデューティと車両用発電機の界磁巻線の導通率との関係を示す図である。 制御回路の詳細構成を示す図である。 アイドル時に大きな電気負荷が投入された場合の本実施形態の車両用発電制御装置の作動タイミングを示す図である。 アイドル時に小さな電気負荷が投入された場合の従来構成の車両用発電制御装置の作動タイミングを示す図である。 アイドル時に大きな電気負荷が投入された場合の従来構成の車両用発電制御装置の作動タイミングを示す図である。 制御一時禁止時間をＥＣＵからの指示に応じて可変する制御回路の変形例を示す図である。

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
４ 電気負荷
５ ＥＣＵ（エンジン制御装置）
１０ 制御回路
１１ スイッチング素子
１２ 環流ダイオード
１３ 駆動回路
１４ オア回路
１５ 界磁電流制御回路
１６ 発電優先制御回路
１７ 発電優先制御禁止回路
２１ 電機子巻線
２２ 整流回路
２３ 界磁巻線
５１ ＰＷＭ信号出力回路
５２ モード判定・指示値決定回路

Claims (4)

1. 外部指令装置から出力される発電制御指示信号に基づいて、車両用発電機の界磁巻線に供給する界磁電流を制御する界磁電流制御手段と、
   前記発電制御指示信号に応じて前記車両用発電機の発電電圧が外部制御禁止電圧以下になったときに、優先的に前記外部制御禁止電圧以上になるように前記車両用発電機の発電制御を行う発電優先制御手段と、
   前記車両用発電機の発電電圧が一時的に前記外部制御禁止電圧以下になったときに、前記発電優先制御手段の作動を所定時間禁止する発電優先制御禁止手段と、
   を備え、前記発電優先制御禁止手段によって一時的に前記発電優先制御手段の作動が禁止される前記所定時間は、前記外部指令装置によって電気負荷投入時に発電トルクの急増を低減する界磁電流の漸増制御の制御時間以上であることを特徴とする車両用発電制御装置。
2. 請求項１において、
   前記発電制御指示信号はＰＷＭ信号であり、
   前記発電優先制御禁止手段は、一時的に前記発電優先制御手段の作動を禁止する前記所定時間を、前記ＰＷＭ信号の周期に応じて可変設定することを特徴とする車両用発電制御装置。
3. 請求項１または２において、
   前記発電優先制御禁止手段によって一時的に前記発電優先制御手段の作動が禁止される前記所定時間は、前記外部指令装置によって電気負荷投入時に発電トルクの急増を低減する界磁電流の漸増制御の制御時間の１〜２倍の範囲内で設定されることを特徴とする車両用発電制御装置。
4. 請求項１において、
   前記発電優先制御禁止手段によって一時的に前記発電優先制御手段の作動が禁止される前記所定時間をほぼ１０秒に設定することを特徴とする車両用発電制御装置。

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