JP2010172176A - 車両用電源制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリが低ＳＯＣ状態である場合に、負荷が有する機能をある程度維持しながら、バッテリの低ＳＯＣ状態を改善できる車両用電源制御装置の提供。
【解決手段】バッテリの出力電圧値ＶＢを検出し、出力電圧値ＶＢに基づくデューティ比により、バッテリが負荷に供給する電力をＰＷＭ制御する車両用電源制御装置。周期的にバッテリの出力電圧値ＶＢを検出し、検出した出力電圧値ＶＢが第１電圧値Ｖ１より低いか否かを判定する第１判定手段と、第１判定手段が低いと判定したときに、デューティ比を第１の値減算する減算手段と、減算手段で減算されたデューティ比で電力をＰＷＭ制御している期間に、第１判定手段が低くないと判定したときに、出力電圧値ＶＢが、第１電圧値Ｖ１より高い第２電圧値Ｖ２より高いか否かを判定する第２判定手段と、第２判定手段が高いと判定したときに、デューティ比を第２の値加算する加算手段とを備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、車載発電機が発電した電力により充電され、負荷に電力を供給するバッテリの出力電圧値を検出する電圧検出手段を備え、電圧検出手段が検出した出力電圧値に基づくデューティ比により、バッテリが負荷に供給する電力をＰＷＭ制御する車両用電源制御装置に関するものである。

近年、自動車に搭載される電気負荷の種類及びそれらの消費電力は、飛躍的に増加する傾向にある。また、負荷の駆動を機械的な接続に頼らず、電気信号によって制御する傾向もあり、消費電力は益々増加している。
特許文献１には、充電型バッテリが、内燃エンジンによって回転駆動される発電機を含む直流電源に接続されていない場合に、バッテリ異常を判別したときは、充電型バッテリから車体系負荷へ供給する電力を抑制する電源供給装置が開示されている。

特許文献２には、負荷の電源スイッチから起動信号が入力された場合、現在の発電電力と起動要求されている負荷による電力増加量を算出した後、これらを加算した発電指令電力が発電可能電力より大きいか否かを判定する負荷制御装置が開示されている。発電指令電力が発電可能電力より大きいと判定した場合には、起動要求のあった負荷の起動を禁止し、発電指令電力が発電可能電力より小さいと判定した場合には、オルタネータに発電指令を行うと共に、当該負荷を起動する。

特開平１１−２５２８１６号公報 特開２００７−２０９１０６号公報

負荷による消費電力が増大し、発電電力と消費電力との収支が合わなくなると、バッテリの出力電圧が低くなる低ＳＯＣ（State Of Charge）状態に陥り、最悪の場合、種々の負荷機能が停止するという場合も有り得る。この為、限られた電源しか備えていない自動車では、電力の確保は重要な問題となっている。
上述した特許文献１，２に記載された発明では、負荷の電力消費の合計が大きくなった場合に、一部の負荷に対する電力供給を停止することで、バッテリ状態（ＳＯＣ）を改善している。しかし、この方法では、バッテリ状態の改善はできるが、負荷への電力供給を停止する為、負荷が有する機能が得られず、自動車の快適性が損なわれるという問題がある。

また、バッテリが負荷に供給する電力をＰＷＭ制御する場合、そのデューティ比を計算する為に、バッテリの出力電圧値を取得するが、バッテリの出力電圧値には、オルタネータ（車載発電機、交流発電機）に起因する脈動成分が含まれており、この脈動成分が灯火系負荷の場合にチラツキの原因となるという問題がある。また、マイクロコンピュータでデューティ比及びデューティ比をデジタル計算する電圧値をそれぞれ表すビット数によっては、灯火系負荷にチラツキが発生するという問題がある。

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、バッテリが低ＳＯＣ状態である場合に、負荷が有する機能をある程度維持しながら、負荷への電力供給を抑制して
、バッテリの低ＳＯＣ状態を改善することが可能な車両用電源制御装置を提供することを目的とする。
本発明は、また、バッテリが負荷に供給する電力をＰＷＭ制御する場合に、灯火系負荷にバッテリの出力電圧の脈動に起因するチラツキが生じない車両用電源制御装置を提供することを目的とする。
本発明は、また、バッテリが負荷に供給する電力をＰＷＭ制御する場合に、灯火系負荷にチラツキが生じないように、デューティ比及びデューティ比をデジタル計算する電圧値を表すビット数をそれぞれ定めてある車両用電源制御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制御装置は、車載発電機が発電した電力により充電され、負荷に電力を供給するバッテリの出力電圧値を検出する電圧検出手段を備え、該電圧検出手段が検出した出力電圧値に基づくデューティ比により、前記バッテリが負荷に供給する電力をＰＷＭ制御する車両用電源制御装置において、前記電圧検出手段は周期的にバッテリの出力電圧値を検出しており、前記電圧検出手段が検出した出力電圧値が第１電圧値より低いか否かを判定する第１判定手段と、該第１判定手段が低いと判定したときに、デューティ比を第１の値減算する減算手段と、該減算手段で減算されたデューティ比で前記電力をＰＷＭ制御している期間に、前記第１判定手段が低くないと判定したときに、前記出力電圧値が、前記第１電圧値より高い第２電圧値より高いか否かを判定する第２判定手段と、該第２判定手段が高いと判定したときに、デューティ比を第２の値加算する加算手段とを備え、前記第２判定手段が高くないと判定したときは、前記減算手段が引続き減算し、前記第２判定手段が１又は複数回高いと判定した以後、高くないと判定したときは、前記加算手段が引続き加算するように構成してあることを特徴とする。

この車両用電源制御装置では、車載発電機が発電した電力により充電され、負荷に電力を供給するバッテリの出力電圧値を、電圧検出手段が検出し、その検出した出力電圧値に基づくデューティ比により、バッテリが負荷に供給する電力をＰＷＭ制御する。電圧検出手段は周期的にバッテリの出力電圧値を検出する。第１判定手段が、電圧検出手段が検出した出力電圧値が第１電圧値より低いか否かを判定し、減算手段が、第１判定手段が低いと判定したときに、デューティ比を第１の値減算する。減算手段で減算されたデューティ比で電力をＰＷＭ制御している期間に、第１判定手段が低くないと判定したときに、第２判定手段が、バッテリの出力電圧値が、第１電圧値より高い第２電圧値より高いか否かを判定する。第２判定手段が高いと判定したときに、加算手段が、デューティ比を第２の値加算する。第２判定手段が高くないと判定したときは、減算手段が引続き減算し、第２判定手段が１又は複数回高いと判定した以後、高くないと判定したときは、加算手段が引続き加算する。

第２発明に係る車両用電源制御装置は、前記減算手段が第１の値減算したデューティ比が、所定値に達したか否かを判定する手段を更に備え、該手段が達したと判定した後は、前記第２判定手段が高いと判定する迄、前記減算手段は減算を停止するように構成してあることを特徴とする。

この車両用電源制御装置では、減算手段が第１の値減算したデューティ比が、所定値に達したか否かを判定し、達したと判定した後は、第２判定手段が高いと判定する迄、減算手段は減算を停止する。

第３発明に係る車両用電源制御装置は、前記バッテリの出力電圧値に含まれる除去すべき脈動の周波数、及び前記電圧検出手段がバッテリの出力電圧値を検出する周期に基づき回路定数を定めたＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタを備え、該ＩＩＲフィルタが濾波した出力電圧値に基づき、デューティ比を定めるように構成してあることを特
徴とする。

この車両用電源制御装置では、バッテリの出力電圧値に含まれる除去すべき脈動の周波数、及び電圧検出手段がバッテリの出力電圧値を検出する周期に基づき、ＩＩＲフィルタの回路定数を定めてあり、このＩＩＲフィルタが濾波した出力電圧値に基づき、デューティ比を定める。

第４発明に係る車両用電源制御装置は、前記バッテリの出力電圧値に含まれる周波数２０Ｈｚ以上の脈動成分を１／√２以下に抑制するように、回路定数を定めたＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタを備え、該ＩＩＲフィルタが濾波した出力電圧値に基づき、デューティ比を定めるように構成してあることを特徴とする。

この車両用電源制御装置では、バッテリの出力電圧値に含まれる周波数２０Ｈｚ以上の脈動成分を１／√２以下に抑制するように、ＩＩＲフィルタの回路定数を定めてあり、このＩＩＲフィルタが濾波した出力電圧値に基づき、デューティ比を定める。

第５発明に係る車両用電源制御装置は、前記バッテリの出力電力値のバラツキの許容範囲に基づき、前記電圧検出手段が検出すべき範囲の各出力電圧値を表すべき第１ビット数を複数仮定し、複数仮定した各第１ビット数で表した前記出力電圧値、該出力電圧値のデジタル誤差、及び前記第１ビット数とは独立して複数仮定した第２ビット数で表した前記デューティ比に基づき、それぞれＰＷＭ制御された電力値同士のバラツキを数値計算し、数値計算したバラツキが前記許容範囲に収まるように、前記第１ビット数及び第２ビット数を定めてあり、定めた第１ビット数で表した出力電圧値、及び定めた第２ビット数で表したデューティ比に基づき、ＰＷＭ制御するように構成してあることを特徴とする。

この車両用電源制御装置では、バッテリの出力電力値のバラツキの許容範囲に基づき、電圧検出手段が検出すべき範囲の各出力電圧値を表すべき第１ビット数を複数仮定する。次いで、複数仮定した各第１ビット数で表したバッテリの出力電圧値、この出力電圧値のデジタル誤差、及び第１ビット数とは独立して複数仮定した第２ビット数で表したデューティ比に基づき、それぞれＰＷＭ制御された電力値同士のバラツキを数値計算する。数値計算したバラツキが許容範囲に収まるように、第１ビット数及び第２ビット数を定めてあり、定めた第１ビット数で表した出力電圧値、及び定めた第２ビット数で表したデューティ比に基づき、バッテリの出力電力をＰＷＭ制御する。

第６発明に係る車両用電源制御装置は、車載発電機が発電した電力により充電され、負荷に電力を供給するバッテリの出力電圧値を検出する電圧検出手段を備え、該電圧検出手段が検出した出力電圧値に基づくデューティ比により、前記バッテリが負荷に供給する電力をＰＷＭ制御する車両用電源制御装置において、前記電圧検出手段は周期的にバッテリの出力電圧値を検出しており、前記バッテリの出力電圧値に含まれる除去すべき脈動の周波数、及び前記電圧検出手段がバッテリの出力電圧値を検出する周期に基づき回路定数を定めたＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタを備え、該ＩＩＲフィルタが濾波した出力電圧値に基づき、デューティ比を定めるように構成してあることを特徴とする。

この車両用電源制御装置では、車載発電機が発電した電力により充電され、負荷に電力を供給するバッテリの出力電圧値を電圧検出手段が検出し、その検出した出力電圧値に基づくデューティ比により、バッテリが負荷に供給する電力をＰＷＭ制御する。電圧検出手段は周期的にバッテリの出力電圧値を検出している。バッテリの出力電圧値に含まれる除去すべき脈動の周波数、及び電圧検出手段がバッテリの出力電圧値を検出する周期に基づき、ＩＩＲフィルタの回路定数を定めてあり、ＩＩＲフィルタが濾波した出力電圧値に基づき、デューティ比を定める。

第７発明に係る車両用電源制御装置は、車載発電機が発電した電力により充電され、負荷に電力を供給するバッテリの出力電圧値を検出する電圧検出手段を備え、該電圧検出手段が検出した出力電圧値に基づくデューティ比により、前記バッテリが負荷に供給する電力をＰＷＭ制御する車両用電源制御装置において、前記電圧検出手段は周期的にバッテリの出力電圧値を検出しており、前記バッテリの出力電圧値に含まれる周波数２０Ｈｚ以上の脈動成分を１／√２以下に抑制するように、回路定数を定めたＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタを備え、該ＩＩＲフィルタが濾波した出力電圧値に基づき、デューティ比を定めるように構成してあることを特徴とする。

この車両用電源制御装置では、車載発電機が発電した電力により充電され、負荷に電力を供給するバッテリの出力電圧値を電圧検出手段が検出し、電圧検出手段が検出した出力電圧値に基づくデューティ比により、バッテリが負荷に供給する電力をＰＷＭ制御する。電圧検出手段は周期的にバッテリの出力電圧値を検出している。バッテリの出力電圧値に含まれる周波数２０Ｈｚ以上の脈動成分を１／√２以下に抑制するように、ＩＩＲフィルタの回路定数を定めてあり、ＩＩＲフィルタが濾波した出力電圧値に基づき、デューティ比を定める。

第８発明に係る車両用電源制御装置は、車載発電機が発電した電力により充電され、負荷に電力を供給するバッテリの出力電圧値を検出する電圧検出手段を備え、該電圧検出手段が検出した出力電圧値に基づくデューティ比により、前記バッテリが負荷に供給する電力をＰＷＭ制御する車両用電源制御装置において、前記バッテリの出力電力値のバラツキの許容範囲に基づき、前記電圧検出手段が検出すべき範囲の各出力電圧値を表すべき第１ビット数を複数仮定し、複数仮定した各第１ビット数で表した前記出力電圧値、該出力電圧値のデジタル誤差、及び前記第１ビット数とは独立して複数仮定した第２ビット数で表した前記デューティ比に基づき、それぞれＰＷＭ制御された電力値同士のバラツキを数値計算し、数値計算したバラツキが前記許容範囲に収まるように、前記第１ビット数及び第２ビット数を定めてあり、定めた第１ビット数で表した出力電圧値、及び定めた第２ビット数で表したデューティ比に基づき、ＰＷＭ制御するように構成してあることを特徴とする。

この車両用電源制御装置では、車載発電機が発電した電力により充電され、負荷に電力を供給するバッテリの出力電圧値を電圧検出手段が検出し、その検出した出力電圧値に基づくデューティ比により、バッテリが負荷に供給する電力をＰＷＭ制御する。バッテリの出力電力値のバラツキの許容範囲に基づき、電圧検出手段が検出すべき範囲の各出力電圧値を表すべき第１ビット数を複数仮定する。次いで、複数仮定した各第１ビット数で表したバッテリの出力電圧値、出力電圧値のデジタル誤差、及び第１ビット数とは独立して複数仮定した第２ビット数で表したデューティ比に基づき、それぞれＰＷＭ制御された電力値同士のバラツキを数値計算する。数値計算したバラツキが許容範囲に収まるように、第１ビット数及び第２ビット数を定めてあり、定めた第１ビット数で表した出力電圧値、及び定めた第２ビット数で表したデューティ比に基づき、バッテリの出力電力をＰＷＭ制御する。

本発明に係る車両用電源制御装置によれば、バッテリが低ＳＯＣ状態である場合に、負荷が有する機能をある程度維持しながら、負荷への電力供給を抑制して、バッテリの低ＳＯＣ状態を改善することが可能な車両用電源制御装置を実現することができる。
また、本発明に係る車両用電源制御装置によれば、バッテリが負荷に供給する電力をＰＷＭ制御する場合に、灯火系負荷にバッテリの出力電圧の脈動に起因するチラツキが生じない車両用電源制御装置を実現することができる。
また、本発明に係る車両用電源制御装置によれば、バッテリが負荷に供給する電力をＰＷＭ制御する場合に、デューティ比及びデューティ比をデジタル計算する電圧値を表すビット数を、灯火系負荷にチラツキが生じないように、それぞれ定めてある車両用電源制御装置を実現することができる。

本発明に係る車両用電源制御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制御装置の動作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制御装置の動作例を示すタイミングチャートである。 本発明に係る車両用電源制御装置の他の動作例を示すタイミングチャートである。 本発明に係る車両用電源制御装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。 ＩＩＲフィルタの構成例を示す回路図である。 ＩＩＲフィルタの減衰率、周波数及び遅れ時間の特性例を示す特性図である。 ＰＷＭ制御された各電力値を列及び行に並べ、並べた電力値の比（列／行）を算出してマトリクス状に並べた例を示す図表である。 ２つの電圧値を任意に変え、電圧値のビット数及びデューティ比のビット数をそれぞれ変えたときの電力値のバラツキの例を示す図表である。 デューティ比の計算を一次近似により折れ線で行なう方法を説明する為の説明図である。

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制御装置の実施の形態１の概略構成を示すブロック図である。
この車両用電源制御装置は、図示しないエンジンに連動して、オルタネータ（車載発電機、交流発電機）１が発電する。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Ｆ０を通じて、バッテリ２に充電される。

バッテリ２の出力電圧は、例えば、ヒューズＦ１及びＦＥＴ（電界効果トランジスタ）５を通じてデフォッガ８（defogger）に、ヒューズＦ２及びＦＥＴ３を通じてデアイサ（deicer）９に、ヒューズＦ３、ＦＥＴ４及びワイパースイッチＳＷ４を通じてワイパーモータ１０にそれぞれ印加される。バッテリ２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。ＦＥＴ３，４，５は、リレーボックス１１内に設置されている。
動作速度切換えの為にワイパースイッチＳＷ４により切換えられるワイパーモータ１０の各コイルには、各環流ダイオードＤ１，Ｄ２が逆並列に接続されている。

デフォッガスイッチＳＷ１、デアイサスイッチＳＷ２及びワイパースイッチＳＷ４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７に与えられる。
制御部７は、マイクロコンピュータを備えており、デフォッガスイッチＳＷ１のオン信号を与えられている期間、ＦＥＴ５をＰＷＭ制御し、デアイサスイッチＳＷ２のオン信号を与えられている期間、ＦＥＴ３をＰＷＭ制御する。ワイパースイッチＳＷ４のオン信号を与えられている期間、ＦＥＴ４をＰＷＭ制御する。また、制御部７内の電圧検出手段６が、バッテリ２の出力電圧値を検出する。

以下に、このような構成の車両用電源制御装置の負荷がヒータを有する場合の動作例を、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７は、時間Ｔ１（例えば数秒間）を計時する都度（Ｓ１）、電圧検出手段６が検出したバッテリ２の出力電圧値ＶＢを読込む（Ｓ３）。次いで、読込んだ出力電圧値ＶＢが電圧値Ｖ１（例えば１１Ｖ）より低いか否かを判定する（Ｓ５）。出力電圧値ＶＢが電圧値Ｖ１より低ければ、例えば、電源スイッチ（ＳＷ１，ＳＷ２）がオンになっているデフォッガ８及びデアイサ９の一方又は両方のヒータ系負荷の電源のＰＷＭ制御で、現在設定されているデューティ比Ｄが０（％）であるか否かを判定する（Ｓ１７）。

制御部７は、デューティ比Ｄが０（％）でなければ（Ｓ１７）、デューティ比Ｄを所定値ｄ１（％）（例えば数％）減算して設定する（Ｓ１９）。次いで、フラグＦを０（リセット）にして（Ｓ２１）、時間Ｔ１を計時する（Ｓ１）。
制御部７は、時間Ｔ１を計時している間（Ｓ１）、設定したデューティ比Ｄ（Ｓ１９）により、デフォッガ８及びデアイサ９の一方又は両方のＦＥＴ３，５をＰＷＭ制御する。

制御部７は、デューティ比Ｄが０（％）であれば（Ｓ１７）、そのまま時間Ｔ１を計時する（Ｓ１）。
制御部７は、出力電圧値ＶＢが電圧値Ｖ１より低くなければ（Ｓ５）、現在設定されているデューティ比Ｄが１００（％）であるか否かを判定する（Ｓ７）。デューティ比Ｄが１００（％）であれば、そのまま時間Ｔ１を計時する（Ｓ１）。

制御部７は、デューティ比Ｄが１００（％）でなければ（Ｓ７）、読込んだ出力電圧値ＶＢが電圧値Ｖ２（例えば１２Ｖ、Ｖ２＞Ｖ１）より高いか否かを判定する（Ｓ９）。出力電圧値ＶＢが電圧値Ｖ２より高ければ、デューティ比Ｄを所定値ｄ２（％）（例えば数％、ｄ１＝ｄ２であっても良い）加算して設定する（Ｓ１１）。次いで、フラグＦを１（セット）にして（Ｓ１３）、時間Ｔ１を計時する（Ｓ１）。
制御部７は、時間Ｔ１を計時している間（Ｓ１）、設定したデューティ比Ｄ（Ｓ１１）により、デフォッガ８及びデアイサ９の一方又は両方のＦＥＴ３，５をＰＷＭ制御する。

制御部７は、読込んだ出力電圧値ＶＢが電圧値Ｖ２より高くなければ（Ｓ９）、フラグＦが１であるか否かを判定する（Ｓ１５）。フラグＦが１であれば、デューティ比Ｄを所定値ｄ２（％）加算して設定する（Ｓ１１）。
制御部７は、フラグＦが１でなければ（Ｓ１５）、デューティ比Ｄが０（％）であるか否かを判定する（Ｓ１７）。

以上の動作により、例えば、図３（ａ）に示すように、バッテリ２の出力電圧値ＶＢがＶ１より低くなると、例えば、図３（ｂ）に示すように、数秒毎にデューティ比Ｄを１００％から数％ずつ減算して行く。デューティ比Ｄが減算されて行き、消費電力が削減され、バッテリ２の出力電圧値ＶＢが上昇に転じると、出力電圧値ＶＢが、Ｖ１よりより高いＶ２を超えることになる。出力電圧値ＶＢがＶ２を超えると、デューティ比Ｄは、そのときの値Ｄ１から数秒毎に数％ずつ１００％迄加算されて行く。

ここで、デューティ比Ｄが減算されて行き、バッテリ２の出力電圧値ＶＢが上昇に転じても、出力電圧値ＶＢの戻りが遅ければ、デューティ比Ｄは０（電源オフ）に達し、デューティ比Ｄ＝０の状態で、出力電圧値ＶＢがＶ２を超えるのを待つことになる。
そこで、設定されているデューティ比Ｄが０（％）であるか否かを判定する（Ｓ１７）のに代えて、設定されているデューティ比Ｄが所定値Ｄ２（％）（例えば７０％）であるか否かを判定することにしても良い。この場合、図４（ａ），（ｂ）に示すように、デューティ比Ｄは、所定値Ｄ２（％）に達した後は、デューティ比Ｄ＝Ｄ２の状態で、出力電
圧値ＶＢがＶ２を超えるのを待つことになる。

（実施の形態２）
図５は、本発明に係る車両用電源制御装置の実施の形態２の概略構成を示すブロック図である。
実施の形態１で説明した車両用電源制御装置では、バッテリ２の出力電圧が与えられる負荷の例として、デフォッガ８等のヒータ系を挙げてあるが、本実施の形態２では、デフォッガ８に代えて、灯火系のヘッドランプ１２を挙げてある。

バッテリ２の出力電圧は、ヒューズＦ４及びＦＥＴ１３を通じてヘッドランプ１２（１系統のみ図示）に印加される。
制御部７は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと記載）を備えており、ヘッドランプスイッチＳＷ５のオン信号を与えられている期間、ＦＥＴ１３をＰＷＭ制御する。本実施の形態２のその他の構成は、実施の形態１で説明した構成（図１）と同様であるので、同一箇所には同一符号を付して説明を省略する。

本実施の形態２では、灯火系のヘッドランプ１２に印加する電圧をＰＷＭ制御する為、ＰＷＭ制御のデューティ比Ｄは、読込んだバッテリ２の出力電圧値ＶＢとして、以下のように算出する。尚、バッテリ２の基準電圧値を１２Ｖとしてある。
Ｄ＝（１２／ＶＢ）²
バッテリ２の出力電圧値ＶＢには、オルタネータ１に起因する脈動が含まれており、これがチラツキ及びノイズの原因となる。この脈動成分を除去する為、出力電圧値ＶＢに対してアナログ又はデジタルのＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタを適用する。

アナログのＩＩＲフィルタは、図６に示すように、各一方の入力端子及び出力端子間に抵抗Ｒが接続され、２つの出力端子間にコンデンサＣが接続された四端子回路で表示される。
ここで、電圧検出手段６が、バッテリ２の出力電圧値ＶＢをサンプリング周期Ｔで検出し読込むものとする。このとき、時刻ｔ＝ｎＴ（ｎは整数）でのＩＩＲフィルタによるなまし電圧Ｙ（ｎＴ）は、時刻ｔ＝（ｎ−１）Ｔでのなまし電圧Ｙ（（ｎ−１）Ｔ）と、時刻ｔ＝ｎＴでの実電圧ＶＢ（ｎＴ）とを用いて以下のように表される。

Ｙ（ｎＴ）＝（（ＲＣ／Ｔ）／（１＋（ＲＣ／Ｔ）））×Ｙ（（ｎ−１）Ｔ）
＋（１／（１＋（ＲＣ／Ｔ）））×ＶＢ（ｎＴ）
＝−ｂ₁ ×Ｙ（（ｎ−１）Ｔ）＋ａ₀ ×ＶＢ（ｎＴ） （１）
＝（１−ｒ）×Ｙ（（ｎ−１）Ｔ）＋ｒ×ＶＢ（ｎＴ）
但し、ｂ₁ ＝−（ＲＣ／Ｔ）／（１＋（ＲＣ／Ｔ））
ａ₀ ＝１／（１＋（ＲＣ／Ｔ））＝ｒ
ａ₀ −ｂ₁ ＝１ （２）

出力電圧値ＶＢの脈動成分の角周波数をωとする。
ＶＢ（ｔ）＝ｅｘｐ（ｊωｔ）を加えたときの出力Ｙ（ｔ）は、
Ｙ（ｔ）＝Ｇ×ｅｘｐ（ｊωｔ） （３）
となって、Ｇが減衰率となる。

（３）式及びｔ＝ｎＴを（１）式に代入し、Ｇについて整理すると、
Ｇ＝Ｈ（ｅｘｐ（ｊωＴ））＝ａ₀ ／｛１＋ｂ₁ ×ｅｘｐ（−ｊωＴ）｝
｜Ｈ（ｅｘｐ（ｊωＴ））｜
＝ａ₀ ／√〔｛１＋ｂ₁ ×ｃｏｓ（−ωＴ）｝²
＋｛ｂ₁ ×ｓｉｎ（ωＴ）｝² 〕 （４）

出力電圧値ＶＢの脈動成分のカットオフ角周波数をω₀ として、
｜Ｈ（ｅｘｐ（ｊω₀ Ｔ））｜が１／√２＝０．７０７１０６７８１になるように、ｂ₁ を求める。
（４）式から、
ａ₀ ／√〔｛１＋ｂ₁ ×ｃｏｓ（−ω₀ Ｔ）｝²
＋｛ｂ₁ ×ｓｉｎ（ω₀ Ｔ）｝² 〕＝１／√２ （５）

（５）式は、（２）式でａ₀ を消去することにより、ｂ₁ の二次方程式に帰着できる。この二次方程式の解は、
ｂ₁ ＝〔−｛１−（１／√２）² ｃｏｓ（−ω₀ Ｔ）｝
＋√〔｛１−（１／√２）² ｃｏｓ（−ω₀ Ｔ）｝²
−｛１−（１／√２）² ｝² 〕〕／｛１−（１／√２）²｝
となる。

従って、サンプリング周期Ｔとカットオフ角周波数ω₀ とが決まれば、ｂ₁ が決まる。
例えば、
サンプリング周期Ｔ；０．００５ｓ
カットオフ周波数ｆ₀ ＝ω₀ ／２π；２０Ｈｚ
である場合、
ｂ₁ ＝−０．５４４１１３２２
ａ₀ ＝０．４５５８８６７８
となる。

逆に、ｂ₁ ，ａ₀ をこれらの値にすれば、周波数２０Ｈｚの脈動成分を１／√２に抑制することができる（周波数２０Ｈｚ以上の脈動成分を１／√２以下にできる）。
図７は、ＩＩＲフィルタの減衰率、周波数及び遅れ時間の特性例を示す特性図である。
この特性図によれば、ｂ₁ ＝−０．５４４１１３２２，ａ₀ ＝０．４５５８８６７８の場合、（４）式から、遅れ時間は高々０．００３ｓとなる。灯火系負荷のデューティ比の更新周期を０．０１５ｓとすれば、ＩＩＲフィルタとの合計遅れ時間は０．０１８ｓとなる。

灯火系負荷の場合、通常、０．０５ｓでデューティ比が追従する必要があるが、ｂ₁ ＝−０．５４４１１３２２，ａ₀ ＝０．４５５８８６７８により回路定数が定まるＩＩＲフィルタは、この条件を満たしていることが分かる。
尚、灯火系負荷がチラツカない為には、ΔＶＢ（Ｖ）の電圧変動に対して、車両の想定電圧変動ΔｄＶＢ（Ｖ／ｓ）があるとすると、ΔＶＢ／（２ΔｄＶＢ）（ｓ）内にデューティ比算出を追従させなければならない。
例えば、ΔＶＢ＝０．２Ｖ、ΔｄＶＢ＝２Ｖ／ｓとすれば、０．２／（２×２）＝０．０５ｓ迄の遅れが許容できる。

アナログのＩＩＲフィルタの場合、
１／（１＋（ＲＣ／Ｔ））＝ａ₀
ＲＣ＝Ｔ×（１／ａ₀ −１）
となるように、抵抗及びコンデンサを決めれば良い。
図６に示すＩＩＲフィルタの場合、
ＲＣ＝０．００５×（１／０．４５５８８６７８−１）＝０．００５９６８
となるように、抵抗値及びコンデンサ容量を組合わせれば良い。
尚、アナログのＩＩＲフィルタの場合は、電圧検出手段６の入力端子に接続し、デジタ
ルのＩＩＲフィルタの場合は、制御部７のマイコン内に設定する。

ここ迄で、バッテリ２の出力電圧値ＶＢに含まれチラツキの原因となる脈動成分を除去する為のＩＩＲフィルタを作成したが、マイコンでデューティ比を計算する際のデューティ比及び電圧値をそれぞれ表すビット数によっては、それらによるデジタル誤差が灯火系負荷のチラツキの原因となる。
チラツキの原因は、灯火系負荷に供給される電力のバラツキであると仮定する。
デューティ比を１としたときに、電圧差ΔＶＢがどれぐらいであればチラツキとして感じるかは、実験により求めることができる。

ＶＢからＶＢ＋ΔＶＢへと電圧値が変化したときの電力比（バラツキ）は、
｛（ＶＢ＋ΔＶＢ）／ＶＢ｝² ＝（１＋ΔＶＢ／ＶＢ）²
例えば、ＶＢ＝１５ＶでΔＶＢ＝０．２Ｖ以下であるならば、チラツキを感じないとすると、電圧値の分解能は少なくとも０．２Ｖ以下である必要がある。電圧値の分解能は、何Ｖから何Ｖ迄をデジタル値に割振るかにより定まる。

電圧値ＶＢをマイコン内でｐビット（第１ビット数）で表すと、
ΔＶＢ≧ＶＢrange ／（２^p −１）
ΔＶＢ（２^p −１）≧ＶＢrange
（２^p −１）≧ＶＢrange／ΔＶＢ
ｐ≧ｌｏｇ₂ （ＶＢrange／ΔＶＢ＋１）

０〜１５Ｖを０〜２^p −１で割り振る場合、ＶＢrange＝１５Ｖ，ΔＶＢ＝０．２Ｖにより、
ｐ≧ｌｏｇ₂ （１５／０．２＋１）≒６．２
従って、ｐは７以上である必要がある。つまり、電圧値には７ビット（１２７）以上を割り振る必要がある。

次に、各電圧値における電力値を算出する。
０〜１５の電圧値を０〜２^p −１に割り当てるものとする。
電圧値ＶＢのときの理想的なデジタル値ＶＢdiは、
ＶＢdi＝［（２^p −１）×ＶＢ／１５］
但し、［ ］はガウス記号
デジタル値ＶＢdiには、一律にデジタル誤差ΔＶＢdeが存在するものとする。これは、回路部品等に起因する誤差である。

以上より、電圧値ＶＢのとき、マイコン内でのデジタル値ＶＢdmは、
ＶＢdm＝［（２^p −１）×ＶＢ／１５］−ΔＶＢde （６）
となる。
デューティ比をマイコン内でｑビット（第２ビット数）で表すとする。
マイコン内でのデューティ比の計算値をＤｍとすれば。
Ｄｍ＝［（２^p −１）｛｛［（２^p −１）×１２／１５］−ΔＶＢde｝
／｛［（２^p −１）×ＶＢ／１５］−ΔＶＢde｝｝² ］
但し、バッテリ２の出力電圧値ＶＢの基準電圧値を１２Ｖとする。

ＰＷＭ制御された電力値は、
ＶＢ² ×Ｄｍ
＝ＶＢ² ×［（２^p −１）｛｛［（２^p −１）×１２／１５］−ΔＶＢde｝
／｛［（２^p −１）×ＶＢ／１５］−ΔＶＢde｝｝² ］
但し、電力比を算出する為の値であるので、抵抗値は省略している。

電圧値がＶＢ１のときの電力値は、
ＶＢ１² ×Ｄｍ
＝ＶＢ１² ×［（２^p −１）｛｛［（２^p −１）×１２／１５］−ΔＶＢde｝
／｛［（２^p −１）×ＶＢ１／１５］−ΔＶＢde｝｝² ］
電圧値がＶＢ２のときの電力値は、
ＶＢ２² ×Ｄｍ
＝ＶＢ２² ×［（２^p −１）｛｛［（２^p −１）×１２／１５］−ΔＶＢde｝
／｛［（２^p −１）×ＶＢ２／１５］−ΔＶＢde｝｝² ］

これらの比（バラツキ）（ＶＢ１² ×Ｄｍ）／（ＶＢ２² ×Ｄｍ）が、例えば、（１５／１５．２）² ＝０．９７３８５７から（１５．２／１５）² ＝１．０２６８４４迄の範囲にあれば良い。
図９は、電圧値ＶＢ１，ＶＢ２を１２〜１５Ｖの範囲で任意に変え、電圧値のビット数ｐ及びデューティ比のビット数ｑをそれぞれ変え、デジタル誤差ΔＶＢdeを既知としたときの電力値のバラツキの例をまとめたものである。

これは、例えば、電圧値ＶＢ１及びＶＢ２が１２〜１５ＶのときのＰＷＭ制御された各電力値を算出し、算出した各電力値を列及び行に並べ、並べた電力値の比（列／行）を算出してマトリクス状に並べた図８に示すような表を、ビット数ｐ，ｑの組合せ毎に作成して集計する。次いで、集計した最小値〜最大値を％表示（例えば、０．９７３〜１．０１５→−２．７％〜１．５％）して、図９を作成する。
図９における例えば−２．７％（−７）〜１．５％（＋３）の（−７）、（＋３）は、電圧値を（２^p −１）表示した場合のバラツキである。

ここまでは、電力のバラツキの許容範囲を（１５／１５．２）² ＝０．９７３８５７〜（１５．２／１５）² ＝１．０２６８４４として話を進めて来たが、切れの良いところで、電力のバラツキの許容範囲を±３％として、図９を検討する。その結果、電圧値のビット数が８又は９、デューティ比のビット数が７の場合が、電力のバラツキの許容範囲±３％内に収まることが分かる。
以上により、マイコン内での演算は、ビット数が小さい方が有利であるから、電圧値のビット数を８、デューティ比のビット数を７と定める。

上述した例は、デューティ比を厳密解で計算したが、処理時間を短縮する為、デューティ比の計算を一次近似により折れ線で行なう方法もある。
デューティ比Ｄ＝（１２／ＶＢ）² を、図１０に示すように、各区間に区切り、一次近似を行なう。

例えば、１２Ｖ〜１２．５Ｖ，１２．５Ｖ〜１３Ｖ，１３Ｖ〜１３．５Ｖ，１３．５Ｖ〜１４Ｖ，１４Ｖ〜１４．５Ｖ，１４．５Ｖ〜１５Ｖに区切ると、
・１２Ｖ〜１２．５Ｖ；Ｄ＝−０．１５６９×ＶＢ＋２．８８１８
・１２．５Ｖ〜１３Ｖ；Ｄ＝−０．１３９×ＶＢ＋２．６５８６
・１３Ｖ〜１３．５Ｖ；Ｄ＝−０．１２３９×ＶＢ＋２．４６２９
・１３．５Ｖ〜１４Ｖ；Ｄ＝−０．１１０８×ＶＢ＋２．２８５７
・１４Ｖ〜１４．５Ｖ；Ｄ＝−０．０９９６×ＶＢ＋２．１２９１
・１４．５Ｖ〜１５Ｖ；Ｄ＝−０．０８９８×ＶＢ＋１．９８６２

これらをデジタルの式で表すと、（６）式から、
・１２Ｖ〜１２．５Ｖ
Ｄｍ＝（２^q −１）｛−０．１５６９×｛１５／（２^p −１）｝ＶＢdm
＋２．８８１８｝
＝（２^q −１）［−０．１５６９×｛１５／（２^p −１）｝
×｛（２^p −１）×ＶＢ／１５｝−ΔＶＢde｝＋２．８８１８］

・１２．５Ｖ〜１３Ｖ
Ｄｍ＝（２^q −１）｛−０．１３９×｛１５／（２^p −１）｝ＶＢdm
＋２．６５８６｝
＝（２^q −１）［−０．１３９×｛１５／（２^p −１）｝
×｛（２^p −１）×ＶＢ／１５｝−ΔＶＢde｝＋２．６５８６］

・１３Ｖ〜１３．５Ｖ
Ｄｍ＝（２^q −１）｛−０．１２３９×｛１５／（２^p −１）｝ＶＢdm
＋２．４６２９｝
＝（２^q −１）［−０．１２３９×｛１５／（２^p −１）｝
×｛（２^p −１）×ＶＢ／１５｝−ΔＶＢde｝＋２．４６２９］

・１３．５Ｖ〜１４Ｖ
Ｄｍ＝（２^q −１）｛−０．１１０８×｛１５／（２^p −１）｝ＶＢdm
＋２．２８５７｝
＝（２^q −１）［−０．１１０８×｛１５／（２^p −１）｝
×｛（２^p −１）×ＶＢ／１５｝−ΔＶＢde｝＋２．２８５７］

・１４Ｖ〜１４．５Ｖ
Ｄｍ＝（２^q −１）｛−０．０９９６×｛１５／（２^p −１）｝ＶＢdm
＋２．１２９１｝
＝（２^q −１）［−０．０９９６×｛１５／（２^p −１）｝
×｛（２^p −１）×ＶＢ／１５｝−ΔＶＢde｝＋２．１２９１］

・１４．５Ｖ〜１５Ｖ
Ｄｍ＝（２^q −１）｛−０．０８９８×｛１５／（２^p −１）｝ＶＢdm
＋１．９８６２｝
＝（２^q −１）［−０．０８９８×｛１５／（２^p −１）｝
×｛（２^p −１）×ＶＢ／１５｝−ΔＶＢde｝＋１．９８６２］
以上のように、一次近似することにより計算量を減らすことができる。

１ オルタネータ（車載発電機、交流発電機）
２ バッテリ
３，４，５，１３ ＦＥＴ
７ 制御部
８ デフォッガ
９ デアイサ
１０ ワイパーモータ
１１ リレーボックス
１２ ヘッドランプ
Ｆ０〜Ｆ４ ヒューズ
ＳＷ１ デフォッガスイッチ
ＳＷ２ デアイサスイッチ
ＳＷ４ ワイパースイッチ
ＳＷ５ ヘッドランプスイッチ

Claims (8)

1. 車載発電機が発電した電力により充電され、負荷に電力を供給するバッテリの出力電圧値を検出する電圧検出手段を備え、該電圧検出手段が検出した出力電圧値に基づくデューティ比により、前記バッテリが負荷に供給する電力をＰＷＭ制御する車両用電源制御装置において、
   前記電圧検出手段は周期的にバッテリの出力電圧値を検出しており、前記電圧検出手段が検出した出力電圧値が第１電圧値より低いか否かを判定する第１判定手段と、該第１判定手段が低いと判定したときに、デューティ比を第１の値減算する減算手段と、該減算手段で減算されたデューティ比で前記電力をＰＷＭ制御している期間に、前記第１判定手段が低くないと判定したときに、前記出力電圧値が、前記第１電圧値より高い第２電圧値より高いか否かを判定する第２判定手段と、該第２判定手段が高いと判定したときに、デューティ比を第２の値加算する加算手段とを備え、前記第２判定手段が高くないと判定したときは、前記減算手段が引続き減算し、前記第２判定手段が１又は複数回高いと判定した以後、高くないと判定したときは、前記加算手段が引続き加算するように構成してあることを特徴とする車両用電源制御装置。
2. 前記減算手段が第１の値減算したデューティ比が、所定値に達したか否かを判定する手段を更に備え、該手段が達したと判定した後は、前記第２判定手段が高いと判定する迄、前記減算手段は減算を停止するように構成してある請求項１記載の車両用電源制御装置。
3. 前記バッテリの出力電圧値に含まれる除去すべき脈動の周波数、及び前記電圧検出手段がバッテリの出力電圧値を検出する周期に基づき回路定数を定めたＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタを備え、該ＩＩＲフィルタが濾波した出力電圧値に基づき、デューティ比を定めるように構成してある請求項１又は２記載の車両用電源制御装置。
4. 前記バッテリの出力電圧値に含まれる周波数２０Ｈｚ以上の脈動成分を１／√２以下に抑制するように、回路定数を定めたＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタを備え、該ＩＩＲフィルタが濾波した出力電圧値に基づき、デューティ比を定めるように構成してある請求項１乃至３の何れか１項に記載の車両用電源制御装置。
5. 前記バッテリの出力電力値のバラツキの許容範囲に基づき、前記電圧検出手段が検出すべき範囲の各出力電圧値を表すべき第１ビット数を複数仮定し、複数仮定した各第１ビット数で表した前記出力電圧値、該出力電圧値のデジタル誤差、及び前記第１ビット数とは独立して複数仮定した第２ビット数で表した前記デューティ比に基づき、それぞれＰＷＭ制御された電力値同士のバラツキを数値計算し、数値計算したバラツキが前記許容範囲に収まるように、前記第１ビット数及び第２ビット数を定めてあり、定めた第１ビット数で表した出力電圧値、及び定めた第２ビット数で表したデューティ比に基づき、ＰＷＭ制御するように構成してある請求項１乃至４の何れか１項に記載の車両用電源制御装置。
6. 車載発電機が発電した電力により充電され、負荷に電力を供給するバッテリの出力電圧値を検出する電圧検出手段を備え、該電圧検出手段が検出した出力電圧値に基づくデューティ比により、前記バッテリが負荷に供給する電力をＰＷＭ制御する車両用電源制御装置において、
   前記電圧検出手段は周期的にバッテリの出力電圧値を検出しており、前記バッテリの出力電圧値に含まれる除去すべき脈動の周波数、及び前記電圧検出手段がバッテリの出力電圧値を検出する周期に基づき回路定数を定めたＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタを備え、該ＩＩＲフィルタが濾波した出力電圧値に基づき、デューティ比を定めるように構成してあることを特徴とする車両用電源制御装置。
7. 車載発電機が発電した電力により充電され、負荷に電力を供給するバッテリの出力電圧値を検出する電圧検出手段を備え、該電圧検出手段が検出した出力電圧値に基づくデューティ比により、前記バッテリが負荷に供給する電力をＰＷＭ制御する車両用電源制御装置において、
   前記電圧検出手段は周期的にバッテリの出力電圧値を検出しており、前記バッテリの出力電圧値に含まれる周波数２０Ｈｚ以上の脈動成分を１／√２以下に抑制するように、回路定数を定めたＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタを備え、該ＩＩＲフィルタが濾波した出力電圧値に基づき、デューティ比を定めるように構成してあることを特徴とする車両用電源制御装置。
8. 車載発電機が発電した電力により充電され、負荷に電力を供給するバッテリの出力電圧値を検出する電圧検出手段を備え、該電圧検出手段が検出した出力電圧値に基づくデューティ比により、前記バッテリが負荷に供給する電力をＰＷＭ制御する車両用電源制御装置において、
   前記バッテリの出力電力値のバラツキの許容範囲に基づき、前記電圧検出手段が検出すべき範囲の各出力電圧値を表すべき第１ビット数を複数仮定し、複数仮定した各第１ビット数で表した前記出力電圧値、該出力電圧値のデジタル誤差、及び前記第１ビット数とは独立して複数仮定した第２ビット数で表した前記デューティ比に基づき、それぞれＰＷＭ制御された電力値同士のバラツキを数値計算し、数値計算したバラツキが前記許容範囲に収まるように、前記第１ビット数及び第２ビット数を定めてあり、定めた第１ビット数で表した出力電圧値、及び定めた第２ビット数で表したデューティ比に基づき、ＰＷＭ制御するように構成してあることを特徴とする車両用電源制御装置。

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