JP3052319B2 - 車両用充電装置 - Google Patents

車両用充電装置

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、車載のバッテリーを発電機で充電する装置
に関する。
[従来の技術] エンジンの駆動トルクの内、有効に走行エネルギーや
電気負荷への電力供給に役立つ分と、発熱損失として失
われてしまう分とがあるが、近年、特に、経済性や大気
中の二酸化炭素規制等の観点から、この損失を減らすこ
とに対する社会的要求が高まって来ている。エンジンが
駆動するものの内、車載用交流発電機に関しても同様
で、いかに発電効率を上げるかが、小形化、軽量化、低
コスト化に対する要求と同等以上に重要視されて来てい
る。
従来の車両用充電装置は、電気負荷が接続されるバッ
テリーと、エンジンにより駆動される発電機と、前記バ
ッテリー電圧を検出するとともに該電圧に応じた発電機
の界磁電流を供給するレギュレータとを備える。
[発明が解決しようとする課題] しかるに、従来の車両用充電装置は、発電機をなるべ
く持てる能力の一杯を出力させることを念頭におき、小
型発電機を高負荷率で運転させていることを目指してい
るので、当然、発電機の磁束密度や電流密度が材料や発
電機冷却性能上の限界ぎりぎりまで高くなっていて、鉄
損や銅損などの損失を少なくすることが技術的に難し
く、発電効率を大きく改善することができなかった。
本発明の目的は、発電効率に優れる車両用充電装置の
提供にある。
[課題を解決するための手段] 上記目的の達成のため、本発明はつぎの構成を採用し
た。
(ア) 車両用充電装置は、電気負荷が接続されるバッ
テリーと、エンジンにより駆動される発電機と、バッテ
リー電圧を検出し、このバッテリー電圧を所定電圧に維
持すべく、前記発電機の発電量を制御する発電量調整手
段とを備え、前記バッテリー電圧が所定電圧より低下し
た時は、前記発電機を全能力運転する車両用充電装置に
おいて、前記発電機は、全能力運転において、車両が必
要とする電力より大きい発電能力を有し、かつ、前記発
電機の出力電流を、前記発電能力より小さく設定された
出力電流上限値を越えないように調整する。
また、(イ)バッテリを含む車載の電気負荷に電力を
供給する発電機を含む車両用充電装置の制御装置におい
て、前記バッテリーの電圧を検出し、このバッテリー電
圧を所定電圧に維持すべく、前記発電機の界磁電流を断
続する界磁電流制御手段(41、Tr)と、前記発電機の出
力電流を検出する電流検出手段を含み、この電流検出手
段で検出された出力電流が前記発電機の発電能力より小
さく設定された出力電流上限値を超えないように前記発
電機の界磁電流を制限する制限手段(42、43)と、前記
バッテリーの電圧を検出し、このバッテリー電圧が所定
電圧(V2)を越えるとき前記制限手段による界磁電流の
制限を有効にする運転状態切換手段(41、44)とを備え
る。
なお、(ウ)前記運転状態切換手段は、前記バッテリ
ーの電圧を検出し、このバッテリー電圧が所定電圧(V
2)を下回るとき前記制限手段による界磁電流の制限を
無効にする手段として構成されている。
[作用および発明の効果] 本発明は、つぎの作用および効果を有する。
<請求項1について> (作用) 発電量調整手段は、バッテリー電圧を検出し、このバ
ッテリー電圧を所定電圧に維持すべく、発電機の発電量
を制御する。なお、バッテリー電圧が所定電圧より低下
した時は、発電機を全能力運転する。また、発電機の出
力電流を、発電能力より小さく設定された出力電流上限
値を越えないように調整する。
(効果) 発電機がフル発電特性を下回る、発電能力を下げた出
力特性で運転されるので磁束密度や電流密度が下がるこ
とになり、発電効率に優れる。
バッテリーが所定電圧より低下した時は発電機は全能
力運転するので、バッテリーの過放電状態は短時間で解
消される。
<請求項2、3について> (作用、効果) 本発明の車両用充電装置の制御装置によると、界磁電
流制御手段によってバッテリーの電圧が検出され、バッ
テリー電圧を所定電圧に維持すべく、発電機の界磁電流
が断続される。しかも、バッテリー電圧が所定電圧を越
えるときには、界磁電流制御手段によって界磁電流が通
電されるときでも制限手段が有効にされ、発電機の出力
電流が出力電流上限値を越えないように界磁電流が制限
される。
このため、バッテリー電圧が所定電圧を越えるときに
は、発電機はその発電能力より制限された能力での発電
を行うため、発電効率の優れた運転を行うことができ
る。
なお、運転状態切換手段は、請求項3のようにバッテ
リー電圧が所定電圧を下回るときに制限手段による界磁
電流の制限を無効にするように構成される。
[実施例] つぎに本発明を第1図に示す第1実施例に基づき説明
する。
車両用充電装置Aは、電気負荷1が接続されるバッテ
リーBと、オルタネータOと、前記バッテリーの端子電
圧Vに基づいて前記オルタネータOの界磁電流Ifを制
御するレギュレータRとを備える。また、レギュレータ
Rは、バッテリーの過放電時には前記オルタネータOを
フル出力特性Fで運転し、バッテリーの放電状態が通常
範囲内の時は、オルタネータOを、発電量を抑制したパ
ーシャル出力特性Pで運転する。
電気負荷1は、各種ライト、ヒータ、ラジオ、スター
タ、点火装置、エアコン、ワイパー等、電気で作動する
電装品である。
バッテリーBは、電圧12Vのモノブロック構造の鉛蓄
電池である。
オルタネータOは、界磁巻線21および星型接続した電
機子巻線22を有する三相交流発電機2に三相全波整流回
路3を構成する整流器群31を電気接続したものである。
このオルタネータOは、フル出力運転において、車両が
必要とする電力より十分大きい発電能力を有している。
レギュレータRは、電圧比較回路41、特性把握回路4
2、禁止回路43、キャンセル回路44、およびトランジス
タTrを備える。
電圧比較回路41は、端子電圧Vと第1の基準電圧V1
とを比較してV≦V1の時オン信号Sを出す。また、端
子電圧Vと第2の基準電圧V2(但し必ずV2<V1に設
定される)とを比較して、V>V2の時、前記キャンセ
ル回路44をオフにする。
特性把握回路42は、前記オルタネータOのリップル電
圧により出力電流1を検出し、電機子巻線22の反中性点
端子の電位からオルタネータOの回転数Nを算出する。
この特性把握回路42は、前記出力電流Iおよびオルタネ
ータOの回転数Nを検出した結果を予め定めたその回転
数Nにおける出力上限制御目標値IR(N)の出力電流IR
と比べ、I≦IRの時は禁止回路43をオンにし、I>IR
の時は禁止回路43をオフにする。
禁止回路43およびキャンセル回路44は、前記電圧比較
回路41とトランジスタTrの間に介在する。
トランジスタTrは、前記オン信号Sに基づいて前記界
磁電流Ifのスイッチング制御を行う。
つぎに、車載用バッテリーの充電システムAの作動を
説明する。
(バッテリーの放電状態が通常範囲内の時) バッテリーBの端子電圧Vは、常に第2の基準電圧V
2より高い。
そして、バッテリーBの端子電圧Vが第1の基準電圧
1を越えるいわゆる満充電状態のときには電圧比較回
路41からはオン信号Sは出ない。
電気負荷1によるバッテリーBの電力消費が継続した
り、大負荷が加わったりしてバッテリーBの端子電圧V
が第1の基準電圧V1以下となると電圧比較回路41はオ
ン信号Sを出力する。
特性把握回路42は、出力電流Iが回転数Nにおける出
力上限制御目標値IR(N)の出力電流IR以下の場合に禁
止回路43をオンとし、出力電流Iが出力電流IRを越え
る場合に禁止回路43をオフにする。
上記作動により、バッテリーBの放電状態が通常範囲
内の時は、オルタネータOは、発電量を抑制したパーシ
ャル出力特性Pの範囲内で運転される。
(バッテリーの放電状態が過放電の時) この時、バッテリーBの端子電圧Vは、第2の基準電
圧V2以下であるので、電圧比較回路41は、キャンセル
回路44をオンにするので、特性把握回路42の作動は実質
無視される。
V≦V2ということは、必ずV≦V1であるので、オン
信号Sは常にトランジスタTrに加わる。このため、バッ
テリーBの過放電時には前記オルタネータOはフル出力
特性Fで運転される。
つぎに、車両用充電装置Aの効果を第2図とともに述
べる。
第2図において、FおよびPはそれぞれ三相交流発電
機2のフル発電出力特性およびパーシャル出力制御特
性、23および24はそれぞれその時の効率特性である。ま
た、201は三相交流発電機2のパーシャル出力制御特性
Pに相当する小容量三相交流発電機のフル発電特性、20
2はその時の効率特性である。
両者を同一の出力で発電した場合、三相交流発電機2
は、小容量の三相交流発電機に比べ、鉄心断面積や導線
断面積が大きく設定されているので、磁束密度や電流密
度の低下割合が小さい(磁束密度の2乗の関係で鉄心の
うず電流損やヒステリシス損が低下し、電流密度の2乗
の関係で固定子巻線の銅損が低下する)。
(あ) このため、同一の電気負荷1に対して、小容量
三相交流発電機をフル発電(効率特性202)で使用する
よりも、三相交流発電機2をパーシャル出力(パーシャ
ル出力特性P)に限定して常用する方が効率が最大約15
%を改善できる。
(い) 本実施例では、各三相交流発電機のフル発電時
の出力電流の差は約2倍であるが、小容量の三相交流発
電機の重量(約5kg)に対し、三相交流発電機2の重量
(約6kg)は大であるが、車両重量(約1t)に比べれば
僅かな比率であり、重量増加に伴う燃費悪化等の悪影響
は無視できる。
(う) 発電効率が向上するので、エンジンの無駄なト
ルクが減ってむしろ燃費は改善される。実際に効率向上
分と重量増加分の双方を加味考慮して、3000ccクラスの
車両で試算した結果約1.8%の燃費が改善されることが
判明した。
つぎに本発明の第2実施例を第3図および第1図とと
もに説明する。
本実施例では、特性把握回路42は、前記オルタネータ
Oのリップル電圧により出力電流Iを検出しているが、
オルタネータOの回転数Nは検出しない。また、出力上
限制御目標値IR(N)は単一に設定されている。このた
め、V>V2時には、出力電流Iが所定の出力電流IS
越えると禁止回路43をオフする作動を奏する。本実施例
ではオルタネータOの回転数Nを検出する回路が不要と
なる。
つぎに本発明の第3実施例を第4図および第5図とと
もに説明する。
電圧比較回路41は、ライン電圧V′と第1の基準電圧
1とを比較してV′≦V1の時オン信号Sを出す。
特性把握部42は、本実施例では他の場所に搭載される
マイクロコンピュータ(ECU)であり、電流検出センサ4
20で検出した磁気量から出力電流Iを算出する出力電流
検出回路421と、演算回路422とからなる。演算回路422
はエンジン回転数検出部423から得られる回転数に相当
するデータと出力電流Iに相当するデータとを演算し
て、オルタネータOが発電量を抑制したパーシャル出力
特性の範囲内で運転されるようにベース駆動回路の禁止
回路43をオンまたはオフする。
また、前記電圧比較回路41は、端子電圧V′と第2の
基準電圧V2(但し必ずV2<V1に設定される)とを比
較して、V′≦V2の時(バッテリーの過放電時)、キ
ャンセル回路44をオンにし、禁止回路43の作動を無効に
してオルタネータOをフル出力特性Fで運転する。
本実施例ではレギュレータRの機能の一部を、既に搭
載されているマイクロコンピュータ(ECU)で補ってい
るので、新たに付加する部分が少なくて済む。
本発明は、上記実施例以外につぎの実施態様を含む。
a.バッテリーが過放電か通常状態かの判断を、上記各実
施例ではバッテリーBの端子電圧V(ライン電圧V′も
含む)が第2の基準電圧V2以下になったことで行って
いるが、外にバッテリーBの比重を検出して行っても良
い。また、バッテリーBから電気負荷1に供給した総電
力量と、オルタネータOからバッテリーBを充電するた
めに供給して総電力量とをマイクロコンピュータで演算
して把握するようにしても良い。
b.オルタネータOの出力電流Iの検出は、その他、転流
スパイク電圧、電流脈流に基づく誘導電磁波などを参照
して行っても良い。
c.オルタネータOの回転数Nの検出は交流発電機の発電
周波数に基づいて行っても良い。
d.上記各実施例では、出力上限制御目標値IR(N)を固定
しているが、エンジン運転状態信号、オルタネータO
(交流発電機)の温度、エンジンルームの温度、運転習
癖などによって可変し、燃費をさらに改善するようにし
ても良い。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例である車両用充電装置の作
動原理を示す説明図、第2図はその装置の効果を説明す
るためのグラフである。 第3図は本発明の第2実施例における車両用充電装置の
作動説明をするためのグラフである。 第4図は本発明の第3実施例の車両用充電装置の作動原
理を示す説明図、第5図はその装置に用いる電流検出セ
ンサの説明図である。 図中 1……電気負荷、A……車両用充電装置、B……
バッテリー、F……フル出力特性(全能力運転)I……
出力電流、O……オルタネータ(発電機)R……レギュ
レータ(発電量調整手段)、V……端子電圧(バッテリ
ー電圧)、V′……ライン電圧(バッテリー電圧)、V
1……第1の基準電圧(所定電圧)、V2……第2の基準
電圧(所定電圧)、IR……出力電流(出力電流上限
値)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜嶋 孝英 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 加藤 豪俊 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−157238(JP,A) 特開 昭59−149799(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02J 7/14 - 7/24

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電気負荷が接続されるバッテリーと、 エンジンにより駆動される発電機と、 バッテリー電圧を検出し、このバッテリー電圧を所定電
    圧に維持すべく、前記発電機の発電量を制御する発電量
    調整手段とを備え、前記バッテリー電圧が所定電圧より
    低下した時は、前記発電機を全能力運転する車両用充電
    装置において、 前記発電機は、全能力運転において、車両が必要とする
    電力より大きい発電能力を有し、かつ、前記発電機の出
    力電流を、前記発電能力より小さく設定された出力電流
    上限値を越えないように調整することを特徴とする車両
    用充電装置。
  2. 【請求項2】バッテリを含む車載の電気負荷に電力を供
    給する発電機を含む車両用充電装置の制御装置におい
    て、 前記バッテリーの電圧を検出し、このバッテリー電圧を
    所定電圧に維持すべく、前記発電機の界磁電流を断続す
    る界磁電流制御手段(41、Tr)と、 前記発電機の出力電流を検出する電流検出手段を含み、
    この電流検出手段で検出された出力電流が前記発電機の
    発電能力より小さく設定された出力電流上限値を超えな
    いように前記発電機の界磁電流を制限する制限手段(4
    2、43)と、 前記バッテリーの電圧を検出し、このバッテリー電圧が
    所定電圧(V2)を越えるとき前記制限手段による界磁電
    流の制限を有効にする運転状態切換手段(41、44)とを
    備えることを特徴とする車両用充電装置の制御装置。
  3. 【請求項3】前記運転状態切換手段は、前記バッテリー
    の電圧を検出し、このバッテリー電圧が所定電圧(V2)
    を下回るとき前記制限手段による界磁電流の制限を無効
    にする手段として構成されていることを特徴とする請求
    項2記載の車両用充電装置の制御装置。
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