JP4232693B2 - 車両用発電制御システム - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される電気負荷が遮断された時に発生する電圧スパイクを抑制できる車両用発電制御システムに関する。

従来、自動車等の車両には、バッテリの充電を行うと共に、各種の電気負荷へ必要な電力を供給するために、発電機が搭載されている。
この発電機は、一般にレギュレータと呼ばれる電圧調整装置により、発電機の界磁電流を断続的に制御することで発電量（出力電圧）を調整しており、例えば、特許文献１では、電気負荷が遮断された時に、バッテリ電圧の変化量を検出し、その変化量に応じて発電量を抑制する発電制御方法が開示されている。

しかし、図４に示す様に、時刻ｔ２にて電気負荷を遮断して発電量を急激に減少（図中では７０Ａから４０Ａへ減少）させると、図中（ｂ）に示す様に、負荷電流の一時的な減少による電圧スパイク（過大な電圧）が発生する。この電圧スパイクが発生すると、その他の電気負荷（特に車両制御等に係わるＥＣＵ、パワーステアリング等の重要な電気負荷）が過電圧を検出して、停止あるいは能力が低下する恐れがあった。
特開平４−１２６３９号公報

ところが、上記の特許文献１に開示された発電制御方法では、電気負荷が遮断された時のバッテリ電圧の変化量を検出してから発電量を抑制しているため、実際に電気負荷が遮断されてから発電量が抑制されるまでに反応遅れが生じてしまう。その結果、電気負荷が遮断された時には、少なからず電圧スパイクが発生する。特に、遮断される電気負荷の負荷量が大きく、且つ、バッテリの充電状態が満充電に近い程、発生する電圧スパイクが大きくなる。

本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、所定の電気負荷が遮断されることを事前に検出して、その電気負荷が実際に遮断される前に、発電機の発電量を抑制することで、電圧スパイクの発生を防止あるいは低減できる車両用発電制御システムを提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明の車両用発電制御システムは、エンジンにより駆動されて発電する発電機と、この発電機の界磁電流を制御することにより、発電機の発電量を目標発電量に調整する電圧調整手段と、目標発電量を電圧調整手段に指令する発電制御手段とを備えている。
発電制御手段は、所定の電気負荷の使用状態に係わるタイマまたはセンサ等の情報を基に、所定の電気負荷が遮断される時期を事前に検出できる電気負荷遮断時期検出手段と、所定の電気負荷が消費する電力量に相当する発電機の発電量を負荷発電量として算出する負荷発電量算出手段と、バッテリの充電状態に応じた必要発電量を算出する必要発電量算出手段と、現在の発電量から負荷発電量を抑制した発電量に必要発電量を加減して目標発電量を算出する目標発電量算出手段と、所定の電気負荷が実際に遮断される前に、目標発電量算出手段により算出された目標発電量を電圧調整手段に指令する発電量抑制指令手段とを備えることを特徴とする。

本発明の車両用発電制御システムによれば、タイマまたはセンサ等の情報を基に、所定の電気負荷が遮断されることを事前に検出できるので、その電気負荷が実際に遮断される前に、電気負荷が消費する電力量に相当する負荷発電量を抑制した発電量に必要発電量を加減して目標発電量を算出し、その目標発電量を電圧調整手段に指令することができる。その結果、実際に所定の電気負荷が遮断された時には、電圧スパイクの発生を防止できる、あるいは車両へ悪影響を与えないレベルまで電圧スパイクを抑制できる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

図１は実施例１に係わる発電制御（発電量抑制モード）のタイムチャートであり、図２は車両用発電制御システムの構成を示すブロック図である。
実施例１に係る発電制御システムは、図２に示す様に、エンジン（図示せず）に駆動されて発電する交流発電機（以下、発電機１と呼ぶ）、この発電機１の発電量（出力電圧）を調整するレギュレータ２（本発明の電圧調整手段）と、このレギュレータ２を介して発電機１の発電状態を制御する発電制御手段（以下、エンジンＥＣＵ３と呼ぶ）等より構成される。

発電機１は、例えば、３相の電機子コイル４ａが電気角で１２０度間隔にＹ結線された電機子巻線４と、エンジンに回転駆動されて回転磁界を形成する界磁巻線５と、電機子巻線４に発生する三相出力を全波整流して直流電力に変換する全波整流回路６等より構成され、この整流回路６のプラス側がＢ端子７を介して給電線８に接続され、整流回路６のマイナス側がＥ端子９を介してアース接続されている。
給電線８には、バッテリ１０が接続されると共に、それぞれ電源スイッチ１１を介して複数の電気負荷１２（所定の電気負荷１２ａ、その他の電気負荷１２ｂ）が接続されている。

レギュレータ２は、発電機１の出力電圧を所定の調整電圧Ｖｒに制御するもので、以下に説明する界磁電流制御手段と、通信制御回路１３、電源回路１４、界磁電流検出回路１５、及び回転数検出回路１６などを備える。
界磁電流制御手段は、界磁巻線５に流れる界磁電流を断続するスイッチング素子１７と、このスイッチング素子１７のドレイン側に界磁巻線５と並列に接続されて、スイッチング素子１７がオフ状態のときに界磁電流を還流させる還流ダイオード１８と、発電機１の出力電圧と調整電圧Ｖｒとの偏差に相当するデューティ制御信号を生成して、そのデューティ制御信号をスイッチング素子１７に送る電圧制御回路１９等より構成される。

通信制御回路１３は、例えば、車内ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）によって構築された通信ネットワークを介してエンジンＥＣＵ３に接続され、そのエンジンＥＣＵ３との間で相互にシリアル通信を行うもので、エンジンＥＣＵ３の要求に応じて、界磁電流の検出値や発電機回転数等の情報をエンジンＥＣＵ３に送信する。なお、上記の通信ネットワークでは、ＣＡＮやＬＩＮ等の周知の通信プロトコルが利用される。

電源回路１４は、通信制御回路１３より電源オン信号が入力されると、レギュレータ２の各回路に電源を供給する。
界磁電流検出回路１５は、スイッチング素子１７のソース側と直列に接続されたセンス抵抗２０の端子電圧から界磁電流を検出して通信制御回路１３に送る。
回転数検出回路１６は、電機子巻線４の何れか１相の相電圧を検出して、発電機回転数に比例する相電圧の周波数を通信制御回路１３に送る。

エンジンＥＣＵ３には、バッテリ１０の充電状態を検出する電流センサ２１、車両情報やエンジンの運転状態等を検出する各種センサ（例えば、車室内温度を検出する室温センサ２２、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ２３、エンジン回転数を検出するＮＥセンサ２４等）にて検出されたセンサ情報が入力され、これらのセンサ情報を基に、レギュレータ２を介して発電機１の発電状態を制御する。

次に、エンジンＥＣＵ３による発電制御の一例を説明する。
エンジンＥＣＵ３は、エンジンの始動スイッチ（図示せず）が投入されると、レギュレータ２の通信端子２５に動作開始信号を送信する。その動作開始信号を通信制御回路１３が認識すると、通信制御回路１３から電源回路１４に電源オン信号が送られて、レギュレータ２が動作を開始する。その後、エンジンＥＣＵ３から通信制御回路１３に調整電圧Ｖｒが送信される。

エンジンが完爆して所定の回転数まで上昇すると、電気負荷１２が投入されていない場合、あるいは、電気負荷１２に流れる負荷電流が低い場合（バッテリ１０の放電電流が小さい場合）には、発電機１の出力電圧が調整電圧Ｖｒに制御される。
発電機１の出力電圧は、上記の電圧制御回路１９によって制御される。つまり、現在の出力電圧と、エンジンＥＣＵ３から送信される調整電圧Ｖｒの指示値とが電圧制御回路１９に入力されると、両者を比較して、その偏差に相当するデューティ制御信号を生成し、そのデューティ制御信号がスイッチング素子１７に送られる。その結果、デューティ制御信号に応じて、スイッチング素子１７がオン／オフ制御されることにより、界磁巻線５に流れる界磁電流が断続されて、発電機１の出力電圧が調整電圧Ｖｒに制御される。

また、エンジンＥＣＵ３は、所定の電気負荷１２ａが投入された時に、以下に説明する発電量抑制モードを設定し、その発電量抑制モードの基で、発電機１の発電状態を制御することができる。
発電量抑制モードは、所定の電気負荷１２ａが投入された後、その電気負荷１２ａが遮断される時期を事前に検出して、所定の電気負荷１２ａが実際に遮断される前に、発電機１の発電量を抑制する制御である。この発電量抑制モードを実施するために、エンジンＥＣＵ３は、以下の電気負荷遮断時期検出手段、負荷発電量算出手段、発電量抑制指令手段等の機能を有している。

電気負荷遮断時期検出手段は、所定の電気負荷１２ａの使用状態に係わるタイマまたはセンサ等の情報を基に、所定の電気負荷１２ａが遮断される時期を事前に検出する。
負荷発電量算出手段は、所定の電気負荷１２ａが消費する電力量に相当する発電機１の発電量を負荷発電量として算出する。
発電量抑制指令手段は、所定の電気負荷１２ａが実際に遮断される前に、前記の負荷発電量を抑制した目標発電量を求め、この目標発電量に相当する電圧指令値をレギュレータ２に指令（出力）する。

なお、所定の電気負荷１２ａとしては、前記タイマやセンサ等の情報を基に、遮断される時期を事前に検出可能なものであり、例えば、エアコン（コンプレッサ）、ヘッドライト、デフォッガ等に適用できる。つまり、所定の電気負荷１２ａの作動時間が、予めタイマによって設定される場合は、そのタイマの経過時刻をモニタすることで、所定の電気負荷１２ａが遮断される時期を事前に検出できる。あるいは、所定の電気負荷１２ａの作動時間が、センサの検出結果に応じて決定される（例えば、センサの検出値が所定の設定値に到達した時点で電気負荷１２ａが遮断される）場合には、センサの検出値をモニタすることで、所定の電気負荷１２ａが遮断される時期を事前に検出できる。

次に、上記の発電量抑制モードを実施するエンジンＥＣＵ３の処理手順を説明する。
まず、所定の電気負荷１２ａが投入（電源スイッチ１１がオン操作）されたか否かを判定し、所定の電気負荷１２ａが投入された場合は、その所定の電気負荷１２ａの使用状態に係わるタイマやセンサ等の情報を入力する。
続いて、所定の電気負荷１２ａが消費する電力量に相当する発電機１の発電量（負荷発電量と呼ぶ）として算出する。

続いて、現在の発電量より前記の負荷発電量を抑制した発電量を目標発電量として算出し、その目標発電量に相当する電圧指令値を求める。
続いて、図１に示す様に、前記タイマやセンサ等の情報を基に、前記電圧指令値をレギュレータ２に指令する時刻ｔ１を検出し、この時刻ｔ１にて前記電圧指令値をレギュレータ２に指令する。なお、時刻ｔ１は、所定の電気負荷１２ａが実際に遮断される時期（時刻ｔ２）より所定時間前であることは言うまでもない。
一方、レギュレータ２では、エンジンＥＣＵ３から指令された電圧指令値を基に、発電機１の出力電圧を調整することにより、負荷発電量を抑制した発電量に制御される。

（実施例１の効果）
実施例１に記載した発電制御システムでは、上記の発電量抑制モードを実施することにより、所定の電気負荷１２ａが実際に遮断される前に、負荷発電量を抑制した発電量で発電を行うことができる。つまり、図１に示す様に、所定の電気負荷１２ａが実際に遮断される時期（時刻ｔ２）より所定時間前の時刻ｔ１で、電圧指令値に応じた発電量、すなわち、図中（ｃ）に示す様に、所定の電気負荷１２ａに消費される負荷電流分を抑制した発電量で発電される。その結果、所定の電気負荷１２ａが実際に遮断された時点（時刻ｔ２）では、既に発電機１の発電量が抑制されているため、図中（ｂ）に示す様に、所定の電気負荷１２ａが遮断されたことによる電圧スパイクの発生を防止あるいは低減できる。

また、実施例１に記載した通信制御回路１３は、車内ＬＡＮ（本発明の多重通信ライン）を通じてエンジンＥＣＵ３に接続されているので、１本の信号線によって複数のデータの送受信が可能となる。さらに、車内ＬＡＮによって構築された通信ネットワークを通じて各種センサや補機等の制御情報が増加するため、車両の運転状態に応じた最適な発電制御が可能となる。
但し、本発明の車両用発電制御システムは、車内ＬＡＮ等の多重通信ラインを使用する場合に限定されるものではない。つまり、エンジンＥＣＵ３とレギュレータ２との間をアナログ通信する場合にも適用できる。

実施例１では、発電量抑制モードを実施する際に、所定の電気負荷１２ａが消費する負荷発電量を抑制した目標発電量を算出しているが、この実施例２では、前記の負荷発電量と共に、発電機１の現在の発電量と、エンジンの回転速度と、エンジンの温度との少なくとも１つを基に、車両状態にとって最適な発電量を算出し、その最適な発電量を目標発電量とする一例である。

つまり、エンジンＥＣＵ３は、現在の発電量から負荷発電量を抑制するだけでなく、その負荷発電量以外に、バッテリ１０の状態やエンジンの運転状態等に応じた必要発電量を算出し、負荷発電量と必要発電量とを基に、以下の（１）式より目標発電量を算出する。 目標発電量＝現在の発電量−負荷発電量±必要発電量……………（１）
一例として、現在の発電量＝１００Ａ、負荷発電量＝４０Ａの場合に、バッテリ１０が放電気味であれば、バッテリ１０への充電量を必要発電量とし、その必要発電量＝２０Ａとすると、目標発電量は、以下の（２）式によって求められる。
目標発電量＝１００Ａ−４０Ａ＋２０Ａ＝８０Ａ…………………（２）
これにより、バッテリ１０の状態やエンジンの運転状態等によって最適な発電量を算出できるので、車両状態に応じた最適な発電制御を実施できる。

この実施例３では、発電量抑制モードを実行するか否かを、バッテリ１０の充電状態に応じて選択できる一例を説明する。
例えば、バッテリ１０の充電状態が満充電、あるいは満充電に近い状態の場合は、実施例１に記載した様に、発電量抑制モードを実行することで、所定の電気負荷１２ａが遮断されたことによる電圧スパイクの発生を防止あるいは低減できる。

一方、バッテリ１０の充電状態が低い場合、言い換えると、バッテリ１０が放電状態にある時（バッテリ１０の受入れ性が良い時）は、所定の電気負荷１２ａが遮断された時の負荷電流をバッテリ１０が吸収できる。従って、バッテリ１０の充電状態が低い時は、発電量抑制モードを実行することなく、図３に示す様に、所定の電気負荷１２ａが遮断された時点（時刻ｔ２）で、その負荷発電量に応じて発電機１の発電量を制御（抑制）しても良い。この場合、図中（ｂ）に示す様に、発電量抑制モードを実行しなくても、所定の電気負荷１２ａが遮断されたことによる電圧スパイクの発生を抑制できる。

実施例１に係る発電制御（発電量抑制モード）のタイムチャートである。 実施例１に係る発電制御システムの構成を示すブロック図である。 実施例３に係る発電制御のタイムチャートである。 従来技術に係る発電制御のタイムチャートである。

符号の説明

１ 発電機
２ レギュレータ（電圧調整手段）
３ エンジンＥＣＵ（発電制御手段）
１０ バッテリ
１２ａ 所定の電気負荷

Claims (1)

1. エンジンにより駆動されて発電する発電機と、
   この発電機の界磁電流を制御することにより、前記発電機の発電量を目標発電量に調整する電圧調整手段と、
   前記目標発電量を前記電圧調整手段に指令する発電制御手段とを備えた車両用発電制御システムであって、
   前記発電制御手段は、
   所定の電気負荷の使用状態に係わるタイマまたはセンサ等の情報を基に、前記所定の電気負荷が遮断される時期を事前に検出できる電気負荷遮断時期検出手段と、
   前記所定の電気負荷が消費する電力量に相当する前記発電機の発電量を負荷発電量として算出する負荷発電量算出手段と、
   バッテリの充電状態に応じた必要発電量を算出する必要発電量算出手段と、
   現在の発電量から前記負荷発電量を抑制した発電量に前記必要発電量を加減して前記目標発電量を算出する目標発電量算出手段と、
   前記所定の電気負荷が実際に遮断される前に、前記目標発電量算出手段により算出された目標発電量を前記電圧調整手段に指令する発電量抑制指令手段とを備えることを特徴とする車両用発電制御システム。

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