JP4314751B2 - 充電システムおよび車両用発電制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用発電機によってバッテリの充電を行う充電システム、およびこの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。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両のエンジンにより回転駆動されて発電を行う車両用発電機は、ＩＣレギュレータと称される車載用発電制御装置によって出力電圧が所定値となるように制御されている。
【０００３】
近年のエンジンの低アイドリング化や電気負荷の増加、燃費低減のニーズに応えるために、車両の走行状態、エンジンの動作状態、バッテリの充電状態、電気負荷の使用量等の各種情報に基づいて、発電機の出力電圧を可変する技術が特許第３０７０７８８号公報に開示されている。この特許第３０７０７８８号公報に開示された技術では、基準電圧に対応するデューティ信号をエンジン制御装置（ＥＣＵ）からＩＣレギュレータに送出し、この信号に対応した基準電圧となるように発電機の出力電圧が制御されている。
【０００４】
また、近年の車両走行時の燃費低減の社会的ニーズの高まりから、車両の走行状態やバッテリの充電状態に基づいて発電機の仕事量を適宜変更して、必要最小限の燃料にて充分な発電量を行うことが必要になっている。具体的には、車両の加速時においては、発電機の出力電圧を低く設定し（例えば最小電圧１２Ｖ）、エンジンに対する機械的負荷を低減することによって燃料消費量を低減し、反対に、車両の減速時においては、発電機の出力電圧を高く設定し（例えば最大電圧１５Ｖ）、発電機の発電量を多くしてバッテリを急速に充電することにより、車両の慣性エネルギーを電力に変換し、燃料の有効利用を図っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、エンジン始動時においては、車両用発電機の発電トルクがエンジンの負荷になるため特に低温時にはエンジンの始動性が悪化し、触媒が活性化しにくい始動直後に未燃焼の燃料が多く排出されるという問題がある。上述した特許第３０７０７８８号公報に開示された技術を用いてこの問題を解決しようとすると、エンジン始動時に発電電圧を最小に設定して車両用発電機の発電量を抑えることが考えられる。しかし、エンジン始動時には、スタータに大電流が流れてバッテリ電圧が大幅に低下するため、発電電圧を例えば１２Ｖまで下げたとしても充分に車両用発電機の発電動作を抑制することができず、良好な始動性を確保することができないという問題があった。
【０００６】
また、上述したエンジン始動時の良好な始動性を確保するために、車両用発電制御装置内に車両用発電機の発電電力を抑制する機構を盛り込むことも考えられるが、外気温が高い場合や一時駐車後等においては冷却水温度が高くなっているため良好な始動性を確保することができるにもかかわらず、上述した発電電力を抑制する機構が働いてしまい、エンジンの負荷が必要以上に軽くなってしまい、空吹かし状態になってかえって不快感を感じることになる。また、車両用発電制御装置に、このような機構を有するものと有しないものとが混在することになり、部品の種類が増えることによるコストや管理の手間の増加を招くことになる。
【０００７】
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、良好な始動性を確保することができるとともに、燃料消費の低減と未燃焼燃料の排出を防止することができる充電システムおよび車両用発電制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の充電システムは、車両に搭載されたバッテリと、バッテリに充電を行う車両用発電機と、車両用発電機の出力電圧を制御する車両用発電制御装置と、車両用発電制御装置に対して車両用発電機の発電状態を指示する外部制御装置とを備えている。この車両用発電制御装置は、外部制御装置から入力されるパルス信号のデューティ比を検出するデューティ比検出手段と、車両用発電機の発電電力を抑制する発電電力抑制手段と、デューティ比検出手段によって検出されたデューティ比に対してデューティ比の上下限近傍においてはほぼ一定の上下限値を有し、それ以外の範囲においてはデューティ比に対してほぼ線形の関係を有する電圧に車両用発電機の出力電圧を調整する電圧制御手段と、デューティ比検出手段によって検出されたデューティ比が、電圧制御手段による調整電圧が最小となる範囲を含む所定範囲に含まれているときに発電電力抑制手段の動作を有効にする有効制御手段とを備えている。外部制御装置は、車両用発電制御装置に送信するパルス信号のデューティ比を所定の値に設定することにより、発電電力抑制手段の要否を選択することができるため、必要に応じて発電電力を抑制することが可能になる。これにより、エンジン始動時の良好な始動性を確保することができるとともに、燃料消費の低減と未燃焼燃料の排出を防止することができる。また、発電電力の抑制機能の有無に応じて２種類の車両用発電制御装置を用意する必要がなくなるため、部品の共用化によるコストや管理の手間の低減が可能になる。
【０００９】
また、基準電圧を最小に設定する際に、併せて発電電力抑制手段の機能を有効にすることができるため、エンジン始動時の良好な始動性を確実に確保することができる。
【００１０】
また、車両用発電制御装置は、車両用発電機の回転数を検出する回転数検出手段をさらに備えるとともに、上述した有効制御手段は、デューティ比検出手段によって検出されたデューティ比が所定範囲に含まれており、かつ、回転数検出手段によって検出された車両用発電機の回転数が所定範囲に含まれているときに、発電電力抑制手段の動作を有効にすることが望ましい。車両用発電機の回転数が所定範囲に含まれる場合（例えば低回転時）に限って発電電力を抑制することによってもエンジン始動時の良好な始動性を確保することができる。また、それ以外の回転域においては発電電力が抑制されないため、基準電圧の設定のために割り付けられるパルス信号のデューティ比の範囲が広がり、基準電圧の調整量の分解能を高めることができ、より詳細な発電状態の制御が可能になる。また、上述した回転数の条件を満たす場合であっても、デューティ比の範囲を発電電力の抑制対象範囲から外すことにより、エンジン始動時の発電電力の抑制制御の有無を選択することが可能になり、車両状態やエンジンの状態に応じて最適な発電状態の制御を行うことができる。
【００１１】
また、上述した発電電力抑制手段は、車両用発電機の界磁電流の値、あるいはこの界磁電流を制御するスイッチング手段の導通率を制限することにより、発電電力の抑制を行うことが望ましい。これにより、車両用発電機の発電電力の抑制を確実かつ正確に行うことができる。
【００１２】
また、車両用発電機は複数の相巻線からなる多相巻線を有しており、上述した発電電力抑制手段は、いずれかの相巻線に現れるピーク電圧がバッテリの開放電圧よりも低くなるように制御することにより発電電力の抑制を行うことが望ましい。これにより、車両用発電機の内部電圧をバッテリの開放電圧よりも低くすることができるため、車両用発電機からバッテリに大きな充電電流が流れ込むことを防止することができ、確実に発電電力を抑制することができる。
【００１３】
また、車両用発電機は複数の相巻線からなる多相巻線を有しており、上述した発電電力抑制手段は、いずれかの相巻線に現れるピーク電圧がエンジン始動時のバッテリの端子電圧よりも低くなるように制御することにより発電電力の抑制を行うことが望ましい。これにより、車両用発電機の内部電圧をスタータクランキング時のバッテリ電圧よりも低くすることができるため、エンジン始動時に確実に発電電力を抑制することができる。
【００１４】
また、上述した発電電力抑制手段は、車両用発電機の界磁電流の通電を禁止することにより、車両用発電機の発電を停止させる制御を行うことが望ましい。これにより、エンジン始動時に発電動作を完全に停止させることができるため、発電トルクによって始動性が悪化することを確実に防止することができる。
【００１５】
また、発電制御装置は電気負荷接続時に車両用発電機の界磁電流の増加を抑制する負荷応答制御手段をさらに備えており、上述した発電電力抑制手段が動作状態から非動作状態に移行するときに、負荷応答制御手段を動作させることが望ましい。これにより、発電電力の抑制を解除したときに急激に発電トルクが増加してエンジン回転が不安定になることを防止することができる。
【００１６】
また、デューティ比検出手段によって検出されたデューティ比に対してデューティ比の上下限近傍においてはほぼ一定の上下限値を有し、それ以外の範囲においてはデューティ比に対してほぼ線形の関係を有する基準電圧を生成する基準電圧生成手段をさらに備えるとともに、上述した電圧制御手段は、基準電圧生成手段によって生成された基準電圧と、バッテリの端子電圧とを比較することにより、車両用発電機の出力電圧の調整を行うことが望ましい。生成した基準電圧とバッテリの端子電圧との大小を比較するだけで車両用発電機の出力電圧の調整を行うことができるため、出力電圧の調整を行うために必要な制御内容の簡略化が可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態の充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、本発明を適用した一実施形態の充電システムの構成を示す図である。図１に示す本実施形態の充電システムは、車両用発電制御装置１、車両用発電機２、バッテリ３、ＥＣＵ（エンジン制御装置）８０を含んで構成されている。
【００１８】
車両用発電制御装置１は、車両用発電機２の出力電圧を所定範囲内に制御する。車両用発電制御装置１の詳細については後述する。
車両用発電機２は、固定子に含まれる３相の固定子巻線（多相巻線）２１と、回転子に含まれる界磁巻線２２と、固定子巻線２１の３相出力を全波整流する全波整流回路２３とを含んで構成されている。この車両用発電機２の出力電圧の制御は、界磁巻線２２に通電する界磁電流を調整することにより行われる。車両用発電機２の出力端子（Ｂ端子）はバッテリ３やその他の電気負荷４に接続されており、車両用発電機２からこれらに対して電流が供給される。
【００１９】
ＥＣＵ８０は、エンジン（図示せず）の制御を行うとともに、バッテリ３の充電状態、車速、スロットル開度等の情報に基づいて車両用発電制御装置１に対して車両用発電機２の発電状態を指示する。このために、ＥＣＵ８０は、所定の制御プログラムを実行するＣＰＵ８１と、各種信号の入出力処理を行う入出力部（Ｉ／Ｏ）８２とを含んで構成されている。ＥＣＵ８０から車両用発電制御装置１に対する指示は、デューティ比が可変に設定されるパルス信号を送出することにより行われる。このパルス信号の生成は、入出力部８２内のスイッチング素子としてのトランジスタ８３およびレジスタ（Ｒ）８４を用いて行われる。なお、トランジスタ８３の保護を目的として送出ライン上に抵抗８５が挿入されている。
【００２０】
図２は、レジスタ８４およびトランジスタ８３を用いたパルス信号生成の概略を示す図である。ＣＰＵ８１は、動作クロックに同期したタイミングで入出力部８２に対して割り込み処理を行って、レジスタ８４の内容をセット（“１”を格納）あるいはリセット（“０”を格納）することができる。したがって、図２に示すように、ＣＰＵ８１は、所定の周期で繰り返しレジスタ８４の内容をセットおよびリセットすることにより、トランジスタ８３を所定周期でオンオフ制御し、このオンオフ周期に対応するデューティ比を有するパルス信号を生成することが可能になる。
【００２１】
なお、このようにして生成されるパルス信号の周期を、車両用発電機２の時定数（２００ｍｓ程度）より短く、望ましくは２／３〜１／４程度に設定することにより、ＥＣＵ８０が車両状態やバッテリ状態から判定してパルス信号のデューティ比を変更し、これに伴って車両用発電機２の出力電圧を変更する場合の充分な応答速度を確保することができる。また、このようにしてＥＣＵ８０によってパルス信号を生成する場合には、通信ドライバ等の専用のハードウエアの追加が不要であり、構成の簡略化が可能となる。しかも、パルス信号生成のために、レジスタ８４の内容を書き換える回数も１パルス当たり２回ですむため、パルス生成処理の負担を低減することができる。
【００２２】
次に、車両用発電制御装置１の詳細構成について説明する。図１に示すように、車両用発電制御装置１は、車両用発電機２の界磁巻線２２に直列に接続されて界磁電流を断続するパワートランジスタ１１と、界磁巻線２２に並列に接続されてパワートランジスタ１１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１２と、バッテリ３の端子電圧（バッテリ電圧）を監視してこの電圧が所定範囲内に収まるようにパワートランジスタ１１の断続状態を制御する制御回路５０とを含んで構成されている。
【００２３】
図３は、制御回路５０の詳細な構成を示す回路図である。図３に示すように、制御回路５０は、波形整形器５１、周期カウンタ５２、Ｌｏ時間カウンタ５３、除算回路５４、デューティ変換回路５５、ラダー回路５６、電圧偏差検出回路５７、ＰＷＭ回路５８、デューティ判定回路５９、負荷応答制御回路６０、ＯＲ（論理和）回路６１、ＡＮＤ（論理積）回路６２、発電電力抑制回路６３を含んで構成されている。
【００２４】
波形整形器５１は、ＥＣＵ８０からＣ端子に入力されたパルス信号に含まれるノイズを除去するとともに波形の整形を行う。周期カウンタ５２は、波形整形がなされた後のパルス信号の周期をカウントする。Ｌｏ時間カウンタ５３は、波形整形がなされた後のパルス信号のローレベル時間をカウントする。除算回路５４は、Ｌｏ時間カウンタ５３によってカウントされたパルス信号のローレベル時間を、周期カウンタ５２によってカウントされたパルス信号の周期で除算することにより、このパルス信号のデューティ比を演算する。
【００２５】
図４は、除算回路５４およびデューティ変換回路５５の構成を示す図である。図４に示すように、除算回路５４には除算結果レジスタ５４０が含まれており、演算によって求められたパルス信号のデューティ比がこの除算結果レジスタ５４０に格納される。本実施形態では、パルス信号のデューティ比（０％から１００％）が６ビットデータで表されるものとし、６ビットの除算結果レジスタ５４０が用いられている。但し、このビット数は、必要な車両用発電機２の出力電圧の分解能に応じて適宜決めればよく、ビット数を増やすことで容易に分解能を上げることができる。除算結果レジスタ５４０に格納されたデータは、デューティ変換回路５５に入力される。
【００２６】
図４に示すように、デューティ変換回路５５は、ＥＸ−ＯＲ（排他的論理和）回路５５０、２つのＡＮＤ回路５５１、５５２、ＩＮＶ（論理反転）回路５５３、ＯＲ回路５５４を含んで構成されている。デューティ変換回路５５は、除算回路５４から出力される６ビットデータが入力されており、後段のラダー回路５６に入力する６ビットデータに変換する。この変換内容の詳細については後述する。
【００２７】
ラダー回路５６は、デューティ変換回路５５から出力される６ビットデータに対応する基準電圧Ｖref を生成する。
図５は、ラダー回路５６の詳細構成を示す回路図である。図５に示すように、ラダー回路５６は、抵抗５６０、５６１、５６３〜５７４、バッファ回路５８０〜５８５を含んで構成されている。抵抗５６３〜５７４がはしご状に接続されており、これらが抵抗５６０、５６１からなる分圧回路の分圧点に接続されている。バッファ回路５８０〜５８５の入力を選択的にハイレベルあるいはローレベルにすることで、はしご状に接続された抵抗５６３〜５７４の全体抵抗を変化させることができるため、上述した分圧回路の分圧電圧が所定の範囲内で任意に変化する。この分圧電圧が基準電圧Ｖref として外部に取り出される。
【００２８】
図６は、ラダー回路５６によって生成される基準電圧Ｖref とパルス信号のデューティ比との関係を示す図である。
上述したように、パルス信号のデューティ比は６ビットデータで表されているため、デューティ比０〜１００％がデータ「０」〜「６３」に対応しており、それぞれの値に対応した基準電圧Ｖref は以下のようになる。
【００２９】
データ「０」〜「４」
データ「０」〜「３」の場合には、除算結果レジスタ５４０の第２ビットＤ２〜第５ビットＤ５が全て“０”となるため、ＥＸ−ＯＲ回路５５０の出力が“０”となる。したがって、ＡＮＤ回路５５１、５５２の出力が“０”に、ＯＲ回路５５４の出力が“１”になる。
【００３０】
また、データ「４」の場合には、除算結果レジスタ５４０の第０ビットＤ０、第１ビットＤ１が“０”、第２ビットＤ２が“１”となるため、ＡＮＤ回路５５１、５５２の出力が“０”に、ＯＲ回路５５４の出力が“１”になる。
以上より、データ「０」〜「４」については、デューティ変換回路５５の出力が全て同じ内容（第２ビットＱ２が“１”、それ以外が全て“０”）になり、ラダー回路５６によって１２Ｖの基準電圧Ｖref が生成される。
【００３１】
データ「６０」〜「６３」
データ「６０」〜「６３」の場合には、除算結果レジスタ５４０の第２ビットＤ２〜第５ビットＤ５が全て“１”となるため、ＥＸ−ＯＲ回路５５０の出力が“０”となる。したがって、ＡＮＤ回路５５１、５５２の出力が“０”に、ＯＲ回路５５４の出力が“１”になる。
【００３２】
このように、データ「６０」〜「６３」については、デューティ変換回路５５の出力が全て同じ内容（第０ビットＱ０、第１ビットＱ１が“０”、それ以外が全て“１”）になり、ラダー回路５６によって１５Ｖの基準電圧Ｖref が生成される。
【００３３】
なお、上述したデータ以外の場合には、除算結果レジスタ５４０の出力データがそのままデューティ変換回路５５から出力されるため、ラダー回路５６においてパルス信号のデューティ比に対して線形の関係を有する基準電圧Ｖref が生成される。
【００３４】
電圧偏差検出回路５７は、上述したラダー回路５６によって生成された基準電圧Ｖref と、Ｓ端子に印加されているバッテリ電圧とを比較し、その比較結果に対応したローレベルあるいはハイレベルの信号を出力する。ＰＷＭ回路５８は、ＡＮＤ回路６２の出力がハイレベルのときにＰＷＭ（パルス幅変調）を行って、所定のデューティ比を有する駆動信号を生成してパワートランジスタ１１を駆動する。所定のデューティ比の駆動信号がＰＷＭ回路５８から出力されると、パワートランジスタ１１がオンオフ制御されて、界磁巻線２２に対する通電が行われる。これにより、車両用発電機２の出力電圧が上昇するため、バッテリ３の端子電圧も上昇する。
【００３５】
デューティ判定回路５９は、パルス信号のデューティ比が所定の範囲に含まれるか否かを判定し、含まれる場合には出力をローレベルからハイレベルに変化させる。
図７は、デューティ判定回路５９の詳細構成を示す図である。図７に示すように、デューティ判定回路５９は、ＯＲ回路５５７を含んで構成されている。このＯＲ回路５５７は、除算回路５４内の除算結果レジスタ５４０の出力の第２ビットＤ２〜第５ビットＤ５の論理和を求めて出力する。すなわち、除算結果レジスタ５４０に格納された６ビットデータが「４」以上であるときにデューティ判定回路５９の出力がハイレベルになり、６ビットデータが「３」以下であるときにデューティ判定回路５９の出力がローレベルになる。
【００３６】
負荷応答制御回路６０は、界磁巻線２２とパワートランジスタ１１の接続点に接続されており、パワートランジスタ１１の導通率を検出し、この導通率を徐々に増加させる制御を行う。発電電力抑制回路６３は、パワートランジスタ１１の導通率を低下させることにより、発電電力を抑制する制御を行う。ＯＲ回路６１は、２つの入力端子を有しており、各入力端子にはデューティ判定回路５９あるいは発電電力抑制回路６３が接続されている。デューティ判定回路５９の出力がローレベルのとき（デューティ比に対応する６ビットデータが「３」以下の場合）に、発電電力抑制回路６３の出力がＯＲ回路６１を介してＡＮＤ回路６２に入力され、所定の発電電力抑制制御が実施される。また、デューティ判定回路５９の出力がハイレベルのとき（デューティ比に対応する６ビットデータが「４」以上の場合）に、発電電力抑制回路６３の出力内容にかかわらずＯＲ回路６１の出力がハイレベルに固定され、発電電力抑制回路６３の出力がマスクされるため、発電電力抑制制御は実施されない。
【００３７】
ＡＮＤ回路６２は、電圧偏差検出回路５７、負荷応答制御回路６０、ＯＲ回路６１の各出力の論理積を求めてＰＷＭ回路５８に入力する。
図８は、発電電力抑制回路６３の具体例を示す回路図である。図８に示す発電電力抑制回路６３は、固定子巻線２３のいずれかの相巻線に現れる電圧（相電圧）のピーク電圧を制御するためのものであり、ダイオード６００、抵抗６０１、コンデンサ６０２、電圧比較器６０３を含んで構成されている。ダイオード６００、抵抗６０１、コンデンサ６０２によってＰ端子に現れる相電圧に対してピークホールドを行っており、この保持したピーク電圧が基準電圧Ｖｒ以上であるときに電圧比較器６０３の出力、すなわち発電電力抑制回路６３の出力がローレベルになる。このローレベルの信号がＯＲ回路６１に入力され、発電電力が抑制される。
【００３８】
上述した基準電圧Ｖｒとしては、例えばバッテリ３の開放電圧や、スタータクランキング時のバッテリ電圧を用いることが望ましい。基準電圧Ｖｒをバッテリ開放電圧とすることにより、車両用発電機２の内部電圧をバッテリ開放電圧よりも低くすることができるため、車両用発電機２からバッテリ３に大きな充電電流が流れ込むことを防止することができ、確実に発電電力を抑制することができる。また、基準電圧Ｖｒをスタータクランキング時のバッテリ電圧とすることにより、車両用発電機２の内部電圧をスタータクランキング時のバッテリ電圧よりも低くすることができるため、エンジン始動時に確実に発電電力を抑制することができる。
【００３９】
図９は、発電電力抑制回路６３の他の具体例を示す回路図である。図９に示す発電電力抑制回路６３は、パワートランジスタ１１の導通率を制限するパルス信号を生成するためのものであり、発振器６１０、分周回路６１１、６１２、ＡＮＤ回路６１３を含んで構成されている。
【００４０】
図１０は、図９に示した発電電力抑制回路６３の各部の出力波形を示すタイミング図である。（Ａ）〜（Ｄ）のそれぞれが発振器６１０、分周回路６１１、６１２、ＡＮＤ回路６１３のそれぞれの出力波形に対応している。図１０に示すように、ＡＮＤ回路６１３によって２つの分周回路６１１、６１２の各出力の論理積を求めることにより、デューティ比が２５％のパルス信号が生成される。なお、分周回路の段数（個数）や接続方法を変更することにより、任意のデューティ比を有するパルス信号を生成することができる。
【００４１】
図１１は、発電電力抑制回路６３の他の具体例を示す回路図である。図１１に示す発電電力抑制回路６３は、界磁電流の値を直接制限するためのものであり、パワートランジスタ１１のエミッタ側に挿入された電流検出用の抵抗６２０と、この抵抗６２０の両端電圧と所定の基準電圧Ｖr2を比較する電圧比較器６２１とを含んで構成されている。大きな界磁電流が流れている場合には抵抗６２０の両端電圧が上昇して基準電圧Ｖr2を越えるため、電圧比較器６２１の出力、すなわち発電電力抑制回路６３の出力がローレベルになる。このローレベルの信号がＯＲ回路６１に入力され、発電電力が抑制される。
【００４２】
上述したＥＣＵ８０が外部制御装置に、ＣＰＵ８１がデューティ比演算手段に、レジスタ８４が保持手段にそれぞれ対応する。また、波形整形器５１、周期カウンタ５２、Ｌｏ時間カウンタ５３、除算回路５４がデューティ比検出手段に、デューティ変換回路５５、ラダー回路５６が基準電圧生成手段に、デューティ判定回路５９、ＯＲ回路６１が有効制御手段に、発電電力抑制回路６３が発電電力抑制手段に、負荷応答制御回路６０が負荷応答制御手段にそれぞれ対応する。また、電圧偏差検出回路５７、ＰＷＭ回路５８、パワートランジスタ１１あるいはこれらとデューティ変換回路５５、ラダー回路５６を合わせた全体が電圧制御手段に対応する。
【００４３】
本実施形態の充電システムはこのような構成を有しており、次にその動作を説明する。
図１２は、本実施形態の充電システムの全体動作を示す流れ図であり、ＥＣＵ８０による制御動作の手順が示されている。
【００４４】
ＥＣＵ８０内のＣＰＵ８１は、キースイッチが投入されてオン状態になったことを検出した後（ステップ１００）、冷却水温度の検出を行う（ステップ１０１）。本実施形態では、エンジン始動時に発電電力の抑制制御を行う必要があるか否かをエンジン水温の高低によって判断しているが、エンジンオイルの温度や外気温等に基づいて判断するようにしてもよい。
【００４５】
次に、ＣＰＵ８１は、冷却水の温度が低いコールドスタートであるか否かを判定する（ステップ１０２）。コールドスタートの場合には肯定判断が行われ、次に、ＣＰＵ８１は、送出するパルス信号のデューティ比をｃ（例えば３．１３％）に設定し（ステップ１０３）、このデューティ比となるように入出力部８２内のレジスタ８４の内容を所定のタイミングで繰り返し書き換えてパルス信号を生成して、車両用発電制御装置１に向けて出力する（ステップ１０４）。車両用発電制御装置１は、このパルス信号のデューティ比（３．１３％）を６ビットデータ「２」に変換し、対応する基準電圧Ｖref を１２Ｖに設定して車両用発電機２の出力電圧を制御する。また、このとき、発電電圧抑制制御が機能するため、エンジン始動時の発電電力が抑制されるため、発電トルクが小さくなり、良好な始動性を確保することができる。
【００４６】
なお、ＣＰＵ８１は、エンジンが始動したことを検出した後は、発電電力抑制制御を実施しないパルス信号を送信するため、これにより発電電力が増加するが、本実施形態ではこの状態において負荷応答制御が働くため、急激な発電トルクの増加を防止することができ、エンジン回転が不安定になることを防止することができる。
【００４７】
また、冷却水温度が高くてコールドスタートの状態にない場合にはステップ１０２の判定において否定判断が行われ、次に、ＣＰＵ８１は、送出するパルス信号のデューティ比をｄ（例えば６．２５％）に設定し（ステップ１０５）、このデューティ比となるように入出力部８２内のレジスタ８４の内容を所定のタイミングで繰り返し書き換えてパルス信号を生成して、車両用発電制御装置１に向けて出力する（ステップ１０４）。車両用発電制御装置１は、このパルス信号のデューティ比（６．２５％）を６ビットデータ「４」に変換し、対応する基準電圧Ｖref を１２Ｖに設定して車両用発電機２の出力電圧を制御する。また、このとき、発電電圧抑制制御が行われないため、必要以上にエンジン負荷が軽くなって空吹かし状態になることを防止することができ、エンジン振動等を抑制することによるドライバビリティの向上を図ることができる。
【００４８】
このように、本実施形態の充電システムでは、ＥＣＵ８０は、車両用発電制御装置１に送信するパルス信号のデューティ比を所定の値に設定することにより、発電電力抑制機能を実施するか否かを選択することができるため、必要に応じて発電電力を抑制することが可能になる。これにより、エンジン始動時の良好な始動性を確保することができるとともに、燃料消費の低減と未燃焼燃料の排出を防止することができる。また、発電電力の抑制機能の有無に応じて２種類の車両用発電制御装置１を用意する必要がなくなるため、部品の共用化によるコストや管理の手間の低減が可能になる。特に、最小となる基準電圧が設定されたときに発電電力抑制手段の機能を有効にすることにより、エンジン始動時の良好な始動性を確実に確保することができる。
【００４９】
なお、本発明は上述の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で種々の変形実施が可能である。例えば、車両用発電機２の回転数検出を行い、この検出結果を考慮した上で発電電力の抑制制御を行うか否かを決定するようにしてもよい。
【００５０】
図１３は、車両用発電機２の回転数検出機能を追加した制御回路の変形例を示す回路図である。図１３に示す制御回路５０Ａは、図３に示した制御回路５０に対して、回転数検出回路６４、ＩＮＶ回路６５、ＮＡＮＤ回路６６を追加した点が異なっている。回転数検出回路６４が回転数検出手段に対応する。
【００５１】
回転数検出回路６４は、Ｐ端子に現れる相電圧の周期を測定することにより車両用発電機２の回転数検出を行う。回転数検出回路６４は、車両用発電機２の回転数が所定値以下のときに出力がハイレベルになる。例えば、エンジンのアイドリング回転数よりも低い回転数に相当する車両用発電機２の回転数が所定値として設定されており、エンジン始動時のようにこれより車両用発電機２の回転数が低いときに、回転数検出回路６４の出力がハイレベルになる。この信号がＮＡＮＤ回路６６の一方の入力端子に入力される。このとき、ＮＡＮＤ回路６６の他方の入力端子に入力される信号がハイレベルの場合（デューティ判定回路５９の出力がローレベルの場合）に、ＮＡＮＤ回路６６の出力がローレベルになって、発電電力抑制回路６３の動作が有効になる。
【００５２】
このように、車両用発電機２の回転数が低い場合に限って発電電力を抑制するようにしてもよい。それ以外の回転域においては発電電力が抑制されないため、基準電圧の設定のために割り付けられるパルス信号のデューティ比の範囲が広がり、基準電圧の調整量の分解能を高めることができ、より詳細な発電状態の制御が可能になる。例えば、車両の加速時において、基準電圧Ｖref を１２Ｖに設定した際に発電電力の抑制制御を行わないといった制御が容易に実現できるようになる。
【００５３】
また、車両用発電機２の回転数が低い場合であっても、デューティ比の範囲を発電電力の抑制対象範囲から外すことにより、エンジン始動時の発電電力の抑制制御を行わないことが可能になり、車両状態やエンジンの状態に応じて最適な発電状態の制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の充電システムの構成を示す図である。
【図２】レジスタおよびトランジスタを用いたパルス信号生成の概略を示す図である。
【図３】制御回路の詳細な構成を示す回路図である。
【図４】除算回路およびデューティ変換回路の構成を示す図である。
【図５】ラダー回路の詳細構成を示す回路図である。
【図６】ラダー回路によって生成される基準電圧とパルス信号のデューティ比との関係を示す図である。
【図７】デューティ判定回路の詳細構成を示す図である。
【図８】発電電力抑制回路の具体例を示す回路図である。
【図９】発電電力抑制回路の他の具体例を示す回路図である。
【図１０】図９に示した発電電力抑制回路の各部の出力波形を示すタイミング図である。
【図１１】発電電力抑制回路の他の具体例を示す回路図である。
【図１２】本実施形態の充電システムの全体動作を示す流れ図である。
【図１３】車両用発電機の回転数検出機能を追加した制御回路の変形例を示す回路図である。
【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
１１ パワートランジスタ
１２ 還流ダイオード
５０ 制御回路
５１ 波形整形器
５２ 周期カウンタ
５３ Ｌｏ時間カウンタ
５４ 除算回路
５５ デューティ変換回路
５６ ラダー回路
５７ 電圧偏差検出回路
５８ ＰＷＭ回路
５９ デューティ判定回路
６０ 負荷応答制御回路
６３ 発電電力抑制回路
８０ ＥＣＵ（エンジン制御装置）
８１ ＣＰＵ
８２ 入出力部（Ｉ／Ｏ）
８３ トランジスタ
８４ レジスタ

Claims (10)

1. 車両に搭載されたバッテリと、前記バッテリに充電を行う車両用発電機と、前記車両用発電機の出力電圧を制御する車両用発電制御装置と、前記車両用発電制御装置に対して前記車両用発電機の発電状態を指示する外部制御装置とを備える充電システムにおいて、
   前記車両用発電制御装置は、
   前記外部制御装置から入力されるパルス信号のデューティ比を検出するデューティ比検出手段と、
   前記車両用発電機の発電電力を抑制する発電電力抑制手段と、
   前記デューティ比検出手段によって検出された前記デューティ比に対して前記デューティ比の上下限近傍においてはほぼ一定の上下限値を有し、それ以外の範囲においては前記デューティ比に対してほぼ線形の関係を有する電圧に、前記車両用発電機の出力電圧を調整する電圧制御手段と、
   前記デューティ比検出手段によって検出された前記デューティ比が、前記電圧制御手段による調整電圧が最小となる範囲を含む所定範囲に含まれているときに、前記発電電力抑制手段の動作を有効にする有効制御手段と、
   を備えることを特徴とする充電システム。
2. 請求項１において、
   前記車両用発電制御装置は、前記車両用発電機の回転数を検出する回転数検出手段をさらに備えており、
   前記有効制御手段は、前記デューティ比検出手段によって検出された前記デューティ比が前記所定範囲に含まれており、かつ、前記回転数検出手段によって検出された前記車両用発電機の回転数が所定範囲に含まれているときに、前記発電電力抑制手段の動作を有効にすることを特徴とする充電システム。
3. 請求項１または２において、
   前記発電電力抑制手段は、前記車両用発電機の界磁電流の値、あるいはこの界磁電流を制御するスイッチング手段の導通率を制限することにより、発電電力の抑制を行うことを特徴とする充電システム。
4. 請求項１または２において、
   前記車両用発電機は、複数の相巻線からなる多相巻線を有しており、
   前記発電電力抑制手段は、いずれかの前記相巻線に現れるピーク電圧が前記バッテリの開放電圧よりも低くなるように制御することにより、発電電力の抑制を行うことを特徴とする充電システム。
5. 請求項１または２において、
   前記車両用発電機は、複数の相巻線からなる多相巻線を有しており、
   前記発電電力抑制手段は、いずれかの前記相巻線に現れるピーク電圧がエンジン始動時の前記バッテリの端子電圧よりも低くなるように制御することにより、発電電力の抑制を行うことを特徴とする充電システム。
6. 請求項１または２において、
   前記発電電力抑制手段は、前記車両用発電機の界磁電流の通電を禁止することにより、前記車両用発電機の発電を停止させる制御を行うことを特徴とする充電システム。
7. 請求項１または２において、
   前記発電制御装置は、電気負荷接続時に前記車両用発電機の界磁電流の増加を抑制する負荷応答制御手段をさらに備えており、
   前記発電電力抑制手段が動作状態から非動作状態に移行するときに、前記負荷応答制御手段を動作させることを特徴とする充電システム。
8. 外部から入力されるパルス信号のデューティ比を検出するデューティ比検出手段と、
   車両用発電機の発電電力を抑制する発電電力抑制手段と、
   前記デューティ比検出手段によって検出された前記デューティ比に対して前記デューティ比の上下限近傍においてはほぼ一定の上下限値を有し、それ以外の範囲においては前記デューティ比に対してほぼ線形の関係を有する電圧に、前記車両用発電機の出力電圧を調整する電圧制御手段と、
   前記デューティ比検出手段によって検出された前記デューティ比が、前記電圧制御手段による調整電圧が最小となる範囲を含む所定範囲に含まれているときに、前記発電電力抑制手段の動作を有効にする有効制御手段と、
   を備えることを特徴とする車両用発電制御装置。
9. 請求項８において、
   前記車両用発電機の回転数を検出する回転数検出手段をさらに備えており、
   前記有効制御手段は、前記デューティ比検出手段によって検出された前記デューティ比が前記所定範囲に含まれており、かつ、前記回転数検出手段によって検出された前記車両用発電機の回転数が所定範囲に含まれているときに、前記発電電力抑制手段の動作を有効にすることを特徴とする車両用発電制御装置。
10. 請求項８または９において、
    前記デューティ比検出手段によって検出された前記デューティ比に対して前記デューティ比の上下限近傍においてはほぼ一定の上下限値を有し、それ以外の範囲においては前記デューティ比に対してほぼ線形の関係を有する基準電圧を生成する基準電圧生成手段をさらに備え、
    前記電圧制御手段は、前記基準電圧生成手段によって生成された前記基準電圧と、バッテリの端子電圧とを比較することにより、前記車両用発電機の出力電圧の調整を行うことを特徴とする車両用発電制御装置。

Images