JP4884257B2 - 車載発電機の出力電流検出方法及び出力電流検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、レギュレータにより出力電圧が制御され、エンジンに連動して発電し、発電した電力を分電手段を通じて複数の電気負荷に供給すると共に、バッテリに充電する車載発電機の出力電流値を検出する車載発電機の出力電流検出方法及び出力電流検出装置に関するものである。

車両に搭載される電装品は、安全性、利便性、快適さ及び商品力の各面から、増加の一途を辿っている。ウインドーデフォッガ及び寒冷地向けのシートヒータ等の大容量の電気負荷が採用されたり、また、油圧又はエンジン動力で作動させていた機器を電動化して、制御性能及び効率の向上を図る動きが進んでいる。電動ブレーキ及び電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）等、高い信頼性が要求される電気負荷も採用されてきている。

特許文献１には、エンジン駆動の車載発電機を含む複数の電力エネルギー供給元の電力生産コストと、バッテリに蓄えられた電力のコストとの差、及び現在のバッテリの残存容量に応じて、バッテリ充電電力の供給元とその供給量とを決定して、電力コストを管理する車両用電気系の管理方法が開示されている。
特開２００４−２６０９０８号公報

上述したような車載発電機及びバッテリを備える電源装置では、従来、特定の長期負荷電流、又はバッテリの充放電電流を計測し、燃費制御の為の信号として用いることはあるが、車載発電機の出力電流が計測されることはなかった。燃費を向上させる目的から、燃料消費に直接寄与する車載発電機の出力電流を直接管理することは重要であるが、電流検出器を車載発電機の出力側に挿入する必要があり、部品コストが上昇する為、実用化はされていない。

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、第１発明では、車載発電機用の電流検出器を新設することなく、安価に車載発電機の出力電流を検出することができる車載発電機の出力電流検出方法を提供することを目的とする。
第２発明では、車載発電機用の電流検出器を新設することなく、安価に車載発電機の出力電流を検出することができる車載発電機の出力電流検出装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る車載発電機の出力電流検出方法は、発電電圧指令値が与えられるレギュレータにより出力電圧が制御され、エンジンに連動して発電し、発電した電力を分電手段を通じて複数の電気負荷に供給すると共に、バッテリに充電する車載発電機の出力電流値を検出する車載発電機の出力電流検出方法であって、前記発電電圧指令値及び前記エンジンの回転数に対応する前記車載発電機の最大出力電流値特性を記憶させておき、前記回転数が所定回転数より低い期間に、前記発電電圧指令値を前記レギュレータに与え、前記分電手段の入力端子電圧を検出しながら、前記電力が供給される電気負荷を増加させて行き、検出した前記入力端子電圧が急低下した時点の、前記発電電圧指令値及び回転数に対応する前記最大出力電流値を求め、前記発電電圧指令値及び入力端子電圧の差電圧と、求めた前記最大出力電流値とから、前記車載発電機の出力電流と該車載発電機及び前記分電手段間の電圧降下との電流電圧特性を求め、発電電圧指令値、検出した前記入力端子電圧、及び求めた前記電流電圧特性に基づき、前記車載発電機の出力電流値を検出することを特徴とする。

第２発明に係る車載発電機の出力電流検出装置は、発電電圧指令値が与えられるレギュレータにより出力電圧が制御され、エンジンに連動して発電し、発電した電力を分電手段を通じて複数の電気負荷に供給すると共に、バッテリに充電する車載発電機の出力電流値を検出する車載発電機の出力電流検出装置であって、前記発電電圧指令値及び前記エンジンの回転数に対応する前記車載発電機の最大出力電流値特性を記憶する記憶手段と、与えられた前記回転数が所定回転数より低いか否かを判定する手段と、該手段が低いと判定している期間に、前記発電電圧指令値を前記レギュレータに与える手段と、前記期間に前記電力が供給される電気負荷を増加させて行く手段と、前記期間に前記分電手段の入力端子電圧を検出して行く手段と、該手段が検出した入力端子電圧が急低下する時点を検出する手段と、該手段が検出した時点の、前記発電電圧指令値及び回転数に対応する前記最大出力電流値を求める手段と、前記発電電圧指令値と入力端子電圧との差電圧、及び求めた前記最大出力電流値から、前記車載発電機の出力電流と該車載発電機及び前記分電手段間の電圧降下との電流電圧特性を求める手段とを備え、発電電圧指令値、検出した前記入力端子電圧、及び求めた前記電流電圧特性に基づき、前記車載発電機の出力電流値を検出するように構成してあることを特徴とする。

第１発明に係る車載発電機の出力電流検出方法及び第２発明に係る車載発電機の出力電流検出装置では、発電電圧指令値が与えられるレギュレータにより出力電圧が制御され、エンジンに連動して発電し、発電した電力を分電手段を通じて複数の電気負荷に供給すると共に、バッテリに充電する車載発電機の出力電流値を検出する。発電電圧指令値及びエンジンの回転数に対応する車載発電機の最大出力電流値特性を記憶手段に記憶させておく。与えられたエンジンの回転数が所定回転数より低いか否かを判定し、低いと判定している期間に、発電電圧指令値をレギュレータに与えておき、その期間に電力が供給される電気負荷を増加させて行き、分電手段の入力端子電圧を検出していく。検出した入力端子電圧が急低下する時点を検出し、検出した時点の、発電電圧指令値及び回転数に対応する最大出力電流値を求める。次に、発電電圧指令値と入力端子電圧との差電圧、及び求めた最大出力電流値から、車載発電機の出力電流と車載発電機及び分電手段間の電圧降下との電流電圧特性を求める。以後は、発電電圧指令値、検出した入力端子電圧、及び求めた電流電圧特性に基づき、車載発電機の出力電流値を検出する。

第１発明に係る車載発電機の出力電流検出方法によれば、車載発電機用の電流検出器を新設することなく、安価に車載発電機の出力電流を検出することができる車載発電機の出力電流検出方法を実現することができる。

第２発明に係る車載発電機の出力電流検出装置によれば、車載発電機用の電流検出器を新設することなく、安価に車載発電機の出力電流を検出することができる車載発電機の出力電流検出装置を実現することができる。

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。
図１は、本発明に係る車載発電機の出力電流検出方法及び出力電流検出装置の実施の形態である電源装置の概略構成を示すブロック図である。
この電源装置では、車載発電機（オルタネータ、交流発電機）１が発電し整流した直流電力が、車載発電機１に並列接続された鉛蓄電池（バッテリ）３に供給される。また、車載発電機１が発電し整流した直流電力は、イグニッションスイッチ（以下、ＩＧスイッチと記載）１０、及び電源分配ボックス８内に配設された各スイッチＳ１〜Ｓ４を通じて各電気負荷Ｒ１〜Ｒ４に供給される。尚、ここでは、ＩＧスイッチ１０にアクセサリスイッチも含まれるものとする。

電源分配ボックス８内には、電源制御部６が配設されており、電源制御部６は、各スイッチＳ１〜Ｓ４をオン／オフ制御すると共に、電気負荷Ｒ１〜Ｒ４の各抵抗をそれぞれ漸増させることが可能である。
電流検出器５が、鉛蓄電池３の充放電電流値を検出して、電源制御部６に与え、電圧検出器４が、鉛蓄電池３の端子電圧値を検出して、電源制御部６に与える。尚、鉛蓄電池３の端子電圧値と、電源分配ボックス８（分電手段）の入力端子電圧値とは同じ電圧値として扱う。

車載発電機１には、電源制御部６から与えられた発電電圧指令値に基づき、出力電圧を制御するレギュレータ２が付設されている。
電源制御部６は、回転数検出器９が検出したエンジンの回転数が与えられ、また、内蔵するメモリ（記憶手段）７には、発電電圧指令値及びエンジンの回転数に対応する車載発電機１の最大出力電流値特性が記憶されている。

図２（ａ）は、発電電圧指令値一定の状態で、電気負荷Ｒ１〜Ｒ４（の合成抵抗）を増減させ、負荷電流を増減させた場合の車載発電機１の出力電流、及び鉛蓄電池（バッテリ）３の充放電電流（放電電流；負）を測定した結果を示す特性図である。また、図２（ｂ）は、負荷電流を増減させた場合の車載発電機１の出力電圧（レギュレータ端子電圧）、及び鉛蓄電池（バッテリ）３の端子電圧を測定した結果を示す特性図である。

図２（ａ）（ｂ）において、負荷電流を増加させて行くと、負荷電流が小さい間は、鉛蓄電池３の充放電電流は略０（僅かに充電している）である。負荷電流が５０Ａを超えると、レギュレータ端子電圧は、発電電圧指令値を維持できなくなって急低下し、それに伴い鉛蓄電池（バッテリ）３の端子電圧も急低下する。
車載発電機１は、レギュレータ端子電圧を急低下させながらも、負荷電流が６０Ａになる迄は、出力電流を増加させる。車載発電機１の出力電流は、負荷電流が６０Ａを超えると、それ以降は略一定となり、負荷電流の不足分は、鉛蓄電池３が放電する。

従って、この発電電圧指令値における車載発電機１の最大出力電流値は、この発電電圧指令値を維持できなくなった時点の５０Ａであり、この時点の鉛蓄電池３の端子電圧値は、電圧検出器４が検出している。この時点におけるレギュレータ端子電圧（発電電圧指令値）と鉛蓄電池３の端子電圧との差電圧は、車載発電機１と電源分配ボックス８の入力端子との間のハーネス及びボディーアースによる抵抗Ｒｈ（図１）を、最大出力電流（５０Ａ）が流れることによる降下電圧とすることができる。

以上より、発電電圧指令値と鉛蓄電池３の端子電圧との差電圧、及び抵抗Ｒｈにより、（差電圧）／（抵抗Ｒｈ）を演算して、車載発電機１の出力電流を求めることができる。ハーネス及びボディーアースによる抵抗Ｒｈの、車載発電機及びハーネスの温度特性、ばらつき、経年変化等に対しては、例えば、運転する都度、温度の変化に応じて、又は所定期間毎に、抵抗Ｒｈを算出するようにしておけば、対応可能である。

尚、発電電圧指令値と実際のレギュレータ端子電圧との差異が誤差要因となるが、発電電圧指令値を下げて出力電流をゼロとし、そのときの発電電圧指令値と実際に計測される鉛蓄電池３の端子電圧との差異に基づき補正を行うことで、この問題は解決可能である。また、車載発電機１又はレギュレータ２と電源制御部６との間に電圧検知線を配置し、直接ハーネスの電圧降下を測定しても良い。

図３は、図２とは別の例であり、図３（ｂ）は、発電電圧指令値一定の状態で、電気負荷（の合成抵抗）を増減させ、負荷電流を増減させた場合の車載発電機１の出力電流、及び鉛蓄電池（バッテリ）３の充放電電流（この場合は、放電電流；正）を測定した結果を示す特性図である。図３（ａ）は、負荷電流を増減させた場合の車載発電機１の出力電圧（レギュレータ端子電圧）、及び鉛蓄電池（バッテリ）３の端子電圧を測定した結果を示す特性図であり、図３（ｃ）は、図３（ａ）に示す車載発電機１の出力電圧と鉛蓄電池３の端子電圧との差電圧を拡大して示す特性図である。

以下に、このような構成の電源装置の動作を、それを示す図４のフローチャートを参照しながら説明する。
電源制御部６は、例えばＩＧスイッチ１０がオンになると（Ｓ１）、回転数検出器９が検出したエンジンの回転数を読込み（Ｓ３）、読込んだ回転数が、エンジンのアイドリング中であることを示す所定回転数以下であるか否かを判定する（Ｓ５）。読込んだ回転数が、所定回転数以下でなければ、エンジンの回転数を読込む（Ｓ３）。
電源制御部６は、エンジンの回転数が所定回転数以下であれば（Ｓ５）、レギュレータ２への所定の発電電圧指令値の出力を開始し（Ｓ７）、電気負荷の漸増を開始する（Ｓ９）。電気負荷の漸増に際しては、各スイッチＳ１〜Ｓ４を順次オンにすると共に、電気負荷Ｒ１〜Ｒ４の各抵抗を漸次増加させる。

電源制御部６は、次いで、鉛蓄電池３の端子電圧値（電源分配ボックス８の入力端子電圧値）の読込みを開始し（Ｓ１１）、読込んだ端子電圧値が急低下するか否かを判定して行く（Ｓ１３）。
電源制御部６は、読込んだ端子電圧値が急低下すると（Ｓ１３）、その時点のエンジンの回転数を読込み（Ｓ１５）、電気負荷の漸増を停止し（Ｓ１７）、所定の発電電圧指令値の出力を停止する（Ｓ１９）。次いで、メモリ７が記憶している車載発電機１の最大出力電流値特性を参照して、読込んだエンジンの回転数（Ｓ１５）、及び所定の発電電圧指令値に対応する最大出力電流値を決定する（Ｓ２１）。

電源制御部６は、次に、決定した最大出力電流値（Ｓ２１）、所定の発電電圧指令値、及び急低下した時点の端子電圧値（Ｓ１３）により、電流電圧特性、つまり、車載発電機１及び電源分配ボックス８間のハーネス及びボディーアースによる抵抗Ｒｈを算出する（Ｓ２３）。抵抗Ｒｈは、Ｒｈ＝（発電電圧指令値−端子電圧値）／（最大出力電流値）により算出する。

電源制御部６は、電流電圧特性（抵抗Ｒｈ）を算出した（Ｓ２３）後は、随時、レギュレータ２への発電電圧指令値と読込んだ鉛蓄電池３の端子電圧値との差電圧を算出し（Ｓ２５）、（算出した差電圧）／（抵抗Ｒｈ）を演算して、車載発電機１の出力電流値を算出する（Ｓ２７）。次いで、算出した出力電流値を、表示及び制御処理の為に出力し（Ｓ２９）、ＩＧスイッチ１０がオフになっているか否かを判定し（Ｓ３１）、オフになっていなければ、発電電圧指令値と読込んだ鉛蓄電池３の端子電圧値との差電圧を算出する（Ｓ２５）。
電源制御部６は、ＩＧスイッチ１０がオフになっていれば（Ｓ３１）、ＩＧスイッチ１０がオンになる迄待機する（Ｓ１）。

本発明に係る車載発電機の出力電流検出方法及び出力電流検出装置の実施の形態である電源装置の概略構成を示すブロック図である。 車載発電機の出力電流、鉛蓄電池の充放電電流、車載発電機の出力電圧、及び鉛蓄電池の端子電圧の特性を示す特性図である。 車載発電機の出力電流、鉛蓄電池の充放電電流、車載発電機の出力電圧、及び鉛蓄電池の端子電圧の特性を示す特性図である。 本発明に係る車載発電機の出力電流検出装置の実施の形態である電源装置の動作の例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 車載発電機（オルタネータ、交流発電機）
２ レギュレータ
３ 鉛蓄電池（バッテリ）
４ 電圧検出器
５ 電流検出器
６ 電源制御部
７ メモリ（記憶手段）
８ 電源分配ボックス（分電手段）
９ 回転数検出器
１０ ＩＧスイッチ（イグニッションスイッチ）
Ｒ１〜Ｒ４ 電気負荷
Ｒｈ ハーネス及びボディーアースによる抵抗
Ｓ１〜Ｓ４ スイッチ

Claims (2)

1. 発電電圧指令値が与えられるレギュレータにより出力電圧が制御され、エンジンに連動して発電し、発電した電力を分電手段を通じて複数の電気負荷に供給すると共に、バッテリに充電する車載発電機の出力電流値を検出する車載発電機の出力電流検出方法であって、
   前記発電電圧指令値及び前記エンジンの回転数に対応する前記車載発電機の最大出力電流値特性を記憶させておき、前記回転数が所定回転数より低い期間に、前記発電電圧指令値を前記レギュレータに与え、前記分電手段の入力端子電圧を検出しながら、前記電力が供給される電気負荷を増加させて行き、検出した前記入力端子電圧が急低下した時点の、前記発電電圧指令値及び回転数に対応する前記最大出力電流値を求め、前記発電電圧指令値及び入力端子電圧の差電圧と、求めた前記最大出力電流値とから、前記車載発電機の出力電流と該車載発電機及び前記分電手段間の電圧降下との電流電圧特性を求め、発電電圧指令値、検出した前記入力端子電圧、及び求めた前記電流電圧特性に基づき、前記車載発電機の出力電流値を検出することを特徴とする車載発電機の出力電流検出方法。
2. 発電電圧指令値が与えられるレギュレータにより出力電圧が制御され、エンジンに連動して発電し、発電した電力を分電手段を通じて複数の電気負荷に供給すると共に、バッテリに充電する車載発電機の出力電流値を検出する車載発電機の出力電流検出装置であって、
   前記発電電圧指令値及び前記エンジンの回転数に対応する前記車載発電機の最大出力電流値特性を記憶する記憶手段と、与えられた前記回転数が所定回転数より低いか否かを判定する手段と、該手段が低いと判定している期間に、前記発電電圧指令値を前記レギュレータに与える手段と、前記期間に前記電力が供給される電気負荷を増加させて行く手段と、前記期間に前記分電手段の入力端子電圧を検出して行く手段と、該手段が検出した入力端子電圧が急低下する時点を検出する手段と、該手段が検出した時点の、前記発電電圧指令値及び回転数に対応する前記最大出力電流値を求める手段と、前記発電電圧指令値と入力端子電圧との差電圧、及び求めた前記最大出力電流値から、前記車載発電機の出力電流と該車載発電機及び前記分電手段間の電圧降下との電流電圧特性を求める手段とを備え、発電電圧指令値、検出した前記入力端子電圧、及び求めた前記電流電圧特性に基づき、前記車載発電機の出力電流値を検出するように構成してあることを特徴とする車載発電機の出力電流検出装置。

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