JP5306642B2 - 発電制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に自動二輪車などの鞍乗型車両に搭載して使用するのに好適な発電制御装置に関するものである。

図４には、従来の発電制御装置を示す。

従来、この種の発電制御装置１０としては、図４に示すように、エンジン（内燃機関）のクランク軸（図示せず）の回転エネルギーを利用して磁石式発電機（マグネトウ）１１で三相交流電流を発電し、この三相交流電流をレギュレータ９で整流して直流電流に変換し、この直流電流を発電電流Ｉｘとしてバッテリ１３および電気負荷１４（ヘッドランプ１４ａ、ブレーキランプ１４ｂ、その他の電気機器１４ｃ）に給電するように構成されたものが広く用いられている（例えば、特許文献１、２参照）。

そして、このレギュレータ９においては、バッテリ１３の過電圧（過充電）を防止しつつバッテリ１３や電気負荷１４に給電すべく、バッテリ電圧Ｖbtryの大小に応じて発電電流Ｉｘのオン／オフ切替制御を行っている。

すなわち、バッテリ電圧Ｖbtryが過電圧保護閾（しきい）値Ｖ１（例えば、定格電圧１２Ｖのバッテリ１３では、Ｖ１＝１４．５Ｖ）以下のとき（Ｖbtry≦Ｖ１）は、バッテリ１３の過電圧が生じる恐れがないので、レギュレータ９をオンに切り替えて発電電流Ｉｘを供給する。すると、この発電電流Ｉｘは、充電電流Ｉｑとしてバッテリ１３に供給されたり、負荷電流Ｉｙとして電気負荷１４に供給されたりする。このとき、負荷電流Ｉｙが発電電流Ｉｘ以上であれば、発電電流Ｉｘはすべて負荷電流Ｉｙとして電気負荷１４に供給され、バッテリ１３への充電電流Ｉｑはマイナスになる、すなわちバッテリ１３からの放電電流Ｉｒとなる。また、負荷電流Ｉｙが発電電流Ｉｘより小さければ、発電電流Ｉｘの一部が充電電流Ｉｑとしてバッテリ１３に流れてバッテリ１３の充電動作が行われるとともに、発電電流Ｉｘの残部が負荷電流Ｉｙとして電気負荷１４に流れる。

逆に、バッテリ電圧Ｖbtryが過電圧保護閾値Ｖ１を超えると（Ｖ１＜Ｖbtry）、バッテリ１３に過電圧が生じる恐れがあるため、レギュレータ９をオフに切り替えて発電電流Ｉｘの供給を停止する。すると、レギュレータ９から発電電流Ｉｘが出力されないため、バッテリ１３は充電されず、バッテリ１３から電気負荷１４に放電電流Ｉｄが供給される。その結果、バッテリ１３の過電圧を未然に防止することができる。
特開平５−３１２０２９号公報 再表２００３−６５５６６号公報

しかしながら、これでは、発電電流Ｉｘのオン／オフ切替制御しかできないレギュレータ９を通じてバッテリ１３の充電が行われることから、バッテリ１３が劣化している場合でも、エンジン１の回転速度によって決まる発電量で充電を続ける。その結果、バッテリ１３の劣化がさらに進行し、バッテリ１３の寿命が短くなる。また、バッテリ１３の劣化に伴う内部抵抗の増大により、充電電流による電圧降下が大きくなるため、バッテリ電圧Ｖbtryが過電圧保護閾値Ｖ１に達しやすくなり、充電を継続することができなくなる。

本発明は、このような事情に鑑み、バッテリが劣化している場合に、バッテリの劣化の進行を抑制してバッテリの寿命を延ばすとともに、バッテリ電圧が過電圧保護閾値に達しにくくなるようにして充電を継続できるようにした発電制御装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、エンジンのクランク軸の回転エネルギーを利用して三相交流電流を発電する磁石式発電機と、この磁石式発電機によって発電された三相交流電流を整流して直流電流に変換し、この直流電流を位相角制御によって任意の電流値の発電電流に変換して給電する発電電流制御手段と、この発電電流制御手段からの発電電流を消費する電気負荷と、前記発電電流制御手段からの発電電流によって充電されるとともに前記電気負荷に放電されるバッテリとが設けられた発電制御装置であって、前記発電電流制御手段は、前記バッテリが劣化しているか否かを判定し、前記バッテリが劣化している場合には、前記バッテリが準満充電状態にあるときに限り、前記バッテリが劣化していない場合と比べて前記発電電流を低減するように制御する発電制御装置としたことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記発電電流制御手段は、前記バッテリが劣化しているか否かを判定する際に、前記バッテリの充電が中止されている状況下におけるバッテリ電圧の低下勾配に基づいて当該バッテリの劣化を判定することを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の構成に加え、前記発電電流制御手段は、前記バッテリの劣化度合に応じて前記発電電流の低減度を設定することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、バッテリが劣化している場合には、発電電流レベルを下げることができるため、バッテリの劣化の進行を抑制してバッテリの寿命を延ばすとともに、バッテリ電圧を過電圧保護閾値に達しにくくして充電を継続できるようにすることが可能となる。その結果、バッテリにやさしい発電制御を行うことができる。しかも、バッテリが準満充電状態にあるときにのみ低電流レベル制御動作が行われるため、鞍乗型車両の走行安全性を確保することができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同じ効果を奏する。

また、請求項３に記載の発明によれば、バッテリの劣化度合に応じたきめ細かい発電制御が可能となるので、バッテリに一層やさしい発電制御を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
［発明の実施の形態１］

図１乃至図３には、本発明の実施の形態１を示す。

まず、構成を説明する。

自動二輪車に搭載される発電制御装置１０は、図１に示すように、磁石式発電機（発電機）１１、発電電流制御手段１２、定格電圧１２Ｖのバッテリ１３および電気負荷１４から構成されている。

ここで、磁石式発電機１１は、図１に示すように、３個のステータコイル１１ａ、１１ｂ、１１ｃを有しており、ロータに取り付けられた永久磁石（図示せず）がエンジン１のクランク軸２の回転エネルギーを利用して回転することにより、三相交流電流を発電することができる。

また、発電電流制御手段１２は、図１に示すように、整流部１２ａと、位相検出回路１２ｂと、マイクロコンピュータなどの制御部１２ｃと、ゲート回路１２ｄとを備えており、位相角制御により、任意の電流値の発電電流Ｉｘを出力するように構成されている。

すなわち、整流部１２ａは、磁石式発電機１１が発生する三相交流電流を直流電流に変換する回路部であり、ダイオードとサイリスタとで三相混合ブリッジ回路を構成し、磁石式発電機１１の各ステータコイル１１ａ〜１１ｃに誘起された交流電流をダイオードとサイリスタの中点位置に入力し、各サイリスタのゲートが位相角制御電流によりターンオン制御されて発電電流Ｉｘを可変出力するように構成されている。

また、位相検出回路１２ｂは、整流部１２ａの三相の電圧を入力して各相の位相角基準タイミングを検出するための電圧波形に変換する。具体的には、各相の電圧を入力して制御部１２ｃが認識できる電圧波形に整形し、入力電圧が上昇を開始するときに所定の基準電圧になったときを制御部１２ｃが位相角基準タイミングと設定できるようにする。

また、制御部１２ｃは、位相検出回路１２ｂから三相分の信号を入力し、一相ごとに、ゲート信号（トリガー信号）を出力するタイミング時間をカウントし始める基準とし、そして、発電電流Ｉｘと負荷電流Ｉｙとバッテリ電圧Ｖbtryを検出して入力し、必要な演算を行い、かつ電力需要の状況を適宜判断してカウント時間を決定し、その時間の経過時にゲート信号出力指示信号をゲート回路１２ｄへ出力する。

また、制御部１２ｃは、電流要求が小さいとき（例えば、加速運転時、一定速運転時）は、カウント時間を長くしてサイリスタにおいて発電電流Ｉｘの発生が小さくなるように制御し、電流要求が大きいとき（例えば、エンジン１の始動時、アイドリング時、減速運転時）は、カウント時間を短くしてサイリスタにおいて発電電流Ｉｘの発生が大きくなるように制御する。このとき、バッテリ１３が許容最大電圧となる満充電状態ではそれ以上の充電は行わないように制御するようになっている。

また、制御部１２ｃは、図１に示すように、プログラムメモリ１２ｅを備えており、プログラムメモリ１２ｅには、図２に示す発電制御プログラムＰＲＧが読み出し自在に格納されている。

また、制御部１２ｃはデータメモリ１２ｆを備えており、データメモリ１２ｆには、バッテリ劣化判定閾値Ｖｔｈ１および準満充電下限値Ｖｔｈ２が読み出し自在に格納されている。

ここで、バッテリ１３を所定の放電時間ｔａ（例えば、ｔａ＝５ｓ）だけ放電させたときのバッテリ電圧Ｖbtryの低下量が、バッテリ劣化判定閾値Ｖｔｈ１以上であるとき、バッテリ１３は劣化していると判定する。このバッテリ劣化判定閾値Ｖｔｈ１の決定方法は種々考えられる。例えば、事前に、劣化していない新品のバッテリ１３について、所定の放電時間ｔａだけ放電させたときのバッテリ電圧Ｖbtryの低下量を算出し、このバッテリ電圧Ｖbtryの低下量の２倍をバッテリ劣化判定閾値Ｖｔｈ１とすることもできる。

また、バッテリ電圧Ｖbtryが、準満充電下限値Ｖｔｈ２以上で、かつ１４．５Ｖ以下であるとき、バッテリ１３が準満充電状態にあると判定する。なお、準満充電状態とは、満充電状態に近い状態を意味する。

さらに、データメモリ１２ｆには、位相角マップが読み出し自在に格納されており、位相角マップには、位相角が走行モード（アイドリング状態、加速状態、減速状態、一定速状態など）に対応した形で格納されている。

また、ゲート回路１２ｄは、制御部１２ｃからのトリガー信号出力指示信号を入力し、この信号に基づいて整流部１２ａのサイリスタのゲートをターンオンできる大きさの電流であるトリガー信号を出力する。したがって、整流部１２ａは、位相角制御されて発電電流Ｉｘを増減させる。

また、バッテリ１３と電気負荷１４とは、図１に示すように、発電電流制御手段１２に並列に接続されている。電気負荷１４には、ヘッドランプ（前照灯）１４ａ、ブレーキランプ１４ｂ、その他の電気機器１４ｃが含まれている。その他の電気機器１４ｃとしては、点火制御コントローラ、エンジンコントロールユニット、ＦＩコントローラ、テールランプ、ストップランプ、ニュートラルインジケータ、スピードメータ、タコメータ、電動ポンプなどが考えられる。

さらに、バッテリ１３の電圧、つまりバッテリ電圧Ｖbtryは、発電電流制御手段１２内で検出され、その検出信号が制御部１２ｃに出力されるように構成されている。

次に、作用について説明する。

以上のような構成を有する発電制御装置１０において、バッテリ１３にやさしい発電制御を行う際には、発電電流制御手段１２の制御部１２ｃは、図２に示す発電制御プログラムＰＲＧをプログラムメモリ１２ｅから読み出し、この発電制御プログラムＰＲＧに基づいて以下の発電制御動作を実行する。

なお、図３（ａ）は、この発電制御時におけるバッテリ電圧Ｖbtryの経時変化の一例を示すグラフであり、縦軸はバッテリ電圧Ｖbtry（単位：Ｖ）を表し、横軸は時間を表す。また、図３（ｂ）は、この発電制御時における発電電流Ｉｘの経時変化の一例を示すグラフであり、縦軸は発電電流Ｉｘ（単位：Ａ）を表し、横軸は時間を表す。

まず、メインスイッチ監視工程で、制御部１２ｃは、自動二輪車のメインスイッチ（図示せず）のオン／オフ状態を監視し（発電制御プログラムＰＲＧのステップＳ１）、このメインスイッチがオンされたところで、位相角制御により、発電電流Ｉｘを通常制御時の規定値（例えば、１０Ａ）に設定する（発電制御プログラムＰＲＧのステップＳ２）。

次に、バッテリ劣化判定工程に移行し、制御部１２ｃは、この時点、つまり発電停止開始直前のバッテリ電圧Ｖａを検出する（発電制御プログラムＰＲＧのステップＳ３）。次いで、制御部１２ｃは、所定の放電時間ｔａ（例えば、ｔａ＝５ｓ）だけ発電を停止する（発電制御プログラムＰＲＧのステップＳ４）。すると、発電電流Ｉｘがゼロになるため、バッテリ１３は充電されず、バッテリ１３から電気負荷１４に放電電流Ｉｄが供給される状態となる。その結果、バッテリ電圧Ｖbtryが下降していく。この状態のまま、発電停止から放電時間ｔａが経過した時点で、制御部１２ｃは、この時点、つまり発電停止終了直後のバッテリ電圧Ｖｂを検出する（発電制御プログラムＰＲＧのステップＳ５）。

次に、制御部１２ｃは、バッテリ１３が劣化しているか否かを判定する（発電制御プログラムＰＲＧのステップＳ６）。それには、制御部１２ｃは、バッテリ劣化判定閾値Ｖｔｈ１をデータメモリ１２ｆから読み出すとともに、発電停止開始直前のバッテリ電圧Ｖａと発電停止終了直後のバッテリ電圧Ｖｂとの差、つまり電圧低下量ΔＶ（＝Ｖａ−Ｖｂ）を算出し、この電圧低下量ΔＶがバッテリ劣化判定閾値Ｖｔｈ１より大きいか否かを判定する。

この判定の結果、電圧低下量ΔＶがバッテリ劣化判定閾値Ｖｔｈ１以下である場合は、バッテリ電圧Ｖbtryの低下勾配が所定の基準値より緩やかであり、バッテリ１３が劣化していないと考えられるので、制御部１２ｃは、通常制御動作を実行すべく、位相角制御により、発電電流Ｉｘを通常制御時の規定値（例えば、１０Ａ）に設定する（発電制御プログラムＰＲＧのステップＳ７）。すると負荷電流Ｉｙが発電電流Ｉｘ以上であれば、発電電流Ｉｘはすべて電気負荷１４に供給され、充電電流Ｉｑはマイナスになる、すなわちバッテリ１３からの放電電流Ｉｒとなる。また、負荷電流Ｉｙが発電電流Ｉｘより小さければ、発電電流Ｉｘの一部が電気負荷１４に流れるとともに、発電電流Ｉｘの残部がバッテリ１３に充電電流Ｉｑとして流れてバッテリ１３の充電動作が行われる。

一方、電圧低下量ΔＶがバッテリ劣化判定閾値Ｖｔｈ１より大きい場合は、バッテリ電圧Ｖbtryの低下勾配が所定の基準値より急峻であり、バッテリ１３が劣化していると考えられるので、以下に述べるとおり、バッテリ電圧Ｖbtryの大小に応じて適切な動作（過電圧制御動作、低電流レベル制御動作、基準電流レベル制御動作）を実行する。

まず、満充電確認工程で、制御部１２ｃは、現在のバッテリ電圧Ｖbtryを検出し（発電制御プログラムＰＲＧのステップＳ８）、このバッテリ電圧Ｖbtryが１４．５Ｖ（過電圧保護閾値Ｖ１）以下であるか否かを判定する（発電制御プログラムＰＲＧのステップＳ９）。

この判定の結果、現在のバッテリ電圧Ｖbtryが１４．５Ｖを超えている場合は、バッテリ１３が満充電状態にあると考えられるので、制御部１２ｃは、過電圧制御動作を実行すべく、位相角制御により、発電電流Ｉｘを過電圧制御時の規定値（＝０Ａ）に設定する（発電制御プログラムＰＲＧのステップＳ１０）。

一方、現在のバッテリ電圧Ｖbtryが１４．５Ｖ以下である場合は、準満充電確認工程に移行し、制御部１２ｃは、現在のバッテリ電圧Ｖbtryが準満充電下限値Ｖｔｈ２を超えているか否かを判定する（発電制御プログラムＰＲＧのステップＳ１１）。

この判定の結果、現在のバッテリ電圧Ｖbtryが準満充電下限値Ｖｔｈ２を超えている場合は、バッテリ１３が準満充電状態にあると考えられるので、制御部１２ｃは、バッテリ１３の充電よりもバッテリ１３の劣化の抑制を優先し、低電流レベル制御動作を実行すべく、位相角制御により、発電電流Ｉｘを規定値より小さい電流値（例えば、８Ａ）に設定して発電電流レベルを下げる（発電制御プログラムＰＲＧのステップＳ１２）。

ここで、準満充電状態とは、満充電状態に近い状態を意味し、満充電状態を含むものである。一例を挙げると、定格電圧１２Ｖのバッテリ１３では、電圧１４．５Ｖのときを満充電状態とするのに対して、電圧１３．０Ｖ以上のときを準満充電状態とする。

こうして低電流レベル制御動作が行われると、バッテリ１３の劣化の進行が抑制され、バッテリ１３の寿命が延びる。また、バッテリ１３の劣化に伴って内部抵抗が増大し、充電電流による電圧降下が大きくなっても、バッテリ電圧Ｖbtryが１４．５Ｖに達しにくくなり、充電を継続することが可能となる。

一方、現在のバッテリ電圧Ｖbtryが準満充電下限値Ｖｔｈ２未満である場合は、バッテリ１３の劣化の抑制よりもバッテリ１３の充電を優先すべく、制御部１２ｃは、基準電流レベル制御動作を実行するため、位相角制御により、発電電流Ｉｘを通常制御時の規定値（例えば、１０Ａ）に設定して発電電流レベルを元に戻す（発電制御プログラムＰＲＧのステップＳ１３）。

こうして基準電流レベル制御動作が行われると、バッテリ１３の充電が進み、バッテリ電圧Ｖbtryが早期に回復する。

ここで、発電制御装置１０における発電制御が終了する。

このように、発電制御装置１０における発電制御に際しては、バッテリ１３が劣化していない場合には、通常時の発電動作によってバッテリ１３の充電動作を適正に行うとともに、バッテリ１３が劣化している場合には、発電電流レベルを下げることにより、バッテリ１３の劣化の進行を抑制してバッテリ１３の寿命を延ばすとともに、バッテリ電圧Ｖbtryが１４．５Ｖに達しにくくなるようにして充電を継続できるようにした。その結果、バッテリ１３にやさしい発電制御を行うことが可能となる。

また、低電流レベル制御動作（発電制御プログラムＰＲＧのステップＳ１２）は、バッテリ１３が準満充電状態にあるときに限って行われるので、走行中におけるヘッドランプ１４ａ、ブレーキランプ１４ｂの点灯などに必要な電力を維持して、自動二輪車の走行安全性を確保することができる。
［発明のその他の実施の形態］

なお、上述した実施の形態１では、バッテリ劣化判定工程（発電制御プログラムＰＲＧのステップＳ３〜Ｓ６）を経てから満充電確認工程（発電制御プログラムＰＲＧのステップＳ８、Ｓ９）および準満充電確認工程（発電制御プログラムＰＲＧのステップＳ１１）に移行する場合について説明した。しかし、これらの工程を逆転させて、満充電確認工程や準満充電確認工程をバッテリ劣化判定工程の前に組み入れることもできる。

また、上述した実施の形態１では、所定の放電時間ｔａだけ発電を停止したときの電圧低下量ΔＶとバッテリ劣化判定閾値Ｖｔｈ１との大小関係に基づき、バッテリ１３が劣化しているか否かを判定し（発電制御プログラムＰＲＧのステップＳ６）、バッテリ１３が劣化している場合に発電電流Ｉｘを低減するように制御する場合について説明した。しかし、バッテリ１３の劣化度合に応じて劣化レベルを決定し、この劣化レベルに対応して発電電流Ｉｘの低減度を設定することもできる。例えば、電圧低下量ΔＶとバッテリ劣化判定閾値Ｖｔｈ１との差の大小によって劣化レベルを“１”、“２”、“３”と３段階で決定し、劣化レベル“１”のときは発電電流Ｉｘを８Ａ、劣化レベル“２”のときは発電電流Ｉｘを６Ａ、劣化レベル“３”のときは発電電流Ｉｘを４Ａに設定する。このように、バッテリ１３の劣化度合に応じて発電電流Ｉｘの低減度を設定すれば、バッテリ１３に一層やさしい発電制御を行うことが可能となる。

さらに、上述した実施の形態１では、定格電圧１２Ｖのバッテリ１３について、過電圧保護閾値Ｖ１を１４．５Ｖと決め、バッテリ電圧Ｖbtryが１４．５Ｖを超えているときに満充電状態にあると定める場合について説明した。しかし、この過電圧保護閾値Ｖ１は１４．５Ｖに限るわけではなく、バッテリ１３の定格電圧などの条件に応じて適宜変更することができる。

また、上述した実施の形態１では、自動二輪車に搭載される発電制御装置１０について説明したが、この発電制御装置１０を自動二輪車以外の鞍乗型車両、例えば自動三輪車、鞍乗型四輪車両（ＡＴＶ（不整地走行車両）など）に搭載することも勿論できる。

本発明は、自動二輪車、自動三輪車、鞍乗型四輪車両（ＡＴＶ（不整地走行車両）など）その他の鞍乗型車両に広く適用することができる。

本発明の実施の形態１に係る発電制御装置を示す回路図である。 同実施の形態１に係る発電制御プログラムを示すフローチャートである。 同実施の形態１に係る発電制御時におけるバッテリ電圧および発電電流の変動を例示するグラフであり、（ａ）はバッテリ電圧の経時変化を示し、（ｂ）は発電電流の経時変化を示す。 従来の発電制御装置を例示する回路図である。

符号の説明

１……エンジン
２……クランク軸
９……レギュレータ
１０……発電制御装置
１１……磁石式発電機（発電機）
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ……ステータコイル
１２……発電電流制御手段
１２ａ……整流部
１２ｂ……位相検出回路
１２ｃ……制御部
１２ｄ……ゲート回路
１２ｅ……プログラムメモリ
１２ｆ……データメモリ
１３……バッテリ
１４……電気負荷
１４ａ……ヘッドランプ
１４ｂ……ブレーキランプ
１４ｃ……その他の電気機器
１５、１６……電流センサ
Ｉｄ……放電電流
Ｉｑ……充電電流
Ｉｘ……発電電流
Ｉｙ……負荷電流
ＰＲＧ……発電制御プログラム
ｔａ……放電時間
Ｖｔｈ１……バッテリ劣化判定閾値
Ｖｔｈ２……準満充電下限値
Ｖbtry……バッテリ電圧

Claims (3)

1. エンジンのクランク軸の回転エネルギーを利用して三相交流電流を発電する磁石式発電機と、
   この磁石式発電機によって発電された三相交流電流を整流して直流電流に変換し、この直流電流を位相角制御によって任意の電流値の発電電流に変換して給電する発電電流制御手段と、
   この発電電流制御手段からの発電電流を消費する電気負荷と、
   前記発電電流制御手段からの発電電流によって充電されるとともに前記電気負荷に放電されるバッテリとが設けられた発電制御装置であって、
   前記発電電流制御手段は、前記バッテリが劣化しているか否かを判定し、前記バッテリが劣化している場合には、前記バッテリが準満充電状態にあるときに限り、前記バッテリが劣化していない場合と比べて前記発電電流を低減するように制御することを特徴とする発電制御装置。
2. 前記発電電流制御手段は、前記バッテリが劣化しているか否かを判定する際に、前記バッテリの充電が中止されている状況下におけるバッテリ電圧の低下勾配に基づいて当該バッテリの劣化を判定することを特徴とする請求項１に記載の発電制御装置。
3. 前記発電電流制御手段は、前記バッテリの劣化度合に応じて前記発電電流の低減度を設定することを特徴とする請求項１または２に記載の発電制御装置。

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