JP5966946B2

JP5966946B2 - 車両用発電制御装置

Info

Publication number: JP5966946B2
Application number: JP2013011583A
Authority: JP
Inventors: 健吾寺田; 杉浦　健治; 健治杉浦
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2033-01-25
Also published as: JP2014143862A; US9397601B2; US20140210426A1

Description

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の発電制御を行う車両用発電制御装置に関する。

一般に、車両用発電機の最大出力電流は高回転になるほど多くなる。したがって、低回転域での出力確保のために車両用発電機の体格を大型化した場合には、これに伴って高回転域の最大出力電流も多くなり、充電線の太線化やヒューズの高容量化などにより、コスト増加や重量増加が発生する。

このような事態に対処する従来技術として、励磁電流が制限値以下となるように制御することで出力電流を抑制するようにした車両用発電機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この車両用発電機では、発電機温度が所定値以上に上昇したときに所定の出力特性を得ることができるように励磁電流の制限値が設定されている。

また、最近では、車両ＥＣＵとの間で通信を行って励磁電流上限値を設定することができる車両用発電機もある。この場合には、車両ＥＣＵからの指示により、エンジン負荷状況などに応じて車両用発電機の出力やトルクを制限することが可能となる。

特公平６−３８７２０号公報

ところで、上述した特許文献１に開示された車両用発電機では、出力電流の抑制を車両用発電機自身が単独で行っており、車両ＥＣＵなどの外部装置からの要求に応じて車両の走行状態に応じた一時的な出力制限（例えば始動時発電抑制）に対応することができないという問題があった。

一方、車両ＥＣＵとの間で通信を行って励磁電流上限値を可変設定することにより出力等を制限する場合には、目標とする最大出力電流相当の励磁電流上限値を車両ＥＣＵからの指示に応じて設定することにより、一時的な出力制限にも対応することができる。

しかし、この励磁電流上限値の設定は、充電線の太さやヒューズの許容電流等に対応して決まるものであり、車種が同じであっても車両のグレード毎に電気負荷や発電機体格（特性）が異なれば励磁電流上限値を変える必要があり、それぞれの車両に対応させた複数の車両ＥＣＵを用意する必要があるという問題があった。

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、車両の走行状態に応じた一時的な出力制限に対応することができ、車両毎に仕様が異なる複数の外部装置を用意せずに出力制限を行うことができる車両用発電制御装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用発電制御装置は、励磁電流検出手段、通信手段、上限値保持手段、最大励磁電流決定手段、励磁電流制御手段を備える。励磁電流検出手段は、車両用発電機の界磁巻線に流れる励磁電流を検出する。通信手段は、外部装置から送られてくる第１の励磁電流上限値を受信する。上限値保持手段は、発電機内部において第２の励磁電流上限値を保持する。最大励磁電流決定手段は、通信手段による第１の励磁電流上限値の非受信時、あるいは、通信手段によって受信した第１の励磁電流上限値が第２の励磁電流上限値以上のときに、第２の励磁電流上限値を最大励磁電流値として決定する。また、最大励磁電流決定手段は、通信手段によって受信した第１の励磁電流上限値が第２の励磁電流上限値よりも小さいときに、第１の励磁電流上限値を最大励磁電流値として決定する。励磁電流制御手段は、励磁電流検出手段によって検出した励磁電流検出値が最大励磁電流値を超えないように励磁電流を制御する。

発電機内部で保持する第２の励磁電流上限値を超えないように励磁電流が制御されるため、車両のグレード毎に異なる電気負荷や発電機体格等に合わせて外部装置にて励磁電流上限値を変える必要がなく、車両毎に仕様が異なる複数の外部装置を用意することなく車両用発電機の出力制限を行うことができる。また、発電機内部で保持する第２の励磁電流上限値以下であれば、外部装置からの指示に応じた励磁電流の可変制御を行うことができるため、車両の走行状態に応じた一時的な出力制限を行うことが可能となる。さらに、異常発生時に外部装置との間が通信不能となった場合であっても発電機内部で保持する第２の励磁電流上限値を超えないように励磁電流が制御されるため、車両毎の充電線の太さやヒューズの許容電流等を考慮した励磁電流の制御を行うことができる。

一実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。ケース１に対応する励磁電流上限値と回転数との関係を示す図である。ケース１に対応する最大励磁電流値と回転数との関係を示す図である。ケース１で電気負荷大のときの出力特性を示す図である。ケース１で電気負荷小のときの出力特性を示す図である。ケース２でエンジン始動時前後のエンジン回転数、励磁電流上限値、最大励磁電流値の時間変化を示す図である。ケース３でアイドリング時のエンジン回転数、励磁電流上限値、最大励磁電流値の時間変化を示す図である。ケース４に対応するエンジン回転数、励磁電流上限値、最大励磁電流値の時間変化を示す図である。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用発電機について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態の車両用発電機１は、車両用発電制御装置２、電機子巻線１１、界磁巻線１２、整流装置１３を含んで構成されている。この車両用発電機１は、エンジンによりベルトおよびプーリを介して駆動されている。

界磁巻線１２は、通電されて磁界を発生する。この界磁巻線１２は、界磁極（図示せず）に巻装されて回転子を構成している。電機子巻線１１は、多相巻線（例えば三相巻線）であって、電機子鉄心に巻装されて電機子（固定子）を構成している。この電機子巻線１１は、界磁巻線１２の発生する回転磁界によって起電力を発生する。電機子巻線１１に誘起される交流出力が整流装置１３に供給される。整流装置１３は、例えば６個のツェナーダイオードからなる全波整流ブリッジ回路であり、電機子巻線１１の交流出力を全波整流する。整流装置１３の出力が、車両用発電機１の出力端子（Ｂ端子）から外部に取り出され、バッテリ３や電気負荷４に供給される。車両用発電機１の出力は、回転子の回転数や界磁巻線１２に流れる励磁電流の通電量に応じて変化し、その励磁電流は車両用発電制御装置２によって制御される。

次に、車両用発電制御装置２の詳細について説明する。車両用発電制御装置２は、スイッチング素子２１、環流ダイオード２２、励磁電流検出回路３１、通信制御回路３２、上限値保持回路３３、最大励磁電流決定回路３４、電圧制御回路３５、励磁電流制御回路３６、回転数検出回路３７を含んで構成されている。

スイッチング素子２１は、ゲートが励磁電流制御回路３６に接続され、ドレインが車両用発電機１のＢ端子に接続され、ソースが環流ダイオード２２を介してＥ端子（接地端子）に接続されている。また、スイッチング素子２１のソースはＦ端子を介して界磁巻線１２に接続されており、スイッチング素子２１がオンされると界磁巻線１２に励磁電流が流れ、オフされるとこの通電が停止される。環流ダイオード２２は、界磁巻線１２と並列に接続されており、スイッチング素子２１がオフされたときに、界磁巻線１２に流れる励磁電流を環流させる。

励磁電流検出回路３１は、界磁巻線１２に流れる励磁電流の値を検出する。例えば、スイッチング素子２１と並列に同様の構成を配置することにより励磁電流の一部を分流してその値を検出し、この検出結果から励磁電流の値を推定している。あるいは、スイッチング素子２１と直列に励磁電流検出用の抵抗（図示せず）を挿入し、この抵抗の両端電圧に基づいて励磁電流を検出するようにしてもよい。

通信制御回路３２は、Ｃ端子（通信端子）および信号線を介して接続されている外部装置としてのＥＣＵ（電子制御装置）５との間で各種信号の送受信を行う。信号の送受信は、ノイズの影響を抑えるためにデジタル通信で行うことが望ましい。ＥＣＵ５からは発電制御に必要な設定情報（例えば、調整電圧設定値や第１の励磁電流上限値など）が送信され、通信制御回路３２で受信される。

上限値保持回路３３は、車両用発電機１（車両用発電制御装置２）内部において第２の励磁電流上限値を保持する。

最大励磁電流決定回路３４は、通信制御回路３２による第１の励磁電流上限値の非受信時、あるいは、通信制御回路３２によって受信した第１の励磁電流上限値が上限値保持回路３３に保持された第２の励磁電流上限値以上のときに、第２の励磁電流上限値を最大励磁電流値として決定する。また、最大励磁電流決定回路３４は、通信制御回路３２によって受信した第１の励磁電流上限値が上限値保持回路３３に保持された第２の励磁電流上限値よりも小さいときに、第１の励磁電流上限値を最大励磁電流値として決定する。

電圧制御回路３５は、車両用発電機１の出力電圧（Ｂ端子電圧）と所定の調整電圧設定値とを比較し、Ｂ端子電圧の方が低いときに界磁巻線１２に励磁電流を供給する指示（ハイレベルの信号）を出力する。

励磁電流制御回路３６は、電圧制御回路３５の出力信号に応じてスイッチング素子２１をオンオフする。具体的には、励磁電流制御回路３６は、電圧制御回路３５の出力信号がハイレベルのときに、オンデューティが１００％（あるいは、１００％よりもわずかに低い値（例えば９５％）でもよい）となるようにスイッチング素子２１を駆動する。また、励磁電流制御回路３６は、電圧制御回路３５の出力信号がローレベルのときに、オンデューティが０％（あるいは、０％よりもわずかに高い値（例えば５％）でもよい）となるようにスイッチング素子２１を駆動する。ところで、本実施形態では、励磁電流制御回路３６は、励磁電流検出回路３１によって検出された励磁電流の値を監視しており、最大励磁電流決定回路３４によって決定された最大励磁電流値を超えないようにスイッチング素子２１の導通率を設定している。したがって、電圧制御回路３５の出力信号がハイレベルであっても、検出された励磁電流値が最大励磁電流値を超える場合には１００％よりも小さいオンデューティでスイッチング素子２１がオンされ、励磁電流が最大励磁電流値と一致するように制御される。

回転数検出回路３７は、エンジンまたは車両用発電機１の回転数を検出する。具体的には、回転数検出回路３７は、Ｐ端子を介して入力される電機子巻線１１のいずれかの相電圧の振幅および周波数の少なくとも一方に基づいて車両用発電機１の回転数（発電機回転数）、あるいは、発電機回転数と１対１に対応するエンジン回転数を検出する。

上述した励磁電流検出回路３１が励磁電流検出手段に、通信制御回路３２が通信手段に、上限値保持回路３３が上限値保持手段に、最大励磁電流決定回路３４が最大励磁電流決定手段に、励磁電流制御回路３６が励磁電流制御手段に、回転数検出回路３７が回転数検出手段にそれぞれ対応する。

本実施形態の車両用発電機１はこのような構成を有しており、次に、車両用発電制御装置２によって各種ケースに対応して最大励磁電流値を設定する動作について説明する。

（ケース１）
ケース１では、以下の内容が想定されている。
・車両用発電機１内の上限値保持回路３３には、第２の励磁電流上限値として４Ａが保持されている（図２）。
・ＥＣＵ５からは、発電効率が最もよい回転域（例えば、２０００〜３０００ｒｐｍ）では第１の励磁電流上限値として１０Ａ（無制限を意味する）が指示され、その他の回転域では第１の励磁電流上限値として３Ａが指示される。

このような場合の最大励磁電流値は、２０００〜３０００ｒｐｍでは４Ａ、その他の回転域では３Ａとなる（図３）。したがって、十分に大きな電気負荷４が接続されてフル発電状態になると、図４に示すように、２０００〜３０００ｒｐｍでは４Ａの励磁電流が界磁巻線１２に供給されて発電動作が行われ、その他の回転域では３Ａの励磁電流が界磁巻線１２に供給されて発電動作が行われる。

なお、図５に示すように、電気負荷４が小さい場合（励磁電流３Ａに対応する出力電流よりも電気負荷４に流れる電流が少ない場合）には、最大励磁電流値の設定内容にかかわらず、励磁電流が３Ａよりも少ない値に制御される。

このように、上述したケース１では、車両用発電機１内部で保持する第２の励磁電流上限値を超えないように励磁電流が制御されるため（この点は他のケース２〜４についても同様）、車両のグレード毎に異なる電気負荷４は発電機体格等に合わせてＥＣＵ５にて励磁電流上限値を変える必要がなく、車両毎に仕様が異なる複数のＥＣＵ５を用意することなく車両用発電機１の出力制限を行うことができる。また、車両用発電機１内部で保持する第２の励磁電流上限値以下であれば、ＥＣＵ５からの指示に応じた励磁電流の可変制御を行うことができるため、車両の走行状態に応じた一時的な出力制限を行うことが可能となる。さらに、異常発生時にＥＣＵ５との間が通信不能となった場合であっても車両用発電機１内部で保持する第２の励磁電流上限値を超えないように励磁電流が制御されるため、車両毎の充電線の太さやヒューズの許容電流等を考慮した励磁電流の制御を行うことができる。

（ケース２）
ケース２では、エンジン始動時にＥＣＵ５からは、車両用発電機１内で保持されている第２の励磁電流上限値よりも小さい第１の励磁電流上限値が送られてくる。例えば、車両用発電機１内に保持された第２の励磁電流上限値が４Ａに設定されているときに、エンジン始動時に、ＥＣＵ５からは第１の励磁電流上限値として２Ａが指示される（図６）。したがって、エンジン始動時には最大励磁電流値は２Ａとなる（図６）。

このように、上述したケース２では、エンジン始動時にＥＣＵ５からの指示に応じて励磁電流を少なくして発電抑制（出力制限）を行うことができ、良好なエンジン始動性を実現することが可能となる。

（ケース３）
ケース３では、エンジンのアイドリング回転数低下時（アイドリング時に大きな電気負荷４が接続された場合）にＥＣＵ５からは、車両用発電機１内で保持されている第２の励磁電流上限値よりも小さい第１の励磁電流上限値が送られてくる。例えば、車両用発電機１内に保持された第２の励磁電流上限値が４Ａに設定されているときに、アイドリング回転数低下時に、ＥＣＵ５からは第１の励磁電流上限値として２Ａが指示される（図７）。

このように、上述したケース３では、アイドリング時に電気負荷が増加して発電機トルクが増大した場合に、ＥＣＵ５からの指示に応じて励磁電流を少なくして発電抑制（出力制限）を行うことができ、アイドリング時のエンジンストールを防止することが可能となる。

（ケース４）
ケース４では、以下の内容が想定されている。
・上限値保持回路３３に保持された第２の励磁電流上限値は、回転数検出回路３７によって検出された回転数が所定のしきい値より高い場合に対応する第１の値と、所定のしきい値より低い場合に対応する第２の値（＞第１の値）とを有する（図８）。
・車両減速時にＥＣＵ５からは、第２の励磁電流上限値としての第２の値よりもさらに大きい第１の励磁電流上限値（例えば、無限大を意味する１０Ａ）が送られてくる。したがって、車両減速時には、ＥＣＵ５からの指示によらず、車両用発電機１内に保持された第２の励磁電流上限値を用いた励磁電流の制御が行われる（図８）。
・車両減速時以外にＥＣＵ５からは、第２の励磁電流上限値としての第１の値よりも小さい第１の励磁電流上限値が送られてくる。したがって、車両減速時以外では、ＥＣＵ５から送られてきた第１の励磁電流上限値を用いた励磁電流の制御が行われる（図８）。これにより、エンジン回転数が高い場合に励磁電流を減らすことが可能となる。なお、車両減速時以外にＥＣＵ５から、第２の励磁電流上限値の第１の値と第２の値の間の値を有する第１の励磁電流上限値を送信するようにしてもよい。

このように、上述したケース４では、車両減速時には第２の励磁電流上限値を超えない範囲で励磁電流を増加させることができ、一時的に発電量を増やす回生発電等に対応することが可能となる。また、回転数がしきい値よりも高い高回転時に第２の励磁電流上限値が小さい値（第１の値）に設定されるため、高回転時に励磁電流を少なくして発電抑制（出力制限）を行うことができる。

なお、本発明は上記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において種々の変形実施が可能である。上述した実施形態では、車両用発電機１の回転数を回転数検出回路３７によって検出したが、代わりにエンジン回転数を検出するようにしてもよい。この場合には、車両用発電制御装置１等にエンジン回転数を検出する回路を備えるようにしてもよいが、ＥＣＵ５等で検出したエンジン回転数を通信制御回路３２によって受信することで取得するようにしてもよい。

上述したように、本発明によれば、発電機内部で保持する第２の励磁電流上限値を超えないように励磁電流が制御されるため、車両のグレード毎に異なる電気負荷や発電機体格等に合わせて外部装置にて励磁電流上限値を変える必要がなく、車両毎に仕様が異なる複数の外部装置を用意することなく車両用発電機の出力制限を行うことができる。また、発電機内部で保持する第２の励磁電流上限値以下であれば、外部装置からの指示に応じた励磁電流の可変制御を行うことができるため、車両の走行状態に応じた一時的な出力制限を行うことが可能となる。

１車両用発電機
５ＥＣＵ
１２界磁巻線
３１励磁電流検出回路
３２通信制御回路
３３上限値保持回路
３４最大励磁電流決定回路
３６励磁電流制御回路
３７回転数検出回路

Claims

車両用発電機（１）の界磁巻線（１２）に流れる励磁電流を検出する励磁電流検出手段（３１）と、
外部装置（５）から送られてくる第１の励磁電流上限値を受信する通信手段（３２）と、
発電機内部において第２の励磁電流上限値を保持する上限値保持手段（３３）と、
前記通信手段による前記第１の励磁電流上限値の非受信時、あるいは、前記通信手段によって受信した前記第１の励磁電流上限値が前記第２の励磁電流上限値以上のときに、前記第２の励磁電流上限値を最大励磁電流値として決定し、前記通信手段によって受信した前記第１の励磁電流上限値が前記第２の励磁電流上限値よりも小さいときに、前記第１の励磁電流上限値を最大励磁電流値として決定する最大励磁電流決定手段（３４）と、
前記励磁電流検出手段によって検出した励磁電流検出値が前記最大励磁電流値を超えないように励磁電流を制御する励磁電流制御手段（３６）と、
を備えることを特徴とする車両用発電制御装置。
請求項１において、
エンジン始動時に前記外部装置から送られてくる前記第１の励磁電流上限値は、前記第２の励磁電流上限値よりも小さいことを特徴とする車両用発電制御装置。
請求項１または２において、
エンジンのアイドリング回転数低下時に前記外部装置から送られてくる前記第１の励磁電流上限値は、前記第２の励磁電流上限値よりも小さいことを特徴とする車両用発電制御装置。
請求項１〜３のいずれかにおいて、
エンジンまた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（３７）をさらに備え、
前記第２の励磁電流上限値は、前記回転数検出手段によって検出された回転数がしきい値より高い場合に対応する第１の値と、前記回転数検出手段によって検出された回転数がしきい値より低い場合に対応する前記第１の値よりも大きい第２の値とを有し、
車両減速時に前記外部装置から送られてくる前記第１の励磁電流上限値は、前記第２の値よりもさらに大きいことを特徴とする車両用発電制御装置。
請求項４において、
車両減速時以外に前記外部装置から送られてくる前記第１の励磁電流上限値は、前記第１の値よりも小さいことを特徴とする車両用発電制御装置。