JPH0810999B2 - 車両用発電機の制御装置 - Google Patents

車両用発電機の制御装置

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JPH0810999B2
JPH0810999B2 JP58097558A JP9755883A JPH0810999B2 JP H0810999 B2 JPH0810999 B2 JP H0810999B2 JP 58097558 A JP58097558 A JP 58097558A JP 9755883 A JP9755883 A JP 9755883A JP H0810999 B2 JPH0810999 B2 JP H0810999B2
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    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92—Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、エンジンによって駆動される発電機の発電
電圧の制御を行なわせる車両用発電機の制御装置に関す
る。
従来技術 一般に、自動車用発電機にあっては、その発電電圧が
バッテリへの充電および電気負荷容量に対して充分供給
可能となるようにバッテリのフル充電電圧以上（例えば
14.5V）に設定されているのが通常である。しかして、
発電機の発電電力は電気負荷の使用状態に応じて変化
し、それに比例して発電機を駆動するエンジンの出力も
変化するが、電気負荷量が少ない場合やバッテリがフル
充電状態となっている場合には発電機の発電電圧をバッ
テリのフル充電電圧（例えば12V）まで下げても軽負荷
の電流量を充分まかなうことができ、かつそうすること
によりバッテリの過充電を防止することができるととも
に、過充電のための発電機の負担がなくなってその分エ
ンジンの駆動損失を軽減させるなどの発電効率の向上を
図ることができるようになる。
第１図は発電電圧をパラメータにとったときのエンジ
ン回転数に対する発電機の出力電流の特性を示すもの
で、発電電圧が高くなると発電量が上がり、バッテリの
充電速度も速くなる。この特性を利用して、通常の状態
である軽電気負荷時には低い方の電圧で発電を行なわせ
ると、充電電流が小さくなり、エンジンの負荷が軽くな
ってバッテリの過充電を防止することができるようにな
る。また、電気負荷が重くなった場合には、発電電圧を
高めに切り換えて発電量をアップさせれば、負荷要求に
充分応えることができるとともにバッテリの過放電を抑
制することができるようになる。
そのため従来では、第２図に示すように、発電機４の
出力電流IGを電流検出部５により検出し、その検出値が
設定レベル以下になったときに発電電圧調整部６により
発電機４の励磁を弱めてその発電電圧をバッテリ２のフ
ル充電電圧まで下げるような制御手段をとるようにして
いる。
しかし、このように発電機４の出力電流IGに応じてそ
の発電電圧を制御するには、発電機４の出力電流IGが電
気負荷１の状態，エンジン３の回転数，バッテリ２の充
電状態などによって大きく変動するために安定した制御
を行なわせることができないという欠点がある。例えば
第３図に示すように、エンジンが始動すると常にその点
火系に3A程度の電流が流れ、発電機はその分の電流を供
給しており、その後ａ時点でヘッドライト，エアコンな
どの大きな連続負荷が投入されると、その不足分を補う
ために発電機の発電量が増大し、その出力電流IGが6A程
度に設定されたレベルＬ以上になって発電機は大発電側
（例えば14.5V）に切り換えられる（第３図中Ａ部
分）。運転中、ｂ時点でエンジンの回転数がダウンして
アイドリング状態（700rpm）近くになると、発電機の発
電量が低下してその出力電流IGが設定レベルＬを下まわ
り、それにより発電機は小発電側（例えば12V）に切り
換えられる（第３図中Ｂ部分）。エンジン回転数がｃ時
点で上昇してクルージング状態（1500rpm）近くになる
と、発電機は再び大発電側に切り換えられる（第３図中
Ｃ部分）。このように、電気負荷状態が一定であって
も、エンジン回転数，バッテリ充電量などの他の条件に
よって発電機の出力電流IGが変動してしまい、その他の
条件によって発電機の設定電圧が切り換えられる頻度が
多くなり、その都度エンジン出力が変動して自動車のド
ライバビリティが損なわれてしまう。
また従来では第４図に示すように、バッテリ電流IBを
電流検出部５により検出し、発電電圧調整部６により検
出値と設定レベルとを比較しながら発電機４の発電電圧
の切換制御を行なわせるようにしたものがあるが、この
場合にあっても投入負荷が一定でも他の条件によって発
電機４の設定電圧が切り換えられる頻度が多くなってし
まうという問題がある。例えば第５図に示すように、エ
ンジンの回転数が上がっているときにａ時点で連続負荷
が投入されてもバッテリ充電電流IBCは変化しないが、
ｂ時点でエンジンの回転数がダウンすると発電機の出力
電流だけでは全負荷供給をまかなうことができなくな
り、バッテリが放電状態となる。そのときバッテリの放
電電流IBDが設定レベルＬ′以上になると発電機は大発
電側に切り換えられ（第５図中Ｂ部分）、その後ｃ時点
でエンジンの回転数が再び上昇すると発電機の出力電流
が増大してそれのみで全負荷供給をまかなうことができ
るようになるため発電機は小発電側に切り換えられてし
まう。なお、第５図中ｔで示す期間はバッテリの放電分
を充電するための充電回復時間を示している。
目的 本発明は以上の点を考慮してなされたもので、負荷の
投入状態のみに応じた安定した発電機における発電電圧
の切換えを行なわせて、エンジン出力を不安定にさせる
ことなく発電効率の向上を図ることができるようにした
車両用発電機の制御装置を提供するものである。
構成 以下、添付図面を参照して本発明の一実施例について
詳述する。
本発明による車両用発電機の制御装置にあっては、そ
の基本的な構成が第６図に示すように、電気負荷１の電
源としてバッテリ２とエンジン３にて駆動される発電機
４との並列回路からなるものにあって、バッテリの出力
端子と発電機の出力端子との接続点から電気負荷に接続
される線路部分に設けられた電流検出部５によりバッテ
リ２の出力端子と発電機４の出力端子との接続点から電
気負荷１に供給される総負荷電流ILを検出し、その検出
電流ILに応じて発電電圧調整部６により発電機４の励磁
切換えをなしてその発電電圧の制御を行なわせるように
している。
しかして、このような制御手段をとることによって、
第７図に示すように、エンジンの回転に際してその点火
系に3A程度の電流が供給されている状態から、例えばａ
点でヘッドライト，エアコンなどの大きな連続負荷が投
入されると、負荷電流ILが増大してそれが6A程度の設定
レベルＬ以上となり、そのため発電電圧調整部６により
発電機５の励磁が大発電側に切り換えられるが、ｂ時点
からｃ時点までのあいだエンジンの回転数がダウンして
発電機４の出力電流が低下してもその分バッテリ電流に
よって負荷電流が補充されるために負荷電流ILの変動が
なく一定に保持され、したがって負荷電流ILが設定レベ
ルＬを下まわって発電電圧調整部６により発電機４の励
磁が小発電側に切り換えられるようなことがなくなる。
このように本発明によれば、電気負荷以外のエンジン
回転数やバッテリ充電量などの他の条件によって発電機
４の発電電圧が切り変えられるようなことがなくなり、
その分切換頻度が少なくなってエンジン出力の変動をき
たす機会が軽減されて自動車のドライバビリティを損な
うようなことがなくなる。
また本発明では、負荷電流ILを検出して発電電圧調整
部６により発電機４の励磁制御をなしてその発電電圧の
切換えを行なわせる際、第８図または第９図に示すよう
に、負荷電流ILの大きさによって発電電圧を多段階また
は連続的に切り換えるような発電機４の励磁制御を行な
わせることにより、電気負荷１の大きさに応じた最適な
発電電圧でもって発電機４を利用することができるよう
になり、より効果的にその発電効率を向上させることが
できるようになる。具体的には、発電電圧調整部６によ
り、電流検出部５により検出された負荷電流ILとウイン
ドコンパレータに多段階に設定されたレベルとを比較さ
せながら、または負荷電流ILに一定の定数をかけること
によって発電機４の励磁制御を行なわせることになる。
また、負荷電流ILに応じて発電機４の発電電圧の切換
えを行なわせる際、ワイパーやブレーキランプなどの駆
動時における間欠負荷の投入時にあっては、その負荷電
流ILの変化による発電機４の切換頻度が多くなって本来
の発電電圧の安定化が図れなくなってしまう。そのため
特に本発明では、第10図に示すように、特に発電電圧調
整部６の前段に負荷電流ILの変化から投入負荷の状態を
判断して、それが間欠負荷である場合に発電電圧の切換
えが間欠的に行なわれないように処理する負荷状態判断
部７を設けるようにしている。
具体的には、その負荷状態判断部７は例えばフィルタ
回路からなり、第11図に示すように、電流検出部５によ
って検出された負荷電流ILのフィルタ処理をなして、そ
の負荷電流ILの変化が一定時間ｔ（例えば15秒）以上続
いたときにフィルタ出力を生じさせ、その一定時間ｔ内
の負荷変動には応答しないようにさせる。また、負荷状
態判断部７として、第12図に示すように、負荷電流ILの
変化状態を一定時間ｔだけホールドさせて出力させるホ
ールド回路が用いられる。さらに、タイマと禁止回路と
の組合せからなるものを用いて、タイマの設定時間ｔ内
の負荷電流ILの変化には何ら応答しないように、禁止回
路によりアナログ的なアンド処理を行なわせるようにし
てもよい。
なお、負荷電流に応じた発電機における発電電圧の切
換制御に加えて、バッテリ，エンジンの各状態検出をな
してそれら各状態に応じた発電電圧の切換制御をなすよ
うにすればより最適な制御を行なわせることが可能とな
る。
第13図はバッテリ２の充電状態に応じて発電機４にお
ける発電電圧の切換えを行なわせることができるように
したもので、バッテリ２の充電電圧を検出するバッテリ
状態検出部８を設け、発電電圧調整部６の機能を拡張し
てその検出されたバッテリ２の充電電圧が予め設定され
た基準値よりも低いときには、そのときの負荷電流ILの
大きさ如何にかかわらず発電機４の励磁を大発電側に強
制的に切り換えさせ、それによりバッテリ２のフル充電
を迅速に行なわせることができるようにしている。ま
た、バッテリ２がフル充電されたことが検出されたと
き、発電電圧調整部６はそれまでの強制的な切換えを解
除し、以後負荷電流ILに応じた切換制御がなされてバッ
テリ２の過充電が防止されることになる。なお、エンジ
ン３の冷間始動時にはバッテリ電力の消費が多くなるこ
とに着目し、バッテリ２の充電状態を直接検出する代わ
りに、エンジン冷却水の水温またはエンジンの吸気温か
らバッテリ２の充電状態を間接的に検出し、その検出温
度に応じて発電電圧の強制的な切換制御を行なわせるよ
うにすることもできる。
また、エンジンが高速回転時においてはその発生トル
クも大きいためにエンジン側からみて発電機を駆動させ
る際の負担が軽くなり、そのときのバッテリへの充電電
流はエンジンの駆動損失として無視することができるよ
うになる。そのため、第14図に示すように、エンジン３
の回転数を検出するエンジン回転検出部９を設け、発電
電圧調整部６の機能を拡張してその検出値がエンジン３
の発生トルクが充分となる予め設定された回転数（例え
ば1500rpm）よりも上まわったときには、そのときの負
荷電流ILの大きさ如何にかかわらず発電機４の励磁を大
発電側に強制的に切り換えるようにすることにより、バ
ッテリ２にも充電を迅速に行なわせることが可能にな
る。なお、エンジン３の発生トルクを間接的に検出する
手段としては、エンジン回転数による以外に、車速が一
定速（例えば45Km/H）以上であるか否か、または自動車
がクルージング状態となるギヤシフト位置に入れられて
いるか否かによってエンジン３の発生トルクが充分であ
るかどうかを検出させるようにすることも可能となる。
さらに、エンジンの冷間始動時には、チョーク作動の
ためにエンジンのアイドルアップがなされてその発生ト
ルクが充分な状態となっており、したがってチョーク作
動時には発電機の励磁を大発電側に切り換えてもエンジ
ン効率を大幅に悪化させることがなくなる。そのため、
第15図に示すように、発電電圧調整部６の機能を拡張さ
せて、例えばオートチョーク10からチョーク信号が送ら
れてきたときには、それに応じて発電機４の励磁を大発
電側に強制的に切り換えるようにすることにより、バッ
テリ２の充電回復を迅速に図ることができるようにな
る。なお、チョーク信号の代わりに、エンジン冷却水の
水温が一定以下であることを検知してチョーク作動状態
であることを間接的に検出するようにしてもよい。
第16図は本発明による車両用発電機の制御装置におけ
る具体的な回路構成例を示すもので、イグニッションス
イッチIG・SWの投入時に電気負荷１に供給される負荷電
流を検出し、その検出信号および外部から与えられる車
両の各種状態検出信号に応じて電圧切換えのための制御
を行なわせる制御回路11と、その制御出力に応じてACG
の界磁コイルＦに流れる電流を段階的に調整して発電機
４の発電電圧の切換えを行なわせる発電電圧切換回路12
とからなっている。なお、制御回路11と発電電圧切換回
路12とによって、第６図における電流検出部５および発
電電圧調整部６が構成されている。
また、制御回路11は、第17図に示すように、シャント
抵抗Ｒ両端の電位差から電流検出器Ｄにより負荷電流を
レベル検出し、そのレベル検出出力と外部から与えられ
る車両の各種状態信号S1〜S5との論理処理を適宜なして
出力トランジスタＱを駆動して発電電圧切換えの制御指
令を生ずるように構成されている。なお、図中FILTERは
ゲートG3の“H"出力が３±１秒間以上続いたときに“H"
出力を通過させるフィルタを、DELAY1はゲートG4の“H"
出力を18±５秒間だけ遅延させるタイマを、DELAY2はゲ
ートG5の“H"出力を0.5±0.2秒間だけ遅延させるタイマ
をそれぞれ示している。
しかして、このように構成されたものにあって、電流
検出器Ｄは負荷電流が6Aから9Aまでの間ではそのａ出力
がローレベル“L"、ｂ出力がハイレベル“H"となり、9A
以上になるとそのa,b出力とともにハイレベル“H"とな
り、負荷電流が3A（点火系への供給電流）から6Aまでの
間のときには低負荷と判断してそのa,b出力ともにロー
レベル“L"となるように予めレベル設定されている。
いま、負荷電流が6Aを下まわっているとき、電流検出
器Ｄのa,b出力は何れも“L"であり、そのとき外部から
与えられる車両の各種状態信号S1〜S5が何れも“L"であ
れば最終ゲートG6出力が“H"となって出力トランジスタ
Ｑをオンにし、それにより制御回路11から発電電圧切換
回路12へ小発電側への切換指令が出される。発電電圧切
換回路12では、出力トランジスタＱのオンによってトラ
ンジスタQ1のベースがアース電位に近くなって抵抗R3に
電流が流れなくなる。そのため、抵抗R1とR2による分圧
点の電位が高くなり、トランジスタQ2の抵抗値が小さく
なってそのコレクタからエミッタへ電流が流れやすくな
る。それにより、トランジスタQ3のベース電位が低下し
てACGの界磁コイルＦおよびトランジスタQ3を流れる電
流が減少し、界磁力が弱めとなって発電機４の発電電圧
が小発電側の12Vとなるように切り換えられる。
次に、負荷電流が9A以上であるとき、電流検出器Ｄの
a,b出力がともに“H"となり、そのため車両の各種状態
信号S1〜S5の如何にかかわらず最終ゲートG6出力が“L"
となって出力トランジスタＱをオフにし、それにより制
御回路11から発電電圧切換回路12へ大発電側への切換指
令が出される。発電電圧切換回路12では、出力トランジ
スタＱのオフによってトランジスタQ1のベース電位が高
められ、抵抗R3の回路にも電流が流れるようになる。そ
のため、抵抗R1とR2との分圧点の電位が低下してトラン
ジスタQ2の抵抗値が大きくなってそれに電流が流れにく
くなる。それにより、トランジスタQ3のベース電位が高
くなってACGの界磁コイルＦおよびトランジスタQ3を流
れる電流が増大し、界磁力が強めとなって発電機４の発
電電圧が大発電側の14.5Vとなるように切り換えられ
る。
次に、負荷電流が6Aから9Aまでの間のとき、電流検出
器Ｄのａ出力が“L"、そのｂ出力が“H"となり、そのと
きブレーキが非作動状態でそのブレーキ信号S1が“L"で
あればゲートG2の出力が“H"となり、したがって最終ゲ
ートG6の出力が“L"となって制御回路11から発電電圧切
換回路12へ大発電側の切換指令が出され、それにより発
電電圧切換回路12において前述と同様にして大発電側へ
の切換えが実行される。なお、ここでは、ブレーキラン
プの負荷電流が約3.7A（54Wランプ）であるために点火
系への負荷電流3Aと加えると計6.7Aとなって6Aを上まわ
ってしまうので、6A以上の負荷電流時に常に大発電側へ
の切換えが実行されてしまうようにするとブレーキが踏
まれるたびに発電電圧の切換えがなされてエンジンの負
荷変動を頻繁にきたしてしまうことになり、そのためブ
レーキランプ負荷以外にて6A以上の負荷電流が検出され
たときだけ大負荷と判断して大発電側に切り換えるよう
な制御手段をとるようにしている。また、ブレーキラン
プ負荷以外にて負荷電流が6A以上となっているときにブ
レーキが作動してそのブレーキ信号が“H"となると、ゲ
ートG1の出力が“H"から“L"に変化してしまうので、そ
の場合も負荷電流が6A以上に継続して電流検出器Ｄのｂ
出力が“H"となっている限りゲートG2の出力を“H"に保
持させるためのホールド回路13が設けられている。
また、ブレーキランプの負荷電流は3.7Aと大きく、か
つその投入間隔が一定しない負荷であり、ブレーキが踏
まれるたびに大発電側への切換えがなされたのではエン
ジンの負荷変動を頻繁にきたしてしまうので、そのため
エンジンのスロットル弁の下流側が−580mmHg以下の負
荷になったときすなわち自動車が減速状態になったとき
にそれを検出して“H"出力を生ずるプレッシャーバキュ
ームスイッチからの減速信号S5が“L"である場合に限り
ブレーキ信号S1をDELAY1に与え、そのブレーキ信号S1が
18±５秒以上“H"レベルを継続していればゲートG5の出
力を強制的に“H"として大発電側への切換えを行なわせ
るようにしている。なお、その場合、ブレーキ信号S1
（他の間欠負荷の作動信号を含む）を単独でDELAY1（ホ
ールド回路またはフィルタ回路であってもよい）を介し
てゲートG5に与えるようにしてもよい。また、車速が45
Km/H以上になっているときはエンジンの回転が安定して
いるためにエンジン負荷が少々増大しても問題がないと
して、車速が45Km/H以上になったときにそれを検出して
“H"出力を生ずる車速スイッチからの車速信号S2をゲー
トG5へわり込ませ、その車速信号S2が“H"となったとき
に強制的に大発電側への切換えを行なわせるようにして
いる。また、エンジン冷却水の水温が75℃以下のときに
はチョーク作動によりアイドルアップさせるために発電
機４の負荷が大きくなっても問題がないとして、エンジ
ン冷却水の水温が75℃以下になったときにそれを検出し
て“H"出力を生ずる水温スイッチからの水温信号S3をゲ
ートG5へわり込ませ、その水温信号S3が“H"となったと
きに強制的に大発電側への切換えを行なわせるようにし
ている。また、エアコンの負荷は大きく、エアコンのオ
ン時には常にエンジンのアイドルアップが行なわれるた
めに発電機４の負荷が大きくなっても問題がないとし
て、オン時に“H"出力を生ずるエアコンスイッチからの
エアコン信号S4をゲートG5にわり込ませ、そのエアコン
信号S4が“H"となったときに強制的に大発電側への切換
えを行なわせるようにしている。さらに、減速時にはエ
ンジンからの出力が零でもよく、そのときの出力の有効
利用のために、減速信号S5を最終ゲートG6にわり込ませ
て強制的に大発電側への切換えを行なわせるようにして
いる。なお、図中14はエンジンのアイドルアップ用ソレ
ノイドで、ゲートG7の出力に応じてオン，オフされる出
力トランジスタＱ′がオンしたときに付勢されてスロッ
トル弁を一定駆動してエンジンをアイドルアップさせる
ことができるようにしている。
効果 以上、本発明による車両用発電機の制御装置にあって
は、電気負荷に対してバッテリおよびエンジン駆動によ
る発電機が並列に接続された車両用電源システムにおい
て、バッテリの出力端子と発電機の出力端子との接続点
から電気負荷に供給される総負荷電流を直接検出して、
その検出値に応じて発電機の界磁調整をなして発電電圧
の切換制御を行なわせるようにしたもので、負荷の投入
状態のみに応じた安定した発電機における発電電圧の切
換制御をなして、エンジン出力を不安定にさせることな
く発電効率の向上を有効に図ることができるという優れ
た利点を有している。
そして、特に本発明によれば、総負荷電流の変化から
電気負荷の投入状態が間欠的であることを検出して発電
電圧の切換えを禁止することにより、ワイパーなどのよ
うな間欠負荷の投入に対して、発電機の調整電圧が間欠
的に切り換えられるようなことがなくなり、発電電圧ひ
いてはエンジン回転数が不安定になることを防止できる
という利点がある。
【図面の簡単な説明】
第１図はエンジン回転数に対する発電機出力電流の特性
図、第２図は従来の発電機制御手段を示すブロック構成
図、第３図は発電機出力電流の変化状態を示す特性図、
第４図は同じく従来の発電機制御手段を示すブロック構
成図、第５図はバッテリ電流の変化状態を示す特性図、
第６図は本発明による車両用発電機の制御装置の基本的
な構成を示すブロック構成図、第７図は負荷電流の変化
状態を示す特性図、第８図は負荷電流に応じて発電電圧
を多段階に切り換えたときの特性図、第９図は負荷電流
に応じて発電電圧を連続的に切り換えたときの特性図、
第10図は本発明の一実施例を示すブロック構成図、第11
図および第12図は同実施例における負荷状態判断部での
処理内容をそれぞれ示す入，出力の特性図、第13図ない
し第15図は発電電圧の切換えのための他の構成例をそれ
ぞれ示すブロック構成図、第16図は本発明の具体的な回
路構成例を示す電気的結線図、第17図は制御回路の具体
的な構成例を示す電気的結線図である。 １……電気負荷、２……バッテリ、３……エンジン、４
……発電機、５……電流検出部、６……発電電圧調整
部、７……負荷状態判断部、８……バッテリ状態検出
部、９……エンジン回転検出部、10……オートチョーク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栗原 功光 埼玉県和光市南１丁目10番63号 (72)発明者 保坂 武文 埼玉県朝霞市岡３丁目25番53号 (72)発明者 鬼島 毅 埼玉県上福岡市上福岡４丁目13番９号 (56)参考文献 特開 昭48−13839（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−59099（ＪＰ，Ａ) 実開 昭53−40415（ＪＰ，Ｕ)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電気負荷に対してバッテリおよびエンジン
    によって駆動される発電機が並列に接続された車両用電
    源にあって、発電機の界磁電流を調整して発電機の発電
    電圧を第１の所定電圧に制御する第１の制御手段と、発
    電機の界磁電流を調整して発電機の発電電圧を第１の所
    定電圧と異なる第２の所定電圧に制御する第２の制御手
    段と、電気負荷に供給される総負荷電流を検出する負荷
    電流検出手段と、その検出された総負荷電流に応じて発
    電機の発電電圧を第１の所定電圧と第２の所定電圧とに
    切り換える発電電圧切換手段とをそなえた車両用発電機
    の制御装置において、総負荷電流の変化から電気負荷の
    投入状態が間欠的であることを検出して発電電圧の切換
    えを禁止する発電電圧切換禁止手段を設けたことを特徴
    とする車両用発電機の制御装置。
  2. 【請求項２】発電電圧切換禁止手段が、総負荷電流検出
    手段の出力をフィルタ処理するフィルタ手段からなるこ
    とを特等とする前記第１項の記載による車両用発電機の
    制御装置。
  3. 【請求項３】発電電圧切換禁止手段が、総負荷電流検出
    手段の出力を所定時間保持するホールド手段からなるこ
    とを特徴とする前記第１項の記載による車両用発電機の
    制御装置。
  4. 【請求項４】発電電圧切換禁止手段が、総負荷電流検出
    手段の出力変化に所定時間応答しない禁止手段からなる
    ことを特徴とする前記第１項の記載による車両用発電機
    の制御装置。
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