JP2006074886A - 車両用発電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明の目的は、使用されている電気負荷量が低負荷の場合には蓄電池を電源として使用せず、蓄電池の寿命を延ばすことにある。
【解決手段】この発明は、オルタネータと第一の電源と第二の電源と電気負荷とこの電気負荷に第一の電源と第二の電源とを接続・切り離し可能な切替手段とを備えた車両用発電制御装置において、第一の電源が蓄電池、第二の電源がキャパシタで構成され、第二の電源が充電された状態にあり、電気負荷の動作状態が設定された時間以上変化がなく、さらにオルタネータの発電電流が電気負荷により消費される消費電流よりも設定値以上大きい値であるときには、切替手段によりオルタネータと第一の電源とを切り離し、オルタネータと第二の電源とを接続するように制御する制御手段を設けたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は車両用発電制御装置に係り、特に、使用されている電気負荷量が低負荷の場合には蓄電池を電源として使用しないため、蓄電池の寿命を延ばすことができる車両用発電制御装置に関する。

車両には、各種の電装品が搭載され、内燃機関自体も点火系、燃料系など各部品で電力を消費している。そのため、内燃機関には、電源である蓄電池を充電するために、クランクシャフトの回転力を利用して発電するオルタネータを備えている。

従来のオルタネータの発電装置には、図３に示すものがある。図３において、２０２は図示しない車両の発電装置、２０４は車両に搭載された内燃機関により駆動されて発電するオルタネータ、２０６は充放電可能な電源である蓄電池、２０８はオルタネータ２０４と蓄電池２０６との少なくとも一つからエネルギを供給される電気負荷である。

オルタネータ２０４は、発電部２１０と整流器２１２と電圧レギュレータ２１４とから構成される。発電部２１０は、ステータコイル２１６及びフィールドコイル２１８を有し、三相交流を発電する。整流器２１２は、ステータコイル２１６が接続された複数のダイオード２２０を有し、三相交流を整流する。電圧レギュレータ２１４は、ツェナーダイオード２２２と比較器２２４とトランジスタ２２６・２２８とを有し、フィールドコイル２１８の界磁電流を制御する。

オルタネータ２０４は、出力端子２３０に電気負荷２０８を接続するとともに蓄電池２０６のプラス側を接続し、入力端子２３２にイグニションスイッチ２３４を介して蓄電池２０６のプラス側を接続し、さらに蓄電池電圧を監視するために蓄電池電圧監視端子２３６に蓄電池２０６のプラス側を接続している。

発電装置２０２は、蓄電池電圧監視端子２３６に作用する蓄電池電圧を比較器２２４により監視し、蓄電池電圧が比較器２２４の発電電圧設定端子２３８に作用する過充電判定電圧ＲＥＦを下回ると、トランジスタ２２６がＯＦＦしてトランジスタ２２８がＯＮし、界磁電流をフィールドコイル２１８へ流して発電を行う。この発電により、オルタネータ２０４は、出力端子２３０の出力電圧が上昇し、蓄電池２０６や電気負荷２０８へ電力を供給する。

逆に、発電装置２０２は、蓄電池２０６が充電されて蓄電池電圧が過充電判定電圧を上回ると、トランジスタ２２６がＯＮしてトランジスタ２２８がＯＦＦし、界磁電流がフイールドコイル２１８へ流れなくなり、発電は停止する。

オルタネータ２０４は、比較器２２４の発電電圧設定端子２３８に作用する過充電判定電圧ＲＥＦの電圧が高いと発電量が大きくなり、内燃機関（図示せず）の負荷が大きくなり、燃費の悪化を招く。これに対して、オルタネータ２０４は、過充電判定電圧ＲＥＦが低いと発電量が減り、内燃機関の負荷が小さくなり、燃費が向上する。しかし、オルタネータ２０４は、過充電判定電圧が低いと、蓄電池２０６から放電する電力が増え、蓄電池２０６の寿命が短くなるという問題点があった。

従来のオルタネータ制御装置としては、オルタネータのフィールドコイルに流れる励磁電流の状態からオルタネータの発電電流量を求め、この発電電流量が基準発電電流量を超えていると判定されると、蓄電池の充電率が低下していると判断し、発電電流量が増加するようにオルタネータを制御するものがある。
特開平６−２７６６９３号公報 また、従来の電力供給装置には、複数の蓄電池と、これら複数の蓄電池を充電する充電手段と、複数の蓄電池を交互にもしくは循環的に、充電手段と絶縁された状態で負荷に接続する放電状態、及び負荷の絶縁された状態で充電手段に接続する充電状態に置く切換手段を設け、負荷に連続的に電力を供給可能としたものがある。 特開１９９６−１３０８３３号公報

さらに、前記のような問題に対しては、フィールドコイルを有し、内燃機関によって駆動され、発電するオルタネータと、充放電可能な第一の電源と第二の電源として蓄電池とキャパシタとを組み合わせ、オルタネータと第一の電源と第二の電源との少なくとも一つからエネルギを供給される電気負荷と、この電気負荷に第一の電源と第二の電源とを接続・切り離しする切替手段とを備えた車両用発電制御装置が提案されている。

従来の車両用発電制御装置としては、蓄電池とキャパシタとを備え、内燃機関のアイドルストップからの再始動時以外のときはキャパシタを充電しておき、アイドルストップからの再始動時にはキャパシタの電圧を蓄電池の電圧に加えてスタータに供給するものがある。
特開２００３−１４８３１０号公報 また、従来の車両用発電制御装置としては、蓄電池とキャパシタとを備え、車両の減速時にキャパシタに充電し、内燃機関のアイドルストップ中の電力を蓄電池の代わりにキャパシタで代替するものがある。 特開２００２−２３８１０３号公報

ところが、前記特許文献３、４に開示される車両用発電制御装置は、アイドルストップからの再始動時の電力やアイドルストップ中の電力を蓄電池の代わりにキャパシタで補うものであり、通常の運転時のキャパシタを有効には利用していない問題がある。また、このようにキャパシタを利用した車両用発電制御装置では、電気負荷が急変した場合に、キャパシタの容量不足やオルタネータの反応時間の遅れなどの原因により、装置電源が低下する問題が考えられる。

この発明は、フィールドコイルを有し、内燃機関によって駆動され、発電するオルタネータと、充放電可能な第一の電源と第二の電源と、前記オルタネータと第一の電源と第二の電源との少なくとも一つからエネルギを供給される電気負荷と、この電気負荷に前記第一の電源と第二の電源とを接続・切り離し可能な切替手段とを備えた車両用発電制御装置において、前記第一の電源が蓄電池、第二の電源がキャパシタで構成され、前記第二の電源が充電された状態にあり、前記電気負荷の動作状態が設定された時間以上変化がなく、さらに前記オルタネータの発電電流が電気負荷により消費される消費電流よりも設定値以上大きい値であるときには、前記切替手段により、前記オルタネータと第一の電源とを切り離し、前記オルタネータと第二の電源とを接続するように制御する制御手段を設けたことを特徴とする。

この発明の車両用発電制御装置は、第一の電源が蓄電池、第二の電源がキャパシタで構成され、制御手段によって、第二の電源が充電された状態にあり、電気負荷の動作状態が設定された時間以上変化がなく、さらにオルタネータの発電電流が電気負荷により消費される消費電流よりも設定値以上大きい値であるときには、切替手段により、オルタネータと第一の電源とを切り離し、オルタネータと第二の電源とを接続するように制御することにより、電気負荷により使用されている電気負荷量が低負荷の場合には、蓄電池を電源として使用しないため、蓄電池の寿命を延ばすことができる。

この発明の車両用発電制御装置は、第二の電源が充電された状態にあり、電気負荷の動作状態が設定された時間以上変化がなく、さらにオルタネータの発電電流が電気負荷により消費される消費電流よりも設定値以上大きい値であるときには、オルタネータと第一の電源とを切り離し、オルタネータと第二の電源とを接続するように制御することにより、電気負荷により使用されている電気負荷量が低負荷の場合には、蓄電池を電源として使用しないため、蓄電池の寿命を延ばすことができるものである。
以下、図面に基づいてこの発明の実施例を説明する。

図１〜図２は、実施例を示すものである。図２において、２は図示しない車両の車両用発電制御装置である。車両用発電制御装置２は、車両に搭載された内燃機関により駆動されて発電するオルタネータ４と、充放電可能な第１の電源である蓄電池６と、充放電可能な第二の電源であるキャパシタ８と、オルタネータ４と蓄電池６とキャパシタ８との少なくとも一つからエネルギを供給される電気負荷１０とを備えている。

オルタネータ４は、発電部１２と整流器１４と電圧レギュレータ１６とから構成される。発電部１２は、ステータコイル１８及びフィールドコイル２０を有し、フィールドコイル２０に供給される界磁電流によりステータコイル１８に三相交流を発電させる。整流器１４は、ステータコイル１８が接続された複数のダイオード２２を有し、三相交流を整流する。電圧レギュレータ１６は、ツェナーダイオード２４と比較器２６とトランジスタ２８・３０とを有し、フィールドコイル２０に供給される界磁電流を制御する。

前記電圧レギュレータ１６は、出力端子３２と入力端子３４と発電電圧監視端子３６と発電電圧設定端子３８とを有している。ツェナーダイオード２４は、プラス側を抵抗４０を介して入力端子３４に接続し、マイナス側を接地している。比較器２６は、入力側に抵抗４２を介して発電電圧監視端子３６を接続するともに発電電圧設定端子３８を接続し、出力側をトランジスタ２８のベース側に接続している。トランジスタ２８は、コレクタ側を抵抗４４を介して入力端子３４に接続するとともにトランジスタ３０のベース側に接続し、エミッタ側を接地している。トランジスタ３０は、コレクタ側をダイオード４６を介して出力端子３２に接続し、エミッタ側を接地している。

また、電圧レギュレータ１６の出力端子３２には、前記フィールドコイル２０の一端側と整流器１４のダイオード２２のプラス側とを接続している。フィールドコイル２０の他端側は、トランジスタ３０のコレクタ側に接続している。整流器１４のダイオード２２のマイナス側は、接地している。

前記蓄電池６及びキャパシタ８は、各プラス側を電圧レギュレータ１６の出力端子３２に接続し、各プラス側を発電電圧監視端子３６に接続している。前記電気負荷１０は、電圧レギュレータ１６の出力端子３２に接続している。この電気負荷１０には、蓄電池６及びキャパシタ８の各プラス側を夫々ダイオード４８・５０を介して接続している。

前記蓄電池６及びキャパシタ８は、各プラス側と電圧レギュレータ１６の出力端子３２との間を夫々切替手段５２・５４により接続・切り離し可能に接続し、各プラス側と発電電圧監視端子３６との間を夫々切替手段５６・５８により接続・切り離し可能に接続し、各プラス側と電気負荷１０側のダイオード４８・５０との間を切替手段６０・６２により接続・切り離し可能に接続している。

また、蓄電池６は、プラス側にスタータモータ６４を接続し、プラス側をイグニションスイッチ６６を介して電圧レギュレータ１６の入力端子３４に接続している。なお、蓄電池６及びキャパシタ８は、各マイナス側を接地している。

この車両用発電制御装置２は、前記切替手段５２〜６２を制御手段６８に接続している。制御手段６８には、電気負荷１０の消費電流を検出する電流センサ７０と、内燃機関の機関回転数を検出するクランク角センサ７２と、電気負荷１０加担時であるヘッドランプ点灯時やラジエータファンモータ駆動時等にＯＮする電気負荷スイッチ７４と、フィールドコイル２０とトランジスタ３０のコレクタ側との間の接続点７６からのＦＲ信号とを接続している。

制御手段６８は、電流センサ７０〜接続点７６から信号を入力し、第二の電源であるキャパシタ８が充電された状態にあり、電気負荷１０の動作状態が設定された時間Ｘ以上変化がなく、さらにオルタネータ４の発電電流が電気負荷１０により消費される消費電流よりも設定値Ｙ以上大きい値であるときには、切替手段５２・５６により、オルタネータ４と第一の電源である蓄電池６とを切り離し、切替手段５４・５８により、オルタネータ４と第二の電源であるキャパシタ８とを接続するように制御する。

また、制御手段６８は、第二の電源であるキャパシタ８が充電された状態にあり、電気負荷１０の動作状態が設定された時間Ｘ内に変化があるときには、切替手段５２〜５８により、オルタネータ４と第一の電源である蓄電池６と第二の電源であるキャパシタ８とを接続するように制御する。

次に作用を説明する。

車両用発電制御装置２は、図１に示す如く、内燃機関が始動されて制御のプログラムがスタートし（１０２）、第二の電源であるキャパシタ８が充電された状態にあると、電気負荷スイッチ７４がＯＦＦ、または電気負荷スイッチ７４のＯＮ時間が設定時間Ｘより大きいか否かを判断する（１０４）。

この判断（１０４）がＹＥＳの場合は、オルタネータ４の発電電流が電気負荷１０の消費電流よりも設定値Ｙ以上大きいか否かを判断する（１０６）。発電電流は、フィールドコイル２０とトランジスタ３０のコレクタ側との接続点７６からのＦＲ信号と、クランク角センサ７２の検出信号から求められるエンジン回転数とのマップから求められる。消費電流は、電流センサ７０により求められる。

この判断（１０６）がＹＥＳの場合は、オルタネータ４と蓄電池６とを切り離し、オルタネータ４とキャパシタ８とから電気負荷１０へ電力を供給し（１０８）、内燃機関が停止されたか否かを判断する（１１０）。

この判断（１１０）がＹＥＳの場合は、プログラムをエンドにする（１１２）。この判断（１１０）がＮＯの場合は、判断（１０４）に戻る。

一方、前記判断（１０４）がＮＯの場合は、また、前記判断（１０６）がＮＯの場合は、オルタネータ４と蓄電池６とを接続し、オルタネータ４と蓄電池６とキャパシタ８とから電気負荷１０へ電力を供給し（１１４）、前記判断（１１０）によりプログラムをエンドにし（１１２）、あるいは判断（１０４）に戻る。

このように、車両用発電制御装置２は、キャパシタ８が充電された状態にあり、電気負荷１０の動作状態が設定された時間Ｘ以上変化がなく、さらにオルタネータ４の発電電流が電気負荷１０により消費される消費電流よりも設定値Ｙ以上大きい値であるときには、切替手段５２・５６により、オルタネータ４と第一の電源である蓄電池６とを切り離し、切替手段５４・５８により、オルタネータ４と第二の電源であるキャパシタ８とを接続するように制御する。

これにより、車両用発電制御装置２は、電気負荷１０により使用されている電気負荷量が低負荷の場合には蓄電池６を電源として使用しないため、蓄電池６の寿命を延ばすことができる。

また、車両用発電制御装置２は、第二の電源であるキャパシタ８が充電された状態にあり、電気負荷１０の動作状態が設定された時間Ｘ内に変化があるときには、切替手段５２〜５８により、オルタネータ４と第一の電源である蓄電池６と第二の電源であるキャパシタ８とを接続するように制御する。

これにより、車両用発電制御装置２は、電気負荷１０による電気負荷量が急激に変化するときには蓄電池６とキャパシタ８との二つの電源により対応するため、電力不足になることはない。

即ち、この車両用発電制御装置２は、ドライバーの意志で車両が減速をする際などで、車輪からの減速エネルギーにより内燃機関が駆動されている場合には、内燃機関と一緒にオルタネータ４も駆動されている。

この場合において、車両用発電制御装置２は、図２に示すように、第一電源である蓄電池６が充分な充電状態にある場合に、蓄電池６への切替手段５２、５６をＯＦＦし、第二の電源であるキャパシタ８への切替手段５４、５８をＯＮする。また、車両用発電制御装置２は、蓄電池６から電気負荷１０への切替手段６０をＯＮし、キャパシタ１６から電気負荷１０への切替手段６２をＯＦＦし、さらに、オルタネータ４の発電電圧設定端子３８に作用する過充電判定電圧ＲＥＦをキャパシタ８の許容電圧まで上げて、キャパシタ８へ充電をする。

これにより、車両用発電制御装置２は、車両の減速エネルギーを第一の電源である蓄電池６のみを備えている場合より、第二の電源であるキャパシタ８を利用して減速エネルギーをより多く蓄えることができる。

また、車両用発電制御装置２は、第二の電源であるキャパシタ８が充電にされた後で、ドライバーの意志により車両が減速以外の状況になったときに、電気負荷スイッチ７４がＯＦＦ、または電気負荷スイッチ７４のＯＮ時間が設定時間Ｘより大きい場合、すなわち電気負荷１０の動作状態が急変していない場合、接続点７６からのＦＲ信号とクランク角センサ７２によるエンジン回転数とのマップから求められる発電電流と、電流センサ７０にて測定される電気負荷１０全体の消費電流とを比較する。

車両用発電制御装置２は、発電電流と消費電流との差が設定値Ｙより大きい場合、すなわち車両全体の電気負荷１０の消費電流が小さい場合、キャパシタ８から電気負荷１０への切替手段６２をＯＮし、蓄電池６から電気負荷１０への切替手段６０をＯＦＦし、オルタネータ４と蓄電池６との切替手段５２、５６をＯＦＦし、オルタネータ４とキャパシタ８７との切替手段５４、５８をＯＮする。

これにより、車両用発電制御装置２は、第二の電源であるキャパシタ８が充電にされていて、電気負荷１０の動作状態が急変していない場合であって、かつ、車両全体の電気負荷１０の消費電流が小さい場合に、車両の電気負荷１０へ供給される電力を第二電源であるキャパシタ８から供給することにより、第一電源である蓄電池６から電力を供給せず、蓄電池６を休ませることができる。

車両用発電制御装置２は、第二の電源であるキャパシタ８の電圧がオルタネータ４の過充電判定電圧ＲＥＦよりも低電圧になったときには、オルタネータ４のフィールドコイル２０へ界磁電流を流し、発電を開始する。しかし、車両用発電制御装置２は、第二の電源であるキャパシタ８の電圧が過充電判定電圧ＲＥＦまで上昇すると、発電を停止する。従来の蓄電池とのオルタネータ４の発電電圧より低電圧にすることにより、内燃機関に対するオルタネータ４の発電負荷を減らすことができ、内燃機関の燃費を向上することができる。また、第一の電源である蓄電池６を使用していないため、蓄電池６の寿命を延ばすことができる。

逆に、車両用発電制御装置２は、電気負荷スイッチ７４がＯＮ、かつ電気負荷スイッチ７４のＯＮ時間が設定時間Ｘより小さい場合、すなわち電気負荷１０の急変が予測される場合、または、接続点７６からのＦＲ信号とクランク角センサ７２の検出信号から求められるエンジン回転数とのマップから求められる発電電流と、電流センサ７０にて測定される負荷全体の消費電流とを制御手段６８にて比較し、これら発電電流と消費電流との差が設定値Ｙより小さい場合、すなわち車両全体の電気負荷１０が大きい場合は、蓄電池６から電気負荷１０への切替手段６０をＯＮし、オルタネータ４と蓄電池６との切替手段５２、５６をＯＮし、第一の電源である蓄電池６と第二の電源であるキャパシタ８との両方から電力の供給を行うことにより、過充電判定電圧を従来の蓄電池とオルタネータ発電電圧同等の電圧値にして発電を行い、システム電源が低下するのを防止することができる。

このように、車両用発電制御装置２は、オルタネータ４の発電電流と電気負荷１０全体の消費電流との状態に合わせて、蓄電池６とキャパシタ８とを利用したオルタネータ発電制御を行うことにより、電気負荷１０の状態が低負荷の場合は蓄電池６とオルタネータ４を使用せずに、キャパシタ８のみで車両の電気をまかなうことができ、燃費を向上し、蓄電池６の寿命を延ばすことができる。また、車両用発電制御装置２は、キャパシタ８の電圧が発電電圧まで下がった後も、オルタネータ４の発電電圧を蓄電池６のみの時より低く設定することにより、オルタネータ４の発電負荷が減り、燃費を向上することができ、蓄電池１０を休止させることができるので、蓄電池６の寿命を延ばすことができる。

また、車両用発電制御装置２は、電気負荷スイッチ７４にて電気負荷１０の急変を予測した蓄電池６とキャパシタ８とを利用したオルタネータ発電制御を行うことにより、電気負荷１０が急変した場合でも、キャパシタ８の容量不足やオルタネータ４の反応時間の遅れによるシステム電源の低下を防止することができる。

なお、この発明は、上述実施例に限定されることなく、種々応用改変が可能である。

例えば、上述実施例においては、車両全体の電気負荷１０が大きい場合は、第一の電源である蓄電池６と第二の電源であるキャパシタ８との両方から電力の供給を行ったが、蓄電池６とキャパシタ８との各充電状態に応じて電気負荷１０への電力の供給割合を変化させることにより、充電状態に応じて適正な電力を供給することができ、過放電による寿命の低下を防止することができる。

また、キャパシタ８が充電された状態にあるときは、蓄電池６に電力を供給して充電することにより、オルタネータ４の発電負荷を減らして燃費を向上することができる。

この発明の車両用発電制御装置は、オルタネータと第一の電源と第二の電源と電気負荷と切替手段とを備えた車両用発電制御装置において、切替手段によって第一の電源である蓄電池と第二の電源であるキャパシタとを各種条件に応じて電気負荷に接続・切り離すことにより、電気負荷に供給されるエネルギの供給源としてキャパシタを有効に活用し、蓄電池の寿命を延ばすものであり、内燃機関を搭載する機器に適用することができる。

実施例を示す車両用発電制御装置の制御フローチャートである。 車両用発電制御装置のブロック図である。 従来例を示す発電装置のブロック図である。

符号の説明

２ 車両用発電制御装置
４ オルタネータ
６ 蓄電池
８ キャパシタ
１０ 電気負荷
１２ 発電部
１４ 整流器
１６ 電圧レギュレータ
１８ ステータコイル
２０ フィールドコイル
２２ ダイオード
２４ ツェナーダイオード
２６ 比較器
２８・３０ トランジスタ
３２ 出力端子
３４ 入力端子
３６ 発電電圧監視端子
３８ 発電電圧設定端子
５２〜６２ 切替手段
６８ 制御手段
７０ 電流センサ
７２ クランク角センサ
７４ 電気負荷スイッチ
７６ 接続点

Claims (2)

1. フィールドコイルを有し、内燃機関によって駆動され、発電するオルタネータと、充放電可能な第一の電源と第二の電源と、前記オルタネータと第一の電源と第二の電源との少なくとも一つからエネルギを供給される電気負荷と、この電気負荷に前記第一の電源と第二の電源とを接続・切り離し可能な切替手段とを備えた車両用発電制御装置において、前記第一の電源が蓄電池、第二の電源がキャパシタで構成され、前記第二の電源が充電された状態にあり、前記電気負荷の動作状態が設定された時間以上変化がなく、さらに前記オルタネータの発電電流が電気負荷により消費される消費電流よりも設定値以上大きい値であるときには、前記切替手段により、前記オルタネータと第一の電源とを切り離し、前記オルタネータと第二の電源とを接続するように制御する制御手段を設けたことを特徴とする車両用発電制御装置。
2. フィールドコイルを有し、内燃機関によって駆動され、発電するオルタネータと、充放電可能な第一の電源と第二の電源と、前記オルタネータと第一の電源と第二の電源との少なくとも一つからエネルギを供給される電気負荷と、この電気負荷に前記第一の電源と第二の電源とを接続・切り離し可能な切替手段とを備えた車両用発電制御装置において、前記第一の電源が蓄電池、第二の電源がキャパシタで構成され、前記第二の電源が充電された状態にあり、前記電気負荷の動作状態が設定された時間内に変化があるときには、前記切替手段により、前記オルタネータと第一の電源と第二の電源とを接続するように制御する制御手段を設けたことを特徴とする車両用発電制御装置。

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