JP2008109822A - 車両用交流発電機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】充電線やバッテリ電圧検出線の故障の検出、配線の高抵抗化の検出ならびに警報を簡単な回路構成で実現することを目的とする。
【解決手段】本発明の車両用発電機の制御装置は、バッテリ電圧検知回路、交流発電機の
出力端子電圧検知回路を有し、交流発電機の出力端子電圧の検知電圧値はバッテリ電圧の
検知電圧値よりも高く設定されており、バッテリ電圧の検知電圧がその設定値よりも低く
かつ出力端子の検知電圧がその設定値よりも高いときに診断警報信号を出力するようにし
たものである。
【選択図】図１

Description

この発明は車両用交流発電機の制御装置に関し、特に充電線やバッテリ電圧検出線の故障を効率的に検知することができるようにした車両用交流発電機の制御装置に関するものである。

従来、この種の車両用交流発電機の制御装置として、発電機出力線（バッテリ充電線）が断線した場合にも発電電圧あるいはバッテリ電圧に応じて良好に発電制御できるようにしたものがある。例えば、バッテリ電圧と発電機出力電圧とを別々に検出するようにし、通常はバッテリ電圧を優先して検出することにより発電制御を行い、他方、発電機出力線が断線した時には発電機出力電圧を検出して発電制御すると共に、バッテリ電圧検出線が断線した時にはバッテリ電圧に応じて電圧調整し、それぞれその旨を運転者に報知するようにしている。（例えば特許文献１を参照）

特開昭５７−１４８５４１号公報

ところが、上述した従来の技術ではバッテリ電圧が放電により所定の電圧まで下がった
ことを検知するために多数の比較器が必要であり、またそれに伴って所定の発電制御を行
わせるための複雑な論理回路を構成する必要があり、それらの回路分だけＩＣ回路が複雑
化してＩＣチップ面積の増大をきたすと共に、ＩＣチップの面積はそのままコストへ反映
されるためコスト高の原因ともなっていた。

また、発電機周りの故障モードの一つとして、配線の電蝕などによる高抵抗化があり、
その影響は発電機の制御電圧の上昇などを引き起こし、バッテリや他の電子機器に重大な
問題を与える可能性がある。しかしながら、従来の技術ではバッテリ電圧がある閾値Ｖth
以下となるまで検出できないため、この故障モードの検知に長時間を必要としていた。
この発明は上記の点に鑑みてなされたもので、充電線やバッテリ電圧検出線の故障の検
出、配線の高抵抗化の検出ならびに警報を簡単な回路構成で実現することを目的とするも
のである。

交流発電機の出力を整流しバッテリおよび電気負荷に電力を給電する車両用交流発電機の制御装置において、上記バッテリの充電電圧を検知するバッテリ電圧検知回路、上記交流発電機の出力端子電圧を検知する出力電圧検知回路を備え、上記交流発電機の出力端子電圧の検知電圧値はバッテリ電圧の検知電圧値よりも高く設定されており、バッテリ電圧の検知電圧がその設定値よりも低く、かつ出力端子電圧の検知電圧がその設定値よりも高いときに診断警報信号を出力するようにしたものである。

本発明の車両用交流発電機の制御装置によれば、充電線やバッテリ電圧検出線の故障の
検出、警報を最小限の回路構成で実現できるため、ＩＣチップ面積の縮小、コスト削減に
寄与する。
また、配線の高抵抗化を早期に検知することが出来、発電機周りの故障を速やかにドラ
イバーに伝えることができ、そのまま放置しておいた場合に発生する可能性のあるバッテリ過充電などの被害を未然に防ぐことが可能となる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１になる車両用交流発電機制御装置の全体構成を示す回路図である。図中、交流発電機１はステータ１１、ロータ１２、３相全波整流器１３、電圧制御装置（レギュレータ）２からなり、エンジン（図示しない）によりロータ１２を回転駆動することによってステータ１１に３相交流起電力を発生させる。ステータ１１に発生した起電力は３相全波整流器１３により整流され、出力端子１４から充電線５を介してバッテリ３や電気負荷４に出力される。また、ステータ１１の出力電圧は電圧制御装置２によって制御される。

上記電圧制御装置２の詳細を以下説明する。図の電圧制御装置２は本発明に係わる部分のみを抜粋したものである。電圧制御装置２はバッテリ３の電圧をバッテリ電圧検知線２０を介してモニターしており、その電圧は抵抗２１、２２により分圧されて電圧比較器２３の逆相入力端に入力される。そして正相入力端に入力される参照電圧Ref2（図示しない内部電源電圧により生成される）と比較され、その結果がＨ、Ｌの２値信号として出力端（Ｓ点）に出力される。

同様に電圧比較器２４は交流発電機１の出力電圧をモニターしており、抵抗２５、２６により分圧されて電圧比較器２４の逆相入力端に入力される。また正相入力端に入力される参照電圧Ref1と比較された結果が出力端（Ｂ点）に出力される。このときRef１の値はRef２の値よりも高い値に設定される。たとえばRef1＝15.5V、Ref2＝14Vといった値に設定される。そしてＢ点、Ｓ点の論理積をＡＮＤゲート２７によって生成し、その出力信号によって出力トランジスタ２８を動作させ、ロータ１２に流れる電流を制御している。

なお、還流ダイオード２９は、交流出力端子１４からトランジスタ２８へ電流の流入を阻止する方向に挿入されている。電圧比較器２４の出力はインバータゲート３０を介してＡＮＤゲートの一方に入力され、電圧比較器２３の出力は直接的にＡＮＤゲートの他方に入力されて外部に診断警報信号３２として出力される。

次に、上記回路構成による動作を説明する。
先ず、キースイッチ（図示せず）の投入初期は交流発電機１からの発電が行われていないため、バッテリ電圧は低下しており、バッテリ電圧検知線２０を介してモニターされ、抵抗２１、２２により分圧された電圧ＶAは電圧比較器２３の逆相端にRef2よりも低い電圧を入力することとなる。従って、電圧比較器２３のＳ端にはＨレベルの信号が出力される。また、出力端子１４から取り込まれる発電機出力電圧も低い値となっており、抵抗２５、２６により分圧された電圧ＶBは電圧比較器２４の逆相端にRef1よりも低い電圧を入力することとなる。従って、電圧比較器２４のＢ端にはＨレベルの信号を出力される。

上記Ｓ点、Ｂ点の出力信号はいずれもＨレベルであるため、ＡＮＤゲート２７の出力はＨレベルとなり、出力トランジスタ２８はオンして発電機１の初期励磁を行う。
その後、エンジンの回転数が上昇するにつれて発電電力が増加し、バッテリ３の電圧を上昇させる。バッテリ電圧が上昇してRef2より大きくなると、先ず電圧比較器２３の出力が反転し、Ｓ点はＬレベルとなる。一方、電圧比較器２４の出力はRef1がRef2よりも大きいためＢ点はＨレベルを維持しており、ＡＮＤゲート２７の出力はＬレベルに反転する。

その結果、出力トランジスタ２８はオフされロータ１２への界磁電流の供給を停止し、交流発電機１の出力電圧を減少させる。これにより、バッテリ電圧が再び低下しRef2より低くなると前述と同様にＳ点がＨレベルとなり、以後Ｓ点はＨレベルとＬレベルを繰り返すこととなる。

図２は正常時における各種動作態様を表した図であり、通常時、全負荷時、負荷遮断時におけるＢ点、Ｓ点のそれぞれの信号状態を示したものである。通常状態（Ａ）では、上述したごとくＳ点の信号がオンオフをしているのに対して、Ｂ点の信号はＨレベルを維持した状態となっている。これはRef１の値がRef２よりも高い値に設定されているためで、電圧制御装置２はバッテリ電圧検知線２０により検知された電圧を一定に保つような動作を行なっている。

次に全負荷状態（Ｂ）では、Ｂ、Ｓ点いずれの信号もＨレベル状態となる。これは全負荷の状態では発電機１の発電量が足りなくなり、バッテリ３は放電によりRef1、Ref2のいずれの値よりも電圧が低くなるためである。すなわち、分圧電圧ＶA、ＶB共にRef1、Ref2より低いため、電圧比較器２３、２４の出力は共にＨレベルを示すこととなり、出力トランジスタ２８をオンしてロータ１２を全励磁状態となし、発電機１の発電出力を上昇するようにしている。次に負荷遮断の時（Ｃ）には瞬間的に発電機出力電圧、バッテリ電圧共にRef1、2よりも高くなるため、Ｂ、Ｓ点の信号はどちらもＬレベル状態となる。

ここまでが発電機が正常に動作している場合のＢ、Ｓ点の信号状態である。次に、充電線５、バッテリ電圧検知線２０のいずれかが何らかの故障モードとなった時のＢ、Ｓ点の信号状態を図３により説明する。先ず、充電線５が断線した状況（Ａ）を考えると、発電機１はバッテリ３に充電が行なえなくなるため、バッテリ電圧は徐々に下がって行き、やがてＳ点の信号がＨレベルとなり、Ｂ点の電圧もＨレベルであるから出力トランジスタ２８をオンし、ロータ１２に流れる電流が増加し出力端子１４の電圧を高くしようとする。最終的には出力電圧がRef1よりも高くなるため、Ｂ点の電圧はＬレベルとなって、図のようにＢ点の信号がオン・オフ状態となる。その結果右側に図示するように、Ｂ点はスイッチング状態、Ｓ点はＨレベル状態で落ち着く。

次に、バッテリ電圧検知線２０が断線した状態（Ｂ）では、電圧比較器２３に入力される電圧ＶAはほぼ０V（＜Ref2)となる。その結果Ｓ点はＨレベル状態となり、発電機出力電圧が増加する。そして発電機出力電圧がRef１よりも高くなると、Ｂ点がＬレベルとなりその後はスイッチング動作を行い、上記出力電圧を制御するようになる。最終的には右側に図示するように、Ｂ点はスイッチング状態、Ｓ点はＨレベル状態で落ち着く。

第３に充電線５が電蝕等により高抵抗化した状態（Ｃ）を考える。この状態では、交流発電機１とバッテリ３との間の電位差が拡大し、この電位差は出力電流に依存することとなる。ある出力電流下で充電線抵抗が増加して行った場合、Ｓ点の信号状態は当初変化が無く、結果バッテリ電圧は変化しない状態で、充電線ドロップが増えた分だけ出力端子電圧が上昇する。出力端子電圧が上昇しつづけ、Ref1の値よりも高くなるとＢ点はオン・オフを行い始める。出力電圧─充電線ドロップ電圧がRef2よりも小さくなると、右側に図示するように、Ｂ点はスイッチング状態、Ｓ点はＨレベル状態で落ち着く。

第４にバッテリ電圧検知線２０が高抵抗化した状態（Ｄ）では、抵抗２１の上流で抵抗が増加することになるため分圧比が変わり、電圧比較器２３に入力される電圧が低くなる。電圧制御装置２は電圧比較器２３の入力値をRef2にしようと動作するので、低く入力された分だけ出力端子電圧、バッテリ電圧共に上昇する。さらに高抵抗化していくと、出力端子電圧がRef1を超えＢ点の信号がオン・オフを行い始め、最終的には右側に図示するように、Ｂ点はスイッチング状態、Ｓ点はＨレベル状態で落ち着く。

以上のように、上記異常時モードの時には、Ｂ、Ｓ信号は最終的に全く同じパターン、すなわちＢ点はスイッチング状態、Ｓ点はＨレベル状態となることが分かる。またこの状態は正常時ではありえない状態である。従って、この組み合わせの時に出力する信号をインバータゲート３０とＡＮＤゲート３１を図示のように構成して作ることで、図３（Ｅ）に示す診断警報信号を外部に出力し、ドライバーに故障を知らせることが可能となる。

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２における車両用交流発電機の制御装置の全体構成を示す回路図である。図中、実施の形態１と同一符号は同一あるいは相当部分を示している。
図４において、実施の形態１と異なる部分は診断警報信号の生成回路においてのみ異なる。すなわち、実施の形態１ではＢ点、Ｓ点信号をインバータゲート３０およびＡＮＤゲート３１のみで診断警報信号３２を生成しているが、本実施の形態では更にＳ点信号をインバータゲート３３および保持回路３４を付加したものである。

実施の形態１の方式では出力される診断警報信号３２はＢ点のオン・オフ信号と同期したオン・オフ信号となるため、信号としては扱いづらいという問題があった。本実施の形態では図４のようにＡＮＤゲート３１の出力段に保持回路３４を設け、Ｓ点がＨレベル、Ｂ点がＬレベルでＬからＨへ、Ｓ点がＬレベルで、ＬからＨになるようにラッチ動作させることで、連続的な信号とすることが出来る。

実施の形態３．
さらに、図５はこの発明の実施の形態３における車両用交流発電機の制御装置の全体構成を示す回路図である。図中、実施の形態１および２と同一符号は同一あるいは相当部分を示している。図５において、実施の形態２と異なる部分は診断警報信号の生成回路において、最終段にタイマ回路３５を付加したものである。すなわち、出力段に入力信号がＨレベルである状態が、ある一定時間（例えば１秒）継続した後にＬレベルからＨレベルへ出力が切り替わり、入力信号がＨレベルからＬレベルに変化した際には直ちにＨからＬへ出力が切り替わるタイマ回路３５を構成することで、発電機１の電圧リップルなどによる誤動作を防止することが出来る。

この発明の実施の形態１による車両用交流発電機の制御装置の全体構成を示す回路図、 この発明の実施の形態による正常時における各種動作態様を表した回路内の信号図、 この発明の実施の形態による異常時における各種動作態様を表した回路内の信号図、 この発明の実施の形態２による車両用交流発電機の制御装置の全体構成を示す回路図、 この発明の実施の形態３による車両用交流発電機の制御装置の全体構成を示す回路図である。

符号の説明

１ 交流発電機、 ２ 電圧制御装置、 ３ バッテリ、
４ 電気負荷、 ５ 充電線、 １１ ステータ、 １２ ロータ、
１４ 出力端子、 １３ ３相全波整流器、 ２３、２４ 電圧比較器、
２１、２２、２５、２６ 抵抗、 ２７ ＡＮＤゲート、
２８ 出力トランジスタ、 ３０、３３ インバータゲート、
３４ 保持回路、 ３５ タイマ回路。

Claims (6)

1. 交流発電機の出力を整流しバッテリおよび電気負荷に電力を給電する車両用交流発電機の制御装置において、上記バッテリの充電電圧を検知するバッテリ電圧検知回路、上記交流発電機の出力端子電圧を検知する出力電圧検知回路を備え、上記交流発電機の出力端子電圧の検知電圧値はバッテリ電圧の検知電圧値よりも高く設定されており、バッテリ電圧の検知電圧がその設定値よりも低く、かつ出力端子電圧の検知電圧がその設定値よりも高いときに診断警報信号を出力することを特徴とする車両用交流発電機の制御装置。
2. 出力電圧検知回路は上記交流発電機の出力端子電圧を抵抗分割により得られる検知電圧と所定の第１の設定値とを比較する第１の電圧比較器からなり、上記バッテリ電圧検知回路はバッテリ電圧検出線を介して抵抗分割により得られる検知と所定の第２の設定値とを比較する第２の電圧比較器からなり、上記第１の設定値は上記第２の設定値より高く設定されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機の制御装置。
3. 正常時には上記第２の電圧比較器の出力信号がバッテリ電圧の検出電圧に応じて断続して上記交流発電機の発電制御を行う請求項２に記載の車両用交流発電機の制御装置。
4. 第２の電圧比較器の出力信号が一定であるのに対し第１の電圧比較器の出力信号が断続することにより異常と判断して診断警報信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機の制御装置。
5. バッテリ電圧の検知電圧がその設定値よりも低く、かつ出力端子電圧の検知電圧がその設定値よりも高いときに信号を出力し、バッテリ電圧の検知電圧がその設定値よりも高くなったときに信号出力がなくなるラッチ回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機の制御装置。
6. その出力信号がある一定時間出力された後にその出力値を反映させ、出力信号が出力されなくなった時にはその出力値を直ちに反映させるタイマ回路を有することを特徴とする請求項５に記載の車両用交流発電機の制御装置。

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