JP2789694B2

JP2789694B2 - 車両の充電制御装置

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Publication number: JP2789694B2
Application number: JP19454689A
Authority: JP
Inventors: 幸二田中; 豪俊加藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1989-07-27
Filing date: 1989-07-27
Publication date: 1998-08-20
Anticipated expiration: 2013-08-20
Also published as: JPH0360338A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は車両用発電機の発電を制御する車両の充電制
御装置において、特に電気的負荷が発電機に加えられた
時に、界磁電流の増加速度を制御するよう界磁電流を制
御するものである。

〔従来の技術〕

従来、特開昭59−83600号公報に示す充電制御装置に
おいては、大きな電気的負荷が加えられた時、発電機の
出力電圧が所定値（0.5〔Ｖ〕）低下することを検出
し、この検出に対応して、電気的負荷が加えられる前の
界磁巻線に流れていた電流の導通率から徐々に導通率を
上昇させている。

そして、界磁電流をゆっくりと増加させることで、発
電機のエンジンに対する負荷が、ゆっくりとエンジンに
加えられることで、エンジンの振動又は失速を阻止する
ことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の充電制御装置にあっては、界磁巻線に流れる電
流の平均導通率を検出するための第１のコンデンサと、
この第１のコンデンサの電荷を、発電機の出力電圧の低
下を検出した時に移行させる第２のコンデンサとが必要
となり、この第２のコンデンサの充電電圧を抵抗を介し
て放電させることで、三角波波形と比較し、徐々に増加
させる信号を出力するようにしている。

つまり、徐々に増加させる時間は、単に第２のコンデ
ンサの容量と抵抗の時定数で決まるため、数秒程度の時
定数を得ようとすると、第２のコンデンサの容量は所定
以上の値（１μＦ程度）を必要とする。

また、第１のコンデンサの容量は、第１のコンデンサ
の電荷を第２のコンデンサに移行させる必要があるた
め、第２のコンデンサの容量の十倍程度必要となる。

よって、第1,第２のコンデンサが容量の大きいものを
必要とし、大型化してしまう。しいては、上記容量のコ
ンデンサは、セラミックコンデンサでは困難となり、他
の制御回路と共にハイブリッドICとすることができなく
なってしまう。

さらに、上記従来のものでは、電気的負荷が加えられ
たことを知るために、発電機の出力電圧の低下を検出す
るために、コンデンサ，抵抗および比較器からなる比較
手段を必要とし、大型化してしまう。

そこで、本発明では、制御装置を大型化することな
く、エンジンの振動又は失速を防止することができる車
両の充電制御装置を得ることを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の充電制御装置に
おいては、積分回路で得た導通率の信号よりも所定値大
きい最大信号を出力する最大信号発生装置と、この最大
信号の出力の間、電圧制御手段を作動可能としたもので
ある。

〔作用〕

従って、電気負荷の投入やエンジン回転数の低下等
で、スイッチ手段の導電率が、所定値大きくなると、そ
れに応じて、積分回路の平均導通率が徐々に上昇し、か
つ最大信号も徐々に変化するとこの信号により、スイッ
チ手段の導電率が徐々に上昇する。

この正帰還（スイッチ手段の導電率上昇→積分回路の
平均導通率上昇→最大信号の変化→スイッチ手段の導通
率上昇）により、スイッチ手段の導通率が徐々に上昇す
るので、エンジンに対し、発電機の負荷も徐々に増加
し、エンジンに急激に負荷が加わることがない。

〔発明の効果〕

本構成によると、（１）積分回路をスイッチ手段に接続することで、コン
デンサが、スイッチ手段のON,OFFに応じて充放電を繰り
返すようにしているから、従来の如く、単にコンデンサ
の放電のみに対して、コンデンサの容量を小さくでき
る。

（２）従来に必要とされる電気負荷投入の検出回路（バ
ッテリ電圧が所定値下がった否かを判断する）を不必要
とできる。

という優れた効果を有する。

〔実施例〕

以下本発明を図に示す実施例について説明する。第１
図において、１は車両用交流発電機であり、この発電機
１は、Ｙ結線された３相の固定子巻線11、図示しないエ
ンジンにより回転駆動される界磁巻線13及び固定子巻線
11に出力される交流出力を全波整流する整流器12とから
なる。発電機１は、周知のように、エンジンにより、ベ
ルト及びプーリを介して駆動される。

２はバッテリであり、一端が全波整流器12に接続され
ている。４はキースイッチ、５は電気負荷６をバッテリ
２と接続するための切り換えスイッチである。

制御回路３は、発電機１の界磁巻線13に流れる界磁電
流を制御するものであり、例えば、米国特許第3538361
号および米国特許第4419597号に示す周知の如く、車両
用交流発電機１上に組み付けられている。

次に、制御回路３について詳細に説明する。

電圧制御回路31は、比較器314およびバッテリ２の
（＋）端子に接続された第１の抵抗312ならびに第２の
抵抗313とコンデンサ311の並列回路とを有している。

また、比較器314の（−）側入力は、第1,第２の抵抗3
12,313間に接続され、一方、（＋）側入力は基準電圧Vr
efが入力されている。そして、この電圧制御回路31は、
バッテリ電圧が、V_H以上の時にL₀レベルを出力し、一
方、バッテリ電圧がV_L以下の時に、H_iレベルを出力する
ように設定されている。

32は平均導通率検出回路であり、界磁巻線13と出力ト
ランジスタ39との間に接続されている。この検出回路
は、第３の抵抗321と、一端が接地されたコンデンサ322
とからなる。そして、この検出回路32のコンデンサ322
の充電電圧は、出力トランジスタ39が導通している時に
は、界磁巻線13と出力トランジスタ39との間が低レベル
となり、第３の抵抗321を介して、放電される。

一方、出力トランジスタ39が遮断している時には、界
磁巻線12と出力トランジスタ39との間は高レベルとな
り、コンデンサ322は第３の抵抗321を介して充電され
る。

ここで、第３の抵抗321は約１（ＭΩ）、コンデンサ3
22は約0.2（μＦ）としてあり、第３の抵抗321とコンデ
ンサ322との時定数を200（msec）と設定している。ま
た、コンデンサ322の充電電圧は、後述の三角波発生回
路351の電圧に対応しており、完全に充電されている時
に、三角波電圧のピーク値と同じ４〔Ｖ〕に、一方完全
に放電された時には、三角波電圧のボトム値と同じ０
〔Ｖ〕になるようにしてある。

従って、約200（msec）の間に、出力トランジスタ39
の導通，遮断によるコンデンサ322の放電，充電によ
り、コンデンサ322に充電される電圧が、出力トランジ
スタ39の平均導通率として検出することができる。つま
り、コンデンサ322の充電電圧は、０〜４〔Ｖ〕の範囲
で変動し、０〜４〔Ｖ〕の電圧が、平均導通率100〜０
（％）と対応することになる。

33はボルテージフォロワーからなるインピーダンス変
換回路で、コンデンサ322の電圧を正確に検出し、この
電圧を出力する。

34は前記平均導通率検出回路32の検出値に所定量を加
算するための降圧回路で、第４の抵抗341と定電流回路3
42からなり、抵抗341は約４（ＫΩ）定電流は100〔μ
Ａ〕として、この回路42での電圧低下量を導通率10％に
相当する約0.4〔Ｖ〕としている。

35は最大信号発生回路であり、比較器352と三角波発
生回路351とからなる。この比較器352の（−）側入力は
降圧回路34の出力に、（＋）側入力は三角波発生回路35
1に接続されている。

この三角波発生回路351はピーク値が4V,ボトム値0V
で，周期Ｔが約20msの三角波を発生する。

従って、上記構成において、出力トランジスタ39の平
均導通率が50％の状態の時では、平均導通率検出回路32
のコンデンサ322の充電電圧は、２〔Ｖ〕となる。ま
た、降圧回路34の出力電圧は、２〔Ｖ〕より0.4〔Ｖ〕
低い1.6〔Ｖ〕となる。さらに、最大信号発生回路35で
は、比較器352により、上記1.6〔Ｖ〕を三角波を比較す
ることで、60％のONデューティで、周期が三角波の周期
と同じ20（msec）の信号を出力することとなる。つま
り、出力トランジスタ39のONデューティＤに対して、最
大信号発生回路35の出力信号V_Gは、デューティ｛Ｄ＋α
（10％）｝となるように設定している。

38はAND回路であり、電圧制御回路31の比較器314の出
力および最大信号発生回路35の比較器352の出力を入力
する。

39は出力トランジスタであり、AND回路38の出力に応
じて、界磁巻線13に流れる電流をON,OFFさせるものであ
る。

次に、上記構成において、その作動を説明する。

第１に、第２図に基づいて、エンジン始動時の作動に
説明する。

まず、キースイッチ４の投入時には、発電機１はまだ
発電しておらず、第１図に示す平均導通率検出回路32の
◎点電圧V_Cは4Vに充電されており、降圧回路34の出力電
圧はV_cより0.4V低い3.6Vの電圧を出力する。従って、最
大信号発生回路35の出力信号V_Gは、ONデューディが10％
で、周期が約20msの制御信号が出力される。一方、エン
ジン始動時までは、電圧制御回路31の出力V_Aは、バッテ
リ電圧V_Sが基準電圧V_H以下のため、比較器314により、H
_i信号が出力される。

しかしながら、AND回路38により、出力トランジスタ3
9は最大信号発生回路32の信号V_G（ONデューティ10％の
信号）で制御される。

そして、出力トランジスタ39が10％のONデューティで
制御されることで、平均導通率検出回路の32のコンデン
サ電圧は、出力トランジスタ39のON,OFFで充放電を繰り
返して、徐々に低下する。それに伴って、降圧回路34の
出力電圧も徐々に低下するので、最大信号発生回路35の
出力信号V_Gも第２図に示す如く、徐々に増加する。従っ
て、出力トランジスタ39の導通率が増加し、界磁電流が
徐々に増加する。

次に、エンジン（E/G）を起動して発電機１が発電を
開始する時の動作について、第２図に基づいて説明す
る。E/Gが起動される前に、出力トランジスタ39の制御
信号V_Hは、100％のON信号となっているので、E/Gが起動
されてE/G回転が上昇するに伴い、発電機１の出力が増
して、バッテリ電圧が上昇する。そして、バッテリ電圧
V_Sが制御電圧の上限値V_Hに達すると、電圧制御回路31の
出力V_AはH_iからL₀に切替わり、出力トランジスタ39は遮
断される。遮断されるまでの間、出力トランジスタ39は
連続ONの状態にあるので、平均導通率検出電圧V_Cは完全
に放電され、0Vとなっているので、最大信号発生回路35
の出力V_Gは100％のON信号が出力されている。

また、出力トランジスタ39遮断後、バッテリ電圧V
_Sは、バッテリ２の容量と電気負荷６によって決まる速
度で下降し、下限値V_Lに達するまで、電圧制御回路31の
出力により、出力トランジスタ39は遮断の状態にあり、
界磁電流も減少していく。V_SがV_L0以下になると電圧制
御の出力がL₀からH_iへ切替わるので出力トランジスタ39
は再び導通状態となる。

そして、バッテリ電圧V_Sが、上限値V_Hと下限定値V_Lと
の間に位置するように、出力トランジスタ39を制御す
る。

次に、一定の負荷状態でかつエンジン回転数が一定の
状態を、第３図に基づいて説明する。第３図において、
出力トランジスタ39の導通率が約70％で安定していると
する。

この時、平均導通率検出回路32の検出電圧V_Cは、導通
率70％に相当する1.2〔Ｖ〕であり、また降圧回路34の
出力電圧V_Dは0.8〔Ｖ〕となっている。従って、最大信
号発生回路35の出力信号V_Gは、第３図（ｄ）に示す如
く、20msecの周期で、80％のONデューティを出力してい
る。

一方、電圧制御回路31は、バッテリ電圧V_Sが下限値V_L
よりも低くなった時に、H_i信号V_Aを出力し、このH_i信号
と、上記出力信号V_GとのANDにより、第３図（ｆ）に示
す制御信号V_Hに応じて、出力トランジスタ39をON,OFF制
御する。

従って、バッテリ電圧V_Sとしては、第３図（ａ）に示
す如く、下限値V_Lより階段状に上昇し、上限値V_Hに達す
ると、所定の時定数で下降するようになって、バッテリ
電圧V_Sを上限値V_Hと下限値V_Lとの間に維持する。

次に、上記安定状態において、電気負荷６が投入され
た状態を、第４図に基づいて説明する。

安定状態（平均導通率が60％の場合）では、最大信号
発生回路35の出力信号V_Gは、第４図（ｄ）の如く、70％
のONデューティの信号V_Gを出力している。

そこで、大きい電気負荷６が投入されると、第４図
（ａ）の如く、バッテリ電圧V_Sが、発電機１の出力のみ
では補うことができないため、下降値V_L以下に低下して
しまう。そのため、電圧制御回路31の出力信号V_Aは、第
４図（ｅ）の如く、H_i信号を出力し続ける。

そのため、今まで、平均導通率が60％であったのに対
し、第４図（ｆ）に示す如く、上記出力信号V_Aと出力信
号V_GとのANDにより、出力トランジスタ39は、70％のON
デューティで、制御されることになる。

そして、出力トランジスタ39が70％のONデューティで
制御されるため、今まで、60％のONデューッティに対応
した電圧V_Cを有していた平均導通率検出回路32は、第３
の抵抗321とコンデンサ322との時定数200〔msec〕，お
よび出力トランジスタ39のデューティによる充放電によ
り、徐々に出力電圧V_Cが低下していく。

それに伴って、降圧回路34の出力電圧V_Dも、上記出力
電圧V_Cより0.4〔Ｖ〕低い電圧から徐々に低下してい
く。

従って、最大信号発生回路35の出力信号V_Gは、降圧回
路34の出力電圧V_Dの低下に伴って、第４図（ｄ）の如
く、70％のONデューティから徐々に増加し、出力トラン
ジスタ39のONデューティを徐々に増加させている。

よって、出力トランジスタ39のONデューティの増加に
応答して、平均導通率検出回路32の出力電圧V_Cも徐々に
低下し、上述の如く、結果的に、出力トランジスタ39の
制御信号V_Hが、第４図（ｆ）に示す如く、ONデューティ
70％から100％まで、徐々に増加する。

従って、電気的負荷６が投入された時は、出力トラン
ジスタ39の導通率（界磁電流）が急激に上昇せず、徐々
に上昇するため、エンジンにもゆっくりと発電機の負荷
が加えられることになる。つまり、急激な電気的負荷６
の投入によるエンジンの振動，失速を防止することがで
きる。

一方、急激なエンジン回転数の低下時には、混合気の
悪化および燃料カット等に加えて回転数の低下に伴っ
て、バッテリ電圧を低下させまいとして、界磁電流を増
加させることに発電機の負荷の増加で、エンジンのスト
ールが発生しやすくなっている。

そこで、エンジン回転数が低下した場合について、第
５図に基づき説明する。上述の如く、エンジン回転数が
低下すると、発電機１の出力電圧が低下して、第５図
（ｂ）の如く、バッテリ電圧V_Sが上限値V_Hまで、上昇し
なくなる。

そのため、第５図（ｆ）の如く、電圧制御回路31の出
力信号V_AはH_i信号を出しつづける。

また、回転数が低下する前は、出力トランジスタ39の
導通率が40％と一定になっているのに対し、回転数の低
下により、出力信号V_AのH_i信号により、第５図（ｇ）の
如く、最大信号発生回路35の50％のONデューティに、出
力トランジスタ39が制御される。

これにより、前述した如く、平均導通率検出回路32お
よび降圧回路34の出力電圧V_C,V_Dが徐々に低下すると共
に、最大信号発生回路35の出力信号V_GのONデューティが
徐々に増加して、界磁電流を徐々に増加させる。

そして、エンジン回転数が落ちつき、その回転数，電
気負荷との関係で、出力トランジスタ39の導通率が定ま
る値となると、第３図に示す安定状態となる。

そして、本願発明において、平均導通率検出回路32の
コンデンサ322の容量を小さくできる点について、以下
第６図および第７図に基づいて説明する。第６図は本願
発明の平均導通率検出回路のコンデンサ電圧の変化、第
７図は従来の平均導通率検出回路のコンデンサ電圧の変
化をそれぞれ示してある。

そして、抵抗321とコンデンサ322との積分回路はV_CC
とGNDにて充放電されるとして、スイッチの導通率がＤ
（％）から徐々に増加する場合を考える。

第６図に於いて、負荷投入直後、コンデンサ322の電
圧次に、負荷投入後許容される導通率は、Ｄ＋α（αは
所定の加算量）の為、スイッチのON時間はとなる。この結果、負荷投入後t_ON経過後のV_C（ｔ）
は、 T₁:三角波発生回路351の発生周期更に、負荷投入後時
間T₁経過後のV_C（ｔ）はと表せる。

（１），（２），（３）式より負荷投入後時間T₁経過
後のV_Cの低下量ΔV₁求めると以下の如くなる。

同様にして、第７図に示す従来のコンデンサと抵抗の
単なる放電方式の場合の負荷投入後、時間T₁経過後のV_C
の低下量ΔV₁′を求めると以下のとおりとなる。

（４）式より本願発明の方式では、V_Cの低下量は増加
する前の普通率Ｄに依存せず、常に所定量αに比例し、
CRに反比例した一定量となるのでαを小さくすることに
より低下量を小さくできる。

また、（５）式より従来のものでは、V_Cの低下量は増
加する前の導通率Ｄに依存し、この導通率Ｄが小さい
程、所定時間のV_Cの低下量は大きくなってしまう。即
ち、この電圧V_Cの低下と、三角波とで、導通率を決定し
ているので、発電量が少ない時（導通率Ｄが小さい）か
ら増加する場合程、所定時間の導通率の増加速度が大き
くなってしまう。

従って、車両において、出力トランジクタ39の導通率
Ｄが小さく、発電機の発電量の少ない状態から、界磁電
流を増加させて、発電機の発電量を急激に増加すること
が問題となっているのに対し、従来のものでは、発電機
の発電量が少ない時程、界磁電流を急激に増加させてし
まうため、それを補うために、最悪状態を考慮してコン
デンサを大型化しなくてはいけない。逆に、コンデンサ
を大型化することで、出力トランジスタの導通率Ｄが大
きい時に、電気負荷が投入された時には、導通率Ｄが10
0％に達するまでに、時間がかかり、バッテリに対し充
電不足となってしまう。

一方、本願発明では導通率Ｄに関係なく、単にCRによ
り決定されることで、上述した問題はなくなる。

さらに、（４），（５）式の比較結果より、同じV_Cの
低下量を確保するには、本発明の場合、従来の方式の単
なるCRの放電に対し、の時定数でよいので、αを小さくすることで、従来のCR
に対し大幅に小さくすることが可能となる。

例えば、界磁電流の増加速度を制御する必要性の高い
Ｄ≦50％では、α＝５％とすると、従来のものよりも、
1/10以下のコンデンサ容量ですむ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一例を示す電気回路図、第２図な
いし第５図は、それぞれの状態における回路上の各点の
電圧もしくは信号の波形を示す波形図、第６図は電気負
荷投入時の本発明の積分回路の出力電圧の状態を示す波
形図、第７図は電気負荷投入時の従来の積分回路の出力
電圧の状態を示す波形図である。１……発電機,13……界磁巻線,2……バッテリ,3……制
御回路,31……電圧制御回路,32……積分回路,321……第
３の抵抗,322……コンデンサ,34……変化回路をなす降
圧回路,35……最大信号発生回路,351……三角波発生回
路,39……出力トランジスタ,6……電気負荷。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】固定子巻線および界磁巻線を有し、バッテ
リを充電すると共に、エンジンによって駆動される車両
用交流発電機と、前記界磁巻線に直列に接続されたスイッチ手段と、前記バッテリの電圧を検出し、このバッテリ電圧を所望
の値に維持するように、制御信号を出力し、前記スイッ
チ手段をON,OFF制御して、前記界磁巻線に流れる電流を
調節する電圧制御手段と、前記スイッチ手段に接続され、ON,OFF状態に対応して、
充放電を繰り返し、前記スイッチ手段の導通率の関数と
しての大きさの信号を検出するための抵抗およびコンデ
ンサを有する積分回路と、この積分回路の信号を一定量変化させる変化回路と、この変化回路で得た信号と三角波発生回路の出力を比較
し、前記積分回路で得た前記スイッチ手段の導電率より
一定量大きいON期間の信号を出力する最大信号発生装置
と、この最大信号発生装置のON期間の信号に応答して、前記
電圧制御手段の制御信号を許可して、前記スイッチ手段
をON,OFF制御する許可手段と、を備えた車両の充電制御装置。