JP2918755B2 - 充電制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、充電制御装置、特に
車両に搭載された内燃機関によって駆動され且つ蓄電池
を充電する交流発電機の出力電圧を制御するマイクロコ
ンピュータ内蔵式充電制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は例えば実公昭６１−１４３２０号
公報や実公昭６２−３０４８０号公報に開示されたのと
同様な充電用交流発電機および従来の一般的な充電制御
装置を示す回路図である。図において１は車両に搭載さ
れた内燃機関（図示しない）によって駆動される充電用
交流発電機例えば三相交流発電機であって、三相星形結
線された電機子コイル１０１および界磁コイル１０２並
びに電機子コイル１０１の出力側で互いに並列接続され
て三相交流出力電圧を全波整流する第１整流器１０３お
よび第２整流器１０４を有している。１０５は交流発電
機１の界磁コイル１０２に接続されて発電開始時に界磁
コイル１０２に界磁電流を供給するのに用いられる初期
励磁用端子、そして１０６は第１整流器１０３の出力側
に接続されて交流発電機１の出力電圧で後述する蓄電池
を充電するのに用いられる充電用出力端子である。２は
交流発電機１と一体に取り付けられた充電制御装置とし
ての電圧調整器であって、蓄電池をあらかじめ設定され
た充電電圧に調整するために、蓄電池の端子電圧検出端
子２０１と、この端子電圧検出端子２０１を通して得ら
れる端子電圧レベルを用いて界磁コイル１０２に流れる
界磁電流を制御する電子回路２０２と、この電子回路２
０２の出力側で界磁コイル１０２と直列に接続されて電
子回路２０２から出力された駆動信号によって界磁電流
をＯＮ／ＯＦＦスイッチングするパワートランジスタ２
０３と、第２整流器１０４の出力側および電子回路２０
２の入力側に接続されて第２整流器１０４から電圧が入
力される電圧入力端子２０４とを有している。３は車両
に搭載された蓄電池であって、その正極が充電用出力端
子１０６に接続され且つ負極がアースされている。４は
車両のキースイッチであって、その一端が蓄電池３の正
極に接続されている。５はキースイッチ４の他端と初期
励磁用端子１０５の間に接続されて交流発電機１の発電
状態を表示するチャージランプである。

【０００３】次に動作について説明する。内燃機関を始
動させるためにキースイッチ４を閉じると、蓄電池３か
ら閉じたキースイッチ４、チャージランプ５、初期励磁
用端子１０５を通して交流発電機１の界磁コイル１０２
に界磁電流が供給される（初期励磁）。内燃機関が始動
した後は電機子コイル１０１に三相交流電圧が誘起さ
れ、この三相交流電圧は第１整流器１０３によって全波
整流されて直流電圧になった後に充電用出力端子１０６
から蓄電池３に供給されてこれを充電する。同時に、第
２整流器１０４で整流された出力電圧によって初期励磁
用端子１０５での電圧が蓄電池端子電圧まで上昇する
と、蓄電池３からチャージランプ５を経由した電流は流
れなくなるとともに、第２整流器１０４から界磁コイル
１０２に励磁電流が供給されるようになる（自己励
磁）。以降、内燃機関が回転している間、交流発電機１
は自己励磁で発電する。尚、界磁電流供給時、パワート
ランジスタ２０３はＯＮ（閉）である。

【０００４】蓄電池３の充電電圧の制御は電圧調整器２
によって行われ、端子電圧検出端子２０１での蓄電池３
の端子電圧レベルと電子回路２０２にあらかじめ設定さ
れた出力電圧値（目標充電電圧値）とを電子回路２０２
にて比較して、蓄電池３の端子電圧が目標充電電圧値よ
り低い場合は、電子回路２０２がパワートランジスタ２
０３をＯＮ（閉）にし続けることで界磁コイル１０２に
界磁電流が供給され、ひいては電機子コイル１０１が発
電してその出力電圧で蓄電池３を充電する。蓄電池３の
端子電圧が目標充電電圧値より高い場合は、電子回路２
０２がパワートランジスタ２０３をＯＦＦ（開）にする
ことで界磁コイル１０２への電流を遮断し、交流発電機
１の発電を停止させて蓄電池３への充電を停止する。こ
のように、電圧調整器２は蓄電池３の端子電圧を検出し
て目標充電電圧値と比較し、その結果によってパワート
ランジスタをＯＮ／ＯＦＦすることで界磁コイル１０２
への電流を制御し、所定の交流発電機出力電圧が得られ
るようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の充電制御装置
は、上述したように構成され、蓄電池の充電特性が温度
によって変化するのを補償するために温度補償回路（図
示しない）を内蔵することがある。しかしながら、充電
制御装置と蓄電池の設置場所によっては大きな温度差が
あり或は両者の熱容量に大きな差があるため、温度上昇
の相関性がくずれることが多く、交流発電機の出力電圧
を蓄電池の充電に最適な値に制御することは困難であ
り、蓄電池の過充電或は充電不足を引き起こし、結果的
に蓄電池の寿命が短くなるといった問題点があった。こ
の発明の目的は、このような問題点を解決出来る充電制
御装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る充電制御
装置は、蓄電池の端子電圧、内燃機関の吸気温度、冷却
水温度をそれぞれ検出するセンサ手段と、これらセンサ
手段の検出値から前記蓄電池の最適充電電圧を求め、交
流発電機の界磁コイルに供給される界磁電流を制御する
ことにより前記交流発電機の出力電圧を前記最適充電電
圧に制御するマイクロコンピュータ内蔵電圧調整装置と
を設けたものである。

【０００７】

【作用】この発明では、内燃機関の吸気温と冷却水温に
よって蓄電池液温を演算し、ひいては蓄電池の最適充電
電圧を求め、交流発電機の出力電圧を前記最適充電電圧
に制御する。

【０００８】

【実施例】実施例１．以下、この発明の一実施例を図に
ついて説明する。図１はこの発明に係る充電制御装置の
実施例１を示す回路図であり、充電用交流発電機１Ａは
図５の交流発電機１と違って、第２整流器１０４および
初期励磁用端子１０５を有さず、また電圧調整器２も一
体に取り付けられていない。従って、第１整流器１０３
を以後、単に整流器と呼び、界磁コイル１０２を充電用
出力端子１０６と図５中のパワートランジスタ２０３と
同様なスイッチング素子６との間に接続し、更に１個の
電機子コイル１０１の一端から交流発電機１Ａの発電状
態を検出する発電検出線１０７を取り出す。なお、３，
４，５は図５に示したそれぞれ蓄電池、キースイッチ、
チャージランプである。７はマイクロコンピュータ（図
示しない）を内蔵した電圧調整装置であって、以後、マ
イコン内蔵電圧調整装置と呼ぶ。８はこのマイコン内蔵
電圧調整装置７と蓄電池３の正極との間に接続されて蓄
電池の端子電圧を検出する手段例えば端子電圧検出端
子、そして９，１０はそれぞれ内燃機関の吸気温度を検
出する吸気温センサ、冷却水温度を検出する冷却水温セ
ンサであって、マイコン内蔵電圧調整装置７と電気的に
接続されている。

【０００９】以上のように構成された図１の装置の動作
を次に説明する。先ず、内燃機関を始動させるためにキ
ースイッチ４を閉じると、蓄電池３よりキースイッチ４
を通ってマイコン内蔵電圧調整装置７に電源が供給さ
れ、マイコンが動作状態となる。マイコン内蔵電圧調整
装置７は、先ず、チャージランプ５を点灯させ、次に端
子電圧検出端子８、吸気温センサ９、冷却水温センサ１
０よりそれぞれの検出情報を取り込み、これらの検出値
を基に蓄電池液温を演算し、演算された蓄電池液温に最
適な蓄電池充電電圧Ｖｒｅｇを決定する。この状態で内
燃機関が始動して交流発電機１Ａが駆動されると、マイ
コン内蔵電圧調整装置７は発電検出線１０７より交流発
電機１Ａの発電を検出し、チャージランプ５を消灯さ
せ、蓄電池３の端子電圧Ｖｂが最適充電電圧Ｖｒｅｇと
なるようにスイッチング素子６に制御信号を与えて交流
発電機１Ａの出力電圧を制御する。そして、内燃機関の
運転中、上述したセンサ信号の検出、演算、スイッチン
グ素子６の制御を繰り返し、端子電圧が常に最適充電電
圧となるよう制御する。

【００１０】次に、最適充電電圧Ｖｒｅｇをどのように
決定するかについて説明する。蓄電池３には温度特性が
あり、最適充電電圧Ｖｒｅｇは蓄電池液温の上昇に反比
例して低くすることが望ましいことは良く知られてい
る。例えば、図２に示す蓄電池液温／蓄電池充電電圧曲
線のように蓄電池液温に対して適正な充電電圧があり、
充電電圧を上げすぎると蓄電池３は過充電、下げすぎる
と過放電すなわち充電不足となる。ここで、蓄電池液温
に対して充電電圧をこの適正範囲内に維持することが蓄
電池３の長寿命化に効果を発揮する。

【００１１】また、蓄電池液温の熱時定数は蓄電池容量
によって多少異なるものの通常、数時間以上あり、吸気
温や冷却水温に比べるとその変化速度は非常にゆっくり
している。そこで、これらの温度変化を時間の経過に対
して比較すると、図３のようになり、この図から、３つ
の領域に分けて考えることが出来る。つまり、吸気温Ｔ
ａ、冷却水温Ｔｗ、蓄電池液温Ｔｂの全てが低い第１領
域、吸気温Ｔａ、冷却水温Ｔｗは飽和しているが、蓄電
池液温Ｔｂはまだ飽和していない第２領域、そして吸気
温Ｔａ、冷却水温Ｔｗ、蓄電池液温Ｔｂの全てが飽和し
ている第３領域である。

【００１２】この発明による充電制御装置は、吸気温Ｔ
ａと冷却水温Ｔｗを基にこれら３つの領域を判別し、そ
れぞれの領域に対応した演算係数によって蓄電池液温Ｔ
ｂを演算（推定）し、蓄電池３に最適な充電電圧を決定
してその端子電圧がこの最適充電電圧となるようにスイ
ッチング素子６を制御する。これによって交流発電機１
Ａの出力電圧は、常に蓄電池３に最適な充電電圧に維持
されることになる。

【００１３】次に上述したマイコンの動作を図４のフロ
ーチャートに基づいて補足説明する。先ず、ステップＳ
１００〜ステップＳ１０２にて端子電圧Ｖｂ、吸気温Ｔ
ａ、冷却水温Ｔｗを検出し、ステップＳ１０３にて検出
された吸気温Ｔａを平均化する（吸気温Ｔａ→平均吸気
温Ｔａバー）。この吸気温Ｔａの平均化処理は、車速や
内燃機関回転数、或いは、車両が走行する道路の環境の
変化に伴う吸気温Ｔａの変動を緩慢化するために行う。
次に、ステップＳ１０４にて、冷却水温Ｔｗが飽和温度
Ｔ１に達しているかどうかを判定する。もし冷却水温Ｔ
ｗが飽和温度Ｔ１に達していない場合には、上述した第
１領域に在ると判別し、つまり、吸気温Ｔａ、冷却水温
Ｔｗ、蓄電池液温Ｔｂともに低いと判別し、この第１領
域の特性に応じて予め決められている蓄電池液温演算係
数Ｗ１、Ａ１がステップＳ１０５にて与えられる。そし
て、ステップＳ１０６にて冷却水温飽和後の経過時間を
計上するタイムカウンタ（図示しない）をリセットし、
ステップＳ１１１へ進む。このステップＳ１１１では、
冷却水温Ｔｗとその演算係数Ｗ１、平均吸気温Ｔａバー
とその演算係数Ａ１によって蓄電池液温Ｔｂを演算する
（Ｔｂ＝Ｗ１・Ｔｗ＋Ａ１・Ｔａバー）。そして、ステ
ップＳ１１２においては、図２の充電特性を基に、求め
られた蓄電池液温Ｔｂから蓄電池３の最適充電電圧Ｖｒ
ｅｇを決定し、ステップＳ１１３にて蓄電池３の端子電
圧Ｖｂが最適充電電圧Ｖｒｅｇに維持されるようにマイ
コン内蔵電圧調整装置７はスイッチング素子６を制御す
る。

【００１４】ところで、ステップＳ１０４において冷却
水温Ｔｗが飽和温度Ｔ１に達していた場合にはステップ
Ｓ１０７に進む。このステップＳ１０７では、蓄電池液
温Ｔｂが飽和しているか否かの判定を冷却水温飽和後の
経過時間を計上するタイムカウンタ（図示しない）の値
によって判別する。もしタイムカウンタの値が蓄電池液
温Ｔｂの飽和時定数以下であるならば、上述した第２領
域に在ると判別し、つまり、冷却水温Ｔｗは飽和してい
るが、蓄電池液温Ｔｂは飽和していないと判別し、ステ
ップＳ１０８にて、この第２領域の特性に応じて予め決
められている蓄電池液温演算係数Ｗ＝Ｗ２、Ａ＝Ａ２が
与えられる。そして、ステップＳ１０９にて上述のタイ
ムカウンタ（冷却水温飽和後の経過時間）をインクリメ
ントし、ステップＳ１１１へと進む。

【００１５】もしステップＳ１０７にてタイムカウンタ
の値が所定値以上であれば、冷却水温Ｔｗも蓄電池液温
Ｔｂも飽和している第３領域に在ると判別し、ステップ
Ｓ１１０にて、この第３領域の特性に応じて予め決めら
れている蓄電池液温演算係数Ｗ＝Ｗ３、Ａ＝Ａ３が与え
られ、ステップＳ１１１へと進む。以降、第１領域での
場合の処理と同様に、ステップＳ１１１にて蓄電池液温
Ｔｂを演算し、ステップＳ１１２にて蓄電池液温Ｔｂに
応じた最適充電電圧Ｖｒｅｇを決定し、そしてステップ
Ｓ１１３にて蓄電池３の端子電圧Ｖｂが最適充電電圧Ｖ
ｒｅｇに維持されるようにスイッチング素子６が制御さ
れるのである。

【００１６】以後、これらの一連の処理を繰り返すこと
で、走行状態にかかわらず常に蓄電池３に最適な充電電
圧を設定でき、蓄電池３の過充電、或いは、充電不足を
防止することが出来る。

【００１７】なお、上述した実施例では、マイコン内蔵
電圧調整装置とスイッチング素子とを別に構成したが、
これらを一体に構成しても良い。

【００１８】また、この発明の充電制御装置を内燃機関
制御コンピュータ上で実現すれば、従来、内燃機関制御
コンピュータが持ち合わせている吸気温センサ情報や冷
却水温センサ情報をそのまま流用でき、ワイヤーハーネ
スの削減にもなる。

【００１９】

【発明の効果】以上のように、この発明は、蓄電池の端
子電圧、内燃機関の吸気温度、冷却水温度をそれぞれ検
出するセンサ手段と、これらセンサ手段の検出値から前
記蓄電池の最適充電電圧を求め、交流発電機の界磁コイ
ルに供給される界磁電流を制御することにより前記交流
発電機の出力電圧を前記最適充電電圧に制御するマイク
ロコンピュータ内蔵電圧調整装置とを備えているので、
蓄電池の過充電或は過放電を防止し、蓄電池の長寿命化
を図れるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による充電制御装置を示す
回路図である。

【図２】蓄電池液温に対する適正充電電圧特性図であ
る。

【図３】内燃機関の吸気温、冷却水温、および蓄電池液
温の特性図である。

【図４】マイコン内蔵電圧調整装置中のマイコンのフロ
ーチャートである。

【図５】交流発電機および蓄電池並びに従来の充電制御
装置を示す回路図である。

【符号の説明】

１Ａ 交流発電機 １０１ 電機子コイル １０２ 界磁コイル １０３ 整流器 ３ 蓄電池 ７ マイコン内蔵電圧調整装置 ８ 端子電圧検出端子 ９ 吸気温センサ １０ 冷却水温センサ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓄電池の両端間に接続されて前記蓄電池
   から界磁電流が供給される界磁コイル、内燃機関によっ
   て駆動され前記界磁電流の供給で交流電圧を発生する電
   機子コイル、およびこの電機子コイルに接続されてその
   交流電圧を直流電圧に変換して出力する整流器を有する
   交流発電機から前記蓄電池への充電を制御するものにお
   いて、 前記蓄電池の端子電圧、前記内燃機関の吸気温度、冷却
   水温度をそれぞれ検出するセンサ手段と、 これらセンサ手段の検出値から前記蓄電池の最適充電電
   圧を求め、前記界磁電流を制御することにより前記交流
   発電機の出力電圧を前記最適充電電圧に制御するマイク
   ロコンピュータ内蔵電圧調整装置と、 を備えたことを特徴とする充電制御装置。