JP3267018B2 - 車両用発電機の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は車両用発電機の制御装置
に関し、特に発電電圧を適正に変更してバッテリの過充
電を効果的に防止するとともに、発電に要する車両の燃
費を改善できる車両用発電機の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の車両用発電機の制御装置では、バ
ッテリへの充電を速やかになすためにバッテリ開放端子
電圧（例えば１２．８Ｖ）よりもかなり高い一定の発電
電圧（例えば１４．５Ｖ）を維持するように制御してい
るが、これでは発電能力に比して電気負荷が小さい場合
にはバッテリの充電を促進し、満充電状態にする可能性
がある。そして満充電後もこの状態が続けばエンジン負
担を大きくして燃費を悪化せしめるとともに、バッテリ
の過充電を生じることがある。

【０００３】そこで、例えば特願平４ー１８３１６６号
では、発電機の界磁巻線（ロータコイル）に通電するス
イッチングトランジスタの導通率（すなわち発電機の発
電率）を検出し、発電電圧目標値が低い状態で発電率が
所定値以上になるとバッテリが放電気味であるとして上
記目標値を高く変更することによりバッテリ充電を促進
し、目標値を高くした状態で発電率が他の所定値よりも
小さくなるとバッテリが良好に充電されたとして上記目
標値をもとの低い値に戻すものが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記提案の制御装置は
バッテリの過充電を回避して充電状態を適正に維持でき
るとともに、無駄な発電をしないから車両の燃費が向上
するという優れた機能を発揮するものであるが、未だ改
善すべき点がある。すなわち、発電機の発電率はバッテ
リの充電状態の指標となり得るものではあるが、バッテ
リおよびこれに並列接続された電気負荷に対して発電機
の発電能力が相対的に大きい場合には、発電率は必ずし
もバッテリの充電状態を良く反映するものとはならな
い。これは発電機の発電余裕が相対的に大きいので、バ
ッテリが未充電で大きな充電電流を必要としていても発
電機の発電に余力が生じるからである。したがって、か
かる場合に発電率が所定値（例えば１００％）を下回っ
た時点で即座に発電電圧目標値を低下せしめると、バッ
テリは未充電状態のままになるという不具合を生じる。

【０００５】本発明はかかる課題を解決するもので、発
電機の発電余裕が変化しても、常にバッテリを良好な充
電状態に保つことができ、かつ車両の燃費向上も実現で
きる車両用発電機の制御装置を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１の発明の
構成を図６で説明すると、固定子巻線および界磁巻線を
有し、エンジンにより回転駆動されるとともに電気負荷
への電力供給およびバッテリへの充電を行う発電機と、
発電機の回転数を検出する回転数検出手段と、上記発電
機の発電電圧を目標値に維持するように制御する発電電
圧制御手段と、上記発電機の発電率を検出する発電率検
出手段と、一の発電電圧目標値の下で上記発電率が第１
の所定値以上となる累積時間が一定値を越えた時に上記
発電電圧目標値を高く変更するとともに、この高く変更
した状態で、発電機回転数が所定回転数よりも低くかつ
発電率が第２の所定値よりも小さくなった時に上記発電
電圧目標値をもとの低い値に戻す目標値変更手段と、該
目標値変更手段が発電電圧目標値をもとの低い値に戻す
に際して、所定の遅延時間を付与する遅延手段とを具備
している。請求項２に記載の発明は、遅延時間は、発電
機の回転数が低い場合には短く変更されることを特徴と
している。 請求項３に記載の発明は、遅延時間は、特定
の電気負荷の投入を検出したときには短く変更されるこ
とを特徴としている。

【０００７】

【作用】上記構成の制御装置において、発電電圧目標値
を低くしてバッテリの充電を抑制した制御時に発電率が
第１の所定値以上の場合、バッテリは放電している可能
性があると判断し、その状態の累積時間が一定値を越え
た時、上記発電電圧目標値を高く変更して速やかな充電
を行なう。一方、発電機回転数が所定回転数よりも低く
かつ発電率が第２の所定値よりも小さくなった時には、
上記発電電圧目標値をもとの低い値に戻すが、戻すに際
して所定の遅延時間が付与される。すなわち、発電機の
発電余裕がバッテリおよび電気負荷に対して相対的に大
きい場合には、発電率が上記他の所定値より小さくなっ
ても未だバッテリの充電が十分でないおそれがある。そ
こで、発電電圧目標値をもとの低い値に戻すのを遅延せ
しめれば、この間にバッテリの充電は急速に進み、良好
な充電状態となる。上記目標値を低い値に戻す際の所定
時間は、発電余裕の相対的な大きさに無関係に一定とし
ても効果があり、また、発電余裕の相対的な大きさに応
じて変化させるとさらに大きな効果が得られる。かくし
て、バッテリの過充電が回避されるとともに無駄な発電
がなされないから車両の燃費も向上する。

【０００８】

【実施例１】図１において、発電機１は固定子巻線たる
ステータコイル１１と、界磁巻線たるロータコイル１
２、および全波整流器１３より構成され、ロータコイル
１２がエンジン７により回転駆動されてその回転数に応
じて発電能力が増減する。ロータコイル１２は発電電圧
制御回路３のスイッチングトランジスタ３１によりＯＮ
−ＯＦＦ通電される。かかるトランジスタ３１の作動は
コンパレータ３２の出力により制御され、該コンパレー
タ３２にはＤ／Ａコンバータ３３からの発電電圧目標値
信号Ｖｒｅｇとバッテリ６のフィードバック電圧信号Ｖ
F が入力している。この結果バッテリ電圧は、目標値変
更回路５のＩ／Ｏポート５２を経て上記Ｄ／Ａコンバー
タ３３に与えられる目標値に追従一致せしめられる。

【０００９】目標値変更回路５は、演算装置（ＣＰＵ）
５１およびＲＯＭ５３、ＲＡＭ５４を含んでおり、上記
ＣＰＵ５１は、発電率検出回路４、スロットルスイッチ
検出回路８１、および車速検出回路２からの各信号を上
記Ｉ／Ｏポート５２を経て入力して後述の手順により発
電電圧目標値Ｖｒｅｇを変更設定する。上記発電率検出
回路４は上記トランジスタ３１のコレクタ電圧を入力
し、充分短い時間平均でその導通率すなわち発電率を検
出する。スロットル検出スイッチ８１はアクセル全閉状
態を検出するものであり、この全閉状態の検出と上記エ
ンジン回転数（発電機回転数）検出回路２の検出値とに
より、アイドル状態及び減速状態を知る。すなわち、ア
クセル全閉でエンジン回転数が所定値以下であればアイ
ドル状態と判断し、アクセル全閉でエンジン回転数が所
定値以上であれば減速状態と判断する。

【００１０】アイドル回転数制御装置（ＩＳＣ）８２が
設けられ、エンジンアイドル状態では上記Ｉ／Ｏポート
５２を経て出力される設定回転数にエンジン回転数を制
御する。上記各回路にはキースイッチ８３の投入により
定電圧電源８６より作動電力が供給される。上記バッテ
リ６には負荷スイッチ８４を介してヘッドランプ、ブロ
アモータ、電動ファン等の電気負荷８５が並列接続され
ている。

【００１１】図２にはＣＰＵの処理プログラムを示す。
本プログラムは例えば１０ｍｓ毎のタイマ割込みで起動
する。ステップ１０１では発電電圧目標値Ｖｒｅｇを１
３Ｖに設定し、カウンタα、βをそれぞれ０にリセット
する。また、アイドル状態でのアイドル回転数は６００
ｒｐｍに設定される。上記１３Ｖはバッテリ満充電時の
開放端子電圧が１２．８Ｖであることを考慮したもの
で、この状態でバッテリの充電状態が満充電近くであれ
ばバッテリ６への充電は殆どなされず、電気負荷への電
力供給も低減され発電機負担が軽減されて燃費が向上す
る。

【００１２】ステップ１０２では車両減速中を判定し、
減速中であれば上記目標値Ｖｒｅｇを１５Ｖに上げてブ
レーキ制動で無駄に消費されるエネルギーをバッテリ６
へ回生する（ステップ１０３）。ステップ１０５ではＶ
ｒｅｇ1 が１３Ｖか確認し、ステップ１０６以降に進
む。

【００１３】減速中のみ目標値Ｖｒｅｇを高くすること
により、減速中の制動エネルギーを効果的にバッテリに
回生でき、減速後にすみやかに目標値Ｖｒｅｇをもとの
低い値に戻すと、減速中に流れた充電電流によりバッテ
リの開放端子電圧が短期間上昇する。これを利用してバ
ッテリから負荷電流が取り出され、発電機１の発電量を
低減できるためエンジン負担はより大きく軽減され、燃
費がさらに改善される。

【００１４】ステップ１０６では発電率（Ｄｕｔｙ）が
Ａ（例えば９０〜１００％）以上であるか確認する。発
電率がＡ以上である場合には、バッテリから電気負荷へ
放電されている可能性が高い。そこでステップ１０７，
１０８にてカウンタαをカウントアップし、そのカウン
ト値が所定値Ｂを越えると、バッテリ６の充電が必要と
判断してＶｒｅｇ1 （＝Ｖｒｅｇ ステップ１０４参
照）を１４．５Ｖに上げる（ステップ１０９）。これに
より、バッテリ６の速やかな充電が開始される。ステッ
プ１１０ではカウンタαをリセットし、カウンタβを５
にセットする。

【００１５】発電電圧目標値Ｖｒｅｇが１４．５Ｖに上
昇せしめられた後は、ステップ１０５からステップ１１
１に進んでアイドル状態か確認する。このアイドル状態
の確認は、アクセルの全閉とエンジン回転数の低下によ
り行う。アイドル状態である場合にはステップ１１２に
て所定時間内の平均Ｄｕｔｙが８０〜９９％になるよう
にアイドル回転数制御を行い、この状態でアイドル回転
数ＮｅがＥ以下になったか確認する。このＥはアイドル
回転数の下限値（６００ｒｐｍ）に近い例えば６５０ｒ
ｐｍとする。

【００１６】Ｎｅ≦Ｅでステップ１１４以下に進み、Ｄ
ｕｔｙがＦ（例えば１００％）以下であればカウンタβ
をカウントアップし（ステップ１１５）、Ｆより大きけ
れば０までの範囲でカウントダウンする（ステップ１１
６）。そしてステップ１１７にてカウンタβがＧ（例え
ば１０）以上になると、ステップ１１８へ進んで一定の
遅延時間Ｔが設定される。そして、かかる遅延時間Ｔが
経過すると、Ｖｒｅｇ1 が１３Ｖに戻され（ステップ１
１９）、アイドル回転数も６００ｒｐｍに低下せしめら
れる（ステップ１２０）。

【００１７】すなわち、上記ステップ１１４〜１１７
で、充分低いエンジン回転数で発電率が比較的小さい状
態が多く続くことを確認し、その後Ｖｒｅｇ1 を１３Ｖ
に戻すに際してステップ１１８で遅延時間Ｔを付与して
いる。この効果について以下に説明する。

【００１８】図３にはバッテリ充電率とバッテリ充電電
流の関係を示し、バッテリ充電率が上がるにつれてバッ
テリ充電電流は急速に小さくなる。図の各丸印は発電率
Ｄｕｔｙが所定値Ｆ（１００％）以下になる時点を示し
ており、車両Ａはバッテリおよび電気負荷に対して発電
機１の発電余裕が相対的に大きいもの、車両Ｂは発電余
裕が相対的に小さいものである。

【００１９】図より知られるように、発電余裕が相対的
に大きい車両Ａでは、バッテリの充電状態が６０％程度
と未だ不十分で比較的大きな充電電流を供給しているに
もかかわらず、発電率は１００％を切る。そこで、この
段階で即座に発電電圧目標値Ｖｒｅｇを１３Ｖに低下せ
しめると、バッテリ６は未充電のままになる。

【００２０】そこで、上記ステップ１１８で一定遅延時
間Ｔを付与すると、この間のＶｒｅｇ＝１４．５Ｖの充
電により、図の各丸印は各三角印へ移り、車両Ａ、車両
Ｂ共に充電状態が改善される。特に、車両Ａの充電状態
の改善が著しい。その理由は、充電率が低いと大きな充
電電流が流れて急速に充電が進むからである。

【００２１】例えば、遅延時間Ｔを１０分とした場合、
車両Ａでは約３０Ａの充電電流（但し、次第に減少す
る）がバッテリに供給されて約５．０ＡＨの容量が回復
する。バッテリの満充電容量を２８ＡＨとすると、バッ
テリ充電率は約１７％上昇して８０％近くになる。一
方、車両Ｂではこの間に、約１０Ａの充電電流がバッテ
リに供給され、約１．６ＡＨの容量が回復する。これは
バッテリの満充電容量が車両Ａと同一であるとすると、
約６％のバッテリ充電率の上昇となり、バッテリ充電率
は８０％台の低い値から高い値へと上昇する。

【００２２】かくして、車両の種類及び発電機の体格に
無関係に一定の遅延時間Ｔを付与して、発電率が１００
％より低下した後も暫く高い電圧でバッテリ充電を続行
することにより、発電機の発電余裕の相違によるバッテ
リへの充電を抑制する制御実行時において、バッテリの
充電状態のバラツキを防止して、良好な充電状態を保証
することができる。

【００２３】同様のことは同一車両においても言える。
すなわち、アイドリング状態にも種々あり、各状態でバ
ッテリ等に対する発電機の発電余裕の相対的な大きさが
変化するからである。これを図４に示し、トランスミッ
ションがＮレンジにある時には、発電機回転数（即ちエ
ンジン回転数）が比較的高くその発電余裕が十分あるた
めに、バッテリ充電率が低い段階で発電率が１００％を
切る。

【００２４】Ｄレンジでサイドブレーキを引いている場
合には、発電機回転数が低くなるため発電余裕は相対的
に小さくなり、発電率が１００％を切るのはより高いバ
ッテリ充電率においてである。さらに、フットブレーキ
を踏んだアイドリング状態では、電気負荷としてのブレ
ーキランプが点灯するから発電余裕はさらに相対的に小
さくなり、発電率はバッテリ充電率がさらに向上した時
点で１００％を切る。

【００２５】かかる場合にも、既に説明したように図２
のステップ１１８で一定の遅延時間Ｔを付与することに
より、いずれのアイドリング状態であってもバラツキを
生じることなく良好なバッテリ充電率を達成することが
できる。

【００２６】なお、上記実施例において、ＩＳＣ制御を
行わない場合には、ステップ１１２，１１３，１２０は
省略される。また、判定の確実性を上げるためのステッ
プ１１５〜１１７は必ずしも必要ではない。この場合
は、アイドリングおよび減速の状態判定を、エンジン回
転数に代えて車速により行うことができる。すなわち、
アクセル全閉で車速が所定値（例えば３Ｋｍ／ｈ）以下
であればアイドリングと判定され、アクセル全閉で車速
が所定値（例えば５Ｋｍ／ｈ）以上であれば減速と判定
する。

【００２７】

【実施例２】上記実施例ではステップ１１８における遅
延時間Ｔを一定としたが、発電機の発電余裕の相対的な
大きさに応じて上記時間Ｔを変更すれば、さらにバッテ
リ充電率のバラツキを小さくして常に良好な充電状態を
保つことができる。

【００２８】例えば図５に示す如く、ステップ２０１で
電気負荷が投入されているか判定し、その判定結果に応
じて、ステップ２０２以下あるいはステップ２０５以下
でさらにトランスミッションがＤレンジにあるか判定し
て、遅延時間ＴをＴ１〜Ｔ４の４種に設定するものであ
る。すなわち、アイドリング状態で電気負荷が投入さ
れ、かつトランスミッションがＤレンジにあって発電機
回転数（即ちエンジン回転数）が低い場合には、既に説
明したように発電率が所定値（例えば１００％）を下回
るのはバッテリ充電率が比較的高いところである。した
がって、遅延時間Ｔ１は最も短くしておく。

【００２９】反対に、電気負荷が投入されておらず、か
つトランスミッションがＮレンジにあって発電機回転数
が高い場合には、発電余裕は相対的に大きいから、発電
率が１００％を切るのはバッテリ充電率が比較的低いと
ころである。したがって、遅延時間Ｔ４は最も長い。か
くして、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４に設定しておけば、発
電機の発電余裕の変動に無関係に、バッテリへの充電を
抑制する制御実行時にバッテリ充電状態のバラツキはさ
らに小さく、かつ良好なものとなる。

【００３０】

【発明の効果】以上の如く、本発明の制御装置によれ
ば、発電機の発電余裕が変化しても、これに無関係に常
にバッテリの充電状態を良好に維持できるとともに、エ
ンジン燃費の向上をも図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における制御装置の回路図で
ある。

【図２】目標値変更回路のＣＰＵのプログラムフローチ
ャートである。

【図３】バッテリ充電率とバッテリ充電電流の関係を車
種により説明したグラフである。

【図４】バッテリ充電率とバッテリ充電電流の関係をア
イドリングの各種状態により説明したグラフである。

【図５】本発明の他の実施例における目標値変更回路の
ＣＰＵのプログラムフローチャートである。

【図６】クレーム対応図である。

【符号の説明】

１ 発電機 ２ エンジン回転数検出回路（回転数検出手段） ３ 発電電圧制御回路（発電電圧制御手段、遅延手段） ４ 発電率検出回路（発電率検出手段） ５ 目標値変更回路（目標値変更手段） ６ バッテリ ７ エンジン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02J 7/24 H02J 7/16

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定子巻線および界磁巻線を有し、エン
   ジンにより回転駆動されるとともに電気負荷への電力供
   給およびバッテリへの充電を行う発電機と、発電機の回
   転数を検出する回転数検出手段と、上記発電機の発電電
   圧を目標値に維持するように制御する発電電圧制御手段
   と、上記発電機の発電率を検出する発電率検出手段と、
   一の発電電圧目標値の下で上記発電率が第１の所定値以
   上となる累積時間が一定値を越えた時に上記発電電圧目
   標値を高く変更するとともに、この高く変更した状態
   で、発電機回転数が所定回転数よりも低くかつ発電率が
   第２の所定値よりも小さくなった時に上記発電電圧目標
   値をもとの低い値に戻す目標値変更手段と、該目標値変
   更手段が発電電圧目標値をもとの低い値に戻すに際し
   て、所定の遅延時間を付与する遅延手段とを具備する車
   両用発電機の制御装置。
2. 【請求項２】 前記遅延時間は、前記発電機の回転数が
   低い場合には短く変更されることを特徴とする請求項１
   に記載の車両用発電機の制御装置。
3. 【請求項３】 前記遅延時間は、特定の電気負荷の投入
   を検出したときには短く変更されることを特徴とする請
   求項１に記載の車両用発電機の制御装置。