JP3296059B2 - 車両用発電機制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、出力電圧を制御してバ
ッテリの充電電圧を一定に保つ車両用発電機制御装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】車両用発電機（以下単に発電機という）
の出力電流は、回転数と励磁電流の関数として求めるこ
とができる。また、前記励磁電流はスイッチングトラン
ジスタの導通率にほぼ比例する。このことから、前記発
電機の回転数とスイッチングトランジスタの導通率によ
り発電機の出力電流を求め、その値からバッテリの充電
状態を推定して、発電機の出力電圧を制御するようにし
た車両用発電機制御装置が知られている（特公平５−９
３３号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記車
両用発電機制御装置は雰囲気温度を２５°Ｃと仮定し
て、スイッチング用トランジスタの導通率と発電機の回
転数とから、該発電機の出力電流の値を算出している
（図３）。ところが、スイッチング用トランジスタの導
通率を同じに制御しても、図４に示すように雰囲気温度
に影響されるとともに、界磁巻線や電機子巻線の温度に
よりその巻線抵抗が変化して発電機の出力電流は同じに
はならない。従って、雰囲気温度や発電機の温度を考慮
しなければ前記導通率や回転数からは、正確な発電機の
出力電流の値を算出できない。また、発電機の出力電流
を正確に算出するために、励磁電流を直接検出したり、
発電機の各所に感温素子を設けて温度を測定したりする
方法があるが、構造が複雑となるばかりでなく、高価と
なるという問題があった。

【０００４】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、雰囲気温度に対応して正確に発電機の出力
電流を算出することができる車両用発電機制御装置を提
供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するための具体的手段として、図１に示すように、電
圧制御装置と発電制御装置とを備え、前記電圧制御装置
は、発電機１の出力電圧を、当該電圧制御装置の温度に
応じて設定される設定電圧に保つように前記発電機１の
励磁電流を断続制御するスイッチング手段２を有し、前
記発電制御装置は、前記スイッチング手段２の導通率を
検出する導通率検出手段３と、前記発電機１の回転数を
検出する回転数検出手段４と、前記スイッチング手段が
断続制御中のバッテリ電圧を検出して、バッテリ電圧と
発電機１の温度との特性から前記発電機１の温度を推定
する発電機温度推定手段７と、前記導通率と前記回転数
と前記発電機１の温度とをパラメータとする前記発電機
１の出力電流特性を記憶する記憶手段５と、前記導電率
検出手段が検出した導電率と前記回転数検出手段が検出
した回転数と前記発電機温度推定手段が推定した発電機
１の温度とにより、前記記憶手段５に記憶された前記出
力電流特性から前記発電機１の出力電流値を算出する出
力電流値算出手段６とを有することを特徴とする車両用
発電機制御装置が提供される。

【０００６】

【作用】上記構成の車両用発電機制御装置によれば、導
電率検出手段３がスイッチング手段２の導電率を検出
し、回転数検出手段４が発電機１の回転数を検出し、発
電機温度推定手段７が、スイッチング手段３が断続制御
中のバッテリ電圧を検出して、バッテリ電圧と発電機１
の温度との特性から発電機１の温度を推定する。そし
て、出力電流値算出手段６が、導電率検出手段３が検出
した導電率と回転数検出手段４が検出した回転数と発電
機温度推定手段７が推定した発電機１の温度とにより、
導通率と回転数と発電機１の温度とをパラメータとする
発電機１の出力電流特性を記憶する記憶手段５に記憶さ
れた出力電流特性から発電機１の出力電流値を算出す
る。

【０００７】

【実施例】本発明の１実施例を図面を参照して説明す
る。図２は本実施例による車両用発電機制御装置を用い
た発電システムの全体構成を示す回路図である。１は発
電機（オルタネータ）、２は電圧制御装置、３は発電制
御装置、４はエンジン、５は車載バッテリ、６は電装品
などの電気負荷、７はエンジン回転数センサである。前
記発電機１は、エンジン４によって電機子巻線１１が回
転駆動され、界磁巻線１２が励磁されると該電機子巻線
１１に起電力が発生する。

【０００８】前記電圧制御装置２は、スイッチングトラ
ンジスタ２１、コンパレータ２２、基準電圧発生回路２
３、電圧切替回路２４等から構成される。前記基準電圧
発生回路２３は、感温素子（図示せず）によって発電機
１の雰囲気温度を検出し、その検出温度に応じて図５に
示すように基準電圧を発生する。そして前記電圧切替回
路２４が、発電制御装置３からの信号及び前記基準電圧
発生回路２３からの信号に応じて調整電圧を切替える。
コンパレータ２２は、その調整電圧と発電機１からフィ
ードバックされた実際の発電電圧とを比較し、その比較
結果によってスイッチングトランジスタ２１のオン，オ
フを切替えて、界磁巻線１２の励磁電流を制御する。

【０００９】発電制御装置３は、発電機回転数検出回路
３１、導通率検出回路３２、バッテリ電圧検出回路３
３、及び電子演算装置３４から構成される。前記発電機
回転数検出回路３１は、エンジン回転数センサ７の信号
を入力し、発電機１の回転数と比例関係にあるエンジン
回転数から、発電機回転数に比例した信号を生成して出
力する。前記導通率検出回路３２は、スイッチングトラ
ンジスタ２１のコレクタ電圧を入力し、そのハイとロウ
のデューティ比からスイッチングトランジスタ２１の導
通率に比例した信号を生成して出力する。バッテリ電圧
検出回路３３は、バッテリ電圧に比例した信号を生成し
て出力する。

【００１０】電子演算装置（以下ＥＣＵという）３４
は、図示略のＣＰＵ（中央処理装置）、Ｄ／Ａ変換器、
Ａ／Ｄ変換器及び入出力装置などから構成される。そし
て、前記発電機回転数検出回路３１、導通率検出回路３
２、バッテリ電圧検出回路３３、及び電気負荷６からの
信号を入力して所定の演算プロフラムにより適宜処理す
る。それによって、バッテリ電圧検出回路３３の信号か
らバッテリ電圧を算出し、そのバッテリ電圧から発電機
１の温度を推定し、発電機回転数検出回路３１及び導通
率検出回路３２の信号から、発電機１の回転数及びスイ
ッチングトランジスタ２１の導通率を算出する。次に、
発電機１の回転数、及びスイッチングトランジスタ２１
の導通率から発電機１の出力電流を算出し、その算出さ
れた出力電流値を推定された発電機１の温度に基づいて
補正する。そして、その補正された出力電流値からバッ
テリ５の充電状態を判定し、その結果に応じた調整電圧
を電圧制御装置２に出力する。

【００１１】次に前記ＥＣＵ３４によるバッテリ電圧か
ら発電機１の温度を推定する方法について詳しく説明す
る。電圧制御装置２は発電機１に内蔵されているため、
その温度は発電機１の温度と略一致する。従って、前記
電圧制御装置２の温度から、雰囲気温度や自己発熱によ
って変化する発電機１の温度を検知することができる。
また前記電圧制御装置２は、温度によって充電効率が異
なるバッテリが過充電するのを防止するために、そのバ
ッテリの温度を検出しその検出温度によって調整電圧を
補正している。この場合、直接バッテリの温度を検出す
るバッテリ温度センサを設けずに、電圧制御装置２自身
の温度で代用している。つまり前述した電圧制御装置２
内部の基準電圧発生回路２３に図示略の感温素子を設け
て、その検出温度に応じて前記基準電圧発生回路２３の
基準電圧を変化させ調整電圧を切り替えている（公知の
調整電圧切替機能付レギュレータ）。従って、この点を
逆に利用して電圧制御装置２の温度によって補正された
（電圧制御装置２の温度成分を含んだ）バッテリ電圧
（調整電圧）を検出することで、電圧制御装置２つまり
は発電機１の温度を、図５に示すような調整電圧と電圧
制御装置２の温度との特性（以下マップという）から推
定することが可能となる。この場合に、電圧制御装置２
の調整電圧を求めるためにバッテリ電圧を検出している
が、これはスイッチングトランジスタ２１の導通率が１
００％以下の時は、バッテリ電圧と調整電圧が等しくな
る事を利用している。

【００１２】次に、図７に示すフローチャートに基づい
て本実施例の作動を説明する。ステップＳ１Ｏ１で、ま
ず通常の発電電圧が初期値Ｖ_Nとして設定される。この
発電電圧は通常の電圧制御装置が持つ値で、図５に示す
ように温度に対して負の特性を持ち、例えば２５°Ｃで
は１４．３Ｖ程度に設定される。続いてステップＳ１０
２で導通率検出回路３２によるスイッチングトランジス
タ２１の導通率に比例した信号から、導通率Ｆ_Dを算定
する。そしてステップＳ１０３で、発電機回転数検出回
路３１によるエンジン回転数に基づく発電機回転数に比
例した信号から、発電機１の回転数Ｎ_Aを算定する。

【００１３】次に、ステップＳ１０４でバッテリ電圧検
出回路３３によるバッテリ電圧に比例した信号からバッ
テリ電圧Ｖ_Bを算定する。ステップＳ１０５で前記バッ
テリ電圧Ｖ_Bから発電機１の温度Ｔ_Aを上記した方法で推
定する。ステップＳ１０６で前記発電機回転数Ｎ_Aと導
通率Ｆ_Dから、図３に示すようなある設定温度時（本実
施例では２５℃）におけるマップから発電機出力電流Ｉ
_A´を算出する。そして、ステップＳ１０７で発電機出
力電流Ｉ_A´を、ステップＳ１０５で推定した発電機１
の温度Ｔ_Aに基づいて補正して発電機出力電流補正値Ｉ_A
とする。

【００１４】この場合、発電機１の出力電流の補正方法
としては、ステップＳ１０６で設定した設定温度（２５
℃）時の出力電流Ｉ_A´と発電機１の現実の温度Ｔ_A時の
出力電流Ｉ_Aの差を表すマップをあらかじめ作成して記
憶し、そのデータ値によって出力電流Ｉ_A´を補正する
ようにすることができる。この場合、発電機出力電流は
温度に対して負の特性を持つ。また、設定温度時の出力
電流Ｉ_A´及び発電機１の現実の温度Ｔ_Aを代入して、現
実の温度Ｔ_A時の出力電流Ｉ_Aを算出する演算式を作成し
て記憶し、その演算式によって出力電流Ｉ_Aを算出して
補正することもできる。

【００１５】ステップＳ１０８では前記ステップ２で検
出したスイッチングトランジスタ２１の導通率Ｆ_Dが、
１００％であるか否かを判定する。導通率が１００％の
時は発電機出力電流Ｉ_Aが最大であり、バッテリ４が放
電されている可能性もあるため、ステップＳ１１１にて
調整電圧を通常の値に設定する。これにより、バッテリ
４の放電の可能性がある時は、充電電圧を通常の値Ｖ_N
に戻して十分な充電を行うことができる。前記ステップ
Ｓ１０８で、導通率が１００％でない場合は、ステップ
Ｓ１０９で、バッテリ充電電流Ｉ_Bを算出する。該バッ
テリ充電電流Ｉ_Bは、発電機出力電流Ｉ_Aから負荷電流Ｉ
_Lを減算することによって求めることができる。この時
の負荷電流Ｉ_Lは、電流センサを用いても良いし、各電
気負荷に対応した消費電流を予め求めておき、各電気負
荷ＳＷのオン，オフと連動させて負荷電流Ｉ_Lを求めて
も良い。

【００１６】ステップＳ１１０では、前記ステップＳ１
０９で算出したバッテリ充電電流Ｉ_Bと所定値Ｉ_Cとを比
較する。バッテリ４の充電率とバッテリ充電電流Ｉ_Bと
は密接な関係があり、バッテリ充電電流Ｉ_B＝１０Ａと
した時のバッテリ充電率は約８０％である。そのためバ
ッテリ充電電流Ｉ_Bと比較される所定値Ｉ_Cを、例えば１
０Ａとする。バッテリ充電電流Ｉ_Bが所定値Ｉ_Cよりも小
さい時は、ステップＳ１１２にて調整電圧をＶ_L（例え
ば１２．８Ｖ）に下げる。これは、発電制御装置３から
の切替信号に基づいて、電圧制御装置２内の切替回路２
４で、基準電圧を切替えることによって達成される。そ
れによって、充電電流及び負荷電力を抑制して、車両の
燃費向上及びバッテリ５の過充電防止を図ることができ
る。

【００１７】前記ステップＳ１１２で抑制した調整電圧
Ｖ_Lは、バッテリ５の起電圧に相当する１２．８Ｖでも
良いし、また燃費効果とバッテリ５の充放電収支などの
関係によって別の値を設定しても良い。また、前記ステ
ップＳ１１０でバッテリ充電電流Ｉ_Bが所定値Ｉ_C以上で
ある場合には、バッテリ５の充電状態が悪いと判断し
て、ステップＳ１１１で調整電圧を上げてバッテリ５を
充電して回復させる。

【００１８】以上述べた車両用発電機制御装置による
と、発電機１の温度により発電機１の出力電流Ｉ_Aを正
確に算出しているが、発電機１の温度が図３に示す通常
の温度（発電機１が高温でかつ雰囲気温度２５°Ｃ）の
範囲内に入っているか否かを判定し、範囲内に入ってい
るときのみ発電機１の出力電流Ｉ_Aの計算を行うように
することもできる。かくすることによって、出力電流Ｉ
_Aの誤差の発生を防止することもできる。また、エンジ
ン始動直後などには発電機１の温度が冷えているため、
発電機１の出力が計算上より多く出力され、そのため、
ステップＳ１０９でバッテリ充電電流を少なく演算し
て、バッテリ５の充電状態が悪いのに発電を抑制してし
まうような不具合を防止することができる。

【００１９】また、図５に示すような電圧制御装置２の
調整電圧は、製品個々で多少ばらついている。ステップ
Ｓ１０６における発電機１の出力電流Ｉ_A算出時に、そ
のばらつきが問題になる場合の、そのばらつきを学習す
ることによって調整電圧を補正する方法を図６を参照し
て説明する。車両のエンジン４を始動させる場合、通
常、エンジン４及び発電機１の温度は雰囲気温度と略一
致している。また車両のエンジン４は、適切な燃料を供
給するために外気導入温度を測定する温度センサが設け
られている。そこで、エンジン４の始動時に測定された
温度と調整電圧（バッテリ電圧）を測定する（Ｖ_BS）。
次に発電制御装置３内に記憶されている値（Ｖ_BM）と比
較してその差△Ｖを求める。それは、電圧制御装置２の
調整電圧の標準特性と△Ｖ分違いがあることになる。従
って、ステップＳ１０４で測定されたバッテリ電圧Ｖ_B
に△Ｖの補正を行い、その後発電制御装置３内に記憶さ
れている特性を参照して電圧制御装置２の温度を算出す
る。

【００２０】図６は、エンジン４始動時の雰囲気温度
（発電機温度）が２５°Ｃの場合で、実線は標準特性
（発電制御装置３内の特性）、破線は実際に車載されて
いる電圧制御装置２の特性を表す。尚、発電機１の温度
と雰囲気温度が略一致していることの確認は、エンジン
４の冷却水温度が雰囲気温度と略一致しているか否かで
検知することができる。

【００２１】なお、本実施例では設定温度での出力電流
値を算出し、その出力電流を現実の温度での出力電流値
に補正しているが、図４に示すような導通率毎のマップ
を導通率５０％，８０％，１００％のように多数用意し
て、または図３に示すような温度毎のマップを発電機低
温（雰囲気温度２５℃），発電機高温（雰囲気温度２５
℃），発電機高温（雰囲気温度７０℃）のように多数用
意して、そのマップを選択することによって、直接温度
に基づいた出力電流値Ｉ_Aを算出するようにすることも
可能である。

【発明の効果】本発明の車両用発電機制御装置は上記し
た構成を有し、簡略で安価な構成で、雰囲気温度に対応
して正確に発電機の出力電流を算出することができ、も
って充電状態を良好に保つことができるという優れた効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の車両用発電機制御装置の構成を示す構
成図である。

【図２】本実施例による車両用発電機制御装置を用いた
発電システムの全体構成を示す回路図である。

【図３】通常温度時の出力電流Ｉ_Aを算出するデータマ
ップである。

【図４】導通率１００％時の発電機の回転数と出力電流
値の関係における温度の影響を示す関係図である。

【図５】電圧制御装置の温度と調整電圧の関係を示す関
係図である。

【図６】電圧制御装置の温度とエンジン始動時及び標準
時の調整電圧の関係を示す関係図である。

【図７】本実施例による車両用発電機制御装置の作動を
示すフローチャートである。

【符号の説明】

１…発電機、２…スイッチング手段、３…導通率検出手
段、４…回転数検出手段、５…記憶手段、６…出力電流
値算出手段、７…発電機温度推定手段。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電圧制御装置と発電制御装置とを備え、 前記電圧制御装置は、 発電機の出力電圧を、当該電圧制
   御装置の温度に応じて設定される設定電圧に保つように
   前記発電機の励磁電流を断続制御するスイッチング手段
   を有し、 前記発電制御装置は、 前記 スイッチング手段の導通率を検出する導通率検出手
   段と、 前記発電機の回転数を検出する回転数検出手段と、前記 スイッチング手段が断続制御中のバッテリ電圧を検
   出して、バッテリ電圧と発電機の温度との特性から前記
   発電機の温度を推定する発電機温度推定手段と、前記導通率と前記回転数と前記発電機の温度とをパラメ
   ータとする前記発電機の出力電流特性を記憶する記憶手
   段と、 前記導電率検出手段が検出した導電率と前記回転数検出
   手段が検出した回転数と前記発電機温度推定手段が推定
   した発電機の温度とにより、前記記憶手段に記憶された
   前記出力電流特性から前記発電機の出力電流値を算出す
   る出力電流値算出手段とを有する ことを特徴とする車両
   用発電機制御装置。