JPH031901B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は、バツテリーがその動作パラメータに
従つて決定される通常の速度で充電される１つの
動作モードと、自動車のエネルギー消費を低減す
るためにバツテリーが実質的に低い速度で充電さ
れる別の動作モードとを有する種類の自動車のバ
ツテリー充電システムの改良に関する。

（従来技術） 上記のような種類のバツテリー充電システムは
一般に充電／浮動（フロート）システムと呼ばれ
る。一方のモード−充電モード−において、バツ
テリーを充電するために使用される発電機の出力
電圧は、バツテリーが最適の速度で充電されるよ
うにバツテリーの電圧及び温度の関数として調整
される。他方のモード−浮動（フロート）モード
−においては、発電機の出力電圧は、バツテリー
の公称開回路端子電圧にほぼ等しい浮動値、すな
わちバツテリーの自己放電を阻止するのに十分な
だけの電圧まで低下される。

最初に、充電モードが実行される。浮動モード
は、バツテリーが所定の充電状態に達したことが
充電電流を監視することにより測定されたときに
開始される。そのようなシステムの１つは、本発
明の譲受者に譲渡されているSheldrake et al（シ
エルドラーケ他）の米国特許第4310793号に詳細
に記載されている。このシステムは、バツテリー
の充電電圧を適切なレベルに維持しつつ自動車の
バツテリー充電エネルギー必要量を減少させると
いう点で有効であることが判明した。

（発明の概要） 本発明の目的は、エンジン減速中にバツテリー
充電のために自動車の慣性を利用すると共に、浮
動モード中に、実質的に浮動モードの開始時のバ
ツテリー充電状態が維持されるように発電機の出
力電圧を調節することにより、上述のシステムの
エネルギー効率をさらにアツプすることである。

この目的は、従来の電圧調整機構と、バツテリ
ー電流積最計と、バツテリー電流積算計に応答し
て、発電機の出力電圧を適切に調節するように電
圧調整機構の動作を制御する回路とにより達成さ
れる。

自動車が始動されるたびに、充電動作モードは
開始され、発電機の出力電圧はバツテリーの電圧
及び温度に従つて決定される。そのような条件の
下でバツテリー充電電流が基準値以下に降下し、
バツテリーの充電電流が所定の十分な値、たとえ
ば完全充電の80％に達したことを示すと、充電動
作モードは中断され、浮動動作モードが開始され
る。その時点で、発電機の出力電圧はほぼバツテ
リーの公称開回路端子電圧まで低下され、電流積
算計はバツテリーの正味入力電流及び正味出力電
流の規定を開始するためにリセツトされる。浮動
動作モードの開始後に、エンジンの減速が基準量
を越えるたびに、相対的に重負荷でバツテリーを
充電することにより自動車の運動質量と関連する
運動エネルギーを補償するために、発電機の出力
電圧は一定の相対的に高い値まで上昇する。自動
車の電気負荷からの要求が増すと、バツテリーか
ら正味電流が流出する結果となり、エンジン減速
中の重負荷充電によりバツテリーに電流が流入す
ると考えられる。いずれの場合も、電流積算計は
正味バツテリー電流を測定し、測定された正味バ
ツテリー電流をゼロにするように発電機の出力電
圧を浮動電圧に対して増減調節する。

電流積算計がバツテリーへの正味入力電流を検
出し、減速時に最新の充電状態を示すと、発電機
の出力電圧は浮動値より低下するので、バツテリ
ーはさらに多くの電流を電気負荷に供給すること
ができる。電流積算計がバツテリーから正味出力
電流を検出し、電気負荷の要求の増大を示す場合
には、発電機の出力電圧は上昇するので、充電電
流はバツテリーに戻される。このように、バツテ
リー電流積算計は、様々に変化する電気負荷の要
求と、エンジンの減速が原因となる充電状態の変
化とを考慮して、実質的に浮動モードの開始時に
おける所定のバツテリー充電状態を維持する。

（実施例） 以下、添付の図面を参照して本発明を詳細に説
明する。

図面において、１０は自動車は発電機である。
この発電機はバツテリー１２に充電電流を供給す
ると共に、自動車の電気負荷１４に電力を供給す
る。発電機１０は、エンジン駆動界磁巻線１６と
WYE接続固定子巻線１８とを有する交流発電機
として図示されている。界磁巻線１６が直流によ
り励磁されると、固定子巻線１８は交流電圧を発
生し、その電圧はブリツジ整流器２０により直流
電圧に変換される。ブリツジ整流器２０は電気負
荷１４に電流を供給するために信号線２２及び２
４を介して接続される。さらに、ブリツジ整流器
２０はバツテリー１２に充電電流を供給するため
に信号線２２，２８及び３０を介し、分流器２６
を介して接続される。当業者には理解されるよう
に、分流器２６における電圧Vsはバツテリーの
充電電流及び放電電流に対して既知の関係を有す
る。分路電圧Vsの極性は、バツテリー１２充電
電圧が供給されている（正）か又はバツテリー１
２が電気負荷１４に電流を供給している（負）か
を示す。分路電圧Vsの大きさは電流の大きさを
示す。

３個のダイオード３２は界磁巻線１６を励磁す
る別の直流源を形成し、信号線３４を介して界磁
巻線１６の一方の端子に接続される。界磁巻線１
６の他方の端子は信号線３８を介して電圧調整器
３６に接続される。電圧調整器３６は従来のスイ
ツチングレギユレータであり、端子４０の電圧の
電位に応答して、信号線３８を接地電位に間欠的
に接続することにより界磁巻線１６を流れる電流
を調整するように動作する。端子４０の電圧が低
下すると、界磁巻線１６の励磁電流が増加するの
で、固定子巻線１８の出力電圧は高くなる。

同様に、端子４０の電圧が高くなるにつれて、
界磁巻線１６の励磁電流は減少するので、固定子
巻線１８の出力電圧は低下する。電圧調整器３６
は、自動車が始動されるときに界磁巻線１６に最
初に励磁する手段をさらに含んでいても良い。こ
のような条件に適合する電圧調整器はHarland
Jr et alの米国特許第3539864号にさらに詳細に
記載されている。図面に示される端子４０は、
Harland Jr.et alの特許の第１図に示される端子
１０７に相当する。

端子４０の電圧、従つて発電機１０の出力電圧
は、全体を４４により示される抵抗回路網の両端
の電圧降下の関数として決定される。抵抗回路網
４４は、PNPトランジスタ５０及び５２のエミ
ツタ−コレクタ経路を介してバツテリー１２の正
端子と電圧調整器３６の端子４０との間に接続さ
れる２本の並列経路４６及び４８から構成され
る。PNPトランジスタ５０及び５２の導通は信
号線５４における電圧の電位に従つて制御され、
インバータ５６は、PNPトランジスタ５０及び
５２の逆の導通状態に維持するためにPNPトラ
ンジスタ５０及び５２のベース電極の間に接続さ
れる。信号線５４が論理レベル「１」の電位にあ
るとき、PNPトランジスタ５０は非導通状態に
バイアスされて経路４６を端子４０から有効に遮
断し、PNPトランジスタ５２は導通状態にバイ
アスされて経路４８を端子４０に接続する。信号
線５４が理論レベル「０」の電位にあるときに
は、PNPトランジスタ５０は導通状態にバイア
スされて経路４６を端子４０に接続し、PNPト
ランジスタ５２は非導通状態にバイアスされて経
路４８を端子４０から有効に遮断する。

後述するように、通常の動作モード、すなわち
充電モードは、信号線５４が理論レベル「１」の
電位にあるときに有効となり、それにより、抵抗
回路網４４の経路４８はバツテリー１２の正端子
と電圧調整器３６の端子４０との間に接続され
る。経路４８は２つの直列に接続される抵抗器５
８及び６０と、抵抗器６０と並列に接続されるサ
ーミスタ６２とを含む。サーミスタ６２は負の抵
抗温度係数を有し、バツテリー１２の電解液の温
度を検出するように配置される。サーミスタ６２
はバツテリーの電解液の中に沈められるようにバ
ツテリー１２の空洞に配置されるのが好ましい。
このような構成は、本発明の譲受者に譲渡された
Radyの米国特許第2421523号に詳細に記載されて
いる。

従つて、サーミスタ６２の抵抗はバツテリー１
２の電解液の温度の関数として変化することとが
わかる。さらに詳細にいえば、サーミスタの抵抗
はバツテリーの温度が上昇するにつれて低下し、
バツテリーの温度が低下するにつれて高くなる。
このように、抵抗回路網４４の経路４８はバツテ
リー１２の電解液の温度が上昇するにつれて電圧
調整器３６の端子４０に印加される電圧を上昇さ
せ、バツテリー１２の電解液の温度が低下するに
つれて端子４０に印加される電圧を低下させよう
とする。抵抗器５８及び６０は、電圧調整器３６
により界磁巻線１６が励磁されたときに、発電機
１０が約14.5ボルトの公称充電電流を発生するよ
うに選択される。上述のように、サーミスタ６２
は、発電機１０により発生される実際の充電電圧
をバツテリー１２の電解液の温度の関数として変
化させる。

信号線５４が理論レベル「０」の電位にあると
き、PNPトランジスタ５０は導通状態にバイア
スされて、抵抗回路網４４の経路４６をバツテリ
ー１２の正端子と電圧調整器３６の端子４０との
間に有効的に接続し、それにより「浮動」動作モ
ードを成立させる。前述のように、「浮動」動作
モードの目的は、バツテリー１２が十分に充電さ
れているときに、発電機１０の出力電圧をバツテ
リー１２の公称開回路端子電圧との関連により決
定される浮動値まで低下させることにより、発電
機１０からバツテリー１２への継続充電に関連す
るエネルギー消費をなくすことである。発電機１
０は自動車のエンジンにより駆動されるので、エ
ネルギー消費が減少すれば燃料をさらに経済的に
利用することができる。図示される実施例におい
て、経路４６は15個の直列に接続される抵抗器６
６ａ〜６６ｏから構成される。発電機１０により
発生される浮動電圧の実際値は、経路４６の総直
列抵抗に従つて決定され、後述するように、経路
４６の総直列抵抗は本発明によれば浮動動作モー
ドの開始時にバツテリー１２を実質的に充電状態
に維持するように調節される。

前述のように、本発明は減速動作モードをさら
に含む。この動作モードはエンジンの減速中に基
準量を越えたときに開始され、発電機１０の出力
電圧を比較的高い値まで上昇させてバツテリーを
比較的高いレベルまで充電し、それにより、その
ような減速中の自動車からの運動エネルギーを補
償するためのものである。このために、トランジ
スタ６８のエミツタ−コレクタ回路は抵抗回路網
４４の経路４６の直列に接続される抵抗器の１つ
６６ｏに接続される。信号線７０が理論レベル
「０」の電位にあるとき、トランジスタ６８は導
通状態にバイアスされて抵抗器６６ｏの周囲に低
抵抗経路を形成するので、経路４６の総抵抗は低
減し、発電機１０の出力は大きくなる。信号線７
０が理論レベル「１」の電位にあるときには、ト
ランジスタ６８は非導通状態にバイアスされるの
で、抵抗器６６ｏの抵抗は経路４６の総直列抵抗
に含まれる。

経路４６の総直列抵抗、従つて浮動動作モード
の間に電圧調整器３６の端子４０に印加される電
圧は、トランジスタ列７６及び７８の導通状態に
より決定される。各トラジスタ列は共通コレクタ
構成で接続される７個のNPNトランジスタを含
む。信号線８６ａ〜８６ｎはトランジスタのベー
ス端子に接続され、信号線８８ａ〜８８ｎはトラ
ンジスタのエミツタ端子に接続される。信号線９
０はトランジスタ列７６のコレクタ接続点に接続
され、信号線９２はトランジスタ列７８のコレク
タ接続点に接続される。信号線９０は経路４９の
端子９４に接続され、信号線９２は経路４６の端
子９６に接続される。信号線８８ａ〜８８ｎは、
それぞれ、抵抗器６６ａ〜６６ｎから構成される
直列回路の異なる点に接続されるので、列の各ト
ランジスタのエミツタ−コレクタ回路は抵抗器６
６ａ〜６６ａの中の１つ又は複数個と並列に接続
される。当業者には理解されるように、信号線８
６ａ〜８６ｎの電位の論理レベルはそれぞれの列
のトランジスタの導通状態を決定し、従つて経路
４６の端子９４及び９８の間の総直列抵抗を決定
する。

上述の条件に適合するトランジスタ列は、
RCA Corporation（Someville、New Jersey）
により製造されるCA3082デバイスのような集積
回路の形で市販されている。

信号線８６ａ〜８６ｎにおける電位の論理レベ
ルは、４−16線復号回路１００により制御され
る。この復号回路の動作は信号線１０２〜１１２
の電位の論理レベルにより制御される。４−16線
復号回路１００は、信号線１０４〜１１０の４ビ
ツトのデジタルアドレスを最高16個の別個の出力
に拡張するように機能する。しかしながら、図示
される実施例においては、利用可能な16個の出力
端子のうち14個（８６ａ〜８６ｎ）のみを使用す
る。４−16線復号回路１００はRCA
Corporationにより製造されるCD4515デバイス
のような集積回路の形で市販されている。後述す
るように、信号線１０４〜１１０における４ビツ
トの論理アドレスは、経路４６の総直列抵抗を変
化させることにより、発電機１０により発生され
る浮動電圧を適切な値に調節するようにバツテリ
ー１２の充電／放電過程の関数として決定され
る。

分流器２６の電圧Vsは２つの演算増幅器１２
０及び１２２に入力として印加される。分流器２
６の端子１２４は演算増幅器１２０のマイナス入
力端子に直接接続されると共に抵抗器１２６を介
して演算増幅器１２２のプラス力端子に接続され
る。分流器２６の端子１２８は演算増幅器１２２
のマイナス入力端子に直接接続されると共に、抵
抗器１３０を介して演算増幅器１２０のプラス入
力端子に接続される。演算増幅器１２０及び１２
２への供給電圧はバツテリー１２又は発電機１０
から信号線１３２及び１３４を介して得られる。

演算増幅器１２０の出力端子は信号線１３６を
介してNPNトランジスタ１３８のベース端子に
接続され、演算増幅器１２２の出力端子は信号線
１４０を介してトランジスタ１４２のベース端子
に接続される。NPNトランジスタ１３８のエミ
ツタは抵抗器１４４を介して接地電位に接続さ
れ、トランジスタ１４２のエミツタは抵抗器１４
６を介して接地電位に接続させる。

バツテリー１２が発電機１０により充電されて
いるとき、分路電圧Vsは正であるので演算増幅
器１２０はNPNトランジスタ１３８を非導通状
態にバイアスし、演算増幅器１２２はトランジス
タ１４２を導通状態にバイアスする。逆に、バツ
テリー１２が電気負荷１４に電力を供給している
ときには、分路電圧Vsは負である。このような
場合、演算増幅器１２０はNPNトランジスタ１
３８を導通状態にバイアスし、演算増幅器１２２
はトランジスタ１４２を非導通状態にバイアスす
る。このように、端子１４８の電圧はバツテリー
１２により電気負荷１４に供給されている瞬間的
な電流を示し、端子１５０の電圧は発電機１０か
らバツテリー１２に供給される瞬間的な電流を示
すことがわかる。端子１４８は抵抗器１５２及び
コンデンサ１５４から構成されるRC回路を介し
て比較器１５６のマイナス入力端子に接続され、
端子１５０は抵抗器１５８及びコンデンサ１６０
から構成されるRC回路を介して比較器１５６の
プラス入力端子と、比較器１６２のプラス入力端
子とに接続される。比較器１６２のマイナス入力
端子は信号線１６４を介して、National
Semiconductor Corporation（Santa Clara、
California）により製造されるAD580のような基
準電圧回路１６６の出力端子に接続される。基準
電圧回路１６６への供給電圧は信号線１６８を介
してバツテリー１２又は発電機１０から得られ
る。

以上の説明からわかるように、比較器１６２の
出力は信号線１６４の基準電圧に対する充電電流
の大きさを表わす。この基準電圧は、本発明の好
ましい実施例においては約10アンペアの電流に相
当する。充電電流が10アンペアより大きいとき、
比較器１６２の出力は論理レベル「１」の電位に
あり、充電電流が10アンペアより小さいときに
は、比較器１６２の出力は論理レベル「０」の電
位にある。先の説明から、比較器１５６の出力は
バツテリー電流の方向を示すということもわか
る。バツテリーが充電中であれば、比較器１５６
の出力は論理レベル「１」の電位にあり、バツテ
リー１２が放電中であれば、比較器１５６の出力
は論理レベル「０」の電位にある。

後述するように、比較器１６２の出力は浮動動
作モードが適切であるか否かを決定するために使
用され、比較器１５６の出力はバツテリー電流積
算計への入力として使用される。

バツテリー電流積算計はクロツク回路１７０と
カウンタ回路１７２とから構成される。クロツク
回路１７０はバツテリーの充電電流及び放電電流
の瞬間的な大きさに応答して動作し、信号線１７
４にカウンタ回路１７２に対する可変周波数クロ
ツク信号を発生する。カウンタ回路１７２は３つ
の４段２進アツプ／ダウンカウンタ１７６，１７
８及び１８０から構成され、それらのカウンタは
信号線１７４のクロツク信号を受信し、バツテリ
ー電流の時間積分に従つて４ビツトの入力を信号
線１０４〜１１０を介して４〜16線復号回路１０
０に供給する。比較器１５６の出力レベルは積分
の方向を決定し、従つて信号線１８２を介して各
カウンタ１７６〜１８０のＵ／Ｄ入力端子に接続
される。

次に、クロツク回路１７０についてさらに詳細
に説明する。クロツク発振器１８４は信号線１８
６を介してANDゲート１８８の一方の入力端子
に接続されると共に、信号線１９０を介して
ANDゲート１９２の一方の入力端子に接続され
る。電圧／周波数変換器１９４のANDゲート１
８８の他方の入力端子と、バツテリー放電電流
RC回路の抵抗器１５２及びコンデンサ１５４の
間の接続点との間に接続され、電圧／周波数変換
器１９６はANDゲート１９２の他方の入力端子
と、バツテリー充電電流RC回路の抵抗器１５８
及びコンデンサ１６０の間の接続点との間に接続
される。電圧／周波数変換器１９４及び１９６は
National Semiconductor Corporationにより製
造されるLM131デバイスのような集積回路の形
で市販されており、入力電圧の大きさに直接関連
して変化する周波数を有する出力信号を発生する
ように動作する。従つてANDゲート１８８の出
力端子における信号の周波数はバツテリー１２に
より電気負荷１４に供給される放電電流の大きさ
に直接関連して変化し、ANDゲート１９２の出
力端子における信号の周波数は発電機１０により
バツテリー１２に供給されるバツテリー充電電流
の大きさに直接関連して変化する。

ANDゲート１９２の出力端子はANDゲート２
００を介してNORゲート１９８の一方の入力端
子に接続され、ANDゲート１８８の出力端子は
NORゲート２０２を介してNORゲート１９８の
他方の入力端子に接続される。ANDゲート２０
０は信号線２０４を介して比較器１５６の出力端
子にも接続され、バツテリー１２が充電中である
ときはANDゲート１９２の出力を通過させ、バ
ツテリー１２が放電中であるときにはANDゲー
ト１９２の出力を阻止するように動作する。
NORゲート２０２は信号線２０４及び２０６を
介して比較器１５６の出力端子にも接続され、バ
ツテリー１２が充電中であるときはANDゲート
１８８の出力を通過させ、バツテリー１２が充電
中であるときにはANDゲート１８８の出力を阻
止するように動作する。信号線１７４のクロツク
信号は、バツテリー１２が放電中であるときは
ANDゲート１８８の出力に従つて発生され、バ
ツテリーが充電中であるときにはANDゲート１
９２の出力に従つて発生される。

前述のように、信号線１７４のクロツク信号は
４段２進アツプ／ダウンカウンタ１７６のクロツ
ク入力端子に接続されるので、カウンタ回路１７
２のカウント速度はバツテリー１２が放電中であ
るときは端子１４８の電圧に従つて決定され、バ
ツテリーが充電中であるときには端子１５０の電
圧により決定される。比較器１５６の出力端子は
４段２進アツプ／ダウンカウンタ１７６〜１８０
のＵ／Ｄ入力端子に接続されるので、信号線１７
４のクロツクパルスはバツテリー１２が充電中で
あるときアツプ方向、すなわち正方向に積算さ
れ、バツテリー１２が放電中であるときにはダウ
ン方向、すなわち負方向に積算される。このよう
に、アツプ／ダウンカウンタ１８０の出力信号線
１０４〜１１０の出力は、バツテリー電流の時間
積分を表わすと12ビツト数の４つの最上位ビツト
を表わす。

前述のように、４段２進アツプ／ダウンカウン
タ１８０の信号線１０４〜１１０に現われる４ビ
ツト出力は、抵抗回路網４４の経路４６における
総直列抵抗を調整するように４〜16線復号回路１
００をアドレスするために使用される。その結
果、浮動動作モードの間の発電機１０の出力はバ
ツテリー電流のそれまでの経過、すなわち時間積
分に従つて調整される。後述するように、カウン
タ出力は浮動動作モードの成立時にリセツトさ
れ、その後、信号線１０４〜１１０に現われるア
ツプ／ダウンカウンタ１８０の出力は正味バツテ
リー電流を示す。浮動動作モードの成立後にアツ
プ／ダウンカウンタ１８０の出力がバツテリーか
らの正味電流を示すと、４−16線復号回路１００
は経路４６の総直列抵抗を高くすることにより発
電機１０の出力電圧を上昇させるために、それぞ
れのトランジスタ列のトランジスタの導通状態を
変化させる。これに対し、アツプ／ダウンカウン
タ１８０の出力がバツテリーに印加される正味電
流を示すならば、４−16線復号回路１００は経路
４６の総直列抵抗を低下させることにより発電機
１０の出力電圧を低下させるために、トランジス
タ列のトランジスタの導通状態を変化させる。こ
のように、浮動動作モードの間、発電機１０の出
力電圧は実質的に浮動動作モードの成立時のバツ
テリーの充電状態を維持するように調整される。
バツテリーは十分な充電状態に維持されるのみな
らず、十分に充電されたバツテリーの過剰充電及
びそれと関連するエネルギー消費は回避される。

本発明の別の面によれば、４−16線復号回路１
００は、トランジスタ列の各トランジスタの導通
状態を変化させて発電機１０の出力電圧を変化さ
せるために、連続的ではなく周期的にエネイブル
される。このために、クロツク発振器１８４の出
力は、カウンタ２１２及びANDゲート２１４か
ら構成される分周回路２１０に入力として印加さ
れる。分周回路２１０はクロツク発振器１８４の
出力周波数を比較的低い周波数の信号に分割す
る。その信号はトランジスタ列の各トランジスタ
の導通状態を変化させるために４−16線復号回路
１００をストローブ、すなわち周期的にエネイブ
ルする。そのようなストローブ信号は信号線１１
２を介して４−16線復号回路１００のストローブ
入力端子又はエネイブル入力端子Ｅに印加され
る。好ましい実施例によれば、４−16線複号回路
１００は１分間に２回程度のかなり低い速度でス
トローブされる。

図中２２０は充電、浮動及び減速の各動作モー
ドを設定する論理回路である。論理回路２２０を
動作させる信号は信号線２２２の全界磁信号と、
信号線２２４の減速信号と、信号線２２６に現わ
れる比較器１６２の出力とを含む。信号線２２２
における全界磁信号の電位の論理レベルは、発電
機の界磁巻線１６が完全に励磁されたか否かを示
す。全界磁信号は、本質的には電圧調整器の端子
２３４の電圧を基準電圧源２３６により発生され
る基準電圧と比較する比較器２３２から構成され
る回路２３０により発生される。端子２３４の電
圧は直列に接続されるダイオード２３８と、抵抗
器２４０及びコンデンサ２４２から構成される並
列RC回路とを介して比較器２３２のマイナス入
力端子に印加される。基準電圧源２３６の出力
は、抵抗器２４４及びコンデンサ２４６から構成
される並列RC回路を介して比較器２３２のプラ
ス入力端子に印加される。ダイオード２３８は電
圧調整器３６と全界磁信号を発生する回路２３０
とを分離する。界磁巻線１６が完全に列磁される
と、端子２３４は実質的に接地電位となり、基準
電圧は比較器２３２の出力を論理レベル「１」の
電位にする。界磁巻線１６が完全に励磁されてい
ないときには、端子２３４の電圧は基準電圧源２
３６により提供される基準電圧を越え、比較器２
３２の出力は論理レベル「０」の電位をとる。基
準電圧源２３６への供給電圧はバツテリー１２又
は発電機１０により信号線２４８を介して提供さ
れる。基準電圧回路１６６の場合と同様に、基準
電圧源２３６もNaional Semiconductor
Corporation製のAD５８０集積回路デバイスで
あつても良い。

信行線２２４の減速信号は、自動車のエンジン
の減速が基準量を越えているか否かを示す。この
信号は、自動車の速度が所定の閾値を越えている
ときのエンジンマニホルドの真空状態又はスロツ
トルの位置を検出することにより得ることができ
る。エンジンの減速が基準量を越えることが示さ
れると、信号線２２４の信号は論理レベル「１」
の電位をとる。その他の場合には、信号線２２４
の信号は論理レベル「０」の電位をとる。

前述の米国特許第4310793号に記載されるよう
に、充電・浮動システムの目的は、エンジンが始
動されるたびにバツテリーの充電状態を所定のレ
ベルまで上げ、その後、発電機の出力電圧を実質
的にバツテリーの公称開回路端子電圧に相当する
浮動値まで低減することである。バツテリーを充
電するために使用される発電機の出力電圧がバツ
テリーの電圧及びバツテリーの温度の関数として
決定される場合、充電電流の大きさをバツテリー
の充電状態を示すものとして利用しても良い。従
つて、ここで説明する回路において、比較器１６
２はバツテリーの充電電流の大きさを、バツテリ
ーの十分な充電状態を示す充電電流に対応する基
準値と比較する。本発明の１つの面によれば、充
電動作モードを一時停止する以前の別の状態は発
電機の動作に関連する。エンジンが低速であり、
従つて発電機が低速であり且つ電気負荷が高いと
いう条件の下では、発電機の出力容量は必要な充
電電圧を維持するには十分でないと考えられる。
その結果、発電機の出力電圧が低下すると、充電
電流は所定の充電状態に対応する基準値以下に降
下するので、必要以上早く充電動作モードが停止
され、浮動動作モードが開始されてしまう。

そこで、本発明は、重電気負荷の条件下の場合
のように、発電機の界磁巻線１６が完全に励磁さ
れたか否かを示す全界磁を検出するための回路２
３０を含む。充電動作モードは、充電電流が基準
値以下に降下し且つ発電機の界磁巻線が完全に励
磁されないときにのみ停止される。充電動作モー
ドが停止され、浮動動作モードが開始されると、
継続充電の関連するエネルギー消費を回避するた
めに、発電機の出力電圧はほぼバツテリー１２の
公称開回路端子電圧まで低下する。その後、浮動
動作モードの間、発電機の出力電圧−浮動電圧−
は、実質的に浮動動作モードの成立時の所定のバ
ツテリー充電状態を維持するように正味バツテリ
ー電流に従つて増減調節される。

本発明の別の面によれば、浮動動作モードの進
行中にエンジンの減速が基準量を越えたことが検
出されると、発電機の周力電圧は比較的高い値ま
で上昇する。この特徴は浮動電圧の調節と相まつ
て、エネルギー効率の高い動作モードを可能にす
る。この場合、自動車の運動質量から可変量のエ
ネルギーが回復され、浮動電圧は、それに従つ
て、実質的に浮動動作モードの成立時のバツテリ
ー充電状態を維持するために必要は量だけエネル
ギーを消費するように調節される。論理回路２２
０は信号線２２４のエンジン減速信号と、信号線
２２２の全界磁巻線と、信号線２２６に現われる
比較器１６２の出力とを監視し、上述の制御機能
を実行するように回路の動作を調整する。

次に、論理回路２２０についてさらに詳細に説
明する。信号線２２６に現われる比較器１６２の
出力と、信号線２２２に現われる全界磁巻線とは
NORゲート２５０に入力として印加される。そ
の結果、NORゲート２５０の出力は、充電電流
が信号線１６４の基準値以下まで降下し且つ全界
磁信号は発電機の界磁巻線１６が完全に励磁され
ないことを示す場合にのみ論理レベル「１」の電
位をとることができる。NORゲート２５０の出
力はNORゲート２５２に入力として印加される。
NORゲート２５２は、抵抗器２５４及びコンデ
ンサ２５６から構成されるRCタイミング回路と、
ダイオード２５８とを介して、前述のようにトラ
ンジスタ５０及び５２の導通を制御する信号線５
４に接続される。NORゲート２５２に対するも
う一方の入力は、Ｄ形フリツプフロツプ２６０及
びANDゲート２６２から構成される減速応答回
路から得られる。信号線２２４の減速信号は
ANDゲート２６２と、Ｄ形フリツプフロツプ２
６０のクロツク入力端子Ｄとに入力して印加され
る。Ｄ形フリツプフロツプ２６０の出力端子すな
わちＱ端子はANDゲート２６２の他方の入力端
子に接続される。Ｄ形フリツプフロツプ２６０の
データ端子すなわちＤ端子は信号線２６４を介し
てNORゲート２５０の出力端子に接続される。

次に論理回路２２０の動作を説明する。前述の
ように、NORゲート２５０の出力は、充電動作
モードが適切であるか又は浮動動作モードが適切
であるかを示す。信号線２２４の減速信号が論理
レベル「０」の電位にとどまつている場合、
NORゲート２５２はNORゲート２５０の出力を
反転するように動作する。従つて、充電動作モー
ドが指示されるとき、NORゲート２５２の出力
は論理レベル「１」の電位にあり、コンデンサ２
５６は抵抗器２５４を介して論理レベル「１」の
電位まで充電される。その結果、信号線５４は論
理レベル「１」の電位に維持され、PNPトラン
ジスタ５２は導通状態にバイアスされて充電動作
モードを成立させる。浮動動作モードが望ましい
とき、NORゲート２５２の出力は論理レベル
「０」の電位まで降下し、コンデンサ２５６はダ
イオード２５８を介して放電される。その結果、
信号線５４の電位は論理レベル「０」の電位に降
下し、PNPトランジスタ５０は導通状態にバイ
アスされて浮動動作モードを成立させる。信号線
５４は４段２進アツプ／ダウンカウンタ１７６〜
１８０のプリセツト入力端子にも接続されている
ので、浮動動作モードの開始により、信号線１０
４〜１１０に現われるカウンタ回路１７２の出力
も所定の値をとる。４−16線復号回路１００及び
経路４６の抵抗器６６ａ〜６６ｎは、カウンタ回
路１７２の所定のプリセツト出力値がほぼバツテ
リー１２の公称開回路端子電圧に相当する発電機
出力電圧を発生させるように構成される。

前述のように、その後、クロツク回路１７０は
正味バツテリー電流に従つてカウンタ回路１７２
のカウントを増減すると共に、カウンタ回路１７
２の現在の出力値を反映するようにトランジスタ
列７６及び７８の導通状態を変化させるために、
信号線１１２を介して４−16線復号回路１００を
周期的にストローブすなわちエネイブルするよう
に動作する。浮動モードでの動作中、NORゲー
ト２５０の出力、すなわちＤ形フリツプフロツプ
２６０へのデータＤ入力は、論理レベル「１」の
電位にある。信号線２２４の減速信号はエンジン
の減速が所定量を越えたことを示す論理レベル
「１」の電位まで上昇すると、Ｄ形フリツプフロ
ツプ２６０のデータ入力端子における論理レベル
「１」はフリツプフロツプ２６０のＱ端子すなわ
ち出力端子にクロツクされ、ANDゲート２６２
の出力は論理レベル「１」の電位に上昇する。こ
れにより、次の３つの効果が得られる。まず、
NORゲート２５２の出力、従つて信号線５４の
電位はNORゲート２５０の出力レベルとは関係
なく論理レベル「０」の電位に確実に維持され
る。第２に、４−16線復号回路１００のプリセツ
ト入力端子は信号線１０２を介して論理レベル
「１」の電位まで上昇されるので、トランジスタ
列７６及び７８は既知の又は所定の導通状態をと
る。第３に、信号線７０は論理レベル「１」の電
位に上昇してトランジスタ６８を非導通状態にバ
イアスするので、発電機の出力電圧は、減速中に
自動車の運動質量と関連する運動エネルギーを補
償するために必要な比較的高いレベルまで上昇す
る。

信号線２２４の減速信号が論理レベル「０」の
電位まで降下し、エンジンの減速が基準量を越え
なくなつたことが示されると、ANDゲート２６
２の出力は論理レベル「０」の電圧に降下し、そ
れにより４−16線復号回路１００は解放され、ト
ランジスタ６８は導通状態にバイアスされるの
で、再び浮動電圧が設定される。NORゲート２
５０の出力は減速中のバツテリーの重負荷充電に
よつてまだ論理レベル「０」の電位にならないこ
ともあるが、コンデンサ２５６及び抵抗器２５４
は、NORゲート２５０が状態を変化することが
できるだけの十分に長い時間にわたつて信号線５
４を論理レベル「１」の電位に維持する。この時
間遅延により、エジン減速期間の終了時に充電動
作モードへ復帰することは阻止される。

次に、本発明の動作を詳細に説明する。自動車
の電気系統がエネイブルされ、自動車のエンジン
が始動されると、バツテリー１２は実質的に10ア
ンペアの基準量を越える量の充電電流を発電機１
０から受取り始める。その結果、比較器１６２の
出力は論理レベル「１」の電位をとり、コンデン
サ２５６はNORゲート２５２及び抵抗器２５４
を介して充電される。この動作により信号線５４
は論理レベル「１」の電位に上昇してPNPトラ
ンジスタ５０を非導通状態にバイアスすると共
に、PNPトランジスタ５２を導通状態にバイア
スするので、発電機の出力電圧は経路４８により
検出されるバツテリーの電圧と温度に従つて決定
される。このように、充電動作モードは自動車の
エンジンが始動されたときに開始される。バツテ
リーの充電中、比較器１６２は、バツテリーの充
電状態が十分なレベルまで上がつたか否かを測定
するために、分流器２６により検出される実際の
充電電流を信号線１６４における基準充電電流と
比較する。自動車の通常の動作において、バツテ
リーの充電状態をそのような所定のレベルにする
ために必要とされる充電動作モードの充電時間は
わずか数分である。そのような動作の間に、重電
気負荷により発電機の出力電圧が低下した場合、
充電電流のレベル低下が原因となる充電動作モー
ドの停止を阻止するために、信号線２２２の全界
磁信号はNORゲート２５０の出力を論理レベル
「０」の電位に保持する。充電動作モードは、充
電電流が10アンペアの基準値以下に降下し且つ発
電機の界磁巻線がまだ完全に励磁されない場合に
のみ停止される。

充電モードでの動作中、Ｄ形フリツプフロツプ
２６０のデータ入力端子は論理レベル「０」の電
位に維持されるために、ANDゲート２６２の出
力は論理レベル「０」の電位に維持されるので、
信号線２２４の減速信号は発電機１０の出力電圧
を変化させることができない。

バツテリー充電状態は十分なレベルに達する
と、充電電流は10アンペアの基準値以下に降下
し、比較器１６２の出力は論理レベル「０」の電
位まで降下する。発電機の界磁巻線１６がまだ完
全に励磁されない場合、NORゲート２５２の出
力は論理レベル「０」の電位に降下し、コンデン
サ２５６はダイオード２５８を介して放電され
る。短い遅延時間の後、信号線５４は論理レベル
「０」の電位に降下することにより、カウンタ回
路１７２の出力を所定のレベルにプリセツトする
と共に、PNPトランジスタ５０を導通状態にバ
イアスし、PNPトランジスタ５２を非導通状態
にバイアスする。この動作により、充電動作モー
ドは停止すなわち中断され、浮動動作モードが成
立する。その時点で、発電機の出力電圧はカウン
タ回路１７２のプリセツトによつて約12.7ボルト
のバツテリー１２の公称開回路端子電圧まで低下
する。他の充電浮動システムと同様に、発電機の
出力電圧が浮動電圧まで低下すると、バツテリー
の継続充電が阻止され、自動車の電気負荷は低い
電圧で動作されるので、自動車の電気系統のエネ
ルギー効率はアツプする。浮動動作モードの間、
自動車の電気負荷は主に発電機１０により給電さ
れ、バツテリー電流は非常に低いレベルに維持さ
れる。信号線２２４の減速信号が論理レベル
「１」の電位に上昇し、浮動動作モードの進行中
にエンジンの効率が基準量を越えたことを示す
と、ANDゲート２６２の出力は論理レベル「１」
の電位に上昇することにより、信号線５４を論理
レベル「０」の電位に維持し、トランジスタ６８
を非導通状態にバイアスすると共に、４−16線復
号回路１００を抑止して所定の出力構成を強制的
にとらせる。この動作によりPNPトランジスタ
５０は充電電流の大さとは関係なく導通状態に維
持され、電圧調整器３６の端子９４と端子９４の
間の総直列抵抗は所定の値をとる。その結果、発
電機の出力電圧は比較的高くなり、バツテリー１
２は重負荷充電状態となる。

このような動作の間、電気負荷１４は発電機の
高い出力電圧の供給も受ける。エンジンの減速が
基準量を越えなくなると、信号線２２４の電圧、
従つてANDゲート２６２の出力は論理レベル
「０」の電位まで降下するので、４−16線復号回
路１００への抑止入力は除去され、トランジスタ
６８は導通状態にバイアスされる。４−16線復号
回路への抑止入力が除去されると、この回路は実
質的にエンジン減速前の出力構成に戻る。その結
果、発電機１０の出力電圧は実質的にエンジン減
速期間の前の浮動電圧まで低下する。

発電機１０の出力電圧を低下させるために必要
な時間の中で、信号線５４は、抵抗器２５４及び
コンデンサ２５６から構成されるRC回路の時定
数によつてNORゲート２５２の出力が論理レベ
ル「１」の電位にあるにもかかわらず論理レベル
「１」の電位に維持される。本発明の好ましい実
施例によれば、そのような時定数は約２秒の遅延
を生じさせる。発電機の出力電圧が浮動レベルま
で降下し、充電電流は10アンペアの基準電流以下
に降下すると、比較器１６２の出力、従つて
NORゲート２５２の出力は論理レベル「０」の
電位に降下して、信号線５４を論理レベル「０」
の電位に維持すると共に、自動車の減速中に比較
的重負荷充電の期間を終了させる。前述のよう
に、抵抗器２５４及びコンデンサ２５６により提
供される遅延は、エンジン減速期間の終了時に充
電動作モードが再開されるのを阻止する。

浮動動作モードが開始されると、カウンタ回路
１７２は信号線５４によりセツトされる。その
後、クロツク回路１７０、比較器１５６及びカウ
ンタ回路１７２から構成される電流積算計は正味
バツテリー電流を継続して示す。分周回路２１０
は４−16線復号回路１００の周期的にストローブ
するので、トランジスタ列７６及び７８の導通状
態は信号線１０４〜１１０における現在のカウン
タ出力を反映するように更新される。カウンタ出
力が−たとえば、エンジン減速期間中の充電によ
る−バツテリーへの正味入力電流を示す場合、ト
ランジスタ列のトランジスタの導通状態は、経路
４６の総直列抵抗を低減することにより発電機の
出力電圧を低下させるように変化され、そこで浮
動電圧が設定される。この時点で、バツテリー１
２は電気負荷１４に多少の電流の供給を始めるこ
とができる。信号線１０４〜１１０に現われるカ
ウンタ出力が−電気負荷の増大などによる−バツ
テリーからの正味出力電流を示す場合には、４−
16線復号回路はストローブされたときに有効とな
つて、トランジスタ列の導通状態を経路４６の総
直列抵抗を高めることによりバツテリー１２に充
電電流を戻すための発電機の出力電圧を上昇させ
るように変化させる。図示される実施例におい
て、バツテリー１２の公称開回路端子電圧を中心
として発電機の１４の異なる出力電圧レベルを提
供するようにトランジスタ列７６及び７８を制御
することができる。その結果、エンジン減速時の
重負荷充電状態の延長及び重電気負荷の継続とい
つた極端な事態をバツテリー電流積算計により考
慮することができ、バツテリーの充電状態を実質
的に浮動動作モードの成立時のレベルに維持する
ために適切な浮動電圧を選択することができる。

以上図示される実施例に関して本発明を説明し
たが、当業者にはシステムの様々な変形は明白で
あり、そのような変形システムは添付の特許請求
の範囲により限定される本発明の範囲に含まれる
ことが理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明に従つて構成される自動車の電
気系統の回路図である。 〔主要部分の符号の説明〕、電気負荷……１４、
エンジン駆動発電機……１０、バツテリー……１
２、調整機構……３６、制御手段……４８、浮動
手段……１６２，５０、エンジン減速応答手段…
…２２４、電流積算手段……１７２、発電機制御
手段……２２０。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 自動車の電気負荷１４に電力を供給し、エン
   ジン駆動発電機１０により充電されるバツテリー
   １２と、前記発電機の出力電圧を調整する調整機
   構３６と、調整機構に接続され、充電動作モード
   において発電機の出力電圧をバツテリーの電圧及
   び温度の関数として調整するように動作する制御
   手段４８と、前記制御手段の充電動作モード中
   に、バツテリーに供給される充電電流がバツテリ
   ーの十分な充電状態を示す所定の値以下に降下し
   たとき、充電動作モードを中断し、浮動動作モー
   ドを開始するように動作する浮動手段１６２，５
   ０とを有し、バツテリーの十分な充電状態に達し
   た後、エンジン駆動発電機からのバソテリーの継
   続充電と関連するエネルギー消費を回避するため
   に、発電機の出力電圧は前記バツテリーの公称開
   回路端子電圧とほぼ等しい浮動値まで低下される
   ような自動車の電気系統において、調整機構に接
   続され、エンジンの減速が基準量を越えている間
   に、相対的に高いバツテリー充電電流を発生する
   ことにより減速中の自動車からの運動エネルギー
   を補償するために、発電機の出力電圧を一定の相
   対的に高い値まで上昇させるエンジン減速応答手
   段２２４と、バツテリー１２の正味入力電流及び
   正味出力電流を測定し且つ指示する電流積算手段
   １７２と、前記浮動動作モードの開始時に前記電
   流積算手段１７２をリセツトし、その後、電流積
   算手段１７２がバツテリー１２からの正味出力電
   流を指示する場合は発電機の出力電圧が前記浮動
   値より高くなり、電流積算手段１７２がバツテリ
   ー１２への正味入力電流を指示する場合には発電
   機の出力電圧が前記浮動値以下に低下するように
   発電機の出力電流を前記電流積算手段１７２の正
   味電流測定値に従つて調節し、それにより、エン
   ジンの減速に起因する電気負荷及びバツテリー充
   電の様々な変化にもかかわらず前記浮動動作モー
   ドの開始時におけるバツテリーの十分な充電状態
   を維持するように動作する発電機制御手段２２０
   とを具備することを特徴とする自動車の電気シス
   テム。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の自動車の電気シ
   ステムにおいて、前記浮動動作モードの開始前に
   前記エンジン減速応答手段２２４をデイスエーブ
   ルする手段２６２と、前記浮動手段１６２，５０
   に接続され、前記浮動動作モードの開始後に、エ
   ンジンの減速が基準量を越える期間の終了時に存
   在する相対的に高いバツテリー充電電流が充電動
   作モードを再び成立させることができないよう
   に、エンジン減速応答手段２２４により発生する
   相対的に高いバツテリー充電電流が前記所定の値
   まで降下できるだけの十分な長さの時間にわたつ
   て充電動作モードへの復帰を遅延させるように動
   作する手段２５４，２５６とを具備することを特
   徴とする。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の自動車の電気シ
   ステムにおいて、発電機１０は、発電機の出力電
   圧を調整するために調整機構３６により可変励磁
   される界磁巻線１６を含み、発電機１０の出力電
   圧は界磁巻線の励磁レベルに直接関連して変化
   し、前記調整機構３６の動作に応答し、発電機の
   界磁巻線１６がほぼ完全に励磁されたときに、前
   記浮動手段１６２，５０をオーバーライドすると
   共に、前記充電動作モードの成立を維持すること
   により、発電機１０が重電気負荷によつて適正な
   量の充電電流を供給することができないときに浮
   動手段１６２，５０が浮動動作モードを開始する
   のを阻止するように動作する手段２３０を具備す
   ることを特徴とする。 ４ 特許請求の範囲第１項記載の自動車の電気シ
   ステムにおいて、発電機制御手段２２０は、調整
   機構３６に接続される直列抵抗器回路網４６と、
   発電機の出力電圧を調整するために回路網の抵抗
   器の中の１つ又は複数個を選択的に分路するよう
   に制御することができるスイツチ手段７６，７８
   と、前記スイツチ手段７６，７８を前記電流積算
   手段１７２の正味電流測定値に従つて制御するた
   めに周期的にエネイブルされる手段１００とを含
   むことを特徴とする。