JPH03190535A - 車両用充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、車載のバッテリーを発電機で充電する装置に
関する。

［従来の技術〕 エンジンの駆動トルクの内、有効に走行エネルギーや電
気負荷への電力供給に役立つ分と、発熱損失として失わ
れてしまう分とがあるが、近年、特に、経済性や大気中
の二酸化炭素規制等の観点から、この損失を減らすこと
に対する社会的要求が高まって来ている。エンジンが駆
動するものの内、車載用交流発電機に関しても同様で、
いかに発電効率を上げるかが、小形化、軽量化、低コス
ト化に対する要求と同等以上に重要視されて来ている。

従来の車両用充電装置は、電気負荷が接続されるバッテ
リーと、エンジンにより駆動される発電機と、前記バッ
テリー電圧を検出するとともに該電圧に応じた発電機の
界磁電流を供給するレギュレータとを備える。

［発明が解決しようとする課題］ しかるに、従来の車両用充電装置は、発電機をなるべく
持てる能力の一杯を出力させることを念頭におき、小型
発電機を高負荷率で運転させていることを目脂している
ので、当然、発電機の磁束密度や電流密度が材料や発電
機冷却性能上の限界ぎりぎりまで高くなっていて、鉄損
や銅損などの損失を少なくすることが技術的に難しく、
発電効率を大きく改善することができなかった。

本発明の目的は、発電効率に優れる車両用充電装置の提
供にある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的の達成のため、本発明はつぎの構成を採用した
。

（ア）車両用充電装置は、電気負荷が接続されるバッテ
リーと、エンジンにより駆動される発電機と、バッテリ
ー電圧を検出し、このバッテリー電圧を所定電圧に維持
すべく、前記発電機の発電量を制御する発電量調整手段
とを備え、前記発電機は、全能力運転において、車両が
必要とする電力より大きい発電能力を有し、かつ、前記
発電機の出力電流を、前記発電能力より小さく設定され
な出力電流上限値を越えないように調整する。（イ）さ
らに、車両用充電装置は、前記バッテリーが所定電圧よ
り低下した時は前記発電機を全能力運転する。

［作用および発明の効果］ 本発明は、つぎの作用および効果を有する。

〈請求項１について〉 （作用） 発電量調整手段は、バッテリー電圧を検出し、このバッ
テリー電圧を所定電圧に維持すべく、発電機の発電量を
制御する。また、発電機の出力電流を、発電能力より小
さく設定された出力電流上限値を越えないように調整す
る。

（効果） 発電機がフル発電特性を下回る、発電能力を下げた出力
特性で運転されるので、磁束密度や電流密度が下がるこ
とになり、発電効率に優れる。

く請求項２について〉 （作用、効果） バッテリーが所定電圧より低下した時は発電機は全能力
運転するので、バッテリーの過放電状態は短時間で解消
される。

し実施例１ つぎに本発明を第１図に示す第１実施例に基づき説明す
る。

車両用充電装置Ａは、電気負荷ｌが接続されるバッテリ
ーＢと、オルタネータＯと、前記バッテリーの端子電圧
■に基づいて前記オルタネータＯの界磁電流Ｉ、を制御
するレギュレータＲとを備える。また、レギュレータＲ
は、バッテリーの過放電時には前記オルタネータＯをフ
ル出力特性Ｆで運転し、バッテリーの放電状態が通當範
囲内の時は、オルタネータＯを、発電量を抑制したパー
シャル出力特性Ｐで運転する。

電気負荷１は、各種ライト、ヒータ、ラジオ、スタータ
、点火装置、エアコン、ワイパー等、電気で作動する電
装品である。

バッテリーＢは、電圧１２Ｖのモノブロック構造の鉛蓄
電池である。

オルタネータ０は、界磁巻線２１および星型接続した電
機子巻線２２を有する三相交流発電機２に三相全波整流
回路３を構成する整流器群３１を電気接続したものであ
る。このオルタネータＯは、フル出力運転において、車
両が必要とする電力より十分大きい発電能力を有してい
る。

レギュレータＲは、電圧比較回路４１、特性把握回路４
２、禁止回路４３、キャンセル回路４４、およびトラン
ジスタＴｒを備える。

電圧比較回路４１は、端子電圧■と第１の基準電圧■、
とを比較して■≦■１の時オン信号Ｓを出す。また、端
子電圧■と第２の基準電圧■２（但し必す’Ｖ、、＜Ｖ
ｌに設定される）とを比較して、Ｖ＞Ｖ、の時、前記キ
ャンセル回路４４をオフにする。

特性把握回路４２は、前記オルタネータＯのリップル電
圧により出力電流Ｉを検出し、電機子巻線２２の反中性
点端子の電位からオルタネータ０の回転数Ｎを算出する
。この特性把握回路４２は、前記出力電流Ｉおよびオル
タネータ０の回転数Ｎを検出した結果を予め定めたその
回転数Ｎにおける出力上限制御目標値１１１ｆＮｌの出
力電流Ｉ□と比べ、工≦■８の時は禁止回路４３をオン
にし、■〉ＩＩＩの時は禁止回路４３をオフにする。

禁止口１ｉ４３およびキャンセル回路４４は、前記電圧
比較回路４１とトランジスタＴｒの間に介在する。

トランジスタＴｒは、前記オン信号Ｓに基づいて前記界
磁電流■ｆのスイッチング制御を行う。

つぎに、車載用バッテリーの充電システムＡの作動を説
明する。

（バッテリーの放電状態が通常範囲内の時）バッテリー
Ｂの端子電圧Ｖは、常に第２の基準電圧Ｖ２より高い。

そして、バッテリーＢの端子電圧Ｖが第１の基準電圧Ｖ
、を越えると電圧比較回路４１からはオン信号Ｓは出な
い。

電気負荷１によるバッテリーＢの電力消費が継続したり
、大負荷が加わったりしてバッテリーＢの端子電圧■が
第１の基準電圧Ｖｔ以下となると電圧比較回路４１はオ
ン信号Ｓを出力する。

特性把握回路４２は、出力電流Ｉが回転数Ｎにおける出
力」−比制御目標値ＩＲＩＮ＋の出力電流Ｉ。

以下の場合に禁止回路４３をオンとし、出力電流■が出
力電流■８を越える場合に禁止回路４３をオフにする。

上記作動により、バッテリーＢの放電状態が通常範囲内
の時は、オルタネータ０は、発電量を抑制したパーシャ
ル出力特性Ｐの範囲内で運転される。

（バッテリーの放電状態が過放電の時）この時、バッテ
リーＢの端子電圧Ｖは、第２の基準電圧Ｖ、以下である
ので、電圧比較回路４１は、キャンセル回路４４をオン
にするので、特性把握回路４２の作動は実質無視される
。

■≦Ｖ２ということは、必ずＶ≦Ｖｌであるので、オン
信号Ｓは常にトランジスタＴｒに加わる。

このため、バッテリーＢの過放電時には前記オルタネー
タＯはフル出力特性Ｆで運転される。

つぎに、車両用充電装置ｔＡの効果を第２図とともに述
べる。

第２図において、ＦおよびＰはそれぞれ三相交流発電８
！２のフル発電出力特性およびパーシャル出力制御特性
、２３および２４はそれぞれその時の効率特性である。

また、２０１は三相交流発電機２のパーシャル出力制御
特性Ｐに相当する小容量三相交流発電機のフル発電特性
、２０２はその時の効率特性である。

両者を同一の出力で発電した場合、三相交流発電機２は
、小容量の三相交流発電機に比べ、鉄心断面積や導線断
面積が大きく設定され゛ているので、磁束密度や電流密
度の低下割合が小さい（磁束密度の２乗の関係で鉄心の
うず電流積やヒステリシス損が低下し、電流密度の２乗
の関係で固定子巻線の銅損が低下する）。

（あ）このため、同一の電気負荷１に対して、小容量三
相交流発電機をフル発電（効率特性２０２）で使用する
よりも、三相交流発電機２をパーシャル出力（パーシャ
ル出力特性Ｐ）に限定して常用する方が効率が最大的１
５％を改善できる。

（い）本実施例では、各三相交流発電機のフル発電時の
出力電流の差は約２倍であるが、小容量の三相交流発電
機の重ＩＬ（約５ｋｇ）に対し、三相交流発電機２の重
量（約６ｋｇ）は大であるが、車両重量（約ｉｔ）に比
べれば僅かな比率であり、重量増加に伴う燃費悪化等の
悪影響は無視できる。

（う）発電効率が向上するので、エンジンの無駄なトル
クが減ってむしろ燃費は改善される。実際に効率向上分
と重量増加分の双方を加味考慮して、３０００ｃｃクラ
スの車両で試算した結果的１゜８％の燃費が改善される
ことが判明した。

つぎに本発明の第２実施例を第３図および第１図ととも
に説明する。

本実施例では、特性把握回路４２は、前記オルタネータ
Ｏのリップル電圧により出力電流Ｉを検出しているが、
オルタネータＯの回転数Ｎは検出しない、また、出力子
、限制御目標値■□１は単一に設定されている。このた
め、Ｖ＞Ｖ、時には、出力型ｆｉＸＩが所定の出力電流
ＩＩＩを越えると禁止回路４３をオフする作動を奏する
。本実施例ではオルタネータ０の回転数Ｎを検出する回
路が不要となる。

つぎに本発明の第３実施例を第４図および第５図ととも
に説明する。

電圧比較回路４１は、ライン電圧■゛と第１の基準電圧
Ｖ、とを比較してＶ゛≦ｖ１の時オン信号Ｓを出す。

特性把握部４２は、本実施例では他の場所に搭載される
マイクロコンピュータ（ＥＣＵ）であり、電流検出セン
サ４２０で検出した磁気量から出力電流■を算出する出
力電流検出回路４２１と、演算回路４２２とからなる。

演算回路４２２はエンジン回転数検出部４２３から得ら
れる回転数に相当するデータと出力電流Ｉに相当するデ
ータとを演算して、オルタネータ０が発電量を抑制した
パーシャル出力特性の範囲内で運転されるようにベース
駆動回路の禁止回路４３をオンまたはオフする。

また、前記電圧比較回路４１は、端子電圧■と第２の基
準電圧Ｖ２（但し必ずＶ２＜Ｖｌに設定される）とを比
較して、■゛≦Ｖ２の時（バッテリーの過放電時）、キ
ャンセル回路４４をオンにし、禁止回路４３の作動を無
効にしてオルタネータ０をフル出力特性Ｆで運転する。

本実施例ではレギュレータＲの機能の一部を、既に搭載
されているマイクロコンピュータ（ＥＣＵ）で補ってい
るので、新たに付加する部分が少なくて済む。

本発明は、上記実施例以外につぎの実施態様を含む。

ａ、バッテリーが過放電か通常状態かの判断を、上記各
実施例ではバッテリーＢの端子電圧■（ライン電圧Ｖ−
も含む）が第２の基準電圧■２以下になったことで行っ
ているが、外にバッテリーＢの比重を検出して行っても
良い。また、バッテリーＢから電気負荷１に供給した総
電力量と、オルタネータＯからバッテリーＢを充電する
ために供給して総電力量とをマイクロコンピュータで演
算して把握するようにしても良い。

ｂ、オルタネータ０の出力電流Ｉの検出は、その他、転
流スパイク電圧、電流脈流に基づく誘導電磁波などを参
照して行っても良い。

Ｃ，オルタネータＯの回転数Ｎの検出は交流発電機の発
電周波数に基づいて行っても良い。

ｄ、ｌ記各実施例では、出力−」、比制御目標値ＩＲＴ
Ｎ、を固定しているが、エンジン運転状１ぶ信号、オル
タネータＯ（交流発電機）の温度、エンジンルームの温
度、運転習癖などによって可変し、燃費をさらに改善す
るようにしても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例である車両用充電装置の作
動原理を示す説明図、第２図はその装置の効果を説明す
るためのグラフである。 第３図は本発明の第２実施例における車両用充電装置の
作動説明をするためのグラフである。 第４図は本発明の第３実施例の車両用充電装置の作動原
理を示す説明図、第５図はその装置に用いる電流検出セ
ンサの説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）電気負荷が接続されるバッテリーと、 エンジンにより駆動される発電機と、 バッテリー電圧を検出し、このバッテリー電圧を所定電
   圧に維持すべく、前記発電機の発電量を制御する発電量
   調整手段とを備え、 前記発電機は、全能力運転において、車両が必要とする
   電力より大きい発電能力を有し、かつ、前記発電機の出
   力電流を、前記発電能力より小さく設定された出力電流
   上限値を越えないように調整することを特徴とする車両
   用充電装置。 ２）前記バッテリーが所定電圧より低下した時は、前記
   発電機を全能力運転することを特徴とする請求項１記載
   の車両用充電装置。