JPH05503203A - 発電機用電圧制御器 - 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】 発電機用電圧制御器 従来の技術 本発明は、請求項１の上位概念による発電機用電圧制御器から出発する。バッテ リーの充電および車両の負荷の給電に用いる、自動車の発電機の出力電圧は、電 圧制御器によって一定の値に制御される。低温度でバッテリーを最適に充電する ためには、高温の場合よりも比較的に高い充電電圧が必要であるため、充電電圧 ひいては発電機出力電圧もバッテリーの温度に適合される。そのために例えばＤ Ｅ−○５３−２４３０７５から公知のように、バッテリーの温度をバッテリーの 直接近傍に取り付けられた温度センサにより測定し、この温度センサの出力信号 に基づいて充電電圧を制御する。

この種の電圧制御器の欠点は、別個の温度センサが必要であり、この温度センサ は比較的長い線路によりバッテリーの個所から制御器まで接続しなければならな い。これにより一方ではコストが上昇し、他方で故障の原因となり得る。

発電機とバッテリーとの間の充電線路には電圧降下が発生し、この電圧降下は理 想的なバッテリー充電のためには同様に考慮しなければならないものであるから 、ＤＥ−Ｏ８３２４３０７５から、バッテリープラス極の電圧も測定することが 公知である。しがしそのために所属の接続線路を有する別のセンサが必要である 。

発明の利点 請求項１による本発明のセンサはこれに対し、付加的な温度センサおよび付加的 な電圧測定器が必要ないという利点を有する。というのは、バッテリーの温度が 、制御器の適切な特性フィールドに記憶されたデータ自体からめられるからであ る。充電線路の電圧降下も同様に、適切な特性フィールドに記憶されたデータに よりめられ、発電機出力電圧の設定の際に考慮される。

従属請求項に記載された手段により、請求項１に記載の電圧制御器の有利な発展 形態および実施例が可能である。

図面 図１にはバッテリー電圧とバッテリー温度との公知の関係が示されている。図２ には基本回路図が示されている。図３．４および５にはバッテリーないし発電機 への負荷の接続手段が箭単に示されている。図６には電圧制御器並びにバッテリ ーの温度経過が時間に関してプロットされている。図７にはバッテリー電圧の経 過が時間に関し、本発明の電圧制御器に相応してプロットされている。

実施例の説明 図１に示されたバッテリー電圧ＵＢのバッテリー温度ＴＢに関する経過は、バッ テリーの理想的な充電を保証する所期の特性経過に相応する。このような経過を 実現するためには、い（つかの条件が満たされなければならない。この条件を図 ２に示された基本回路図に基づき説明する。

１０により図示されていない自動車の機関により駆動される発電機が示されてい る。発電機は充電線路１１を介してバッテリー１３のプラス極と接続されている 。充電線路の抵抗は抵抗１２により示されている。

バッテリー１３のプラス極には負荷が接続されており、この負荷は図２に抵抗１ ４により象徴的に示されている。

さらに発電機１０は電圧制御器１５と接続されおり、電圧制御器は電力部１６と 制御部１７からなる。電力部１６にはスイッチングトランジスタ１８があり、そ のオン／オフ比ＴｚｉＡＣスイッチングトランジスタの投入時間と遮断時間との 比の関係を表す）はセンサ１９により検出され、電圧制御器１５の制御部１７に 供給される。さらに別のセンサ２０により発電機の回転数ＮＧが検出され、同様 に制御部１７に供給される。

回転数ＮＧは、相ｕ、ｖ、ｗのうちの１つの誘起される発電機電圧の周波数評価 を介してめることもできる。

有利にはマイクロコンピュータを有する制御部１７では、所要の計算および時間 測定が行われ、その他に計算に必要なデータがそこに記憶されている。さらに制 御部１′７は公知のように、スイッチングトランジスタ８の制御を行い、これに より発電機出力電圧の調整を励起電流の相応の制御を介して行う。

図２に示された実施例では、発電機の出力電圧はＵＧに等しい。バッテリー１３ のプラス極のバッテリー電圧ＵＢは、発電機電圧ＵＧから充電線路１１の抵抗１ ２で降下する電圧値ＵＬを減じたものに等しい。発電機１０から送出される発電 機電流ＩＧは、測定された発電機回転数ＮＧおよび同様に測定されたスイッチン グトランジスタ１８のオン／オフ比（これは励起電流に対して重要である）から めることができる。

図２に示された負荷（やはり抵抗１４により象徴的に示されている）の接続は理 想的なものであり、実際の搭載電源網では不可能である。実際の搭載電源網には 図３および図４の図示に相応して、発電機に直接接続される負荷、または発電機 とバッテリーとの間に接続される負荷が存在する。それら負荷の他方の端子はそ れぞれアースに接続される。図５に示すように接続個所の組み合わせも使用しな いわけにはいかない。

バッテリーに理想的な充電電圧ＵＢが印加されるように、発電機出力側とバッテ リー１３のプラス極との間の電圧降下は補償されなければならない、すなわち、 発電機出力電圧ＵＧの発電機出力側における目標値は電圧降下ＵＬ分だけ正確に 高めなければならない。

そのために電圧降下ＵＬが電圧制御器１５の制御部１７にて、発電機電流ＩＧお よび抵抗１２の値から計算される。

図２の理想例の場合に対しては、この計算は簡単にオームの法則に従い行うこと ができる。なぜなら、充電線路１１での電圧降下ＵＬは抵抗１２の値と流れる電 流ＴＧとの積に等しいからである。

発電機電流ＩＧの値は特性フィールドに、発電機回転数ＮＧおよびオン／オフ比 Ｔ　Ｈｌ　＆に依存して電圧制御器１５の制御部１７のメモリにファイルされて いる。

同様に充電線路１１の抵抗１２の値は一度測定され、記憶されている。このよう に記憶された値は電圧降下ＵＬの計算に対して使用される。

発電機の出力電流ＩＧが電流センサ２３により直接測定される場合、電圧降下Ｕ Ｌの計算のためにこの測定した値を利用することができる。

理想的な搭載電源網では、電圧降下ＣＬのこの計算に補正を施すことができる。

補正は相応にファイルされた補正係数を介して得られる。この補正係数は制卸器 の出荷前に検出され、制御部１７のメモリにファイルされる。

一般的に充電線路１１の電圧降下ＵＬはこのようにしてシミュレーションを用い て、場合により容易に測特表平５−５０３２０３　（３） 定可能な量（これらはいずれにしろ測定しなければならない）の助けにより記憶 されているデータからめられる。

電圧制御器１５の制御部１７でバッテリー温度をシミュレートする場合は、走行 開始後に電圧制御器１５とバッテリー１３は所定の形式で加熱されることを前提 とする。

図６には制御器とバッテリーで測定された温度経過が時間しに関してプロットさ れている。ここでは温度１０″Ｃの際に時点１０で機関は投入接続される。

制御器の温度ＴＲは機関の運転中、常時強く上昇し、所定時間後に限界値をほぼ 行ったり来たりすることになる。バッテリーの温度ＴＢは同様に上昇し、温度は 所定時間後に同様に少なくとも近似的に一定となろう。

しかし図６の実施例では、時点ｔｌ後に機関が遮断される。それにより制御器の 温度ＴＲもバッテリーの温度ＴＢも低下する。しかし時点ｔ２では制御器の温度 はまだバッテリーの温度まで低下していない、バッテリーの温度まで低下するの は時点ｔ３である。

別の時点ｔ４後に機関が再び投入されると、時間インターバル１０とｔｌに相応 する過程が繰り返される。

図７には、バッテリー電圧ＵＢの経過が、図６から公知の例に対して時間℃に関 しプロットされている。

ここで下側の曲線は制御器温度の関数としての電圧経過を示す。すなわち、この 電圧経過が制御器自体の温度測定による温度に依存する制御の場合に調整される こととなる。

上側の曲線はバッテリー電圧ＵＢの時間しに関する経過をバッテリー温度ＴＢの 関数として示す。両方の場合とも、電圧は熱の上昇と共に低下する。しかし制御 器での温度測定の場合の方がバッテリーでの温度測定の場合よりもはるかに大き く低下する。そのために、制御器温度に相応して制御すると過度に低い電圧値が 調整されることとなる。従い本発明ではバッテリー温度を測定するのではなく、 シミュレーションによりファイルされているデータからめるのである。

制御器温度ＴＲを発電機電圧ＵＧの目＊（Ｉｔの調整に使用した際に誤差が生じ ることから、時点ｔ２での新たな始動の際、すなわち“半暖機”の動作状態では 偏差ｕが存在しており、この偏差は過度に低い充電電圧を引き起こすこととなる ことがわかる。この偏差は、ｔｌとｔ２の間の時間インターバルでは制御器温度 がバッテリー温度の値まで低下しておらず、全体的に制御器温度が高いことによ り生じる。

前記の問題点を処理するために本発明では、動作中、すなわち時間インターバル ｔｏからｔｌの間、発電機電圧ＵＧの目標値を制御器温度に相応して設定するの ではなく、記憶されている特性フィールドから計算された温度（この温度はシミ ュレートされたバッテリー温度に相応する）に相応して設定する。この場合、特 性フィールドはバッテリー１３の熱時定数を含む。この熱時定数は車両の出荷酵 にめられ、電圧制御器Ｉ５の制御部１７のメモリにファイルされる。

シミュレーションの開始時にスタート温度として制御器の温度が使用される。こ の温度は現在ｔｏのところバッテリー温度に相応する。各シミュレーションない し計算の際にめられたバッテリー温度は記憶され、次の計算のためにスタート温 度として使用される。さらに機関が運転される場合、このように連続的に新たな バッテリー温度が定められる。時点ｔ４後に新たに始動された場合、制御器もバ ッテリーも同じ温度に冷却されており、バッテリー温度のシミュレーションは１ ０とｔｌの間の時間インターバルと同様に行われる。

しかし時点ｔ２後に始動された場合、“半暖機”動作状態が存在しており、バッ テリー温度と制御器温度とは値Ｔだけ相互に異なっている。この場合、温度シミ ュレーションに対するスタート値として制御器温度は使用せず、バッテリー温度 の時点ｔ１で最後に計算した値から、時点ｔ２でのバッテリー温度の新たな値を 計算する。この計算は時点ｔ１とｔ２の間の時間インターバルの長さおよびバッ テリーに対する冷却時定数を考慮して行われる。

その際、冷却時定数はバッテリーの熱時定数と同様に一度検出ないし測定され、 制御部１７のメモリにファイルされる。

同様に測定され記憶された、制御器の熱時定数ないし冷却時定数を考慮すること によって、制御器が再び周囲温度に冷却される時点ｔ３を計算することができる 。それによりシミュレートされたバッテリー温度がこの時間後に周囲温度にあれ ば、制御器の温度をバッテリー温度のシミュレータのためのスタート温度として 再び使用することができる。

要　約　書 発電機用電圧制御器 バッテリーを充電線路を介して充電し、車両搭載電源網に電圧を供給する電圧制 御器では出力電圧がバッテリーの温度に依存して制御される。その際バッテリー の温度は記憶されているデータからのシミュレーションによりめられる。さらに 発電機とバッテリーとの間の電圧降下が補償される。これはこの電圧降下を発電 機電流と充電線路の抵抗とから計算し、補正係数を考慮して行う。補正係数は、 発電機とバッテリーとの間の負荷の種々異なる接続を考慮したものである。

国際調査報告

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．バッテリーを充電線路を介して充電し、車両搭載電源網に電圧を供給する発 電機用電圧制御器であって、電圧の高さはバッテリーの温度に依存して設定され る発電機用電圧制御器において、 バッテリー（１３）の温度（ＴＢ）および／または充電線路（１１）での電圧降 下（ＵＬ）が、記憶されたデータからのシミュレーションによって求められるこ とを特徴とする発電機用電圧制御器。
2. ２．電圧制御器（１５）は制御部（１７）を有し、該制御部にはデータが記憶さ れており、かつ該制御部は時間測定を行い、バッテリー（１３）の温度（ＴＢ） を検出測定された時間（ｔ０〜ｔ４）を考慮して、記憶されたデータから求める ための計算を行う請求項１記載の電圧制御器。
3. ３．電圧制御器（１５）の温度（ＴＲ）が検出され、当該温度もバッテリー（１ ３）の温度を求める際に共に考慮される請求項１または２記載の電圧制御器。
4. ４．前記記憶されたデータは特性フィールドであり、該特性フィールドは少なく ともバッテリー（１３）の熱時定数および／または冷却時定数を含んでいる請求 項１から３までのいずれか１記載の電圧制御器。
5. ５．前記記憶されたデータも電圧制御器（１５）の熱時定数および／または冷却 時定数を含んでいる請求項４記載の電圧制御器。
6. ６．発電機回転数（ＮＧ）およびスイッチングトランジスタ（１８）のオン／オ フ比（ＴＥ／Ａ）が測定され、当該測定値から発電機電流が求められ、充電線路 の抵抗に対して記憶されている値と共に、充電線路での電圧降下（ＵＬ）をシミ ュレートするために使用される請求項１記載の電圧制御器。
7. ７．電圧降下（ＵＬ）の検出の際に付加的な補正係数が考慮される請求項６記載 の電圧制御器。