JPH07115738A

JPH07115738A - 充電発電機の制御装置

Info

Publication number: JPH07115738A
Application number: JP5258024A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Takahashi; 直行高橋; Masatoshi Masumoto; 正寿桝本; Masanori Tsuchiya; 雅範土屋
Original assignee: Hitachi Automotive Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1993-10-15
Filing date: 1993-10-15
Publication date: 1995-05-02

Abstract

(57)【要約】【目的】車両電気負荷遮断時のバッテリ電圧の不安定な
領域において負荷応答制御の誤動作を防止すること。【構成】バッテリの出力電圧と予め定められた設定電圧
との偏差信号により偏差分圧出力と積分出力を得、パワ
ースイッチ制御用ＰＷＭ出力に前記出力電位の低い方が
選ばれる制御回路において、積分回路の電位が下降する
方向の時定数を、少なくとも界磁巻線の時定数以上に設
定する車両用充電発電器の制御装置。【効果】車両電気負荷遮断時のバッテリ電圧の不安定な
領域において、偏差出力が急激に変化しても積分回路の
電位が下降する方向の時定数を界磁巻線の時定数以上に
設定することにより偏差分圧出力でパワースイッチ制御
用ＰＷＭ出力を決定することが出来るから、負荷応答制
御の誤動作が発生することがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は充電発電機の制御装置に
係り、特に負荷変動の大きい内燃機関によって駆動され
るに好適な車両用充電発電機の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車にはランプ類及びアクチュエータ
類の電気的負荷に電力を供給するためにバッテリ及びバ
ッテリ充電用発電機が搭載されている。この発電機は、
一般にエンジンが発生する駆動トルクの回転力を利用し
て回転磁界を励磁し、この界磁巻線の発生する回転磁界
によって生じるバッテリの電圧を所定値に維持するよう
に制御されている。

【０００３】しかしながら、一般にランプスイッチを入
れるなどで電気的負荷が大きくなると、発電量もその分
上げる必要があるので上記の界磁巻線に流れる電流が急
激に大きくなるように制御される。すると発電機の仕事
量が増えるため駆動トルクも大きくなり、エンジンの発
生するトルクとのバランスが崩れ、エンジンの発生トル
クが更にその分増えるまでの間エンジン回転が落ち込む
現象が現れ、最悪の場合としてはエンジンストールが発
生する可能性がある。特にアイドリング状態では、エン
ジンの発生トルクと発電機を含めた補機類の駆動トルク
のバランスが保たれた上で、エンジンはある所定の回転
数になるように制御されているので、回転制御の応答速
度以上の急激なトルク変動は問題となる。

【０００４】このような現象を抑制するために、電気負
荷が急に大きくなったときに上記の界磁巻線に流れる電
流の急激な上昇を抑制し、エンジンに対する発電機の発
生トルクの急激な変動を抑えるように制御する、いわゆ
る負荷応答制御が考えられるに至った。

【０００５】このような負荷応答制御の考え方自体は、
特公昭60-27280号公報に示されており既に公知となって
いる。また、界磁巻線に流れる界磁電流の増加量が一定
値を越えたときに界磁電流の急激な上昇を抑制するよう
に制御する技術も例えば特願平5−40930号公報で知られ
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術（特願平
5−40930号）は、バッテリの出力電圧と予め定められた
設定電圧との偏差信号により偏差分圧出力と積分出力を
得、界磁巻線に供給する電流を前記の低い方の出力によ
るＰＷＭ出力で制御するすることにより界磁電流の急激
な増加を防止するものであった。また、積分出力を発生
する積分回路は電位が上昇する方向のみ界磁巻線の時定
数より長い時定数で偏差出力に応答する構成となってい
た。このため、車両電気負荷が遮断されたときの瞬間的
なバッテリ電圧の上昇により偏差分圧出力が一瞬低下
し、その後負荷遮断後の充電発電機の出力電流の安定し
た状態の偏差分圧出力に戻ろうとする働きにより（車両
電気負荷遮断時、それまで界磁巻線に流れていた界磁電
流は急に減少することが出来ず、界磁巻線の時定数によ
り徐々に減少するため）バッテリ電圧が上昇したとき積
分出力は電位が下降する方向では偏差出力に即座に応答
することから一瞬のうちに低下し積分回路の時定数によ
り徐々に上昇するため、負荷遮断後の充電発電機の出力
電流の安定する界磁電流値への急激な増加を抑制しよう
とする制御が行われる。つまり、負荷遮断時に負荷応答
制御が働き充電発電機の出力電流の不足した状態が発生
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明では、積分出力を発生する積分回路の時定数を
電位が下降する方向にも持たせることにより車両電気負
荷遮断時の瞬間的なバッテリ電圧の上昇により偏差出力
が低下してからバッテリ電圧が安定し偏差出力が安定す
る間、積分出力はゆっくりと下降してくる構成とし界磁
電流の急激な増加を抑制する制御が働くことを防止す
る。つまり、車両電気負荷遮断時に負荷応答制御が働き
充電発電機の出力電流が不足することがない。

【０００８】

【作用】車両電気負荷遮断時、それまで界磁巻線に流れ
ていた界磁電流は急に減少することが出来ず界磁巻線の
時定数により徐々に減少する。このためバッテリ電圧は
車両負荷電流の減少により瞬間的に上昇し徐々に充電発
電機の制御電圧に低下する。

【０００９】以上のことから、電圧偏差出力及び偏差分
圧出力は一瞬低下し界磁巻線の時定数の傾きを持って安
定した状態の電位まで上昇するように動作し、積分出力
は電位が下降する方向においても界磁巻線の時定数より
長い時定数に設定しているため偏差分圧出力が安定する
まで積分出力の値が偏差分圧出力の値を下回ることがな
い。つまり、車両電気負荷遮断時の偏差分圧出力が不安
定な状態においては偏差分圧出力により界磁巻線に流れ
る界磁電流を制御することが出来る。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例について説明する。
図１には、充電発電機の制御装置の全体構成を示す。１
は充電発電機であり、６はバッテリ、８は車両電気負
荷、７は車両電気負荷スイッチである。充電発電制御装
置１は、制御装置５，電機子巻線２，前記電機子巻線の
出力を整流する三相全波整流器３，前記電機子巻線に磁
束を供給する界磁巻線４により構成される。制御装置５
は、Ｂ端子から抵抗器５３１とツェナーダイオード５３
２により電源電圧ＶＣＣを発生する電源回路５３，Ｓ端
子の電圧と予め設定された設定電圧との偏差を演算して
出力する偏差信号出力回路５４，偏差信号出力に大きい
時定数で応答する積分回路５６，抵抗器５５１と定電流
源５５２により電圧を降下させ偏差分圧出力を得る偏差
分圧回路５５，偏差分圧回路５５の偏差分圧出力と積分
回路５６の積分出力を入力とし電位の低い方を出力する
最小値通過回路５７，鋸歯状信号発生回路５９，最小値
通過回路５７の出力と鋸歯状信号発生回路５９の出力を
比較して出力する比較器５８，比較器５８の出力により
界磁電流を制御するパワーMOS−FET52により構成され
る。また、界磁巻線４に並列に接続されたフライホイー
ルダイオード５１はスイッチングノイズを吸収するため
に接続されている。

【００１１】次に、偏差信号出力回路５４の詳細動作に
ついて説明する。Ｓ端子電圧を抵抗器５４１，５４２で
分圧した値Ｖｓ１と、基準電圧Ｖref を発生する基準電
圧源５４７の値を抵抗器５４４，５４５，増幅器５４６
により反転増幅することにより偏差出力を得る。５４３
はインピーダンス整合のための増幅率１倍の増幅器であ
る。ここで、偏差信号出力Ｖｚは数式（１）により表わ
される。

【００１２】Ｖｚ＝Ｖref−((Ｒ５４５／Ｒ５４４)(Ｖｓ１−Ｖref)) …（１）次に、図２に最小値通過回路５７の詳細動作について説
明する。最小値通過回路５７は、ベース５７ａ，５７ｂ
を入力とし、エミッタが定電流源５７１に接続されコレ
クタが接地された一対のＰＮＰトランジスタ５７２，５
７３と、前記ＰＮＰトランジスタ５７２，５７３のコレ
クタがベースに接続されコレクタがＶＣＣへ、エミッタ
が定電流源５７５に接続されたＮＰＮトランジスタ５７
４のエミッタ５７ｃが出力となっている。ここで、一対
のＰＮＰトランジスタ５７２，５７３はベース電位の低
いＰＮＰトランジスタが導通状態となり、ベース電位の
高いＰＮＰトランジスタは非導通となるため。ＰＮＰト
ランジスタ５７２，５７３のコレクタ電位は入力５７
ａ，５７ｂのうち低い電位にＰＮＰトランジスタのベー
ス−エミッタ間電圧を加えた値となる。更に、ＰＮＰト
ランジスタ572,５７３とＮＰＮトランジスタ５７４のコ
レクタ−エミッタ間電圧を定電流源571,５７５の電流値
の調整により同じ値とすることにより、出力５７ｃは５
７ａ，５７ｂのうち低い電位が出力される。

【００１３】次に、図３に積分回路５６の詳細動作につ
いて説明する。定電流源５６５にカソードが接続された
二つのダイオードは各々、以下の様にアノードが接続さ
れている。入力５６ａおよび定電流源５６３にアノード
が接続されたダイオード562,定電流源５６６，コンデン
サ５６７，出力５６ｂに接続されているダイオード５６
４。入出力電圧５６ａ，５６ｂが１Ｖで安定している状
態で入力電圧５６ａが１Ｖから４Ｖにステップ状に変化
した場合、二つのダイオードはダイオード５６２が導通
状態、ダイオード５６４が非導通状態となるため定電流
源５６６の電流はコンデンサ５６７に充電され、定電流
源５６３の電流はダイオード５６２を介して定電流源５
６５に流れ込む。このため、出力電圧５６ｂは下記の時
定数Ｔｕによりゆっくりと１Ｖから４Ｖに上昇する。コ
ンデンサ５６７の容量Ｃ１を０.４μＦ、定電流源５６
６の電流値Ｉ１を０.２５μＡ、定電流源５６３の電流
値Ｉ２を１.７５μＡ，定電流源５６５の電流値Ｉ３を
１.７５μＡとしたときの充電時定数Ｔｕは数式（２）
で表わされる。

【００１４】Ｔｕ＝(０.４μＦ×(４Ｖ−１Ｖ))／０.２５μＡ＝４.８秒 …（２）入出力電圧５６ａ，５６ｂが４Ｖで安定している状態で
入力電圧５６ａが４Ｖから１Ｖにステップ状に変化した
場合、二つのダイオードはダイオード５６２が非導通状
態、ダイオード５６４が導通状態となるため定電流源５
６６の電流およびコンデンサ５６７の電荷がダイオード
５６４を介して定電流源５６５により放電される。この
ため、出力電圧５６ｂは下記の時定数により４Ｖから１
Ｖに下降する。コンデンサ５６７の容量Ｃ１を０.４μ
Ｆ、定電流源５６６の電流値Ｉ１を０.２５μＡ、定電
流源５６３の電流値Ｉ２を１.７５μＡ、定電流源５６
５の電流値Ｉ３を１.７５μＡとしたときの放電時定数
Ｔｄは数式（３）で表わされる。

【００１５】Ｔｄ＝(０.４μＦ×(４Ｖ−１Ｖ))／(１.７５μＡ−０.２５μＡ)＝０.８秒 …（３）また、積分回路５６の出力電圧５６ｂの値が入力電圧５
６ａの値に到達した後は、上記の充放電のバランスが安
定した状態となり、その状態を保持する。

【００１６】ここで、図２に従来の負荷応答制御回路の
車両電気負荷投入、遮断時の各入出力端子の応答につい
て説明する。バッテリ６の出力端子電圧が安定している
定常時は、偏差信号出力回路５４の出力が安定している
ため積分回路５６の入力電圧と出力電圧は等しい値とな
っている。ここで、パワーMOS−FET52は最小値通過回路
５７の出力と鋸歯状信号発生回路５９の出力を比較器５
８にて比較したＰＷＭ出力で駆動されるため、定常時は
偏差分圧回路５５の偏差分圧出力により界磁電流が制御
される。

【００１７】また、時間ｔ０において車両電気負荷が投
入されバッテリ電圧が低下すると、偏差信号出力回路５
４の出力は瞬時に上昇するため積分回路５６の出力は大
きい時定数によりゆっくりと偏差出力に応答する。一
方、偏差分圧回路５５の偏差分圧出力は偏差信号に即座
に応答するため、偏差分圧出力が積分回路５６の出力電
圧を越えたときからパワーMOS−FET52は積分回路５６の
積分出力により制御され、界磁電流はゆっくりと増加す
る。

【００１８】更に、時間ｔ１において車両電気負荷が遮
断されると、それまで界磁巻線に流れていた界磁電流は
界磁巻線のインダクタンス分により急に減少することが
出来ず界磁巻線の時定数により減少してくるため、車両
電気負荷を遮断した瞬間は充電発電機の出力電流が過剰
状態となりバッテリ電圧は瞬時に上昇し界磁巻線の時定
数をもって充電発電機の発電電圧に下降してくる。この
とき、偏差信号出力回路５４の偏差出力はバッテリ電圧
の上昇により一瞬０Ｖ付近まで低下し、その後負荷遮断
後のバッテリ電圧の安定した状態の偏差出力に上昇す
る。一方、積分回路５６の積分出力は電位が下降する方
向では偏差出力に即座に応答する構成となっているた
め、０Ｖ付近まで一旦低下し、積分器の時定数をもって
ゆっくりと上昇する。つまり、車両電気負荷遮断時に充
電発電機は一旦発電を停止し負荷応答動作によりゆっく
りと出力電流を定常状態に増加させることとなる。負荷
応答動作はバッテリからの電流の持ち出しが大きくなり
バッテリの性能を悪化させる要因となり、また、バッテ
リ電圧の変動によるヘッドランプ等のちらつきなどの問
題を生じる。

【００１９】次に、図３に本発明の負荷応答制御回路の
車両電気負荷投入、遮断時の各入出力端子の応答波形に
ついて説明する。車両電気負荷投入時、出力電流が安定
した状態における動作は従来品と同じである。時間ｔ１
にて車両電気負荷が遮断された場合、前記の様にバッテ
リ電圧は瞬時に上昇し界磁巻線の時定数により充電発電
機の発電電圧に下降してくる。このとき、偏差信号出力
回路５４の偏差出力は一瞬０Ｖ付近まで低下し、その後
負荷遮断後のバッテリ電圧の安定した状態の偏差出力に
上昇する。積分回路５６は電位が下降する方向において
界磁巻線の時定数以上の時定数に設定しているため、車
両電気負荷負遮断時に偏差信号出力回路５４の出力が一
瞬０Ｖ付近まで低下し、その後負荷遮断後のバッテリ電
圧の安定した状態の偏差出力に界磁巻線の時定数の傾き
で上昇してくるまで、偏差分圧回路５５の偏差分圧出力
は積分回路５６の積分出力より低い電位となるため最小
値通過回路５７の出力は偏差分圧回路５５の出力とな
り、界磁巻線４に供給する界磁電流を制御するパワーMO
S−FET52は鋸歯状信号発生回路５９と偏差分圧回路５５
の出力を比較器５８により比較した出力により制御され
る。このとき、偏差分圧回路５５の出力はバッテリ電圧
に即座に応答するため、車両電気負荷遮断時、負荷応答
制御に突入することなく即座に充電発電機の出力電流を
負荷遮断後の安定した状態の値にすることが出来る。

【００２０】

【発明の効果】車両電気負荷遮断時のバッテリ電圧の不
安定な領域における負荷応答制御の誤動作によるバッテ
リ電圧の変動量，バッテリ電流の持ち出し量を低減する
ことにより、バッテリ寿命の悪化，ランプ系負荷のちら
つきを防止する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す図である。

【図２】図１における最小値通過回路５７の詳細図であ
る。

【図３】図１における積分回路５６の詳細図である。

【図４】従来品の動作波形図である。

【図５】開発品の動作波形図である。

【符号の説明】

１…充電発電制御装置、２…電機子巻線、３…三相全波
整流器、４…界磁巻線、５…制御装置、６…バッテリ、
７…車両電気負荷スイッチ、８…車両電気負荷、５１…
フライホイールダイオード、５２…パワーMOS−FET、５
３…電源回路、５４…偏差信号出力回路、５５…偏差分
圧回路、５６…積分回路、５７…最小値通過回路、５８
…比較器、５９…鋸歯状信号発生回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者桝本正寿茨城県勝田市大字高場字鹿島谷津2477番地３日立オートモティブエンジニアリング株式会社内 (72)発明者土屋雅範茨城県勝田市大字高場字鹿島谷津2477番地３日立オートモティブエンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バッテリの出力電圧と予め定められた設定
電圧との偏差により偏差分圧出力と積分出力を得、パワ
ースイッチ制御用ＰＷＭ出力に前記出力電位の低い方が
選ばれる制御回路において、積分出力を発生する積分回
路の時定数を電位が下降する方向は少なくとも界磁巻線
の時定数以上の長さとすることを特徴とする充電発電機
の制御装置。
【請求項２】エンジンの回転により回転し回転磁界をつ
くる界磁巻線と、前記回転磁界を受けて電流を発生し整
流器を介してバッテリを充電する電機子巻線と、前記バ
ッテリの電圧又は前記整流器の電圧を検出する電圧検出
回路と、基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、前記
電圧検出回路の出力電圧と前記基準電圧とを入力として
作動増幅した検出電圧を発生する作動増幅回路と、一定
の電圧領域内において予め設定された周期で鋸歯状電圧
を発生する鋸歯状信号発生回路と、前記作動増幅回路の
出力に界磁巻線の時定数より長い時定数で応答する積分
回路と、前記積分回路の出力と前記作動増幅回路の出力
の分圧電圧とを比較し、どちらか低い方の電圧値を出力
する最小値通過回路と、前記鋸歯状信号発生回路の出力
と前記最小値通過回路の出力を比較する比較器のＰＷＭ
出力により、前記界磁巻線に供給する電流を制御する電
流制御回路において、前記積分回路の時定数を電位が上
昇する方向では界磁巻線の時定数より長く、電位が下降
する方向では少なくとも界磁巻線の時定数に設定するこ
とを特徴とする車両用充電発電機の制御装置。
【請求項３】請求項２において、積分回路は入力端子と
放電電流キャンセル用定電流源とアノードが接続された
第一のダイオードと、出力端子と充電用定電流源とコン
デンサとアノードが接続された第二のダイオードと、二
つのダイオードのカソードが放電用定電流源に接続され
ていることを特徴とする車両用充電発電機の制御装置。