(57)【要約】    【課題】発電機の発電電圧をバッテリの開放電圧以下にしても、バッテリを充電することが出来る。    【解決手段】発電機１の発電率Ｄｆが第２の所定の発電率Ｄｌｏ以下となった場合、タイマー５をセットし、第１の所定の時間Ｔｓｅｔ１の計時を開始する。第１の所定の時間Ｔｓｅｔ１以内の間、発電率Ｄｆが第１の所定の発電率Ｄｈｉ以下を継続すれば、リレーＡ１２をオンし、リレーＢ１３をオフする。更に、発電機１の出力電圧Ｖａｌｔをバッテリ１６の開放電圧Ｖｂ未満で、電装負荷１７の作動電圧以上の出力電圧Ｖａｌｔｅｃｏとなるように発電電圧制御部７で制御し、バッテリ１６は出力電圧ＶａｌｔｅｃｏをＤＣ／ＤＣコンバータ１４で例えば１４．２Ｖに昇圧した電圧で充電される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの回転によって発電する発電機と、
前記発電機に接続された電装負荷と並列して前記発電機と第２のスイッチ手段を介して接続されたバッテリと、
前記発電機に第１のスイッチ手段を介して接続され、前記発電機の出力電圧を前記バッテリの開放電圧以上の電圧に昇圧して前記バッテリヘ供給する昇圧手段と、
前記発電機の発電余力を検出する発電余力検出手段と、
少なくとも前記発電余力検出手段によって検出された発電余力に基づいて前記発電機の出力電圧を制御する発電電圧制御手段と、
前記第１のスイッチ手段および前記第２のスイッチ手段の閉路および開路を制御するスイッチ制御手段とを備え、
前記発電余力検出手段によって検出された発電余力が所定の余力以上の場合には、前記スイッチ制御手段は前記第１のスイッチ手段を閉路、前記第２のスイッチ手段を開路し、かつ前記発電電圧制御手段は前記発電機の出力電圧を、前記電装負荷が作動可能な電圧以上であって前記バッテリの開放電圧未満の所定の電圧に制御し、
前記発電余力検出手段によって検出された発電余力が前記所定の余力未満の場合には、前記スイッチ制御手段は前記第１のスイッチ手段を開路、前記第２のスイッチ手段を閉路すること
、を特徴とする車両用電源装置。
【請求項２】
前記発電余力検出手段によって検出された発電余力が前記所定の余力未満の場合には、前記発電電圧制御手段は前記発電機の出力電圧を少なくとも前記バッテリの開放電圧以上の電圧に制御することを特徴とする請求項１記載の車両用電源装置。
【請求項３】
前記発電余力検出手段によって検出された発電余力が第１の所定の余力以上から前記第１の所定の余力未満となった時から第２の所定の時間の間、前記第１の所定の余力を超えている第２の所定の余力以下である場合には、前記発電電圧制御手段は前記第２の所定の時間後、前記発電機の出力電圧を少なくとも前記バッテリの開放電圧以上の電圧に制御し、前記スイッチ制御手段は前記第１のスイッチ手段を開路、前記第２のスイッチ手段を閉路することを特徴とする請求項１記載の車両用電源装置。
【請求項４】
前記発電余力検出手段によって検出された発電余力が前記第２の所定の余力未満から前記第２の所定の余力以上となった場合に、前記第２の所定の余力以上となった時から第１の所定時間以内の間、前記第１の所定の余力以上である場合には、前記発電電圧制御手段は前記第１の所定時間後、前記発電機の出力電圧を前記電装負荷が作動可能な電圧以上であって前記バッテリの開放電圧未満の前記所定の電圧に制御すると共に、前記スイッチ制御手段は前記第１のスイッチ手段を閉路、前記第２のスイッチ手段を開路することを特徴とする請求項３記載の車両用電源装置。
【請求項５】
前記発電余力検出手段によって検出された発電余力が前記第２の所定の余力未満でかつ、第１の所定の余力を超えた第４の所定の余力未満から前記第４の所定の余力以上となった場合に、前記第４の所定の余力以上となった時から前記第１の所定時間以内の間、前記第１の所定の余力以上である場合には、前記発電電圧制御手段は前記第１の所定時間後、前記発電機の出力電圧を前記電装負荷が作動可能な電圧以上であって前記バッテリの開放電圧未満の前記所定の電圧に制御すると共に、前記スイッチ制御手段は前記第１のスイッチ手段を閉路、前記第２のスイッチ手段を開路することを特徴とする請求項３記載の車両用電源装置。
【請求項６】
前記発電余力検出手段によって検出された発電余力が前記第２の所定の余力未満でかつ、第１の所定の余力を超えた第４の所定の余力未満から前記第４の所定の余力以上となった場合に、前記第４の所定の余力以上となった時から前記第１の所定時間以内の間、前記第１の所定の余力未満の第３の所定の余力以上である場合には、前記発電電圧制御手段は前記第１の所定時間後、前記発電機の出力電圧を前記電装負荷が作動可能な電圧以上であって前記バッテリの開放電圧未満の前記所定の電圧に制御すると共に、前記スイッチ制御手段は前記第１のスイッチ手段を閉路、前記第２のスイッチ手段を開路することを特徴とする請求項３記載の車両用電源装置。
【請求項７】
前記バッテリの温度を検出するバッテリ温度検出手段と、前記バッテリ温度検出手段によって検出されたバッテリ温度に基づいて前記昇圧手段の出力電圧を設定する昇圧制御手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の車両用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される発電機を用いた車両用電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の発電機の発電電圧制御は、バッテリの充電状態を維持するため、発電機温度やバッテリ温度、走行状態等によって発電電圧を制御していた。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２２７０４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
バッテリの充電状態を維持する目的に発電機の発電電圧を設定すると、発電電圧は常にバッテリの開放電圧以上の電圧に設定しているため、余分な電力を発電することになり、車両の燃費が悪化するという問題があった。
【０００５】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、発電機の発電電圧をバッテリの開放電圧以下にしても、バッテリを充電する車両用電源装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明においては、車両用電源装置において、発電機の発電余力（発電率）に基づいて、発電電圧を変更する構成としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、発電機の発電余力が所定の値を超えた場合には、発電電圧を車両の電装負荷が作動可能な電圧以上で、バッテリの開放電圧未満に制御することにより、車両の燃費の向上を図る効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を用いて本発明の第１の実施の形態について説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【０００９】
本発明の第１の実施の形態について、図１〜４、表１を用いて説明する。
【００１０】
図１は本発明の第１の実施の形態の回路構成図である。この図１を用いて本発明の第１の実施の形態の構成を説明する。エンジンの回転により発電する発電機１の固定子巻線１０１に発生した発電電圧は３相全波整流器１０２により整流され、コンデンサ１０６で平滑化された後、出力端子１１０から出力され、この発電機出力は電装負荷１７と、リレーＡ（第１のスイッチ手段）１２を介してＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧手段）１４と、リレーＢ（第２のスイッチ手段）１３を介してバッテリ１６に供給される。
【００１１】
発電電圧は回転子に巻かれた励磁巻線１０３に供給する励磁電流により制御され、その励磁電流の制御は負荷量検出部１０５および発電電圧制御部（発電電圧制御手段）７によって制御される。一方、励磁電流を検出することにより、発電率検出部（発電余力検出手段）４が発電機１の発電率（発電余力）を検出し、発電機１の出力電圧は出力電圧検出回路２で検出され、回転数は回転数検出部３で検出され、それぞれ出力電圧、回転数、発電率を総合制御部６に供給している。総合制御部６はこれらの情報を基に発電電圧制御部７やリレー制御部（スイッチ制御手段）８を制御する。
【００１２】
タイマー５は発電機１の発電率が所定の発電率以下または超えた時点を総合制御部６から受け、その時点から所定の時間を計測し、所定の時間経過を総合制御部に伝える。リレー制御部８は総合制御部６の指令を受け、リレーＡ１２、リレーＢ１３のオン（閉路）／オフ（開路）を制御する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は発電機１の出力電圧をバッテリ１６を充電するに必要な電圧に昇圧する。電流検出部１５はＤＣ／ＤＣコンバータ１４からバッテリ１６への充電電流を測定する。
【００１３】
バッテリ温度検出部（バッテリ温度検出手段）１０およびバッテリ電圧検出部１１はそれぞれバッテリの温度と電圧を検出し、それらの値を昇圧電圧制御部（昇圧制御手段）９に与える。昇圧電圧制御部９はバッテリの温度、電圧およびバッテリ充電電流に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電圧を制御する。
【００１４】
次に本発明の第１の実施の形態の動作について、図１〜４、表１を用いて説明する。図２は本発明の第１の実施の形態の動作を示すタイムチャート、図３は本発明の第１の実施の形態の全体的な動作の概要を示すフローチャートであり、これら図１、図２、図３に沿い車両用電源装置の概略的な動作を説明する。
【００１５】
エンジンが始動し、発電機１が発電を開始すると、図３の３０１に示すように、まずリレーＡ１２をオフ、リレーＢ１３をオンにセットする。なおこれらリレーＡ１２がオフ、リレーＢ１３がオンのリレーの状態はエンジンが停止している場合（発電機１の出力が零）にもバッテリ１６から電装負荷１７に電力を供給するために保たれている。またこれらのリレーＡ１２がオフ、リレーＢ１３がオンの状態は発電機１が出力している状態では、電装負荷１７にバッテリ１６と発電機１の両方から電力を供給するモード（このリレーＡ１２がオフ、リレーＢ１３がオンのモードをオンモードと称する）であり、電装負荷１７が大きく、発電機１の発電電力だけではまかない切れなくなっている重負荷状態に取るモードである。それ由、発電機１は出力電圧Ｖａｌｔをバッテリ１６の開放電圧Ｖｂ、例えば１２．８Ｖ以上（Ｖａｌｔｈｉ）に上げるよう動作を始め（３０２）、電装負荷１７が大きい状態が続く場合は発電機１の出力電圧ＶａｌｔはＶａｌｔｈｉ（発電率１００％）を維持（３０３でＮの場合）する。この状態が図２のオンモード状態である。
【００１６】
一方、発電機１の発電量に比べ電装負荷１７が小さければ、発電機１は負荷量検出部１０５で電装負荷１７が小さいことを検出し、励磁電流を制御し発電率Ｄｆを下げる。発電率Ｄｆが第２の所定の発電率Ｄｌｏ以下（第２の所定の余力以上）となった場合（３０３でＹの場合であり、図２ではｄの時点である）、タイマー５をセットし、第１の所定の時間Ｔｓｅｔ１の計時を開始（３０４）する。第１の所定の時間Ｔｓｅｔ１以内に発電率Ｄｆが第２の所定の発電率Ｄｌｏより高い第１の所定の発電率Ｄｈｉを超えれば（第１の所定の余力未満となれば、３０５でＮの場合）、タイマー５をリセット（３０４のＲ）し、リレーＡ１２がオフ、リレーＢ１３がオンの状態（オンモード）を継続する。
【００１７】
しかし第１の所定の時間Ｔｓｅｔ１以内の間、発電率Ｄｆが第１の所定の発電率Ｄｈｉ以下を継続すれば（３０５でＹの場合）、リレーＡ１２をオンし、リレーＢ１３をオフ（３０７、図２ではｅの時点）する（このリレーＡ１２がオン、リレーＢ１３がオフのモードをオフモードと称する）。すなわち、発電率Ｄｆが所定の発電率以下の場合（発電余力が所定の余力以上の場合）にはオフモードとする。更に、出力電圧Ｖａｌｔをバッテリ１６の開放電圧Ｖｂ（例えば１２．８Ｖ）未満で、電装負荷１７の作動電圧以上の出力電圧Ｖａｌｔｅｃｏ（例えば１２．２Ｖ）となるように発電電圧制御部７で制御するが、リレーＡ１２がオン、リレーＢ１３がオフし電装負荷１７への電力供給が出力電圧Ｖａｌｔｈｉを発電していた発電機１の出力とバッテリ１の電圧から出力電圧Ｖａｌｔｅｃｏを発電する発電機１のみに切り替わるために、発電機１が出力電圧を急激にＶａｌｔｅｃｏにした場合、電装負荷１７への短時間での電圧変動が大きくなり、ヘッドランプ等がちらついたりするため、発電機１の出力を出力電圧Ｖａｌｔｅｃｏに向け徐励制御（３０８）する。この状態を図２に徐励１として示している。一方、オフモード時にはバッテリ１６は出力電圧Ｖａｌｔｅｃｏ（例えば１２．２Ｖ）をＤＣ／ＤＣコンバータ１４で例えば１４．２Ｖに昇圧した電圧で充電される。
【００１８】
以上述べた各モードにおける負荷条件、対応電源およびＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電圧Ｖｄｄ、発電機１の出力電圧Ｖａｌｔの一例を表１に示す。
【００１９】
【表１】
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車両速度が遅くなり、発電機１の発電率Ｄｆが増加したり、電装負荷１７が大きくならない限り発電機１は低い出力電圧Ｖａｌｔｅｃｏを維持（３０９のＮの場合）し続けるため、エンジンの消費トルクを低減することになり、車両の燃費向上に貢献する（オフモード＝エコノミーモード）。一方、バッテリ１６は出力電圧ＶａｌｔｅｃｏをＤＣ／ＤＣコンバータ１４で昇圧した電圧、例えば１４．２Ｖで充電されるため、充電不足にはならない。更にバッテリ１６は図４に示すようなバッテリ温度−充電電圧特性があり、バッテリの温度をバッテリ温度検出部１０で検出し、昇圧電圧制御部９がＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電圧Ｖｄｄを制御することによって、効率的にバッテリ１６を充電できる。また、バッテリ１６への充電電流を電流検出部１５で測定し、バッテリ電圧をバッテリ電圧検出部１１で測定し、それら測定値に基づき昇圧電圧制御部９がＤＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電圧Ｖｄｄを制御することにより、更に効率的にバッテリ１６を充電することが可能となりバッテリ１６の寿命も延ばせる。
【００２０】
次に、低い出力電圧Ｖａｌｔｅｃｏを電装負荷１７に供給しているときに、図２に示すように車両速度が遅くなり発電機１の発電量が減少する場合、発電機１が発電率Ｄｆを高め電装負荷１７に対応して行くが、発電率Ｄｆが第１の所定の発電率Ｄｈｉを超えた場合（３０９のＹの場合、図２のａの時点）、タイマー５をセットし、第２の所定の時間Ｔｓｅｔ２の計時を開始（３１０）する。第２の所定の時間Ｔｓｅｔ２以内に発電率Ｄｆが第２の所定の発電率Ｄｌｏ未満になった場合（３１１のＮの場合）はタイマー５をリセット（３１０のＲ）し、リレーＡ１２がオン、リレーＢ１３がオフの状態（オフモード）を保つ。
【００２１】
しかし、発電率Ｄｆが第２の所定の時間（Ｔｓｅｔ２）以内の間、第２の所定の発電率Ｄｌｏ以上を継続した場合（３１１のＹの場合）には、まず、リレーＡ１２とリレーＢ１３の両方をオフ（３１３）し、バッテリの開放電圧Ｖｂをバッテリ電圧検出回路１１で検出（３１４）する。更に、次のリレーＡ１２をオフし、リレーＢ１３をオンすることによる、出力電圧Ｖａｌｔｅｃｏからバッテリ１６の電圧に変化する電装負荷１７への急激な電圧変動を避けるため、発電機１を出力電圧Ｖａｌｔｈｉに向け徐励（３１５、図２では徐励２として記載）する。その後、リレーＡ１２をオフにしたまま、リレーＢ１３をオンに切り替え（３１６、図２ではｃの時点）、電装負荷１７に対して発電機１とバッテリ１６から電力を供給する。すなわち、発電率Ｄｆが所定の発電率を超えた場合（発電余力が所定の余力未満の場合）にはオンモードとする。
【００２２】
次に、図２に示すように車両の速度が速くなり、発電率Ｄｆが第２の所定の発電率Ｄｌｏ以下となった場合（３０３でＹの場合）、タイマー５をセットし、第１の所定の時間Ｔｓｅｔ１の計時を開始（３０４）する。この動作以後の説明は先に行ったので説明は省略する。
【００２３】
上記のように第１、第２の所定の発電率および第１、第２の所定の時間を設定することにより、急激な負荷変動や、発電率変動により直ちにリレーＡ１２、リレーＢ１３が切り替わることを防御でき、無用なスイッチング動作を抑制できる。
【００２４】
なお、上記説明では車両の速度が遅くなり、発電機１が発電率Ｄｆを高めた場合の説明をしたが、車両の速度が変化しなくても、電装負荷１７が例えばクーラーの使用等により増加した場合にも、発電率Ｄｆが高まるため、リレーＡ１２をオフ、リレーＢ１３をオンに切り替える状況が起こりえることは明らかであり、また、リレー切替の条件を発電機の余力（発電率）としてきたが、エンジンの回転数、車両速度等から、リレー切替の条件を推定することも可能である。
【００２５】
次に本発明の第２の実施の形態について図１、図５、図６を用いて動作を説明する。なお、回路構成については図１と同一であるので説明は省略する。
【００２６】
本発明の第２の実施の形態では、オンモード時の発電機１の余力を判定する閾値をオフモード時の余力を判定する閾値より小さく設定（発電率としては大きく設定）していることである。図５に示すようにオンモード時には第４の所定の発電率Ｄｌｏｎ（第４の所定の余力）として第２の所定の発電率Ｄｌｏを超え、第１の所定の発電率未満（Ｄ１ｏ＜Ｄｌｏｎ＜Ｄｈｉ）とし、第３の所定の発電率Ｄｈｉｎ（第３の所定の余力）として第１の所定の発電率Ｄｈｉを超える（Ｄｈｉｎ＞Ｄｈｉ）値に設定する。
【００２７】
次に図６のフローチャートを用いて説明する。図６のフローチャートにおいて、図３と同じく３０１に示すように、まずリレーＡ１２をオフ、リレーＢ１３をオンにセットし、オンモードに設定する。発電機１は出力電圧をＶａｌｔｈｉに高めるべく発電電圧制御部７より制御されるが、発電率Ｄｆが第４の所定の発電率Ｄｌｏｎ以下（第４の所定の余力以上）となった（６０３でＹの場合）時点（図５のｄの時点）に、タイマー５をセットし、第１の所定の時間Ｔｓｅｔ１の計時を開始（３０４）する。第１の所定の時間Ｔｓｅｔ１以内に発電率Ｄｆが第３の所定の発電率Ｄｈｉｎを超えれば（第３の所定の余力未満となれば、６０５でＮの場合）タイマー５をリセット（３０４のＲ）し、リレーＡ１２がオフ、リレーＢ１３がオンの状態（オンモード）を持続する。
【００２８】
しかし第１の所定の時間Ｔｓｅｔ１以内の間、発電率Ｄｆが第３の所定の発電率Ｄｈｉｎ以下を継続すれば（６０５でＹの場合）、リレーＡ１２をオンし、リレーＢ１３をオフ（３０７）する（オフモードとなる）。これ以後の動作フローは第１の実施の形態で説明したの同じであるので、説明は省略する。
【００２９】
このようにオンモード時の発電率閾値である第４の所定の発電率Ｄｌｏｎを第２の所定の閾値Ｄｌｏより高く、かつ第１の所定の発電率Ｄｈｉより低い値にすることにより、オフモードになる頻度を高くすることができるため、燃費の向上を更に図ることができる。また、第４の所定の発電率Ｄｌｏｎのみを高めてもよいが第４の所定の発電率Ｄｌｏｎのみを高めた場合には、第１の所定の発電率Ｄｈｉと第４の所定の発電率Ｄｌｏｎとの差が小さくなるため、タイマー計測中（Ｔｓｅｔ１中）に発電率Ｄｆが第１の所定の発電率Ｄｈｉ超える可能性が高くなり、オフモードになる頻度が下がる可能性がある場合には、第２の実施の形態で示したようにオンモード時に第１の所定の発電率Ｄｈｉを超える第３の所定の発電率Ｄｈｉｎを設定することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１の実施の形態の概略的な全体構成を示す回路構成図。
【図２】第１の実施の形態の動作を示すタイムチャート。
【図３】第１の実施の形態の全体的な動作の概要を示すフローチャート。
【図４】バッテリ温度−充電電圧特性図。
【図５】第２の実施の形態の動作を示すタイムチャート。
【図６】第２の実施の形態の全体的な動作の概要を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００３１】
１    発電機                  ４    発電率検出部
７    発電電圧制御部          ８    リレー制御部
９    昇圧電圧制御部          １１    バッテリ電圧検出部
１２    リレーＡ              １３    リレーＢ
１４    ＤＣ／ＤＣコンバータ  １６    バッテリ
１７    電装負荷
【図１】
2005073479.tif 000004
【図２】
2005073479.tif 000005
【図３】
2005073479.tif 000006
【図４】
2005073479.tif 000007
【図５】
2005073479.tif 000008
【図６】
2005073479.tif 000009