(57)【要約】【課題】安価な構成で、発電機の発電電圧の変動が電気負荷の動作に影響を与えることを防止できる、電気負荷制御装置を提供する。【解決手段】バッテリ３および電気負荷４は、オルタネータ２と並列に接続されている。オルタネータ２と電気負荷４との間には、スイッチング素子９が介在されている。スイッチング素子９のオン／オフを制御するためのコントローラ１０により、オルタネータ２の発電電圧に関する情報が取得され、その情報に基づいて、電気負荷４にほぼ一定の電圧が印加されるように、スイッチング素子９のオン／オフのデューティ比が設定される。そして、その設定されたデューティ比でスイッチング素子９がオン／オフされる。【選択図】図１
2013091392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機ならびに前記発電機と並列接続された蓄電デバイスおよび電気負荷を備える車両に適用されて、前記電気負荷を制御する電気負荷制御装置であって、
前記発電機と前記電気負荷との間に介在されたスイッチング手段と、
前記発電機の発電電圧に関する情報を取得する電圧情報取得手段と、
前記電圧情報取得手段によって取得される情報に基づいて、前記電気負荷に所定の電圧が印加されるように、前記スイッチング手段のオン／オフのデューティ比を設定するデューティ比設定手段と、
前記デューティ比設定手段によって設定されるデューティ比で前記スイッチング手段をオン／オフさせるスイッチング制御手段とを含む、電気負荷制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に備えられた電気負荷を制御する電気負荷制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車には、たとえば、オルタネータおよびバッテリが備えられている。オルタネータは、エンジンなどから動力（運動エネルギー）を受け、その動力を電力（電気エネルギー）に変換する。オルタネータが発生する電力は、ワイパモータやヘッドライトなどの電気負荷に供給される。また、その余剰電力により、バッテリが充電される。
【０００３】
オルタネータには、ＩＣレギュレータが内蔵されている。ＥＣＵ（電子制御ユニット）からＩＣレギュレータに電圧調整信号が入力され、ＩＣレギュレータにより、その電圧調整信号に基づいて、オルタネータの発電電圧が制御される。この制御により、オルタネータの発電電圧は、約１１〜１６Ｖの範囲で変動する。
【０００４】
オルタネータの発電電圧が変動すると、電気負荷の動作に影響が現れる。たとえば、オルタネータの発電電圧の変動に伴って、ワイパモータの回転速度が変動し、ワイパの動作スピードが変動する。ワイパの動作スピードが変動すると、自動車の乗員は、違和感を感じる。
【０００５】
そこで、ワイパモータの回転速度を検出する回転速度センサを設け、この回転速度センサの出力に基づいて、ワイパモータの回転速度が設定速度に保持されるように、ワイパモータに供給される電圧のオン／オフの時間の割合（デューティ比）を変更する制御手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３１５６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、その提案に係る制御では、ワイパモータの回転速度の変動が検出されてから、ワイパモータへの供給電圧が調整される。そのため、オルタネータの発電電圧が変動したときに、その変動直後のワイパの動作スピードの変動を抑制しきれず、ワイパの動作スピードの変動による違和感を自動車の乗員に与えるおそれがある。また、回転速度センサが必要であり、しかも、その回転速度センサの感度が制御レスポンスに影響するため、高感度の回転速度センサを用いることによるコストの増大という問題も生じる。
【０００８】
本発明の目的は、安価な構成で、発電機の発電電圧の変動が電気負荷の動作に影響を与えることを防止できる、電気負荷制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するため、本発明に係る電気負荷制御装置は、発電機ならびに前記発電機と並列接続された蓄電デバイスおよび電気負荷を備える車両に適用されて、前記電気負荷を制御する電気負荷制御装置であって、前記発電機と前記電気負荷との間に介在されたスイッチング手段と、前記発電機の発電電圧に関する情報を取得する電圧情報取得手段と、前記電圧情報取得手段によって取得される情報に基づいて、前記電気負荷に所定の電圧が印加されるように、前記スイッチング手段のオン／オフのデューティ比を設定するデューティ比設定手段と、前記デューティ比設定手段によって設定されるデューティ比で前記スイッチング手段をオン／オフさせるスイッチング制御手段とを含む。
【００１０】
車両において、蓄電デバイスおよび電気負荷は、発電機と並列に接続されている。これにより、発電機が発生する電力は、電気負荷に供給されるとともに、蓄電デバイスに供給されて、蓄電デバイスを充電する。
【００１１】
発電機と電気負荷との間には、スイッチング手段が介在されている。スイッチング手段のオン／オフにより、電気負荷への電力の供給／遮断が切り替えられる。
【００１２】
電気負荷制御装置には、電圧情報取得手段、デューティ比設定手段およびスイッチング制御手段が備えられている。電圧情報取得手段により、発電機の発電電圧に関する情報が取得される。この取得された情報に基づいて、デューティ比設定手段により、電気負荷に所定の電圧が印加されるように、スイッチング手段のオン／オフのデューティ比が設定される。そして、スイッチング制御手段により、その設定されたデューティ比でスイッチング手段がオン／オフされる。
【００１３】
これにより、発電機の発電電圧が変動したときに、電気負荷に印加される電圧がそれに伴って変動する前に、デューティ比制御手段により、その発電電圧に関する情報に基づいて、電気負荷に所定の電圧が印加されるように、デューティ比を設定することができる。そのため、発電機の発電電圧が変動したときに、電気負荷に印加される電圧がそれに伴って変動することを防止できる。その結果、発電機の発電電圧の変動が電気負荷の動作に影響を与えることを防止できる。たとえば、電気負荷がワイパモータである場合には、発電機の発電電圧の変動がワイパモータの回転速度（ワイパの動作スピード）に影響を与えることを防止できる。また、電気負荷がヘッドライトである場合には、発電機の発電電圧の変動がヘッドライトの明るさに影響を与えることを防止できる。
【００１４】
また、デューティ比の設定のために、電気負荷の動作状態を検出を必要としないので、その動作状態の検出のためのセンサが不要である。
【００１５】
よって、安価な構成で、発電機の発電電圧の変動が電気負荷の動作に影響を与えることを防止できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、発電機の発電電圧が変動したときに、電気負荷に印加される電圧がそれに伴って変動することを防止できる。また、その変動防止のための制御に、電気負荷の動作状態を検出するセンサを必要としない。よって、安価な構成で、発電機の発電電圧の変動が電気負荷の動作に影響を与えることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明に係る電気負荷制御装置が備えられた車両の要部の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、オルタネータの発電電圧値の変動の一例を示すグラフである。
【図３】図３は、スイッチング素子のオン／オフの波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係る電気負荷制御装置が備えられた車両の要部の構成を示すブロック図である。
【００２０】
車両１は、エンジンを駆動源とする自動車である。車両１には、オルタネータ２およびバッテリ３が備えられている。また、車両１には、ワイパモータ、ヘッドライト、エアコンディショナおよびオーディオ機器などの電装品が電気負荷４として備えられている。
【００２１】
オルタネータ２には、ロータコイル（フィールドコイル）を有するロータ、ステータコイルを有するステータ、レクチファイアおよびＩＣレギュレータが内蔵されている。エンジンの出力軸の回転に伴って、ロータが回転する。このとき、ロータコイルに界磁電流が供給されていれば、ロータの回転に伴って、ステータコイルに電磁誘導による三相交流電流が流れる。三相交流電流は、レクチファイアにより、直流電流に変換される。そして、直流電流がオルタネータ２から出力される。
【００２２】
オルタネータ２のプラス端子は、バッテリ３および電気負荷４のプラス端子と電気的に接続されている。たとえば、バッテリ３のプラス端子に接続された電線５と電気負荷４のプラス端子に接続された電線６とは、それらの先端で接続され、１本の電線７として、オルタネータ２のプラス端子に接続されている。オルタネータ２、バッテリ３および電気負荷４のマイナス端子は、接地（ボディアース）されている。これにより、バッテリ３および電気負荷４は、オルタネータ２と並列に接続されている。よって、オルタネータ２が発生する電力は、電気負荷４に供給されるとともに、バッテリ３に供給されて、バッテリ３を充電する。
【００２３】
電気負荷４に関連して、電気負荷４への給電を制御するためのリレーボックス８が設けられている。
【００２４】
リレーボックス８には、電気負荷４に接続された電線６の途中部に介裝されたスイッチング素子９と、スイッチング素子９のオン／オフを制御するためのコントローラ１０と、リレーボックス８の出力電流値（電気負荷４に供給される直流電流値）を検出する電流センサ１１とが備えられている。
【００２５】
スイッチング素子９は、たとえば、ＭＯＳＦＥＴからなる。スイッチング素子９がオンされると、リレーボックス８から電気負荷４に電力が供給される。一方、スイッチング素子９がオフされると、リレーボックス８から電気負荷４への電力の供給が遮断される。
【００２６】
また、車両１には、マイクロコンピュータを含む構成のＥＣＵ（電子制御ユニット）１２が備えられている。
【００２７】
ＥＣＵ１２には、車両１の各部の情報が入力される。ＥＣＵは、その入力される情報に基づいて、たとえば、オルタネータ２のＩＣレギュレータに向けて電圧調整信号を出力する。電圧調整信号がＩＣレギュレータに受け取られると、ＩＣレギュレータにより、その電圧調整信号に基づいて、オルタネータのロータコイルに供給される界磁電流が制御される。この制御により、オルタネータ２から出力される電圧（発電電圧）は、約１１〜１６Ｖの範囲で変動する。
【００２８】
リレーボックス８に備えられたコントローラ１０は、マイクロコンピュータを含む構成である。コントローラ１０には、ＥＣＵ１２からオルタネータ２の発電電圧に関する情報を乗せた信号（発電情報信号）、具体的には、ＥＣＵ１２からオルタネータ２のＩＣレギュレータに送信される電圧調整信号に応じた信号が入力されるようになっている。また、コントローラ１０には、電気負荷４の作動／停止を切り替える電気負荷スイッチ１３のオン／オフ状態に応じた信号が入力されるようになっている。さらに、コントローラ１０には、電流センサ１１によって検出される電流値Ｉｏｕｔおよびリレーボックス８に入力される電圧値（電線６におけるスイッチング素子９よりも通電方向の上流側の部分に印加される電圧値）Ｖｉｎが与えられるようになっている。
【００２９】
コントローラ１０は、スイッチング素子９のオン／オフの制御のために、プログラム処理によってソフトウエア的に実現される機能処理部として、電圧情報取得部２１、デューティ比設定部２２およびスイッチング制御部２３を実質的に備えている。
【００３０】
電圧情報取得部２１は、ＥＣＵ１２からの発電情報信号に基づいて、オルタネータ２の発電電圧値Ｖｇを取得する。
【００３１】
デューティ比設定部２２は、電圧情報取得部２１によって取得されるオルタネータ２の発電電圧値Ｖｇ、電流センサ１１によって検出される出力電流値Ｉｏｕｔおよびリレーボックス８への入力電圧値Ｖｉｎに基づいて、スイッチング素子９のオン／オフのデューティ比ＤＮを設定する。
【００３２】
具体的には、デューティ比設定部２２は、下記式（１）に従って、デューティ比ＤＮを設定する。
【００３３】
ＤＮ＝Ｄ０＋｛（ＤＮ−２＋３×ＤＮ−１）／４−Ｄ０｝
＋Ｋ１・Ｖｇ＋Ｋ２・Ｖｉｎ＋Ｋ３・Ｉｏｕｔ    ・・・（１）
ただし、Ｄ０：初期値
ＤＮ−１：１制御周期前に設定されたデューティ比
ＤＮ−２：２制御周期前に設定されたデューティ比
Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３：係数
【００３４】
初期値Ｄ０は、電気負荷スイッチ１３がオフからオンに切り替えられたときの発電電圧値Ｖｇから算出される値である。
【００３５】
そして、スイッチング制御部２３は、デューティ比設定部２２によって設定されたデューティ比ＤＮでスイッチング素子９をオン／オフさせる。これにより、リレーボックス８から、デューティ比ＤＮに応じたほぼ一定の電圧Ｖｏｕｔが出力され、その電圧Ｖｏｕｔが電気負荷４に印加される。
【００３６】
図２は、オルタネータの発電電圧値の変動の一例を示すグラフである。図３は、スイッチング素子のオン／オフの波形（ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御波形）を示す図である。
【００３７】
図２に示されるように、オルタネータ２の発電電圧値Ｖｇが低下すると（時刻Ｔ１）、これに応答して、デューティ比ＤＮが大きい値に設定され、図３に示されるように、それ以前と比較して、スイッチング素子９のオン時間が長くなる（時間Ｔ１−Ｔ２）。これにより、リレーボックス８に供給される電圧（オルタネータ２の発電電圧）が低下しても、その電圧の低下が生じる前と同じ電力をリレーボックス８から電気負荷４に供給することができる。
【００３８】
また、図２に示されるように、オルタネータ２の発電電圧値Ｖｇが上昇すると（時刻Ｔ２）、これに応答して、デューティ比ＤＮが小さい値に設定され、図３に示されるように、それ以前と比較して、スイッチング素子９のオン時間が短くなる（時刻Ｔ２以降）。これにより、リレーボックス８に供給される電圧（オルタネータ２の発電電圧）が上昇しても、その電圧の上昇が生じる前と同じ電力をリレーボックス８から電気負荷４に供給することができる。
【００３９】
以上のように、車両１において、バッテリ３および電気負荷４は、オルタネータ２と並列に接続されている。これにより、オルタネータ２が発生する電力は、電気負荷４に供給されるとともに、バッテリ３に供給されて、バッテリ３を充電する。
【００４０】
オルタネータ２と電気負荷４との間には、スイッチング素子９が介在されている。スイッチング素子９のオン／オフにより、電気負荷４への電力の供給／遮断が切り替えられる。
【００４１】
スイッチング素子９のオン／オフを制御するためのコントローラ１０には、電圧情報取得部２１、デューティ比設定部２２およびスイッチング制御部２３が実質的に備えられている。電圧情報取得部２１により、オルタネータ２の発電電圧に関する情報が取得される。この取得された情報に基づいて、デューティ比設定部２２により、電気負荷４にほぼ一定の電圧Ｖｏｕｔが印加されるように、スイッチング素子９のオン／オフのデューティ比ＤＮが設定される。そして、スイッチング制御部２３により、その設定されたデューティ比ＤＮでスイッチング素子９がオン／オフされる。
【００４２】
これにより、オルタネータ２の発電電圧が変動したときに、電気負荷４に印加される電圧がそれに伴って変動することを防止できる。その結果、オルタネータ２の発電電圧の変動が電気負荷４の動作に影響を与えることを防止できる。たとえば、電気負荷４がワイパモータである場合には、オルタネータ２の発電電圧の変動がワイパモータの回転速度（ワイパの動作スピード）に影響を与えることを防止できる。また、電気負荷４がヘッドライトである場合には、オルタネータ２の発電電圧の変動がヘッドライトの明るさに影響を与えることを防止できる。
【００４３】
また、デューティ比ＤＮの設定のために、電気負荷４の動作状態（たとえば、ワイパモータの回転速度）を検出を必要としないので、その動作状態の検出のためのセンサが不要である。
【００４４】
よって、安価な構成で、オルタネータ２の発電電圧の変動が電気負荷４の動作に影響を与えることを防止できる。
【００４５】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
【００４６】
たとえば、車両１として、エンジンを駆動源とする自動車を例示したが、本発明に係る電気負荷制御装置は、電気自動車やハイブリッドカーに適用されてもよいし、自動車以外の車両全般に広く適用することもできる。
【００４７】
また、発電機の一例として、オルタネータ２を取り上げたが、発電機は、オルタネータ２に限らず、モータとしての機能とジェネレータ（発電機）としての機能との両方を有するモータジェネレータであってもよい。
【００４８】
また、蓄電デバイスの一例として、バッテリ３を取り上げたが、蓄電デバイスは、バッテリ３に限らず、キャパシタであってもよい。
【００４９】
その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１    車両
２    オルタネータ（発電機）
３    バッテリ（蓄電デバイス）
４    電気負荷
９    スイッチング素子
１０  コントローラ
２１  電圧情報取得部（電圧情報取得手段）
２２  デューティ比設定部（デューティ比設定手段）
２３  スイッチング制御部（スイッチング制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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