(57)【要約】【課題】電気負荷へ印加する電圧を所定電圧値に維持することにより、車両の燃費（ｋｍ／ｌ）向上を図ることができる車両用電源装置の提供。【解決手段】エンジン（図示せず）に連動して発電する車載発電機１と、車載発電機１が発電した電力により充電され、電気負荷群８，９，１０に電力を供給する車載バッテリ４とを備えた車両用電源装置。電気負荷群８，９，１０へ印加する電圧値を検出する電圧検出手段１４と、電気負荷（８，９又は１０）へ印加する電圧値を、電圧検出手段１４が検出した電圧値に基づき、所定電圧値に維持する電圧維持手段（１５，１６又は１７），１３とを備える構成である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに連動して発電する車載発電機と、該車載発電機が発電した電力により充電され、電気負荷群に電力を供給する車載バッテリとを備えた車両用電源装置において、
前記電気負荷群へ印加する電圧値を検出する電圧検出手段と、前記電気負荷へ印加する電圧値を、前記電圧検出手段が検出した電圧値に基づき、所定電圧値に維持する電圧維持手段とを備えることを特徴とする車両用電源装置。
【請求項２】
前記電圧維持手段は、前記電気負荷に印加する電圧値を、前記電圧検出手段が検出した電圧値に基づくＰＷＭ制御により、前記所定電圧値に維持するように構成してある請求項１記載の車両用電源装置。
【請求項３】
前記電圧維持手段は、前記電気負荷がヒータを有する場合は、前記ＰＷＭ制御に先立ち、所定時間、デューティ比１００％でＰＷＭ制御するように構成してある請求項２記載の車両用電源装置。
【請求項４】
前記電気負荷はヒータ、ランプ又はモータを有し、前記電圧維持手段は、前記所定電圧値の二乗を前記電圧値の二乗で除した値に比例するデューティ比でＰＷＭ制御するように構成してある請求項２又は３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、車載発電機と、車載発電機が発電した電力により充電され、電気負荷群に電力を供給する車載バッテリとを備える車両用電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図７は、従来の車両用電源装置の構成例を示すブロック図である。
この車両用電源装置は、オルタネータ（車載発電機、交流発電機）１が、図示しないエンジンに連動して発電する。その発電電圧は、オルタネータ１に付設されたレギュレータ２が、オルタネータ１の界磁電流を調節することにより定電圧制御され、また昇降圧制御される。
オルタネータ１が発電した電力は、オルタネータ１内で整流された後、リレーボックス１１内のヒューズＦ０を通じて、車載バッテリ４に充電される。電流検出器３が、車載バッテリ４の入出力電流値を検出して、充電制御ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２に与え、充電制御ＥＣＵ１２内の電圧検出手段５が、車載バッテリ４の入出力電圧値を検出する。
【０００３】
充電制御ＥＣＵ１２は、車速検出器１８が検出した車両の速度値を与えられ、与えられた速度値に基づき、アイドリング、加速走行、定常走行及び減速走行の各車両状態を判定し、判定した車両状態に応じた図６に示すような発電モードで発電するように、レギュレータ２及びオルタネータ１を制御する充電制御を行う。
発電モードは、加速走行のようにエンジンの負荷が大きいときは、発電電圧を降下させ、減速走行のようにエンジンの負荷が小さいときは、発電電圧を上昇させるように定められており、これによりエンジンの負荷を軽減し、車両の燃費向上を図っている。
【０００４】
車載バッテリ４の出力電圧は、例えば、ヒューズＦ１及びリレー６の接点を通じてデフォッガ８に、ヒューズＦ２及びリレー７の接点を通じてヘッドランプ９に、ヒューズＦ３及びワイパースイッチＳＷ３を通じてワイパーモータ１０にそれぞれ印加される。車載バッテリ４の出力電圧は、その他の電気負荷へもそれぞれのヒューズ及びスイッチを通じて印加される。リレー６及び７は、デフォッガスイッチＳＷ１及びランプスイッチＳＷ２によりオン／オフされる。
【特許文献１】特開２００５−１１０３３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に車両用電源装置のオルタネータの発電電圧は１４Ｖ付近、車載バッテリの出力電圧は１２．８Ｖ付近であり、電気負荷の消費電流の状況等により、電源電圧は変動する。その為、車両に搭載された電気負荷の作動電圧は、電源電圧の変動に適応するように設定されているが、電源電圧が高い場合にはそれに応じた電力を消費するものが有り、必要な性能に対して過剰に電力を消費し、その分、燃費（ｋｍ／ｌ）が悪化するという問題が有る。
また、近時、上述したような充電制御を行う車両用電源装置が増加しているが、電源電圧の変動がその作動状態に影響する電気負荷（ヘッドランプ、ワイパーモータ等）が使用されているときは、その状態変動によりユーザが違和感を感じないように、充電制御を停止しており、その分、燃費向上の効果が期待できないという問題がある。
【０００６】
特許文献１には、発電機の出力電圧を、車両の運転状態に応じて、バッテリの充電を促進する第１電圧と、バッテリの充電を抑制する第２電圧とに切換制御し、ワイパーが作動していることを検出したときは、第１電圧と第２電圧との電圧差を小さくして、ワイパーの作動速度変動により、乗員が違和感を感じるのを軽減する車両用発電機の電圧制御装置が開示されている。
【０００７】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、電気負荷へ印加する電圧を所定電圧値に維持することにより、車両の燃費（ｋｍ／ｌ）向上を図ることができる車両用電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１発明に係る車両用電源装置は、エンジンに連動して発電する車載発電機と、該車載発電機が発電した電力により充電され、電気負荷群に電力を供給する車載バッテリとを備えた車両用電源装置において、前記電気負荷群へ印加する電圧値を検出する電圧検出手段と、前記電気負荷へ印加する電圧値を、前記電圧検出手段が検出した電圧値に基づき、所定電圧値に維持する電圧維持手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
この車両用電源装置では、車載発電機が、エンジンに連動して発電し、車載バッテリが、車載発電機が発電した電力により充電され、電気負荷群に電力を供給する。電圧検出手段が、電気負荷群へ印加する電圧値を検出し、電圧維持手段が、電気負荷へ印加する電圧値を、電圧検出手段が検出した電圧値に基づき、所定電圧値に維持する。
【００１０】
第２発明に係る車両用電源装置は、前記電圧維持手段は、前記電気負荷に印加する電圧値を、前記電圧検出手段が検出した電圧値に基づくＰＷＭ制御により、前記所定電圧値に維持するように構成してあることを特徴とする。
【００１１】
この車両用電源装置では、電圧維持手段は、電気負荷に印加する電圧値を、電圧検出手段が検出した電圧値に基づくＰＷＭ制御により、所定電圧値に維持する。
【００１２】
第３発明に係る車両用電源装置は、前記電圧維持手段は、前記電気負荷がヒータを有する場合は、前記ＰＷＭ制御に先立ち、所定時間、デューティ比１００％でＰＷＭ制御するように構成してあることを特徴とする。
【００１３】
この車両用電源装置では、電圧維持手段は、電気負荷がヒータを有する場合は、電圧検出手段が検出した電圧値に基づくＰＷＭ制御に先立ち、所定時間、デューティ比１００％でＰＷＭ制御する。
【００１４】
第４発明に係る車両用電源装置は、前記電気負荷はヒータ、ランプ又はモータを有し、前記電圧維持手段は、前記所定電圧値の二乗を前記電圧値の二乗で除した値に比例するデューティ比でＰＷＭ制御するように構成してあることを特徴とする。
【００１５】
この車両用電源装置では、電気負荷がヒータ、ランプ又はモータである場合は、電圧維持手段は、所定電圧値の二乗を電圧検出手段が検出した電圧値の二乗で除し、その除した結果の値に比例するデューティ比でＰＷＭ制御する。
電気負荷がヒータ系、ランプ系又はモータ系である場合、検出した電圧値Ｖ、目標電圧値Ｖ′（Ｖ′≦Ｖ）として実測すると、印加電圧（電圧値Ｖ）を変化させながらデューティ比＝１００（Ｖ′／Ｖ）2 ％でＰＷＭ制御したとき、発熱量、発光量又は回転数は略一定であった。
これは、負荷抵抗値Ｒ、電圧値Ｖ、消費電力Ｐ、目標電圧値Ｖ′（Ｖ′≦Ｖ）、目標消費電力Ｐ′とすると、Ｐ′／Ｐ×１００（％）＝（Ｖ′2 ／Ｒ）／（Ｖ2 ／Ｒ）×１００（％）＝（Ｖ′／Ｖ）2×１００（％）＝デューティ比となって、理論式と一致する。
【発明の効果】
【００１６】
第１，２，４発明に係る車両用電源装置によれば、検出した電気負荷群への印加電圧値に基づき、電気負荷へ印加する電圧値を所定電圧値に維持するので、車両の燃費向上を図ることができる車両用電源装置を実現することができる。また、車載発電機の発電電圧を調節して充電制御を行う車両用電源装置では、電気負荷の動作変動によりユーザが違和感を感じないように、充電制御を停止する必要が無く、車両の燃費向上を図ることができる。
【００１７】
第３発明に係る車両用電源装置によれば、検出した電気負荷群への印加電圧値に基づき、電気負荷へ印加する電圧値を所定電圧値に維持するので、車両の燃費向上を図ることができる車両用電源装置を実現することができる。また、車載発電機の発電電圧を調節して充電制御を行う車両用電源装置では、電気負荷の動作変動によりユーザが違和感を感じないように、充電制御を停止する必要が無く、車両の燃費向上を図ることができる。また、電気負荷がヒータを有する場合は、ＰＷＭ制御開始からの所定時間、デューティ比１００％でＰＷＭ制御するので、ヒータの温度上昇を早めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
この車両用電源装置は、図示しないエンジンに連動して、オルタネータ（車載発電機、交流発電機）１が発電し、その発電電圧は、オルタネータ１に付設されたレギュレータ２が、オルタネータ１の界磁電流を調節することにより定電圧制御され、また昇降圧制御される。
オルタネータ１が発電した電力は、オルタネータ１内で整流され、リレーボックス１１ａ内のヒューズＦ０を通じて、車載バッテリ４に充電される。電流検出器３が、車載バッテリ４の入出力電流値を検出して、充電制御ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２に与え、充電制御ＥＣＵ１２内の電圧検出手段５が、車載バッテリ４の入出力電圧値を検出する。
【００１９】
充電制御ＥＣＵ１２は、車速検出器１８が検出した車両の速度値を与えられ、与えられた速度値に基づき、アイドリング、加速走行、定常走行及び減速走行の各車両状態を判定し、判定した車両状態に応じた図６に示すような発電モードで発電するように、レギュレータ２及びオルタネータ１を制御する充電制御を行う。
発電モードは、加速走行のようにエンジンの負荷が大きいときは、発電電圧を降下させ、減速走行のようにエンジンの負荷が小さいときは、発電電圧を上昇させるように定められており、これによりエンジンの負荷を軽減し、車両の燃費向上を図っている。
【００２０】
車載バッテリ４の出力電圧は、例えば、ヒューズＦ１及びＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１５を通じてデフォッガ８に、ヒューズＦ２及びＦＥＴ１６を通じてヘッドランプ９に、ヒューズＦ３、ＦＥＴ１７及びワイパースイッチＳＷ４を通じてワイパーモータ１０にそれぞれ印加される。車載バッテリ４の出力電圧は、その他の電気負荷へもそれぞれのヒューズを通じて印加される。ＦＥＴ１５，１６，１７は、リレーボックス１１ａ内に設置されている。
【００２１】
動作速度切換えの為にワイパースイッチＳＷ４により切換えられるワイパーモータ１０の各コイルには、各環流ダイオードＤ１，Ｄ２が逆並列に接続されている。
デフォッガスイッチＳＷ１、ランプスイッチＳＷ２及びワイパースイッチＳＷ４の各オン／オフ信号は、リレーボックス１１ａ内に設置された制御部１３に与えられる。
【００２２】
制御部１３は、マイクロコンピュータを備えており、デフォッガスイッチＳＷ１のオン信号を与えられている期間、ＦＥＴ１５をＰＷＭ制御し、ランプスイッチＳＷ２のオン信号を与えられている期間、ＦＥＴ１６をＰＷＭ制御し、ワイパースイッチＳＷ４のオン信号を与えられている期間、ＦＥＴ１７をＰＷＭ制御する。また、制御部１３内の電圧検出手段１４が、車載バッテリ４の入出力電圧値（電気負荷群へ印加する電圧値）を検出する。
【００２３】
以下に、このような構成の車両用電源装置の電気負荷がヒータを有する場合の動作例を、それを示す図２のフローチャートを参照しながら説明する。
制御部１３は、スイッチ（電気負荷がヒータ系の例えばデフォッガスイッチＳＷ１）がオンにされるのを待機しており（Ｓ１）、スイッチＳＷ１がオンにされると、所定時間（例えば１分間）、デューティ比１００％で、その電気負荷に対応するＦＥＴをＰＷＭ制御で駆動する（Ｓ２）。次いで、電圧検出手段１４で車載バッテリ４の入出力電圧値（電源電圧）Ｖを検出し読込む（Ｓ３）。次いで、オンにされたスイッチＳＷ１（Ｓ１）に対応する電気負荷（デフォッガ８）の目標電圧値Ｖ′と入出力電圧値Ｖとの高低を比較する（Ｓ５）。
【００２４】
尚、制御部１３は、スイッチＳＷ１がオンにされたとき（Ｓ１）、そのオンにされたスイッチＳＷ１に対応する電気負荷が、デフォッガ８のようにヒータを有する場合、所定時間（例えば１分間）、デューティ比１００％で、その電気負荷に対応するＦＥＴをＰＷＭ制御で駆動する（Ｓ２）。その後、電圧検出手段１４で車載バッテリ４の入出力電圧値Ｖを検出し読込む（Ｓ３）。
【００２５】
制御部１３は、入出力電圧値Ｖが目標電圧値Ｖ′以下であれば（Ｓ５）、デューティ比１００％で、その電気負荷に対応するＦＥＴ１５をＰＷＭ制御で駆動し（Ｓ１１）、次いで、オンにされたスイッチＳＷ１（Ｓ１）がオフにされたか否かを判定する（Ｓ９）。
制御部１３は、入出力電圧値Ｖが目標電圧値Ｖ′以下でなければ（Ｓ５）、デューティ比＝１００ａ（Ｖ′／Ｖ）2 ％で、その電気負荷に対応するＦＥＴ１５をＰＷＭ制御で駆動し（Ｓ７）、次いで、オンにされたスイッチＳＷ１（Ｓ１）がオフにされたか否かを判定する（Ｓ９）。
【００２６】
ここで、目標電圧値Ｖ′は、オルタネータ１及び車載バッテリ４の電源電圧変動範囲において、電気負荷毎にその性能を維持できる電圧値の最低値を実験等により求め、その求めた最低値に基づき定めておき、制御部１３に電気負荷毎に記憶させておく。また、ａは電気負荷毎に定めてある係数である（０＜ａ≦１）。
デューティ比は、車載バッテリ４の入出力電圧値Ｖ、各電気負荷の目標電圧値Ｖ′及び電源制御範囲の上限電圧値Ｖｏの関係に基づき、図３に示すように定めてあり、これにより、電気負荷へ印加する電圧値を目標電圧値Ｖ′（所定電圧値）に維持することができる。
【００２７】
制御部１３は、オンにされたスイッチＳＷ１（Ｓ１）が、オフにされていれば（Ｓ９）、駆動しているＦＥＴ１５（Ｓ７、Ｓ１１）を停止した（Ｓ１０）後、スイッチＳＷ１がオンにされるのを待機する（Ｓ１）。
制御部１３は、オンにされたスイッチＳＷ１（Ｓ１）が、オフにされていなければ（Ｓ９）、電圧検出手段１４で車載バッテリ４の入出力電圧値Ｖを検出し読込む（Ｓ３）。
【００２８】
以下に、この車両用電源装置の電気負荷がランプ又はモータを有する場合の動作例を、それを示す図４のフローチャートを参照しながら説明する。
制御部１３は、スイッチ（電気負荷がランプ系又はモータ系の例えばランプスイッチＳＷ２又はワイパースイッチＳＷ４）がオンにされるのを待機しており（Ｓ１３）、スイッチがオンにされると、電圧検出手段１４で車載バッテリ４の入出力電圧値（電源電圧）Ｖを検出し読込む（Ｓ１５）。次いで、オンにされたスイッチ（Ｓ１３）に対応する電気負荷（ヘッドランプ９又はワイパーモータ１０）の目標電圧値Ｖ′と入出力電圧値Ｖとの高低を比較する（Ｓ１７）。
【００２９】
制御部１３は、入出力電圧値Ｖが目標電圧値Ｖ′以下であれば（Ｓ１７）、デューティ比１００％で、その電気負荷に対応するＦＥＴ（ＦＥＴ１６又は１７）をＰＷＭ制御で駆動し（Ｓ２５）、次いで、オンにされたスイッチ（Ｓ１３）がオフにされたか否かを判定する（Ｓ２１）。
制御部１３は、入出力電圧値Ｖが目標電圧値Ｖ′以下でなければ（Ｓ１７）、デューティ比＝１００ｂ（Ｖ′／Ｖ）2 ％で、その電気負荷に対応するＦＥＴ（ＦＥＴ１６又は１７）をＰＷＭ制御で駆動し（Ｓ１９）、次いで、オンにされたスイッチ（Ｓ１３）がオフにされたか否かを判定する（Ｓ２１）。
【００３０】
ここで、目標電圧値Ｖ′は、オルタネータ１及び車載バッテリ４の電源電圧変動範囲において、電気負荷毎にその性能を維持できる電圧値の最低値を実験等により求め、その求めた最低値に基づき定めておき、制御部１３に電気負荷毎に記憶させておく。また、ｂは電気負荷毎に定めてある係数である（０＜ｂ≦１）。
デューティ比は、車載バッテリ４の入出力電圧値Ｖ、各電気負荷の目標電圧値Ｖ′及び電源制御範囲の上限電圧値Ｖｏの関係に基づき定めてあり、これにより、電気負荷へ印加する電圧値を目標電圧値Ｖ′（所定電圧値）に維持することができる。
【００３１】
制御部１３は、オンにされたスイッチ（Ｓ１３）が、オフにされていれば（Ｓ２１）、駆動しているＦＥＴ（Ｓ１９、Ｓ２５）を停止した（Ｓ２３）後、ランプスイッチＳＷ２又はワイパースイッチＳＷ４がオンにされるのを待機する（Ｓ１３）。
制御部１３は、オンにされたスイッチ（Ｓ１３）が、オフにされていなければ（Ｓ２１）、電圧検出手段１４で車載バッテリ４の入出力電圧値Ｖを検出し読込む（Ｓ１５）。
【００３２】
上述した各動作は、充電制御ＥＣＵ１２が図６に示す充電制御を実行する／しないに関係無く行われる。しかし、充電制御ＥＣＵ１２が充電制御を実行する場合、例えば、充電制御により、オルタネータ１の出力電圧（電源電圧）が、図５（ａ）に示すように変動しても、特定の電気負荷（例えばワイパーモータ１０）に印加される電圧値は、図５（ｂ）に示すようにＰＷＭ制御され、その平均電圧値は一定となる。従って、乗員の違和感を軽減すること又は無くすことができ、充電制御の停止条件を緩和又は削除できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る車両用電源装置の電気負荷がヒータを有する場合の動作例を示すフローチャートである。
【図３】車載バッテリの入出力電圧値、各電気負荷の目標電圧値及び電源制御範囲の上限電圧値の関係に基づくデューティ比の例を示す説明図である。
【図４】本発明に係る車両用電源装置の電気負荷がランプ又はモータを有する場合の動作例を示すフローチャートである。
【図５】充電制御を実行する場合の、オルタネータの出力電圧、及び特定の電気負荷に印加される電圧値の例を示すタイミングチャートである。
【図６】車両用電源装置の充電制御の例を示す説明図である。
【図７】従来の車両用電源装置の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  オルタネータ（車載発電機、交流発電機）
２  レギュレータ
４  車載バッテリ
８  デフォッガ（電気負荷）
９  ヘッドランプ（電気負荷）
１０  ワイパーモータ（電気負荷）
１１ａ  リレーボックス
１２  充電制御ＥＣＵ
１３  制御部
１４  電圧検出手段
１５，１６，１７  ＦＥＴ
１８  車速検出器
Ｄ１，Ｄ２  環流ダイオード
ＳＷ１  デフォッガスイッチ
ＳＷ２  ランプスイッチ
ＳＷ４  ワイパースイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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