(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンにより駆動されバッテリ及び電気負荷に給電する発電機と、
上記電気負荷の消費電流を検出する消費電流検出手段と、
上記発電機の発電電流を検出する発電電流検出手段と、
上記発電機の発電能力を制御する発電制御手段と
を備え、
上記発電制御手段は、上記消費電流検出手段で検出される消費電流及び上記発電電流検出手段で検出される発電電流の差が零となるように上記発電機の発電能力を制御する
ことを特徴とする車両用発電機の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用発電機の制御装置において、
上記発電制御手段は、上記消費電流と上記発電電流との差分の大小に応じて上記発電機の発電能力を制御する度合いを変化させる
ことを特徴とする車両用発電機の制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の車両用発電機の制御装置において、
上記消費電流と上記発電電流との差は、前回算出された値を加味して算出されることを特徴とする車両用発電機の制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の車両用発電機の制御装置において、
上記発電制御手段は、定常走行時に上記消費電流に見合う発電を実施する
ことを特徴とする車両用発電機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電機の負荷を抑制する車両用発電機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、車両には、ランプ類や、空調用ブロアやパワー装置を駆動するための駆動モータ等の各種電気機器（電気負荷）が搭載され、電気機器により消費される電力は充放電可能なバッテリにより供給されている。一方、車両には、エンジンにより駆動される発電機（オルタネータ）が装備され、バッテリはオルタネータの作動制御により充電されて容量が確保されている。そして、消費電力と発電電力の兼ね合いにより、消費電力が発電電力を上回る場合にバッテリは放電され、逆の場合にバッテリは充電される。
【０００３】
近年、環境問題への配慮から、電動モータとエンジンを組み合わせたハイブリッド電気自動車や信号停止時等の車両停止時にエンジンを停止させ発進時に強制的にエンジンを始動させる自動車等が種々開発されてきている。このような自動車にあっては、様々な負荷を抑制して燃費の向上を図る工夫がされており、オルタネータの作動を必要最小限に抑えることで、エンジンの負荷が減少して燃費の向上を図ることができる。
【０００４】
従来、オルタネータの作動を必要最小限に抑えるため、発電電流が所定値以下のときにオルタネータによる発電をカットし、消費電流が所定値以上となったときにオルタネータによる発電カットを解除する技術が知られている（例えば、特開平6-167551号公報参照）。オルタネータの作動を抑制することで、エンジンの負荷を減少させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では、オルタネータの作動を抑制してエンジンの負荷を減少させることができるものの、バッテリの充放電を抑制する、といったことは全く考慮されていない。即ち、バッテリは充放電を繰り返すことにより劣化が促進され、寿命が低下してしまう。このため、従来の技術では、エンジンの負荷を減少させることはできるが、バッテリの寿命の低下を抑えることはできないものであった。
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、発電機の作動を抑制することができると共にバッテリの寿命の低下を抑えることができる車両用発電機の制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明では、消費電流検出手段で検出された消費電流と発電電流検出手段で検出される発電電流との差が所定値以内となるように、発電制御手段により発電機の発電能力を制御するようにし、発電機の作動を必要最小限に抑えると共にバッテリの充放電を制御するようにしたものである。
つまり、請求項１に係る本願発明の車両用発電機の制御装置は、エンジンにより駆動されバッテリ及び電気負荷に給電する発電機と、上記電気負荷の消費電流を検出する消費電流検出手段と、上記発電機の発電電流を検出する発電電流検出手段と、上記発電機の発電能力を制御する発電制御手段とを備え、上記発電制御手段は、上記消費電流検出手段で検出される消費電流及び上記発電電流検出手段で検出される発電電流の差が零となるように上記発電機の発電能力を制御することを特徴とするものである。
また、請求項２に係る本願発明の車両用発電機の制御装置は、請求項１に記載の車両用発電機の制御装置において、上記発電制御手段は、上記消費電流と上記発電電流との差分の大小に応じて上記発電機の発電能力を制御する度合いを変化させることを特徴とするものである。
また、請求項３に係る本願発明の車両用発電機の制御装置は、請求項１または請求項２に記載の車両用発電機の制御装置において、上記消費電流と上記発電電流との差は、前回算出された値を加味して算出されることを特徴とするものである。
また、請求項４に係る本願発明の車両用発電機の制御装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の車両用発電機の制御装置において、上記発電制御手段は、定常走行時に上記消費電流に見合う発電を実施することを特徴とするものである。
【０００８】
この時、好ましくは、車両が一定速度で走行する定常走行時に発電機の制御を行なう。また、消費電流と発電電流との差分の所定値には不感帯を設定すると共に差分の算出はフィルタ処理を行なってノイズを除去し、消費電流と発電電流との差分の大小により、発電能力を制御する度合いを変化させることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１には本発明の一実施形態例に係る車両用発電機の制御装置を備えた車両の概略構成、図２には発電制御手段の制御フローチャート、図３には差分電流の経時変化、図４には加減電流と差分電流との関係を示してある。
【００１０】
図１に示すように、エンジン１のクランク軸により駆動される発電機（オルタネータ）２が設けられ、オルタネータ２はバッテリ３及び各種電気機器の電気負荷４の状況に応じてＥＣＵ５の指令に基づいて発電率が制御される。オルタネータ２の状態は図示しないFR端子からＥＣＵ５に入力され、ＥＣＵ５からはバッテリ３及び電気負荷４の状況に応じて発電制御デューティ信号（Ｇ端子Duty）が図示しないＧ端子に出力され、バッテリ３及び電気負荷４の状況に応じた発電量になるようにＧ端子Dutyが最小発電電力の0%から最大発電電力の100%の間で制御される。尚、オルタネータは、スタータや走行モータの発動機としての機能を備えたモータジェネレータとしてもよい。
【００１１】
バッテリ３は充放電可能となっており、バッテリ３にはオルタネータ２からの電力が供給されて充電されると共に、電気負荷４にはオルタネータ２及びバッテリ３から適宜電力が供給される。オルタネータ２からバッテリ３までの経路には発電電流検出手段としての第１電流センサ６が設けられ、第１電流センサ６によりオルタネータ２の発電電流が検出される。また、第１電流センサ６の電気負荷４側におけるバッテリ３から電気負荷４までの経路には消費電流検出手段としての第２電流センサ７が設けられ、第２電流センサ７により電気負荷４の消費電流が検出される。また、バッテリ３にはバッテリ電圧検出手段としての電圧センサ８が設けられ、電圧センサ８によりバッテリ３の電圧が検出される。
【００１２】
上述した実施形態例では、発電電流検出手段として第１電流センサ６を設け、消費電流検出手段として第２電流センサ７を設け、発電電流及び消費電流を直接的に検出するようにしたが、発電電流及び消費電流を間接的に検出することも可能である。即ち、バッテリ３の直前に電流センサを設けると共に第１電流センサ６を設け、（第１電流センサ６の検出値−電流センサの検出値）により消費電流を演算することも可能である。また、バッテリ３の直前に電流センサを設けると共に第２電流センサ７を設け、（第２電流センサ７の検出値−電流センサの検出値）により発電電流を演算することも可能である。尚、これらの場合、電流センサの検出値は電流の方向が変わるため正負値を用いる。
【００１３】
ＥＣＵ５には、図示しないスロットル開度の状況及び車速状況が入力され、スロットル開度及び車速の変化率により、車両（エンジン１）が加速中であるか減速中であるか定常走行中であるかを判断する機能（加速検出手段）が備えられている。尚、加速検出手段としては、スロットル開度、アクセル開度、車速、これらの変化率、吸気充填効率等を単独あるいは組み合わせで適宜用いることができる。
【００１４】
第１電流センサ６、第２電流センサ７及び電圧センサ８の検出信号はＥＣＵ５に入力される。ＥＣＵ５には、第２電流センサ７で検出される消費電流及び第１電流センサ６で検出される発電電流の差が所定値以内となるようにオルタネータ２の発電能力を制御する発電制御手段が備えられている。また、ＥＣＵ５には、第２電流センサ７で検出される消費電流を積算して積算消費電流を導出する積算手段が備えられている。
【００１５】
更に、ＥＣＵ５の発電制御手段には、加速検出手段によりエンジン１の加速状態が検出された場合は第２電流センサ７で検出される消費電流が所定値以下であり且つ積算手段で積算された積算消費電流が所定値以下であることを条件にオルタネータ２の発電をカットさせる機能が備えられている。尚、オルタネータ２の発電をカットさせる機能では、加速検出手段によりエンジン１の加速状態が検出された場合は第２電流センサ７で検出される消費電流が所定値以下であることを条件にオルタネータ２の発電をカットさせるようにすることも可能である。
【００１６】
上述した車両では、例えば加速時には発電を行なわず、定常走行時には、第２電流センサ７で検出される消費電流と第１電流センサ６で検出される発電電流との差が０になるようにオルタネータ２の発電が制御される。即ち、Ｇ端子Dutyを最小発電電力の0%から最大発電電力の100%の間で制御し、必要電力で発電を行なう。また、減速時にはＧ端子Dutyを100%にして最大発電電力で発電を行い、減速エネルギーを回収する。また、停車中のアイドリング時にエンジンを停止させ、発進時に自動的にエンジンを始動させる機能を有する場合には、停車中にエンジンの再始動ができなくなることを回避するために、停車中は第２電流センサ７により検出される消費電流に基づいて適宜エンジン１を始動させオルタネータ２により発電を実施してバッテリ３を充電してもよい。
【００１７】
ＥＣＵ５の発電制御手段では、車両の走行中に第２電流センサ７で検出される消費電流の状況が所定の状態（消費電流及び積算消費電流が所定値以下の状態）の時に走行状態を判定する。そして、加速中はオルタネータ２の発電をカットし、減速中は最大発電電力で発電を行い、加速中の放電量を補う。また、一定の車速で走行する定常走行中は消費電流に見合う発電を行なう。これにより、バッテリ３の充放電量をバランスさせながら定常走行時におけるオルタネータ２の駆動を最小限に抑えて負荷を抑制することができる。また、加速時にはオルタネータ２の発電をカットすることで加速性を確保することができる。
【００１８】
図２乃至図４に基づいて発電制御手段を詳細に説明する。
【００１９】
図２に示すように、第２電流センサ７で検出される消費電流が所定値以下であり且つ積算手段で積算された積算消費電流が所定値以下であるか否かがステップＳ１で判断される。ステップＳ１で消費電流及び積算消費電流が所定値以下であると判断された場合、ステップＳ２で車両（エンジン１）が加速中であるか否かが判断され、ステップＳ１で消費電流及び（もしくは）積算消費電流が所定値を越えていると判断された場合、ステップＳ３でＧ端子Dutyを100%にしてオルタネータ２の発電を行いバッテリ３をフル充電させ、リターンとなる。
【００２０】
ステップＳ２におけるエンジン１が加速中か否かの判断は、所定車速以上でスロットル開度の変化率がプラス側の所定値以上もしくは車速の変化率がプラス側の所定値以上となっているか否かで実施する。ステップＳ２で加速中であると判断された場合、ステップＳ４でＧ端子Dutyを0%にしてオルタネータ２の発電をカットし、リターンとなる。つまり、加速検出手段によりエンジン１の加速状態が検出された場合は、第２電流センサ７で検出される消費電流が所定値以下であり且つ積算手段で積算された積算消費電流が所定値以下であることを条件にオルタネータ２の発電をカットさせるようになっている。
【００２１】
尚、加速判定の終了後に、定常走行に移行しても所定時間オルタネータ２の発電をカットする制御を追加することも可能である。発電カットする時間は、オルタネータ２の容量、バッテリ３の容量、受入性、その車が市場で想定される走行パターン等から最適な値を選定すべきである。この場合、加減速を繰り返す走行、例えば、市街地走行で燃費向上に有利となる。
【００２２】
エンジン１の加速時に、電気負荷４の消費電流（積算電流）が所定値以下であることを条件にオルタネータ２の発電をカットするようにしているので、消費電流（積算電流）が比較的高い場合には発電がカットされずにバッテリ３の電圧低下を未然に防止でき、バッテリ３の電圧の変動を抑制してバッテリ３の寿命低下を防止しながら、車両の加速性を確保することができる。
【００２３】
一方、ステップＳ２で加速中ではないと判断された場合、ステップＳ５で車両（エンジン１）が減速中であるか否かが判断される。エンジン１が減速中か否かの判断は、スロットル開度の変化率がマイナス側の所定値以下もしくは車速の変化率がマイナス側の所定値以下となっているか否かで実施する。ステップＳ５で減速中であると判断された場合、ステップＳ３に移行してＧ端子Dutyを100%にしてオルタネータ２の発電を行いバッテリ３をフル充電させ、リターンとなる。
【００２４】
ステップＳ５で減速中ではないと判断された場合、加速中でも減速中でもないためステップＳ６で定常走行中であるとされ、ステップＳ７でＧ端子Dutyを0%から100%の間で適宜制御してオルタネータ２の発電を行い消費電流に見合う発電が実施される。
【００２５】
消費電流に見合う発電について説明する。
【００２６】
第２電流センサ７により検出された消費電流値と第１電流センサ６で検出された発電電流値との差（消費電流値−発電電流値）ΔＩが演算され、ΔＩが所定範囲になる電流が得られるようにＧ端子Dutyを0%から100%の間で適宜制御してオルタネータ２の発電を行う。今回のΔＩ(n) の演算に際しては、前回のΔＩ(n-1) の値を加味し以下の式により演算される。
ΔＩ(n) ＝ΔＩ(n) ×Ｋ＋ΔＩ(n-1) ×（１−Ｋ)
ただし、Ｋは１未満の係数である。
【００２７】
即ち、今回のΔＩ(n) は、今回のΔＩ(n) の値にＫを乗じた割合と前回のΔＩ(n-1) の値に（１−Ｋ) を乗じた割合を加算して設定される。例えば、Ｋを0.9 とした場合、今回のΔＩ(n) の値の９割と前回のΔＩ(n-1) の値の１割とが加算されてΔＩが設定されることになる。このため、ΔＩを設定する際に、前回ΔＩ(n) の値が反映されて第１電流センサ６や第２電流センサ７等のノイズが除去され、ΔＩが急変してオルタネータ２の発電状況が急激に変動することがない。ΔＩが設定された後、ΔＩと所定値Ａが比較される。所定値Ａには不感帯が設定され、ΔＩがプラス側の所定値＋Ａ以上（消費電流が多い状態）か、もしくは、ΔＩがマイナス側の所定値−Ａ以下（消費電流が少ない状態）かが判定される。
【００２８】
尚、今回のΔＩ(n) を設定する際に、係数Ｋを用い前回のΔＩ(n-1) の値に（１−Ｋ) を乗じた値を加味してΔＩを設定することでノイズを除去するようにしているが、単純に今回のΔＩ(n) だけを用いることも可能である。
【００２９】
ΔＩがプラス側の所定値＋Ａ以上の場合、消費電流が多い状態であるので、前回の目標Ｇ端子Dutyに所定の値を加算して高い発電電圧で発電が行なえるように今回の目標Ｇ端子Dutyを設定し、発電電流値を高くしてΔＩを０に近づける。ΔＩがマイナス側の所定値−Ａ以下の場合、消費電流が少ない状態であるので、前回の目標Ｇ端子Dutyに所定の値を減算して低い発電電圧で発電が行なえるように今回の目標Ｇ端子Dutyを設定し、発電電流値を低くしてΔＩを０に近づける。これにより、図３に示すように、消費電流値と発電電流値との差（消費電流値−発電電流値）ΔＩが０に収束する。
【００３０】
前回の目標Ｇ端子Dutyに加減算する所定の値（加算値、減算値）は、図４に示したように、例えば、消費電流値と発電電流値との差ΔＩに略比例して設定されている。即ち、差ΔＩが大きいほど前回の目標Ｇ端子Dutyに加減算する加減算する所定の値も大きく設定されている。尚、目標Ｇ端子Dutyに加減算する所定の値は、差ΔＩの大きさに応じて段階的に設定したり、差ΔＩにしきい値を設けてしきい値を境に２あるいは３種類の値を設定することが可能である。
【００３１】
本発明の実施形態例では、ステップＳ７で消費電流に見合う発電を実施することにより、消費電流と釣り合う電流のみを発電するようになるので、定常走行時におけるオルタネータ２の駆動を最小限に抑えて負荷を抑制することができ、エンジン１の負荷を抑えて燃費を向上させることができる。また、バッテリ３の放充電の頻度が低くなってバッテリ充電量の増減が抑制され、バッテリ３の寿命低下を抑えることが可能になる。因みに、例えば、走行パターンを模擬して運転を行なった結果、消費電流に見合う発電を実施することにより、余分な発電を省くことが実証され、燃費が向上することが確認されている。
【００３２】
尚、上記実施形態例では、消費電流の状況により加速時に発電をカットするようにしているが、消費電流の状況を軽負荷時と中高負荷時の２段階に分けて設定し、軽負荷時では発電をカットし中負荷時から高負荷時では加速時においても定常時と同様に消費電流に見合う発電を実施することも可能である。また、消費電流に見合う発電の実施（ステップＳ７）は、消費電流及び積算電流が所定値以下の場合に行なうようにしているが、走行中は常時実施することも可能である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の車両用発電機の制御装置は、消費電流検出手段で検出された消費電流と発電電流検出手段で検出される発電電流との差が所定値以内となるように、発電制御手段により発電機の発電能力を制御するようにしたので、発電機の作動を必要最小限に抑えると共にバッテリの充放電を抑制することができる。この結果、エンジンの負荷を抑制して燃費を向上させることが可能になると共にバッテリの寿命低下を抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係る車両用発電機の制御装置を備えた車両の概略構成図。
【図２】発電制御手段の制御フローチャート。
【図３】差分電流の経時変化を表すグラフ。
【図４】加減電流と差分電流との関係を表すグラフ。
【符号の説明】
１  エンジン
２  発電機（オルタネータ）
３  バッテリ
４  電気負荷
５  ＥＣＵ
６  第１電流センサ
７  第２電流センサ
８  電圧センサ
【図１】
0003809937.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003809937.tif 000004
【図４】
0003809937.tif 000005