JP3029449B2 - オルタネータ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、オルタネータ制御装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 一般に自動車においては、各種電気機器に電力を供給
するために、エンジンによって駆動されるオルタネータ
（発電機）と、オルタネータの発電電圧を制御するオル
タネータ制御装置と、オルタネータで発電された電力の
一部を蓄えるバッテリとが設けられる。

そして、オルタネータ制御装置は、過剰発電による動
力損失を防止して燃費性能の向上を図るために、不必要
に高電圧発電を行なわないように車両の運転状態に応じ
てオルタネータの発電電圧を段階的にあるいは連続的に
変化させるようになっている（例えば、特開昭59−2220
99号公報参照）。具体的には、例えばオルタネータの発
電電圧を高電圧側と低電圧側の２段階に切り替えるよう
にし、減速時等には高電圧発電を行なって動力の回収を
行ない、加速時等には低電圧発電を行なって動力消費を
低減するといった制御方法で、燃費性能の向上が図られ
る。

ところで、このように過剰発電を防止して燃費性能の
向上を図るようにした場合、バッテリの充電率が低下す
る傾向があり、ときには極端に充電率が低下するいわゆ
るバッテリ上がりが発生する場合がある。そこで、バッ
テリ上がりの発生を防止するために、従来は、電気負荷
が高いときには無条件に高電圧発電を行なうといった制
御、あるいは低電圧発電が比較的長時間継続したときに
は無条件に一定時間だけ高電圧発電を行なうといった制
御が付け加えられていた。

しかしながら、このようなオルタネータ制御では、バ
ッテリ充電率の現状が何ら考慮されていないので、走行
開始時にすでにバッテリ充電率が大幅に低下しているよ
うな場合には有効に対応できず、なかなかバッテリ充電
率が回復しないといった問題があった。

そこで、バッテリの充電率が低下したときにはバッテ
リ電圧が低下してオルタネータからバッテリに流入する
電流値が大きくなるといった事実に着目して、オルタネ
ータとバッテリとを接続する導線に電流センサを設け、
この電流センサによって検出される電流値が所定値を超
えたときには、バッテリ充電率が低下したものとみなし
て、無条件に高電圧発電を行なうといった制御を付け加
えたオルタネータ制御装置が提案されている。そして、
このような電流センサとしては、一般に電力損失の少な
い非接触型の電流センサ、例えばホール素子を用いたも
のが用いられる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、一般に非接触型電流センサは、例えば
第６図に示すように、目標特性K₁に対するオフセット誤
差ｄがかなり大きく、このため電流センサ検出値の精度
が低くなり、正確なオルタネータ制御を行なうことがで
きないといった問題がある。また、電流センサ検出値の
精度を高めようとすれば、電流センサの誤差補正（キャ
リブレーション）に多大な労力を要するといった問題が
ある。

本発明は上記従来の問題点を解消するためになされた
ものであって、車両の運転状態に応じて発電電圧を適正
に制御して燃費性能の向上を図ることができ、かつバッ
テリ充電率の低下の防止ないし迅速な回復を図ることが
できるオルタネータ制御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］ 上記の目的を達するため、第１の発明は、オルタネー
タとバッテリとを接続する導線を流れる電流を検出する
電流センサと、車両の運転状態に応じてオルタネータの
発電電圧を変える発電電圧可変手段とを備えたオルタネ
ータ制御装置において、オルタネータの高電圧発電時の
電流センサ検出値と、低電圧発電時の電流センサ検出値
の差が、高電圧固定基準値以上となったときには、上記
発電電圧可変手段の発電電圧を高電圧側に固定するよう
に制御する発電電圧固定手段を設けたことを特徴とする
オルタネータ制御装置を提供する。

第２の発明は、第１の発明にかかるオルタネータ制御
装置において、オルタネータの高電圧発電時の電流セン
サ検出値と、低電圧発電時の電圧センサ検出値の差が、
高電圧固定基準値以上となった後、該高電圧固定基準値
より小さい値に設定される高電圧固定解除基準値以下と
なったときに、上記発電電圧固定手段による上記発電電
圧可変手段の高電圧側への固定制御を解除する固定解除
手段を備えたことを特徴とするオルタネータ制御装置を
提供する。

［発明の作用・効果］ 第１の発明によれば、電流センサによってオルタネー
タから出力される電流またはバッテリ電流が検出され
る。そして、バッテリ充電率が低下したときには、電流
センサ検出値が大きくなり、したがって高電圧発電時に
おける電流センサ検出値と低電圧発電時における電流セ
ンサ検出値の差（以下、これを検出電流差という）も大
きくなる。つまり、検出電流差が大きいときほどバッテ
リ充電率が低下していることになる。

そして、バッテリ充電率が低下して検出電流差が高電
圧固定基準値以上となったときには、オルタネータの発
電電圧が高電圧側に固定されるので、バッテリ充電率が
速やかに回復される。ここにおいて、高電圧固定基準値
をバッテリ充電率の低下許容限界に対応するように設定
すれば、バッテリ充電率が上記低下許容限界以上に保持
されるので、バッテリ上がりの発生が防止される。

また、高電圧発電時の電流センサ検出値と低電圧発電
時の電流センサ検出値には、夫々オフセット誤差が含ま
れるが、検出電流差は両検出値の差をとることによって
算出されるので、両検出値が夫々もっているオフセット
誤差が相殺され、検出電流差にはオフセット誤差が含ま
れない。したがって、電流センサのオフセット誤差の有
無にかかわらず、バッテリ充電率の低下が正確に検出さ
れ、オルタネータ制御の精度が高められる。

なお、車両の運転状態に応じて発電電圧が制御される
ので、燃費性能の向上が図られるのはもちろんである。

第２の発明によれば、まずもって第１の発明と同様の
作用・効果が得られる。さらに、検出電流差が、高電圧
固定基準値以上となった後、高電圧固定解除基準値以下
となったときに高電圧側への固定が解除されるようにな
っている。したがって、高電圧固定解除基準値を通常の
適正なバッテリ充電率に対応するように設定すれば、適
正な充電率まで確実にバッテリ充電率が回復されるとも
に、必要以上に充電されることがなくなり不必要な動力
消費が防止される。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を具体的に説明する。

第１図に示すように、エンジン（図示せず）によって
駆動されるオルタネータ１（発電機）の出力端子２（プ
ラス側端子）には第１導線３が接続され、この第１導線
３は分岐部４で第２導線５と第３導線６とに分岐してい
る。そして、第２導線５は各種電気機器７（１つだけ図
示）のプラス側端子に接続され、第３導線６はバッテリ
８のプラス側端子に接続されている。なお、オルタネー
タ１と電気機器７とバッテリ８のマイナス側端子は夫々
アースされている。

そして、オルタネータ１の発電電圧は、後で説明する
ように、コントロールユニット９からの信号に従って、
レギュレータ10によって高電圧側または低電圧側のいず
れかにセットされるようになっている。また、第１導線
３を流れる電流すなわちオルタネータ１の出力電流を検
出するために、後で説明するホール素子を用いた非接触
型電流センサ11が設けられている（第２図参照）。さら
に、エンジン回転数を検出する回転数センサ12、スロッ
トル開度を検出するスロットル開度センサ13、エアコン
（図示せず）のオン・オフを検出するエアコンスイッチ
14、電動ファン（図示せず）のオン・オフを検出する電
動ファンスイッチ15等の各種センサが設けられている。
そして、これらのセンサ11〜13とスイッチ14,15の出力
は、制御情報としてコントロールユニット９に入力され
るようになっている。

第２図に示すように、電流センサ11は、第１導線３ま
わりに、これをとりまくようにしてコア17が配置され、
このコア17のギャップ部18に、ガリウム・ひ素からなる
ホール素子19が配置されている。ここにおいて、第１導
線３を流れる電流に比例してギャップ部18に平行磁束が
発生し、この平行磁束の強さに応じてホール素子19にホ
ール電圧が惹起される。このホール電圧は基板21を介し
て増幅器22に入力され、ここで増幅された後、リード線
23を介してコントロールユニット９（第１図参照）に入
力されるようになっている。なお、コントロールユニッ
ト９（第１図参照）に入力されたホール電圧は、ここで
所定の換算式に基づいて電流値に換算される。

このような、非接触型電流センサ11においては、ホー
ル素子19あるいは増幅器22の特性のばらつきによって、
あるいはこれらの経時的劣化によって、第６図に示すよ
うにゲイン誤差ｅとオフセット誤差ｄとが生じる。そし
て、第６図から明らかなように、ゲイン誤差ｅは非常に
小さく実質的に無視しうるが、オフセット誤差ｄは比較
的大きく無視しえない。しかしながら、後で説明するよ
うに、このようなオフセット誤差にもかかわらず、オル
タネータ１の発電電圧制御は精密に行なわれるようにな
っている。

コントロールユニット９は、請求項1,2に記載された
オルタネータ制御装置に相当し、燃費性能の向上を図る
ために車両の運転状態に応じてオルタネータ１の発電電
圧を高電圧側または低電圧側にセットする一方、バッテ
リ上がりの発生を防止するために、バッテリ８の充電率
が低下したときには発電電圧を高電圧側に固定するとい
った発電電圧制御を行なうようになっている。

以下、第３図（ａ），（ｂ）に示すフローチャートに
従って、上記発電電圧制御の制御方法を説明する。

このフローチャートによる発電電圧制御は、概略的に
は、 通常時あるいは加速時等の高電圧発電条件不成立時に
は低電圧発電を行ない（ステップ＃１〜ステップ＃
５）、減速時等の高電圧発電条件成立時には高電圧発電
を行なう（ステップ＃11〜ステップ＃12）といった車両
の運転状態に応じた発電電圧切り替え制御を行ないつ
つ、 低電圧発電から高電圧発電への切り替えが行なわれた
ときには、切り替え前の電流センサ検出値すなわち低電
圧発電時の最新の電流センサ検出値I_AON（又はI_AOFF）
を記憶し（ステップ＃６〜ステップ＃10）、 高電圧発電時の電流センサ検出値I_Aと、記憶されてい
る上記最新の低電圧発電時の電流センサ検出値I_AON（又
はI_AOFF）の差すなわち検出電流差が、第１設定値I_1ON
（又はI_1OFF）以上であれば、これが第２設定値I
_2ON（又はI_2OFF）以下となるまで、発電電圧を高電圧側
に固定してバッテリ充電率の回復を図りバッテリ上がり
の発生を防止する（ステップ＃13〜ステップ＃20）とい
った構成となっている。

第４図に示すように、通常時には発電電圧（折れ線
G₁）に対する電流センサ検出値（折れ線G₂）は比較的小
さいが、バッテリ充電率が低下しているときには、オル
タネータ１からバッテリ８に流入する電流が増加するの
で、発電電圧（折れ線G₁）に対する電流センサ検出値
（折れ線G₃）が比較的大きくなる。このため、充電率低
下時の発電電圧の切り替えに伴う検出電流差ΔIaは、通
常時の検出電流差ΔIbより大きくなる。したがって、検
出電流差からバッテリ充電率の低下が把握されるわけで
ある。

なお、電動ファン（代表的電気負荷）のオン・オフに
よって、オルタネータ１の出力電流が大きく変わるの
で、本実施例ではバッテリ充電率低下の判定基準を、電
動ファンのオン時とオフ時とで個別的に設定するように
している。

具体的には、エンジンが始動されると、まずステップ
＃１で、レギュレータ10が低電圧側にセットされる。す
なわち、エンジン始動直後においては、まだ制御情報が
入力されていないので、とりあえず低電圧側にセットさ
れるわけである。

ステップ＃２では、高電圧発電フラグＦに０がたてら
れる。この高電圧発電フラグＦは、レギュレータ10が高
電圧側に切り替えられたときに１がたてられ、低電圧側
に切り替えられたときに０がたてられるフラグである。

ステップ＃３では、電流センサ検出値、エンジン回転
数、スロットル開度、エアコンスイッチ信号、電動ファ
ンスイッチ信号等の各種制御情報が読み込まれる。

ステップ＃４では、高電圧発電条件が成立しているか
否かが比較される。この高電圧発電条件は、一般に用い
られている普通の判定条件であるので詳しい説明は省略
するが、例えば、減速時、エアコン駆動時、ヘッドライ
ト点灯時等には高電圧発電条件が成立するようになって
いる。

ステップ＃４での比較の結果、高電圧発電条件が不成
立であれば（NO）、ステップ＃５で高電圧発電フラグＦ
が１であるか否かが比較され、この結果に応じて、ステ
ップ＃１またはステップ＃３に復帰して低電圧発電が行
なわれる。すなわち、Ｆ＝１であれば（YES）、レギュ
レータ10が高電圧側にセットされているので、ステップ
＃１でレギュレータ10を低電圧側に切り替え、ステップ
＃２で高電圧発電フラグＦに０がたてられる。一方、Ｆ
＝０であれば（NO）、すでにレギュレータ10が低電圧側
にセットされているので、ステップ＃１〜ステップ＃２
をステップさせる。

ステップ＃４での比較の結果、高電圧発電条件が成立
していれれば（YES）、ステップ＃６で高電圧発電フラ
グＦが１であるか否かが比較され、Ｆ＝０であれば（N
O）、今回から高電圧発電に切り替えられることになる
ので、切り替え前にステップ＃７〜ステップ＃10で、低
電圧発電時の最新の電流センサ検出値が記憶される。

ステップ＃７では、これまでに低電圧発電が10秒以上
行なわれたか否かが比較される。本実施例では、発電電
圧が低電圧側または高電圧側に切り替えられた後10秒内
の電流センサ検出値は制御情報として用いないようにし
ている。すなわち、第５図に示すように、発電電圧H₁が
低電圧側に切り替えられた後若干の期間ａ、あるいは高
電圧側に切り替えられた後若干の期間ｂは、過渡現象に
より電流センサ出力H₂が安定せず、正確な検出値が得ら
れないからである。

ステップ＃８では、電動ファンが回転中か否か、すな
わち電動ファンスイッチ15がオンであるか否かが比較さ
れる。代表的電気負荷である電動ファンのオン時には電
気負荷が非常に高くなるので、電動ファンオフ時とは充
電特性が大きく異なる。このため、充電率低下の判定基
準を電動ファンオン時とオフ時とに対して個別的に設定
している。

ステップ＃８で比較の結果、電動ファンスイッチ15が
オンであれば（YES）、ステップ＃９で電動ファンオン
時用の低電圧電流値I_AONが更新され、一方電動ファンス
イッチ15がオフであれば（NO）、ステップ＃10で電動フ
ァンオフ時用の低電圧電流値I_AOFFが更新される。

続いて、ステップ＃11でレギュレータ10が高電圧側に
切り替えられ、ステップ＃12で高電圧発電フラグＦに１
がたてられ、この後ステップ＃13〜ステップ＃20の充電
率低下回復ルーチンが実行される。

なお、前記のステップ＃６での比較の結果、Ｆ＝１で
あれば（YES）、高電圧発電を継続中であるのでステッ
プ＃７〜ステップ＃12をスキップして、スキップ＃13以
下が実行される。

ステップ＃13では、高電圧発電が10秒以上継続されて
いるか否かが比較され、10秒内であれば（NO）、発電電
圧の切り替えに伴う過渡現象の影響を排除するため、ス
テップ＃14〜ステップ＃20をスキップして、ステップ＃
３に復帰する。

ステップ＃13での比較の結果、高電圧発電が10秒以上
継続されていれば（YES）、ステップ＃14で電動ファン
スイッチ15がオンであるか否かが比較される。

ステップ＃14での比較の結果、電動ファンスイッチ15
がオンであれば（YES）、続いてステップ＃15で電動フ
ァンオン時用の検出電流差（I_A−I_AON）が電動ファンオ
ン時用の第１設定値I_1ON以上であるか否かが比較され
る。この第１設定値I_1ONは、バッテリ充電率低下の許容
限界値に対応する値に設定される。また、前記したとお
り、I_AとI_AONとには夫々オフセット誤差が含まれている
が、両オフセット誤差は、検出電流差（I_A−I_AON）の演
算において相殺される。したがって、この発電電圧制御
においては、上記オフセット誤差は制御精度を低下させ
ない。比較の結果、I_A−I_AON＜I_1ONであれば（NO）、検
出電流差が比較的小さく、したがってバッテリ充電率が
許容範囲内にあり、発電電圧を高電圧側に固定する必要
がないので、ステップ＃３に復帰して、運転状態に応じ
た発電電圧制御が行なわれる。

ステップ＃14での比較の結果、電動ファンスイッチ15
がオフであれば（NO）、ステップ＃16で、前記のステッ
プ＃15の場合とほぼ同様に、電動ファンオフ時用の検出
電流差（I_A−I_AOFF）が電動ファンオフ時用の第１設定
値I_1OFF以上であるか否かが比較され、I_A−I_AOFF＜I
_1OFFであれば（NO）、ステップ＃３に復帰して、運転状
態に応じた発電電圧制御が行なわれる。

一方、ステップ＃15でI_A−I_AON≧I_1ONであるか（YE
S）、またはステップ＃16でI_A−I_AOFF≧I_1OFFであれば
（YES）、バッテリ充電率が許容限界値以下に低下して
いるので、バッテリ上がりの発生を防止するため、ステ
ップ＃17〜ステップ＃20で、発電電圧が高電圧側に固定
される。

ステップ＃17では、電流センサ検出値と電動ファンス
イッチ信号とが読み込まれる。なお、ステップ＃17〜ス
テップ＃20では運転状態に応じた発電電圧制御は停止さ
れるので、その他の制御情報は読み込まれない。

ステップ＃18では、電動ファンが回転中か否か、すな
わち電動ファンスイッチ15がオンであるか否かが比較さ
れる。

ステップ＃18での比較の結果、電動ファンスイッチ15
がオンであれば（YES）、続いてステップ＃19で電動フ
ァンオン時用の検出電流差（I_A−I_AON）が電動ファンオ
ン時用の第２設定値I_2ON以下であるか否かが比較され
る。この第２設定値I_2ONは、通常のバッテリ充電率に対
応する値に設定される。比較の結果、I_A−I_AON＞I_2ONで
あれば（NO）、まだ検出電流差が大きく、したがってバ
ッテリ充電率が正常値まで回復していないので、高電圧
側への固定を継続するために、ステップ＃17に復帰す
る。

ステップ＃18での比較の結果、電動ファンスイッチ15
がオフであれば（NO）、ステップ＃20で、前記のステッ
プ＃19の場合とほぼ同様に、電動ファンオフ時用の検出
電流差（I_A−I_AOFF）が電動ファンオフ時用の第２設定
値I_2OFF以下であるか否かが比較され、I_A−I_AOFF＞I
_2OFFであれば（NO）、高電圧側への固定を継続するため
に、ステップ＃17に復帰する。

ステップ＃19またはステップ＃20での比較の結果、I_A
−I_AON≦I_2ONであるか、またはI_A−I_AOFF≦I_2OFFであれ
ば、バッテリ充電率が正常値まで回復しているので、発
電電圧の高電圧側への固定が解除され、ステップ＃３に
復帰する。

このような制御が行なわれる結果、基本的には運転状
態に応じた発電制御が行なわれ、燃費性能の向上が図ら
れるとともに、バッテリ充電率の低下に早期に対応する
ことができ、バッテリ上がりの発生が防止される。

なお、上記実施例では、低電圧発電から高電圧発電に
切り替えられたときに、バッテリ充電率の低下の有無を
判定するようにしているが、この判定を高電圧発電から
低電圧発電に切り替えられたときに行なうようにしても
よい。また、運転状態以外の要因で発電電圧が切り替え
られたときにバッテリ充電率の低下の有無の判定を行な
うようにしてもよい。

また、電流センサ11を第３導線６に臨設し、バッテリ
電流に基づいて発電電圧制御を行なうようにしてもよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかるオルタネータ制御装置を備え
た自動車の電力供給系統のシステム構成図である。 第２図は、ホール素子を用いた電流センサの模式図であ
る。 第３図（ａ），（ｂ）は、夫々オルタネータの発電電圧
制御の制御方法を示すフローチャートである。 第４図は、通常時とバッテリ充電率低下時とにおける、
オルタネータの発電電圧に対する電流出力特性を示す図
である。 第５図は、オルタネータ発電電圧に対する電流出力の過
渡特性を示す図である。 第６図は、非接触型電流センサの出力誤差の特性を示す
図である。 １……オルタネータ、３……第１導線、５……第２導
線、６……第３導線、７……電気機器、８……バッテ
リ、９……コントロールユニット、10……レギュレー
タ、11……電流センサ、12……回転数センサ、15……電
動ファンスイッチ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−7339（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−157628（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−17535（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 9/04

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】オルタネータとバッテリとを接続する導線
   を流れる電流を検出する電流センサと、車両の運転状態
   に応じてオルタネータの発電電圧を変える発電電圧可変
   手段とを備えたオルタネータ制御装置において、 オルタネータの高電圧発電時の電流センサ検出値と、
   低電圧発電時の電流センサ検出値の差が、高電圧固定基
   準値以上となったときには、上記発電電圧可変手段の発
   電電圧を高電圧側に固定するように制御する発電電圧固
   定手段を設けたことを特徴とするオルタネータ制御装
   置。
2. 【請求項２】請求項１に記載されたオルタネータ制御装
   置において、 オルタネータの高電圧発電時の電流センサ検出値と、低
   電圧発電時の電圧センサ検出値の差が、高電圧固定基準
   値以上となった後、該高電圧固定基準値より小さい値に
   設定される高電圧固定解除基準値以下となったときに、
   上記発電電圧固定手段による上記発電電圧可変手段の高
   電圧側への固定制御を解除する固定解除手段を備えたこ
   とを特徴とするオルタネータ制御装置。