JPH0767245B2 - 車両充電発電機の電圧調整装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はバッテリの充電状態と車載電気負荷量とに応じ
て調整電圧を設定する車両充電発電機の電圧調整装置に
関する。

〔従来の技術〕

この種の電圧調整装置は適当に補正された調整電圧とバ
ッテリ端子電圧とを大小比較して界磁巻線電流を断続制
御するものである。

ところで、従来一般に使用されてきた電圧調整装置はサ
ーミスタ等による温度情報を補正パラメータとした調整
電圧により発電状態を制御しているのみであるので、外
部電気負荷が大きく変動した場合や、バッテリの充電状
態の良否によっては上記の発電制御では必ずしも最適制
御ではなくなる。

そこで、マイコン制御装置を設けて、バッテリ液温度情
報と電気負荷状態の情報に応じて調整電圧を求めて、こ
の調整電圧とバッテリ充電電圧との差電圧に応じて発電
状態をマイコン制御する方法が特開昭55−58739号公報
として知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、マイコン制御を利用した上記発電制御に
おいてはバッテリの充電状態の情報（例えばバッテリ比
重情報）を考慮していないので、充電不足から満充電ま
での全てのバッテリ充電状態において、理想的な発電制
御ができない。例えば、電気負荷が重負荷の時に、一律
に目標値となる調整電圧を上げてしまうと、バッテリが
充電不足の時はまだしも、満充電状態にある場合には希
硫酸の電気分解を促進して電解液の液ベリが発生する。
又、この時、バッテリの充電状態が比較的良好な状態で
あるにもかかわらず発電機から余分な電力を供給するこ
とになるのでバッテリの寿命低下や、上記発電機に対す
る車両エンジン負荷増加によって車両の燃費を低下せし
めるという問題も発生することがあった。

本発明はかかる問題点に鑑み、バッテリの各充電状態を
適正に監視し、かつ電気負荷への電力供給を適正に制御
して、バッテリの最適充電を達成する車両充電発電機の
電圧調整装置を提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

このため、本発明の電圧調整装置は、第１図に示す如
く、充電状態検出手段m₁，基準電圧設定手段m₂，負荷状
態検出手段m₃，基準電圧変更手段m₄，およびスイッチ手
段m₆より構成されている。

充電状態検出手段m₁は、バッテリの満充電状態から充電
不足の状態までを複数段階（少なくとも３段階）に検知
するものである。基準電圧設定手段m₂は上記複数段階の
バッテリの充電状態に対応して、低基準電圧および高基
準電圧のいずれかを設定する。スイッチング手段m₆は上
記設定された各基準電圧から得られる調整電圧に基づい
て充電発電機の界磁巻線電流を入切する。負荷状態検出
手段m₃は、負荷状態を検出するが後述の実施例では、例
えば上記スイッチング手段m₆の導通率を検出して負荷信
号を出力するものである。上記基準電圧変更手段m₄は、
充電状態検出手段m₁が満充電状態と充電不足状態の略中
間の充電状態が比較的良好な段階（中間充電状態）を検
出した場合に、負荷状態検出手段m₃からの負荷信号によ
り負荷状態を検知して、重負荷と判定した時には基準電
圧を低基準電圧に設定し、又それ以下の軽負荷と判定し
た時には基準電圧を高基準電圧に設定するものである。

スイッチング手段m₆は、上記補正された調節電圧値とバ
ッテリ充電電圧とを大小比較して比較結果に基づいて上
記発電機の界磁巻線電流を入切する。

〔発明の効果〕

上記基準電圧は、バッテリが満充電状態の時には、バッ
テリの開放端子電圧付近、つまり電気負荷接続時にバッ
テリからの放電電流が増加しない、低い方の値に設定さ
れ、又バッテリが充電不足の状態の時には、電気負荷や
バッテリに悪影響を及ぼさない程度の、高い方の値に設
定される。従って、それぞれの充電状態に応じて効率の
良い充電制御が可能になる。

また、上記基準電圧は、バッテリが比較的良好な充電状
態つまり中間充電状態にある時には、電気負荷が軽負荷
であればバッテリへの充電を最優先にした、上記の高い
方の高基準電圧値に設定し、又電気負荷が重負荷の場合
には，バッテリへの充電は考慮せず、上記の重負荷への
電力伝給を最優先にした、低基準電圧値に設定してあ
る。従って、電気負荷への電力供給を適正に制御しなが
ら、あわせてバッテリの最適充電が可能となる。

〔実施例〕

次に、第２図および第３図を用いて第１実施例を説明す
る。

第２図において、１は、ヘッドライト，プロアモータ，
デフォッガ等の電気負荷、２はバッテリ、３は図示され
ない車両用エンジンにより駆動される車両充電発電機、
４は電圧調整装置であり、バッテリ電圧，バッテリ液
温、バッテリの充電状態、電気負荷状態等を検出し充電
発電機３の出力電圧を制御するものである。

５は充電状態検出手段m₁に相当するバッテリ充電状態検
出手段センサであり、バッテリ液の比重，充放電電流収
支，放電電流に対するバッテリ端子電圧より残存容量を
推定するなどしてバッテリ２の充電状態を検出するもの
である。６はバッテリ２の温度（例えば、液温，電槽，
電極等の温度）を検出するバッテリ液温サンセであり、
温度補正手段m₅を構成するものである。

充電発電機３は、電機子巻線31、その出力側に設けた全
波整流器32および界磁巻線33より構成されている。界磁
巻線33の電流は、後述する界磁巻線電流を入切するため
のスイッチング手段m₆をなすトランジスタ415の導通率
に比例しており、電機子巻線31には界磁巻線電流に応じ
た発電電圧が発生し、この電圧は上記全波整流器32にて
整流された後にバッテリ２および電気負荷１に供給され
る。

次に、電圧調整装置本体４についてその構成を説明す
る。415は界磁巻線電流を入切するスイッチング手段m₆
をなすトランジスタで、電圧調整装置本体４の調整電圧
とバッテリセンシング電圧（充電電圧）Vsを大小比較す
るコンパレータ414の出力で制御される。つまり、上記
調整電圧よりセンシング電圧Vsが低い時にON,そして高
い時にOFFする。404は車両の電気負荷状態と相関のある
値の１つとして例えば導通率を検出するような検出手段
m₃をなすもので、トランジスタ415の導通率を検知し、
該導通率が第１の設定値より大のとき「１」レベル信号
を、又上記第１設定値より小さい第２設定値より小さい
とき、「０」レベル信号となる。よって第１設定値と第
２設定値とを有するヒステリシス特性をもっている。40
2はバッテリ充電状態検出センサ５の出力を判定するコ
ンパレータであり、第３図のバッテリ液温−バッテリ充
電状態−負荷−調整電圧特性図において、充電状態がS₁
（充電不足状態）より良好な場合に「１」を出力する。
403は導通率検出回路404とコンパレータ402の出力の論
理積をとるＡ〜Ｄ回路である。401はバッテリ充電状態
検出センサ５の出力を判定するコンパレータであり、上
記第３図充電状態がS₂（略満充電状態）より良好な場合
に「１」を出力する。405はOR回路であり、上記第３図
中、バッテリ充電状態ＳがS₂以上の時、出力が「１」と
なる。又、このOR回路405は充電状態がS₁以上でかつト
ランジスタ415の導通率が大、すなわち導通率検出回路4
04の出力レベルが「１」の時に、出力が「１」となるも
のである。トランジスタ407は上記OR回路405の出力によ
り抵抗406を介して制御され、このトランジスタ407が導
通、非導通となることによって分圧抵抗器410,411のタ
ップ電圧VAは異なる２つの電圧値（定電圧Vccを分圧し
た２つの値）をもつことになる。一方、コンパレータ40
4の反転入力側にはバッテリセンシング電圧Vsが充電電
圧検出手段（第１図のm₇）となる抵抗412を介して入力
されている。そしてこの場合のタップ電圧VAは第３図中
の高基準電圧V₁および低基準電圧V₂に相当する。なお、
基準電圧は後述する如く補正されて最終的に調整電圧と
なるものである。

なお、ここで第３図について説明する。第３図は第２図
図示回路においてハードロジック回路によって行なわれ
る調整電圧の決定をグラフ化したものである。第３図に
おいて、Ｘ軸はバッテリ液温を示し矢印方向、すなわち
左から右へいくに従って液温は高くなっている。この液
温は第２図のバッテリ液温センサ６で測定されるもので
ある。Ｚ軸はバッテリ充電状態を示し第２図のバッテリ
充電状態検出センサ５で検出されS₁までが充電不足状
態、S₁〜S₂が中間充電状態、S₂以上が満充電状態であ
る。そして、Ｘ軸とＺ軸の値すなわちバッテリ液温とバ
ッテリ充電状態が決定すれば、Ｘ軸の値とＺ軸との値が
交差する点の直上に調整電圧が表われるようにグラフ化
されている。

すなわち調整電圧はＹ軸の値でありバッテリ液温とバッ
テリ充電状態の両方に応じて変化する複雑な箱状の数値
分布となる。

上述の回路構成から明らかな如く、トランジスタ407の
導通時にタップ電圧VAは第３図のV₂如き低い値となり、
遮断時にはより高い基準電圧V₁が設定されることにな
る。これらの高低の基準電圧V₁，V₂の決定は第２図にお
いて分圧抵抗410,411を適当に選定して決定する。そし
て、上記高基準電圧V₁は、既に述べたように、バッテリ
２が充電不足状態（第３図中S₁までの領域）の時である
ので電気負荷１への電力供給やバッテリ充電に悪影響を
及ぼさない程度の高い電圧値に設定される。一方、低基
準電圧V₂は、バッテリが略満充電状態（第３図中S₂以上
の領域）のときであるから、バッテリ２が開放端子電圧
付近、つまり、電気負荷を発電機３の出力線とバッテリ
２の両端とに接続した時にバッテリ２からの放電電流
（電気負荷１に流れ込む電流）が増加しない程度の低い
電圧値に設定される。第２図の408は温度補正手段m₅を
成す温度補正回路であり、バッテリ液温センサ６の出力
と、論理OR回路405の出力を入力信号として、上記タッ
プ電圧VAに温度特性をもたせて高低基準電圧（V₁，V₂）
のバッテリ液温ならびに電気負荷の大きさに対する補正
を行なうものであり、例えば特開昭55−13629号公報に
開示の回路等を利用したものである。

以下、上記構成の第１実施例の作動を説明する。キース
イッチＳが投入され、車両のエンジンが駆動されると、
発電機３の界磁巻線３が回転する。この時、電圧調整装
置４の調整電圧値（コンパレータ414の非反転入力側に
印加される電圧値）よりもセンシング電圧Vsが低いとト
ランジスタ415が導通して界磁巻線33に通電される為、
発電機３は速やかに発電を開始してバッテリ２に充電を
行なうと共に、若しこの時に電気負荷１が接続されてい
れば前記負荷への給電も同時に行なう。上記充電に供
い、センシング電圧Vsが上記の調整電圧値以上に達する
と、トランジスタ415はカットオフとなり発電機３は発
電を抑制する。上述の動作を繰り返し発電機３の発電量
を制御して、センシング電圧Vs、つまりバッテリ端子電
圧が上記調整電圧に一致するようにしてある。

次に、上記定電圧制御の設定電圧となる調整電圧値の決
定方法について更に詳しく説明する。調整電圧は第３図
に示す様に、バッテリ液温，バッテリ充電状態及び電気
負荷状態を考慮して決定される。上述の第１実施例で
は、バッテリ充電状態を、充電不足状態（Ｓ＜S₁），
比較的良好な中間充電状態（S₁＜Ｓ＜S₂）および満
充電状態（Ｓ＜S₂）の３段階に区分けしてある。そし
て、電気負荷状態を導通率検出回路404で検出して、電
気負荷が大の時には調整電圧を第３図の破線で示す値に
決定し（S₁からS₂）に関係する領域を格下げして低い値
にする）、電気負荷小の時には上記第３図実線の如く高
めの調整電圧に決定する。すなわち、バッテリ充電状態
が比較的良好なS₁＜Ｓ＜S₂の時でしかも電気負荷が小の
場合にはバッテリ２を充電することを目的とした高い値
に調整電圧を設定する。同様にS₁＜Ｓ＜S₂の時である
が、逆に電気負荷が重負荷の時にはバッテリ２への充電
は考慮せず、該重負荷状態となっている電気負荷１への
給電を目的とした低い値に調整電圧を設定する。上記の
高低の調整電圧値は例えば、バッテリ２を充電する目的
では調整電圧を可能な限り高めに設定した方が充電能力
は増すので、第３図中の最大調整電圧値V₁は、常用電気
負荷、例えばランプ負荷等の印加電圧と寿命の関係等を
考慮した値に決定され、勾配（Ｂ）のバッテリの熱逸走
限界により決定される。また、バッテリ液温に対して補
正された最小調整電圧値 （Ｃ）は、上記熱逸走もさることながら、バッテリ２の
周囲温度の影響等も考慮して求めたところの充電に必要
な調整電圧の最低保証値となる。そして、電気負荷１へ
の給電を目的とする調整電圧V₂の決定は、この調整電圧
V₂を高めに設定すると、発電機３の入力トルクが増加し
て燃費が悪化するだけでなく電気負荷１の劣化を促進し
たりする場合があるので、バッテリ２から大きな放電電
流が生じない値、つまりバッテリ開放端子電圧程度に設
定すれば良い。次に、バッテリ２の液温を第２図のバッ
テリ液温センサ６で検知して温度補正回路408でもっ
て、調整電圧V₁の場合にはバッテリ２が熱逸走を発生し
ない温度勾配（Ｂ）を持つように調整電圧を設定する。
一方、調整電圧V₂の場合にはバッテリ２の開放端子電圧
の温度勾配（Ｂ′）を持つように調整電圧を設定する。

次に、本発明になる電圧調整装置４をマイクロコンピュ
ータ制御とした第２実施例を第３図を援用し、かつ、第
４図，第５図によって以下説明する。

第４図はマイクロコンピュータ化した本発明の電圧調整
装置４を含む車両充電発電システムの全体構成図であ
る。404は負荷状態検出手段m₃を成すものであり、これ
は電気負荷状態を検出してそれに応じた負荷モードを設
定する。（以下負荷モードセンサという）。

この負荷モードセンサ404は例えば第１図のスイッチン
グ手段m₆をなすスイッチングトランジスタ415の導通率
を検出してある導通率以上で第１負荷モード信号I₁，又
はそれ以下では第２負荷モード信号I₂を発生するもので
ある。５はバッテリ２の充電状態と相関のあるバッテリ
電解液の比重や、充放電電流比率を検出してバッテリ充
電モード信号Ｓを発生するバッテリ充電状態検出センサ
であり第１図の充電状態検出手段をなすものである。こ
の充電状態検出センサ５は本実施例では３つの充電モー
ドを設定してある。すなわち、充電不足状態（第３図で
Ｓ＜S₁の領域）の時に第１充電モード信号S_A，比較的良
好な中間充電状態（第３図，S₁＜Ｓ＜S₂）の時に第２充
電モード信号S_B，そして満充電状態（Ｓ＞S₂）の時に第
３充電モード信号S_Cを発生する。６はバッテリ２の充電
特性に関係するバッテリ電解液等のバッテリ温度を検出
して液温信号Ｔを発生するバッテリ温度センサで、第１
図の温度補正手段の一部を成すものであり、感温トラン
ジスタやサーミスタ等の感温素子をバッテリ電解液中に
配設するなどして構成してある。７はバッテリ２の端子
電圧を検出して端子電圧信号Ｖを発生するバッテリ電圧
検出センサであり、充電電圧検出手段m₇を構成する。

８はA/D変換回路で、上記のバッテリ温度センサ６およ
びバッテリ電圧検出センサ７の各アナログ信号を逐次デ
ィジタル信号化して、マイクロコンピュータ９に対して
出力する。そして、マイクロコンピュータ９は、上記各
センサからの出力信号によって後述するプログラムに従
って演算処理を実行する１チップのマイコンで、バッテ
リ２から図では省略してある定電圧回路によって作動電
源の供給を受けて、上記各センサ5,6,7,404に応じて、
界磁を制御するトランジスタ415を作動制御するもので
ある。

マイクロコンピュータ９のメインプログラムは、ある一
定周期毎のタイマ割込プログラムによって実行される
が、そのメインプログラムを第５図のプログラムフロー
チャートに基づいて説明する。キースイッチＳを投入す
ると、図示しない定電圧回路から作動電源が供給されて
マイクロコンピュータ９は作動状態となる。そして、上
記タイマ割込信号によりスタートステップ101より制御
プログラム演算を開始して信号入力ステップ102へ移行
する。ステップ102では、バッテリ充電状態検出センサ
５からバッテリ充電モード信号S_A，S_B，S_C，バッテリ温
度センサ６からバッテリ液温信号Ｔ、そしてバッテリ電
圧検出センサ７からバッテリ端子電圧信号Ｖを順次入力
してマイクロコンピュータ９のRAMに一時記憶して、充
電状態判定ステップ103に移行する。判定ステップ103で
は、信号入力ステップ102にて入力記憶したバッテリ充
電モード信号が先ず満充電状態（第３図中のＳ≧S₂の領
域）か否かを判定し、Ｓ≧S₂のとき判定YESとなり、次
のステップ108へ進む、このステップ108では、低い方の
電圧V₂を基準とした第３図のゾーンからステップ102で
一時記憶しておいたバッテリ液温信号Ｔに対応する調整
電圧を予め定めておいたマップから読み出す処理を実行
する。他方、ステップ103で満充電状態（Ｓ≧S₂）では
ないと判定されるとNOとなり次の判定ステップ104に進
む。そして、す104でＳ≦S₁、つまり充電不足状態と判
定されると、YESとなりステップ107へ進んで、ここで高
い方の電圧V₁を基準とした第３図のゾーンから、やはり
ステップ102で記憶してあるバッテリ液温信号Ｔに対す
る液温補正された調整電圧を上記マップから読み出す。
ステップ104でNOと判定されるのは、バッテリ充電状態
がS₂＞Ｓ＞S₁、つまり中間充電状態にあるときである。
この時は、ステップ105へ移行して電気負荷モードセン
サ404からの負荷モード信号（I₁又はI₂）が、予め定め
た基準値I₀以上か否かを判定するステップへ進んで、I₀
以上であればステップ103からステップ108へ進んだ場合
と同様に、低い方の調整電圧V₂を基準としたゾーンから
液温信号Ｔに対応する調整電圧をマップから読み出す。
一方、I₀以下で判定がNOとなった時は、ステップ104か
らステップ107へ進んだ場合と同様に、高い方の調整電
圧V₁を基準としたゾーンから液温信号Ｔに対する調整電
圧をマップから読み出す処理を実行する。次に、上記の
調整電圧（Vreg）にバッテリ端子電圧信号Ｖとを比較し
て、Ｖ≧Vregと判定されるとステップ110へ進んでスイ
ッチングトランジスタ415を非導通に、又Ｖ≦Vregの場
合には判定NOとなり上記トランジスタ415をオンさせる
ステップ111へ移行してスタートステップ101からエンド
ステップ112までのメインプログラム実行サイクルを終
了する。従って、キースイッチ５が投入されている間
は、上記のタイマ割込プログラムによって、上記メイン
プログラムのルーティンステップ101〜112を繰り返す。
そして、この第２実施例でも上記第１実施例と同様に、
バッテリ充電状態を適正に監視しながら、かつ電気負荷
への電力供給を適切にコントロールしてバッテリの最適
充電および発電機の発電量の適正化を達成できる。そし
て、これにより、車両の燃費向上および電気負荷の寿命
向上を図れることは勿論であるが、マイコン制御特有の
高精度な制御特性を達成出来ることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す構成図、第２図は本発明装
置の第１実施例を示す電気回路図、第３図は第１実施例
におけるバッテリ液温−充電状態−負値−調整電圧との
関係を示す特性図、第４図は本発明の第２実施例に係り
コンピュータを使用したシステムのハードウェア構成
図、第５図は第４図図示のコンピュータを作動させるた
めのプログラムフローチャートである。 １…電気負荷,2…バッテリ,3…車両充電発電機，m₁…充
電状態検出手段，m₂…基準電圧設定手段，m₃…負荷状態
検出手段，m₄…基準電圧変更手段，m₅…温度補正手段，
m₆…スイッチング手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両充電発電機の発電電圧を制御して車載
   のバッテリを充電する電圧調整装置において、 前記バッテリの充電電圧を検出する充電電圧検出手段
   と、 前記バッテリの充電状態を充電不足状態と満充電状態と
   中間充電状態の少なくとも３つの充電状態のいずれかと
   して検出する充電状態検出手段と、 前記車両充電発電機に接続された電気的負荷の状態を検
   出し、該負荷の状態が重負荷状態であるか又は軽負荷状
   態であるのか少なくとも２つの負荷状態を検出する負荷
   状態検出手段と、 前記充電状態検出手段が充電不足状態又は満充電状態の
   各レベルを検出した時に、充電不足状態にあっては高基
   準電圧に、満充電状態にあっては低基準電圧にそれぞれ
   基準電圧を設定する基準電圧設定手段と、 前記充電状態検出手段が中間充電状態を検出した時に
   は、前記負荷状態検出手段によって検出された負荷状態
   が重負荷の場合は、前記低基準電圧を基準電圧に設定
   し、又前記負荷状態が軽負荷の場合は、前記高基準電圧
   を基準電圧に設定する基準電圧変更手段と、 前記基準電圧と前記バッテリの充電電圧とを比較して前
   記車両充電発電機の界磁巻線電流を断続制御するスイッ
   チング手段とを具備する車両充電発電機の電圧調整装
   置。