JP3442410B2 - バッテリー充電状態に依存して電圧を制御する方法および制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は請求項１の上位概念に記
載の、電圧制御器が、発電機により形成され、バッテリ
ーの充電のためおよび負荷の給電のために必要な電圧を
制御する、バッテリー充電状態に依存して電圧を制御す
る方法、および発電機により形成され、バッテリーの充
電のためおよび負荷の給電のために必要な電圧を制御す
る電圧制御器を有し、バッテリー充電状態に依存して電
圧を制御する装置であって、前記電圧制御器は制御部、
有利にはマイクロコンピュータを有し、該制御部は少な
くとも１つの指示器と接続されており、かつ該制御部に
は少なくともバッテリー電圧と発電機の回転数が供給さ
れる、電圧制御装置に関する。

【０００２】自動車のバッテリーの充電状態が、クリテ
ィカルな走行状態のため、例えば低回転数での走行時に
高電力の負荷が同時に投入接続された場合、不所望の値
に低下し得ることが公知である。従い、信頼性の高い電
圧制御を行うために搭載電源網の負荷状態およびバッテ
リーの瞬時充電状態を識別し、考慮することが必要であ
る。従い例えば、ＤＥ−ＯＳ３２４３０７５にはバッテ
リーの充電状態を種々異なる時間間隔で検出することが
記載されている。そのためにバッテリーは制御電子回路
により短時間搭載電源網から分離され、検査抵抗により
負荷される。その際バッテリー端子間に形成される電圧
は、バッテリー温度を考慮してバッテリー充電状態に対
する尺度として使用される。その際、バッテリーの充電
状態が許容値以下であることが識別されると、適切な手
段が取られる。例えば回転数が高められ、または負荷に
よる負荷値が低減される。これにより後続の走行時間中
の充電状態を改善することができる。

【０００３】この手段の欠点は、バッテリーを時折車両
搭載電源から分離しなければならないことである。その
他に、搭載電源網の負荷がどの程度の大きさなのかとい
う情報がない。

【０００４】発明の利点 本発明の方法および本発明の装置は公知の手段に対し
て、搭載電源網の負荷もバッテリーの充電状態も別個に
相互に測定することができ、得られた測定結果を電圧制
御の際に直接考慮することができるという利点を利用す
る。

【０００５】過度に高い搭載網電源負荷または過度に不
良のバッテリー充電状態が識別されると、この不所望の
状態を除去するために適切な手段が取られる。例えば運
転者に不必要な負荷を遮断すべきことが通報され、また
不必要な負荷を自動的に遮断することができる。さらに
機関動作を制御する制御装置によりアイドリング回転数
が高められる。

【０００６】別の実施例では、制御電圧が典型値以上に
高められる。しかしその際、過電圧に弱い負荷が投入接
続されていないかが考慮される。

【０００７】特に有利には、通常の動作状態において搭
載電源網の負荷状態が検出され、バッテリー充電状態の
検出が制御電圧が僅かに低下したときのみ行うことがで
きる。その際発電機は励磁状態に留まり、バッテリーを
搭載電源網から分離する必要はない。

【０００８】

【実施例】図１には１０により三相電流発電機が示され
ている。この発電機はブラシホルダを介して電圧制御器
１２と接続されている。さらに三相電流発電機１０は接
続端子＋Ｂを介して搭載電源網と接続されている。搭載
電源網は選択した実施例ではスイッチ３３と抵抗３４に
より示されており、この搭載電源網には同様にバッテリ
ー１５も所属する。バッテリーのプラス極は同様に端子
Ｂ＋に接続されており、そのマイナス極は三相電流発電
機１０の端子Ｄ−に接続されている。

【０００９】端子＋Ｄを介して三相電流発電機１０は充
電コントロールランプ１６と接続されており、該ランプ
は点火スイッチ１７を介してバッテリー１５のプラス極
と接続可能である。

【００１０】電圧制御器１２から実質的構成部材として
スイッチングトランジスタ１８と制御部１９が図示され
ている。制御部１９は少なくとも１つの集積回路、通常
は固有のマイクロプロセッサを有しており、該マイクロ
プロセッサは少なくともデータメモリを有している。

【００１１】制御部１９には、バッテリー電圧、発電機
の回転数、スイッチングトランジスタのスイッチ状態等
に関する情報が供給される。これらの情報を検出するた
め、適切なセンサ、例えば回転数センサ２０、電圧セン
サ２１またはデューティ比の測定のためのセンサが使用
される。バッテリー電圧を検出するためには、この電圧
がバッテリー１５のプラス極に接続された線路を介して
取り出されるならば十分である。

【００１２】走行情報指示ないしエラー指示を行うため
に、指示器２３が設けられている。指示装置は例えばＬ
ＥＤとして構成することができ、制御部１９ないし点火
スイッチ１７のバッテリー反対側端子に接続されてい
る。

【００１３】端子２４を介して電圧制御器１２の制御部
１９はここに図示しない車両制御装置と接続されてい
る。この制御装置を介して、制御部１９から送出される
相応の情報に従い、回転数制御過程がトリガされ、また
相応のスイッチ３３を介してあまり重要でない負荷が電
圧供給部から自動的に分離される。

【００１４】例えばマイクロプロセッサμＣを含む制御
部１９はスイッチングトランジスタ１８を介して励磁電
流、引いては発電機の出力電圧を制御する。制御部１９
により通常の制御スイッチ機能もトリガされ、さらに制
御部１９にて所定の時間ｔ１〜ｔ４ないし所属の時間間
隔を設定するため時間測定が行われる。１９’により制
御部１９の構成部材である時間測定装置が模式的に示さ
れている。

【００１５】さらに制御部１９では電圧比較が行われ
る。従い例えば測定されたバッテリー電圧が閾値電圧と
比較され、この閾値電圧を下回る際に指示器２３がトリ
ガされる。

【００１６】車両には、所要の制御を実行する中央制御
装置２６がいずれにしろ通常備えられているから、電圧
制御器１２の簡単な制御部を使用し、その代りに中央制
御装置２６で電圧制御に必要な過程、例えば時間測定、
電圧比較等を行うこともできる。付加的に制御部１９は
データバス２５を介して中央制御装置と接続されてお
り、データバス２５はデータを両方向で導通することが
できる。

【００１７】図１に示された回路装置の機能を図２に基
づき説明する。図２にはバッテリー電圧ＵＢの経過が時
間に関してプロットされている。

【００１８】時間ｔ１の間、電圧制御器１２はその通常
制御状態にある。従いバッテリー電圧は通常の制御電圧
に相応する。制御電圧は１２Ｖの搭載電源の場合、約１
４．２Ｖである。時間ｔ２中、制御電圧は例えば１２Ｖ
の値に低下する。次に調整されたバッテリー電圧ＵＢが
測定される。時間ｔ２の後で、制御電圧は再びその通常
値ＵＲに高められる。次いで再び同じバッテリー電圧Ｕ
Ｂが調整される。

【００１９】時間ｔ１の間、制御部１９では発電機回転
数並びにデューティ比から搭載電源網の負荷が検出され
る。デューティ比はスイッチングトランジスタから例え
ばセンサ２２を用いて取り出される。搭載電源網の負荷
が高ければ高いほど、すなわちより多数の負荷が接続さ
れていれば、スイッチングトランジスタはより頻繁にか
つ長時間その導通状態になる。それにより発電機の励磁
巻線を流れる電流が上昇し、搭載電源網にはバッテリー
からより多く給電される。そのためバッテリーの充電状
態は悪化する。

【００２０】時間ｔ２の間、制御電圧は低下し、バッテ
リー１５での電圧経過が評価され、バッテリー１５の充
電状態の検出に用いられる。そのために電圧経過が、制
御部１９に記憶されているバッテリー搭載電源網特性デ
ータと比較される。比較結果から、バッテリー充電状態
に関する信頼度の高い情報が得られる。

【００２１】別の構成では、電圧経過すべてが時間ｔ２
中に評価されるのではなく、電圧測定が時間ｔ２後に行
われる。この測定結果と記憶されているバッテリー搭載
電源網特性データとの比較から再びバッテリー充電状態
が求められる。

【００２２】バッテリー充電状態の悪化が識別される
と、制御部１９からバッテリー充電状態を改善するよう
な手段が開始される。そのためにまず運転者に、指示器
２３の点灯により、バッテリー充電状態の悪化が存在す
ることが知らされる。さらに制御部１９自体が自動的に
不必要な負荷を遮断することも可能である。さらに、制
御部１９が、機関制御を行う制御装置に対して、機関ア
イドル回転数ｎｍの上昇および発電機ｎＧの回転数の上
昇を惹起することができる。

【００２３】バッテリー充電状態の改善のための別の手
段は、制御電圧ＵＲを通常の制御電圧よりも高めること
である。その際、制御部１９はスイッチングトランジス
タ１８を、通常よりも長い時間その投入接続状態に制御
する。制御電圧を通常の制御電圧以上に高めることは、
電圧に対して脆弱な構成素子が危険に曝されていない場
合にのみ許容される。その他の場合この上昇は、所定時
間の間だけ行われる。図２では時間ｔ４の間、制御電圧
が通常電圧に対して高められている。

【００２４】時間ｔ４の経過後、制御電圧は再び１２Ｖ
の低い値に低減することができ、バッテリー電圧の新た
な測定によって新たなバッテリー充電状態を求めること
ができる。しかし時間ｔ４の経過後、通常の制御電圧の
高さのフェーズ（時間ｔ１のフェーズに相応するフェー
ズ）を続けることもできる。

【００２５】時間ｔ２中のバッテリー電圧の経過から、
バッテリーに損傷があるか否か、またバッテリーのない
動作が実行されているか否かを識別することができる。
というのは、両方の場合とも電圧が急速に降下するから
である。

【００２６】バッテリー電圧は通常バッテリー１５のプ
ラス極近傍で電圧センサ２１を用いて測定される。しか
し搭載電源網の別の場所、例えば発電機１０の端子Ｂ＋
で測定することもできる。

【００２７】

【発明の効果】本発明により、搭載電源網の負荷もバッ
テリーの充電状態も別個に相互に測定することができ、
得られた測定結果を電圧制御の際に直接考慮することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のブロック回路図である。

【図２】本発明を説明するための線図である。

【符号の説明】

１０ 発電機 １２ 電圧制御器 １６ 指示器 １８ スイッチングトランジスタ １９ 制御部 ２６ 中央制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−278238（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−34138（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−210487（ＪＰ，Ａ) 特公 昭61−22786（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02J 7/14 - 7/24

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電圧制御器を用いてバッテリー充電状態
   に依存して、発電機によって形成された電圧を制御する
   方法であって、 該発電機はバッテリー及び負荷と接続されており、 該電圧によりバッテリーが充電及び負荷が給電され、 該電圧制御器は過電圧に弱い素子を有し、 前記の電圧の制御を該電圧制御器によって行う、 発電機によって形成された電圧を制御する方法におい
   て、 以下のステップを有する、 ａ）前記電圧制御器にメモリと時間測定装置を備える制
   御部を設け、該メモリに、バッテリー特性及び搭載電源
   網特性のデータとバッテリー電圧と発電機の回転速度と
   を記憶させるステップと、 ｂ）前記制御部を用いて第１の時間間隔（ｔ１）を設定
   するステップと、 ｃ）前記第１の時間間隔（ｔ１）中、前記発電機によっ
   て形成された制御電圧を通常値（ＵＲ）に保持するステ
   ップと、 ｄ）前記制御部を用いて、前記第１の時間間隔（ｔ１）
   の直後に続く第２の時間間隔（ｔ２）を設定するステッ
   プと、 ｅ）該第２の時間間隔（ｔ２）中、前記制御電圧（Ｕ
   Ｒ）を低減し、それにより生じるバッテリ電圧の降下の
   経過を見るため、バッテリーのバッテリー電圧（ＵＢ）
   を測定するステップと、 ｆ）ステップｅ）の実施後に前記制御部を用いて、ステ
   ップｅ）で測定したバッテリー電圧（ＵＢ）からバッテ
   リーの充電状態を、記憶されているバッテリー特性及び
   搭載電源網特性のデータに基づき判定するステップと、 ｇ）ステップｆ）においてバッテリーの充電状態が不良
   であると判定された場合、前記制御部を用いて付加的な
   時間間隔（ｔ４）を設定し、該付加的な時間間隔（ｔ
   ４）中、過電圧に弱い電圧制御器の素子に損傷が及ぶこ
   とがないよう、バッテリーの所望の充電状態を得るのに
   十分な制御電圧（ＵＲ）を高めるステップとを有する、 ことを特徴とする、電圧を制御する方法。
2. 【請求項２】 前記制御部と電気的に接続されているス
   イッチングトランジスタ（１８）を前記電圧制御器内に
   設け、バッテリーを負荷と接続されている搭載電源網内
   に設け、前記電圧制御器（１２）の該スイッチングトラ
   ンジスタ（１８）のデューティ比を求め、該デューティ
   比からバッテリーを有する前記搭載電源網における負荷
   を求める、請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 バッテリー充電状態が不良であると判定
   された場合、発電機及びバッテリーを備えた自動車の運
   転手に通知するための指示器を設ける、請求項１記載の
   方法。
4. 【請求項４】 バッテリー充電状態が不良であると判定
   された場合、不必要な負荷を遮断することを発電機及び
   バッテリーを備えた自動車の運転手に通知するための指
   示器を、設ける、請求項１記載の方法。
5. 【請求項５】 バッテリー充電状態が不良であると判定
   された場合、不必要な負荷を自動的に遮断する、請求項
   １記載の方法。
6. 【請求項６】 バッテリー充電状態が不良であると判定
   された場合、駆動中の発電機と接続されている機関の機
   関アイドリング回転数を高める、請求項１記載の方法。
7. 【請求項７】 前記第２の時間間隔（ｔ２）中にバッテ
   リー電圧が所定の閾値より低い場合、バッテリーの充電
   状態が不良であると判定する、請求項１記載の方法。
8. 【請求項８】 発電機と接続されているバッテリーの充
   電状態に依存して、発電機の電圧を制御する装置であっ
   て、 該装置は、前記発電機によって形成された電圧を制御す
   る、該発電機と電気的に接続されている電圧制御部を有
   し、 該電圧により、バッテリーが充電及び、前記発電機と前
   記バッテリーに電気的に接続されている前記負荷が給電
   される、 発電機の電圧を制御する装置において、 該電圧制御部は、 制御部（１９）と該制御部（１９）に接続された少なく
   とも１つの指示器（２３）を有し、該制御部（１９）
   は、バッテリー特性及び搭載電源網特性のデータ並びに
   発電機の回転数を記憶するメモリと、時間測定装置と、
   バッテリー電圧からバッテリー充電状態を求める手段
   と、発電機回転数を検出する手段と、バッテリを含む搭
   載電源網の負荷を求める手段と、バッテリーの充電状態
   を変える制御手段とを有し、前記制御部（１９）は、バ
   ッテリー電圧及び発電機回転数を得るためにバッテリー
   及び発電機と接続されており、ここで前記時間測定装置は、 ｂ）前記制御部（１９）を用いて第１の時間間隔（ｔ
   １）を設定し、 ｃ）前記第１の時間間隔（ｔ１）中、前記発電機によっ
   て形成された制御電圧を通常値（ＵＲ）に保持し、 ｄ）前記制御部（１９）を用いて、前記第１の時間間隔
   （ｔ１）の直後に続く第２の時間間隔（ｔ２）を設定
   し、 ｅ）該第２の時間間隔（ｔ２）中、前記制御電圧（Ｕ
   Ｒ）を低減し、それにより生じるバッテリ電圧の降下の
   経過を見るため、バッテリーのバッテリー電圧（ＵＢ）
   を測定し、 ｆ）ステップｅ）の実施後に前記制御部（１９）を用い
   て、ステップｅ）で測定したバッテリー電圧（ＵＢ）か
   らバッテリーの充電状態を、記憶されているバッテリー
   特性及び搭載電源網特性のデータに基づき判定し、 ｇ）ステップｆ）においてバッテリーの充電状態が不良
   であると判定された場合、前記制御部を用いて付加的な
   時間間隔（ｔ４）を設定し、該付加的な時間間隔（ｔ
   ４）中、過電圧に弱い電圧制御器の素子に損傷が及ぶこ
   とがないよう、バッテリーの所望の充電状態を得るのに
   十分な制御電圧（ＵＲ）を高め、 前記制御部（１９）によって制御され、該制御部（１
   ９）と接続されていてデューティ比を持つスイッチング
   トランジスタ（１８）を有し、該スイッチングトランジ
   スタ（１８）は該デューティ比を該制御部（１９）に供
   給し、搭載電源網の負荷を求める前記手段は、該スイッ
   チングトランジスタ（１８）の該デューティ比及び発電
   機回転数から搭載電源網の負荷を求め、 前記制御部（１９）は前記発電機の前記制御電圧（Ｕ
   Ｒ）を前記時間間隔（ｔ１−ｔ４）の間に、該スイッチ
   ングトランジスタ（１８）のデューティ比に依存して前
   記スイッチングトランジスタ（１８）によって制御す
   る、 ことを特徴とする、発電機の電圧を制御する装置。
9. 【請求項９】 発電機と接続されているバッテリーの充
   電状態に依存して、内燃機関によって駆動される発電機
   の電圧を制御する装置であって、 該装置は、前記発電機によって形成された電圧を制御す
   る、該発電機と電気的に接続されている電圧制御部を有
   し、 該電圧により、バッテリーが充電及び、前記発電機と電
   気的に接続されている前記負荷が給電される、 発電機の電圧を制御する装置において、 該電圧制御器は、 内燃機関の中央制御装置（２６）を有し、該中央制御装
   置（２６）は時間測定装置及び電圧比較器を有し、ここで前記時間測定装置は、 ｂ）前記制御部（１９）を用いて第１の時間間隔（ｔ
   １）を設定し、 ｃ）前記第１の時間間隔（ｔ１）中、前記発電機によっ
   て形成された制御電圧を通常値（ＵＲ）に保持し、 ｄ）前記制御部（１９）を用いて、前記第１の時間間隔
   （ｔ１）の直後に続く第２の時間間隔（ｔ２）を設定
   し、 ｅ）該第２の時間間隔（ｔ２）中、前記制御電圧（Ｕ
   Ｒ）を低減し、それにより生じるバッテリ電圧の降下の
   経過を見るため、バッテリーのバッテリー電圧（ＵＢ）
   を測定し、 ｆ）ステップｅ）の実施後に前記制御部（１９）を用い
   て、ステップｅ）で測定したバッテリー電圧（ＵＢ）か
   らバッテリーの充電状態を、記憶されているバッテリー
   特性及び搭載電源網特性のデータに基づき判定し、 ｇ）ステップｆ）においてバッテリーの充電状態が不良
   であると判定された場合、前記制御部を用いて付加的な
   時間間隔（ｔ４）を設定し、該付加的な時間間隔（ｔ
   ４）中、過電圧に弱い電圧制御器の素子に損傷が及ぶこ
   とがないよう、バッテリーの所望の充電状態を得るのに
   十分な制御電圧（ＵＲ）を高め、 前記中央制御装置（２６）と接続されている制御部（１
   ９）と該制御部（１９）に接続されている少なくとも１
   つの指示器（２３）とを有し、該制御部（１９）はバッ
   テリー特性及び搭載電源網特性のデータ並びに発電機回
   転数を記憶するメモリと、バッテリー電圧からバッテリ
   ーの充電状態を求める手段と、バッテリーを含む搭載電
   源網の負荷を求める手段と、バッテリーの充電状態を変
   える制御手段とを有し、前記制御部（１９）はバッテリ
   ー電圧及び発電機回転数を得るためにバッテリー及び発
   電機と接続されており、 デューティ比を持つスイッチングトランジスタ（１８）
   を有し、該スイッチングトランジスタ（１８）は前記制
   御部（１９）と接続されており、該スイッチングトラン
   ジスタ（１８）と接続され、かつ該スイッチングトラン
   ジスタ（１８）によって制御されている発電機の速度を
   検出する制御部（１９）に該デューティ比を供給し、搭
   載電源網の負荷を求める前記手段は、該デューティ比及
   び発電機回転数から搭載電源網の負荷を求め、 前記制御部（１９）は前記発電機の前記制御電圧（Ｕ
   Ｒ）を前記時間間隔（ｔ１−ｔ４）の間に、該スイッチ
   ングトランジスタ（１８）のデューティ比に依存して前
   記スイッチングトランジスタ（１８）によって制御す
   る、 ことを特徴とする、発電機の電圧を制御する装置。
10. 【請求項１０】 前記中央制御装置（２６）と前記制御
    部（１９）とを接続するデータバス（２５）を有する、
    請求項９記載の装置。
11. 【請求項１１】 前記制御部（１９）の一部は、発電機
    を駆動させるための発電機と接続されている内燃機関を
    制御する中央制御装置（２６）として構成されている、
    請求項９記載の装置。
12. 【請求項１２】 前記制御部（１９）はマイクロプロセ
    ッサを有する、請求項８記載の装置。