JP3994982B2 - 車両用充電系の異常検出システム - Google Patents

Description

本発明は、発電機からバッテリに充電する充電線が外れたか否かを精度良く検出できる車両用充電系の異常検出システムに関する。

従来、発電機とバッテリとを繋ぐ充電線が外れたことを検出する方法がある。例えば、バッテリ電圧のセンシングラインを持つものでは、バッテリ電圧値と発電電圧値とを比較して、発電電圧値に対しバッテリ電圧値が大きく低下した場合に、充電線が外れていると判定する方法が公知である。しかし、現在、センシングライン等の配線を無くすことが主流となりつつあるため、センシングラインを持たないシステムに上記の方法を適用することができない。

一方、センシングラインを持たないシステムでは、発電機のリップル波形を使って充電線が外れたことを検出する方法が知られている（特許文献１参照）。
更に、エンジンＥＣＵより送信される電圧指令値に応じて、レギュレータにより発電電圧を調整する発電制御システムでは、エンジンＥＣＵで検出されるバッテリ電圧値と、前記発電指令値とを比較して、両者のずれが閾値以上の時に、発電機の故障と判断する方法が開示されている（特許文献２参照）。
特開２００２−２７７９６号公報 特開平８−７９９８１号公報

ところが、上記の特許文献１に記載された方法では、正常状態（充電線が外れていない状態）でもリップルが大きくなる高負荷時や、異常状態でもリップルが小さくなる軽負荷時において、異常と正常の判定が困難であり、検出精度に問題があった。
また、特許文献２に記載された方法では、発電機が何らかの異常であることは検出できるが、発電機の故障なのか、単に充電線が外れているのかを見分けることができないという問題があった。

本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、発電機とバッテリとを繋ぐ充電線が外れたことを精度良く検出できる車両用充電系の異常検出システムを提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明の異常検出手段は、発電制御装置と外部制御装置との間で、発電電圧検出手段により検出された発電電圧をデジタル信号に変換して、通信線を介して送受信する送受信手段を備えるとともに、発電制御装置から外部制御装置に送信された発電電圧とバッテリ電圧検出手段により検出されたバッテリ電圧とを比較して、車両用充電系における異常の有無を判定する異常判定手段を外部制御装置に備えることを特徴とする。

上記の構成によれば、発電電圧を通信線を介して送受信するので、バッテリ電圧のセンシングラインを持たないシステムにも適用できる。また、発電電圧とバッテリ電圧とを比較して、車両用充電系における異常の有無を検出するので、車両電気負荷に係わり無く、正確に検出できる。
さらに、発電電圧とバッテリ電圧とを比較することで、発電機の故障なのか、単に充電線が外れているのかを精度良く検出できる。

（請求項２の発明）
請求項１に記載した車両用充電系の異常検出システムにおいて、異常検出手段は、通信線を介して発電制御装置から外部制御装置に送信された発電電圧が所定値を超える高電圧である時に、その高電圧を記録する記録手段を有し、異常判定手段は、記録手段に高電圧が記録された場合に、発電制御装置より送信された発電電圧とバッテリ電圧検出手段により検出されたバッテリ電圧とを比較して、充電系における異常の有無を判定することを特徴とする。

例えば、発電機とバッテリとを繋ぐ充電線が外れると、今まで発電機からバッテリに流れていた発電電流が行き場を失い、それが大きな電圧（スパイク電圧）となって、発電機の発電電圧を一時的に上昇させることが一般的に知られている。そこで、通信線を介して発電制御装置から外部制御装置へ極端に高い発電電圧が送られた場合は、車両用充電系に何らかの異常（特に充電線の外れ）が発生していることが予想される。従って、発電制御装置から外部制御装置に所定値を超える高電圧が送られた時は、その後、発電電圧とバッテリ電圧とを比較することで、より精度良く、車両用充電系における異常の有無を検出できる。

（請求項３の発明）
異常検出手段は、制御信号のピーク電圧（Ｈｉ電圧）をバッテリ電圧と同一値にして外部制御装置から発電制御装置へ送信すると共に、異常判定手段は、外部制御装置より送信された制御信号のＨｉ電圧と発電電圧検出手段により検出された発電電圧とを比較して、充電系における異常の有無を判定することを特徴とする。

外部制御装置から発電制御装置へ送信される制御信号のピーク電圧（Ｈｉ電圧）をバッテリ電圧と同一値にすることで、制御信号にバッテリ電圧の情報を乗せて送信することができる。その結果、制御信号とは別に、バッテリ電圧に関する情報（デジタル信号）を送信する必要がなくなる。また、発電制御装置側においても、バッテリ電圧に関するデジタル信号を受信する受信手段が不要となるため、異常検出手段を低コストにて構成できる。 さらに、制御信号のＨｉ電圧＝バッテリ電圧であるため、通信時にノイズ等が重畳しても、バッテリ電圧に関する信号を誤認識することはなく、車両用充電系における異常の有無を正確に検出できる。

（請求項４の発明）
請求項１〜３に記載した何れかの車両用充電系の異常検出システムにおいて、異常判定手段は、発電電圧よりバッテリ電圧の方が低く、且つ両電圧差が所定値以上の時に、充電線が外れた状態である「充電線外れ」と判定することを特徴とする。
充電線が外れた場合、発電機からバッテリへの充電が行われなくなるため、バッテリ電圧は、車両の電気負荷に放電することで次第に低下する。発電機が故障していなければ、充電線の接続状態に係わらず、発電制御装置によって発電機の発電電圧が一定に維持される。そこで、発電電圧よりバッテリ電圧の方が低く、且つ両電圧差が所定値以上であれば「充電線外れ」と判定できる。

（請求項５の発明）
請求項１〜４に記載した何れかの車両用充電系の異常検出システムにおいて、異常判定手段は、発電電圧とバッテリ電圧とが略等しく、且つ両電圧が共に正常電圧より低い時に「発電機の故障」と判定することを特徴とする。
例えば、発電機自体が故障していれば、発電電圧、バッテリ電圧ともに低下するため、発電電圧とバッテリ電圧とが略等しく、且つ両電圧が共に正常電圧（例えば調整電圧）より低い時に「発電機の故障」と判定できる。

（請求項６の発明）
請求項１〜５に記載した何れかの車両用充電系の異常検出システムにおいて、異常判定手段は、発電電圧とバッテリ電圧とが略等しく、且つ両電圧が共に正常電圧を維持している時に「正常」と判定することを特徴とする。
車両用充電系に何ら異常（発電機の故障、充電線外れ等）が発生していなければ、発電電圧とバッテリ電圧とが略等しく、且つ両電圧ともに正常電圧（例えば調整電圧）を維持できるので、この場合「正常」と判定できる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

図１は車両用充電系の異常検出システムの構成を示すブロック図である。
実施例１に係る車両用充電系には、エンジン（図示せず）により駆動されて発電する発電機１と、この発電機１より充電線２を介して充電され、且つ車両の電気負荷３に電力を供給するバッテリ４と、通信線５を介して外部制御装置（以下ＥＣＵ６と呼ぶ）に接続される発電制御装置７とが設けられている。
発電機１は、自動車等に搭載される一般的な三相交流発電機１であり、界磁巻線（図示せず）が発生する回転磁界を受けて電機子巻線（図示せず）に交流電圧が発生し、その交流電圧を全波整流してバッテリ４を充電する。

発電制御装置７は、ＥＣＵ６より送信される制御信号（電圧指令値）に応じて発電機１の発電状態を制御する発電制御手段８と、発電機１の発電電圧ＶＯをアナログ値として検出する発電電圧検出手段９、および検出された発電電圧ＶＯをデジタル信号に変換してＥＣＵ６に送信する送信手段１０等を備える。
発電制御手段８は、発電機１の界磁巻線に流れる界磁電流を断続制御することで、発電機１の発電電圧ＶＯを電圧指令値に対応した調整電圧に制御する。

ＥＣＵ６は、発電制御装置７より送信された発電電圧ＶＯ（デジタル信号）を受信してアナログ値に変換する受信手段１１と、バッテリ４の発生電圧（バッテリ電圧ＶＢ）を検出するバッテリ電圧検出手段１２、バッテリ電圧ＶＢが所定値以下まで低下したか否かを判定するバッテリ電圧低下判定手段１３、バッテリ電圧ＶＢと発電電圧ＶＯとを比較する比較手段１４、バッテリ電圧低下判定手段１３および比較手段１４の結果を基に、車両用充電系における異常の有無を検出する異常検出手段１５等の機能を有する。

次に、車両用充電系の異常検出に係わる処理手順を図２に示すフローチャートを基に説明する。
発電制御装置７では、発電電圧検出手段９により発電機１の発電電圧ＶＯをアナログ値として検出し（ステップ１０）、その検出した発電電圧ＶＯをデジタル値の電圧信号に変換して、送信手段１０より通信線５を介してＥＣＵ６に送信する（ステップ２０）。
ＥＣＵ６では、以下に説明するステップ３０〜９０までの処理が実行される。
先ず、発電制御装置７より送信された電圧信号を受信手段１１により受信して、アナログ値の発電電圧ＶＯに変換する（ステップ３０）。

続いて、バッテリ電圧検出手段１２によりバッテリ電圧ＶＢをアナログ値として検出（ステップ４０）し、そのバッテリ電圧ＶＢと発電電圧ＶＯとの大きさを比較する（ステップ５０）。ここで、発電電圧ＶＯの方がバッテリ電圧ＶＢより高い時は、異常検出手段１５により、充電線２が外れた状態である「充電線外れ」と判定される（ステップ６０）。つまり、充電線２が外れると、発電機１からバッテリ４への充電が行われなくなるため、バッテリ電圧ＶＢは、車両の電気負荷３に放電することで次第に低下する。この時、発電機１が故障していなければ、充電線２の接続状態に係わらず、発電制御装置７によって発電機１の発電電圧ＶＯが一定に維持されている。従って、発電電圧ＶＯよりバッテリ電圧ＶＢの方が低い場合は、「充電線外れ」と判定できる。

ステップ５０において、バッテリ電圧ＶＢと発電電圧ＶＯとが略等しい時は、続いて、バッテリ電圧低下判定手段１３により、バッテリ電圧ＶＢが所定値以下か否かを判定する（ステップ７０）。ここで、バッテリ電圧ＶＢが所定値以下の場合、つまり、バッテリ電圧ＶＢと発電電圧ＶＯが略等しく、且つ両電圧ともに低い（所定値以下）時は、異常検出手段１５により「発電機１の故障」と判定される（ステップ８０）。つまり、発電機１自体が故障していると、充電線２が外れていなくても、発電電圧ＶＯおよびバッテリ電圧ＶＢともに低下するため、発電電圧ＶＯとバッテリ電圧ＶＢとが略等しく、且つ両電圧が共に所定値以下まで低下している場合は、「発電機１の故障」と判定できる。

一方、バッテリ電圧ＶＢが所定値より高い場合、つまり、バッテリ電圧ＶＢと発電電圧ＶＯが略等しく、且つ両電圧ともに所定値より高い時は、車両用充電系に異常は無く、異常検出手段１５により「正常」と判定される（ステップ９０）。
なお、図２に示すフローチャートでは、バッテリ電圧ＶＢと発電電圧ＶＯとを比較するステップ５０より後に、バッテリ電圧ＶＢが所定値以下か否かを判定するステップ７０を実行しているが、ステップ５０より先にステップ７０を実行しても良い。あるいは、ステップ５０とステップ７０とを同時並行に処理することも可能である。

（実施例１の効果）
実施例１によれば、通信線５を介して発電制御装置７からＥＣＵ６へ発電電圧ＶＯを送信するので、バッテリ電圧ＶＢのセンシングラインを持たなくても、発電電圧ＶＯとバッテリ電圧ＶＢとを比較して、車両用充電系の異常の有無を検出できる。
また、発電電圧ＶＯとバッテリ電圧ＶＢとを比較して、車両用充電系の異常の有無を検出するので、車両電気負荷に係わらず、正確に検出できる。
さらに、発電電圧ＶＯとバッテリ電圧ＶＢとを比較することで、発電機１の故障なのか、単に充電線２が外れているのかを精度良く検出できる。

図３は車両用充電系の異常検出システムの構成を示すブロック図である。
本実施例は、実施例１と同様に、発電制御装置７からＥＣＵ６に発電電圧ＶＯを送信して、ＥＣＵ６内で発電電圧ＶＯとバッテリ電圧ＶＢとを比較することにより、車両用充電系の異常検出を行うものであり、特に「充電線外れ」を精度良く検出できる異常検出システムの一例を示す。

発電機１とバッテリ４とを繋ぐ充電線２が外れると、今までの発電電流が行き場を失い、それが大きな電圧（スパイク電圧）となって発電機１の発電電圧ＶＯを一時的に上昇させることが一般的に知られている。従って、図４に示す様に、発電制御装置７から極端に大きな発電電圧ＶＯｘがＥＣＵ６に送られて来た時は、その時点で充電線２が外れている確率が高いと判断できる。

そこで、本実施例のＥＣＵ６は、実施例１に記載した各手段１１〜１５の他に、発電制御装置７から大きな発電電圧ＶＯｘが送られて来た時に、その大きな発電電圧ＶＯｘを記録することができる記録手段１６を内蔵している。
このＥＣＵ６は、記録手段１６に大きな発電電圧ＶＯｘが記録されると、その後、バッテリ電圧低下判定手段１３および比較手段１４の結果を基に、異常検出手段１５によって車両用充電系の異常検出を実施する。

具体的には、図４に示す様に、時刻ｔ１において、記録手段１６に大きな発電電圧ＶＯｘが記録された後、バッテリ電圧ＶＢが所定値以下まで低下して、発電電圧ＶＯとの電圧差が所定値以上となった時（時刻ｔ２）に「充電線外れ」と判定する。この判定方法によれば、発電制御装置７からＥＣＵ６に大きな発電電圧ＶＯｘが送られたことを前提として「充電線外れ」を判定するので、実施例１に記載した方法と比較して、より精度良く「充電線外れ」を検出できる。

〔参考例〕
図５は車両用充電系の異常検出システムの構成を示すブロック図である。
本参考例は、車両用充電系の異常検出を発電制御装置７側で行う場合の一例を示すものである。
発電制御装置７は、実施例１に記載した発電制御手段８及び発電電圧検出手段９の他に、ＥＣＵ６から送信されるバッテリ電圧ＶＢを受信する受信手段１７、受信したバッテリ電圧ＶＢと発電電圧ＶＯとを比較する比較手段１８、バッテリ電圧ＶＢが所定値以下まで低下したか否かを判定するバッテリ電圧低下判定手段１９、比較手段１８およびバッテリ電圧低下判定手段１９の結果を基に、車両用充電系の異常判定を行う異常検出手段２０等を備える。

一方、ＥＣＵ６は、実施例１に記載したバッテリ電圧検出手段１２の他に、そのバッテリ電圧検出手段１２で検出されたバッテリ電圧ＶＢをデジタル信号に変換して発電制御装置７に送信する送信手段２１を備える。
上記の構成によれば、ＥＣＵ６で検出されたバッテリ電圧ＶＢをＥＣＵ６から発電制御装置７に送信して、その発電制御装置７でバッテリ電圧ＶＢの低下を判定し、且つバッテリ電圧ＶＢと発電電圧ＶＯとの比較結果を基に、車両用充電系の異常の有無を検出することができる。なお、車両用充電系の異常検出に係わる処理手順は、図２のフローチャートに示すステップ５０〜９０と同じである。

〔実施例３〕
図６は車両用充電系の異常検出システムの構成を示すブロック図である。
実施例３に示す異常検出システムは、ＥＣＵ６から発電制御装置７へ送信する制御信号のピーク電圧ＶＰ（Ｈｉ電圧）をバッテリ電圧ＶＢと同一値（図７参照）にして、その制御信号の電圧と発電電圧ＶＯとを比較することで、車両用充電系の異常の有無を検出する方式である。

ＥＣＵ６は、図６に示す様に、発電制御装置７へ送信する制御信号のピーク電圧ＶＰ（Ｈｉ電圧）を、抵抗２２を介して取り入れたバッテリ電圧ＶＢと同一値にして送信する制御信号送信手段２３を備える。
一方、発電制御装置７は、参考例に記載した発電制御手段８、発電電圧検出手段９、比較手段１８、バッテリ電圧低下判定手段１９、異常検出手段２０を有すると共に、受信手段１７に替えて、ＥＣＵ６から送信された制御信号のピーク電圧ＶＰを検出するピーク電圧検出手段２４と、検出されたピーク電圧ＶＰを保持するピーク電圧保持手段２５とを有している。

比較手段１８の判定結果は、参考例と同じである。つまり、バッテリ電圧ＶＢが所定値より高い時は「正常」と判定し、発電電圧ＶＯよりバッテリ電圧ＶＢの方が低い場合は「充電線外れ」と判定し、発電電圧ＶＯとバッテリ電圧ＶＢとが略等しく、且つ両電圧が共に所定値以下まで低下している場合は「発電機１の故障」と判定する。
この方式によれば、制御信号にバッテリ電圧ＶＢの情報を乗せて送信できるので、バッテリ電圧ＶＢに関するデジタル信号を送信する必要がなくなる。
また、制御信号のピーク電圧ＶＰ（Ｈｉ電圧）＝バッテリ電圧ＶＢであるため、通信時にノイズ等が重畳しても、バッテリ電圧ＶＢに関する信号を誤認識することはなく、車両用充電系における異常の有無を正確に検出できる。

（変形例）
実施例１〜３では、発電制御装置７からＥＣＵ６へ発電電圧ＶＯを送信する、あるいはＥＣＵ６から発電制御装置７へバッテリ電圧ＶＢを送信する例を記載したが、発電制御装置７とＥＣＵ６との間で、発電電圧ＶＯまたはバッテリ電圧ＶＢを送受信できる様に、両者に送受信手段を設けると共に、車両用充電系の異常検出に必要な手段（バッテリ電圧ＶＢと発電電圧ＶＯとを比較する比較手段、バッテリ電圧ＶＢが所定値以下まで低下したか否かを判定するバッテリ電圧低下判定手段、比較手段およびバッテリ電圧低下判定手段の結果を基に、車両用充電系の異常判定を行う異常検出手段等）を、ＥＣＵ６と発電制御装置７の両者に設けることもできる。

実施例１に係る異常検出システムの構成を示すブロック図である。 実施例１に係る車両用充電系の異常検出手順を示すフローチャートである。 実施例２に係る異常検出システムの構成を示すブロック図である。 実施例２に係るバッテリ電圧と発電電圧とを示すタイムチャートである。 参考例に係る異常検出システムの構成を示すブロック図である。 実施例３に係る異常検出システムの構成を示すブロック図である。 実施例３に係る制御信号の波形図である。

符号の説明

１ 発電機
２ 充電線
４ バッテリ
５ 通信線
６ ＥＣＵ（外部制御装置）
７ 発電制御装置
８ 発電制御手段
９ 発電電圧検出手段
１０ 送信手段
１１ 受信手段
１２ バッテリ電圧検出手段
１５ 異常検出手段（異常判定手段）
１６ 記録手段

Claims (6)

1. エンジンにより駆動されて発電する発電機と、
   この発電機より充電線を介して充電されるバッテリと、
   外部から制御信号を受信して前記発電機の発電状態を制御する発電制御手段および前記発電機の発電電圧を検出する発電電圧検出手段を有する発電制御装置と、
   通信線を介して前記発電制御装置に前記制御信号を送信すると共に、バッテリ電圧を検出するバッテリ電圧検出手段を有する外部制御装置と、
   前記発電機から前記バッテリまでの充電系における異常の有無を検出する異常検出手段とを備えた車両用充電系の異常検出システムであって、
   前記異常検出手段は、
   前記発電制御装置と前記外部制御装置との間で、前記発電電圧検出手段により検出された発電電圧をデジタル信号に変換して、前記通信線を介して送受信する送受信手段を備えると共に、
   前記発電制御装置から前記外部制御装置に送信された発電電圧と前記バッテリ電圧検出手段により検出されたバッテリ電圧とを比較して、前記充電系における異常の有無を判定する異常判定手段を前記外部制御装置に備えることを特徴とする車両用充電系の異常検出システム。
2. 請求項１に記載した車両用充電系の異常検出システムにおいて、
   前記異常検出手段は、
   前記通信線を介して前記発電制御装置から前記外部制御装置に送信された発電電圧が所定値を超える高電圧である時に、その高電圧を記録する記録手段を有し、
   前記異常判定手段は、前記記録手段に前記高電圧が記録された場合に、前記発電制御装置より送信された発電電圧と前記バッテリ電圧検出手段により検出されたバッテリ電圧とを比較して、前記充電系における異常の有無を判定することを特徴とする車両用充電系の異常検出システム。
3. エンジンにより駆動されて発電する発電機と、
   この発電機より充電線を介して充電されるバッテリと、
   外部から制御信号を受信して前記発電機の発電状態を制御する発電制御手段および前記発電機の発電電圧を検出する発電電圧検出手段を有する発電制御装置と、
   通信線を介して前記発電制御装置に前記制御信号を送信すると共に、バッテリ電圧を検出するバッテリ電圧検出手段を有する外部制御装置と、
   前記発電機から前記バッテリまでの充電系における異常の有無を検出する異常検出手段とを備えた車両用充電系の異常検出システムであって、
   前記異常検出手段は、
   前記発電制御装置と前記外部制御装置との間で、前記制御信号のピーク電圧（Ｈｉ電圧）をバッテリ電圧と同一値にして、前記通信線を介して送受信する送受信手段を備え、前記外部制御装置から前記発電制御装置へ前記ピーク電圧を送信すると共に、
   前記外部制御装置より送信された前記制御信号のＨｉ電圧と前記発電電圧検出手段により検出された発電電圧とを比較して、前記充電系における異常の有無を判定する異常判定手段を前記発電制御装置に備えることを特徴とする車両用充電系の異常検出システム。
4. 請求項１〜３に記載した何れかの車両用充電系の異常検出システムにおいて、
   前記異常判定手段は、前記発電電圧より前記バッテリ電圧の方が低く、且つ両電圧差が所定値以上の時に、前記充電線が外れた状態である「充電線外れ」と判定することを特徴とする車両用充電系の異常検出システム。
5. 請求項１〜４に記載した何れかの車両用充電系の異常検出システムにおいて、
   前記異常判定手段は、前記発電電圧と前記バッテリ電圧とが略等しく、且つ両電圧が共に正常電圧より低い時に「発電機の故障」と判定することを特徴とする車両用充電系の異常検出システム。
6. 請求項１〜５に記載した何れかの車両用充電系の異常検出システムにおいて、
   前記異常判定手段は、前記発電電圧と前記バッテリ電圧とが略等しく、且つ両電圧が共に正常電圧を維持している時に「正常」と判定することを特徴とする車両用充電系の異常検出システム。

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