CN105553064B - 电池充电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池充电装置。是一种电池充电装置，所述电池充电装置具备：由在各桥臂具备闸流晶体管的三相桥电路构成并且对三相交流发电机的输出进行整流来向电池供给充电电流的控制整流电路以及根据电池的端子电压来控制向控制整流电路的闸流晶体管的触发信号的供给的控制器，其中，控制器被构成为：在检测到电池的端子电压为设定电压以下时向三相的闸流晶体管同时提供触发信号，在检测到电池的端子电压超过了设定电压时，为了防止在停止电池的充电时闸流晶体管的换流取得失败而电池变为过充电状态，在电池的端子电压超过设定电压的时刻起经过了固定的触发停止宽限期时停止向三相的闸流晶体管的触发信号的供给。

Description

电池充电装置

技术领域

本发明涉及通过三相交流发电机的输出对电池进行充电的电池充电装置。

背景技术

如专利文献1所示，作为通过由装载于车辆等的发动机等原动机驱动的三相交流发电机的输出对电池进行充电的装置，从发电机通过控制整流电路向电池供给充电电流的开放（open）式的电池充电装置被广泛地使用。作为控制整流电路，多使用由具备三相的量的上边和下边的一个和另一个分别由闸流晶体管和反馈二极管构成的桥臂的混合桥电路构成的全桥型的控制整流电路。在开放式的电池充电装置中，在电池的端子电压为设定电压以下时，使控制整流电路的三相的闸流晶体管为导通状态，由此，充电电流从发电机通过控制整流电路流向电池，在电池的端子电压超过了设定电压时，使三相的闸流晶体管为截止状态，使发电机的输出端子间为开放状态，由此，停止向电池的充电电流的供给。

作为在开放式的电池充电装置中对控制整流电路的闸流晶体管进行导通截止控制的方法，如专利文献1所示，广泛地采用如下的方法：在电池的端子电压变为设定电压以下时，向U、V、W三相的闸流晶体管同时施加触发信号，在电池的端子电压超过了设定电压时，同时除去提供给三相的闸流晶体管的触发信号。

在开放式的电池充电装置中，当在电池的电压变为设定电压以下时向三相的闸流晶体管同时提供触发信号时，各闸流晶体管在对其阳极阴极间施加正向电压时接通（turnon）而向电池供给充电电流。在电池中开始流动充电电流的稍后，如图9的左端所示，产生了发电机的三相的交流输出电流Iu、Iv和Iw的正负的半波的波高值为不平衡的过渡状态，但是，该过渡状态伴随着时间t的经过而结束。

当在电池的电压超过了设定电压时同时除去提供给三相的闸流晶体管的触发信号时，在除去触发信号的时间点处于截止状态的闸流晶体管不会被再次触发，但是，在除去触发信号的时间点处于导通状态的闸流晶体管直接保持导通状态，在其阳极电流变为不足保持电流的时间点关断（turn‐off）。此外，闸流晶体管不会被再次触发的相的电流在通过反馈二极管而流动的负的半波的电流变为零的时间点变为零。例如，如图10所示，当在U相的电流Iu处于正的半波的期间的定时ta同时除去提供给三相的闸流晶体管的触发信号时，V相和W相的闸流晶体管不会被再次触发，但是，U相的闸流晶体管保持导通状态，因此，U相的电流Iu的正的半波继续流动。在通过与V相的闸流晶体管和W相的闸流晶体管分别串联连接的V相和W相的反馈二极管而流动的负的半波的电流变为零的时间点消除V相的电流Iv和W相的电流Iw。

在停止了向三相的闸流晶体管的触发信号的供给之后通过U相的闸流晶体管而流动的电流Iu的正的半波的波形在通过V相的反馈二极管而流动的V相的电流Iv的负的半波变为零的时间点从三相交流波形切换为单相交流波形。该单相交流波形的电流Iu在通过W相的反馈二极管而流动的电流Iw的负的半波变为零之前继续流动。在假设电流Iu的波形保持三相交流波形的状态的情况下，电流Iu追寻在图10中由虚线所示的轨迹而发生变化，在W相的电流Iw的负的半波变为零之前变为零，但是，实际上，在切换为单相交流波形之后在通过W相的反馈二极管而流动的电流Iw的负的半波变为零之前继续流动。因此，电流Iu变为零的定时与电流Iu的波形保持三相交流波形的状态的情况相比延迟固定的延迟时间td，闸流晶体管的换流富余时间（在闸流晶体管中流动的电流变为零之后到再次向该闸流晶体管施加正向电压的时间）变短该延迟时间td的量。为了使在停止向三相的闸流晶体管的触发信号的供给时处于导通状态的闸流晶体管关断来停止向电池的充电电流的供给，换流富余时间需要比闸流晶体管的关断时间（使闸流晶体管从导通状态为截止状态为止需要的时间）长。

如上述那样，在关断在使三相的触发信号无效时处于导通状态的闸流晶体管（在上述的例子中为U相的闸流晶体管）时，其换流富余时间变短，但是，在发电机中不产生三相的交流输出电流的正负的半波的波高值为不平衡的过渡状态时，能够无障碍地进行该闸流晶体管的关断。图11示出了在定时ta停止向三相的闸流晶体管的触发信号的供给之后在停止触发信号的供给时处于导通状态的U相的闸流晶体管的关断取得成功的情况下的三相的电流Iu、Iv、Iw的波形。在检测到电池电压超过了设定电压而停止了向三相的闸流晶体管的触发信号的供给时，在如图11那样完成了无障碍地进行最后处于导通状态的闸流晶体管的关断的情况下，以后在电池的端子电压再次变为设定电压以下之前的期间，停止向电池的充电电流的供给，因此，电池不会变为过充电状态。

与此相对地，在开始了向电池的充电电流的供给之后在发电机的过渡状态未结束的状态下检测到电池电压超过了设定电压而停止向三相的闸流晶体管的触发信号的供给的情况下，存在如下情况：如图12所示，在定时ta停止了向三相的闸流晶体管的触发信号的供给之后，在最后应关断的闸流晶体管（在该例中为U相的闸流晶体管）不能关断，即使在停止触发信号的供给之后充电电流也继续流向电池，电池存在变为过充电状态的情况。这样的状态特别是在发电机高速旋转时容易引起。

为了不产生上述那样的问题，如专利文献2所示，提出了如下的电池充电装置：通过控制触发闸流晶体管的相位来抑制在开始电池的充电时产生的三相的输出电流的不平衡。根据该电池充电装置，能够抑制在开始电池的充电时在发电机的三相的输出电流产生不平衡，因此，能够防止在开始电池的充电之后立即产生了电池的电压超过设定电压的状态时闸流晶体管的关断取得失败，防止电池的过充电。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：实开昭63-172241号公报；

专利文献2：日本特开2007-60857号公报。

发明要解决的课题

在利用专利文献2所示的发明的情况下，能够防止电池的过充电，但是，仅在特定的相位使控制整流电路的闸流晶体管接通，因此，存在不能从三相交流发电机取出最大输出这样的问题，与不控制触发闸流晶体管的相位的情况相比，存在能从发电机取出的输出降低这样的问题。当能够从发电机取出的输出被限制时，在对相同的电池进行充电的情况下，需要准备更大型的发电机，导致成本的上升、装置的大型化，因此，不优选。

发明内容

本发明的目的在于提供如下的电池充电装置：即使在电池电压变为设定电压以下而开始电池的充电时产生的发电机的过渡状态结束之前电池电压超过设定电压而停止了三相的闸流晶体管的触发的情况下，也能够可靠地进行闸流晶体管的关断，消除进行用于抑制产生过渡状态的相位控制的必要性，因此，能够在不导致发电机的输出的降低的情况下防止电池的过充电。

用于解决课题的方案

本发明应用于电池充电装置，所述电池充电装置具备：三相交流发电机；全桥型的控制整流电路，由混合桥电路构成并且对三相交流发电机的输出进行整流来向电池供给，所述混合桥电路具有三相的量的上边和下边的一个和另一个分别由闸流晶体管和二极管构成的桥臂；以及控制器，根据电池的端子电压来控制向在控制整流电路的三相的桥臂分别设置的三相的闸流晶体管的触发信号的供给。在本说明书中，为了达成前述的目的而公开了至少以下所示的第一发明至第八发明。

第一发明

在本说明书所公开的第一发明中，将上述控制器构成为：在检测到电池的端子电压为设定电压以下时向三相的闸流晶体管同时提供触发信号，在检测到电池的端子电压超过了设定电压时，在该电池的端子电压超过设定电压之后经过了固定的触发停止宽限期时停止向三相的闸流晶体管的触发信号的供给。

当如上述那样构成控制器时，能够通过将触发停止宽限期设定为适当的长度来防止在发电机的过渡状态未结束的状态下停止向闸流晶体管的触发信号的供给，可靠地进行闸流晶体管的关断。因此，即使不进行用于对在电池的充电开始时产生过渡状态进行抑制的相位控制，也能够可靠地进行闸流晶体管的关断，能够在不导致发电机的输出的降低的情况下防止电池的过充电。

第二发明

在本说明书所公开的第二发明中，上述控制器具备：电池电压检测电路，检测电池的端子电压；触发指令产生单元，在由电池电压检测电路检测的电池的端子电压为设定电压以下时产生触发指令信号，在由电池电压检测电路检测的电池的端子电压超过了设定电压时使触发指令信号无效；以及带定时器功能的闸流晶体管触发电路，其被构成为在触发指令产生单元产生了触发指令信号时，向三相的闸流晶体管同时提供触发信号，在触发指令信号无效时，在等待固定的触发停止宽限期经过之后停止向所述三相的闸流晶体管的触发信号的供给。

第三发明

第三发明应用于第二发明。在本发明中，上述带定时器功能的闸流晶体管触发电路被构成为：具备定时器电容器，所述定时器电容器在三相的闸流晶体管的每一个的门极阴极间通过限流元件并联连接，根据触发指令信号通过放电阻止用二极管而被充电，并且，在所述触发指令信号无效时蓄积在定时器电容器中的电荷通过限流元件和各闸流晶体管的门极阴极间以固定的时间常数进行放电，由此，阈值以上的电流通过各闸流晶体管的门极阴极间而流动的期间为所述触发停止宽限期。

第四发明

在第四发明中，上述控制器被构成为：在检测到电池的端子电压为设定电压以下时，向三相的闸流晶体管同时提供触发信号，在检测到电池的端子电压超过了设定电压并且确认了从向三相的闸流晶体管同时提供触发信号的时刻起已经经过了所设定的触发停止宽限期时，停止向三相的闸流晶体管的触发信号的供给。

在如上述那样构成的情况下，也能够通过将触发停止宽限期设定为适当的长度来防止在发电机的过渡状态未结束的状态下停止向闸流晶体管的触发信号的供给，可靠地进行闸流晶体管的关断。

在利用了前述第一发明至第三发明的任一个的情况下，在检测到电池的端子电压超过了设定电压时，一定在等待触发停止宽限期的经过之后停止向闸流晶体管的触发信号的供给，因此，即使在检测到电池的端子电压超过设定电压的时间点发电机的过渡状态已经结束的情况下，在固定的触发停止宽限期经过之前的期间，也继续向闸流晶体管的触发信号的供给。与此相对地，在利用第四发明的情况下，在检测到电池的端子电压超过设定电压的时间点发电机的过渡状态已经结束的情况下，能够不等待触发停止宽限期的经过而立即停止向闸流晶体管的触发信号的供给，因此，能够防止在电池的充电完成之后向闸流晶体管供给无用的触发信号，更确切地进行电池的充电控制。

第五发明

第五发明是使在第四发明中使用的控制器的更具体的结构明确的发明，在本发明中，上述控制器构成为具备：电池电压检测单元，检测电池的端子电压；宽限期决定单元，决定触发停止宽限期，所述触发停止宽限期为了延缓停止闸流晶体管的触发而被设定在向三相的闸流晶体管同时提供触发信号的时刻的稍后；定时器，在用于测量触发停止宽限期的测量值被设置时开始该测量值的测量；触发指令、触发停止指令产生单元，在由电池电压检测单元检测的电池的端子电压为设定电压以下时产生触发指令，在由电池电压检测单元检测的电池的端子电压超过设定电压时产生触发停止指令；定时器设置单元，在产生了触发指令时在定时器中对用于测量触发停止宽限期的测量值进行设置来使该测量值的测量开始；以及触发信号供给电路，在产生了触发指令时，向三相的闸流晶体管同时提供触发信号，在产生了触发停止指令并且确认了定时器完成了用于测量所述触发停止宽限期的测量值的测量时，停止向所述三相的闸流晶体管的触发信号的供给。

第六发明

第六发明应用于第五发明，在本发明中，控制器还具备旋转速度检测单元，所述旋转速度检测单元对发电机的旋转速度进行检测，宽限期决定单元被构成为根据由旋转速度检测单元检测的旋转速度来设定触发停止宽限期。

第七发明

第七发明应用于第六发明，在本发明中，宽限期决定单元被构成为：在由旋转速度检测单元检测的旋转速度不足设定速度时，使触发停止宽限期为第一触发停止宽限期，在由旋转速度检测单元检测的旋转速度为设定速度以上时，使触发停止宽限期为比第一触发停止宽限期长的第二触发停止宽限期。

第八发明

第八发明应用于第一发明至第七发明的任一个，在本发明中，将上述触发停止宽限期设定为在向三相的闸流晶体管同时提供触发信号来使三相的闸流晶体管为导通状态时产生的发电机的过渡状态结束所需要的时间以上。

发明效果

根据本发明，将控制器构成为：在检测到电池的端子电压为设定电压以下时向三相的闸流晶体管同时提供触发信号，在检测到电池的端子电压超过了设定电压时，在该电池的端子电压超过了设定电压之后经过了规定的触发停止宽限期时停止向三相的闸流晶体管的触发信号的供给，因此，能够通过将触发停止宽限期设定为适当的长度来防止在开始电池的充电时产生的发电机的过渡状态未结束的状态下停止闸流晶体管的触发，可靠地进行闸流晶体管的关断。因此，能够在不进行用于对在电池的充电开始时产生过渡状态进行抑制的相位控制的情况下可靠地进行闸流晶体管的关断，能够在不导致发电机的输出的降低的情况下防止电池的过充电。

特别地，根据方案4~8所记载的发明，在检测到电池的端子电压超过了设定电压时，确认从向三相的闸流晶体管同时提供触发信号的时刻起是否已经经过了所设定的触发停止宽限期，在确认了已经经过触发停止宽限期时，停止向三相的闸流晶体管的触发信号的供给，因此，在检测到电池的端子电压超过设定电压的时间点发电机的过渡状态已经结束的情况下，能够不等待触发停止宽限期的经过而立即停止向闸流晶体管的触发信号的供给。因此，能够防止在电池的充电完成之后向闸流晶体管供给无用的触发信号，更确切地进行电池的充电控制。

附图说明

图1是主要示出了本发明的一个实施方式的硬件的结构的电路图。

图2是示出了在本发明的一个实施方式中使用的带定时器功能的闸流晶体管（thyristor）触发电路的结构例的电路图。

图3是以包含软件实现的结构要素的方式示出了本发明的一个实施方式的整体的结构的框图。

图4是示出了在本发明的一个实施方式中使用的控制器的结构的框图。

图5是在本发明的一个实施方式中将时间取为横轴来示出了从发电机通过控制整流电路流向电池的充电电流的波形、闸流晶体管的导通截止工作、根据电池电压为设定电压以下或超过设定电压而示出不同的电平的调整电压的波形、向三相的闸流晶体管的门极提供的触发信号的波形的波形图。

图6是示出了在本发明的一个实施方式中为了构成控制器而使微型计算机执行的程序的主程序（main routine）的算法的一个例子的流程图。

图7是示出了在本发明的一个实施方式中为了实现设置在控制器中的旋转速度检测单元而使微型计算机执行的旋转速度运算处理的算法的一个例子的流程图。

图8是示出了在本发明的一个实施方式中为了实现宽限期决定单元和闸流晶体管触发单元而使微型计算机执行的程序的算法的一个例子的流程图。

图9是示出了在开放式电池充电装置中在开始向电池的充电电流的供给时产生过渡状态的情况和在该过渡状态结束之前的情况的波形图。

图10是示出了除去向控制整流电路的三相的闸流晶体管提供的触发信号来使闸流晶体管关断的过程中的三相的电流波形的波形图。

图11是示出了在除去向控制整流电路的三相的闸流晶体管提供的触发信号时处于导通状态的闸流晶体管的关断取得了成功的情况下的电流波形的波形图。

图12是示出了在除去向控制整流电路的三相的闸流晶体管提供的触发信号时处于导通状态的闸流晶体管的关断取得了失败的情况下的电流波形的波形图。

具体实施方式

以下，参照附图来对本发明的实施方式详细地进行说明。

第一实施方式

图1主要示出了本发明的第一实施方式的硬件的结构，在该图中，1是装载于汽车等车辆并且利用使车辆的驱动轮旋转的发动机驱动的三相交流发电机。三相交流发电机1具备利用发动机旋转的磁铁转子等转子以及具有三相的发电线圈Lu、Lv和Lw的定子。在图示的例子中，三相的发电线圈Lu~Lw被三相星形接线，从其非中性点侧的端部导出U、V、W三相的输出端子1u~1w。

在图1中，2是全桥型的控制整流电路，3是使用三相交流发电机1的输出通过控制整流电路2充电的电池，4是经由开关5连接于电池3的两端的负载。此外，6是根据电池3的端子电压来对控制整流电路2进行控制的控制器，通过将控制整流电路2和控制器6收容在共同的壳体中来构成充电控制单元7，通过三相交流发电机1和充电控制单元7来构成电池充电装置。

当进一步详细地进行说明时，控制整流电路2由混合桥电路构成，所述混合桥电路具有上边和下边分别由闸流晶体管Su和二极管Du构成的U相的桥臂（leg）2u、上边和下边分别由闸流晶体管Sv和二极管Dv构成的V相的桥臂2v、以及上边和下边分别由闸流晶体管Sw和二极管Dw构成的W相的桥臂2w这三相的量的桥臂，并且，具有将这些桥臂彼此并联连接的结构。构成控制整流电路2的各桥臂的闸流晶体管和二极管以使每一个的正向朝向相同的方向的状态串联连接，三相的桥臂2u~2w的闸流晶体管Su~Sw的阴极的共同连接点和二极管Du~Dw的阳极的共同连接点分别作为正侧输出端子和负侧输出端子连接于充电控制单元7的直流输出端子7a和7b。

控制器6被构成为：在检测到电池3的端子电压为设定电压以下时向控制整流电路2的三相的闸流晶体管Su~Sw同时提供触发信号，在检测到电池3的端子电压超过了设定电压时在该电池的端子电压超过设定电压之后经过了固定的触发停止宽限期时停止向三相的闸流晶体管的触发信号的供给。在本实施方式中使用的控制器6由带定时器功能的闸流晶体管触发电路6A和对带定时器的闸流晶体管触发电路6A进行控制的控制部6B构成。

带定时器功能的闸流晶体管触发电路6A能够如例如图2所示那样构成。图2所示的带定时器功能的闸流晶体管触发电路6A由一端通过作为限流元件的电阻器Rt而连接于三相的闸流晶体管Su~Sw的每一个的门极并且另一端连接于闸流晶体管Su~Sw的每一个的阴极（在闸流晶体管的门极阴极间通过限流元件并联连接）的定时器电容器Ct、以及在定时器电容器Ct与电阻器Rt的连接点和触发指令输入端子t之间使阳极朝向触发指令输入端子t侧来连接的放电阻止用二极管D构成。

控制部6B例如通过具备对电池3的端子电压进行检测的电池电压检测电路以及在由该电池电压检测电路检测到电池的端子电压为设定电压以下时产生触发指令信号、在检测到电池的端子电压超过了设定电压时使触发指令信号无效的触发指令产生单元来构成。

上述电池电压检测电路例如能够通过对电池3的两端的电压（端子电压）进行分压的电阻分压电路来构成。此外，触发指令产生单元能够由输出矩形波信号的电路构成，所述矩形波信号在由电池电压检测电路检测的电压变为设定电压以下时从零电平上升为高电平，在由电池电压检测电路检测的电压为设定电压以下的期间保持高电平，在由电池电压检测电路检测的电压超过了设定电压时从高电平降低为零电平，在电池的端子电压超过设定电压的期间保持零电平。在该情况下，矩形波信号保持高电平的期间为产生触发指令信号的期间，矩形波信号保持零电平的期间为触发指令信号无效的期间。

在图2所示的带定时器功能的闸流晶体管触发电路6A中，在电池3的端子电压为设定电压以下并且从控制部6B向触发指令输入端子t提供高电平的触发指令信号时，通过二极管Dt瞬时地对定时器电容器Ct进行充电，并且，向闸流晶体管Su~Sw提供触发信号。此外，当电池的端子电压超过设定值并且从控制部6B提供的触发指令信号无效时，蓄积在定时器电容器Ct中的电荷通过电阻器Rt和闸流晶体管Su~Sw的门极阴极间放电，在通过该放电而阈值以上的电流通过闸流晶体管Su~Sw的门极阴极间流动的期间，维持向闸流晶体管Su~Sw提供触发信号的状态。即，在利用定时器电容器Ct的放电向闸流晶体管Su~Sw提供触发信号的期间，使闸流晶体管Su~Sw的触发的停止延缓。在本实施方式中，在触发指令信号无效之后，蓄积在定时器电容器Ct中的电荷通过限流元件和各闸流晶体管的门极阴极间以固定的时间常数进行放电，由此，阈值以上的电流通过各闸流晶体管的门极阴极间流动的期间为触发停止宽限期。

关于上述触发停止宽限期，优选的是设定为在向三相的闸流晶体管Su~Sw同时提供触发信号而使三相的闸流晶体管Su~Sw为导通状态时产生的发电机1的过渡状态结束所需要的时间以上。

当如本实施方式那样构成控制器6时，将触发停止宽限期设定为适当的长度，由此，能够防止在发电机1的过渡状态未结束的状态下停止向闸流晶体管Su~Sw的触发信号的供给，可靠地进行闸流晶体管Su~Sw的关断。因此，即使不进行用于对在电池3的充电开始时产生过渡状态进行抑制的相位控制，也能够可靠地进行各闸流晶体管的关断，能够在不导致发电机的输出的降低的情况下防止电池的过充电。

第二实施方式

在第一实施方式中，以在电池3的端子电压超过设定电压之后经过了固定的触发停止宽限期时停止向三相的闸流晶体管的触发信号的供给的方式构成了控制器，但是，发电机的过渡状态是在向三相的闸流晶体管同时提供触发信号而开始电池的充电时产生的状态，因此，为了防止闸流晶体管的换流的失败而延缓闸流晶体管的触发的停止只要从向三相的闸流晶体管同时提供触发信号而开始电池的充电的时间点起到经过规定的触发停止宽限期（发电机的过渡状态结束所需要的期间）的期间即可。在电池的端子电压超过设定电压的时间点发电机的过渡状态已经结束的情况下，即使立即停止向闸流晶体管Su~Sw的触发信号的供给，也没有任何问题。

因此，在本发明的第二实施方式中，以如下方式构成控制器6：在检测到电池3的端子电压为设定电压以下时向三相的闸流晶体管同时提供触发信号，在检测到电池3的端子电压超过了设定电压并且确认了从向三相的闸流晶体管同时提供触发信号的时刻起已经经过了所设定的触发停止宽限期时停止向三相的闸流晶体管的触发信号的供给。

当像这样构成时，在检测到电池的端子电压超过设定电压的时间点发电机的过渡状态已经结束的情况下，能够不等待触发停止宽限期的经过而立即停止向闸流晶体管的触发信号的供给，因此，能够防止在完成了电池的充电之后向闸流晶体管供给无用的触发信号，更确切地进行电池的充电控制。

在本实施方式中使用的控制器6也如图1所示那样能够利用带定时器功能的闸流晶体管触发电路6A和对闸流晶体管触发电路6A进行控制的控制部6B来构成。在该情况下，带定时器功能的闸流晶体管触发电路6A具备对触发停止宽限期进行测量的定时器，在触发指令被提供时立即向闸流晶体管Su~Sw提供触发信号，但是，在触发指令无效时在等待定时器完成所设定的触发停止宽限期的测量之后停止向闸流晶体管Su~Sw的触发信号的供给。

此外，控制部6B在检测到电池3的电压变为设定电压以下时向闸流晶体管触发电路6A提供对触发三相的闸流晶体管Su~Sw进行指令的触发指令信号，并且，设置用于使设置在闸流晶体管触发电路6A中的定时器测量触发停止宽限期的测量值，并使该测量开始。此外，控制部6B在检测到电池的端子电压超过了设定电压时停止向带定时器功能的闸流晶体管触发电路6A的触发指令的供给。

闸流晶体管触发电路6A在从控制部6B提供触发指令信号时向三相的闸流晶体管Su~Sw的门极同时提供触发信号。此外，闸流晶体管触发电路6A在从控制部6B提供的触发指令信号无效时确认定时器是否完成触发停止宽限期的测量，在定时器未完成触发停止宽限期的测量时（在开始电池的充电之后发电机的过渡状态未结束时）采用保持向闸流晶体管Su~Sw提供触发信号的状态，在触发停止指令被提供时定时器已经完成了触发停止宽限期的测量时立即停止向闸流晶体管Su~Sw的触发信号的供给。

上述控制部6B例如如图3所示那样由如下部分构成：除了CPU、RAM、ROM等存储装置、定时器之外还具备规定的输入输出接口、A/D变换器等的微型计算机601、对电池3的端子电压进行检测并且将其检测输出提供给微型计算机601的A/D变换器的电池电压检测电路602、对发电机1的一相的交流输出电压进行检测的输出电压检测电路603、以及将由输出电压检测电路603检测的交流电压的波形变换为在该交流电压的过零点（zero crossingpoint）产生电平变化的矩形波信号并将该矩形波信号提供给微型计算机的中断输入端子INT的波形整形电路604。

波形整形电路604输出的矩形波信号例如是在交流电压的波形从负的半波向正的半波转移时的过零点示出从H电平（高电平）向L电平（低电平）的电平变化并且在交流电压的波形从正的半波向负的半波转移时的过零点示出从L电平向H电平的电平变化的矩形波信号。在该情况下，微型计算机例如每当认识到向中断输入端子INT输入的信号从H电平变化为L电平时（每当认识到交流电压波形从负的半波向正的半波转移时的过零点时）执行根据相当于发电机的输出电压的一个周期的时间和相当于发电机的输出电压的1个周期的转子的旋转角度来运算发电机的旋转速度的中断处理来检测发电机的旋转速度。

微型计算机601具备：在由电池电压检测电路602检测的电池的端子电压为设定电压以下时输出触发指令而在所检测的电池电压超过设定电压时输出触发停止指令的端口A1、以及为了在检测到电池电压超过设定电压时使设置在闸流晶体管触发电路6A中的定时器测量触发停止宽限期而向该定时器输出所设置的测量值的端口A2。向带定时器功能的闸流晶体管触发单元6A输入从微型计算机601的端口A1输出的触发指令和触发停止指令、从端口A2输出的定时器的测量值。微型计算机601通过执行存储在ROM中的程序来实现为了对控制整流电路的三相的闸流晶体管Su~Sw进行控制而需要的各种单元。

图4示出了带定时器功能的闸流晶体管触发电路6A的结构和微型计算机601为了构成控制部6B而实现的功能实现单元。在图4中，11是读入电池电压检测电路602的输出信号来检测电池的端子电压（电池电压）的电池电压检测单元，12是存储电池的设定电压的设定电压存储单元。在额定电压为12伏特的电池的情况下，设定电压例如被设定为14.5伏特。

此外，在图4中，13是触发指令、触发停止指令产生单元，该单元将由电池电压检测单元11检测的电池电压与从设定电压存储单元12读出的设定电压相比较，在由电池电压检测单元检测的电池的端子电压为设定电压以下时产生触发指令，在由电池电压检测单元检测的电池的端子电压超过设定电压时产生触发停止指令。触发指令例如是H电平（高电平）的信号，触发停止指令例如是L电平（低电平）的信号。

14是检测发电机的旋转速度的旋转速度检测单元，该旋转速度检测单元每当向微型计算机的中断输入端子INT输入示出发电机的输出电压的规定的过零点的电平变化时，根据相当于发电机的输出电压的一个周期的时间和相当于发电机的输出电压的1个周期的转子的旋转角度来运算发电机的旋转速度来检测发电机的旋转速度。

15是决定为了延缓停止闸流晶体管的触发而设定在向三相的闸流晶体管同时提供触发信号的时刻的稍后的触发停止宽限期的宽限期决定单元。在本实施方式中，以根据由旋转速度检测单元14检测的发电机的旋转速度来决定触发停止宽限期的方式构成宽限期决定单元15。

此外，16是定时器设置单元，该定时器设置单元16在触发指令、触发停止指令产生单元13产生触发指令时在闸流晶体管触发单元6A内的定时器中设置用于对由宽限期决定单元15决定的触发停止宽限期进行测量的测量值，使该定时器开始该测量。

在图4所示的例子中，闸流晶体管触发单元6A由触发信号供给电路605和定时器606构成。定时器606在利用定时器设置单元16设置了测量值时立即开始该测量。定时器606例如在进行所设置的测量值的测量的期间将其输出端子的电位保持为H电平（高电平），在完成了所设置的测量值的测量时使输出端子的电位变化为L电平（低电平）。在像这样构成定时器606并且以在电池电压为设定电压以下时和超过设定电压时分别产生H电平的触发指令和L电平的触发停止指令的方式构成触发指令、触发停止指令产生单元13的情况下，触发信号供给电路605能够由或电路构成，所述或电路具有从触发指令、触发停止指令产生单元13提供触发指令和触发停止指令的输入端子和从定时器606提供信号的输入端子这2个输入端子。

如上述那样，在利用或电路构成了触发信号供给电路605的情况下，在电池的端子电压变为设定电压以下而触发指令、触发停止指令产生单元13产生了H电平的触发指令时，从触发信号供给电路605向三相的闸流晶体管Su~Sw提供H电平的触发信号来触发这些闸流晶体管。

此外，在电池的端子电压超过设定电压而触发指令、触发停止指令产生单元13产生了L电平的触发停止指令时并且定时器606已经完成了触发停止宽限期的测量时，定时器606的输出变为L电平，或条件不成立，因此，触发信号供给电路605停止向三相的闸流晶体管的触发信号的供给。

此外，在电池电压超过设定电压而触发指令、触发停止指令产生单元13产生了L电平的触发停止指令时而定时器606还未完成触发停止宽限期的测量的情况（发电机的过渡状态未结束的情况）下，从定时器606向构成触发信号供给电路605的或电路输入H电平的信号，因此，触发信号供给电路605向三相的闸流晶体管Su~Sw继续提供H电平的触发信号。因此，能够防止在发电机处于过渡状态时停止向三相的闸流晶体管的触发信号的供给而产生闸流晶体管的关断取得失败的事态，能够防止由于闸流晶体管的关断的失败而充电电流继续流向电池而使电池变为过充电状态。之后，当定时器606完成触发停止宽限期的测量时（当发电机的过渡状态结束时），定时器606的输出变为L电平，构成触发信号供给电路605的或电路的或条件变得不成立，停止向闸流晶体管Su~Sw的触发信号的供给。此时，发电机的过渡状态结束，因此，能够可靠地使闸流晶体管Su~Sw关断来防止电池的过充电。

在图5中示出了示出在电池的端子电压变为设定电压以下而触发闸流晶体管Su~Sw来向电池供给充电电流的稍后产生了电池的端子电压超过设定电压的状态的情况下的工作的波形图。图5（A）示出在发电机1的三相的发电线圈中流动的电流Iu~Iw的波形，（B）~（D）示出了三相的闸流晶体管Su~Sw的导通截止工作。此外，图5（E）示出了触发指令、触发停止指令产生单元13输出的触发指令和触发停止指令，图5（F）示出了向闸流晶体管Su~Sw同时提供的触发信号。

在图5所示的例子中，在定时[1]，电池电压变为设定电压以下，因此，向三相的闸流晶体管提供触发信号，开始电池的充电。在开始了电池的充电的稍后，产生了在发电机的三相的发电线圈中流动的电流Iu~Iw的正的半波和负的半波的波高值变得不平衡的过渡状态。在图5所示的例子中，在产生了发电机的过渡状态的期间内的定时[2]，电池的端子电压超过了设定电压，因此，产生了触发停止指令。当在该定时[2]停止闸流晶体管Su~Sw的触发时，在停止触发时处于导通状态的闸流晶体管（图5）所示的例子中，存在闸流晶体管Su的关断取得失败的可能性，当万一闸流晶体管Su的关断取得失败时，充电电流继续流向电池，电池变为过充电状态。这样的状态在发电机的旋转速度高的情况下容易引起。

因此，在本发明中，在开始了电池的充电的定时[1]的稍后设定具有适当的长度的触发停止宽限期Ts，在该触发停止宽限期内电池的端子电压超过设定电压而产生了触发停止指令的情况下，不停止闸流晶体管Su~Sw的触发，在从开始电池的充电的定时起经过了触发停止宽限期Ts的定时[3]停止闸流晶体管Su~Sw的触发（停止触发信号的供给）。当像这样构成时，在停止闸流晶体管Su~Sw的触发的时间点，发电机的过渡状态结束，因此，能够可靠地进行闸流晶体管的关断。

在开始了电池的充电之后在发电机的过渡状态结束的状态下电池的端子电压超过设定电压而产生了触发停止指令的情况下，已经完成了触发停止宽限期Ts的测量，因此，直接停止闸流晶体管Su~Sw的触发。

在图6至图8中示出了示出在本实施方式中为了构成图4所示的各单元而使微型计算机601执行的处理的算法的流程图。图6示出了在提供指示对电池进行充电的电池充电指令时开始的主程序。

当开始该主程序时，首先，在步骤S101中进行微型计算机的各部的初始化，在步骤S102中启动微型计算机内的计时用定时器。接着，在步骤S103中许可中断，在步骤S104中确认是否提供充电指令。在其结果是判定为提供了充电指令的情况下，在步骤S105中读入电池电压检测电路602所检测的电池电压并存储之后，在步骤S106中判定是否检测到发电机的输出电压波形的过零点。在其结果是判定为检测到过零点的情况下，转移到步骤S107，进行旋转速度运算处理。

此外，在步骤S106中判定为未检测到发电机的过零点时，前进到步骤S108，判定当前的定时是否为定时器控制处理执行定时（执行定时器控制处理的定时）。在其结果是判定为当前的定时不是定时器控制处理执行定时时，返回到步骤S104。在步骤S108中判定为是定时器控制处理执行定时时，前进到步骤S109，执行定时器控制处理。定时器控制处理执行定时是每当微型计算机内的计时定时器测量固定的微小时间时到来的定时。在步骤S104中判定为未提供充电指令时，以后什么也不做且结束主程序。

图6的步骤S107的旋转速度运算处理通过图7所示的算法来进行。在图7所示的旋转速度运算处理中，首先在步骤S201中读入计时定时器的测量值tx并存储之后，在步骤S202中运算本次读入的测量值tx与前次读入的测量值tx’的差Δt=tx-tx’（发电机的输出电压的1个周期的长度）。接着，在步骤S203中根据Δt和相当于发电机的各相的输出电压的1个周期的转子的旋转角度Δθ来运算发电机的旋转速度，将其运算结果存储在RAM中，返回到图6的步骤S108。

此外，图6的步骤S109的定时器控制处理通过图8所示的算法来进行。在图8所示的定时器控制处理中，首先，在步骤S301中判定电池电压是否为设定电压以下。在其结果是判定为电池电压为设定电压以下时，前进到步骤S302，产生触发指令，将该触发指令提供给触发信号供给电路605，之后，在步骤S303中判定发电机的旋转速度是否为设定速度。设定速度例如是5000rpm。在步骤S303中判定发电机的旋转速度是否为设定速度的结果是判定为发电机的旋转速度超过设定速度时，前进到步骤S304，在带定时器功能的闸流晶体管触发电路的定时器606中设置用于测量第一触发停止宽限期T1的测量值而立即开始该测量之后，返回到图6的步骤S104。此外，在步骤S303中判定为发电机的旋转速度为设定速度以下时，前进到步骤S305，在带定时器的闸流晶体管触发单元的定时器606中设置为了测量第二触发停止宽限期T2而需要的测量值，返回到图6的步骤S104。在图8的步骤S301中判定为电池电压超过设定电压时，前进到步骤S306，产生触发停止指令，将该触发停止指令提供给触发信号供给电路605，之后，结束该处理，返回到图6的步骤S104。关于第一触发停止宽限期T1和第二触发停止宽限期T2，设定为在向三相的闸流晶体管Su~Sw同时提供触发信号而使三相的闸流晶体管为导通状态时产生的发电机的过渡状态结束所需要的时间以上，但是，实验性地决定这些第一触发停止宽限期T1和第二触发停止宽限期T2。例如，在发电机的设定速度为5000rpm的情况下，上述第一触发停止宽限期T1被设定为100µ秒以上的长度，第二触发停止宽限期T2被设定为不足100µse的长度。

在利用上述的算法的情况下，通过执行图8的步骤S301、S302、S306的过程来构成触发指令、触发停止指令产生单元13，通过执行图7的步骤S201至步骤S203的过程来构成旋转速度检测单元14。此外，通过执行图8的步骤S303~S305的过程来构成宽限期决定单元15和定时器设置单元16。

如上述的实施方式那样，将控制器构成为在检测到电池的端子电压为设定电压以下时向三相的闸流晶体管Su~Sw同时提供触发信号，在检测到电池的端子电压超过设定电压并且确认了从向三相的闸流晶体管Su~Sw同时提供触发信号的时刻起已经经过了所设定的触发停止宽限期Ts时同时停止向三相的闸流晶体管的触发信号的供给，在该情况下，将触发停止宽限期Ts设定为适当的长度，由此，能够防止在发电机的过渡状态未结束的状态下停止向闸流晶体管的触发信号的供给，可靠地进行闸流晶体管Su~Sw的关断。因此，即使不进行用于对在电池的充电开始时产生过渡状态进行抑制的相位控制，也能够可靠地进行闸流晶体管的关断，能够在不导致发电机的输出的降低的情况下防止电池的过充电。

在如前述第一实施方式那样构成控制器的情况下，在检测到电池的端子电压超过了设定电压时，一定在等待触发停止宽限期的经过之后停止向闸流晶体管的触发信号的供给，因此，即使在检测到电池的端子电压超过设定电压的时间点发电机的过渡状态已经结束的情况下，在固定的触发停止宽限期经过之前的期间，也继续向闸流晶体管的触发信号的供给。与此相对地，在如本实施方式那样构成控制器的情况下，在检测到电池的端子电压超过设定电压的时间点发电机的过渡状态已经结束的情况下，能够不等待触发停止宽限期的经过而立即停止向闸流晶体管的触发信号的供给，因此，能够防止在电池的充电完成之后向闸流晶体管供给无用的触发信号，更确切地进行电池的充电控制。

在上述的各实施方式中，构成控制整流电路2的各桥臂的闸流晶体管被设置在各桥臂的上边，但是，也能够将本发明应用于在各桥臂的下边设置闸流晶体管并且在上边设置二极管的情况。

在上述第二实施方式中，如图4所示，通过触发信号供给电路605和定时器606来构成带定时器的闸流晶体管触发单元6A，但是，也可以通过微型计算机软件地构成带定时器的闸流晶体管触发单元6A。

在上述第二实施方式中，将宽限期决定单元构成为在由旋转速度检测单元检测的旋转速度不足设定速度时使触发停止宽限期为第一触发停止宽限期T1，在由旋转速度检测单元检测的旋转速度为设定速度以上时使触发停止宽限期为比第一触发停止宽限期长的第二触发停止宽限期T2，但是，本发明并不限定于像这样构成宽限期决定单元的情况。例如，也可以将宽限期决定单元构成为：实验性地制作提供发电机的旋转速度与触发停止宽限期的最适合的长度的关系的宽限期运算用表并存储在存储器中，针对由旋转速度检测单元检测的旋转速度来检索该表，由此，决定触发停止宽限期。

在上述第二实施方式中，以根据检测出发电机的输出电压波形的过零点的周期来检测发电机的旋转速度的方式构成旋转速度检测单元，但是，也可以以设置对发电机的输出电压的峰值点进行检测的电路而根据检测出该峰值点的周期来检测发电机的旋转速度的方式构成旋转速度检测单元。关于旋转速度检测单元，只要能够检测发电机的旋转速度即可，也可以构成为在发电机中安装输出包括发电机的旋转速度信息的信号的传感器并且根据该传感器的输出来检测发电机的旋转速度来代替根据发电机的输出波形来检测发电机的旋转速度。例如，在将磁铁式交流发电机用作三相交流发电机1的情况下，可以以在发电机的定子侧设置对磁铁转子的磁极的极性进行检测的霍尔（hall）IC并且根据从该霍尔IC得到的矩形波信号的周期来检测发电机的旋转速度的方式构成旋转速度检测单元。此外，在发电机由发动机驱动的情况下，也可以从在控制发动机的控制单元内设置的旋转速度检测单元取得发动机的旋转速度信息，根据该旋转速度信息来检测发电机的旋转速度。

附图标记的说明

1 三相交流发电机

2 控制整流电路

3 电池

4 负载

5 开关

6 控制器

6A 带定时器的闸流晶体管触发单元

6B 控制部

601 微型计算机

602 电池电压检测电路

603 输出电压检测电路

604 波形整形电路

605 触发信号供给电路

606 定时器

7 充电控制单元

11 电池电压检测单元

12 设定电压存储单元

13 触发指令、触发停止指令产生单元

14 旋转速度检测单元

15 宽限期决定单元

16 定时器设置单元。

Claims (7)

1.一种电池充电装置，具备：三相交流发电机；全桥型的控制整流电路，由混合桥电路构成并且对所述三相交流发电机的输出进行整流来向电池供给，所述混合桥电路具有三相的量的上边和下边的一个和另一个分别由闸流晶体管和二极管构成的桥臂；以及控制器，根据所述电池的端子电压来控制向在所述控制整流电路的三相的桥臂分别设置的三相的闸流晶体管的触发信号的供给，

所述电池充电装置的特征在于，

所述控制器被构成为：在检测到所述电池的端子电压为设定电压以下时向所述三相的闸流晶体管同时提供触发信号，在检测到所述电池的端子电压超过了所述设定电压时，在该电池的端子电压超过所述设定电压之后经过了固定的触发停止宽限期时停止向所述三相的闸流晶体管的触发信号的供给，

所述触发停止宽限期被设定为在向所述三相的闸流晶体管同时提供触发信号来使所述三相的闸流晶体管为导通状态时产生的所述发电机的过渡状态即所述发电机的三相的交流输出电流的正负的半波的波高值为不平衡的过渡状态结束所需要的时间以上。

2.根据权利要求1所述的电池充电装置，其中，

所述控制器具备：

电池电压检测电路，检测所述电池的端子电压；

触发指令产生单元，在由所述电池电压检测电路检测的电池的端子电压为设定电压以下时产生触发指令信号，在由所述电池电压检测电路检测的电池的端子电压超过了所述设定电压时使所述触发指令信号无效；以及

带定时器功能的闸流晶体管触发电路，其被构成为在所述触发指令产生单元产生了触发指令信号时，向所述三相的闸流晶体管同时提供触发信号，在所述触发指令信号无效时，在等待固定的触发停止宽限期经过之后停止向所述三相的闸流晶体管的触发信号的供给。

3.根据权利要求2所述的电池充电装置，其特征在于，

所述带定时器功能的闸流晶体管触发电路被构成为：

具备定时器电容器，所述定时器电容器在所述三相的闸流晶体管的每一个的门极阴极间通过限流元件并联连接，在所述触发指令信号产生时根据该触发指令信号通过放电阻止用二极管而被充电，

并且，在所述触发指令信号无效时蓄积在所述定时器电容器中的电荷通过所述限流元件和各闸流晶体管的门极阴极间以固定的时间常数进行放电，由此，阈值以上的电流通过各闸流晶体管的门极阴极间而流动的期间为所述触发停止宽限期。

4.一种电池充电装置，具备：三相交流发电机；全桥型的控制整流电路，由混合桥电路构成并且对所述三相交流发电机的输出进行整流来向电池供给，所述混合桥电路具有三相的量的上边和下边的一个和另一个分别由闸流晶体管和二极管构成的桥臂；以及控制器，根据所述电池的端子电压来控制向在所述控制整流电路的三相的桥臂分别设置的三相的闸流晶体管的触发信号的供给，

所述电池充电装置的特征在于，

所述控制器被构成为：在检测到所述电池的端子电压为设定电压以下时，向所述三相的闸流晶体管同时提供触发信号，在检测到所述电池的端子电压超过了所述设定电压并且确认了从向所述三相的闸流晶体管同时提供触发信号的时刻起已经经过了所设定的触发停止宽限期时，停止向所述三相的闸流晶体管的触发信号的供给，

所述触发停止宽限期被设定为在向所述三相的闸流晶体管同时提供触发信号来使所述三相的闸流晶体管为导通状态时产生的所述发电机的过渡状态即所述发电机的三相的交流输出电流的正负的半波的波高值为不平衡的过渡状态结束所需要的时间以上。

5.根据权利要求4所述的电池充电装置，其中，

所述控制器具备：

电池电压检测单元，检测所述电池的端子电压；

宽限期决定单元，决定触发停止宽限期，所述触发停止宽限期为了延缓停止所述闸流晶体管的触发而被设定在向所述三相的闸流晶体管同时提供触发信号的时刻的稍后；

定时器，在用于测量所述触发停止宽限期的测量值被设置时开始该测量值的测量；

触发指令、触发停止指令产生单元，在由所述电池电压检测单元检测的电池的端子电压为设定电压以下时产生触发指令，在由所述电池电压检测单元检测的电池的端子电压超过设定电压时产生触发停止指令；

定时器设置单元，在产生了所述触发指令时在所述定时器中对用于测量触发停止宽限期的测量值进行设置来使该测量值的测量开始；以及

触发信号供给电路，在产生了所述触发指令时，向所述三相的闸流晶体管同时提供触发信号，在产生了所述触发停止指令并且确认了所述定时器完成了用于测量所述触发停止宽限期的测量值的测量时，停止向所述三相的闸流晶体管的触发信号的供给。

6.根据权利要求5所述的电池充电装置，其特征在于，

所述控制器还具备旋转速度检测单元，所述旋转速度检测单元对所述发电机的旋转速度进行检测，

所述宽限期决定单元被构成为根据由所述旋转速度检测单元检测的旋转速度来设定所述触发停止宽限期。

7.根据权利要求6所述的电池充电装置，其特征在于，

所述宽限期决定单元被构成为：在由所述旋转速度检测单元检测的旋转速度不足设定速度时，使所述触发停止宽限期为第一触发停止宽限期，在由所述旋转速度检测单元检测的旋转速度为设定速度以上时，使所述触发停止宽限期为比所述第一触发停止宽限期长的第二触发停止宽限期。

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