JP2005341756A - バッテリ充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 機器駆動用バッテリの劣化やバッテリ配線の断線等、不測の事態が生じた場合であっても、機器駆動用の電力を確保できるバッテリ充電装置を提供する。
【解決手段】 第２のＤＣ−ＤＣコンバータを、第１のＤＣ−ＤＣコンバータと並列に３相全波整流回路１１に接続する。バッテリ３の出力低下等の不測の事態が生じても、ＡＣＧ２さえ始動できれば、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１３の出力電圧により第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２を起動させ得る。停止状態において、バッテリ３の出力電圧が低下していても、この電圧をスイッチング素子１２２の寄生ダイオード１２２Ｄを介して第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１３に供給することで、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１３を起動でき、その出力電圧によって第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２を動作可能状態に保てるので、ＡＣＧ２の始動後、直ちに第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２を起動できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高圧側の電圧源の出力電圧によって低圧側のバッテリを充電するバッテリ充電装置に係わり、例えば車両に好適に使用されるバッテリ充電装置に関する。

一般に、車両には、ワイパー、ヘッドライト、ルームライト、オーディオ機器、空調機および各種計器類等の車両搭載機器を駆動するための電源として、例えば１２ボルト程度の低圧の直流電圧を出力するバッテリ（以下、機器駆動用バッテリという。）が搭載されている。通常、このような機器駆動用バッテリに対する充電は、エンジンの回転を利用して駆動される交流発電機からの交流出力電圧を整流して高圧の直流電圧（例えば１００ボルト程度）を得ると共に、この直流電圧をＤＣ−ＤＣコンバータを用いてより低圧の直流電圧に変換してから機器駆動用バッテリに供給することで行われる。このＤＣ−ＤＣコンバータは、直流の入力電圧をスイッチング素子よりなるインバータ回路によって交流電圧に一旦変換したのち、この交流電圧を整流回路等によって再び直流電圧に変換することで電圧変換を行うものである。

このような機器駆動用バッテリへの充電を行う技術については、例えば下記の特許文献１に記載がある。
特開平７−１０７６０１号公報

ところで、上記した車両搭載用途におけるＤＣ−ＤＣコンバータでは、通常、スイッチング素子を制御するスイッチング制御部が、バッテリから供給される電圧によって駆動されるようになっている。そして、エンジンが停止し交流発電機からの出力がないときには、スイッチング制御部は機器駆動用バッテリからの供給電圧によって待機状態（通電状態）になっている。このため、交流発電機が出力を開始すると、直ちにスイッチング制御部によるスイッチング素子の駆動が開始し、ＤＣ−ＤＣコンバータとして機能し得るようになっている。

ところが、機器駆動用バッテリにスイッチング制御部を駆動するのに十分な電力が蓄電されていない場合や、何らかの原因（例えば断線等）によって機器駆動用バッテリからの電力がスイッチング制御部に供給されない場合には、たとえ交流発電機が出力を開始し、ＤＣ−ＤＣコンバータに直流電圧が入力されたとしても、スイッチング制御部が動作できないので、スイッチング素子が駆動されず、ＤＣ−ＤＣコンバータとして機能しないことになる。したがって、機器駆動用バッテリの劣化やバッテリ配線の断線等の不測の事態が発生した場合には、機器駆動用の直流電圧が得られず、車両搭載機器の使用ができなくなるという問題があった。

なお、上記の特許文献１には、機器駆動用バッテリ（補機バッテリ）への過充電を防止する電気自動車用充電装置が開示されているが、この装置は、メインバッテリからの電力によってモータを駆動して走行する電気自動車に関するものであって、エンジンの回転を利用して駆動される交流発電機を搭載したものではない。また、スイッチング素子を制御する制御回路は、メインバッテリから電力供給を受ける補助電源を駆動源とするものであり、補機バッテリからの電力によって駆動されるものではない。したがって、この技術を、上記した課題の解決のために適用することはできない。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その目的は、機器駆動用バッテリが劣化したり、バッテリ配線が断線する等、不測の事態が生じた場合であっても、機器駆動用の電力を確保することができるバッテリ充電装置を提供することにある。

本発明の第１の観点に係るバッテリ充電装置は、高圧側の直流電圧源と、直流電圧源から供給される第１の直流電圧をスイッチングして交流電圧を生成するスイッチング素子と、生成された交流電圧を第２の直流電圧に変換して低圧側のバッテリに供給し充電する変換回路と、スイッチング素子を制御するスイッチング制御回路とを有する第１のＤＣ−ＤＣコンバータと、第１のＤＣ−ＤＣコンバータと並列に直流電圧源に接続された第２のＤＣ−ＤＣコンバータとを備えると共に、バッテリの出力電圧をスイッチング制御回路に直接供給する第１の電圧供給経路と、バッテリの出力電圧をスイッチング素子の寄生ダイオードを介して第２のＤＣ−ＤＣコンバータに供給し、この第２のＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を第１のＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング制御回路に供給する第２の電圧供給経路とを備えている。

ここで、「高圧側の直流電圧源」は、発電機からの交流電圧を整流する整流回路であってもよいし、あるいは高圧のバッテリであってもよいし、さらには、それらの両者を含んで構成されてもよい。「高圧側」とは、バッテリへの充電電圧（第２の直流電圧）に比べて高い電圧という意味であり、「低圧側」とは、直流電圧源の出力電圧（第１の直流電圧）に比べて低い電圧という意味である。「直接供給」とは、途中に第２のＤＣ−ＤＣコンバータを介在させずに、という意味である。

本発明の第１の観点に係るバッテリ充電装置では、直流電圧源からの第１の直流電圧は第１のＤＣ−ＤＣコンバータによって第２の直流電圧に変換されて低圧側のバッテリに供給され、その充電に供される。バッテリの出力電圧は、第１の電圧供給経路により、スイッチング制御回路に直接供給される。バッテリの出力電圧はまた、第２の電圧供給経路により、スイッチング素子の寄生ダイオードを介して第２のＤＣ−ＤＣコンバータに供給され、この第２のＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧が第１のＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング制御回路に供給される。したがって、バッテリの出力電圧が、第１のＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング制御回路の駆動に十分な電圧でなかったとしても、このバッテリの出力電圧が、スイッチング素子の寄生ダイオードを介して第２のＤＣ−ＤＣコンバータを起動し、その出力電圧が第１のＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング制御回路に供給されるので、第１のＤＣ−ＤＣコンバータが動作可能状態（待機状態または通電状態）となる。

本発明の第１の観点に係るバッテリ充電装置では、直流電圧源の出力電圧を第１のＤＣ−ＤＣコンバータを介してスイッチング制御回路に供給する第３の電圧供給経路をさらに備えるように構成可能である。また、直流電圧源が、発電機からの交流電圧を整流する整流回路であるように構成することが可能である。また、直流電圧源から第１の直流電圧が供給されているときに第２のＤＣ−ＤＣコンバータの動作を停止させる停止回路をさらに備えるようにするのが好ましい。

本発明の第２の観点に係るバッテリ充電装置は、高圧側の直流電圧源と、直流電圧源の出力端に接続された第１のスイッチング素子と、第１のスイッチング素子の制御端子に接続された第１のスイッチング制御回路と、第１のスイッチング素子と低圧側のバッテリとの間に接続された第１の整流平滑回路とを含む第１のＤＣ−ＤＣコンバータを備えると共に、直流電圧源の出力側に一端が接続された１次側巻線およびこの１次側巻線から絶縁されて巻設された２次側巻線を有するトランスと、１次側巻線の他端に接続された第２のスイッチング素子と、２次側巻線に接続された第２の整流平滑回路とを含む第２のＤＣ−ＤＣコンバータを備え、第２の整流平滑回路の出力側を第１のＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング制御回路に接続するように構成したものである。

本発明の第２の観点に係るバッテリ充電装置では、低圧側のバッテリは第１のＤＣ−ＤＣコンバータの第１の整流平滑回路の出力電圧によって充電される。第１のＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング制御回路には、直流電圧源に対して第１のＤＣ−ＤＣコンバータと並列に接続された第２のＤＣ−ＤＣコンバータの第２の整流平滑回路から電圧が供給される。すなわち、第１のＤＣ−ＤＣコンバータは、第２のＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を受けて動作可能な状態となる。

本発明の第２の観点に係るバッテリ充電装置では、第２のＤＣ−ＤＣコンバータが、第２のスイッチング素子の制御端子に接続された第２のスイッチング制御回路をさらに含み、第１のＤＣ−ＤＣコンバータが、入力端が直流電圧源の出力側に接続され出力端が第２のＤＣ−ＤＣコンバータの第２のスイッチング制御回路に接続された電圧検出回路を含むようにするのが好ましい。また、直流電圧源が、発電機からの交流電圧を整流する整流回路であるようにすることが可能である。

本発明の第１の観点に係るバッテリ充電装置によれば、第２の電圧供給経路により、バッテリの出力電圧をスイッチング素子の寄生ダイオードを介して第２のＤＣ−ＤＣコンバータに供給し、この第２のＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を第１のＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング制御回路に供給するようにしたので、バッテリの出力電圧が低下した場合であっても、このバッテリの出力電圧によって第２のＤＣ−ＤＣコンバータを起動し、その出力電圧によって第１のＤＣ−ＤＣコンバータを動作可能状態にすることができる。すなわち、バッテリ電圧の異常時においても、適切に第１のＤＣ−ＤＣコンバータを駆動可能であり、機器駆動用の電力を確保することができる。特に、直流電圧源から第１の直流電圧が供給されているときに第２のＤＣ−ＤＣコンバータの動作を停止させるようにした場合には、第２のＤＣ−ＤＣコンバータによる無駄な電力消費を防止することができる。

本発明の第２の観点に係るバッテリ充電装置によれば、直流電圧源に対して第１および第２のＤＣ−ＤＣコンバータを並列に接続し、第２のＤＣ−ＤＣコンバータの第２の整流平滑回路の出力電圧を第１のＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング制御回路に供給するようにしたので、第２のＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧によって第１のＤＣ−ＤＣコンバータを動作させることができる。第１のＤＣ−ＤＣコンバータだけでは正常に起動しない不測の事態が生じた場合であっても、第２のＤＣ−ＤＣコンバータの補助によって第１のＤＣ−ＤＣコンバータを起動可能となり、バッテリへの充電も可能となる。特に、第１のＤＣ−ＤＣコンバータに電圧検出回路を配置した場合には、この電圧検出回路によって直流電圧源の動作状態を検出することができるので、その状態に応じて、例えば第２のＤＣ−ＤＣコンバータの起動や停止を制御することも可能である。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、単に実施の形態という。）について、図面を参照して詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
図１は本発明の一実施の形態に係るバッテリ充電装置の回路構成を表すものである。このバッテリ充電装置１は、例えば車両に搭載されて使用されるものであり、図示しないエンジンの回転に伴って駆動される３相交流発電機（ＡＣＧ）２から供給される交流電圧を利用して、イグニッションスイッチ５を介して接続された機器駆動用のバッテリ３を充電するように構成されている。バッテリ３は、車載の各種電子電気機器等の電装負荷４に対して直流電圧（例えば１２．５Ｖ）を供給するためのものである。以下の説明では、バッテリ充電装置が車両に搭載され、イグニッションスイッチ５が閉じている場合を想定する。

このバッテリ充電装置１は、ＡＣＧ２に接続された３相全波整流回路１１と、３相全波整流回路１１に接続された第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２と、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２と並列に３相全波整流回路１１に接続された第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１３と、バッテリ３と第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２との間に設けられたダイオード１５とを備えている。ダイオード１５は、アノードが電源線ＬＨに接続され、カソードがスイッチング制御回路１２３に接続されている。ここで、３相全波整流回路１１が本発明の「直流電圧源」の一具体例に対応する。

３相全波整流回路１１は、電源線ＬＨと接地線ＬＧとの間に直列に接続された整流ダイオード１１Ａ，１１Ｂと、電源線ＬＨと接地線ＬＧとの間に直列に接続された整流ダイオード１１Ｃ，１１Ｄと、電源線ＬＨと接地線ＬＧとの間に直列に接続された整流ダイオード１１Ｅ，１１Ｆとを備えている。整流ダイオード１１Ａ，１１Ｃ，１１Ｅのカソードは電源線ＬＨに接続され、整流ダイオード１１Ｂ，１１Ｄ，１１Ｆのアノードは、接地線ＬＧに接続されている。整流ダイオード１１Ａのアノードと整流ダイオード１１Ｂのカソードとの接続点は、ＡＣＧ２の第１の出力線２１に接続され、整流ダイオード１１Ｃのアノードと整流ダイオード１１Ｄのカソードとの接続点は、ＡＣＧ２の第２の出力線２２に接続され、整流ダイオード１１Ｅのアノードと整流ダイオード１１Ｆのカソードとの接続点は、ＡＣＧ２の第３の出力線２３に接続されている。

このような構成の３相全波整流回路１１は、ＡＣＧ２から出力される交流電圧を全波整流して、第１の直流電圧を生成し、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２に入力するようになっている。なお、この第１の直流電圧は、定常的には例えば１００Ｖ程度であるが、運転状況により、例えば０Ｖから３００Ｖ程度まで変動する。

第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２は、３相全波整流回路１１の出力側の電源線ＬＨと接地線ＬＧとの間に接続された平滑コンデンサ１２１と、平滑コンデンサ１２１よりもバッテリ３側の電源線ＬＨに挿入配置されたスイッチング素子１２２と、スイッチング素子１２２のゲート端子に接続されたスイッチング制御回路（ＣＴＬ）１２３とを備えている。平滑コンデンサ１２１は、３相全波整流回路１１から供給される第１の直流電圧を平滑化するためのものである。スイッチング素子１２２は、本発明における「スイッチング素子」または「第１のスイッチング素子」の一具体例に相当するものであり、３相全波整流回路１１から供給され平滑コンデンサ１２１により平滑化された第１の直流電圧をスイッチングして交流電圧を生成するようになっている。このスイッチング素子１２２は、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）からなり、その内部に寄生ダイオード１２２Ｄを含んでいる。また、スイッチング制御回路１２３は、本発明における「スイッチング制御回路」または「第１のスイッチング制御回路」の一具体例に対応する。

スイッチング制御回路１２３は、通常状態において、ダイオード１５を介してバッテリ３から直接供給される電力を駆動源として、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２のスイッチング動作を起動できるようになっている（第１の電圧供給経路）。但し、スイッチング制御回路１２３の駆動には、所定電圧（例えば８Ｖ）以上の電圧が必要である。スイッチング制御回路１２３はまた、後述するように、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１３から電力供給を受けたり（第２の電圧供給経路）、あるいは第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２自身から電力供給を受けることもある（第３の電圧供給経路）。これらの電圧供給経路については、後に詳述する。ここで、スイッチング制御回路１２３が、本発明における「スイッチング制御回路」または「第１のスイッチング制御回路」の一具体例に対応する。

第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２はまた、スイッチング素子１２２よりもバッテリ３側の電源線ＬＨと接地線ＬＧとの間に接続された整流ダイオード１２４と、スイッチング素子１２２よりもバッテリ３側の電源線ＬＨに挿入接続されたチョークコイル１２５と、チョークコイル１２５よりもバッテリ３側の電源線ＬＨと接地線ＬＧとの間に接続された平滑コンデンサ１２６とを備えている。整流ダイオード１２４、チョークコイル１２５および平滑コンデンサ１２６は、スイッチング素子１２２により生成された交流電圧を第２の直流電圧に変換して低圧側のバッテリ３に供給し充電するためのものであり、本発明における「変換回路」または「第１の整流平滑回路」の一具体例に対応する。

このような構成の第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２は、スイッチング制御回路１２３の制御の下、３相全波整流回路１１から入力される第１の直流電圧をスイッチングして交流電圧を生成すると共に、生成された交流電圧を第２の直流電圧に変換して低圧側のバッテリ３に供給し充電するようになっている。なお、第２の直流電圧は、例えば１４．５Ｖ程度であり、これによりバッテリ３は、上記したように１２．５Ｖ程度の直流電圧を出力可能な状態にまで充電されるようになっている。

第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、トランス１３１と、アノードが電源線ＬＨに接続されカソードがトランス１３１に接続されたダイオード１３２とを備えている。トランス１３１は、ダイオード１３２を介して３相全波整流回路１１の出力側の電源線ＬＨに接続された１次側巻線１３１Ａと、この１次側巻線１３１Ａと共芯となるように巻設されると共に一端が接地線ＬＧに接続され他端が後述するスイッチング制御回路１３４に接続された１次側巻線１３１Ｂと、１次側巻線１３１Ａから絶縁されて巻設され、一端が接地線ＬＧに接続された２次側巻線１３１Ｃとを有する。

１次側巻線１３２Ａの他端と接地線ＬＧとの間には、スイッチング素子１３３が挿入配置されている。このスイッチング素子１３３は、本発明における「第２のスイッチング素子」の一具体例に対応するものであり、例えばバイポーラトランジスタにより構成可能である。スイッチング素子１３３の制御端子（例えばベース）には、スイッチング制御回路１３４が接続されている。このスイッチング制御回路１３４は、本発明における「第２のスイッチング制御回路」の一具体例に相当するものであり、１次側巻線１３２Ｂから供給される電圧によって動作するようになっている。なお、スイッチング制御回路１３４は、１次側巻線１３１Ａへの入力電圧が所定電圧（例えば４Ｖ）以上の場合に動作可能になっている。１次側巻線１３１Ａとダイオード１３２との接続点と接地線ＬＧとの間には、平滑コンデンサ１３５が接続されている。

第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１３はまた、トランス１３１の２次側巻線１３１Ｃの他端にアノードが接続された整流ダイオード１３６と、２次側巻線１３２Ｃの一端と整流ダイオード１３６のカソードとの間に接続された平滑コンデンサ１３７と、アノードが整流ダイオード１３６のカソードに接続されカソードが第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２のスイッチング制御回路１２３に接続されたダイオード１３８とを備えている。ここで、整流ダイオード１３６および平滑コンデンサ１３７は、本発明における「第２の整流平滑回路」の一具体例に対応するものであり、この「第２の整流平滑回路」の出力側がスイッチング制御回路１２３に接続されていることになる。

このような構成の第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、４Ｖ以上の入力電圧を変換して１２Ｖの電圧を出力するようになっている。

次に、以上のような構成のバッテリ充電装置の動作を説明する。なお、ここでは、上記したように、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２のスイッチング制御回路１２３は、８Ｖ以上の電圧によって動作可能であり、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１３のスイッチング制御回路１３４は、４Ｖ以上の電圧によって動作可能であるとする。また、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２は１４．５Ｖの電圧を出力し、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、１２Ｖの電圧を出力し、バッテリ３は、正常状態において１２．５Ｖの電圧を出力するものとする。

まず、正常運転時の動作を説明する。車両のエンジンが回転中は、ＡＣＧ２が駆動され、交流電圧を出力する。この交流電圧は、バッテリ充電装置１に入力される。バッテリ充電装置１では、３相全波整流回路１１が交流電圧を全波整流して、第１の直流電圧を生成し、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２に供給する。第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２では、平滑コンデンサ１２１によって平滑化された第１の直流電圧がスイッチング素子１２２によってスイッチングされ、ほぼ矩形波状の交流電圧に変換される。スイッチング素子１２２は、スイッチング制御回路１２３によって制御される。

スイッチング素子１２２により生成された交流電圧は、整流ダイオード１２４によって整流されたのち、チョークコイル１２５および平滑コンデンサ１２６からなるＬＣ回路によって平滑化され、１４．５Ｖ程度の第２の直流電圧となる。この第２の直流電圧は、電装負荷４に供給されると共に、バッテリ３に供給され、これを充電する。第２の直流電圧はまた、スイッチング制御回路１２３にも供給される。

この状態では、バッテリ３は、ダイオード１５を介して例えば１２．５Ｖの直流電圧を出力する。また、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、第１の直流電圧を電圧変換して例えば１２Ｖの電圧を出力する。ところが、スイッチング制御回路１２３には、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２によって、より高い第２の直流電圧（１４．５Ｖ）が供給されているので、バッテリ３の出力電圧や第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１３の出力電圧はスイッチング制御回路１２３の動作には寄与しない。結局、この状態では、スイッチング制御回路１２３は、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２によって作られた第２の直流電圧（１４．５Ｖ）によって駆動されることになる。すなわち、符号ＲＣで示したように、直流電圧源である３相全波整流回路１１の出力電圧を、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２およびダイオード１５を介してスイッチング制御回路１２３に供給する「第３の電圧供給経路」が有効に機能する。

次に、ＡＣＧ２が停止状態から起動する場合の動作を説明する。バッテリ３が正常な出力電圧１２．５Ｖを出力している場合には、符号ＲＡで示したように、このバッテリ出力電圧がダイオード１５を介して第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２のスイッチング制御回路１２３に直接供給される「第１の電圧供給経路」が有効に機能する。

バッテリ３から電圧供給を受けたスイッチング制御回路１２３は、いつでもスイッチング素子１２２を駆動できる状態（動作可能状態、待機状態または通電状態）となる。この状態で、図示しないセルモータを起動させると、ＡＣＧ２が起動し、３相全波整流回路１１から第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２に直流電圧が供給される。なお、セルモータは、バッテリ３の出力電圧によって起動可能であるとする。スイッチング制御回路１２３は、既に動作可能状態にあるので、直ちにスイッチング素子１２２のスイッチング動作を開始させる。この後、ＡＣＧ２の交流出力が安定してくると、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２から第２の直流電圧１４．５Ｖが安定的に出力され、電装負荷４およびバッテリ３に供給されると共に、スイッチング制御回路１２３にも供給される。これ以降、この第２の直流電圧１４．５Ｖによってスイッチング制御回路１２３や電装負荷４が駆動され、バッテリ３の電力は消費されない。

一方、ＡＣＧ２の停止状態において、バッテリ３の出力電圧が、充電不足やバッテリ劣化等によって、１２．５Ｖを大きく下回り、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２のスイッチング制御回路１２３への入力電圧が８Ｖを下回っていた場合には、スイッチング制御回路１２３は動作可能状態になり得ない。すなわち、「第１の電圧供給経路」は機能し得ない。ところが、バッテリ３の出力電圧は、符号ＲＢ１で示したように、スイッチング素子１２２の寄生ダイオード１２２Ｄおよびダイオード１３２を介して第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１３に供給される。このため、バッテリ出力電圧が（４＋α）Ｖ以上であれば、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１３のスイッチング制御回路１３４が動作可能状態となり、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１３がいつでも起動できる状態となる。但し、αは、スイッチング素子１２２の寄生ダイオード１２２Ｄおよびダイオード１３２による電圧降下分である。

この状態で、僅かに残ったバッテリ３の出力電圧によってセルモータを回すか、あるいは手回しによってクランク軸を回すか、または車両を押すことによって、ＡＣＧ２を始動させると、３相全波整流回路１１から第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１３に直流電圧が供給される。スイッチング制御回路１３４は、既に動作可能状態にあるので、直ちにスイッチング素子１３３のスイッチング動作を開始させる。この後、ＡＣＧ２の交流出力が安定してくると、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１３から直流電圧１２Ｖが安定的に出力され、符号ＲＢ２で示したように、スイッチング制御回路１２３に供給される。これにより、スイッチング制御回路１２３は動作可能状態になり、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２が起動される。すなわち、３相全波整流回路１１からの直流電圧を基に、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２から第２の直流電圧１４．５Ｖが出力され、電装負荷４、バッテリ３およびスイッチング制御回路１２３に供給される。したがって、これ以降、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２からの第２の直流電圧１４．５Ｖによってバッテリ３が充電されると共に、電装負荷４が駆動される。また、スイッチング制御回路１２３もまた、この第２の直流電圧１４．５Ｖによって動作するようになる。

このように、バッテリ３の出力電圧が規定値以下になった場合には、符号ＲＢ１，ＲＢ２で示したように、バッテリ３の出力電圧をスイッチング素子１２２の寄生ダイオード１２２Ｄを介して第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１３に供給し、この第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１３の出力電圧をスイッチング制御回路１２３に供給する「第２の電圧供給経路」が有効に機能し、これにより、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２が起動されることとなる。

また、ＡＣＧ２の停止状態において、バッテリ３の配線が例えば断線し、バッテリ３から第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２のスイッチング制御回路１２３に電圧が供給されなくなってしまった場合においても、スイッチング制御回路１２３は動作可能状態になり得ない。この場合には、バッテリ３から第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１３への電圧供給もなされないので、上記の「第２の電圧供給経路」（ＲＢ１，ＲＢ２）は機能しない。

ところが、このような状況であっても、例えば手回しによってクランク軸を回すか、または車両を押すことによってＡＣＧ２を始動させることができれば、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２を起動させることが可能である。この場合、ＡＣＧ２が始動すると、３相全波整流回路１１から第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１３に第１の直流電圧が供給される。これにより、スイッチング制御回路１３４が動作可能状態になり、スイッチング素子１３３のスイッチング動作を開始させる。この後、ＡＣＧ２の交流出力が安定してくると、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１３から直流電圧１２Ｖが安定的に出力され、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２のスイッチング制御回路１２３に供給される。これにより、スイッチング制御回路１２３が動作可能状態になり、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２が起動される。すなわち、３相全波整流回路１１からの直流電圧を基に、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２から第２の直流電圧１４．５Ｖが出力され、電装負荷４およびスイッチング制御回路１２３に供給される。したがって、これ以降、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２からの第２の直流電圧１４．５Ｖによって、電装負荷４およびスイッチング制御回路１２３が動作するようになる。

このように、本実施の形態のバッテリ充電装置によれば、第２のＤＣ−ＤＣコンバータを、第１のＤＣ−ＤＣコンバータと並列に３相全波整流回路１１に接続するようにしたので、バッテリ３の劣化等によって充電が不十分であったり、バッテリ配線の断線等の不測の事態が生じたとしても、何らかの方法（押し駆けやクランク軸の手回し等）によってＡＣＧ２の始動さえできれば、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１３の出力電圧によって第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２を起動させることが可能である。したがって、遅れが許されない状況においてバッテリトラブルが発生したとしても、電装系を容易に復活させることができるので、早期のエンジン始動が可能になる。

特に、停止状態において、バッテリ３の出力電圧が規定値以下ではあるが所定電圧以上に確保されている場合には、バッテリ３の出力電圧をスイッチング素子１２２の寄生ダイオード１２２Ｄを介して第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１３に供給し、この第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１３の出力電圧をスイッチング制御回路１２３に供給する「第２の電圧供給経路」が有効に機能する。このため、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１３のスイッチング制御回路１３４を予め動作可能状態にしておくことができることから、押し駆けやクランク軸の手回し等によるＡＣＧ２の始動によって、直ちに（遅延なく）、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２を起動することができる。したがって、上記の例では、素早いエンジン始動が可能になる。なお、停止状態において、バッテリ充電装置１を動作させずに休止状態とするには、バッテリ３からの電力供給を絶つべく、イグニッションスイッチ５をオフ（開状態）とすればよい。

［第２の実施の形態］
図２は本発明の第２の実施の形態に係るバッテリ充電装置の回路構成を表すものである。この図で、上記第１の実施の形態（図１）と同一の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施の形態のバッテリ充電装置１Ａは、図１の第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２に代えて、電圧検出回路１４を有する第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１２Ａを備えている。この電圧検出回路１４は、３相全波整流回路１１から第１の直流電圧が供給されているか否かを監視し、供給されているときは、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１３の動作を停止させるように機能するもので、本発明における「停止回路」または「電圧検出回路」の一具体例に対応する。

電圧検出回路１４は、平滑コンデンサ１２１よりもバッテリ３側の電源線ＬＨと接地線ＬＧとの間に直列に接続された抵抗器１４１，１４２と、抵抗器１４１，１４２の接続点に一方の入力端Ａが接続され他方の入力端Ｂに基準電圧Ｖref が印加された比較器１４３と、を備えている。比較器１４３の出力端Ｃは、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１３のスイッチング制御回路１３４に接続されている。比較器１４３の一方の入力端Ａと出力端Ｃとの間には、抵抗器１４４が接続されている。なお、基準電圧Ｖref は一定電圧（例えば５Ｖ）である。その他の構成は、上記第１の実施の形態（図１）の場合と同様である。

本実施の形態のバッテリ充電装置１Ａでは、３相全波整流回路１１からの出力電圧に応じた分圧（検出対象電圧）が抵抗器１４１，１４２の接続点に現れ、比較器１４３の一方の入力端Ａに入力される。比較器１４３は、この検出対象電圧と基準電圧Ｖref とを比較し、検出対象電圧が基準電圧Ｖref 以上であると、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１３のスイッチング制御回路１３４に停止信号Ｓを出力する。これにより、スイッチング制御回路１３４は非動作可能状態となる。したがって、ＡＣＧ２からの交流出力があるときは、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１３が停止し、スイッチング制御回路１３４によるバッテリ３の電力消費が抑制される。

このように、本実施の形態のバッテリ充電装置１Ａによれば、ＡＣＧ２から電力供給がされ、メインのＤＣ−ＤＣコンバータ１２Ａが動いている状態では、補助用のＤＣ−ＤＣコンバータ１３を停止するようにしたので、無駄な電力消費を抑制することができる。
なお、本実施の形態においても、停止状態で、バッテリ充電装置１を動作させずに休止状態とするには、バッテリ３からの電力供給を絶つべく、イグニッションスイッチ５をオフとすればよい。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は各実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記各実施の形態では、通常のエンジンを動力源とする車両に搭載されるバッテリ充電装置について説明したが、これには限定されず、例えば、エンジンとモータとを組み合わせて動力源としたハイブリッド型自動車にも適用可能である。この種のハイブリッド型自動車は、通常、モータに接続された高圧バッテリと、トランスを介して低圧側に配置される低圧バッテリとを備える２バッテリ型車両として構成される。高圧バッテリは、車両加速時においてモータを駆動してエンジンをアシストする一方、車両減速時においてはモータの回生作用（発電機として機能させること）によって充電される。他方、低圧バッテリは、発電機からの交流電圧より得られる高圧直流電圧、または高圧バッテリから出力される高圧直流電圧をＤＣ−ＤＣコンバータによって降圧して得られる低圧直流電圧によって充電され、車両搭載機器の電源として利用される。この場合、発電機の交流電圧から直流電圧を得る整流回路または高圧バッテリが、本発明における「直流電圧源」の一具体例に対応する。

また、本発明のバッテリ充電装置は、モータを動力源とした電気自動車にも適用可能である。この場合には、高圧バッテリが、本発明における「直流電圧源」の一具体例に対応する。

また、本発明のバッテリ充電装置は、車両用以外の用途にも適用可能である。例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータを備え直流電圧出力端子を有する一般的な発電機等にも適用可能である。

本発明の第１の実施の形態に係るバッテリ充電装置の構成を表す回路図である。 本発明の第２の実施の形態に係るバッテリ充電装置の構成を表す回路図である。

符号の説明

１…バッテリ充電装置、２…３相交流発電機、３…バッテリ、４…電装負荷、５…イグニッションスイッチ、１１…３相全波整流回路、１２…第１のＤＣ−ＤＣコンバータ、１３…第２のＤＣ−ＤＣコンバータ、１４…電圧検出回路、１２１…平滑コンデンサ、１２２…第１のスイッチング素子、１２４…整流ダイオード、１２５…インダクタンス素子、１２６…平滑コンデンサ、１３１…トランス、１３１Ａ…１次側巻線、１３１Ｂ…１次側巻線、１３１Ｃ…２次側巻線、１３２，１３８…ダイオード、１３３…スイッチング素子、１３４…スイッチング制御回路、１３５，１３７…平滑コンデンサ、１３６…整流ダイオード、ＬＨ，ＬＧ…電源線。

Claims (7)

1. 高圧側の直流電圧源と、
   前記直流電圧源から供給される第１の直流電圧をスイッチングして交流電圧を生成するスイッチング素子と、生成された交流電圧を第２の直流電圧に変換して低圧側のバッテリに供給し充電する変換回路と、前記スイッチング素子を制御するスイッチング制御回路とを有する第１のＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータと並列に、前記直流電圧源に接続された第２のＤＣ−ＤＣコンバータと
   を備え、
   前記バッテリの出力電圧を前記スイッチング制御回路に直接供給する第１の電圧供給経路と、
   前記バッテリの出力電圧を前記スイッチング素子の寄生ダイオードを介して前記第２のＤＣ−ＤＣコンバータに供給し、この第２のＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング制御回路に供給する第２の電圧供給経路と
   を備えたことを特徴とするバッテリ充電装置。
2. さらに、
   前記直流電圧源の出力電圧を前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータを介して前記スイッチング制御回路に供給する第３の電圧供給経路
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ充電装置。
3. さらに、
   前記直流電圧源から前記第１の直流電圧が供給されているか否かを監視し、供給されているときは、前記第２のＤＣ−ＤＣコンバータの動作を停止させる停止回路
   を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバッテリ充電装置。
4. 前記直流電圧源は、発電機からの交流電圧を整流する整流回路である
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のバッテリ充電装置。
5. 高圧側の直流電圧源と、
   前記直流電圧源の出力端に接続された第１のスイッチング素子と、
   第１のスイッチング素子の制御端子に接続された第１のスイッチング制御回路と、
   前記スイッチング素子と低圧側のバッテリとの間に接続された第１の整流平滑回路と
   を含む第１のＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記直流電圧源の出力側に一端が接続された１次側巻線と、この１次側巻線から絶縁されて巻設された２次側巻線とを有するトランスと、
   前記１次側巻線の他端に接続された第２のスイッチング素子と、
   前記２次側巻線に接続された第２の整流平滑回路と
   を含む第２のＤＣ−ＤＣコンバータと
   を備え、
   前記第２の整流平滑回路の出力側が、前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータの前記スイッチング制御回路に接続されている
   ことを特徴とするバッテリ充電装置。
6. さらに、
   前記第２のＤＣ−ＤＣコンバータは、前記第２のスイッチング素子の制御端子に接続された第２のスイッチング制御回路を含み、
   前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータは、
   入力端が前記直流電圧源の出力側に接続され、出力端が前記前記第２のＤＣ−ＤＣコンバータの第２のスイッチング制御回路に接続された電圧検出回路を含む
   ことを特徴とする請求項５に記載のバッテリ充電装置。
7. 前記直流電圧源は、発電機からの交流電圧を整流する整流回路である
   ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載のバッテリ充電装置。

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