JP2009148073A - バッテリの充電方法および充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、部品点数を増加させることなく、外部電源によるバッテリ充電時の充電効率を向上させることができるバッテリの充電方法および充電装置を提供することを目的とする。
【解決手段】少なくとも交流電流を出力するモータジェネレータと、該モータジェネレータにより出力された交流電流をダイオードにより直流電流に整流するダイオード整流器と、モータジェネレータによる出力及び外部電源により充電可能とされるバッテリとが当該順序で直列に接続された電気回路におけるバッテリの充電方法および充電装置であって、外部電源により供給される交流電流を、モータジェネレータとダイオード整流器との間に供給する工程（ｓ４、ｓ１５）を有する。
【選択図】図２

Description

この発明は、少なくとも交流発電機、ダイオード整流器、及びバッテリが当該順序で直列に接続された電気回路におけるバッテリの充電方法および充電装置に関する。

従来から、蓄電装置としてのバッテリを充電する装置において、インバータを介して外部電源を上記バッテリに接続することにより、バッテリの充電を可能にしたものが知られている。これは、一般的にバッテリでは直流電流が扱われるためであり、外部電源から供給される交流電流は、インバータによって直流電流に変換され、バッテリに供給される。

また、近年では、このようなバッテリ充電装置がハイブリッド車両の電力供給システムに適用されている。例えば、下記特許文献１では、内燃機関に加え、バッテリに充電された電力を用いて車両の駆動力を発生するモータを動力源とした所謂ハイブリッド車両について開示されており、インバータによって外部電源によるバッテリの充電を可能にしている。

特開２００７−９９２２３号公報

ところで、交流電流を直流電流に変換する方式としては、インバータに比べ、ダイオード整流器による整流作用を用いるほうが効率が良いことが知られている。

しかしながら、電力供給システムにおいて、バッテリへの充電のためだけにダイオード整流器を設けることは、部品点数の増加、ひいては電子部品の実装基板の大型化に繋がり、レイアウト上好ましくないという問題がある。

この発明は、部品点数を増加させることなく、外部電源によるバッテリ充電時の充電効率を向上させることができるバッテリの充電方法および充電装置を提供することを目的とする。

この発明のバッテリの充電方法は、交流電流を出力する交流発電機と、該交流発電機により出力された交流電流をダイオードにより直流電流に整流するダイオード整流器と、上記交流発電機による出力及び外部電源により充電可能とされるバッテリと、直流電流を交流電流に変換するインバータと、上記交流電流が供給されることにより駆動するモータとが当該順序で直列に接続された電気回路におけるバッテリの充電方法であって、上記外部電源により供給される交流電流を、上記交流発電機と上記ダイオード整流器との間に供給する工程を有するものである。

この構成によれば、外部電源により供給される交流電流を、上記交流発電機と上記ダイオード整流器との間に供給することで、交流発電機ら出力される交流電流を整流するダイオード整流器を利用して、外部電源から供給される交流電流も整流することができ、直流電源への変換を行うことができる。

従って、バッテリの充電のためだけに部品点数を増加させることなく、外部電源によってバッテリを充電することが可能になり、ダイオード整流器の利用によりバッテリの充電効率の向上を図ることができる。

この発明の一実施態様においては、少なくとも上記外部電源による上記バッテリの充電時に、上記交流発電機と上記ダイオード整流器との間の外部電源の接続部と、上記交流発電機との接続を遮断する工程を有するものである。

この構成によれば、上記外部電源による充電時に上記接続部と上記交流発電機との接続を遮断することで、バッテリの充電時、外部電源からの電流が交流発電機に供給されることを抑制し、バッテリを無駄なく充電することができる。

この発明の一実施態様においては、上記接続部と上記交流発電機との接続を遮断する工程が、上記外部電源が上記接続部に接続された時に実行され、上記接続部と上記外部電源との接続が遮断された時には、上記交流発電機と上記接続部とを接続するものである。

この構成によれば、接続部と交流発電機との接続を遮断する工程が、外部電源が上記接続部に接続された時に実行されることにより、バッテリの充電が開始されるまでに交流発電機と外部電源とを確実に遮断させることができる。

この発明の一実施態様においては、上記接続部と上記交流発電機との接続を遮断する工程の後に、上記外部電源と上記ダイオード整流器とを接続する工程を有するものである。

この構成によれば、バッテリの充電時における外部電源から交流発電機への電流供給をより確実に抑制できる。

この発明の一実施態様においては、上記工程が、上記モータにより駆動される車両に搭載される電気回路において実行されるものであり、上記接続部と上記交流発電機との接続を遮断する工程は、上記車両の駐車時に常時実行されるものである。

この構成によれば、外部電源からの充電が行われる可能性の高い車両の駐車時に接続部と交流発電機との接続を遮断しておくことで、外部電源を接続部に接続した時には迅速に充電を開始することができる。

この発明の一実施態様においては、上記外部電源により出力された交流電流が上記ダイオード整流器により整流された後の直流電圧を昇圧または降圧し、上記バッテリ側への充電を実行する工程を有するものである。

この構成によれば、外部電源により出力された交流電流が上記ダイオード整流器により整流された後の直流電圧値と、バッテリの電圧値との間の大小関係に関わらず、バッテリを充電することが可能となる。

この発明のバッテリの充電方法は、交流電流を出力する交流発電機と、該交流発電機により出力された交流電流をダイオードにより直流電流に整流するダイオード整流器と、上記交流発電機による出力及び外部電源により充電可能とされるバッテリとが当該順序で直列に接続された電気回路におけるバッテリの充電方法であって、上記外部電源により供給される交流電流を、上記交流発電機と上記ダイオード整流器との間に供給する工程を有するものである。

この構成によれば、外部電源により供給される交流電流を、上記交流発電機と上記ダイオード整流器との間に供給することで、交流発電機ら出力される交流電流を整流するダイオード整流器を利用して、外部電源から供給される交流電流も整流することができ、直流電源への変換を行うことができる。

従って、バッテリの充電のためだけに部品点数を増加させることなく、外部電源によってバッテリを充電することが可能になり、ダイオード整流器の利用によりバッテリの充電効率の向上を図ることができる。

この発明の一実施態様においては、上記工程が、風のエネルギーを上記交流発電機により電気エネルギーに変換する風力発電システムに搭載される電気回路において実行されるものである。

この構成によれば、微風または無風状態により十分な電気エネルギーを抽出することができなくても、負荷（駆動対象物）に電力を安定的に供給し続けることができるようにバッテリが設けられた風力発電システムにおいて、外部電源によるバッテリ充電時の充電効率を向上させることができる。

この発明のバッテリの充電装置は、交流電流を出力する交流発電機と、該交流発電機により出力された交流電流をダイオードにより直流電流に整流するダイオード整流器と、直流電流を交流電流に変換するインバータと、上記交流電流が供給されることにより駆動するモータと、上記交流発電機による出力及び外部電源により充電可能とされるとともに、上記モータに電流を供給可能なバッテリとを備えたバッテリの充電装置であって、上記交流発電機と上記ダイオード整流器との間に上記外部電源の接続部を設けたものである。

この構成によれば、上記交流発電機と上記ダイオード整流器との間に上記外部電源の接続部を設けたことで、交流発電機ら出力される交流電流を整流するダイオード整流器を利用して、外部電源から供給される交流電流も整流することができ、直流電源への変換を行うことができる。

従って、バッテリの充電のためだけに部品点数を増加させることなく、外部電源によってバッテリを充電することが可能になり、ダイオード整流器の利用によりバッテリの充電効率の向上を図ることができる。

この発明の一実施態様においては、上記接続部と上記交流発電機との間に、接続切換手段が設けられ、少なくとも上記外部電源によるバッテリの充電時、上記接続切換手段により上記接続部と上記交流発電機との接続を遮断させる制御手段を有しているものである。

この構成によれば、接続切換手段により、バッテリの充電時、外部電源からの電流が交流発電機に供給されることを抑制し、バッテリを無駄なく充電することができる。

この発明の一実施態様においては、上記接続部に上記外部電源が接続された時、上記制御手段が、上記接続部と上記交流発電機との接続を遮断するように上記接続切換手段を制御するとともに、上記接続部と上記外部電源との接続が遮断された時、上記交流発電機と上記接続部とを接続するように上記接続切換手段を制御するものである。

この構成によれば、接続切換手段により、バッテリの充電が開始されるまでに交流発電機と外部電源とを確実に遮断させることができる。

この発明の一実施態様においては、上記外部電源と上記ダイオード整流器との接続を切換える第２の接続切換手段が設けられ、上記制御手段は、上記接続部と上記交流発電機との接続を遮断するように上記接続切換手段を制御した後に、上記外部電源と上記ダイオード整流器とを接続するように上記第２の接続切換手段を制御するものである。

この構成によれば、第２の接続切換手段により、バッテリの充電時における外部電源から交流発電機への電流供給をより確実に抑制できる。

この発明の一実施態様においては、上記モータの駆動により走行する車両に搭載されるものであり、上記制御手段は、車両の駐車時、上記接続部と上記交流発電機との間の接続を常時遮断するように上記接続切換手段を制御するものである。

この構成によれば、外部電源からの充電が行われる可能性の高い車両の駐車時に接続部と交流発電機との接続を遮断しておくことで、外部電源を接続部に接続した時には迅速に充電を開始することができる。

この発明の一実施態様においては、上記外部電源により出力された交流電流が上記ダイオード整流器により整流された後の直流電圧を昇圧または降圧することを可能とする昇降圧コンバータを、上記接続部と上記バッテリとの間に設けたものである。

この構成によれば、外部電源により出力された交流電流が上記ダイオード整流器により整流された後の直流電圧値と、バッテリの電圧値との間の大小関係に関わらず、バッテリを充電することが可能となる。

この発明のバッテリの充電装置は、交流電流を出力する交流発電機と、該交流発電機により出力された交流電流をダイオードにより直流電流に整流するダイオード整流器と、上記交流発電機による出力及び外部電源により充電可能とされるバッテリとを備えたバッテリの充電装置であって、上記交流発電機と、上記ダイオード整流器との間に上記外部電源の接続部を設けたものである。

この構成によれば、上記交流発電機と上記ダイオード整流器との間に上記外部電源との接続部を設けたことで、交流発電機ら出力される交流電流を整流するダイオード整流器を利用して、外部電源から供給される交流電流も整流することができ、直流電源への変換を行うことができる。

従って、バッテリの充電のためだけに部品点数を増加させることなく、外部電源によってバッテリを充電することが可能になり、ダイオード整流器の利用によりバッテリの充電効率の向上を図ることができる。

この発明の一実施態様においては、風のエネルギーを上記交流発電機により電気エネルギーに変換する風力発電システムに搭載されるものである。

この構成によれば、微風または無風状態により十分な電気エネルギーを抽出することができなくても、負荷（駆動対象物）に電力を安定的に供給し続けることができるようにバッテリが設けられた風力発電システムにおいて、外部電源によるバッテリ充電時の充電効率を向上させることができる。

この発明によれば、交流発電機ら出力される交流電流を整流するダイオード整流器を利用して外部電源から供給される交流電流も整流することができる。このため、バッテリの充電のためだけに部品点数を増加させることなく、外部電源によってバッテリを充電することが可能になり、バッテリの充電効率の向上を図ることができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳述する。
（第１実施形態）
まず、図１〜図６に示す第１実施形態について説明する。図１は本実施形態に係るハイブリッド車両の概略構成図であり、図２は同ハイブリッド車両の要部を示す配線図である。図１に示すように、本実施形態に係るハイブリッド車両は、エンジン１０と、このエンジン１０によって駆動されるモータジェネレータ２０とを有しているシリーズハイブリッド車両である。

シリーズハイブリッド車両とは、例えば特開２００５−２０４３７０号公報に開示されているように、エンジンによって発電機を駆動し、該発電機からモータに電力を供給し、該モータで駆動輪を駆動する車両である。パラレルハイブリッド車両とは異なり、シリーズハイブリッド車両では、エンジンは発電専用に使用され、エンジンが発生した動力は機械的には駆動輪に伝達されない。

エンジン１０は、例えば多気筒４サイクルガソリンエンジンであり、シリンダヘッドとシリンダブロックとによって要部が構成される本体１１と、この本体１１に形成される複数列の気筒１２と、各気筒１２に新気を導入するインテークマニホールド１４と、各気筒１２の既燃ガスを排出するエキゾーストマニホールド１５とを備えている。

本体１１には、各気筒１２に対応して設けられた燃料噴射弁１６および点火プラグ１７が取付けられている。そして、各気筒１２に設けられたピストンを昇降させることにより、当該ピストンに接続されたクランク軸１０ａを駆動するように構成されている。また、インテークマニホールド１４には、新気の量を調整するためのスロットル弁１８が設けられており、スロットルボディのアクチュエータ１９によって駆動されるようになっている。

図１、図２に示すように、モータジェネレータ２０は、エンジン１０のクランク軸１０ａに連結された例えば３相の多相電動発電機であり、エンジン１０に駆動されることによって交流電流を出力するとともに、交流電流を供給されることによってエンジン１０を始動するモータとしても機能するように構成されている。

モータジェネレータ２０は、ダイオード整流器２１に接続されている。ダイオード整流器２１は、モータジェネレータ２０の相数ｎに対応した複数組のダイオードＤ１〜Ｄ６を有している。ダイオード整流器２１の出力端子は、給電経路としてのＤＣバスライン２２に接続されている。

ＤＣバスライン２２には、平滑コンデンサＣ１が接続されている。また、ＤＣバスライン２２には、当該ＤＣバスライン２２の電圧を検出するＤＣバスライン電圧センサＳＷ１が接続されている。

本実施形態においては、このＤＣバスライン２２に、直流電流を交流電流に変換する第１、第２のインバータ２３、２４が並列に接続されている。各インバータ２３、２４は、それぞれ負荷となる多相モータ２５の相数に応じた複数組の素子Ｑ１１〜Ｑ１６、Ｑ２１〜Ｑ２６を有している。各素子Ｑ１１〜Ｑ１６、Ｑ２１〜Ｑ２６は、それぞれトランジスタやダイオード等で構成されている。

第１のインバータ２３は、交流電流の供給により駆動するモータ２５に接続されている。モータ２５は、ハイブリッド車両のディファレンシャル機構２６に接続され、このディファレンシャル機構２６を介してハイブリッド車両の後輪２７側の車軸２８を駆動するものである。また、本実施形態におけるモータ２５は、バッテリ回生用の発電機としても機能するように構成されている。

第２のインバータ２４は、スイッチング手段としてのリレースイッチ２９に接続されている。このリレースイッチ２９は、第２のインバータ２４をモータジェネレータ２０に接続する通常運転用給電経路２９ａと、第２のインバータ２４をモータ２５に接続するスタータ運転用給電経路２９ｂとの接点になっており、第２のインバータ２４を何れかの経路２９ａ、２９ｂに択一的に接続できるように構成されている。

この結果、第２のインバータ２４は、運転状態に応じて、第１のインバータ２３とともにモータ２５に交流電流を流したり、モータジェネレータ２０に通電して始動時のエンジン１０を駆動したりできるようになっている。

さらに、ＤＣバスライン２２には、電源装置３０が接続されている。電源装置３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータとしての双方向昇降圧コンバータ３１と、この双方向昇降圧コンバータ３１に接続されるバッテリ３２とを備えている。

双方向昇降圧コンバータ３１は、降圧用素子Ｑ１およびＱ３と、昇圧用素子Ｑ２およびＱ４と、リアクトルＬとを備えている。

各素子Ｑ１〜Ｑ４はトランジスタを含んでおり、上述した各素子Ｑ１１〜Ｑ１６、Ｑ２１〜Ｑ２６、及びＱ１〜Ｑ４のトランジスタは、例えばスイッチング素子としてのバイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、またはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等により構成される。

双方向昇降圧コンバータ３１において、例えば素子Ｑ１のトランジスタをＯＮに維持するとともに、素子Ｑ２およびＱ３のトランジスタをＯＦＦに維持し、素子Ｑ４のトランジスタを所定タイミングでＯＮ／ＯＦＦすることにより、ＤＣバスライン２２側を高電圧にしながら、バッテリ３２からＤＣバスライン２２に電流が流すことができるように構成されている。

また、素子Ｑ２〜Ｑ４のトランジスタをＯＦＦに維持するとともに、素子Ｑ１のトランジスタを所定タイミングでＯＮ／ＯＦＦすることにより、ＤＣバスライン２２側を低電圧にしながら、バッテリ３２からＤＣバスライン２２に電流を流すことができる。

また、素子Ｑ３のトランジスタをＯＮに維持するとともに、素子Ｑ１およびＱ４のトランジスタをＯＦＦに維持し、素子Ｑ２のトランジスタを所定タイミングでＯＮ／ＯＦＦすることにより、バッテリ３２側を高電圧にしながら、ＤＣバスライン２２からバッテリ３２に電流を流すことができるように構成されている。

また、素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ４のトランジスタをＯＦＦに維持するとともに、素子Ｑ３のトランジスタを所定タイミングでＯＮ／ＯＦＦすることにより、バッテリ３２側を低電圧にしながら、ＤＣバスライン２２からバッテリ３２に電流を流すことができる。

また、本実施形態では、図１、図２に示すように、モータジェネレータ２０とダイオード整流器２１との間の接点Ｐにおいて給電経路２０ａから分岐する給電経路４０ａが接続され、この給電経路４０ａを介して外部電源用コンセント４０（以下、単にコンセント４０と略記する）が接続されている。このコンセント４０は、例えば１００（Ｖ）の商用交流電源装置等の外部電源５０を接続可能としている。そして、このコンセント４０には、外部電源５０の接続の有無を検出するための外部電源接続センサＳＷ２が設けられている。

この外部電源接続センサＳＷ２は、例えば電圧検出センサとされており、コンセント４０の端子間電圧を検出可能としている。このため、外部電源５０がコンセント４０に接続された時には、コンセント４０の端子間電圧が外部電源５０の電圧値をとなることに基づいて外部電源５０の接続が検出される。

さらに、給電経路２０ａには、モータジェネレータ２０と接点Ｐとの接続を切換える第１スイッチＳＷ３が設けられるとともに、給電経路４０ａには、コンセント４０とダイオード整流器２１との接続を切換える第２スイッチＳＷ４が設けられている。

図３は、図１に示したハイブリッド車両の制御系統を示すブロック図である。図１に示したハイブリッド車両は、図３に示す制御手段としての制御ユニット（ＥＣＵ）１００によって制御される。

制御ユニット１００は、ＣＰＵ、メモリ等を備えたマイクロプロセッサであり、プログラムモジュールによって、入力要素からの検出信号を読み取り、所定の演算処理を実行して制御信号を出力要素に出力するものである。なお、図示の例では、一つのユニットとして制御ユニット１００を表しているが、具体的な態様としては、複数のユニットを組み合わせたモジュールアッセンブリであってもよい。

制御ユニット１００の入力要素としては、ＤＣバスライン電圧センサＳＷ１、外部電源接続センサＳＷ２、バッテリ電圧センサＳＷ５、車速センサＳＷ６、アクセル開度センサＳＷ７、ブレーキセンサＳＷ８、並びにイグニッションＯＮ／ＯＦＦセンサＳＷ９が含まれている。

また、制御ユニット１００の出力要素としては、燃料噴射弁１６、点火プラグ１７、スロットル弁アクチュエータ１９、第１、第２のインバータ２３、２４、リレースイッチ２９、双方向昇降圧コンバータ３１並びに第１、第２スイッチＳＷ３、ＳＷ４が含まれる。また、具体的には図示していないが、エンジン１０の燃焼制御のために、エンジン１０に装備されている種々のセンサ（水温センサ、回転角度センサ、スロットル開度センサ等）も接続されている。

図示の例において、制御ユニット１００は、運転状態判定部１０１と、エンジン１０の運転制御を実行する燃焼制御部１１０と、リレースイッチ２９の制御による給電制御を実行するリレー制御部１１１と、双方向昇降圧コンバータ３１を制御するバッテリ制御部１１２と、インバータ制御部１１３と、第１、第２スイッチＳＷ３、ＳＷ４を制御するスイッチ制御部１１４とを論理的に備えている。

運転状態判定部１０１は、ハイブリッド車両の運転状態を各センサＳＷ１〜ＳＷ９の検出に基づいて判定するものである。本実施形態において、運転状態判定部１０１は、ハイブリッド車両のエンジン運転要求の有無を判定する機能も備えている。

燃焼制御部１１０は、燃料噴射弁１６、点火プラグ１７、スロットル弁アクチュエータ１９等を制御することにより、エンジン１０の回転速度を制御して、ジェネレータ２０の回転速度を制御できるように構成されている。

リレー制御部１１１は、運転状態判定部１０１の判定結果に基づいて、リレースイッチ２９を切換えることにより、第２のインバータ２４を通常運転用給電経路２９ａからモータ２５に接続するモータ給電モードと、第２のインバータ２４をスタータ運転用給電経路２９ｂからジェネレータ２０に接続して、ジェネレータ２０をモータとして駆動し、エンジン１０を始動するスタータ給電モードとに切換えるものである。

バッテリ制御部１１２は、バッテリ電圧センサＳＷ５の出力に基づいて、通常は、電源装置３０の使用時におけるバッテリ３２からの出力電流を一定に維持したり、バッテリ回生時の過電流を防止したりする機能を果たしている。

また、バッテリ制御部１１２は、バッテリ３２の充電時、上述したＤＣバスライン電圧センサＳＷ１により検出された電圧値Ｖｄｃ（図２参照）と、バッテリ電圧センサＳＷ５により検出された電圧値Ｖｂ（図２参照）との大小関係を判定している。ここで、バッテリ制御部１１２は、Ｖｄｃ＜Ｖｂであると判定した時、双方向昇降圧コンバータ３１の素子Ｑ３のトランジスタをＯＮに維持するとともに、素子Ｑ１およびＱ４のトランジスタをＯＦＦに維持し、素子Ｑ２のトランジスタを所定タイミングでＯＮ／ＯＦＦするように制御する。

この場合、ＤＣバスライン２２側が低電圧であっても、バッテリ制御部１１２の制御により、双方向昇降圧コンバータ３１においてＤＣバスライン２２側の直流電圧を昇圧させることができるため、バッテリ３２側に電流を流し、これを充電することができる。

インバータ制御部１１３は、運転状態判定部１０１の判定結果に基づき、第１、第２のインバータ２３、２４のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御して、各インバータ２３、２４の給電対象に対する負荷状態を最適に制御するものである。

スイッチ制御部１１４は、外部電源接続センサＳＷ２の検出信号に基づき、第１、第２スイッチＳＷ３、ＳＷ４のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御するものである。

制御ユニット１００は、運転状態判定部１０１の判定結果に基づき、エンジン１０、モータジェネレータ２０、第１、第２のインバータ２３、２４、モータ２５、リレースイッチ２９、並びに双方向昇降圧コンバータ３１等を制御する。その制御により、車両の始動時や低トルク時の運転領域には、リレースイッチ２９を切換えて第２のインバータ２３をモータ２５に接続し、バッテリ３２の電力を第１、第２のインバータ２３、２４からモータ２５に供給し、車両をバッテリ３２の給電に基づいて駆動する。

また、要求負荷が中高トルクの運転領域では、リレー制御部１１１がリレースイッチ２９を後述するスタータ給電モードに切換えることにより、エンジン１０を始動してモータジェネレータ２０を発電機として利用し、エンジン１０を始動した後は、モータジェネレータ２０から供給される電流で、主として第１のインバータ２３からモータ２５を駆動するようにしている。

運転状態判定部１０１は、バッテリ電圧センサＳＷ５、車速センサＳＷ６、アクセル開度センサＳＷ７、ブレーキセンサＳＷ８、イグニッションＯＮ／ＯＦＦセンサＳＷ９を初めとする入力要素の検出信号から、エンジン１０の始動要求を判定する。具体的には、ブレーキが踏み込まれておらず、アクセルが踏み込まれている車両の中高負荷運転領域で運転されている場合には、エンジン１０の始動要求があると判定する。

エンジン１０の始動要求があったと判定した場合、第２のインバータ２４をＯＦＦにする。そして、リレー制御部１１１は、リレースイッチ２９をスタータ給電モード（第２のインバータ２４をモータジェネレータ２０に接続しているモード）に切換え、第２のインバータ２４をモータジェネレータ２０に接続する。

リレースイッチ２９がスタータ給電モードであった場合、またはスタータ給電モードに切換えられた場合、バッテリ制御部１１２が双方向昇降圧コンバータ３１の昇圧動作を実行するとともにインバータ制御部１１３が第１、第２のインバータ２４をともにＯＮにする。

これにより、電源装置３０から電流がＤＣバスライン２２を経由して第１、第２のインバータ２３、２４に流れ、第１のインバータ２３からはモータ２５を駆動する駆動電流が流れるとともに、第２のインバータ２４からは、モータジェネレータ２０を駆動する駆動電流が流れる。

この結果、モータジェネレータ２０はモータとして機能し、エンジン１０のクランク軸１０ａを駆動してエンジン１０を始動する一方、このエンジン始動と並行してモータ２５が駆動され、車両を駆動する。このように本実施形態では、複数のインバータ２３、２４を採用することにより、モータジェネレータ２０によるエンジン１０の始動動作と、モータ２５による車両の駆動動作とを同時に並行して実行することができる。

エンジン１０が駆動され、モータジェネレータ２０の回転速度Ｎｅ（従ってエンジン回転速度）が始動速度Ｎ１に達すると、制御ユニット１００は、モータジェネレータ２０の回転速度Ｎｅが始動速度Ｎ１に維持されるように供給電流量を制御する。具体的には、バッテリ制御部１１２による双方向昇降圧コンバータ３１のスイッチング動作や、インバータ制御部１１３による第２のインバータ２４の制御によって供給電流量が制御される。

次いで、燃焼制御部１１０は、エンジン１０の吸気圧や燃料噴射量、燃料噴射タイミング、並びに点火タイミングを周知のエンジン制御方法に基づいて制御し、エンジン１０の燃焼制御を実行する。

そして、モータジェネレータ２０の回転速度Ｎｅが所定の始動終了速度Ｎ２以上に達すると、インバータ制御部１１３は、第２のインバータ２４を一旦ＯＦＦにし、クランキング動作を終了する。

次いで、電流が止まるとリレー制御部１１１は、リレースイッチ２９をモータ給電モード（第２のインバータ２４をモータ２５に接続しているモード）に切換え、その後は、通常運転モードに移行して、両インバータ２３、２４のＯＮ／ＯＦＦ動作や双方向昇降圧コンバータ３１のスイッチング動作が制御される。

本実施形態においては、リレースイッチ２９をモータ給電モードに切換えた後も、運転状況に応じて第２のインバータ２４をＯＮ／ＯＦＦすることにより、第１のインバータ２３自身の効率を向上し、給電系の効率を全体として高めることも可能になる。

以上説明したように本実施形態では、第２のインバータ２４、リレースイッチ２９、及び第２のインバータ２４とモータジェネレータ２０とを直接接続可能なスタータ運転用給電経路２９ｂを設けているため、電源装置３０（バッテリ３２）からモータジェネレータ２０へ給電する際、駆動電流をＤＣバスライン２２において逆方向（通常運転モード時にモータジェネレータ２０からダイオード整流器２１、インバータ２３、２４、モータ２５の順に流れる方向を正方向とする）に流す必要がない。

このため、本実施形態では、エンジン１０によって駆動されるモータジェネレータ２０に、正方向に流れる電流のみを整流可能とするダイオード整流器２１を接続することが可能となっている。そして、モータジェネレータ２０により出力された交流電流をダイオード整流器２１のダイオードＤ１〜Ｄ６により直流電流に整流することで、発電系の効率を高め、損失の少ない給電系を構成することができる。

ところで、本実施形態では、モータジェネレータ２０の出力によってバッテリ３２を充電することを可能にしつつ、コンセント４０に外部電源５０を接続することで、外部電源５０によるバッテリ３２の充電が可能となっている。

ここで、本実施形態では、外部電源５０によるバッテリ３２の充電時には、給電経路４０ａによってモータジェネレータ２０とダイオード整流器２１との間に外部電源５０から交流電流が供給されるようになっている。

このため、モータジェネレータ２０から出力される交流電流を整流するダイオード整流器２１を利用して、外部電源５０から供給される交流電流も整流することができ、直流電源への変換を行うことができる。

従って、バッテリ３２の充電のためだけに部品点数を増加させることなく、外部電源５０によってバッテリ３２を充電することが可能になり、ダイオード整流器２１の利用によりバッテリ３２の充電効率の向上を図ることができる。

次に、図４を参照して、バッテリ３２の充電制御例について説明する。図４は、本実施形態におけるバッテリ３２の充電制御例を示すフローチャートである。

先ず、スイッチ制御部１１４は、外部電源接続センサＳＷ２により、外部電源５０の不図示の端子（プラグ）がコンセント４０に挿入（接続）されたか否かを判定する（ステップｓ１）。

ここで、外部電源接続センサＳＷ２によって外部電源５０の電圧が検出され、これに基づいて外部電源５０が挿入（接続）されたとスイッチ制御部１１４が判定すると（ステップｓ１：ＹＥＳ）、ステップｓ２に移行してスイッチ制御部１１４は第１スイッチＳＷ３をＯＦＦさせるとともに、ステップｓ３に移行して、第２スイッチＳＷ４をＯＮさせる。

この時、バッテリ制御部１１２は、外部電源５０により出力された交流電流がダイオード整流器２１により整流された後の電圧値Ｖｄｃと電圧値Ｖｂとの大小関係に基づいて双方向昇降圧コンバータ３１を制御し、ダイオード整流器２１より整流された後の直流電圧を適宜昇降圧制御する。これにより、外部電源５０により供給される電流は、図５において矢印Ｉ１で示すように、第２スイッチＳＷ４、ダイオード整流器２１、双方向昇降圧コンバータ３１を経由してバッテリ３２へ流れ、充電が実行される（ステップｓ４）。そして、バッテリ３２への充電が実行された後、処理がリターンされる。

ここで、ステップｓ１において、外部電源接続センサＳＷ２によって外部電源５０の電圧が検出されず、これに基づいて、外部電源５０がコンセント４０に挿入（接続）されていないと判定された場合には（ステップｓ１：ＮＯ）、ステップｓ５に移行し、スイッチ制御部１１４は、第１スイッチＳＷ３を図６に示すようにＯＮさせる。

この時、モータジェネレータ２０とダイオード整流器２１とが接続された状態であるため、エンジン１０の駆動によりモータジェネレータ２０の出力をモータ２５へ供給することが可能となる。

このように、外部電源５０によってバッテリ３２が充電されるに際して、モータジェネレータ２０と接点Ｐとの接続を第１スイッチＳＷ３によって遮断することにより、バッテリ３２の充電時、外部電源５０からの電流がモータジェネレータ２０に供給されることを抑制し、バッテリ３２を無駄なく充電することができる。

また、外部電源５０がコンセント４０に接続された時、ステップｓ２において第１スイッチＳＷ３をＯＦＦすることにより、バッテリ３２の充電が開始されるまでにモータジェネレータ２０と外部電源５０とを確実に遮断させることができる。

また、ステップｓ２の後、第２スイッチＳＷ４をＯＮにし、外部電源５０とダイオード整流器２１とを接続することにより、バッテリ３２への充電時におけるモータジェネレータ２０への電流供給をより確実に抑制できる。

また、コンセント４０（給電経路４０ａ、接点Ｐ）とバッテリ３２との間に双方向昇降圧コンバータ３１を接続することにより、電圧値Ｖｄｃと電圧値Ｖｂとの間の大小関係に関わらず、バッテリ３２を充電することが可能となる。

特に、本実施形態のようなハイブリッド車両においては、バッテリ３２の充電の直前でどれだけバッテリ３２内の電力が消費されたか、即ち、どれだけの電力が残っているかがそれまでの走行時間等によって変化するため、電圧値Ｖｄｃと電圧値Ｖｂとの間の大小関係は必ずしも一律ではない。従って、双方向昇降圧コンバータ３１によって両者の大小関係に関わらずバッテリ３２を充電することを可能にした本実施形態の構成は、ハイブリッド車両においてより顕著な効果を奏する。

（第２実施形態）
ところで、図１〜図６に示した第１実施形態では、給電経路２０ａ、４０ａの双方にスイッチＳＷ３、ＳＷ４を設ける構成とし、外部電源５０を接続した時に、各スイッチＳＷ３をＯＦＦ、スイッチＳＷ４をＯＮにそれぞれ切換えるようにしたが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。

通常、ハイブリッド車両の場合、外部電源５０との接続によってバッテリ３２の充電がなされるのは、車両が走行していない時であり、例えば駐車中である。そこで、車両が駐車中であるか否かの判定に基づいてスイッチＳＷ３の切換え制御することを可能にし、車両の駐車中においては常時スイッチＳＷ３をＯＦＦに維持するようにしてもよい。

図７は、第２実施形態に係るハイブリッド車両の概略構成図であり、本実施形態では、図７に示すように、モータジェネレータ２０と外部電源５０との接続を遮断するスイッチＳＷ３のみとされ、外部電源５０とダイオード整流器２１との接続を切換えるスイッチＳＷ４が省略されている。

また、制御ユニット１００’のスイッチ制御部１１４’は、イグニッションＯＮ／ＯＦＦセンサＳＷ９の検出結果に基づき、スイッチＳＷ３のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御するようになっている。

次に、図８を参照して、バッテリ３２の充電制御例について説明する。図８は、本実施形態におけるバッテリ３２の充電制御例を示すフローチャートである。先ず、スイッチ制御部１１４’により、イグニッションＯＮ／ＯＦＦセンサＳＷ９の検出信号が読み込まれる（ステップｓ１１）。

ここで、イグニッションＯＮ／ＯＦＦセンサＳＷ９によってイグニッションＯＮの状態が検出されない時、スイッチ制御部１１４’は、この検出結果に基づいて車両が駐車中であると判定し（ステップｓ１２：ＹＥＳ）、ステップｓ１３に移行してスイッチＳＷ３をＯＦＦさせる。

さらに、ステップｓ１４に移行し、スイッチ制御部１１４’が、外部電源接続センサＳＷ２により、外部電源５０の端子（プラグ）がコンセント４０に挿入（接続）されたか否かを判定する。

ここで、外部電源接続センサＳＷ２によって外部電源５０の電圧が検出されず、これに基づいて外部電源５０に挿入（接続）されていないとスイッチ制御部１１４’が判定すると（ステップｓ１４：ＮＯ）、処理をリターンし、外部電源５０が挿入（接続）されたと判定すると（ステップｓ１４：ＹＥＳ）、ステップｓ１５に移行する。

ステップｓ１５では、バッテリ制御部１１２が、第１実施形態と同様、電圧値Ｖｄｃと電圧値Ｖｂとの大小関係に基づいて双方向昇降圧コンバータ３１を制御し、ダイオード整流器２１により整流された後の直流電圧を適宜昇降圧制御する。

これにより、外部電源５０により供給される電流は、図９において矢印Ｉ２で示すように、ダイオード整流器２１、双方向昇降圧コンバータ３１を経由してバッテリ３２へ流れ、充電が実行される。そして、バッテリ３２への充電が実行された後、処理がリターンされる。

ここで、ステップｓ１２において、イグニッションＯＮ／ＯＦＦセンサＳＷ９の検出結果に基づきスイッチ制御部１１４’がイグニッションＯＦＦの状態でない（イグニッションＯＮの状態である）と判定した場合には（ステップｓ１２：ＮＯ）、ステップｓ１６に移行してスイッチ制御部１１４’が第１スイッチＳＷ３をＯＮさせる。

この時、モータジェネレータ２０とダイオード整流器２１とが接続された状態であるため、エンジン１０の駆動によりモータジェネレータ２０の電力をモータ２５へ供給することが可能となる。

このように、本実施形態では、外部電源５０からの充電が行われる可能性の高い車両の駐車時に予めスイッチＳＷ３をＯＦＦにしておくことで、外部電源５０をコンセント４０に接続した時には迅速に充電を開始することができる。

（第３実施形態）
また、上述した第２実施形態では、イグニッションＯＮ／ＯＦＦセンサＳＷ９の検出結果に基づいて車両の駐車中を判定し、これに基づいてスイッチＳＷ３を切換え制御するようにしたが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、イグニッションＯＮ／ＯＦＦセンサＳＷ９の代わりに、シフトレバーの位置がＰ（パーキング）レンジとなっているか否かを判定し、これに基づいて車両の駐車中を判定するようにしてもよい。

（第４実施形態）
また、上述した各実施形態では、第２のインバータ２４を設け、エンジン１０の始動時には、このインバータ２４によりモータジェネレータ２０をモータとして駆動制御するようにしたが、第２のインバータ２４を設けることには必ずしも限定されない。

例えば、図１０に示すように、バッテリ３２にエンジン始動用の小型インバータ２２４を接続し、エンジン１０の始動時には、バッテリ３２からこの小型インバータ２２４を介してモータジェネレータ２０に駆動電流を供給するようにしてもよい。また、モータジェネレータ２０とは異なる専用のスタータモータを別途備えるようにしてもよい。

（第５実施形態）
また、上述した各実施形態では、バッテリ３２を備えるシステムをハイブリッド車両に搭載した例を説明したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、少なくとも交流発電機から出力される交流電流をダイオード整流器によって直流電流に整流するとともに、外部電源から上記ダイオード整流器２１を介してバッテリ３２を充電することができるシステムであればよい。

例えば、図１１に示すように、風のエネルギーによって風車（回転羽根）３１０を回転させ、この回転エネルギーを交流発電機２０’によって電気エネルギーに変換する所謂風力発電システムに適用してもよい。図１１では、風車３１０と、この風車３１０の軸３１０ａに接続されて一体的に回転するロータ（不図示）を有する交流発電機２０’とが備えられ、この交流発電機２０’がダイオード整流器２１に接続されている。

また、図１１に示すシステムでは、微風または無風状態により十分な電気エネルギーを抽出することができなくても、負荷（駆動対象物）に電力を安定的に供給し続けることができるようにバッテリ３２が設けられている。そして、本実施形態では、上述した第１〜第４実施形態と同様、外部電源５０を使用可能な時に外部電源５０と接続することができ、この外部電源５０によってバッテリ３２を充電することができるようになっている。

このようなシステムであっても、ダイオード整流器２１により発電系の効率を高めることができ、外部電源５０によるバッテリ３２の充電時にダイオード整流器２１を利用することで、バッテリ充電時の充電効率を向上させることができる。

なお、第２〜第５実施形態において、図１〜図６を参照して説明した第１実施形態と同様の構成要素については、同一符号を付して、その詳しい説明を省略する。

この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明の交流発電機は、モータジェネレータ２０、交流発電機２０’に対応し、
以下同様に、
接続部は、外部電源用コンセント４０、給電経路４０ａ、及び接点Ｐに対応し、
接続切換手段は、第１スイッチＳＷ３に対応し、
制御手段は、ステップｓ２、ｓ３、ｓ５を実行するスイッチ制御部１１４、及びステップｓ１３、ｓ１６を実行するスイッチ制御部１１４’に対応し、
第２の接続切換手段は、第２スイッチＳＷ４に対応するも、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。

この発明の第１実施形態に係るハイブリッド車両の概略構成図。 同ハイブリッド車両の要部を示す配線図。 図１に示したハイブリッド車両の制御系統を示すブロック図。 バッテリの充電制御例を示すフローチャート。 外部電源によるバッテリ充電時の電流の流れを示す図。 外部電源と外部電源用コンセントとの接続が遮断された状態を示す配線図。 この発明の第２実施形態に係るハイブリッド車両の概略構成図。 バッテリの充電制御例を示すフローチャート。 外部電源によるバッテリ充電時の電流の流れを示す図。 この発明の第４実施形態に係るハイブリッド車両の要部を示す配線図。 この発明の第５実施形態に係る風力発電システムの概略構成図。

符号の説明

２０…モータジェネレータ
２０’…交流発電機
２１…ダイオード整流器
２３、２４、２２４…インバータ
２５…モータ
３２…バッテリ
３１…双方向昇降圧コンバータ
４０…外部電源用コンセント
４０ａ…給電経路
５０…外部電源
１１４、１１４’…スイッチ制御部
Ｐ…接点
ＳＷ３…第１スイッチ
ＳＷ４…第２スイッチ

Claims (16)

1. 交流電流を出力する交流発電機と、
   該交流発電機により出力された交流電流をダイオードにより直流電流に整流するダイオード整流器と、
   上記交流発電機による出力及び外部電源により充電可能とされるバッテリと、
   直流電流を交流電流に変換するインバータと、
   上記交流電流が供給されることにより駆動するモータとが当該順序で直列に接続された電気回路におけるバッテリの充電方法であって、
   上記外部電源により供給される交流電流を、上記交流発電機と上記ダイオード整流器との間に供給する工程を有する
   バッテリの充電方法。
2. 少なくとも上記外部電源による上記バッテリの充電時には、上記交流発電機と上記ダイオード整流器との間の外部電源の接続部と、上記交流発電機との接続を遮断する工程を有する
   請求項１記載のバッテリの充電方法。
3. 上記接続部と上記交流発電機との接続を遮断する工程は、上記外部電源が上記接続部に接続された時に実行され、
   上記接続部と上記外部電源との接続が遮断された時には、上記交流発電機と上記接続部とを接続する
   請求項２記載のバッテリの充電方法。
4. 上記接続部と上記交流発電機との接続を遮断する工程の後に、上記外部電源と上記ダイオード整流器とを接続する工程を有する
   請求項３記載のバッテリの充電方法。
5. 上記工程は、上記モータにより駆動される車両に搭載される電気回路において実行されるものであり、
   上記接続部と上記交流発電機との接続を遮断する工程は、上記車両の駐車時に常時実行される
   請求項２記載のバッテリの充電方法。
6. 上記外部電源により出力された交流電流が上記ダイオード整流器により整流された後の直流電圧を昇圧または降圧し、上記バッテリ側への充電を実行する工程を有する
   請求項１〜５のいずれか一項に記載のバッテリの充電方法。
7. 交流電流を出力する交流発電機と、
   該交流発電機により出力された交流電流をダイオードにより直流電流に整流するダイオード整流器と、
   上記交流発電機による出力及び外部電源により充電可能とされるバッテリとが当該順序で直列に接続された電気回路におけるバッテリの充電方法であって、
   上記外部電源により供給される交流電流を、上記交流発電機と上記ダイオード整流器との間に供給する工程を有する
   バッテリの充電方法。
8. 上記工程は、風のエネルギーを上記交流発電機により電気エネルギーに変換する風力発電システムに搭載される電気回路において実行される
   請求項７記載のバッテリの充電方法。
9. 交流電流を出力する交流発電機と、
   該交流発電機により出力された交流電流をダイオードにより直流電流に整流するダイオード整流器と、
   直流電流を交流電流に変換するインバータと、
   上記交流電流が供給されることにより駆動するモータと、
   上記交流発電機による出力及び外部電源により充電可能とされるとともに、上記モータに電流を供給可能なバッテリとを備えたバッテリの充電装置であって、
   上記交流発電機と上記ダイオード整流器との間に上記外部電源の接続部を設けた
   バッテリの充電装置。
10. 上記接続部と上記交流発電機との間には、接続切換手段が設けられ、
    少なくとも上記外部電源によるバッテリの充電時、上記接続切換手段により上記接続部と上記交流発電機との接続を遮断させる制御手段を有している
    請求項９記載のバッテリの充電装置。
11. 上記接続部に上記外部電源が接続された時、上記制御手段は、上記接続部と上記交流発電機との接続を遮断するように上記接続切換手段を制御するとともに、
    上記接続部と上記外部電源との接続が遮断された時、上記交流発電機と上記接続部とを接続するように上記接続切換手段を制御する
    請求項１０記載のバッテリの充電装置。
12. 上記外部電源と上記ダイオード整流器との接続を切換える第２の接続切換手段が設けられ、
    上記制御手段は、上記接続部と上記交流発電機との接続を遮断するように上記接続切換手段を制御した後に、上記外部電源と上記ダイオード整流器とを接続するように上記第２の接続切換手段を制御する
    請求項１１記載のバッテリの充電装置。
13. 上記モータの駆動により走行する車両に搭載されるものであり、
    上記制御手段は、車両の駐車時、上記接続部と上記交流発電機との間の接続を常時遮断するように上記接続切換手段を制御する
    請求項１０記載のバッテリの充電装置。
14. 上記外部電源により出力された交流電流が上記ダイオード整流器により整流された後の直流電圧を昇圧または降圧することを可能とする昇降圧コンバータを、上記接続部と上記バッテリとの間に設けた
    請求項９〜１３のいずれか一項に記載のバッテリの充電装置。
15. 交流電流を出力する交流発電機と、
    該交流発電機により出力された交流電流をダイオードにより直流電流に整流するダイオード整流器と、
    上記交流発電機による出力及び外部電源により充電可能とされるバッテリとを備えたバッテリの充電装置であって、
    上記交流発電機と、上記ダイオード整流器との間に上記外部電源の接続部を設けた
    バッテリの充電装置。
16. 風のエネルギーを上記交流発電機により電気エネルギーに変換する風力発電システムに搭載されるものである
    請求項１５記載のバッテリの充電装置。

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