JP2014140277A

JP2014140277A - バッテリの充電制御装置

Info

Publication number: JP2014140277A
Application number: JP2013008505A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Osakabe; 鉄也刑部
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2013-01-21
Filing date: 2013-01-21
Publication date: 2014-07-31
Anticipated expiration: 2033-01-21
Also published as: JP6036323B2

Abstract

【課題】エンジンで駆動される交流発電機の余剰発電を抑えられるようにする。
【解決手段】エンジンで駆動される交流発電機１の出力を整流してバッテリＢを充電するためのバッテリの充電制御装置であって、順方向を同一にして直列接続するサイリスタ５、６の間にコイル２の一端が接続し、順方向を同一にして直列接続するサイリスタ７、８の間にコイル３の一端が接続し、順方向を同一にして直列接続するサイリスタ９、１０の間にコイル４の一端が接続する。サイリスタ５、７、９のカソード側に接続する正ライン１１と、サイリスタ６、８、１０のアノード側に接続する接地ライン１２との間にバッテリＢが接続する。制御回路１３は、交流発電機１の出力波形周期に基づいてエンジン回転数Ｎ_eを演算し、エンジン回転数Ｎ_eが閾値Ｎ以上のとき、サイリスタ９、１０をオフにすることにより三相式の交流発電機１を単相式に切り替えた上でオープン制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンで駆動される交流発電機の出力を整流してバッテリを充電するためのバッテリの充電制御装置に関する。

自動二輪車等の車両では、エンジンで駆動される交流発電機の出力を整流してバッテリを充電する。交流発電機としては、一般的に、３本のコイルをスター結線した三相式の交流発電機が用いられる。交流発電機によるバッテリの充電は、レギュレートレクチファイアと呼ばれる、整流と電圧制御を受け持つ充電制御装置により制御される。

特開昭６０−５５９００号公報

交流発電機の出力設計は、アイドル時に放電しないように車両の消費電力より出力が大きくなるようにしている。
しかしながら、交流発電機の出力特性はエンジン回転数とともに上昇するので、アイドル回転数以上の回転数域では、交流発電機が余剰発電することになる。

例えば特許文献１には、交流発電機の出力が所定値以上となったときは三相発電コイルの接続を双方向性制御整流素子を介して三相全波整流回路から単相全波整流の３個並列回路に切り替えるようにした直流発電装置が開示されている。
しかしながら、バッテリが満充電のときは、車両の所要電力を差し引いた分は余剰となり、エンジンに無駄な負荷がかかってしまう。

本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、エンジンで駆動される交流発電機の余剰発電を抑えられるようにすることを目的とする。

本発明のバッテリの充電制御装置は、エンジンで駆動される三相式の交流発電機の出力を整流してバッテリを充電するためのバッテリの充電制御装置であって、前記交流発電機に接続する整流素子としてのスイッチング手段と、エンジン回転数に基づいて、前記スイッチング手段を制御することにより、前記交流発電機を単相式に切り替える制御手段とを備えたことを特徴とする。
本発明のバッテリの充電制御装置の他の特徴とするところは、前記制御手段は、所定の閾値を基準としてエンジン回転数の低回転数域では前記交流発電機を三相式に、中高回転数域では前記交流発電機を単相式にする点にある。この場合に、前記制御手段は、前記交流発電機の出力波形周期に基づいてエンジン回転数を演算するようにしてもよい。
本発明のバッテリの充電制御装置の他の特徴とするところは、前記制御手段は、エンジン回転数の変化量に基づいて、前記スイッチング手段を制御することにより、前記交流発電機を単相式に切り替える点にある。前記制御手段は、所定の閾値を基準としてエンジン回転数の変化量が小さいときには前記交流発電機を三相式に、大きいときには前記交流発電機を単相式にする。この場合に、前記制御手段は、前記交流発電機の出力波形周期に基づいてエンジン回転数の変化量を演算するようにしてもよい。
本発明のバッテリの充電制御装置の他の特徴とするところは、前記交流発電機は、第１のコイル、第２のコイル及び第３のコイルをスター結線した三相式の交流発電機であり、順方向に電流を流すとともにオン・オフ制御可能な第１、第２のスイッチング手段が順方向を同一にして直列接続し、前記第１のコイルの一端が、順方向下流側にある前記第１のスイッチング手段と順方向上流側にある前記第２のスイッチング手段との間に接続し、順方向に電流を流すとともにオン・オフ制御可能な第３、第４のスイッチング手段が順方向を同一にして直列接続し、前記第２のコイルの一端が、順方向下流側にある前記第３のスイッチング手段と順方向上流側にある前記第４のスイッチング手段との間に接続し、順方向に電流を流すとともにオン・オフ制御可能な第５、第６のスイッチング手段が順方向を同一にして直列接続し、前記第３のコイルの一端が、順方向下流側にある前記第５のスイッチング手段と順方向上流側にある前記第６のスイッチング手段との間に接続し、前記第１、第３、第５のスイッチング手段の順方向下流に正ラインが接続し、前記第２、第４、第６のスイッチング手段の順方向上流に接地ラインが接続し、これら正ラインと接地ラインとの間に前記バッテリが接続しており、前記制御手段は、前記第１、第２のスイッチング手段をオフにするか、前記第３、第４のスイッチング手段をオフにするか、又は前記第５、第６のスイッチング手段をオフにするかのいずれかにより、前記三相式の交流発電機を単相式に切り替える点にある。

本発明によれば、交流発電機の出力に直接関係するエンジン回転数をパラメータとして、三相式の交流発電機を単相式に切り替えるようにしたので、交流発電機の余剰発電を抑えることができる。これにより、交流発電機によるエンジンの無駄な負荷を減らして、燃費を向上させることができる。また、充電制御装置での発熱量を低減させて、耐久性の向上や小型化を図ることができる。

実施形態に係るバッテリの充電制御装置の構成を示す図である。第１の実施形態における制御回路による制御処理を示すフローチャートである。三相式の交流発電機を単相式に切り替えた状態を示す等価回路図であるエンジン回転数と交流発電機の出力電流との関係を示す特性図である。バッテリの充電制御装置をＥＣＵに接続する場合の構成を示す図である。第２の実施形態における制御回路による制御処理を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１に、本実施形態に係るバッテリの充電制御装置の構成を示す。
交流発電機１は、３本のコイル２、３、４をスター結線した三相式の交流発電機であり、エンジンで駆動される。交流発電機１によるバッテリＢの充電は、レギュレートレクチファイアと呼ばれる、整流と電圧制御を受け持つ充電制御装置により制御される。

本実施形態に係る充電制御装置は全波整流型であり、整流素子としてサイリスタ５、６が順方向を同一にして直列接続し、コイル２の一端がサイリスタ５、６の間に接続する。同様に、整流素子としてサイリスタ７、８が順方向を同一にして直列接続し、コイル３の一端がサイリスタ７、８の間に接続する。また、整流素子としてサイリスタ９、１０が順方向を同一にして直列接続し、コイル４の一端がサイリスタ９、１０の間に接続する。
順方向下流側のサイリスタ５、７、９のカソード側には正ライン１１が接続し、順方向上流側のサイリスタ６、８、１０のアノード側には接地ライン１２が接続する。正ライン１１と接地ライン１２との間にバッテリＢが接続し、サイリスタ５、７、９の出力電流でバッテリＢの充電を行うようになっている。

サイリスタ５〜１０の各ゲートは、ＩＣにより構成される制御回路１３に接続し、制御回路１３によりゲート電圧の制御が行われる。
制御回路１３は、バッテリ電圧を監視しており、バッテリ電圧が所定の電圧未満のときはサイリスタ５〜１０をオンにする。このとき、サイリスタ５、７、９の出力電流でバッテリＢの充電が行われる（図中の実線の矢印を参照）。そして、制御回路１３は、バッテリ電圧が所定の電圧に達すると、サイリスタ５〜１０をオフにして、交流発電機１とバッテリＢとを遮断する（図中の点線の矢印を参照）、すなわち回路をオープンにする。

ここで、制御回路１３は、交流発電機１の出力を取り込み、その出力波形周期（電流波形或いは電圧波形の周期）に基づいてエンジン回転数Ｎ_eを演算する。

図２は、第１の実施形態における制御回路１３による制御処理を示すフローチャートである。図２のフローチャートは、制御回路１３において例えば一定間隔で実行される。
ステップＳ１０１で、制御回路１３は、交流発電機１の出力波形周期に基づいてエンジン回転数Ｎ_eを演算する。

ステップＳ１０２で、制御回路１３は、ステップＳ１０１において演算したエンジン回転数Ｎ_eが所定の閾値Ｎ以上であるか否かを判定する。

ステップＳ１０２においてエンジン回転数Ｎ_eが閾値Ｎ未満のときは、ステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３で、制御回路１３は、オープン制御を行う。すなわち、既述したように、バッテリ電圧が所定の電圧未満のときはサイリスタ５〜１０をオンにするが、バッテリ電圧が所定の電圧に達すると、サイリスタ５〜１０をオフにして、交流発電機１とバッテリＢとを遮断する。

それに対して、ステップＳ１０２においてエンジン回転数Ｎ_eが閾値Ｎ以上のときは、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４で、制御回路１３は、三相式の交流発電機１を単相式に切り替えた上でオープン制御を行う。具体的には、制御回路１３は、例えばコイル４に接続するサイリスタ９、１０をオフにする。これにより、実質的には図３に示すように、三相式の交流発電機１を単相式に切り替えることができる。
単相式に切り替えた状態においても、オープン制御を行う。すなわち、バッテリ電圧が所定の電圧未満のときはサイリスタ５〜８をオンにするが、バッテリ電圧が所定の電圧に達すると、サイリスタ５〜８をオフにして、交流発電機１とバッテリＢとを遮断する。

以上のように、閾値Ｎを基準としてエンジン回転数の低回転数域では交流発電機１を三相式に、中高回転数域では交流発電機１を単相式に切り替えるようにした。図４に、エンジン回転数と交流発電機１の出力電流との関係を示す。図４に実線で示すように、低回転数域では必要な出力電流を確保しつつ、中高回転数域では交流発電機１の余剰発電を抑えることができる。余剰発電を抑えることにより、交流発電機１によるエンジンの無駄な負荷を減らして、燃費を向上させることができる。また、余剰発電を抑えることにより、充電制御装置での発熱量を低減させて、耐久性の向上や小型化（ヒートシンク等の部品の小型化）を図ることができる。

なお、本実施形態では、制御回路１３が交流発電機１の出力波形周期に基づいてエンジン回転数Ｎ_eを演算するとしたが、エンジン回転数Ｎ_eを外部から取得するようにしてもかまわない。例えば図５に示すように、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１４から制御回路１３にエンジン回転数Ｎ_eに応じた信号が通知される構成でもよい。制御回路１３でエンジン回転数Ｎ_eを演算する場合、エンジン回転数Ｎ_eを外部から取得するための接続が不要となり、充電制御装置の配置自由度及び組み付け性を向上させることができる。一方、エンジン回転数Ｎ_eを外部から取得する場合、制御回路１３でエンジン回転数Ｎ_eを演算する必要がなくなり、制御回路１３の回路構成を簡単化することができる。
また、ＥＣＵ１４でエンジン回転数Ｎ_eが閾値Ｎ以上であるか否かを判定し、エンジン回転数Ｎ_eが閾値Ｎ以上のとき、制御回路１３に単相式に切り替えるように切替信号（オン・オフ信号）を通知する構成でもよい。この場合、制御回路１３でエンジン回転数Ｎ_eの判定を行う必要がなくなり、制御回路１３の回路構成を簡単化することができる。

また、本実施形態では、閾値Ｎを固定値とした例を説明したが、閾値Ｎが車両の状態に応じて変更されるようにしてもよい。例えばアクセサリが追加された場合等には、車両の所要電力が変化するので、ＥＣＵ１４等において所要電力を解析し、その値に基づいて閾値Ｎを変更するような構成としてもよい。また、相切り替えによる出力不足を検出した場合、以降の閾値Ｎを再設定するような構成としてもよい。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、エンジン回転数Ｎ_eに加えて、更にエンジン回転数の変化量ΔＮ_eに基づいて三相式の交流発電機１を単相式に切り替える例を説明する。バッテリの充電制御装置の構成は第１の実施形態と同様であり、以下では、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
本実施形態では、制御回路１３は、交流発電機１の出力を取り込み、その出力波形周期に基づいてエンジン回転数Ｎ_eを演算し、更にエンジン回転数の変化量ΔＮ_eを演算することができる。

図６は、第２の実施形態における制御回路１３による制御処理を示すフローチャートである。なお、図２のフローチャートと同様の処理には同一の符号を付し、その説明を省略する。
ステップＳ１０２においてエンジン回転数Ｎ_eが閾値Ｎ未満のときは、ステップＳ１０３に進み、制御回路１３は、既述したオープン制御を行う。
また、ステップＳ１０３でのオープン制御と並行して、ステップＳ１０５で、制御回路１３は、交流発電機１の出力波形周期に基づいてエンジン回転数の変化量ΔＮ_eを演算する。
ステップＳ１０６で、制御回路１３は、ステップＳ１０５において演算したエンジン回転数の変化量ΔＮ_eが所定の閾値ΔＮ以上であるか否かを判定する。閾値ΔＮとしては０より大きな値が設定され、エンジン回転数の変化量ΔＮ_eが閾値ΔＮ以上、すなわち車両が明らかな加速状態にあるか、エンジン回転数の変化量ΔＮ_eが閾値ΔＮ未満、すなわち車両が明らかな加速状態ではない（車両が一定速又は減速している、もしくは坂道等で微かに加速している）かが判定される。
ステップＳ１０６においてエンジン回転数の変化量ΔＮ_eが閾値ΔＮ未満のときは、ステップＳ１０３に戻って、引き続きオープン制御を行う。
それに対して、ステップＳ１０６においてエンジン回転数の変化量ΔＮ_eが閾値ΔＮ以上のときは、ステップＳ１０４に進み、三相式の交流発電機１を単相式に切り替えた上でオープン制御を行う。

以上のように、閾値ΔＮを基準としてエンジン回転数の変化量が小さいときには交流発電機１を三相式に、大きいときには交流発電機１を単相式に切り替えるようにした。これにより、車両の加減速状態に応じて発電量を調節することができる。例えば乗員の操作によってエンジン回転数が大きく上昇する、すなわち車両が明らかな加速状態にあるときに単相式としてエンジンの負荷を軽減させ、加速性能を向上させることができる。

なお、本実施形態では、制御回路１３が交流発電機１の出力波形周期に基づいてエンジン回転数の変化量ΔＮ_eを演算するとしたが、エンジン回転数Ｎ_eの場合と同様、ＥＣＵ１４から制御回路１３にエンジン回転数の変化量Ｎ_eに応じた信号を通知したり、ＥＣＵ１４でエンジン回転数の変化量Ｎ_eが閾値ΔＮ以上であると判定すると、制御回路１３に単相式に切り替えるように切替信号（オン・オフ信号）を通知したりする構成でもよい。

以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。例えば上記実施形態では本発明でいうスイッチング手段としてサイリスタを用いる例を説明したが、順方向に電流を流すとともにオン・オフ制御可能であればサイリスタに限定されるものではない。

Ｂ：バッテリ、１：交流発電機、２〜４：コイル、５〜１０：サイリスタ、１１：正ライン、１２：接地ライン、１３：制御回路、１４：ＥＣＵ

Claims

エンジンで駆動される三相式の交流発電機の出力を整流してバッテリを充電するためのバッテリの充電制御装置であって、
前記交流発電機に接続する整流素子としてのスイッチング手段と、
エンジン回転数に基づいて、前記スイッチング手段を制御することにより、前記交流発電機を単相式に切り替える制御手段とを備えたことを特徴とするバッテリの充電制御装置。
前記制御手段は、所定の閾値を基準としてエンジン回転数の低回転数域では前記交流発電機を三相式に、中高回転数域では前記交流発電機を単相式にすることを特徴とする請求項１に記載のバッテリの充電制御装置。
前記制御手段は、前記交流発電機の出力波形周期に基づいてエンジン回転数を演算することを特徴とする請求項１又は２に記載のバッテリの充電制御装置。
前記制御手段は、エンジン回転数の変化量に基づいて、前記スイッチング手段を制御することにより、前記交流発電機を単相式に切り替えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のバッテリの充電制御装置。
前記制御手段は、所定の閾値を基準としてエンジン回転数の変化量が小さいときには前記交流発電機を三相式に、大きいときには前記交流発電機を単相式にすることを特徴とする請求項４に記載のバッテリの充電制御装置。
前記制御手段は、前記交流発電機の出力波形周期に基づいてエンジン回転数の変化量を演算することを特徴とする請求項４又は５に記載のバッテリの充電制御装置。
前記交流発電機は、第１のコイル、第２のコイル及び第３のコイルをスター結線した三相式の交流発電機であり、
順方向に電流を流すとともにオン・オフ制御可能な第１、第２のスイッチング手段が順方向を同一にして直列接続し、前記第１のコイルの一端が、順方向下流側にある前記第１のスイッチング手段と順方向上流側にある前記第２のスイッチング手段との間に接続し、
順方向に電流を流すとともにオン・オフ制御可能な第３、第４のスイッチング手段が順方向を同一にして直列接続し、前記第２のコイルの一端が、順方向下流側にある前記第３のスイッチング手段と順方向上流側にある前記第４のスイッチング手段との間に接続し、
順方向に電流を流すとともにオン・オフ制御可能な第５、第６のスイッチング手段が順方向を同一にして直列接続し、前記第３のコイルの一端が、順方向下流側にある前記第５のスイッチング手段と順方向上流側にある前記第６のスイッチング手段との間に接続し、
前記第１、第３、第５のスイッチング手段の順方向下流に正ラインが接続し、前記第２、第４、第６のスイッチング手段の順方向上流に接地ラインが接続し、これら正ラインと接地ラインとの間に前記バッテリが接続しており、
前記制御手段は、前記第１、第２のスイッチング手段をオフにするか、前記第３、第４のスイッチング手段をオフにするか、又は前記第５、第６のスイッチング手段をオフにするかのいずれかにより、前記三相式の交流発電機を単相式に切り替えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のバッテリの充電制御装置。