JP2014171314A

JP2014171314A - 車両用発電制御装置

Info

Publication number: JP2014171314A
Application number: JP2013041546A
Authority: JP
Inventors: Kimihiro Asahata; 公宏麻畠
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2013-03-04
Filing date: 2013-03-04
Publication date: 2014-09-18

Abstract

【課題】高電圧蓄電装置を車体から絶縁することができながら、１つの発電機で高電圧蓄電装置および低電圧蓄電装置を充電することができる、車両用発電制御装置を提供する。
【解決手段】充電回路３１が駆動用バッテリ３に接続されると、発電機の電機子巻線１２，１３，１４が全波整流回路１８および充電回路３１を介して駆動用バッテリ３に接続されるので、発電機が生成する電力で駆動用バッテリ３を充電することができる。駆動用バッテリ３の充電の際には、補機バッテリ５が充電回路３１から切り離される。また、充電回路３１が補機バッテリ５に接続されると、発電機の電機子巻線１２，１３，１４が全波整流回路１８および充電回路３１を介して補機バッテリ５に接続されるので、発電機が生成する電力で補機バッテリ５を充電することができる。補機バッテリ５の充電の際には、駆動用バッテリ３が充電回路３１から切り離される。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用発電制御装置に関する。

自動車などの車両には、電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）やハイブリッドカー（ＨＶ：Hybrid Vehicle）など、高電圧バッテリと高電圧バッテリよりも低電圧を出力する低電圧バッテリとの２種類のバッテリを搭載したものがある。

また、車両には、バッテリの充電のための発電機が搭載されている。高電圧バッテリと低電圧バッテリとを搭載した車両では、たとえば、発電機で生成される電力が高電圧バッテリに供給されることにより、高電圧バッテリが充電される。そして、高電圧バッテリと低電圧バッテリとの間にＤＣ／ＤＣコンバータが設けられている。高電圧バッテリから出力される電圧がＤＣ／ＤＣコンバータで降圧され、その降圧後の電圧が低電圧バッテリに供給されることにより、低電圧バッテリが充電される。

ところが、ＤＣ／ＤＣコンバータの変換効率が低いため、ＤＣ／ＤＣコンバータが電費の向上の妨げになるという問題がある。ＤＣ／ＤＣコンバータを用いずに、１つの発電機で高電圧バッテリと低電圧バッテリとを充電する構成として、高電圧バッテリおよび低電圧バッテリの各マイナス端子をアースに接続して、発電機の接続先を高電圧バッテリのプラス端子と低電圧バッテリのプラス端子とに選択的に切り替えるものが提案されている。

特開２００４−２２９４６１号公報

しかしながら、たとえば、２００Ｖ程度のバッテリを高電圧バッテリとして搭載した車両では、高電圧による乗車人員の感電を防止するため、保安上、高電圧バッテリをボディから完全に絶縁することが要求される。そのため、前述の提案に係る技術は、近年の車両にそのまま適用することはできない。

本発明の目的は、高電圧蓄電装置を車体から絶縁することができながら、１つの発電機で高電圧蓄電装置および低電圧蓄電装置を充電することができる、車両用発電制御装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る車両用発電制御装置は、補機の駆動に必要な電力を蓄積する低電圧蓄電装置と、車両の走行に必要な電力を蓄積する高電圧蓄電装置と、電機子巻線および前記低電圧蓄電装置から給電される界磁巻線を有する発電機と、前記電機子巻線に接続され、前記電機子巻線からの出力を整流する整流回路と、前記低電圧蓄電装置および前記高電圧蓄電装置と前記整流回路とを接続可能に設けられた充電回路と、前記充電回路を前記低電圧蓄電装置に接続する場合は、前記充電回路を前記高電圧蓄電装置から切り離し、前記充電回路を前記高電圧蓄電装置に接続する場合は、前記充電回路を前記低電圧蓄電装置から切り離す接続切替手段とを含む。

この構成によれば、充電回路が低電圧蓄電装置に接続されると、発電機の電機子巻線が整流回路および充電回路を介して低電圧蓄電装置に接続されるので、発電機が生成する電力で低電圧蓄電装置を充電することができる。また、充電回路が高電圧蓄電装置に接続されると、発電機の電機子巻線が整流回路および充電回路を介して高電圧蓄電装置に接続されるので、発電機が生成する電力で高電圧蓄電装置を充電することができる。

そして、低電圧蓄電装置の充電の際には、高電圧蓄電装置が充電回路から切り離される。一方、高電圧蓄電装置の充電の際には、低電圧蓄電装置が充電回路から切り離される。そのため、低電圧蓄電装置のマイナス端子をアースに接続し、高電圧蓄電装置を車体（アース）から絶縁することができる。

よって、高電圧蓄電装置を車体から絶縁することができながら、１つの発電機で高電圧蓄電装置および低電圧蓄電装置を充電することができる。

また、高電圧蓄電装置および低電圧蓄電装置の充電のための発電機が１つでよいので、高電圧蓄電装置および低電圧蓄電装置の充電のための発電機を個別に設ける構成と比較して、軽量化、低コスト化および省スペース化を図ることができる。

本発明によれば、高電圧蓄電装置を車体から絶縁することができながら、１つの発電機で高電圧蓄電装置および低電圧蓄電装置を充電することができる。そして、高電圧蓄電装置および低電圧蓄電装置の充電のための発電機が１つでよいので、軽量化、低コスト化および省スペース化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る車両用発電制御装置が備えられた車両の要部構成を図解的に示す図である。駆動用バッテリ、補機バッテリ、発電機および充電装置の回路図である。制御部による制御の内容を示すフローチャートである。発電機の運転状態、駆動用バッテリの電池残量および補機バッテリの電圧の変化を示すグラフである。全波整流回路と駆動用バッテリとが電気的に接続された状態を示す回路図である。全波整流回路と補機バッテリとが電気的に接続された状態を示す回路図である。図２に示される回路の変形例に係る回路図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る車両用発電制御装置が備えられた車両の要部構成を図解的に示す図である。

車両１は、モータ２を走行用駆動源として搭載した電気自動車である。

車両１は、駆動用バッテリ３、インバータ４および補機バッテリ５を備えている。

駆動用バッテリ３は、複数の二次電池を組み合わせた組電池からなる。駆動用バッテリ３は、たとえば、容量が１２ｋｗｈであり、定格電圧が２００Ｖである。

インバータ４は、駆動用バッテリ３から直流電力の供給を受け、直流電力を交流電力に変換し、その交流電力をモータ２に供給する。

補機バッテリ５は、定格電圧が１２Ｖの二次電池からなり、モータ２以外の電気負荷（補機）の電源として備えられている。

また、車両１は、駆動用バッテリ３および補機バッテリ５の充電のために、発電用エンジン６、発電機７、充電装置８および制御部９を備えている。

発電用エンジン６には、図示しない燃料タンクからガソリンなどの燃料が供給される。発電用エンジン６は、燃料の燃焼によるエネルギにより、エンジン出力軸を回転させる。

発電機７は、発電用エンジン６のエンジン出力軸に結合されている。エンジン出力軸が回転すると、発電機７がその回転を電力に変換する。

充電装置８は、駆動用バッテリ３、補機バッテリ５および発電機７と電気的に接続されている。

制御部９は、マイクロコンピュータを含む。制御部９が充電装置８を制御することにより、発電機７によって生成される電力が充電装置８から駆動用バッテリ３および補機バッテリ５に選択的に供給される。充電装置８から供給される電力により、駆動用バッテリ３および補機バッテリ５が充電される。

図２は、駆動用バッテリ、補機バッテリ、発電機および充電装置の回路図である。

発電機７は、界磁巻線１１およびスター結線された３つの電機子巻線１２，１３，１４を備えている。界磁巻線１１は、発電用エンジン６のエンジン出力軸とともに回転するロータに設けられている。電機子巻線１２，１３，１４は、ステータに設けられている。界磁巻線１１に電流が供給されると磁束が発生し、ロータの回転に伴って、電機子巻線１２，１３，１４に電流が流れる。

界磁巻線１１の一端と補機バッテリ５の補機バッテリ５のマイナス端子との間には、スイッチング素子１５が介在されている。スイッチング素子１５は、たとえば、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴからなる。界磁巻線１１の他端は、補機バッテリ５のプラス端子と電気的に接続されている。補機バッテリ５のマイナス端子は、アースに接続されている。

また、界磁巻線１１およびスイッチング素子１５とそれぞれ並列に、還流ダイオード１６，１７が設けられている。

電機子巻線１２，１３，１４は、全波整流回路１８に接続されている。具体的には、全波整流回路１８は、２個のダイオード１９，２０の直列回路、２個のダイオード２１，２２の直列回路および２個のダイオード２３，２４の直列回路が互いに並列に接続され、その並列回路がプラス配線２５とマイナス配線２６との間に接続された構成を有している。電機子巻線１２は、ダイオード１９，２０の接続点に接続されている。電機子巻線１３は、ダイオード２１，２２の接続点に接続されている。電機子巻線１４は、ダイオード２３，２４の接続点に接続されている。

プラス配線２５の一端と駆動用バッテリ３のプラス端子との間には、高電圧プラス側リレー２７が介在されている。プラス配線２５の他端と補機バッテリ５のプラス端子との間には、低電圧プラス側リレー２８が介在されている。

マイナス配線２６の一端と駆動用バッテリ３のマイナス端子との間には、高電圧マイナス側リレー２９が介在されている。マイナス配線２６の他端と補機バッテリ５のマイナス端子との間には、低電圧マイナス側リレー３０が介在されている。

低電圧プラス側リレー２８および低電圧マイナス側リレー３０の各接点が開かれ、高電圧プラス側リレー２７および高電圧マイナス側リレー２９の各接点が閉じられると、全波整流回路１８と駆動用バッテリ３とがプラス配線２５およびマイナス配線２６を介して接続される。一方、高電圧プラス側リレー２７および高電圧マイナス側リレー２９の各接点が開かれ、低電圧プラス側リレー２８および低電圧マイナス側リレー３０の各接点が閉じられると、全波整流回路１８と補機バッテリ５とがプラス配線２５およびマイナス配線２６を介して接続される。したがって、プラス配線２５、マイナス配線２６、高電圧プラス側リレー２７、低電圧プラス側リレー２８、高電圧マイナス側リレー２９および低電圧マイナス側リレー３０は、全波整流回路１８と駆動用バッテリ３および補機バッテリ５とを選択的に接続する充電回路３１を構成する。

制御部９（図１参照）は、スイッチング素子１５、マイナス配線２６、高電圧プラス側リレー２７、低電圧プラス側リレー２８、高電圧マイナス側リレー２９および低電圧マイナス側リレー３０を制御して、駆動用バッテリ３および補機バッテリ５の充電を制御する。

図３は、制御部による制御の内容を示すフローチャートである。図４は、発電機の運転状態、駆動用バッテリの電池残量および補機バッテリの電圧の変化を示すグラフである。

車両１のイグニッションキースイッチがオンにされている間、制御部９により、図３に示される制御が繰り返し実行される。

まず、駆動用バッテリ３の充電量が所定の低閾値（たとえば、３．６ｋｗｈ）未満であるか否かが調べられる（ステップＳ１）。

駆動用バッテリ３の充電量が低閾値未満であれば（ステップＳ１のＹＥＳ）、車両１が走行中であるか否かが判別される（ステップＳ２）。

車両１が走行中である場合には（ステップＳ２のＹＥＳ）、発電機７および充電回路３１が駆動用バッテリ３を充電するための態様で運転される（ステップＳ３：２００Ｖ運転）。すなわち、スイッチング素子１５がオンにされて、補機バッテリ５から界磁巻線１１に電流が供給される。また、図５に示されるように、低電圧プラス側リレー２８および低電圧マイナス側リレー３０の各接点が開かれ、高電圧プラス側リレー２７および高電圧マイナス側リレー２９の各接点が閉じられて、全波整流回路１８と駆動用バッテリ３とが電気的に接続される。これにより、電機子巻線１２，１３，１４から出力される電流は、全波整流回路１８で全波整流されて（直流電流に変換されて）、駆動用バッテリ３に供給される。その結果、駆動用バッテリ３が充電され、図４に示されるように、駆動用バッテリ３の充電量が上昇する。

その後、駆動用バッテリ３の充電量が所定の高閾値（たとえば、６．９ｋｗｈ）に達したか否かが調べられる（ステップＳ４）。

車両１が走行している間は、駆動用バッテリ３の充電量が高閾値に達するまで（ステップＳ４のＮＯ）、発電機７によって生成される電力で駆動用バッテリ３が充電される。

駆動用バッテリ３の充電量が高閾値に達すると（ステップＳ４のＹＥＳ）、図３に示される制御がリターンされる。

駆動用バッテリ３の充電量が高閾値に達する前に、車両１の走行が停止された場合には（ステップＳ２のＮＯ）、発電機７および充電回路３１が補機バッテリ５を充電するための態様で運転される（ステップＳ５：１２Ｖ運転）。すなわち、スイッチング素子１５がオンにされて、補機バッテリ５から界磁巻線１１に電流が供給される。また、図６に示されるように、高電圧プラス側リレー２７および高電圧マイナス側リレー２９の各接点が開かれ、低電圧プラス側リレー２８および低電圧マイナス側リレー３０の各接点が閉じられて、全波整流回路１８と補機バッテリ５とが電気的に接続される。これにより、電機子巻線１２，１３，１４から出力される電流は、全波整流回路１８で全波整流されて（直流電流に変換されて）、補機バッテリ５に供給される。その結果、補機バッテリ５が充電され、図４に示されるように、補機バッテリ５の電圧が上昇する。

また、図３に示される制御が開始された時点で、駆動用バッテリ３の充電量が低閾値以上である場合にも（ステップＳ１のＮＯ）、発電機７および充電回路３１が補機バッテリ５を充電するための態様で運転される（ステップＳ５：１２Ｖ運転）。

以上のように、充電回路３１が駆動用バッテリ３に接続されると、発電機７の電機子巻線１２，１３，１４が全波整流回路１８および充電回路３１を介して駆動用バッテリ３に接続されるので、発電機７が生成する電力で駆動用バッテリ３を充電することができる。また、充電回路３１が補機バッテリ５に接続されると、発電機７の電機子巻線１２，１３，１４が全波整流回路１８および充電回路３１を介して補機バッテリ５に接続されるので、発電機７が生成する電力で補機バッテリ５を充電することができる。

そして、駆動用バッテリ３の充電の際には、補機バッテリ５が充電回路３１から切り離される。一方、補機バッテリ５の充電の際には、駆動用バッテリ３が充電回路３１から切り離される。そのため、補機バッテリ５のマイナス端子をアースに接続し、駆動用バッテリ３を車体（アース）から絶縁することができる。

よって、駆動用バッテリ３を車体から絶縁することができながら、１つの発電機７で駆動用バッテリ３および補機バッテリ５を充電することができる。

また、駆動用バッテリ３および補機バッテリ５の充電のための発電機７が１つでよいので、駆動用バッテリ３および補機バッテリ５の充電のための発電機を個別に設ける構成と比較して、軽量化、低コスト化および省スペース化を図ることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、高電圧プラス側リレー２７、低電圧プラス側リレー２８、高電圧マイナス側リレー２９および低電圧マイナス側リレー３０は、図７に示されるように、高電圧プラス側スイッチング素子４１、低電圧プラス側スイッチング素子４２、高電圧マイナス側スイッチング素子４３および低電圧マイナス側スイッチング素子４４に置き換えられてもよい。この場合、高電圧プラス側スイッチング素子４１、低電圧プラス側スイッチング素子４２、高電圧マイナス側スイッチング素子４３および低電圧マイナス側スイッチング素子４４とそれぞれ並列に、還流ダイオード４５，４６，４７，４８が設けられるとよい。

また、駆動用バッテリ３の充電量が低閾値未満に低下すると、駆動用バッテリ３の充電が開始され、駆動用バッテリ３の充電量が高閾値に達すると、駆動用バッテリ３の充電が停止されるとした。しかしながら、これに限定されず、駆動用バッテリ３の充電率であるＳＯＣ（State Of Charge）が所定の低閾値未満に低下すると、駆動用バッテリ３の充電が開始され、駆動用バッテリ３のＳＯＣが所定の高閾値に達すると、駆動用バッテリ３の充電が停止されてもよい。

さらに、車両１が発電用エンジン６を搭載した電気自動車である場合を例にとったが、本発明は、発電用エンジン６を搭載しない電気自動車やハイブリッドカーなどの車両にも適用することができる。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１車両
３駆動用バッテリ（高電圧蓄電装置）
５補機バッテリ（低電圧蓄電装置）
７発電機
９制御部（接続切替手段）
１１界磁巻線
１２電機子巻線
１３電機子巻線
１４電機子巻線
１８全波整流回路（整流回路）
３１充電回路

Claims

補機の駆動に必要な電力を蓄積する低電圧蓄電装置と、
車両の走行に必要な電力を蓄積する高電圧蓄電装置と、
電機子巻線および前記低電圧蓄電装置から給電される界磁巻線を有する発電機と、
前記電機子巻線に接続され、前記電機子巻線からの出力を整流する整流回路と、
前記低電圧蓄電装置および前記高電圧蓄電装置と前記整流回路とを接続可能に設けられた充電回路と、
前記充電回路を前記低電圧蓄電装置に接続する場合は、前記充電回路を前記高電圧蓄電装置から切り離し、前記充電回路を前記高電圧蓄電装置に接続する場合は、前記充電回路を前記低電圧蓄電装置から切り離す接続切替手段とを含む、車両用発電制御装置。