JP4185660B2 - バッテリ充電装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばハイブリッド車に搭載される高電圧系のバッテリと低電圧系のバッテリとを充電するためのバッテリ充電装置および充電制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、環境保護や省エネルギーなどの観点から、エンジンと電気モータを組み合わせた動力システムを搭載するハイブリッド車が注目されている。このハイブリッド車では、加速時には電気モータによってエンジンの出力を補助し、減速時には減速回生によってバッテリ等への充電を行う等、様々な制御を行うことにより、エンジン出力の補助を効率よく行うようになっている。また、このハイブリッド車には、走行用の電気モータに電気エネルギーを供給するための高電圧系(例えば42V)のバッテリと、各種補機類の電源を供給するための低電圧系(例えば12V)のバッテリが搭載されており、これら電圧仕様が異なるバッテリの双方を充電するためのバッテリ充電装置が必要とされている。
【0003】
以下、この種の従来技術に係るバッテリ充電装置について、後述する図1および図2を援用して説明する。
同図において、発電機ACGの交流出力は、整流器D1〜D3と電界効果トランジスタQ1〜Q3からなる系(オープンレギュレータ)を介して低電圧系のバッテリBLに振り分けられると共に、整流器D4〜D6を介して高電圧系のバッテリBHに振り分けられる。この発電機ACGの交流出力の振り分けは、発電機ACGの交流出力(U相,V相,W相)の各位相に同期して、低電圧側の系に設けられた電界効果トランジスタQ1〜Q3の導通をそれぞれ制御することにより行われる。
【0004】
即ち、図2に示すように、例えば、発電機ACGが発生するU相の電圧が高くなる期間P1において、電界効果トランジスタQ1がオンして導通状態となり、整流器D1及び電界効果トランジスタQ1を介してU相の出力が低電圧系のバッテリBLに供給される。このとき、U相の電圧は、低電圧系のバッテリBLの端子電圧に引かれて低下するが、高電圧系側に設けられた整流器D4が逆バイアス状態とされるので、発電機の出力電圧が降下しても高電圧系のバッテリBHは放電されない。この後、期間P2においてU相の位相が反転して出力電圧が低下すると、整流器D1が逆バイアス状態となり、整流器D7を介してバッテリBLの充電が行われる。
【0005】
さらに、U相の電圧が高くなる期間P3において、電界効果トランジスタQ1がオフして非導通状態となる。これにより、低電圧系のバッテリBLに対する電力の供給が遮断され、発電機ACGから出力されるU相の電圧が上昇する。この結果、整流器D4が順バイアス状態とされ、この整流器D4を介して高電圧系のバッテリBHに発電機の出力電力が供給される。
同様に、他のV相およびW相の出力による充電動作が行われる。
【0006】
このように、電界効果トランジスタQ1〜Q3を制御することにより、低電圧系と高電圧系とが相補的に充電され、1台の発電機を用いて双方のバッテリを充電することが可能となっている。
なお、発電機のどの位相の出力を低電圧系および高電圧系の何れの充電に振り分けるかについては、これらのバッテリの充電状態に応じて適宜決定される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電圧仕様の異なる複数のバッテリを同一の発電機により充電するためには、各バッテリの電圧状態に応じて、発電機の出力を各バッテリに振り分けるための制御と、発電機の発電量を調節するための制御(発電機の界磁電流の制御)を必要とする。具体的には、高電圧系のバッテリの電圧に基づき発電機の発電量を制御し、低電圧系のバッテリの電圧に基づき発電機の出力の振り分けを行う制御方法が考えられる。
【0008】
しかしながら、バッテリ電圧のリップル分を補正するために、バッテリ電圧の検出系に遅れ時間を設けたり、あるいは整流時のノイズを低減するために、発電機の出力電圧がゼロとなるタイミングで交流位相ごとに発電機の出力を各バッテリに振り分けようとすると、各バッテリの状態により電圧調整を正確に行うことができない場合があるという問題がある。
【0009】
例えば、低電圧系のバッテリの電圧が低いときに発電機の出力を低電圧系のバッテリに振り分け、高電圧系のバッテリの電圧に応じて発電機の発電量を調節するものとした場合、高電圧系のバッテリの電圧が高い状態にあると、発電機の発電量が抑制される。このため、発電機の出力が低電圧系のバッテリに振り分けられていても、高電圧系のバッテリ電圧が低下して発電量が増やされるまで、発電機の発電量が不足した状態にある。このとき、バッテリの負荷が重い状態にあると、低電圧系のバッテリ電圧が大きく低下する。このように、この従来の制御方法によれば、バッテリの充電中に発電機の発電量が不足する場合が発生し、バッテリ電圧が一時的に低下する場合があるという問題がある。
【0010】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、バッテリの充電中に発電量の不足を生じることがなく、充電対象のバッテリの電圧を適正な状態に維持することができるバッテリ充電装置および充電制御方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、この発明は以下の構成を有する。
即ち、この発明に係るバッテリ充電装置は、交流電力を発生する発電機(例えば後述する発電機ACGに相当する構成要素)と、前記発電機の出力に同期したタイミングで該発電機の出力を低電圧系の第1のバッテリに振り分けて該第1のバッテリを充電する第1の充電系(例えば後述する整流器D1〜D3および電界効果トランジスタQ1〜Q3に相当する構成要素)と、前記発電機の出力に同期したタイミングであって前記第1のバッテリを充電するタイミングとは異なるタイミングで前記発電機の出力を高電圧系の第2のバッテリに振り分けて該第2のバッテリを充電する第2の充電系(例えば後述する整流器D4〜D6に相当する構成要素)と、前記第1および第2のバッテリの一方の電圧状態に基づき前記発電機の出力の振り分けを制御する第1の機能と、前記第1および第2のバッテリの他方の電圧状態に基づき前記発電機の界磁電流を制御する第2の機能とを有し、前記第1および第2のバッテリの何れかの電圧状態が一定時間持続したことを条件として前記第2の機能による制御状態を切り替える制御系と、を備えたことを特徴とする。
【0012】
この構成によれば、界磁電流(発電量)が抑制された制御状態において、バッテリの電圧状態が一定時間持続した場合、界磁電流の制御状態が切り替えられる。従って、例えばバッテリ電圧が低い状態で発電量が抑制された状態にあった場合、界磁電流の制御状態が切り替えられて界磁電流が増やされ、発電量が増やされる。よって、バッテリの充電中に発電量の不足を生じることがなく、充電対象のバッテリの電圧を適正な状態に維持することが可能となる。
【0013】
また、前記バッテリ充電装置において、前記制御系は、前記第1のバッテリの電圧に基づき前記発電機の出力の振り分けを行うと共に前記第2のバッテリの電圧に基づき前記発電機の界磁電流を制御するための第1の制御テーブルと、前記第2のバッテリの電圧に基づき前記発電機の出力の振り分けを行うと共に前記第1のバッテリの電圧に基づき前記発電機の界磁電流を制御するための第2の制御テーブルと、を有し、互いに対応する制御状態であって前記第1の制御テーブルに従った制御状態と第2の制御テーブルに従った制御状態とを切り替えることを特徴とする。
【0014】
さらに、前記バッテリ充電装置において、前記制御系は、前記第1の制御テーブルに従った制御状態において、前記発電機の出力の振り分け先が前記第1のバッテリであって前記発電機の界磁電流が抑制された制御状態が一定時間持続したことを条件に、前記第2の制御テーブルに従った制御状態に切り替えることを特徴とする。
【0015】
さらにまた、前記バッテリ充電装置において、前記制御系は、前記第2の制御テーブルに従った制御状態において、前記発電機の出力の振り分け先が前記第2のバッテリであって前記発電機の発電量が抑制された制御状態が一定時間持続したことを条件に、前記第1の制御テーブルに従った制御状態に切り替えることを特徴とする。
【0016】
なお、好ましくは、前記バッテリ充電装置において、前記第1の充電系として、アノードが前記発電機の出力端子側に接続されると共にカソードが前記第1のバッテリの電極側に接続された第1の整流器と、前記第1の整流器のカソードと前記第1のバッテリの電極との間に設けられ、前記第1のバッテリを充電すべきタイミングで導通状態とされると共に前記第2のバッテリを充電すべきタイミングで非導通状態とされる第1の電界効果トランジスタとを備え、前記第2の充電系として、アノードが前記発電機の出力端子側に接続されると共にカソードが前記第2のバッテリの電極側に接続された第2の整流器を備える。
【0017】
また、この発明に係る充電制御方法は、交流電力を発生する発電機の出力に同期したタイミングで該発電機の出力を低電圧系の第1のバッテリに振り分けると共に、前記発電機の出力に同期したタイミングであって前記第1のバッテリを充電するタイミングとは異なるタイミングで前記発電機の出力を高電圧系の第2のバッテリに振り分けて前記第1および第2のバッテリを充電する充電制御方法であって、前記第1および第2のバッテリの一方の電圧状態に基づき前記発電機の出力の振り分けを制御し、前記第1および第2のバッテリの他方の電圧状態に基づき前記発電機の界磁電流を制御し、前記第1および第2のバッテリの何れかの電圧状態が一定時間持続したことを条件として前記界磁電流の制御状態を切り替えることを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
図1に、本発明の実施の形態に係るバッテリ充電装置の構成を示す。同図において、ACGは、3相交流(U相,V相,W相)を発生する発電機、LFは発電機の界磁コイル、CNVは、発電機の交流出力を直流に変換して充電対象の低電圧系(例えば12[V])のバッテリBLおよび高電圧系(例えば42[V])のバッテリBHに振り分けるコンバータである。
【0019】
また、コンバータCNVにおいて、D1〜D3は、発電機ACGの交流出力を整流して低電圧側のバッテリBLに供給する整流器、Q1〜Q3は、発電機ACGの出力の振り分け先を制御する電界効果トランジスタ(n型)であり、これら整流器D1〜D3および電界効果トランジスタQ1〜Q3は、低電圧系のバッテリBLを充電するための第1の充電系を構成する。
【0020】
D4〜D6は、発電機ACGの交流出力を整流して高電圧側のバッテリBHに供給する整流器であり、高電圧系のバッテリBHを充電するための第2の充電系を構成する。D7〜D9は、整流器であり、上述の低電圧系側の整流器D1〜D3または高電圧系側の整流器D4〜D6と共に全波整流器を形成する。DFはダイオード、QFは電界効果トランジスタであり、これらは、制御部CTLの制御の下に界磁コイルLFに流れる電流(界磁電流)を調整するためのものである。
【0021】
CTLは、電界効果トランジスタQ1〜Q3,QFの導通を制御する制御部であって、低電圧系および高電圧系の一方のバッテリの電圧状態に基づき発電機ACGの出力の振り分けを制御する機能(第1の機能)と、他方のバッテリの電圧状態に基づき発電機ACGの界磁電流を制御する機能(第2の機能)とを有する。そして、後述するように、低電圧系および高電圧系の何れかのバッテリの電圧状態が一定時間持続したことを条件として界磁電流の制御状態を切り替える。
【0022】
さらに具体的に、各構成要素の接続関係を説明する。
整流器D1〜D3のアノードは、発電機ACGの出力端子に接続される。電界効果トランジスタQ1〜Q3は、整流器D1〜D3のカソードとバッテリBLの正極との間に設けられ、バッテリBLを充電すべきタイミングで導通状態とされると共に、バッテリBHを充電すべきタイミングで非導通状態とされる。整流器D4〜D6のアノードは、発電機ACGの出力端子に接続され、そのカソードはバッテリBHの正極に接続される。整流器D7〜D9のアノードは、グランドを介して低電圧系のバッテリBLの負極に接続され、そのカソードは上述の発電機ACGの出力端子に接続される。
【0023】
以下、図2〜図4を参照して、この実施の形態に係るバッテリ充電装置の動作(充電制御方法)を説明する。
この実施の形態に係るバッテリ充電装置の動作は、発電機ACGの出力を低電圧系のバッテリBLに振り分ける動作と、発電機ACGの出力を高電圧系のバッテリBHに振り分ける動作と、発電機ACGの出力の振り分け先および発電量を制御する動作とに分けられる。以下、順に説明する。
なお、この実施の形態では、発電機ACGは、昇圧するまでもなく低電圧系のバッテリBLおよび高電圧系のバッテリBHの何れをも充電可能な電圧を発生し得るものとする。また、この実施の形態に係るバッテリ充電装置の動作は、U相〜W相の各相について同様であるから、U相に着目して説明する。
【0024】
(1)低電圧系のバッテリBLに対する発電機出力の振り分け制御動作
制御部CTLは、発電機ACGのU相〜W相について各位相を検出し、この位相に同期したタイミングに従って電界効果トランジスタQ1〜Q3の導通をそれぞれ制御する。具体的には、制御部CTLは、U相の電圧が高くなる期間P1の始点で電界効果トランジスタQ1をオンさせる。電界効果トランジスタQ1がオンすると、整流器D1を介して発電機ACGのU相の出力が低電圧系のバッテリBLの正極に供給される。これにより、発電機ACGの出力に同期したタイミングで、この発電機ACGの出力が低電圧系のバッテリBLの充電に振り分けられる。この後、期間P2において発電機のU相の位相が切り替わって電圧が低下すると、整流器D7が順バイアス状態となって導通し、発電機ACGの出力は、整流器D7を介してバッテリBLに振り分けられる。
【0025】
(2)高電圧系のバッテリBHに対する発電機出力の振り分け制御動作
制御部CTLは、発電機ACGのU相の電圧が高くなる期間P3の始点で電界効果トランジスタQ1をオフさせる。これにより、低電圧系のバッテリBLの充電経路が遮断され、発電機ACGの出力電圧が上昇する結果、整流器D4が順バイアス状態とされ、この整流器D4を介して発電機ACGのU相の出力が高電圧系のバッテリBHに振り分けられる。このようにして、発電機ACGの出力に同期したタイミングであって上述の低電圧系のバッテリBLを充電するタイミングとは異なるタイミングで、発電機ACGの出力が高電圧系のバッテリBHの充電に振り分けられる。
【0026】
なお、上述のU相と同様に、V相およびW相の振り分けが行われる。この場合、整流器D2,D3は上述の整流器D1と同様に機能し、電界効果トランジスタQ2,Q3は上述の電界効果トランジスタQ1と同様に機能する。また、整流器D5,D6は上述の整流器D4と同様に機能し、整流器D8,D9は上述の整流器D7と同様に機能する。
【0027】
(3)発電機出力の振り分け先および発電量の制御動作
上述の発電機出力の振り分け先は、制御部CTLにより制御される。この一連の制御は、図3に示す制御テーブルCT1,CT2に従って行われる。ここで、図3(a)に示す制御テーブルCT1は、低電圧系のバッテリBLの電圧状態に基づいて発電機ACGの出力の振り分け先を決め、高電圧系のバッテリBHの電圧状態に基づいて発電機ACGの界磁電流を制御するためのものである。即ち、この制御テーブルCT1によれば、低電圧系のバッテリBLの電圧が高い場合、電界効果トランジスタQ1〜Q3をオフさせ、発電機出力を高電圧系のバッテリBHに振り分ける。逆に、低電圧系のバッテリBLの電圧が低い場合、電界効果トランジスタQ1〜Q3をオンさせ、発電機出力を低電圧系のバッテリBLに振り分ける。
【0028】
また、この制御テーブルCT1によれば、高電圧系のバッテリBHの電圧が高い場合、電界効果トランジスタQFをオフさせ、界磁コイルLFに流れる界磁電流を遮断し、発電機ACGの発電量を減らす。逆に、高電圧系のバッテリBHの電圧が低い場合、電界効果トランジスタQFをオンさせ、界磁コイルLFに界磁電流を供給し、発電機ACGの発電量を増やす。
この制御テーブルCT1では、低電圧系のバッテリBLの電圧状態(高/低)と、高電圧系のバッテリBHの電圧状態(高/低)の組み合わせに応じて、電界効果トランジスタQ1〜Q3,QFの制御状態がステージ10〜13の4種類に分けられている。以下、この制御テーブルCT1を使用した制御動作を「制御状態I」とする。
【0029】
次に、図3(b)に示す制御テーブルCT2は、上述の制御テーブルCT1とは逆に、高電圧系のバッテリBHの電圧状態に基づいて発電機出力の振り分け先を決め、低電圧系のバッテリBLの電圧状態に基づいて発電機の界磁電流を制御するためのものである。この制御テーブルCT2では、低電圧系のバッテリBLの電圧状態(高/低)と、高電圧系のバッテリBHの電圧状態(高/低)の組み合わせに応じて、電界効果トランジスタQ1〜Q3,QFの制御状態がステージS20〜23に分けられており、これらステージS20〜23と上述の制御テーブルCT1のステージ10〜13はそれぞれ対応する。以下、この制御テーブルCT2を使用した制御動作を「制御状態II」とする。
【0030】
後述するように、制御テーブルCT1と制御テーブルCT2は一定の条件が満足された場合に相互に切り替えられ、電界効果トランジスタQ1〜Q3,QFの制御状態が切り替えられる。この制御状態の切り替えは、制御テーブルCT1を使用した制御状態Iにおいて、ステージS11での制御状態が一定時間持続した場合と、制御テーブルCT2を使用した制御状態IIにおいて、ステージS22での制御状態が一定時間持続した場合に行われる。
【0031】
なお、上述の制御テーブルCT1,CT2において、「高」はバッテリが満充電状態にあることを意味し、「低」はバッテリが未充電状態にあることを意味するものとする。バッテリが満充電状態にあるか未充電状態にあるかについては、これらの充電状態の境界を与えるものとして予め設定された電圧(以下、「設定電圧」と称す)と比較することにより判断される。即ち、バッテリの電圧が設定電圧よりも低い電圧状態にある場合には未充電状態と判断され、逆に設定電圧よりも高い場合には満充電状態と判断される。この実施の形態では、低電圧系のバッテリBLに対しては設定電圧VRLが設定され、高電圧系のバッテリBHに対しては設定電圧VRHが設定されている。この実施の形態において、バッテリの「電圧状態」とは、この設定電圧に対する相対的な大小関係を表し、バッテリの電圧が設定電圧よりも高い状態または低い状態を意味する。
【0032】
以下、図4に示す波形図を参照して、発電機出力の振り分け先および発電量の制御動作を具体的に説明する。
なお、説明の便宜上、低電圧系のバッテリBLの負荷が重い状態(放電電流大の状態)にあり、高電圧系のバッテリBHの負荷が軽い状態(放電電流小の状態)にあるものとする。また、電界効果トランジスタQ1〜Q3は、発電機のU相、V相、W相の各位相に同期して、それぞれ異なるタイミングで制御されるが、説明の便宜上、「電界効果トランジスタQ1〜Q3がオンする」のように、これらの制御タイミングの違いを区別しない。
【0033】
まず、図4において、時刻t1以前の初期状態では、低電圧系のバッテリBLの電圧VBLおよび高電圧系のバッテリBHの電圧VBHが共に低い状態にあり、電界効果トランジスタQF,Q1〜Q3は、図3に示す制御テーブルCT1に従って制御される(制御状態I)。この場合、制御テーブルCT1のステージS13に示される制御条件に従って電界効果トランジスタQF,Q1〜Q3の導通が制御される。即ち、制御部CTLは、界磁電流制御信号SFにより電界効果トランジスタQFをオンさせ、発電機ACGの界磁コイルLFに界磁電流を与える。これにより、発電機ACGの発電量を増加させる。また、制御部CTLは、振り分け制御信号S1により電界効果トランジスタQ1〜Q3のオン/オフを制御し、発電機ACGの出力を低電圧系のバッテリBLと高電圧系のバッテリBHに振り分ける。
【0034】
さらに具体的に説明する。時刻t1以前の期間において、界磁電流制御信号SFおよび振り分け制御信号S1が共にハイレベルにある場合、電界効果トランジスタQ1〜Q3がオンし、発電状態にある発電機ACGの出力は、整流器D1〜D3または整流器D7〜D9を介して低電圧系のバッテリBLに振り分けられる。この結果、バッテリBLが充電され、このバッテリの電圧VBLが上昇する。この場合、バッテリBLの負荷は大きいので、電圧VBLは緩やかに上昇する。一方、高電圧系のバッテリBHには発電機ACGの出力が振り分けられないので、このバッテリBHは負荷の大きさに応じて放電し、その電圧VBHが低下する。この場合、高電圧系のバッテリBHの負荷は軽いので、電圧VBHは緩やかに低下する。
【0035】
また、時刻t1以前の期間において、振り分け制御信号S1がロウレベルになると、電界効果トランジスタQ1〜Q3がオフし、発電機ACGの出力が整流器D4〜D6または整流器D7〜D9を介して高電圧系のバッテリBHに振り分けられる。この結果、バッテリBHが充電され、このバッテリの電圧VBHが上昇する。この場合、バッテリBHの負荷は軽いので、電圧VBHは速やかに上昇する。一方、低電圧系のバッテリBLには発電機ACGの出力が振り分けられないので、このバッテリBLは負荷の大きさに応じて放電し、その電圧VBLが低下する。この場合、バッテリBHの負荷は重いので、電圧VBLは速やかに低下する。このようにして、各バッテリの電圧が低い状態にある時刻t1以前の期間では、制御テーブルCT1のステージS13の制御条件に従って、低電圧系のバッテリBLの充電と高電圧系のバッテリBHの充電が交互に行われる。
【0036】
上述の充電動作により、時刻t1において高電圧系のバッテリBHの電圧VBHが設定電圧VRHに達すると、制御部CTLは、制御状態をステージS13からステージS11に切り替え、このステージS11の制御条件に従って電界効果トランジスタQF,Q1〜Q3の導通を制御する。具体的には、制御部CTLの制御の下に、界磁電流制御信号SFがロウレベルとなり、電界効果トランジスタQFがオフする。この結果、発電機ACGの界磁電流が減少し、発電機ACGの発電量が抑制される。同時に、電界効果トランジスタQ1〜Q3がオンし、発電機ACGの出力が低電圧系のバッテリBLに振り分けられた状態に固定される。即ち、発電機ACGの発電量が抑制された状態で低電圧系のバッテリBLの充電が行われる。このステージS11の制御条件に従って低電圧系の充電が行われる結果、低電圧系および高電圧系のバッテリの電圧状態が変化すると、制御部CTLは、その変化後の各バッテリの電圧状態に応じて、制御条件をステージ10,12,13の何れかの制御条件に切り替えて、この制御条件に従って発電機ACGの出力を各バッテリに振り分ける。
【0037】
ここで、ステージS11では、充電対象の低電圧系のバッテリBLの電圧VBLが低い状態にありながら、発電量が抑制された状態にある。このような状態にある場合、低電圧系のバッテリBLの負荷が軽いときにはバッテリ電圧を適正値に維持することが可能であるが、負荷が重いときにはバッテリの放電電流が充電電流を上回る。このため、後述する図5に示すように、バッテリ電圧VBLがさらに低下する事態となる。このようにバッテリ電圧が大きく低下すると、回復するまでに時間を要し、低電圧系のバッテリBLを有効に充電することができない。
【0038】
そこで、上述のバッテリ電圧の低下を抑制するため、制御部CTLは、ステージS11において、低電圧系のバッテリBLの電圧状態が一定時間持続したことを条件として、発電機ACGの界磁電流の制御状態を切り替える(第2の機能による制御状態を切り替える)。具体的には、ステージS13からステージS11に切り替わった時刻t1を起点として、バッテリBLの電圧状態の持続時間を計測する。そして、時刻t1から一定時間Tcが経過した場合、即ち電圧状態が一定時間Tc持続した場合、制御部CTLは、時刻t2(一定時間Tcが経過した時刻)において、制御テーブルCT1から制御テーブルCT2に切り替え、制御条件をステージS11から、このステージS11とバッテリの電圧条件(高/低の組み合わせ)が同一のステージS21に切り替える。
なお、一定時間Tcは、負荷が接続されたバッテリの電圧が、許容し得る電圧まで低下するのに要する時間を実験的に求めて算出されたものであり、低電圧系および高電圧系の各バッテリについて準備される。この一定時間Tcの経過前であれば、バッテリ電圧の低下は許容範囲内にある。
【0039】
時刻t2で制御テーブルが切り替えられると、電界効果トランジスタQ1〜Q3はそれまでのオン状態を維持すると共に、電界効果トランジスタQFがオフ状態からオン状態に変化する。この結果、発電機ACGの出力が低電圧系のバッテリBLに振り分けられた状態で界磁コイルLFに界磁電流が供給され、発電機ACGの発電量が増やされる。これにより、バッテリBLの充電に必要な発電量が得られ、このバッテリBLが充電される。
【0040】
このように、ステージS11の制御条件による制御状態Iが一定時間持続した場合には、制御テーブルTC2に従った制御状態IIに切り替えて、発電機ACGの界磁電流を増やすことにより、バッテリBLの負荷が重い場合であっても、低電圧系のバッテリBLを充電するのに必要とされる発電量を確保することが可能となる。これにより、ステージS21に切り替わった時刻t2において、バッテリの電圧VBLが徐々に回復を始める。これ以降、低電圧系のバッテリの電圧VBLが設定電圧VRLに達すると、制御部CTLは、界磁電流制御信号SFとしてクロック信号を電界効果トランジスタQFに与え、このときの電圧VBLを維持するように界磁電流の電流値を調節する。
【0041】
ここで、図5を参照して、上述のステージS11において、バッテリの電圧状態が一定時間持続した場合であっても、制御テーブルを切り替えなかった場合の動作を参考までに説明する。ステージS11の制御条件によれば、負荷が重いとバッテリ電圧VBLが大きく低下する。この場合、図5に示すように、上述の時刻t1に対応する時刻t10においてステージS13からステージS11に切り替わると、発電量が抑制された状態にある発電機ACGの出力が負荷に費やされ、低電圧系のバッテリBLの電圧VBLが大幅に低下する。
【0042】
この後、時刻t11において、高電圧系のバッテリBHの電圧VBHが設定電圧VRH以下になると、ステージS13に切り替わり、発電量が増やされるが、既に電圧VBLは大きく低下した状態にあるため、回復に時間を要し、充電時間が大幅にながくなる。従って、上述の図4に示すように、制御テーブルを切り替えて、制御状態を切り替えることにより、バッテリの負荷に応じた発電量を確保することが可能となり、バッテリ電圧を設定値に維持することが可能となる。
以上により、制御テーブルCT1を制御テーブルCT2に切り替える場合の充電制御動作を説明した。
【0043】
以下、逆に制御テーブルCT2から制御テーブルCT1に切り替える場合の充電制御動作を説明する。
制御テーブルCT2を用いた充電制御によれば、ステージS22において、充電対象の高電圧系のバッテリBHの電圧VBHが低い状態にありながら、発電量が抑制された状態となる。このような状態にあると、上述のように、このバッテリBHの負荷が重い場合に放電電流が充電電流を上回り、バッテリ電圧VBHが大きく低下する事態となる。
【0044】
そこで、このバッテリ電圧の低下を抑制するため、制御部CTLは、同様に、ステージS22において、高電圧系のバッテリBHの電圧状態が一定時間持続したことを条件として、発電機ACGの界磁電流の制御状態を切り替える(第2の機能による制御状態を切り替える)。具体的には、制御テーブルCT2内の他のステージからステージS22に切り替わった時刻を起点として、制御部CTLは、このステージS22の制御条件に従った制御状態の持続時間を計測する。そして、この時刻から一定時間が経過した場合、制御テーブルCT2から制御テーブルCT1に切り替え、制御条件をステージS22からステージS12に切り替える。
【0045】
このように制御テーブルが切り替えられると、電界効果トランジスタQ1〜Q3はそれまでのオフ状態を維持すると共に、電界効果トランジスタQFがオフ状態からオン状態に変化する。この結果、界磁コイルLFに界磁電流が流れて発電機ACGの発電量が増え、バッテリBHの充電に必要な発電量が得られる。従って、低電圧系および高電圧系の各バッテリの電圧状態に応じて、発電機出力の振り分け先と発電量が制御され、バッテリ電圧を適正値に維持しながら、効率よく充電が行われる。
【0046】
この実施の形態によれば、低電圧系および高電圧系の各バッテリの電圧状態に応じて、発電機の出力の振り分け先と発電量とを制御すると共に、同一の電圧状態が一定時間持続した場合に制御テーブルを切り替えるようにしたので、バッテリの負荷に応じて発電量を適切に制御することができる。従って、バッテリの負荷が軽い場合には発電量を抑制することが可能となり、効率的な充電が可能となり、負荷が重い場合には、発電機の発電量を増やし、バッテリ電圧を適正値に維持することが可能となる。
【0047】
以上、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、この実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。例えば、上述の実施の形態では、例えば、制御テーブルCT1を用いた制御状態において、同一電圧状態が一定時間持続した場合に制御テーブルCT2に切り替えるものとしたが、制御テーブルCT2に切り替えた後にバッテリ電圧が回復した場合、制御テーブルCT2から制御テーブルCT1に戻すようにしてもよい。これにより、制御テーブルCT1を主体とした充電制御を行うことができる。同様に、制御テーブルCT2を主体として充電制御を行うように構成することも可能である。
【0048】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、以下の効果を得ることができる。
即ち、低電圧系の第1のバッテリおよび高電圧系の第2のバッテリの一方の電圧状態に基づき発電機の出力の振り分けを制御し、前記第1および第2のバッテリの他方の電圧状態に基づき発電機の界磁電流を制御し、前記第1および第2のバッテリの何れかの電圧状態が一定時間持続したことを条件として界磁電流の制御状態を切り替えるようにしたので、バッテリの充電中に発電量の不足を生じることがなく、しかも無駄な発電を抑制しながら充電対象のバッテリの電圧を適正な状態に維持することが可能となる。
【0049】
また、第1のバッテリの電圧に基づき発電機の出力の振り分けを行うための第1の制御テーブルと、第2のバッテリの電圧に基づき発電機の出力の振り分けを行うための第2の制御テーブルとを有し、第1の制御テーブルに従った制御状態と第2の制御テーブルに従った制御状態とを切り替えるようにしたので、発電機の界磁電流の制御状態を切り替えることが可能となる。
【0050】
さらに、第1の制御テーブルに従った制御状態において、発電機の出力の振り分け先が第1のバッテリであって発電機の界磁電流が抑制された制御状態が一定時間持続したことを条件に、第2の制御テーブルに従った制御状態に切り替えるようにしたので、低電圧系のバッテリの負荷が重い場合であっても、このバッテリ電圧を適正値に維持することが可能となる。
【0051】
さらにまた、第2の制御テーブルに従った制御状態において、発電機の出力の振り分け先が第2のバッテリであって発電機の発電量が抑制されない制御状態が一定時間持続したことを条件に、第2の制御テーブルに従った制御状態に切り替えるようにしたので、高電圧系のバッテリの負荷が重い場合であっても、このバッテリ電圧を適正値に維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態にかかるバッテリ充電装置の構成を示すブロック図である。
【図2】 この発明の実施の形態にかかるバッテリ充電装置の全体動作を説明するための波形図である。
【図3】 この発明の実施の形態にかかる制御テーブルの構成を示す図である。
【図4】 この発明の実施の形態にかかるバッテリ充電装置の動作(充電制御方法)を説明するための波形図である。
【図5】 この発明の実施の形態にかかるバッテリ充電装置の動作(充電制御方法)を補足説明するための参考図である。
【符号の説明】
ACG:発電機
BH:高電圧系のバッテリ
BL:低電圧系のバッテリ
CTL:制御部
CNV:コンバータ
D1〜D9,DF:整流器
LF:界磁コイル
Q1〜Q3,QF:電界効果トランジスタ(n型)
Claims (2)
- 交流電力を発生する発電機と、
前記発電機の出力に同期したタイミングで該発電機の出力を低電圧系の第1のバッテリに振り分けて該第1のバッテリを充電する第1の充電系と、
前記発電機の出力に同期したタイミングであって前記第1のバッテリを充電するタイミングとは異なるタイミングで前記発電機の出力を高電圧系の第2のバッテリに振り分けて該第2のバッテリを充電する第2の充電系と、
前記第1および第2のバッテリの一方の電圧状態に基づき前記発電機の出力の振り分けを制御する第1の機能と、前記第1および第2のバッテリの他方の電圧状態に基づき前記発電機の界磁電流を制御する第2の機能とを有し、前記第1および第2のバッテリの何れかの電圧状態が一定時間持続したことを条件として前記第2の機能による制御状態を切り替える制御系と、
を備え、
前記制御系は、前記第1のバッテリの電圧に基づき前記発電機の出力の振り分けを行うと共に前記第2のバッテリの電圧に基づき前記発電機の界磁電流を制御するための第1の制御テーブルと、前記第2のバッテリの電圧に基づき前記発電機の出力の振り分けを行うと共に前記第1のバッテリの電圧に基づき前記発電機の界磁電流を制御するための第2の制御テーブルと、を有し、互いに対応する制御状態であって前記第1の制御テーブルに従った制御状態と第2の制御テーブルに従った制御状態とを切り替え、
さらに、前記制御系は、前記第1の制御テーブルに従った制御状態において、前記発電機の出力の振り分け先が前記第1のバッテリであって前記発電機の界磁電流が抑制された制御状態が一定時間持続したことを条件に、前記第2の制御テーブルに従った制御状態に切り替える
ことを特徴とするバッテリ充電装置。 - 交流電力を発生する発電機と、
前記発電機の出力に同期したタイミングで該発電機の出力を低電圧系の第1のバッテリに振り分けて該第1のバッテリを充電する第1の充電系と、
前記発電機の出力に同期したタイミングであって前記第1のバッテリを充電するタイミングとは異なるタイミングで前記発電機の出力を高電圧系の第2のバッテリに振り分けて該第2のバッテリを充電する第2の充電系と、
前記第1および第2のバッテリの一方の電圧状態に基づき前記発電機の出力の振り分けを制御する第1の機能と、前記第1および第2のバッテリの他方の電圧状態に基づき前記発電機の界磁電流を制御する第2の機能とを有し、前記第1および第2のバッテリの何れかの電圧状態が一定時間持続したことを条件として前記第2の機能による制御状態を切り替える制御系と、
を備え、
前記制御系は、前記第1のバッテリの電圧に基づき前記発電機の出力の振り分けを行うと共に前記第2のバッテリの電圧に基づき前記発電機の界磁電流を制御するための第1の制御テーブルと、前記第2のバッテリの電圧に基づき前記発電機の出力の振り分けを行うと共に前記第1のバッテリの電圧に基づき前記発電機の界磁電流を制御するための第2の制御テーブルと、を有し、互いに対応する制御状態であって前記第1の制御テーブルに従った制御状態と第2の制御テーブルに従った制御状態とを切り替え、
さらに、前記制御系は、前記第2の制御テーブルに従った制御状態において、前記発電機の出力の振り分け先が前記第2のバッテリであって前記発電機の発電量が抑制された制御状態が一定時間持続したことを条件に、前記第1の制御テーブルに従った制御状態に切り替える
ことを特徴とするバッテリ充電装置。
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