JPH02197222A - 複電圧電源用充電装置に段階的な充電を行なう制御装置 - Google Patents

複電圧電源用充電装置に段階的な充電を行なう制御装置

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JPH02197222A
JPH02197222A JP1312240A JP31224089A JPH02197222A JP H02197222 A JPH02197222 A JP H02197222A JP 1312240 A JP1312240 A JP 1312240A JP 31224089 A JP31224089 A JP 31224089A JP H02197222 A JPH02197222 A JP H02197222A
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battery
voltage
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bus
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ドナルド　ボーレ
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CE Niehoff and Co
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H02J7/1423—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle with multiple batteries

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、複電圧電源用充電装置の制御装置に関し、特
に、１２ポルト及び２４ボルト負荷のような複電圧負荷
を供給する自動車電気装置に使われる複電圧電源に関す
る。
（従来技術） エンジンで駆動される同期発電機を、直列に接続された
２つの１２ボルトバツテリーからなる複電圧電源に接続
するため、様々な装置が提供されている。同期発電機の
出力を全波整流器を経由して１２ポルト及び２４ボルト
バツテリーに接続する複電圧電源充電装置の例は、１９
７７年９月６日に特許されたヒムラー（Ｈｉｍｍｌｅｒ
ｌの米国特許第４０４７０８８号、及び１９７１年１１
月３０日に特許されたキャンベルら（Ｃａｍｐｂｅｌｌ
　ｅｔ　ａｌ、ｌの米国特許第３６２４４８０号に開示
されている。
（発明の構成） 少なくとも２つの出力の各々で充電電流を発生する同期
発電機手段を、第１の電圧に維持されている第１の母線
及び第２の電圧に維持されている第２の母線へ選択的に
接続する充電装置用の制御装置が提供される。一つの実
施例では、第１の母線は第１のバッテリーの出力であり
、第２の母線は第１のバッテリーの出力に直列に接続さ
れている第２のバッテリーの出力である。この制御装置
は、一方のバッテリーを同期発電機手段によって充電す
べく、同期発電機手段の出力の各々を、第１のバッテリ
ー出力及び第２のバッテリー出力のうちの一つに接続す
るため、複数の切替え可能手段を備えている。この切替
え可能手段は、他方のバッテリーを同期発電機手段によ
って充電するため、他方のバッテリー出力に切替えて接
続することができる。この制御装置はまた、一方のバッ
テリー電圧に対する他方のバッテリー電圧の比率が減少
するにつれて、一方のバッテリー電圧に対する他方のバ
ッテリー電圧の比率における減少量によって他方のバッ
テリーの充電速度が決定されるように、切替え可能手段
の各々を次々に切替えていくスイッチング手段を備えて
いる。
１つの実施例では、同期発電機手段は３つの出力を備え
ており、一方のバッテリーは第２のバッテリーとなる。
さらに、複数の切替え可能手段は、各々が同期発電機手
段の出力のうち別々の出力と第２のバッテリー出力とに
接続されている第１の複数の全波ブリッジ整流器と、各
々が同期発電機手段の出力のうち別々の出力に接続され
、その各々が第１のバッテリー出力に切替えて接続する
ことができる第２の複数の全波ブリッジ整流器と、を備
えている。
さらに特別には、開示されている第２の複数の全波ブリ
ッジ整流器の各々は、同期発電機手段の別々の出力と第
１のバッテリー出力とに接続されている制御可能な一方
向導通手段を備えている。
本実施例では、スイッチング手段は、第１のバッテリー
電圧と第２のバッテリー電圧とを比較するため、第１の
バッテリー出力と第２のバッテリー出力の各々に接続さ
れている手段と、第２のバッテリーを充電すべく同期発
電機手段の出力を順次筒２のバッテリー出力に接続する
ため、第１のバッテリー電圧に対する第２のバッテリー
電圧の比率が減少するにつれて、制御可能な導通手段を
次々に作動させる、比較手段に接続され該手段に応答す
る手段と、からなる。
開示されている比較手段は電圧信号を発生し、その信号
の大きさは、第２のバッテリー電圧と第１のバッテリー
電圧との実際の比率と望ましい比率との差に比例してい
る。この比較手段に応答する開示された手段は、段階的
に電圧信号を減少させるため互いに直列に接続された手
段と、この直列に接続された手段の間と制御可能な導通
手段の別々の１つとに接続され、かつある最小電圧に応
答して各導通手段を作動させるトリガ手段と、からなる
。
（発明の目的） 本発明の主要な目的の１つは、複１２ボルト／２４ボル
ト装置の１２ポルト及び２４ボルト電源を充電する充電
装置のための制御装置を提供することであり、該制御装
置は、１２ボルトバツテリーを適当な充電レベルに引き
上げるため、必要な充電速度に応じて１２ボルト電源の
充電に変更する。
複電圧電源装置では、充電電流は典型的には２４ボルト
電源に印加する。さらに、２４ポルト電源の充電は、あ
る程度までは、直列に接続された１２ポルトバツテリー
の両方を十分な電圧レベルに維持するのを助ける。しか
しながら、しばしば、１２ボルト電源にかかる負荷が１
２ボルト電源のバッテリーをひどく消耗させ、従来の充
電装置の制御装置では、１２ボルト電源をうまく充電で
きなかった。従って、本発明の他の主要な目的は、２４
ボルト母線に接続された１２ボルト電源のバッテリー電
圧に対する１２ボルト電源のバッテリー電圧の実際の比
率が、望ましい比率よりも下回っている程度に応じて、
段階的に１２ボルト電源の充電速度を増大させる制御装
置を提供することである。
本発明の他の主要な目的は、直列に接続されたバッテリ
ーが故障したときでも、複電圧を有効に提供することが
できる複電圧電源用充電装置のための制御装置を提供す
ることである。
本発明の他の目的及び本発明の実施例の利点は、次の図
面の簡単な説明及び特許請求の範囲から明らかとなろう
。
本発明の少なくとも１つの実施例を詳細に説明する前に
、本発明の適用が、次の詳細な説明で述べる、あるいは
図面に示す構造の詳細や要素の構成に限定されないこと
を理解すべきである。本発明は、様々な側面で実施する
ことができる。また、ここで用いられる述語は、説明の
ためであって限定するものと考えるべきでないことを理
解すべきである。
（実施例） 第１図及び第２図は、充電装置１４のための制御装置１
０を示している。制御装置１０は、出力３８を有する第
１のバッテリー３４及び出力５０を有する第２のバッテ
リー４６へ選択的に接続される、少なくとも３つの出力
２２．２６及び３０で充電電流を発生させる同期発電機
手段１８を備えている。第２のバッテリー４６は、第１
のバッテリー出力３８に直列に接続されている。第１の
バッテリー３４は好ましくは１２ボルトバツテリーであ
り、その出力３８は、１２ボルト負荷（図示せず）に電
流を供給する１２ボルト母線４２へ接続されている。
第２のバッテリー４６はまた１２ボルトバツチノーであ
り、第１の１２ボルトバツテリー出力３８に直列に接続
されているので、第２のバッテリー出力５０は約２４ボ
ルトとなる。第２のバッテリー出力５０は、２４ポルト
負荷（図示せず）に接続されている２４ボルト母線５４
に接続されている。
同期発電機手段１８は、第１の固定子コイル群５９と、
第２の固定子コイル群６１と、を備える。固定子コイル
群の各々の構造は同じであり、従って、第１の同期発電
機の構造のみを詳細に説明する。同一の番号は、各図面
を通して同一の要素に用いられている。
固定子コイル群５９は、各々が一端で他の固定子コイル
６２の各々に接続されている３つの固定子コイル６２を
有している。固定子コイル６２の他端は、第１の同期発
電機５９の３つの出力２２．２６及び３０を構成する。
同様に、第２の同期発電機６１もまた、３つの出力２２
゛２６°及び３０’を有している。
固定子コイル群５９及び６１は、また、普通に設計され
た磁場コイル及び電圧調整器６６を共有している。電圧
調整器は、十分な充電電圧及び充電電流を常に２４ボル
ト母線に供給するため、磁場コイルを流れる電流の量を
制御する。代わりの実施例では、単一の同期発電機、あ
るいは複数の固定子コイル群を備える単一の同期発電機
が使用できる。
制御装置１０は、第２のバッテリー４６とそのバッテリ
ーに接続されている第１のバッテリー３４を同期発電機
手段１８によって充電すべく、同期発電機手段の出力、
すなわちタップ２２．２６．３０．２２”　、２６°及
び３０゛の各々を、第２のバッテリー出力５０に接続す
るため、複数の切替え可能手段７０を備えている。さら
に特別には、切替え可能手段７０は、第１のバッテリー
３４を同期発電機１８によって選択的に充電できるよう
に、第１のバッテリー出力３８へ切替えて接続すること
ができる。
この制御装置はまた、第１のバッテリー３４の電圧が第
２のバッテリー４６の電圧よりも小さくなるにつれて、
第２のバッテリー４６の電圧に対する第１のバッテリー
３４の電圧の減少量によって第１のバッテリー３４の充
電速度が決定されるように、切替え可能手段７０の各々
を次々に作動させていくためのスイッチング手段７４（
第２図）を備えている。
さらに詳細には、複数の切替え可能手段７０は、各々が
タップ２２．２６．３０．２２゛２６゛及び３０゛のう
ち、別々の１つに接続されている第１の複数の６つの全
波ブリッジ整流器７８を備えている。この全波ブリッジ
整流器７８の各々は、陰極を同期発電機手段の各出力に
接続し、陽極を接地している第１のダイオード８２を備
えている、全波ブリッジ整流器７８の各々は、さらに、
陽極を各同期発電機の出力に接続し、陰極を第２のバッ
テリー母線５４に接続している第２のダイオード８６を
備えている。
複数の切替え可能手段７０は、また、第１のバッテリー
出力３８に同様に接続されている第２の複数の余波ブリ
ッジ整流器８０を有している。全波ブリッジ整流器８０
の各々は、実施例ではまた、陰極をタップの各々に接続
し、陽極を接地している第１のダイオード８２を有して
いる。
他の実施例では、別々のタイオードが使用できる。
第２の全波ブリッジ整流器８０の各々は、タップ２２．
２６．３０．２２’　、２６°及び３０゜の各々の異な
る１つと、第１のバッテリー出力３８とに接続されてい
るサイリスク、すなわち５ＣＲ９０の形式の制御可能な
一方向導通手段をさらに有している。さらに特別には、
５ＣＲ９０の各々は、その陽極を各同期発電機手段の出
力に接続し、その陰極を第１のバッテリー出力３８に接
続している。ＳＣＲゲートの各々は、後で説明するよう
に、スイッチング手段７４に接続されている。ゲートは
、６つの第２の複数の全波長ブリッジ整流器８０の各々
に対してそれぞれ１９４．２９４．３９４．４９４．５
９４及び６９４と番号が付けられている。
第２図を説明する。スイッチング手段７４は、第１のバ
ッテリー３４の電圧と第２のバッテリー４６の電圧とを
比較するため、第１のバッテリー出力３８と第２のバッ
テリー出力５０と大地とに接続されている比較手段９８
と、第１のバッテリ３４を充電すべく、タップ２２．２
６．３０．２２°、２６　及び３０°を第１のバッテリ
ー出力３８に順次接続するため、第２のバッテリー４６
の電圧と第１のバッテリー３４の電圧との差が増加する
につれて、５ＣＲ９０の各々を順次作動させるため、比
較手段９８に接続され比較手段９８に応答する応答手段
１１４と、からなる。
さらに特別には、比較手段９８は、第２のバッテリー４
６の端子に接続されている第１のバッファ１０２と、第
１のバッテリー３４の端子に接続されている第２のバッ
ファ１０６と、を有している。第１のバッファ１０２と
第２のバッファ１０６の出力は、各々第２のバッテリー
４６と第１のバッテリー３４の電圧であり、増幅器１１
０に入力される。増幅器１１０は、第１及び第２のバッ
テリーの電圧の差に比例した電圧信号を発生する。
応答手段１１４は、電圧信号を段階的に減少させるため
、互いに直列に接続されたダイオード１１８の形式の手
段を備えている。応答手段１１４はまた、６つの５ＣＲ
９０の各々の異なる１つに接続され、さらに直列に接続
されたダイオード１１８の各々の出力に接続されている
トリガ手段１２２を有している。トリガ手段１２２は、
各５ＣＲ９０を作動させ、それによって同期発電機の各
出力における電流を、第２のバッテリ４６に代わって第
１のバッテリー３４へ導くため、ある最小電圧レベルに
応答する。
さらに特別には、トリガ手段１２２は、抵抗を介してベ
ースを各ダイオード１１８に接続され、抵抗を介してコ
レクタを電圧母線５４に接続され、抵抗１２９を介して
スイッチングＰＮＰ　トランジスタ１３０のベースに接
続され、さらに他の抵抗を介してトランジスタ１３０の
エミッタに接続されているスイッチングＮＰＮＩ−ラン
ジスタ１２６を備えている。トランジスタ１２６のエミ
ッタは接地されている。トランジスタ１３０のコレクタ
は、各５ＣＲ９０の各ゲート１９４乃至６９４に接続さ
れている。
それゆえ、制御装置１０は、以下のように作動する。第
１の複数の全波ブリッジ整流器７８と電圧調整器６６と
の組合わせは、２４ボルト電源母線５４を適当な電圧レ
ベルに維持する。比較手段９８は、第１及び第２のバッ
テリー３４及び４６の各々の電圧を比較して、１２ボル
ト母線の電圧が第２のバッテリー４６の端子の電圧以下
に低下していないかどうか決定する。もし低下していれ
ば、１２ボルト電源を充電すべく、第１のバッテリー３
４の電圧が第２のバッテリー４６の電圧に比較して低下
した程度に応じて、タップ２２．２６．３０．２２’　
、２６°及び３０’のうち、１乃至６個の位置が切替わ
る。
増幅器１１０からの電圧信号は、この電圧差に比例して
おり、事前に決められた信号の大きさは、その電圧差に
対して適当と思われる充電速度に対応している。もし各
ダイオードの電圧降下が約１．８ボルトである場合は、
トリガー手段１２２のうち３つが第１の整流器７８から
第２の整流器８０に切替わるために、作動する。さらに
詳しくは、ダイオード１１８の出力電圧が装置の接地電
位を上回った場合は、電流が第１のトランジスタ１２６
のベースを通って大地に流れる。これにより、トランジ
スタ１３０が作動し、それによって電流を第２のトラン
ジスタ１３０のエミッタからベースを通って第１のトラ
ンジスタ１２６のエミッタへ流す。それゆえ、第２のト
ランジスタ１３０が作動し、それによって電流が５ＣＲ
９０のゲートに流れ、次の交流周期までゲートを作動さ
せる。
５ＣＲ９０が作動しているときは、第１の全波ブリッジ
整流器７８が逆にバイアスされて作動しなくなり、その
ために電流は、各同期発電機手段の出力から第２の全波
整流器８０を通って、１２ボルト電源のみに流れる。１
２ボルト母線の電圧が正常に戻った時は、トリガ手段１
２２が作動しなくなり、それによって次の交流周期の間
、５ＣＲ９０は用いられず、第１の全波整流器７８を第
２のバッテリー４６の充電に戻す。
本発明の様々な他の特徴は、特許請求の範囲に記載され
ている。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の様々な特徴を実施した充電装置の概
略図である。 第２図は、第１図に示した充電装置の制御装置の部分図
である。 ＩＯ・・・・制御装置 １４・・・・充電装置 １８・・・・同期発電機 ３４・・・・第１のバッテリ ４６・・・・第２のバッテリー ７０・・・・切替え可能手段 ７４・・・・スイッチング手段 ７８．８０・ブリッジ整流器 ８２．８６・ダイオード ９０・・・・ＳＣＲ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）少なくとも３つの出力の各々で電流を供給する同
    期発電機手段を、第１の電圧に維持されている第１の母
    線及び第２の電圧に維持されている第２の母線へ選択的
    に接続する充電装置用制御装置において、 同期発電機手段によって前記第２の母線に電流を供給す
    べく同期発電機手段の出力の各々を第２の母線に接続す
    る複数の切替え可能手段を備え、 該切替え可能手段は、同期発電機手段によって前記第１
    の母線に電流を供給すべく第１の母線に切替えて接続可
    能であり、 さらに、前記第１の母線の電圧に対する前記第２の電圧
    の比率が減少するにつれて、前記第１の母線の電圧に対
    する前記第２の母線の電圧の比率における減少量によっ
    て前記第１の母線の充電速度が決定されるように、前記
    切替え可能手段の各々を次々に切替えていくスイッチン
    グ手段を備えていることを特徴とする充電装置用制御装
    置。
  2. （２）前記第１の母線が第１のバッテリーの出力であり
    、前記第２の母線が前記第１のバッテリーの出力に直列
    に接続されている第２のバッテリーの出力である請求項
    （１）記載の充電装置用制御装置。
  3. （３）前記複数の切替え可能手段が、各々が前記同期発
    電機手段の出力のうち別々の出力と前記第２の母線とに
    接続されている第１の複数の全波ブリッジ整流器と、各
    々が前記同期発電機手段の出力のうち別々の出力に接続
    されその各々が前記第１の母線に切替えて接続すること
    ができる第２の複数の全波ブリッジ整流器と、を備えて
    いる請求項（１）記載の充電装置用制御装置。
  4. （４）前記第２の複数の全波ブリッジ整流器の各々が、
    前記同期発電機手段の各出力のうち別々の出力と、前記
    第１の母線とに接続されている制御可能な一方向導通手
    段と、を備えている請求項（３）記載の充電装置用制御
    装置。
  5. （５）前記スイッチング手段が、 前記第１の母線の電圧と前記第２の母線の電圧とを比較
    するため、前記第１の母線と前記第２の母線の各々に接
    続されている手段と、 前記第２の母線電圧に対する前記第１の母線電圧の実際
    の比率が望ましい比率よりも小さくなるにつれて、前記
    第１の母線に電流を供給すべく前記同期発電機手段の出
    力が次々に前記第１の母線に接続されるように、前記制
    御可能な導通手段の各々を次々に作動させていく、前記
    比較手段に接続されてそれに応答する手段と、からなる
    請求項（４）記載の充電装置用制御装置。
  6. （６）前記比較手段が、前記第１の母線電圧に対する前
    記第２の母線電圧の実際の比率と望ましい比率との差に
    比例している大きさの電圧信号を発生し、 前記比較手段に応答する前記手段が、前記電圧信号を段
    階的に減少させるため互いに直列に接続された手段と、
    前記直列に接続された手段の各出力と前記制御可能な導
    通手段の別々の１つとに接続され、かつ、ある最小電圧
    に応答して各導通手段を作動させるトリガ手段と、から
    なる請求項（５）記載の充電装置用制御装置。
  7. （７）少なくとも２つの出力の各々で充電電流を発生さ
    せる同期発電機手段を、第１のバッテリー出力及び前記
    第１のバッテリー出力に直列に接続されている第２のバ
    ッテリー出力へ選択的に接続する充電装置用制御装置に
    おいて、 一方のバッテリーを前記同期発電機手段に よって充電すべく前記同期発電機手段の出力の各々を前
    記第１のバッテリー出力及び前記第２のバッテリー出力
    のうちの一つに接続する複数の切替え可能手段を備え、 該切替え可能手段が、他方のバッテリーを前記同期発電
    機手段によって充電するため前記他方のバッテリー出力
    に切替えて接続することができ、 さらに、前記他方のバッテリー電圧が前記一方のバッテ
    リー電圧より小さくなるにつれて、前記他方のバッテリ
    ー電圧が前記一方のバッテリー電圧より下回っている量
    によって前記他方のバッテリーの充電量が決定されるよ
    うに、前記切替え可能手段の各々を次々に切替えていく
    スイッチング手段を備えていることを特徴とする充電装
    置用制御装置。
  8. （８）前記複数の切替え可能手段が、各々が前記同期発
    電機手段の出力のうち別々の出力と前記第２のバッテリ
    ーとに接続されている第１の複数の全波ブリッジ整流器
    と、各々が前記同期発電機手段の出力のうち別々の出力
    に接続されかつ各々前記第１のバッテリーに切替えて接
    続することができる第２の複数の全波ブリッジ整流器と
    、を備えている請求項（７）記載の充電装置用制御装置
    。
  9. （９）前記第２の複数の全波ブリッジ整流器の各々が、
    前記同期発電機手段の各出力のうち別々の出力と前記第
    １のバッテリーとに接続されている制御可能な一方向導
    通手段を備えている請求項（８）記載の充電装置用制御
    装置。
  10. （１０）前記スイッチング手段が、 前記第１のバッテリーの電圧と前記第２の バッテリーの電圧とを比較するため、前記第１のバッテ
    リー出力と前記第２のバッテリー出力の各々に接続され
    ている手段と、 前記第１のバッテリー電圧が前記第２のバッテリー電圧
    を下回っている量が増加するにつれて、前記第１のバッ
    テリーを充電すべく前記同期発電機手段の出力が次々に
    前記第１のバッテリーに接続されるように、前記制御可
    能な導通手段の各々を次々に作動させていく、前記比較
    手段に接続されてそれに応答する手段と、 からなる請求項（９）記載の充電装置用制御装置。
JP1312240A 1988-12-02 1989-11-30 複電圧電源用充電装置に段階的な充電を行なう制御装置 Expired - Lifetime JP2749910B2 (ja)

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