JPWO2016132440A1 - バッテリ充電装置、およびバッテリ充電装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

バッテリ充電装置の制御回路は、入力電圧が規定値以上になった時において、充電許可信号が入力されていれば第１のスイッチ素子をオンし、一方、充電停止信号が入力されていれば第１のスイッチ素子をオフし、入力電圧が規定値未満になった時において、第１のスイッチ素子をオフし、バッテリ電圧検出回路は、バッテリの正極が第１のバッテリ端子に接続され且つバッテリの負極が第２のバッテリ端子に接続されたバッテリ接続状態において、目標値を第１の目標値に設定し、一方、バッテリの正極が第１のバッテリ端子から外れ又はバッテリの負極が第２のバッテリ端子から外れたバッテリオープン状態において、目標値を第１の目標値よりも低い第２の目標値に設定する。

Description

本発明は、バッテリ充電装置、およびバッテリ充電装置の制御方法に関する。

従来、例えば、特開２０００−１８４６１３号公報、特開２００９−１１８６０８号公報等には、二輪車などのエンジンにより駆動される単相交流発電機Ｇの交流電圧出力を用いて、バッテリＢを充電するための電源を供給するバッテリ充電装置が開示されている（図３）。

この従来のバッテリ充電装置１００Ａは、例えば、第１ノード（アノード）が第１の発電機端子ＴＤ１に接続され、第２ノード（カソード）が第１のバッテリ端子ＴＢ１に接続された第１のスイッチ素子（サイリスタ）ＳＷ１と、第１の発電機端子ＴＤ１と第２の発電機端子ＴＤ２との間の入力電圧ＶＩＮに応じて、第１のスイッチ素子ＳＷ１の動作を制御する制御回路ＣＯＮとを備えるものがある（図３）。

このバッテリ充電装置１００Ａは、第１のバッテリ端子ＴＢ１と第２のバッテリ端子ＴＢ２との間の出力電圧ＶＯＵＴを検出し、出力電圧ＶＯＵＴが正の目標値以上である場合には、充電を停止するための充電停止信号を制御回路ＣＯＮに出力し、一方、出力電圧ＶＯＵＴが目標値Ｘ未満である場合には、充電を許可するための充電許可信号を制御回路ＣＯＮに出力するバッテリ電圧検出回路ＢＶＤと、第１のバッテリ端子ＴＢ１と第２のバッテリ端子ＴＢ２との間に接続されたコンデンサＣを含み、負荷ノードＮＬに接続された負荷回路（図示せず）に電力を供給する補助バッテリ回路ＡＢＣと、をさらに備える（図３）。

そして、例えば、上記制御回路ＣＯＮは、入力電圧ＶＩＮが規定値以上（正の電圧）になった時に、該充電許可信号に応じて第１のスイッチ素子ＳＷ１をオンする。一方、制御回路ＣＯＮは、該充電停止信号に応じてスイッチ素子ＳＷ１をオフする。

また、制御回路ＣＯＮは、入力電圧ＶＩＮが規定値未満になった時に、第１のスイッチ素子ＳＷ１をオフする。

しかし、既述の従来のバッテリ充電装置１００Ａにおいて、バッテリ電圧検出回路ＢＶＤは、バッテリＢの接続状態に拘わらず、出力電圧ＶＯＵＴが固定の目標値未満（コンデンサＣの電圧ＶＣが調整値Ｘ未満（図４））である場合には、充電許可信号を制御回路ＣＯＮに出力する。

したがって、バッテリＢの正極が第１のバッテリ端子ＴＢ１から外れ又はバッテリＢの負極が第２のバッテリ端子ＴＢ２から外れたバッテリオープン状態においても、制御回路ＣＯＮは、入力電圧ＶＩＮが規定値以上（正の電圧）になると、充電許可信号に応じて第１のスイッチ素子ＳＷ１をオンする（図４）。

これにより、上記バッテリオープン状態において、単相交流発電機Ｇの出力エネルギーが補助バッテリ回路ＡＢＣのコンデンサＣにのみ供給されることとなる。

そのため、単相交流発電機Ｇの交流の１波で上昇するコンデンサＣの電圧ＶＣの上昇分が大きくなり、コンデンサＣのピーク電圧が高くなる問題がある。

これにより、例えば、補助バッテリ回路ＡＢＣに接続された負荷回路に基準値以上の電圧が供給され得る。

そこで、本発明は、バッテリオープン状態において、補助バッテリ回路のコンデンサのピーク電圧の上昇を抑制することが可能なバッテリ充電装置、およびバッテリ充電装置の制御方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る実施形態に従ったバッテリ充電装置は、
単相交流発電機によるバッテリの充電を制御するバッテリ充電装置であって、
前記単相交流発電機のコイルの一端が接続される第１の発電機端子と、
前記コイルの他端が接続され且つ接地される第２の発電機端子と、
前記バッテリの正極が接続される第１のバッテリ端子と、
前記第２の発電機端子に接続され且つ前記バッテリの負極が接続される第２のバッテリ端子と、
第１ノードが前記第１の発電機端子に接続され、第２ノードが前記第１のバッテリ端子に接続された第１のスイッチ素子と、
前記第１の発電機端子と前記第２の発電機端子との間の入力電圧に応じて、前記第１のスイッチ素子の動作を制御する制御回路と、
前記第１のバッテリ端子と前記第２のバッテリ端子との間の出力電圧を検出し、前記出力電圧が正の目標値以上である場合には、充電停止信号を前記制御回路に出力し、一方、前記出力電圧が前記目標値未満である場合には、充電許可信号を前記制御回路に出力するバッテリ電圧検出回路と、
前記第１のバッテリ端子と前記第２のバッテリ端子との間に接続されたコンデンサを含み、負荷ノードに接続された負荷回路に電力を供給する補助バッテリ回路と、を備え、
前記制御回路は、
前記入力電圧が規定値以上になった時において、
前記充電許可信号が入力されていれば前記第１のスイッチ素子をオンし、一方、前記充電停止信号が入力されていれば前記第１のスイッチ素子をオフし、
前記入力電圧が前記規定値未満になった時において、
前記第１のスイッチ素子をオフし、
前記バッテリ電圧検出回路は、
前記バッテリの正極が前記第１のバッテリ端子に接続され且つ前記バッテリの負極が第２のバッテリ端子に接続されたバッテリ接続状態において、前記目標値を第１の目標値に設定し、
一方、前記バッテリの正極が前記第１のバッテリ端子から外れ又は前記バッテリの負極が第２のバッテリ端子から外れたバッテリオープン状態において、前記目標値を前記第１の目標値よりも低い第２の目標値に設定する
ことを特徴とする。

前記バッテリ充電装置において、
前記第１のスイッチ素子は、
前記第１ノードがアノードであり且つ前記第２ノードがカソードである第１のサイリスタである
ことを特徴とする。

前記バッテリ充電装置において、
前記制御回路は、
アノードが前記第１の発電機端子に接続された第１のダイオードと、
エミッタが前記第１のダイオードのカソードに接続された第１のＰＮＰ型バイポーラトランジスタと、
アノードが前記第１のＰＮＰ型バイポーラトランジスタのコレクタに接続され、カソードが前記第１のサイリスタのゲートに接続された第２のダイオードと、
コレクタが前記第１のＰＮＰ型バイポーラトランジスタのベースに接続され、エミッタが前記第２の発電機端子に接続され、ベースが前記充電停止信号又は前記充電許可信号が入力される信号ノードに接続された第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタと、
前記第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタのベースとエミッタとの間に接続された第１の抵抗素子と、を備え、
前記制御回路は、
前記入力電圧が前記規定値以上になった時において、
前記充電許可信号に応じて前記第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタがオンすることで、前記第１のＰＮＰ型バイポーラトランジスタをオンし、一方、前記充電停止信号に応じて前記第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタがオフすることで、前記第１のＰＮＰ型バイポーラトランジスタをオフし、
前記制御回路は、
前記入力電圧が前記規定値未満になった時において、
前記第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタがオフすることで、前記第１のＰＮＰ型バイポーラトランジスタがオフする
ことを特徴とする。

前記バッテリ充電装置において、
前記制御回路は、
前記第１のダイオードのカソードと前記第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタのベースとの間に接続された第２の抵抗素子をさらに備える
ことを特徴とする。

前記バッテリ充電装置において、
前記制御回路は、
前記第１のＰＮＰ型バイポーラトランジスタのベースと前記第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタのコレクタとの間に接続された第３の抵抗素子をさらに備える
ことを特徴とする。

前記バッテリ充電装置において、
前記制御回路は、
前記第１のＰＮＰ型バイポーラトランジスタのコレクタと前記第２のダイオードのアノードとの間に接続された第４の抵抗素子をさらに備える
ことを特徴とする。

前記バッテリ充電装置において、
前記バッテリ電圧検出回路は、
アノードが前記第１のバッテリ端子に接続された第３のダイオードと、
カソードが前記第３のダイオードのカソードに接続された第１のツェナーダイオードと、
コレクタが前記第１のツェナーダイオードのアノードに接続され、ベースが前記第３のダイオードのカソードに接続された第２のＰＮＰ型バイポーラトランジスタと、
アノードが前記負荷ノードに接続され、カソードが前記第２のＰＮＰ型バイポーラトランジスタのエミッタに接続された第４のダイオードと、
カソードが前記第１のツェナーダイオードのアノードに接続された第２のツェナーダイオードと、
前記第２のＰＮＰ型バイポーラトランジスタのベースと前記第２のバッテリ端子との間に接続された第５の抵抗素子と、
コレクタが前記信号ノードに接続され、エミッタが前記第２のバッテリ端子に接続され、ベースが前記第２のツェナーダイオードのアノードに接続され、前記コレクタから前記充電停止信号又は前記充電許可信号を出力する第２のＮＰＮ型バイポーラトランジスタと、を備える
ことを特徴とする。

前記バッテリ充電装置において、
前記バッテリ電圧検出回路は、
前記出力電圧が前記目標値以上である場合には、前記第２のＮＰＮ型バイポーラトランジスタをオンすることで、前記充電停止信号を前記信号ノードに出力し、
一方、前記出力電圧が前記目標値未満である場合には、前記第２のＮＰＮ型バイポーラトランジスタをオフすることで、前記充電許可信号を前記信号ノードに出力する
ことを特徴とする。

前記バッテリ充電装置において、
前記バッテリ電圧検出回路は、
前記第２のツェナーダイオードのアノードと前記第２のＮＰＮ型バイポーラトランジスタのベースとの間に接続された第６の抵抗素子をさらに備える
ことを特徴とする。

前記バッテリ充電装置において、
前記バッテリ電圧検出回路は、
第２のＰＮＰ型バイポーラトランジスタのベースと前記第２のバッテリ端子との間で、前記第５の抵抗素子と直列に接続された第２のスイッチ素子をさらに備える
ことを特徴とする。

前記バッテリ充電装置において、
前記補助バッテリ回路は、
アノードが前記第１のバッテリ端子に接続され、カソードが前記負荷ノードに接続された第５のダイオードと、
一端が前記負荷ノードに接続され、他端が前記第２のバッテリ端子に接続された前記コンデンサと、を備える
ことを特徴とする。

前記バッテリ充電装置において、
前記第１のバッテリ端子と前記第２のバッテリ端子との間に第１の負荷回路が接続され、前記負荷ノードと前記第２のバッテリ端子との間に第２の負荷回路が接続される
ことを特徴とする。

本発明の一態様に係る実施形態に従ったバッテリ充電装置の制御方法は、
単相交流発電機によるバッテリの充電を制御するバッテリ充電装置であって、前記単相交流発電機のコイルの一端が接続される第１の発電機端子と、前記コイルの他端が接続され且つ接地される第２の発電機端子と、前記バッテリの正極が接続される第１のバッテリ端子と、前記第２の発電機端子に接続され且つ前記バッテリの負極が接続される第２のバッテリ端子と、第１ノードが前記第１の発電機端子に接続され、第２ノードが前記第１のバッテリ端子に接続された第１のスイッチ素子と、前記第１の発電機端子と前記第２の発電機端子との間の入力電圧に応じて、前記第１のスイッチ素子の動作を制御する制御回路と、前記第１のバッテリ端子と前記第２のバッテリ端子との間の出力電圧を検出し、前記出力電圧が正の目標値以上である場合には、充電停止信号を前記制御回路に出力し、一方、前記出力電圧が前記目標値未満である場合には、充電許可信号を前記制御回路に出力するバッテリ電圧検出回路と、前記第１のバッテリ端子と前記第２のバッテリ端子との間に接続されたコンデンサを含み、負荷ノードに接続された負荷回路に電力を供給する補助バッテリ回路と、を備えたバッテリ充電装置の制御方法であって、
前記入力電圧が規定値以上になった時において、前記制御回路が、前記充電許可信号が入力されていれば前記第１のスイッチ素子をオンし、一方、前記充電停止信号が入力されていれば前記第１のスイッチ素子をオフし、
前記入力電圧が前記規定値未満になった時において、前記制御回路が、前記第１のスイッチ素子をオフするものであり、
前記バッテリの正極が前記第１のバッテリ端子に接続され且つ前記バッテリの負極が第２のバッテリ端子に接続されたバッテリ接続状態において、前記バッテリ電圧検出回路が、 前記目標値を第１の目標値に設定し、
一方、前記バッテリの正極が前記第１のバッテリ端子から外れ又は前記バッテリの負極が第２のバッテリ端子から外れたバッテリオープン状態において、前記バッテリ電圧検出回路が、前記前記目標値を前記第１の目標値よりも低い第２の目標値に設定する
ことを特徴とする。

本発明の一様に係るバッテリ充電装置は、単相交流発電機のコイルの一端が接続される第１の発電機端子と、コイルの他端が接続され且つ接地される第２の発電機端子と、バッテリの正極が接続される第１のバッテリ端子と、第２の発電機端子に接続され且つバッテリの負極が接続される第２のバッテリ端子と、第１ノードが第１の発電機端子に接続され、第２ノードが第１のバッテリ端子に接続された第１のスイッチ素子と、第１の発電機端子と第２の発電機端子との間の入力電圧に応じて、第１のスイッチ素子の動作を制御する制御回路と、第１のバッテリ端子と第２のバッテリ端子との間の出力電圧を検出し、出力電圧が正の目標値以上である場合には、充電停止信号を制御回路に出力し、一方、出力電圧が目標値未満である場合には、充電許可信号を制御回路に出力するバッテリ電圧検出回路と、第１のバッテリ端子と第２のバッテリ端子との間に接続されたコンデンサを含み、負荷ノードに接続された負荷回路に電力を供給する補助バッテリ回路と、を備える。

そして、制御回路は、入力電圧が規定値以上になった時に、充電許可信号が入力されていれば第１のスイッチ素子をオンし、一方、充電停止信号が入力されていれば第１のスイッチ素子をオフし、また、入力電圧が規定値未満になった時に、第１のスイッチ素子をオフする。

さらに、バッテリ電圧検出回路は、バッテリの正極が第１のバッテリ端子に接続され且つバッテリの負極が第２のバッテリ端子に接続されたバッテリ接続状態において、目標値を第１の目標値に設定し、一方、バッテリの正極が第１のバッテリ端子から外れ又はバッテリの負極が第２のバッテリ端子から外れたバッテリオープン状態において、目標値を第１の目標値よりも低い第２の目標値に設定する。

すなわち、本実施形態に係るバッテリ充電装置によれば、バッテリオープン状態において、単相交流発電機の交流の１波で上昇する該コンデンサの電圧の上昇分が大きくなるときに、出力電圧の目標値を低くする。

これにより、バッテリオープン状態において、補助バッテリ回路のコンデンサのピーク電圧の上昇を抑制することができる。

図１は、第１の実施形態にかかるバッテリ充電装置１００の回路構成の一例を示す回路図である。 図２は、図１に示すバッテリ充電装置１００の動作波形の一例を示す波形図である。 図３は、従来のバッテリ充電装置１００Ａの回路構成の一例を示す回路図である。 図４は、図３に示すバッテリ充電装置１００Ａの動作波形の一例を示す波形図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面に基づいて説明する。

第１の実施形態

第１の実施形態に係るバッテリ充電装置１００は、単相交流発電機ＧによるバッテリＢの充電を制御するようになっている（図１）。

このバッテリ充電装置１００は、単相交流発電機ＧのコイルＬＧの一端が接続される第１の発電機端子ＴＤ１と、コイルＬＧの他端が接続され且つ接地される第２の発電機端子ＴＤ２と、を備える（図１）。

また、バッテリ充電装置１００は、バッテリＢの正極が接続される第１のバッテリ端子ＴＢ１と、第２の発電機端子ＴＤ２に接続され且つバッテリＢの負極が接続される第２のバッテリ端子ＴＢ２と、を備える（図１）。

なお、第１のバッテリ端子ＴＢ１と第２のバッテリ端子ＴＢ２との間に、第１の負荷回路（図示せず）が接続される。

さらに、バッテリ充電装置１００は、第１ノードが第１の発電機端子ＴＤ１に接続され、第２ノードが第１のバッテリ端子ＴＢ１に接続された第１のスイッチ素子ＳＷ１を備える。

この第１のスイッチ素子ＳＷ１は、例えば、図１に示すように、該第１ノードがアノードであり且つ該第２ノードがカソードである第１のサイリスタ（以降、第１のサイリスタＳＷ１とも表記する）である。

さらに、バッテリ充電装置１００は、第１のバッテリ端子ＴＢ１と第２のバッテリ端子ＴＢ２との間の出力電圧ＶＯＵＴを検出するバッテリ電圧検出回路ＢＶＤを備える（図１）。

このバッテリ電圧検出回路ＢＶＤは、例えば、アノードが第１のバッテリ端子ＴＢ１に接続された第３のダイオードＤ３と、カソードが第３のダイオードＤ３のカソードに接続された第１のツェナーダイオードＺ１と、を備える（図１）。

さらに、バッテリ電圧検出回路ＢＶＤは、コレクタが第１のツェナーダイオードＺ１のアノードに接続され、ベースが第３のダイオードＤ３のカソードに接続された第２のＰＮＰ型バイポーラトランジスタＹａ２と、アノードが負荷ノードＮＬに接続され、カソードが第２のＰＮＰ型バイポーラトランジスタＹａ２のエミッタに接続された第４のダイオードＤ４と、を備える（図１）。

さらに、バッテリ電圧検出回路ＢＶＤは、カソードが第１のツェナーダイオードＺ１のアノードに接続された第２のツェナーダイオードＺ２と、第２のＰＮＰ型バイポーラトランジスタＹａ２のベースと第２のバッテリ端子ＴＢ２との間に接続された第５の抵抗素子Ｒ５と、を備える（図１）。

さらに、バッテリ電圧検出回路ＢＶＤは、コレクタが信号ノードＮＳに接続され、エミッタが第２のバッテリ端子ＴＢ２に接続され、ベースが第２のツェナーダイオードＺ２のアノードに接続され、コレクタから充電停止信号又は充電許可信号を出力する第２のＮＰＮ型バイポーラトランジスタＹｂ２と、第２のツェナーダイオードＺ２のアノードと第２のＮＰＮ型バイポーラトランジスタＹｂ２のベースとの間に接続された第６の抵抗素子Ｒ６と、を備える。

さらに、バッテリ電圧検出回路ＢＶＤは、第２のＰＮＰ型バイポーラトランジスタＹａ２のベースと第２のバッテリ端子ＴＢ２との間で、第５の抵抗素子Ｒ５と直列に接続された第２のスイッチ素子ＳＷ２を備える（図１）。なお、この第２のスイッチ素子ＳＷ２は、省略されていてもよい。

この第２のスイッチ素子ＳＷ２は、単相交流発電機Ｇが発電していない場合（入力電圧ＶＩＮを出力していない場合）、オフに制御され、一方、単相交流発電機Ｇが発電している場合（入力電圧ＶＩＮを出力している場合）、オンに制御される。これにより、単相交流発電機Ｇが発電していない場合において、第５の抵抗Ｒ５の消費電流を遮断することができる。なお、以下では、単相交流発電機Ｇが発電している場合を前提として説明する場合は、第２のスイッチ素子ＳＷ２は、オンしている。

ここで、バッテリ電圧検出回路ＢＶＤは、例えば、出力電圧ＶＯＵＴが正の目標値以上である場合には、バッテリＢの充電を停止するための充電停止信号を制御回路ＣＯＮに出力する。

例えば、バッテリ電圧検出回路ＢＶＤは、出力電圧ＶＯＵＴが該目標値以上である場合には、第２のＮＰＮ型バイポーラトランジスタＹｂ２をオンすることで、充電停止信号を信号ノードＮＳに出力する。

これにより、信号ノードＮＳ（第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタＹｂ１のベース）の電位が、第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタＹｂ１のエミッタの電位と等しくなり、第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタＹｂ１がオフすることとなる。

一方、バッテリ電圧検出回路ＢＶＤは、出力電圧ＶＯＵＴが該目標値未満である場合には、バッテリＢの充電を許可するための充電許可信号を制御回路ＣＯＮに出力する。

例えば、バッテリ電圧検出回路ＢＶＤは、出力電圧ＶＯＵＴが該目標値未満である場合には、第２のＮＰＮ型バイポーラトランジスタＹｂ２をオフすることで、充電許可信号を信号ノードＮＳに出力する。

これにより、第１の抵抗Ｒ１に流れる電流に応じて、第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタＹｂ１がオンできる状態になる。

ここで、特に、バッテリ電圧検出回路ＢＶＤは、バッテリＢの電極の接続状態に応じて、該目標値を制御するようになっている。

例えば、バッテリ電圧検出回路ＢＶＤは、バッテリＢの正極が第１のバッテリ端子ＴＢ１に接続され且つバッテリＢの負極が第２のバッテリ端子ＴＢ２に接続されたバッテリ接続状態において、該目標値を第１の目標値に設定する。なお、出力電圧ＶＯＵＴが該第１の目標値のとき、コンデンサＣの電圧ＶＣは第１の調整値Ｘ１になる（図２）。

上記バッテリ接続状態においては、第２のＰＮＰ型バイポーラトランジスタＹａ２のベースの電位の方がエミッタの電位よりも高くなるため、この第２のＰＮＰ型バイポーラトランジスタＹａ２がオフする。

これにより、該目標値は、第１、第２のツェナーダイオードＺ１、Ｚ２のツェナー電圧で該第１の目標値に調整される。

一方、バッテリ電圧検出回路ＢＶＤは、バッテリＢの正極が第１のバッテリ端子ＴＢ１から外れ又はバッテリＢの負極が第２のバッテリ端子ＴＢ２から外れたバッテリオープン状態において、該目標値を第１の目標値よりも低い第２の目標値に設定する。なお、出力電圧ＶＯＵＴが該第２の目標値のとき、コンデンサＣの電圧ＶＣは第２の調整値Ｘ２になる（図２）。

上記バッテリオープン状態においては、第１のスイッチ素子ＳＷ１がオフ又は入力電圧ＶＩＮが負のとき、第２のＰＮＰ型バイポーラトランジスタＹａ２のベースの電位の方がエミッタの電位よりも低くなるため、この第２のＰＮＰ型バイポーラトランジスタＹａ２がオンする。

これにより、該目標値は、第２のツェナーダイオードＺ２のツェナー電圧で該第２の目標値に調整される。すなわち、この第２の目標値は、該第１の目標値よりも、第１のツェナーダイオードＺ１の電圧だけ、低くなる。

また、バッテリ充電装置１００は、第１の発電機端子ＴＤ１と第２の発電機端子ＴＤ２との間の入力電圧ＶＩＮに応じて、第１のスイッチ素子ＳＷ１の動作を制御する制御回路ＣＯＮを備える。

この制御回路ＣＯＮは、例えば、アノードが第１の発電機端子ＴＤ１に接続された第１のダイオードＤ１と、エミッタが第１のダイオードＤ１のカソードに接続された第１のＰＮＰ型バイポーラトランジスタＹａ１と、アノードが第１のＰＮＰ型バイポーラトランジスタＹａ１のコレクタに接続され、カソードが第１のサイリスタＳＷ１のゲートに接続された第２のダイオードＤ２と、を備える（図１）。

さらに、制御回路ＣＯＮは、コレクタが第１のＰＮＰ型バイポーラトランジスタＹａ１のベースに接続され、エミッタが第２の発電機端子ＴＤ２に接続され、ベースが充電停止信号又は充電許可信号が入力される信号ノードＮＳに接続された第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタＹｂ１を備える（図１）。

さらに、制御回路ＣＯＮは、第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタＹｂ１のベースとエミッタとの間に接続された第１の抵抗素子Ｒ１と、第１のダイオードＤ１のカソードと第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタＹｂ１のベースとの間に接続された第２の抵抗素子Ｒ２と、を備える（図１）。

さらに、制御回路ＣＯＮは、第１のＰＮＰ型バイポーラトランジスタＹａ１のベースと第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタＹｂ１のコレクタとの間に接続された第３の抵抗素子Ｒ３と、第１のＰＮＰ型バイポーラトランジスタＹａ１のコレクタと第２のダイオードＤ２のアノードとの間に接続された第４の抵抗素子Ｒ４と、を備える（図１）。

この制御回路ＣＯＮは、入力電圧ＶＩＮが該規定値以上になった時において、充電を許可する充電許可信号が信号ノードＮｓを介して入力されていれば第１のスイッチ素子（第１のサイリスタ）ＳＷ１をオンする。

例えば、制御回路ＣＯＮは、入力電圧ＶＩＮが規定値以上（ここでは、例えば、正の電圧）になった時において、充電許可信号に応じて第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタＹｂ１がオンすることで、第１のＰＮＰ型バイポーラトランジスタＹａ１をオンする。

これにより、第１のサイリスタＳＷ１のゲートに所定の電流が供給されて、第１のサイリスタＳＷ１がオンする。

したがって、単相交流発電機Ｇで生成された正の電圧がバッテリＢに供給され、バッテリＢが充電されることとなる。

また、制御回路ＣＯＮは、入力電圧ＶＩＮが該規定値以上になった時において、充電を停止する充電停止信号が信号ノードＮＳを介して入力されていれば第１のスイッチ素子（第１のサイリスタ）ＳＷ１をオフする。

例えば、制御回路ＣＯＮでは、入力電圧ＶＩＮが該規定値以上になった時において、充電停止信号に応じて第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタＹｂ１がオフすることで、第１のＰＮＰ型バイポーラトランジスタＹａ１をオフする。

これにより、第１のサイリスタＳＷ１のゲートに所定の電流が供給されず、第１のサイリスタＳＷ１がオンしない。
したがって、単相交流発電機Ｇで生成された正の電圧はバッテリＢに供給されず、バッテリＢが充電されない。
また、制御回路ＣＯＮは、入力電圧ＶＩＮが該規定値未満（ここでは、例えば、負の電圧）になった時において、第１のスイッチ素子ＳＷ１をオフする。

例えば、制御回路ＣＯＮは、入力電圧ＶＩＮが該規定値未満になった時において、第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタＹｂ１がオフすることで、第１のＰＮＰ型バイポーラトランジスタＹａ１をオフする。

これにより、第１のサイリスタＳＷ１のゲートに所定の電流が供給されず、入力電圧ＶＩＮがゼロになったときに第１のサイリスタＳＷ１がオフする。
したがって、単相交流発電機Ｇで生成した電圧が負のときは、バッテリＢが充電されない。

さらに、バッテリ充電装置１００は、第１のバッテリ端子ＴＢ１と第２のバッテリ端子ＴＢ２との間に接続されたコンデンサＣを含む補助バッテリ回路ＡＢＣを備える（図１）。

この補助バッテリ回路ＡＢＣは、例えば、図１に示すように、アノードが第１のバッテリ端子ＴＢ１に接続され、カソードが負荷ノードＮＬに接続された第５のダイオードＤ５と、一端が負荷ノードＮＬに接続され、他端が第２のバッテリ端子ＴＢ２に接続されたコンデンサＣと、を備える。なお、負荷ノードＮＬと第２のバッテリ端子ＴＢ２との間に、コンデンサＣの電圧が供給される第２の負荷回路（図示せず）が接続される。

この補助バッテリ回路ＡＢＣは、負荷ノードＮＬに接続された該第２の負荷回路に電力を供給する。

次に、以上のような構成を有するバッテリ充電装置１００の制御方法の一例について、図２を用いて説明する。

先ず、バッテリ充電装置１００は、バッテリＢの正極が第１のバッテリ端子ＴＢ１に接続され且つバッテリＢの負極が第２のバッテリ端子ＴＢ２に接続されたバッテリ接続状態にあるものとする。バッテリ電圧検出回路ＢＶＤは、バッテリ接続状態であるので、該目標値は第１の目標値に設定している。したがって、既述のように、出力電圧ＶＯＵＴが該第１の目標値のとき、コンデンサＣの電圧ＶＣは第１の調整値Ｘ１になる（図２）。

例えば、図２の時刻ｔ１において、バッテリ電圧検出回路ＢＶＤは、出力電圧ＶＯＵＴが該第１の目標値未満（コンデンサＣの電圧ＶＣが第１の調整値Ｘ１未満）になると、充電許可信号を制御回路ＣＯＮに出力する。さらに、図２の時刻ｔ１において、入力電圧ＶＩＮが該規定値以上（正の電圧）であるので、制御回路ＣＯＮは、充電許可信号に応じて第１のスイッチ素子（第１のサイリスタ）ＳＷ１をオンする。

これにより、バッテリＢに正の電圧が供給され、バッテリＢが充電される（この時、コンデンサＣも充電される）。

その後、入力電圧ＶＩＮが該規定値未満（ここでは、例えば、負の電圧）になった時（時刻ｔ２）において、制御回路ＣＯＮは、第１のスイッチ素子ＳＷ１をオフする。

その後、時刻ｔｘにおいて、バッテリ電圧検出回路ＢＶＤは、バッテリＢの正極が第１のバッテリ端子ＴＢ１から外れ又はバッテリＢの負極が第２のバッテリ端子ＴＢ２から外れたバッテリオープン状態になるものとする。

このとき、バッテリ電圧検出回路ＢＶＤは、バッテリオープン状態であるので、該目標値を第２の目標値に設定する。したがって、既述のように、出力電圧ＶＯＵＴが該第２の目標値のとき、コンデンサＣの電圧ＶＣは第１の調整値Ｘ１よりも低い第２の調整値Ｘ２になる（図２）。

その後、バッテリ電圧検出回路ＢＶＤは、出力電圧ＶＯＵＴが第２の目標値未満になると、充電許可信号を制御回路ＣＯＮに出力する。そして、制御回路ＣＯＮは、入力電圧ＶＩＮが該規定値以上になった時（時刻ｔ３）において、充電許可信号に応じて第１のスイッチ素子ＳＷ１をオンする。

これにより、コンデンサＣに正の電圧が供給され、コンデンサＣのみが充電され、単相交流発電機Ｇの交流の１波で上昇するコンデンサＣの電圧ＶＣの上昇分が大きくなる。これにより、コンデンサＣの電圧ＶＣもより高くなる。

その後、入力電圧ＶＩＮが該規定値未満（ここでは、例えば、負の電圧）になった時（時刻ｔ４）において、制御回路ＣＯＮは、第１のスイッチ素子ＳＷ１をオフする。

その後、バッテリ電圧検出回路ＢＶＤは、出力電圧ＶＯＵＴが第２の目標値未満（コンデンサＣの電圧ＶＣが第２の調整値Ｘ２未満）になると、充電許可信号を制御回路ＣＯＮに出力する。そして、制御回路ＣＯＮは、入力電圧ＶＩＮが該規定値以上になった時（時刻ｔ５）において、充電許可信号に応じて第１のスイッチ素子ＳＷ１をオンする。

このとき、さらにコンデンサＣのみが充電され、単相交流発電機Ｇの交流の１波で上昇するコンデンサＣの電圧ＶＣの上昇分が大きくなる。しかし、バッテリオープン状態において、調整値が第１の調整値Ｘ１よりも低い第２の調整値Ｘ２が設定されているため、調整値（目標値）が固定の場合と比較して、コンデンサＣのピーク電圧を低く抑えることができる。

このように、本実施形態に係るバッテリ充電装置１００によれば、バッテリオープン状態において、単相交流発電機Ｇの交流の１波で上昇する該コンデンサＣの電圧ＶＣの上昇分が大きくなるときに、出力電圧ＶＯＵＴの目標値（コンデンサＣの電圧ＶＣの調整値）を低くする。

これにより、バッテリオープン状態において、補助バッテリ回路ＡＢＣのコンデンサＣのピーク電圧の上昇を抑制することができる。特に、コンデンサＣおよびこのコンデンサＣから電圧が供給される第２の負荷回路の温度の上昇を抑制することができる。

以上のように、本発明の一態様に係るバッテリ充電装置は、単相交流発電機のコイルの一端が接続される第１の発電機端子と、コイルの他端が接続され且つ接地される第２の発電機端子と、バッテリの正極が接続される第１のバッテリ端子と、第２の発電機端子に接続され且つバッテリの負極が接続される第２のバッテリ端子と、第１ノードが第１の発電機端子に接続され、第２ノードが第１のバッテリ端子に接続された第１のスイッチ素子と、第１の発電機端子と第２の発電機端子との間の入力電圧に応じて、第１のスイッチ素子の動作を制御する制御回路と、第１のバッテリ端子と第２のバッテリ端子との間の出力電圧を検出し、出力電圧が正の目標値以上である場合には、充電停止信号を制御回路に出力し、一方、出力電圧が目標値未満である場合には、充電許可信号を制御回路に出力するバッテリ電圧検出回路と、第１のバッテリ端子と第２のバッテリ端子との間に接続されたコンデンサを含み、負荷ノードに接続された負荷回路に電力を供給する補助バッテリ回路と、を備える。

そして、制御回路は、入力電圧が規定値以上になった時に、充電許可信号が入力されていれば第１のスイッチ素子をオンし、一方、充電停止信号が入力されていれば第１のスイッチ素子をオフし、また、入力電圧が規定値未満になった時に、第１のスイッチ素子をオフする。

さらに、バッテリ電圧検出回路は、バッテリの正極が第１のバッテリ端子に接続され且つバッテリの負極が第２のバッテリ端子に接続されたバッテリ接続状態において、目標値を第１の目標値に設定し、一方、バッテリの正極が第１のバッテリ端子から外れ又はバッテリの負極が第２のバッテリ端子から外れたバッテリオープン状態において、目標値を第１の目標値よりも低い第２の目標値に設定する。

すなわち、本実施形態に係るバッテリ充電装置によれば、バッテリオープン状態において、単相交流発電機の交流の１波で上昇する該コンデンサの電圧の上昇分が大きくなるときに、出力電圧の目標値を低くする。

これにより、バッテリオープン状態において、補助バッテリ回路のコンデンサのピーク電圧の上昇を抑制することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

Claims (13)

1. 単相交流発電機によるバッテリの充電を制御するバッテリ充電装置であって、
   前記単相交流発電機のコイルの一端が接続される第１の発電機端子と、
   前記コイルの他端が接続され且つ接地される第２の発電機端子と、
   前記バッテリの正極が接続される第１のバッテリ端子と、
   前記第２の発電機端子に接続され且つ前記バッテリの負極が接続される第２のバッテリ端子と、
   第１ノードが前記第１の発電機端子に接続され、第２ノードが前記第１のバッテリ端子に接続された第１のスイッチ素子と、
   前記第１の発電機端子と前記第２の発電機端子との間の入力電圧に応じて、前記第１のスイッチ素子の動作を制御する制御回路と、
   前記第１のバッテリ端子と前記第２のバッテリ端子との間の出力電圧を検出し、前記出力電圧が正の目標値以上である場合には、充電停止信号を前記制御回路に出力し、一方、前記出力電圧が前記目標値未満である場合には、充電許可信号を前記制御回路に出力するバッテリ電圧検出回路と、
   前記第１のバッテリ端子と前記第２のバッテリ端子との間に接続されたコンデンサを含み、負荷ノードに接続された負荷回路に電力を供給する補助バッテリ回路と、を備え、
   前記制御回路は、
   前記入力電圧が規定値以上になった時において、
   前記充電許可信号が入力されていれば前記第１のスイッチ素子をオンし、一方、前記充電停止信号が入力されていれば前記第１のスイッチ素子をオフし、
   前記入力電圧が前記規定値未満になった時において、
   前記第１のスイッチ素子をオフし、
   前記バッテリ電圧検出回路は、
   前記バッテリの正極が前記第１のバッテリ端子に接続され且つ前記バッテリの負極が第２のバッテリ端子に接続されたバッテリ接続状態において、前記目標値を第１の目標値に設定し、
   一方、前記バッテリの正極が前記第１のバッテリ端子から外れ又は前記バッテリの負極が第２のバッテリ端子から外れたバッテリオープン状態において、前記目標値を前記第１の目標値よりも低い第２の目標値に設定する
   ことを特徴とするバッテリ充電装置。
2. 前記第１のスイッチ素子は、
   前記第１ノードがアノードであり且つ前記第２ノードがカソードである第１のサイリスタである
   ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ充電装置。
3. 前記制御回路は、
   アノードが前記第１の発電機端子に接続された第１のダイオードと、
   エミッタが前記第１のダイオードのカソードに接続された第１のＰＮＰ型バイポーラトランジスタと、
   アノードが前記第１のＰＮＰ型バイポーラトランジスタのコレクタに接続され、カソードが前記第１のサイリスタのゲートに接続された第２のダイオードと、
   コレクタが前記第１のＰＮＰ型バイポーラトランジスタのベースに接続され、エミッタが前記第２の発電機端子に接続され、ベースが前記充電停止信号又は前記充電許可信号が入力される信号ノードに接続された第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタと、
   前記第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタのベースとエミッタとの間に接続された第１の抵抗素子と、を備え、
   前記制御回路は、
   前記入力電圧が前記規定値以上になった時において、
   前記充電許可信号に応じて前記第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタがオンすることで、前記第１のＰＮＰ型バイポーラトランジスタをオンし、一方、前記充電停止信号に応じて前記第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタがオフすることで、前記第１のＰＮＰ型バイポーラトランジスタをオフし、
   前記制御回路は、
   前記入力電圧が前記規定値未満になった時において、
   前記第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタがオフすることで、前記第１のＰＮＰ型バイポーラトランジスタがオフする
   ことを特徴とする請求項２に記載のバッテリ充電装置。
4. 前記制御回路は、
   前記第１のダイオードのカソードと前記第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタのベースとの間に接続された第２の抵抗素子をさらに備える
   ことを特徴とする請求項３に記載のバッテリ充電装置。
5. 前記制御回路は、
   前記第１のＰＮＰ型バイポーラトランジスタのベースと前記第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタのコレクタとの間に接続された第３の抵抗素子をさらに備える
   ことを特徴とする請求項３に記載のバッテリ充電装置。
6. 前記制御回路は、
   前記第１のＰＮＰ型バイポーラトランジスタのコレクタと前記第２のダイオードのアノードとの間に接続された第４の抵抗素子をさらに備える
   ことを特徴とする請求項３に記載のバッテリ充電装置。
7. 前記バッテリ電圧検出回路は、
   アノードが前記第１のバッテリ端子に接続された第３のダイオードと、
   カソードが前記第３のダイオードのカソードに接続された第１のツェナーダイオードと、
   コレクタが前記第１のツェナーダイオードのアノードに接続され、ベースが前記第３のダイオードのカソードに接続された第２のＰＮＰ型バイポーラトランジスタと、
   アノードが前記負荷ノードに接続され、カソードが前記第２のＰＮＰ型バイポーラトランジスタのエミッタに接続された第４のダイオードと、
   カソードが前記第１のツェナーダイオードのアノードに接続された第２のツェナーダイオードと、
   前記第２のＰＮＰ型バイポーラトランジスタのベースと前記第２のバッテリ端子との間に接続された第５の抵抗素子と、
   コレクタが前記信号ノードに接続され、エミッタが前記第２のバッテリ端子に接続され、ベースが前記第２のツェナーダイオードのアノードに接続され、前記コレクタから前記充電停止信号又は前記充電許可信号を出力する第２のＮＰＮ型バイポーラトランジスタと、を備える
   ことを特徴とする請求項３に記載のバッテリ充電装置。
8. 前記バッテリ電圧検出回路は、
   前記出力電圧が前記目標値以上である場合には、前記第２のＮＰＮ型バイポーラトランジスタをオンすることで、前記充電停止信号を前記信号ノードに出力し、
   一方、前記出力電圧が前記目標値未満である場合には、前記第２のＮＰＮ型バイポーラトランジスタをオフすることで、前記充電許可信号を前記信号ノードに出力する
   ことを特徴とする請求項７に記載のバッテリ充電装置。
9. 前記バッテリ電圧検出回路は、
   前記第２のツェナーダイオードのアノードと前記第２のＮＰＮ型バイポーラトランジスタのベースとの間に接続された第６の抵抗素子をさらに備える
   ことを特徴とする請求項７に記載のバッテリ充電装置。
10. 前記バッテリ電圧検出回路は、
    第２のＰＮＰ型バイポーラトランジスタのベースと前記第２のバッテリ端子との間で、前記第５の抵抗素子と直列に接続された第２のスイッチ素子をさらに備える
    ことを特徴とする請求項７に記載のバッテリ充電装置。
11. 前記補助バッテリ回路は、
    アノードが前記第１のバッテリ端子に接続され、カソードが前記負荷ノードに接続された第５のダイオードと、
    一端が前記負荷ノードに接続され、他端が前記第２のバッテリ端子に接続された前記コンデンサと、を備える
    ことを特徴とする請求項７に記載のバッテリ充電装置。
12. 前記第１のバッテリ端子と前記第２のバッテリ端子との間に第１の負荷回路が接続され、前記負荷ノードと前記第２のバッテリ端子との間に第２の負荷回路が接続される
    ことを特徴とする請求項１１に記載のバッテリ充電装置。
13. 単相交流発電機によるバッテリの充電を制御するバッテリ充電装置であって、前記単相交流発電機のコイルの一端が接続される第１の発電機端子と、前記コイルの他端が接続され且つ接地される第２の発電機端子と、前記バッテリの正極が接続される第１のバッテリ端子と、前記第２の発電機端子に接続され且つ前記バッテリの負極が接続される第２のバッテリ端子と、第１ノードが前記第１の発電機端子に接続され、第２ノードが前記第１のバッテリ端子に接続された第１のスイッチ素子と、前記第１の発電機端子と前記第２の発電機端子との間の入力電圧に応じて、前記第１のスイッチ素子の動作を制御する制御回路と、前記第１のバッテリ端子と前記第２のバッテリ端子との間の出力電圧を検出し、前記出力電圧が正の目標値以上である場合には、充電停止信号を前記制御回路に出力し、一方、前記出力電圧が前記目標値未満である場合には、充電許可信号を前記制御回路に出力するバッテリ電圧検出回路と、前記第１のバッテリ端子と前記第２のバッテリ端子との間に接続されたコンデンサを含み、負荷ノードに接続された負荷回路に電力を供給する補助バッテリ回路と、を備えたバッテリ充電装置の制御方法であって、
    前記入力電圧が規定値以上になった時において、前記制御回路が、前記充電許可信号が入力されていれば前記第１のスイッチ素子をオンし、一方、前記充電停止信号が入力されていれば前記第１のスイッチ素子をオフし、
    前記入力電圧が前記規定値未満になった時において、前記制御回路が、前記第１のスイッチ素子をオフするものであり、
    前記バッテリの正極が前記第１のバッテリ端子に接続され且つ前記バッテリの負極が第２のバッテリ端子に接続されたバッテリ接続状態において、前記バッテリ電圧検出回路が、前記目標値を第１の目標値に設定し、
    一方、前記バッテリの正極が前記第１のバッテリ端子から外れ又は前記バッテリの負極が第２のバッテリ端子から外れたバッテリオープン状態において、前記バッテリ電圧検出回路が、前記前記目標値を前記第１の目標値よりも低い第２の目標値に設定する
    ことを特徴とするバッテリ充電装置の制御方法。

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