WO2016098407A1 - 二次電池の充電制御装置 - Google Patents

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WO2016098407A1
WO2016098407A1 PCT/JP2015/075971 JP2015075971W WO2016098407A1 WO 2016098407 A1 WO2016098407 A1 WO 2016098407A1 JP 2015075971 W JP2015075971 W JP 2015075971W WO 2016098407 A1 WO2016098407 A1 WO 2016098407A1
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phase
secondary battery
limit value
charging
rotor
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PCT/JP2015/075971
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貴矩敬 寛
英斗 塚越
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株式会社ケーヒン
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92—Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a charging control device for a secondary battery, and more particularly, to a charging control device for a secondary battery of a vehicle that controls charging of a secondary battery such as a lead battery charged by a three-phase AC generator.
  • each phase of a stator winding of a three-phase AC generator having a rotor having a field flux generating magnet driven by a vehicle engine and a stator wound with a stator winding for generating power generation has been proposed.
  • Patent Document 1 relates to an output control device for a synchronous generator, and in a control voltage value setting unit, an engine speed in which a control voltage value for controlling a generated voltage is detected by an engine speed determination unit.
  • the advance / retard amount setting unit determines the energization timing of each phase of the stator coil so that the battery voltage converges to the control voltage value.
  • the driver discloses a configuration in which the energization timing is changed by controlling the rectifier according to the determined advance / retard amount.
  • the control voltage value for controlling the generated voltage is determined by the engine speed detected by the engine speed determining unit and the throttle opening determining unit. Since the determination is made according to the acceleration judgment made, the setting of the control voltage value itself has a complicated tendency, and the energization timing to each phase of the stator coil is determined so that the battery voltage converges to the control voltage value. Since the energization timing is changed by controlling the rectifier according to the advance / retard amount determined in this way, charging is performed especially when the battery voltage is low until the battery voltage converges to the control voltage value. It is considered that the current tends to increase and cause deterioration of the battery.
  • the present invention has been made through the above-described studies, and with a simple and inexpensive configuration, when the voltage of the secondary battery is relatively low, the secondary battery can be charged with a constant current.
  • the secondary battery voltage is relatively high, the secondary battery can be charged with a constant voltage, thereby suppressing the deterioration of the secondary battery during charging.
  • the purpose is to provide.
  • the present invention provides a three-phase including a rotor driven by a vehicle engine and having a field magnetic flux generating magnet and a stator winding around which a power generation output generating stator winding is wound.
  • An AC / DC converter having a plurality of switching elements that perform a switching operation for converting an alternating current supplied from an alternating current generator into a direct current, and drive control of the operation timing of the switching operations of the plurality of switching elements
  • a predetermined limit value is preset for the retardation amount, and when the retardation amount exceeds the predetermined limit value, the retardation amount is set to the predetermined limit value.
  • the present invention provides the predetermined limit value of the retardation amount based on a predetermined relationship between the retardation amount and a charging current flowing into the secondary battery.
  • the second aspect is to set the charging current corresponding to a predetermined limit value.
  • the third aspect of the present invention is that the predetermined limit value of the retardation amount is set according to the rotational speed of the rotor or the rotational speed of the engine.
  • the rotor driven by the engine of the vehicle and having the field magnetic flux generating magnet and the stator winding for generating the power generation output are provided.
  • An AC / DC converter having a plurality of switching elements for performing a switching operation for converting an alternating current supplied from a three-phase alternating current generator including a wound stator into a direct current; and a plurality of switching elements
  • a charge control unit for charging the secondary battery by controlling the operation timing of the switching operation with a drive control signal, wherein the charge control unit charges the secondary battery.
  • the rotational phase of the rotor of the three-phase AC generator is detected, and a drive control signal that exhibits a retard amount that is retarded from the reference phase synchronized with the rotational phase of the rotor of the three-phase AC generator is supplied to a plurality of switches.
  • a predetermined limit value is set in advance for the retard amount, and when the retard amount exceeds the predetermined limit value, the retard amount is set to the predetermined limit value.
  • the predetermined limit value of the retardation amount has a predetermined relationship between the retardation amount and the charging current flowing into the secondary battery. Based on the predetermined limit value of the charging current, the voltage of the secondary battery is relatively low with a simple and inexpensive configuration that can eliminate the need for a current sensor. When the voltage is low, the secondary battery can be charged with a constant current, and when the voltage of the secondary battery is relatively high, the secondary battery can be charged with a constant voltage.
  • the predetermined limit value of the retardation amount depends on the rotational speed of the rotor of the three-phase AC generator or the rotational speed of the engine. Therefore, with a simplified configuration that eliminates the need for a current sensor, the limit value of the retard amount that does not exceed the upper limit value that degrades the secondary battery is appropriately set according to the rotational speed of the engine 1
  • the secondary battery can be charged with a constant current when the voltage of the secondary battery is relatively low, and at a constant voltage when the voltage of the secondary battery is relatively high. The secondary battery can be charged.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an engine to which a secondary battery charge control device according to an embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the secondary battery charge control device in the present embodiment.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating an example of data used when the secondary battery charge control device according to the present embodiment charges a lead battery, and the retard amount for each limit value of a different charge current to the lead battery. It is a figure which shows an example of the relationship between this limit value and the rotation speed of the rotor of a three-phase alternating current generator.
  • FIG. 3B is an example of the time-varying characteristics of each of the retardation amount, the charging voltage, and the SOC (State Of Charge) when the charge control device of the secondary battery in the present embodiment charges the lead battery.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating an example of data used when the secondary battery charge control device according to the present embodiment charges a lead battery, and the retard amount for each limit value of a different charge current
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an engine to which a secondary battery charge control device according to the present embodiment is applied.
  • an engine 1 that is an internal combustion engine is mounted on a vehicle (not shown) and includes a cylinder block 2.
  • a cooling water passage 3 through which cooling water for cooling the cylinder block 2 and the inside thereof is circulated is formed in the side wall of the cylinder block 2.
  • the cooling water passage 3 is provided with a water temperature sensor 4 for detecting the temperature of the cooling water flowing through the cooling water passage 3.
  • the internal combustion engine 1 is shown as a single cylinder. However, the internal combustion engine 1 may have a plurality of cylinders, and the arrangement of the cylinders is in-line, horizontally opposed, or V-shaped. Etc.
  • the internal combustion engine 1 is shown as being water-cooled, but it may be air-cooled. In such a case, the temperature of the internal combustion engine 1 can be detected in place of the water temperature sensor 4.
  • a suitable temperature sensor may be mounted on the cylinder block 2 or the like.
  • the piston 5 is disposed inside the cylinder block 2.
  • the piston 5 is connected to a crank 7 via a connecting rod 6.
  • a crank angle sensor 8 that detects the rotation angle of the crank 7 is provided in the vicinity of the crank 7 so as to detect the rotation speed of the internal combustion engine 1.
  • a cylinder head 9 is mounted on the upper portion of the cylinder block 2.
  • An internal space defined by the upper surface of the piston 5 and the inner surfaces of the cylinder block 2 and the cylinder head 9 is a combustion chamber 10.
  • the cylinder head 9 is provided with a spark plug 11 that ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber 10.
  • the ignition operation of the spark plug 11 is controlled by the ECU 130 controlling energization to an ignition coil (not shown).
  • the cylinder head 9 is provided with an intake valve 13 that allows the combustion chamber 10 and the intake passage 12 to be freely opened and closed.
  • the intake passage 12 is formed in an intake pipe IM fixed to the cylinder head 9, and the intake pipe IM is disposed on the upstream side of the fuel injection valve 14 that injects fuel into the intake passage 12 and the fuel injection valve 14.
  • the throttle valve 15 is provided.
  • the fuel injection valve 14 may inject fuel directly into the combustion chamber 10.
  • an exhaust pipe EM is fixed on the opposite side of the intake pipe IM, and an exhaust passage 16 communicating with the combustion chamber 10 is formed in the exhaust pipe EM.
  • the cylinder head 9 is provided with an exhaust valve 17 that allows the combustion chamber 10 and the exhaust passage 16 to communicate freely.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a charge control device for a secondary battery in the present embodiment.
  • the secondary battery charge control device 100 controls an operation of an AC / DC converter 131 that converts electric power generated from a three-phase AC generator 110.
  • Control Unit 130 is provided.
  • Reference numeral 101 in the drawing indicates a lead battery as a secondary battery
  • reference numeral 102 indicates a load electrically connected between both positive and negative terminals of the lead battery 101.
  • a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery can be used as the secondary battery.
  • ECU 130 may execute a control process for the entire vehicle, or may specialize in a charge control process for charging lead battery 101.
  • a three-phase generation output generation coil including a U-phase coil 110a, a V-phase coil 110b, and a W-phase coil 110c. And a permanent magnet for generating a field flux corresponding to each of the coils 110a, 110b and 110c of each phase, and a winding arranged around the outer periphery of the stator.
  • the rotor is driven by a crank 7 of an engine 1 that is typically an internal combustion engine (see FIG. 1). Further, a phase sensor 120 is disposed so as to face the three-phase AC generator 110.
  • the U-phase coil 110 a is electrically connected to the other terminal of one U-phase switching element 131 a of the AC / DC converter 131 and one terminal of the other U-phase switching element 131 b of the AC / DC converter 131. It has a connection terminal 111a to be connected to.
  • the V-phase coil 110 b is electrically connected to the other terminal of one V-phase switching element 131 c of the AC / DC converter 131 and one terminal of the other V-phase switching element 131 d of the AC / DC converter 131. It has a connection terminal 111b to be connected to.
  • the W-phase coil 110c is connected to the other terminal of one W-phase switching element 131e of the AC / DC converter 131 and one terminal of the other W-phase switching element 131f of the AC / DC converter 131.
  • a connection terminal 111c for electrical connection is provided.
  • the change over time of the output voltage output from the three-phase AC generator 110 is synchronized with the rotation of the rotor of the three-phase AC generator 110 driven by the crank 7 of the engine 1.
  • rotation phase rotation angle
  • the U-phase coil 110a with respect to one rotation phase of the rotor.
  • the phase of the corresponding permanent magnet is 120 degrees earlier than the phase of the V-phase coil 110b and the corresponding permanent magnet
  • the phase of the V-phase coil 110b and the corresponding permanent magnet is W-phase coil 110c.
  • the phase is set to be 120 ° earlier than the phase of the corresponding permanent magnet.
  • the output voltage output from the U-phase coil 110a is advanced in phase by 120 ° from the output voltage output from the V-phase coil 110b, and the output voltage output from the V-phase coil 110b. Is set so that the phase advances by 120 ° from the output voltage output from the W-phase coil 110c.
  • the phase sensor 120 corresponds to the rotational phase of each phase of the rotor of the three-phase AC generator 110, specifically, the rotational phase of the U-phase coil 110a and the corresponding permanent magnet, the V-phase coil 110b, and the corresponding phase. Electric signals corresponding to the rotation phase of the permanent magnet and the rotation phase of the W-phase coil 110c and the corresponding permanent magnet are output to the charging control unit 132 in the ECU 130.
  • the ECU 130 is an arithmetic processing unit including a microcomputer and has a memory and a timer (not shown).
  • the memory stores a necessary control program and control data, and the ECU 130 reads out the necessary control program and control data from the memory and executes the control program to execute a control process such as a charging control process. It is a control device.
  • the ECU 130 includes an AC (Alternate Current) / DC (Direct Current) converter 131 and a charge control unit 132 which are power converters, and the charge control unit 132 includes a rotation phase detection unit 132a and a rotation speed detection unit. 132b, a retard amount calculation unit 132c, and a command unit 132d.
  • the rotation phase detection unit 132a, the rotation speed detection unit 132b, the retardation amount calculation unit 132c, and the command unit 132d are respectively shown as functional blocks when the ECU 130 executes the control program.
  • a program that causes the rotation phase detection unit 132a, the rotation speed detection unit 132b, the retard amount calculation unit 132c, and the command unit 132d to function as functional blocks is stored in advance in the memory.
  • the AC / DC converter 131 may be provided as a power module or the like outside the ECU 130.
  • the AC / DC converter 131 typically includes switching elements 131a, 131b, 131c, 131d, 131e, and 131f connected in a three-phase bridge, and switches according to a control signal from the command unit 132d of the charge control unit 132.
  • Each of the elements 131a, 131b, 131c, 131d, 131e, and 131f is turned on or off to convert the three-phase alternating current supplied from the three-phase alternating current generator 110 into a direct current, and the direct current is converted into the lead battery 101.
  • each of the switching elements 131a, 131b, 131c, 131d, 131e, and 131f is typically a transistor.
  • an N-type MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor
  • the AC / DC converter 131 corresponds to a pair of switching elements 131a, 131b, 131c, 131d, 131e, and 131f for each of the three phases U phase, V phase, and W phase. Have.
  • the pair of U-phase switching elements 131a and 131b are electrically connected, the switching element 131a is in the on state, and the switching element 131b is in the off state.
  • the U-phase output voltage is set to the high level, and the U-phase output voltage is set to the low level when the switching element 131a is in the off state and the switching element 131b is in the on state.
  • AC / DC converter 131 when a pair of switching elements 131c of V phase and switching element 131d are electrically connected, switching element 131c is on and switching element 131d is off.
  • the V-phase output voltage is set to a high level
  • the V-phase output voltage is set to a low level when the switching element 131c is in an off state and the switching element 131d is in an on state.
  • a pair of switching elements 131e of W phase and switching element 131f are electrically connected, and when switching element 131e is on and switching element 131f is off, W When the phase output voltage is set to the high level, the switching element 131e is in the off state, and the switching element 131f is in the on state, the W phase output voltage is set to the low level.
  • the switching element 131a includes a control terminal electrically connected to the command unit 132d of the charge control unit 132, one input terminal electrically connected to the high potential side of the lead battery 101, and the switching element 131b. And the other input terminal electrically connected to the connection terminal 111a of the three-phase AC generator 110.
  • the switching element 131a is turned on / off in accordance with a predetermined control signal applied to the control terminal from the command unit 132d. When the switching element 131a is in the on state, a current flows from one input terminal to the other input terminal. Flows.
  • the switching element 131b has a control terminal electrically connected to the command unit 132d of the charging control unit 132 and one input electrically connected to the switching element 131a and the connection terminal 111a of the three-phase AC generator 110. And the other input terminal electrically connected to the low potential side of the lead battery 101.
  • the switching element 131b performs an on / off operation in accordance with a predetermined control signal applied to the control terminal from the command unit 132d. When the switching element 131b is in an on state, a current flows from one input terminal to the other input terminal. Flowing.
  • the switching element 131c includes a control terminal electrically connected to the command unit 132d of the charge control unit 132, one input terminal electrically connected to the high potential side of the lead battery 101, the switching element 131d, And the other input terminal electrically connected to the connection terminal 111b of the three-phase AC generator 110.
  • the switching element 131c is turned on / off according to a predetermined control signal applied from the command unit 132d to the control terminal. When the switching element 131c is in the on state, a current is passed from one input terminal to the other input terminal. Flowing.
  • the switching element 131d has a control terminal electrically connected to the command unit 132d of the charging control unit 132 and one input electrically connected to the switching element 131c and the connection terminal 111b of the three-phase AC generator 110. And the other input terminal electrically connected to the low potential side of the lead battery 101.
  • the switching element 131d is turned on / off in accordance with a predetermined control signal applied from the command unit 132d to the control terminal. When the switching element 131d is in the on state, a current flows from one input terminal to the other input terminal. Flowing.
  • the switching element 131e includes a control terminal electrically connected to the command unit 132d of the charging control unit 132, one input terminal electrically connected to the high potential side of the lead battery 101, the switching element 131f, And the other input terminal electrically connected to the connection terminal 111c of the three-phase AC generator 110.
  • the switching element 131e is turned on / off in accordance with a predetermined control signal applied to the control terminal from the command unit 132d. When the switching element 131e is in the on state, a current flows from one input terminal to the other input terminal. Flowing.
  • the switching element 131f has a control terminal electrically connected to the command unit 132d of the charging control unit 132 and one input electrically connected to the switching element 131e and the connection terminal 110c of the three-phase AC generator 110. And the other input terminal electrically connected to the low potential side of the lead battery 101.
  • the switching element 131f performs an on / off operation in accordance with a predetermined control signal applied from the command unit 132d to the control terminal. When the switching element 131f is in an on state, a current flows from one input terminal to the other input terminal. Flowing.
  • the charge control unit 132 includes a rotation phase detection unit 132a, a rotation speed detection unit 132b, a retard amount calculation unit 132c, and a command unit 132d as functional blocks, and the U phase carried by the output signal output from the phase sensor 120.
  • the switching control for switching the ON state and the OFF state of each of the switching elements 131a, 131b, 131c, 131d, 131e, and 131f is performed using the rotation phases of the V phase and the W phase as reference phases.
  • the switching control for switching between the ON state and the OFF state of each of the switching elements 131a, 131b, 131c, 131d, 131e, and 131f performed in cooperation by the retard amount calculation unit 132c and the command unit 132d is typically performed.
  • the rotational phase detector 132a detects the rotational phases of the U phase, V phase, and W phase of the rotor of the three-phase AC generator 110. Specifically, the rotational phase detector 132a is based on the output signals output from the phase sensors 120, and the rotational phase of the U-phase coil 110a and the corresponding permanent magnet, the V-phase coil 110b and the corresponding permanent magnet. The rotational phase and the rotational phase of the W-phase coil 110c and the corresponding permanent magnet are detected. Then, the rotational phase detector 132a makes each detected value indicating the rotational phase available to the retard amount calculator 132c.
  • the rotation speed detection unit 132b detects the rotation speed of the rotor of the three-phase AC generator 110. Specifically, based on the output signals output from the phase sensor 120, the rotational speed detector 132b rotates the U-phase coil 110a and the corresponding permanent magnet, and the V-phase coil 110b and the corresponding permanent magnet. Each of the rotational phases and the rotational phase of the W-phase coil 110c and the corresponding permanent magnet is detected from the temporal change of the rotational phase, and typically the rotational speed of the rotor is detected from any of these temporal changes, The detected value can be used by the retard amount calculation unit 132c.
  • the rotation speed detector 132b detects the rotation speed of the rotor from the waveform of the output signal indicating the generated voltage of each phase of the U-phase, V-phase, and W-phase of the three-phase AC generator 110. You may make it do. Further, since there is a correlation between the rotational speed of the engine 1 and the rotational speed of the rotor of the three-phase AC generator 110, the rotational speed detector 132 b detects the rotation of the crank 7 detected by the crank angle sensor 8. You may make it detect the rotational speed of a rotor from an angle.
  • the retard amount calculation unit 132c sets the timing corresponding to the rotation phase of the U-phase coil 110a and the corresponding permanent magnet detected by the rotation phase detection unit 132a as a reference phase, and uses predetermined parameters. The retardation amount with respect to the reference phase of the U phase is calculated. Similarly, the retard amount calculation unit 132c sets the timing corresponding to the rotation phase of the V-phase coil 110b and the corresponding permanent magnet detected by the rotation phase detection unit 132a as a reference phase, and uses predetermined parameters.
  • a retardation amount with respect to the reference phase of the W phase is calculated using the parameters.
  • the retardation amount of the U phase, the retardation amount of the V phase, and the retardation amount of the W phase are set to be equal to each other.
  • the retard amount calculation unit 132c makes each calculated value indicating the retard amount available to the command unit 132d.
  • command unit 132d is electrically connected to the control terminals of the respective switching elements 131a, 131b, 131c, 131d, 131e, and 131f, and the switching elements 131a, 131b according to the retard amount calculated by the retard amount calculating unit 132c.
  • 131c, 131d, 131e, and 131f are respectively applied with control signals of high level and low level at the timings of the corresponding phases, thereby correspondingly turning them on / off.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating an example of data used when the charge control device 100 for the secondary battery in the present embodiment charges the lead battery 101, for each limit value of a different charge current to the lead battery 101. It is a figure which shows an example of the relationship between the limit value of retardation amount, and the rotation speed of the rotor of the three-phase alternating current generator 110.
  • FIG. 3B shows an example of each time-varying characteristic of the retard amount, the charging voltage, and the SOC when the charge control device 100 for the secondary battery in the present embodiment charges the lead battery 101.
  • FIG. FIG. 3A shows 1A, 2A, and 3A as examples of charging current limit values for the sake of simplification. Of course, the charging current limit values are other than these values.
  • the limit value of the charging current may be a predetermined fixed value or a variable value.
  • FIG. 3B shows an example in which the rotational speed of the rotor of the three-phase AC generator 110 is set to a constant value of 2000 rpm and the limit value of the charging current is set to a constant value of 1A for simplification of explanation. .
  • the charging current to the lead battery 101 and the ON states of the switching elements 131a, 131b, 131c, 131d, 131e, and 131f There is a proportional relationship with the amount of retardation for delaying the switching timing for switching between the OFF state and the corresponding reference phase.
  • the value of the charging current exceeds the upper limit value that does not deteriorate the lead battery 101. It is possible that a situation will occur. Therefore, in order to prevent this, it is necessary to set a limit value for the charging current, that is, it is necessary to set a limit value for the retard amount having a correlation with the charging current.
  • the relationship between the retard amount limit value and the rotational speed of the rotor of the three-phase AC generator 110 for each limit value of the different charging current to the lead battery 101 is calculated. Define in advance. Based on this relationship, a retard amount limit value corresponding to the rotational speed of the rotor of the three-phase AC generator 110 detected by the rotational speed detector 132b is calculated in accordance with a predetermined charging current limit value. . By using the limit value of the retardation amount applied when charging the lead battery 101, a situation in which an event in which the value of the charging current exceeds the upper limit value that does not deteriorate the lead battery 101 is reliably suppressed.
  • the limit value of the retard amount is set using the rotation speed of the rotor of the three-phase AC generator 110 as a parameter. It takes into consideration that it changes depending on the rotational speed. In order to simplify the calculation process, the retard amount limit value does not take into account the difference in the rotational speed of the rotor of the three-phase AC generator 110, but limits the different charging current to the lead battery 101. It may be defined for each value. Further, since the rotational speed of the rotor of the three-phase AC generator 110 has a certain correspondence with the rotational speed of the engine 1, the engine speed is replaced with the rotational speed of the rotor of the three-phase AC generator 110. A rotational speed of 1 may be used.
  • the secondary battery charge control device 100 executes the following charge control processing of the lead battery 101.
  • the rotational phase detector 132a detects the rotational phases of the U phase, V phase, and W phase of the rotor of the three-phase AC generator 110. Specifically, the rotational phase detector 132a is based on the output signals output from the phase sensors 120, and the rotational phase of the U-phase coil 110a and the corresponding permanent magnet, the V-phase coil 110b and the corresponding permanent magnet. The rotational phase and the rotational phase of the W-phase coil 110c and the corresponding permanent magnet are detected.
  • the rotational speed detector 132b rotates the U-phase coil 110a and the corresponding permanent magnet, and the V-phase coil 110b and the corresponding permanent magnet. Since the time change of the rotation phase and the rotation phase of the W-phase coil 110c and the corresponding permanent magnet, typically the time change of these rotation phases is equal, the rotation of the rotor from any one of these time changes. Detect speed.
  • the retard amount calculation unit 132c sets the timing corresponding to the rotation phase of the U-phase coil 110a and the corresponding permanent magnet detected by the rotation phase detection unit 132a as a reference phase, and at a constant voltage, a lead battery The retardation amount with respect to the reference phase of the U phase that does not consider the limit value when charging 101 is calculated.
  • the retard amount calculation unit 132c sets the timing corresponding to the rotation phase of the V-phase coil 110b and the corresponding permanent magnet detected by the rotation phase detection unit 132a as a reference phase, and at a constant voltage, a lead battery
  • the timing corresponding to the rotational phase of the W-phase coil 110c and the corresponding permanent magnet detected by the rotational phase detection unit 132a is calculated by calculating the retardation amount with respect to the V-phase reference phase without considering the limit value when charging 101. Is set as the reference phase, and the retardation amount with respect to the W-phase reference phase is calculated without considering the limit value when charging the lead battery 101 with a constant voltage.
  • the retardation amount of the U phase is calculated. This may be applied to the retardation amount of the V phase and the retardation amount of the W phase. Therefore, hereinafter, the retardation amount of each phase will be described as a representative of the retardation amount of the U phase calculated in this way.
  • the retard amount calculation unit 132c reads the data defining the relationship shown in FIG. 3A from a memory (not shown) and refers to it, and the rotation speed detection unit 132b detects the data according to a predetermined charging current limit value.
  • the limit value of the retardation amount corresponding to the value of the rotational speed of the rotor of the three-phase AC generator 110 is calculated.
  • the retardation amount calculation unit 132c sets the retardation amount not considering the limit value as the retardation amount as it is,
  • the retardation amount reflecting the limit value is calculated by setting the limit value as the retardation amount.
  • the command unit 132d calculates the switching timing of the switching elements 131a, 131b, 131c, 131d, 131e, and 131f delayed from the respective reference phases by the retardation amount reflecting the limit value calculated by the retardation amount calculation unit 132c. At the same time, by applying control signals having a high level and a low level to the control terminals of the switching elements 131a, 131b, 131c, 131d, 131e, and 131f respectively at the corresponding switching timing, Turn off.
  • the charging control unit 132 charges the lead battery 101 in a manner that suppresses a situation in which an event in which the value of the charging current exceeds the upper limit value that does not deteriorate the lead battery 101 occurs.
  • the value of the retard amount D when charging the lead battery 101 is more limited than that without limitation indicated by the virtual line D ′.
  • the limit value DL is set, and correspondingly, the charging voltage V to the lead battery 101 has risen from a value that is lower than the constant voltage V ′ indicated by the phantom line, while the elapsed time is 50 minutes.
  • the value of the retardation amount D becomes unlimited and the charging voltage V becomes a constant value.
  • the time change of SOC is shown by the dotted line, and when the elapsed time reaches 150 minutes, the SOC becomes 100%, and the state of charge of the lead battery 101 is fully charged. .
  • a rotor driven by the vehicle engine 1 and having a field flux generating magnet and a stator winding for generating power generation output A plurality of switching elements 131a, 131b, 131c, 131d, 131e, and 131f performing a switching operation for converting an alternating current supplied from a three-phase alternating current generator 110 including a stator around which a wire is wound into a direct current.
  • a charge control unit that charges the secondary battery 101 by controlling the operation timing of the switching operation of the plurality of switching elements 131a, 131b, 131c, 131d, 131e, and 131f with a drive control signal.
  • a charge control device 100 for a secondary battery comprising the charge control unit 13
  • the rotational phase of the rotor of the three-phase AC generator 110 was detected and retarded from the reference phase synchronized with the rotational phase of the rotor of the three-phase AC generator 110.
  • a drive control signal exhibiting a retard amount is applied to the plurality of switching elements 131a, 131b, 131c, 131d, 131e, and 131f, and a predetermined limit value is preset for the retard amount, and the retard amount is set to a predetermined limit. If the value exceeds the value, the retardation amount is set to a predetermined limit value.
  • the constant current is set to a constant value.
  • the secondary battery 101 can be charged, and when the voltage of the secondary battery 101 is relatively high, the secondary battery 101 can be charged at a constant voltage, thereby degrading the secondary battery 101 during charging. Suppress Rukoto can.
  • the predetermined limit value of the retard amount is based on a predetermined relationship between the retard amount and the charge current flowing into the secondary battery 101.
  • the secondary battery 101 can be charged with a constant current, and when the voltage of the secondary battery 101 is relatively high, the secondary battery 101 can be charged with a constant voltage.
  • the predetermined limit value of the retardation amount is set in accordance with the rotational speed of the rotor of the three-phase AC generator 110 or the rotational speed of the engine. Therefore, the limit value of the retard amount that does not exceed the upper limit value that degrades the secondary battery 101 is appropriately set according to the rotational speed of the engine 1 with a simplified configuration that eliminates the necessity of the current sensor.
  • the limit value of the retard amount that does not exceed the upper limit value that degrades the secondary battery 101 is appropriately set according to the rotational speed of the engine 1 with a simplified configuration that eliminates the necessity of the current sensor.
  • the secondary battery can be charged with a constant current when the voltage of the secondary battery is relatively low with a simple and inexpensive configuration, and the voltage of the secondary battery When the battery is relatively high, it is possible to charge the secondary electricity with a constant voltage, thereby providing a secondary battery charge control device capable of suppressing deterioration of the secondary battery during charging. Therefore, it is expected to be widely applicable to a charging control device for a secondary battery such as a vehicle because of its universality.

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Abstract

　二次電池の充電制御装置（１００）では、充電制御部（１３２）が、二次電池（１０１）を充電する際に、三相交流発電機（１１０）の回転子の回転位相を検出して、三相交流発電機１１０の回転子の回転位相に同期した規準位相から遅角した遅角量を呈する駆動制御信号を複数のスイッチング素子（１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ、１３１ｆ）に印加すると共に、遅角量には所定のリミット値が予め設定され、遅角量が所定のリミット値を越える場合には、遅角量を所定のリミット値に設定する。

Description

二次電池の充電制御装置
　本発明は、二次電池の充電制御装置に関し、特に、三相交流発電機によって充電される鉛バッテリ等の二次電池の充電を制御する車両の二次電池の充電制御装置に関する。
　近年、車両のエンジンで駆動される界磁束発生用磁石を有する回転子及び発電出力発生用の固定子巻線が巻回された固定子を有する三相交流発電機の固定子巻線の各相に対する通電タイミングを変化させて三相交流発電機の発電量を制御することによって、鉛バッテリ等の二次電池を充電する構成を有する二次電池の充電制御装置が提案されている。
　かかる状況下で、特許文献１は、同期発電機の出力制御装置に関し、制御電圧値設定部においては、発電電圧を制御するための制御電圧値が、エンジン回転数判別部で検出されたエンジン回転数とスロットル開度判別部でなされた加速判断に従って決定されると共に、進角・遅角量設定部は、バッテリ電圧が制御電圧値に収斂するようにステータコイルの各相への通電タイミングを決定し、ドライバは、このように決定された進角・遅角量に従って整流器を制御して通電タイミングを変更する構成を開示する。
特開２００４－１９４４２７号公報
　しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献１の構成においては、発電電圧を制御するための制御電圧値が、エンジン回転数判別部で検出されたエンジン回転数とスロットル開度判別部でなされた加速判断に従って決定されるものであるため、制御電圧値の設定自体に煩雑な傾向があると共に、バッテリ電圧が制御電圧値に収斂するようにステータコイルの各相への通電タイミングを決定し、このように決定された進角・遅角量に従って整流器を制御して通電タイミングを変更するものであるため、バッテリ電圧が制御電圧値に収斂するまでの特にバッテリ電圧が低い場合には、充電電流が大きくなってしまいバッテリの劣化を招く傾向があると考えられる。
　また、一般的には、バッテリ容量×０．１Ａ以下の定電流でバッテリを充電することが望ましいが、このような定電流充電を実現するためには、ホール素子又はシャント抵抗を備えた電流センサを使用しなければならず、装置全体のコストアップ要因となる傾向があると考えられる。
　本発明は、以上の検討を経てなされたものであり、簡便、且つ、安価な構成で、二次電池の電圧が相対的に低い場合には定電流で二次電池を充電することができると共に、二次電池の電圧が相対的に高い場合には定電圧で二次電気を充電することができ、これにより充電時の二次電池の劣化を抑制することができる二次電池の充電制御装置を提供することを目的とする。
　以上の目的を達成するべく、本発明は、車両のエンジンで駆動されると共に界磁束発生用磁石を有する回転子及び発電出力発生用の固定子巻線が巻回された固定子を備える三相交流発電機から供給される交流電流を、直流電流に変換するためのスイッチング動作を行う複数のスイッチング素子を有するＡＣ／ＤＣ変換器と、前記複数のスイッチング素子の前記スイッチング動作の動作タイミングを駆動制御信号で制御することにより二次電池を充電する充電制御部と、を備える二次電池の充電制御装置において、前記充電制御部は、前記二次電池を充電する際に、前記三相交流発電機の前記回転子の回転位相を検出して、前記回転子の前記回転位相に同期した規準位相から遅角した遅角量を呈する前記駆動制御信号を前記複数のスイッチング素子に印加すると共に、前記遅角量には所定のリミット値が予め設定され、前記遅角量が前記所定のリミット値を越える場合には、前記遅角量を前記所定のリミット値に設定することを第１の局面とする。
　また、本発明は、第１の局面に加えて、前記遅角量の前記所定のリミット値は、前記遅角量と前記二次電池に流入する充電電流との所定の関係に基づいて、前記充電電流の所定のリミット値に対応して設定されることを第２の局面とする。
　また、本発明は、第２の局面に加えて、前記遅角量の前記所定のリミット値は、前記回転子の回転数又は前記エンジンの回転数に応じて設定されることを第３の局面とする。
　以上の本発明の第１の局面にかかる二次電池の充電制御装置によれば、車両のエンジンで駆動されると共に界磁束発生用磁石を有する回転子及び発電出力発生用の固定子巻線が巻回された固定子を備える三相交流発電機から供給される交流電流を、直流電流に変換するためのスイッチング動作を行う複数のスイッチング素子を有するＡＣ／ＤＣ変換器と、複数のスイッチング素子のスイッチング動作の動作タイミングを駆動制御信号で制御することにより二次電池を充電する充電制御部と、を備える二次電池の充電制御装置であって、充電制御部が、二次電池を充電する際に、三相交流発電機の回転子の回転位相を検出して、三相交流発電機の回転子の回転位相に同期した規準位相から遅角した遅角量を呈する駆動制御信号を複数のスイッチング素子に印加すると共に、遅角量には所定のリミット値が予め設定され、遅角量が所定のリミット値を越える場合には、遅角量を所定のリミット値に設定するものであるため、簡便、且つ、安価な構成で、二次電池の電圧が相対的に低い場合には定電流で二次電池を充電することができると共に、二次電池の電圧が相対的に高い場合には定電圧で二次電池を充電することができ、これにより充電時の二次電池の劣化を抑制することができる。
　また、本発明の第２の局面にかかる二次電池の充電制御装置によれば、遅角量の所定のリミット値が、遅角量と二次電池に流入する充電電流との所定の関係に基づいて、充電電流の所定のリミット値に対応して設定されるものであるため、電流センサの必要性を排除することができる簡便で安価な構成でもって、二次電池の電圧が相対的に低い場合には定電流で二次電池を充電することができると共に、二次電池の電圧が相対的に高い場合には定電圧で二次電池を充電することができる。
　また、本発明の第３の局面にかかる二次電池の充電制御装置によれば、遅角量の所定のリミット値が、三相交流発電機の回転子の回転数又はエンジンの回転数に応じて設定されるものであるため、電流センサの必要性を排除した簡素化した構成で、二次電池を劣化させる上限値を超えない遅角量のリミット値をエンジン１の回転数に応じて適切に設定することができ、二次電池の電圧が相対的に低い場合には定電流で二次電池を充電することができると共に、二次電池の電圧が相対的に高い場合には定電圧で二次電池を充電することができる。
図１は、本発明の実施形態における二次電池の充電制御装置が適用されるエンジンの構成を示す模式図である。 図２は、本実施形態における二次電池の充電制御装置の構成を示す回路図である。 図３Ａは、本実施形態における二次電池の充電制御装置が鉛バッテリを充電する際に用いられるデータの一例を示す図であって、鉛バッテリへの異なる充電電流のリミット値毎に遅角量のリミット値と三相交流発電機の回転子の回転数との関係の一例を示す図である。 図３Ｂは、本実施形態における二次電池の充電制御装置が鉛バッテリを充電する際における遅角量と、充電電圧と、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ　Ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）と、の各々の経時的変化特性の一例を示す図である。
　以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態における二次電池の充電制御装置につき、詳細に説明する。
〔エンジンの構成〕
　まず、図１を参照して、本発明の実施形態における二次電池の充電制御装置が適用されるエンジンの構成について、詳細に説明する。
　図１は、本実施形態における二次電池の充電制御装置が適用されるエンジンの構成を示す模式図である。
　図１に示すように、内燃機関であるエンジン１は、図示を省略する車両に搭載され、シリンダブロック２を備えている。シリンダブロック２の側壁内には、シリンダブロック２及びその内部を冷却するための冷却水が流通する冷却水通路３が形成されている。冷却水通路３には、冷却水通路３を流通する冷却水の温度を検出するための水温センサ４が設けられている。
　なお、図１中では、説明の便宜上、内燃機関１を単気筒として示しているが、内燃機関１は複数の気筒を有するものであってもよく、気筒の配列も直列、水平対向やＶ型等であってもよい。また、図１中では、説明の便宜上、内燃機関１を水冷式として示しているが、空冷式であってもよく、かかる場合には、水温センサ４の代わりに内燃機関１の温度を検出自在な温度センサをシリンダブロック２等に装着してもよい。
　シリンダブロック２の内部には、ピストン５が配置されている。ピストン５は、コンロッド６を介してクランク７に連結されている。クランク７の近傍には、クランク７の回転角度を検出するクランク角センサ８が、内燃機関１の回転速度を検出すべく設けられている。シリンダブロック２の上部には、シリンダヘッド９が装着されている。ピストン５の上面と、シリンダブロック２及びシリンダヘッド９の各々の内面とが画成する内部空間は燃焼室１０となる。
　シリンダヘッド９には、燃焼室１０内の混合気に点火する点火プラグ１１が設けられている。点火プラグ１１の点火動作は、ＥＣＵ１３０が図示を省略する点火コイルへの通電を制御することによって制御される。
　また、シリンダヘッド９には、燃焼室１０と吸気通路１２とを開閉自在に連通する吸気バルブ１３が設けられている。吸気通路１２は、シリンダヘッド９に固設される吸気管ＩＭ内に形成され、吸気管ＩＭは、吸気通路１２内に燃料を噴射する燃料噴射弁１４及び燃料噴射弁１４の上流側に配置されるスロットルバルブ１５を備えている。なお、燃料噴射弁１４は、燃焼室１０内に直接燃料を噴射するものであってもよい。
　シリンダヘッド９には、吸気管ＩＭの反対側に排気管ＥＭが固設され、排気管ＥＭ内には、燃焼室１０と連通する排気通路１６が形成されている。かかるシリンダヘッド９には、燃焼室１０と排気通路１６とを開閉自在に連通する排気バルブ１７が設けられている。　　　
〔二次電池の充電制御装置の構成〕
　次に、更に図２をも参照して、本実施形態における二次電池の充電制御装置の構成について、詳細に説明する。
　図２は、本実施形態における二次電池の充電制御装置の構成を示す回路図である。
　図２に示すように、本発明の実施形態における二次電池の充電制御装置１００は、三相交流発電機１１０からの発電電力を電力変換するＡＣ／ＤＣコンバータ１３１の動作を制御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）１３０を備えている。なお、図中の符号１０１は、二次電池としての鉛バッテリを示し、及び符号１０２は、鉛バッテリ１０１の正負の両端子間に電気的に接続された負荷を示している。また、二次電池としては、鉛バッテリ以外に、ニッケル水素バッテリやリチウムイオンバッテリも利用可能である。また、ＥＣＵ１３０は、車両全体の制御処理を実行するものであってもよいし、鉛バッテリ１０１を充電する充電制御処理に特化したものであってもよい。
　三相交流発電機１１０は、その詳細な構成は省略するが、Ｕ相のコイル１１０ａ、Ｖ相のコイル１１０ｂ、及びＷ相のコイル１１０ｃから成る３相の発電出力発生用のコイル（固定子巻線）が巻回された固定子と、これらの各相のコイル１１０ａ、コイル１１０ｂ及び１１０ｃに対応する界磁束発生用の永久磁石が各々装着されると共に固定子の外周側を周回するように配設された回転子と、を備え、かかる回転子が典型的には内燃機関であるエンジン１のクランク７によって駆動される（図１参照）。また、三相交流発電機１１０に対向して、位相センサ１２０が配設されている。
　Ｕ相のコイル１１０ａは、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３１の一方のＵ相のスイッチング素子１３１ａの他方の端子と、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３１の他方のＵ相のスイッチング素子１３１ｂの一方の端子と、に電気的に接続する接続端子１１１ａを有している。Ｖ相のコイル１１０ｂは、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３１の一方のＶ相のスイッチング素子１３１ｃの他方の端子と、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３１の他方のＶ相のスイッチング素子１３１ｄの一方の端子と、に電気的に接続する接続端子１１１ｂを有している。また、Ｗ相のコイル１１０ｃは、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３１の一方のＷ相のスイッチング素子１３１ｅの他方の端子と、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３１の他方のＷ相のスイッチング素子１３１ｆの一方の端子と、に電気的に接続する接続端子１１１ｃを有している。
　ここで、三相交流発電機１１０から出力される出力電圧の経時的変化は、エンジン１のクランク７によって駆動される三相交流発電機１１０の回転子の回転に同期している。詳しくは、回転子の回転方向の位相（回転位相：回転角）の１周期を３６０°（回転子の１回転）とすると、回転子の回転位相の１周期に対して、Ｕ相のコイル１１０ａ及びそれに対応する永久磁石の位相は、Ｖ相のコイル１１０ｂ及びそれに対応する永久磁石の位相よりも１２０°ほど早く、Ｖ相のコイル１１０ｂ及びそれに対応する永久磁石の位相は、Ｗ相のコイル１１０ｃ及びそれに対応する永久磁石の位相よりも１２０°ほど早くなるように設定されている。これに対応して、Ｕ相のコイル１１０ａから出力される出力電圧は、Ｖ相のコイル１１０ｂから出力される出力電圧よりも１２０°ほど位相が進み、Ｖ相のコイル１１０ｂから出力される出力電圧は、Ｗ相のコイル１１０ｃから出力される出力電圧よりも１２０°ほど位相が進むように設定されている。
　位相センサ１２０は、三相交流発電機１１０の回転子の各相の回転位相、具体的には、Ｕ相のコイル１１０ａ及びそれに対応する永久磁石の回転位相、Ｖ相のコイル１１０ｂ及びそれに対応する永久磁石の回転位相、並びにＷ相のコイル１１０ｃ及びそれに対応する永久磁石の回転位相に各々対応する電気信号を、ＥＣＵ１３０における充電制御部１３２に出力する。
　ＥＣＵ１３０は、マイクロコンピュータ等を含む演算処理装置であり、図示を省略するメモリやタイマを有している。かかるメモリには、必要な制御プログラム及び制御データが記憶され、ＥＣＵ１３０は、メモリから必要な制御プログラム及び制御データを読み出して、制御プログラムを実行することによって、充電制御処理等の制御処理を実行する制御装置である。
　具体的には、ＥＣＵ１３０は、電力変換器であるＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｅ　Ｃｕｒｒｅｎｔ）／ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ　Ｃｕｒｒｅｎｔ）コンバータ１３１及び充電制御部１３２を備え、充電制御部１３２は、回転位相検出部１３２ａ、回転速度検出部１３２ｂ、遅角量算出部１３２ｃ及び指令部１３２ｄを備えている。なお、図２中では、回転位相検出部１３２ａ、回転速度検出部１３２ｂ、遅角量算出部１３２ｃ及び指令部１３２ｄを、ＥＣＵ１３０が制御プログラムを実行する際のその機能ブロックとして各々示している。また、回転位相検出部１３２ａ、回転速度検出部１３２ｂ、遅角量算出部１３２ｃ及び指令部１３２ｄを機能ブロックとして機能させるプログラムは、メモリ中に予め記憶されている。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３１は、ＥＣＵ１３０外にパワーモジュール等として設けられていてもよい。
　ＡＣ／ＤＣコンバータ１３１は、典型的には、３相ブリッジ接続されたスイッチング素子１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ及び１３１ｆを有し、充電制御部１３２の指令部１３２ｄからの制御信号に従って、スイッチング素子１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ及び１３１ｆの各々をオン状態又はオフ状態にして三相交流発電機１１０から供給された３相交流電流を直流電流に変換すると共に、直流電流を鉛バッテリ１０１に供給する。なお、スイッチング素子１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ及び１３１ｆは、典型的には各々トランジスタであり、図２中では、一例として、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）として各々示している。
　具体的には、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３１は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３相の各相に対して、一対のスイッチング素子１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ及び１３１ｆを各々対応して有している。
　つまり、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３１では、Ｕ相の一対のスイッチング素子１３１ａとスイッチング素子１３１ｂとが電気的に接続されており、スイッチング素子１３１ａがオン状態で、且つ、スイッチング素子１３１ｂがオフ状態の場合にＵ相の出力電圧をハイレベルにし、スイッチング素子１３１ａがオフ状態で、且つ、スイッチング素子１３１ｂがオン状態の場合にＵ相の出力電圧をローレベルにする。
　また、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３１では、Ｖ相の一対のスイッチング素子１３１ｃとスイッチング素子１３１ｄとが電気的に接続されており、スイッチング素子１３１ｃがオン状態で、且つ、スイッチング素子１３１ｄがオフ状態の場合にＶ相の出力電圧をハイレベルにし、スイッチング素子１３１ｃがオフ状態で、且つ、スイッチング素子１３１ｄがオン状態の場合にＶ相の出力電圧をローレベルにする。
　更に、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３１では、Ｗ相の一対のスイッチング素子１３１ｅとスイッチング素子１３１ｆとが電気的に接続されており、スイッチング素子１３１ｅがオン状態、且つ、スイッチング素子１３１ｆがオフ状態の場合にＷ相の出力電圧をハイレベルにし、スイッチング素子１３１ｅがオフ状態、且つ、スイッチング素子１３１ｆがオン状態の場合にＷ相の出力電圧をローレベルにする。
　ここで、スイッチング素子１３１ａは、充電制御部１３２の指令部１３２ｄに電気的に接続された制御端子と、鉛バッテリ１０１の高電位側に電気的に接続された一方の入力端子と、スイッチング素子１３１ｂ及び三相交流発電機１１０の接続端子１１１ａに電気的に接続された他方の入力端子と、を有している。かかるスイッチング素子１３１ａは、その制御端子に対して指令部１３２ｄから印加される所定の制御信号に従って、オン／オフ動作し、それがオン状態のときは、一方の入力端子から他方の入力端子へ電流が流れる。
　また、スイッチング素子１３１ｂは、充電制御部１３２の指令部１３２ｄに電気的に接続された制御端子と、スイッチング素子１３１ａ及び三相交流発電機１１０の接続端子１１１ａに電気的に接続された一方の入力端子と、鉛バッテリ１０１の低電位側に電気的に接続された他方の入力端子と、を有している。かかるスイッチング素子１３１ｂは、その制御端子に対して指令部１３２ｄから印加される所定の制御信号に従って、オン／オフ動作し、それがオン状態のときには、一方の入力端子から他方の入力端子へ電流が流れる。
　また、スイッチング素子１３１ｃは、充電制御部１３２の指令部１３２ｄに電気的に接続された制御端子と、鉛バッテリ１０１の高電位側に電気的に接続された一方の入力端子と、スイッチング素子１３１ｄ及び三相交流発電機１１０の接続端子１１１ｂに電気的に接続された他方の入力端子と、を有している。かかるスイッチング素子１３１ｃは、その制御端子に対して指令部１３２ｄから印加される所定の制御信号に従って、オン／オフ動作し、それがオン状態のときには、一方の入力端子から他方の入力端子へ電流が流れる。
　また、スイッチング素子１３１ｄは、充電制御部１３２の指令部１３２ｄに電気的に接続された制御端子と、スイッチング素子１３１ｃ及び三相交流発電機１１０の接続端子１１１ｂに電気的に接続された一方の入力端子と、鉛バッテリ１０１の低電位側に電気的に接続された他方の入力端子と、を有している。かかるスイッチング素子１３１ｄは、その制御端子に対して指令部１３２ｄから印加される所定の制御信号に従って、オン／オフ動作し、それがオン状態のときには、一方の入力端子から他方の入力端子へ電流が流れる。
　また、スイッチング素子１３１ｅは、充電制御部１３２の指令部１３２ｄに電気的に接続された制御端子と、鉛バッテリ１０１の高電位側に電気的に接続された一方の入力端子と、スイッチング素子１３１ｆ及び三相交流発電機１１０の接続端子１１１ｃに電気的に接続された他方の入力端子と、を有している。かかるスイッチング素子１３１ｅは、その制御端子に対して指令部１３２ｄから印加される所定の制御信号に従って、オン／オフ動作し、それがオン状態のときには、一方の入力端子から他方の入力端子へ電流が流れる。
　更に、スイッチング素子１３１ｆは、充電制御部１３２の指令部１３２ｄに電気的に接続された制御端子と、スイッチング素子１３１ｅ及び三相交流発電機１１０の接続端子１１０ｃに電気的に接続された一方の入力端子と、鉛バッテリ１０１の低電位側に電気的に接続された他方の入力端子と、を有している。かかるスイッチング素子１３１ｆは、その制御端子に対して指令部１３２ｄから印加される所定の制御信号に従って、オン／オフ動作し、それがオン状態のときには、一方の入力端子から他方の入力端子へ電流が流れる。
　充電制御部１３２は、回転位相検出部１３２ａ、回転速度検出部１３２ｂ、遅角量算出部１３２ｃ及び指令部１３２ｄを機能ブロックとして各々有し、位相センサ１２０から出力された出力信号が担持するＵ相、Ｖ相及びＷ相の各々の回転位相を規準位相として、スイッチング素子１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ及び１３１ｆの各々のオン状態とオフ状態とを切り替えるスイッチング制御を行う。また、遅角量算出部１３２ｃ及び指令部１３２ｄが協働して行うスイッチング素子１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ及び１３１ｆの各々のオン状態とオフ状態とを切り替えるスイッチング制御は、典型的には、それらの各々のオン状態とオフ状態とを切り替えるスイッチングタイミングを、対応する規準位相から遅らせる遅角制御である。
　具体的には、回転位相検出部１３２ａは、三相交流発電機１１０の回転子のＵ相、Ｖ相及びＷ相の各々の回転位相を検出する。詳しくは、回転位相検出部１３２ａは、位相センサ１２０から各々出力された出力信号に基づき、Ｕ相のコイル１１０ａ及びそれに対応する永久磁石の回転位相、Ｖ相のコイル１１０ｂ及びそれに対応する永久磁石の回転位相、並びにＷ相のコイル１１０ｃ及びそれに対応する永久磁石の回転位相を各々検出する。そして、回転位相検出部１３２ａは、かかる回転位相を示す各々の検出値を遅角量算出部１３２ｃで利用可能とする。
　また、回転速度検出部１３２ｂは、三相交流発電機１１０の回転子の回転速度を検出する。詳しくは、回転速度検出部１３２ｂは、位相センサ１２０から各々出力された出力信号に基づき、Ｕ相のコイル１１０ａ及びそれに対応する永久磁石の回転位相、Ｖ相のコイル１１０ｂ及びそれに対応する永久磁石の回転位相、並びにＷ相のコイル１１０ｃ及びそれに対応する永久磁石の回転位相の時間変化、典型的にはそれらのいずれかの時間変化から回転子の回転速度を検出し、かかる回転速度を示す各々の検出値を遅角量算出部１３２ｃで利用可能とする。なお、回転速度検出部１３２ｂは、三相交流発電機１１０三相交流発電機１１０のＵ相、Ｖ相及びＷ相の各相の発電電圧を示す出力信号の波形から回転子の回転速度を検出するようにしてもよい。また、エンジン１の回転速度と三相交流発電機１１０の回転子の回転速度との間には相関関係があるので、回転速度検出部１３２ｂは、クランク角センサ８によって検出されたクランク７の回転角度から回転子の回転速度を検出するようにしてもよい。
　また、遅角量算出部１３２ｃは、回転位相検出部１３２ａが検出したＵ相のコイル１１０ａ及びそれに対応する永久磁石の回転位相に対応したタイミングを規準位相に設定すると共に、所定のパラメータを用いてＵ相の規準位相に対する遅角量を算出する。同様に、遅角量算出部１３２ｃは、回転位相検出部１３２ａが検出したＶ相のコイル１１０ｂ及びそれに対応する永久磁石の回転位相に対応したタイミングを規準位相に設定すると共に、所定のパラメータを用いてＶ相の規準位相に対する遅角量を算出し、回転位相検出部１３２ａが検出したＷ相のコイル１１０ｃ及びそれに対応する永久磁石の回転位相に対応したタイミングを規準位相に設定すると共に、所定のパラメータを用いてＷ相の規準位相に対する遅角量を算出する。ここで、典型的には、Ｕ相の遅角量と、Ｖ相の遅角量と、Ｗ相の遅角量と、は互いに等しく設定される。そして、遅角量算出部１３２ｃは、かかる遅角量を示す各々の算出値を指令部１３２ｄで利用可能とする。
　更に、指令部１３２ｄは、各スイッチング素子１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ及び１３１ｆの制御端子に電気的に接続され、遅角量算出部１３２ｃが算出した遅角量に従って、スイッチング素子１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ及び１３１ｆの制御端子に対してハイレベル及びローレベルから成る制御信号を対応する位相のタイミングで各々印加することにより、これらを対応してオン／オフ動作させる。
〔充電制御処理〕
　以下、以上の構成を有する二次電池の充電制御装置１００において、更に図３Ａ及び図３Ｂをも参照して、鉛バッテリ１０１に対する充電制御処理について、詳細に説明する。
　図３Ａは、本実施形態における二次電池の充電制御装置１００が鉛バッテリ１０１を充電する際に用いられるデータの一例を示す図であって、鉛バッテリ１０１への異なる充電電流のリミット値毎に遅角量のリミット値と三相交流発電機１１０の回転子の回転数との関係の一例を示す図である。また、図３Ｂは、本実施形態における二次電池の充電制御装置１００が鉛バッテリ１０１を充電する際における遅角量と、充電電圧と、ＳＯＣと、の各々の経時的変化特性の一例を示す図である。なお、図３Ａは、説明の簡略化のため、充電電流のリミット値の例として１Ａ、２Ａ及び３Ａを示しているが、もちろん、充電電流のリミット値は、これらの値以外のものであってもよいし、鉛バッテリ１０１の充電中では、充電電流のリミット値を、所定の固定値としてもよいし可変値としてもよい。また、図３Ｂにおいては、説明の簡略化のため、三相交流発電機１１０の回転子の回転数を２０００ｒｐｍの一定値とし、充電電流のリミット値を１Ａの一定値とした例を示している。
　まず、鉛バッテリ１０１の充電時における遅角量のリミット値の算出原理について、詳細に説明する。
　遅角量にリミット値を設けず定電圧で鉛バッテリ１０１を充電する場合には、鉛バッテリ１０１への充電電流と、スイッチング素子１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ及び１３１ｆの各々のオン状態とオフ状態とを切り替えるスイッチングタイミングを対応する規準位相から遅らせる遅角量と、は比例関係にある。このように遅角量にリミット値を設けず定電圧で鉛バッテリ１０１に充電電流を流して鉛バッテリ１０１を充電する際には、充電電流の値が鉛バッテリ１０１を劣化させない上限値を超えてしまう事態が発生することも考えられる。よって、これを防ぐためには、充電電流にリミット値を設定することが必要であり、つまり、充電電流と相関関係を有する遅角量にリミット値を設定することが必要になることとなる。
　そこで、本実施形態では、図３Ａに示すように、鉛バッテリ１０１への異なる充電電流のリミット値毎に遅角量のリミット値と三相交流発電機１１０の回転子の回転数との関係を予め規定しておく。そして、かかる関係に基づいて、所定の充電電流のリミット値に応じ、回転速度検出部１３２ｂが検出した三相交流発電機１１０の回転子の回転数に対応する遅角量のリミット値を算出する。鉛バッテリ１０１を充電する際にかかる遅角量のリミット値を用いることより、充電電流の値が鉛バッテリ１０１を劣化させない上限値を超える事象が発生する事態が、確実に抑制される。ここで、三相交流発電機１１０の回転子の回転数をパラメータとして、遅角量のリミット値を設定するのは、充電電流、つまり、遅角量が三相交流発電機１１０の回転子の回転数に依存して変化することを考慮したものである。なお、遅角量のリミット値は、その算出処理の簡便化のために、三相交流発電機１１０の回転子の回転数の相違は考慮せずに、鉛バッテリ１０１への異なる充電電流のリミット値毎に規定されるものであってもよい。また、三相交流発電機１１０の回転子の回転数は、エンジン１の回転数と一定の対応関係にあるものであるから、三相交流発電機１１０の回転子の回転数に代えて、エンジン１の回転数を用いてもよい。
　以上のような鉛バッテリ１０１の充電時における遅角量のリミット値の算出原理を適用して、二次電池の充電制御装置１００は、以下のような鉛バッテリ１０１の充電制御処理を実行する。
　まず、回転位相検出部１３２ａが、三相交流発電機１１０の回転子のＵ相、Ｖ相及びＷ相の各々の回転位相を検出する。詳しくは、回転位相検出部１３２ａは、位相センサ１２０から各々出力された出力信号に基づき、Ｕ相のコイル１１０ａ及びそれに対応する永久磁石の回転位相、Ｖ相のコイル１１０ｂ及びそれに対応する永久磁石の回転位相、並びにＷ相のコイル１１０ｃ及びそれに対応する永久磁石の回転位相を各々検出する。
　次に、　回転速度検出部１３２ｂが、位相センサ１２０から各々出力された出力信号に基づき、Ｕ相のコイル１１０ａ及びそれに対応する永久磁石の回転位相、Ｖ相のコイル１１０ｂ及びそれに対応する永久磁石の回転位相、並びにＷ相のコイル１１０ｃ及びそれに対応する永久磁石の回転位相の時間変化、典型的には、これらの回転位相の時間変化は等しいから、これらのいずれかの時間変化から回転子の回転速度を検出する。
　次に、遅角量算出部１３２ｃが、回転位相検出部１３２ａが検出したＵ相のコイル１１０ａ及びそれに対応する永久磁石の回転位相に対応したタイミングを規準位相に設定すると共に、定電圧で鉛バッテリ１０１を充電する際のリミット値を考慮しないＵ相の規準位相に対する遅角量を算出する。同様に、遅角量算出部１３２ｃが、回転位相検出部１３２ａが検出したＶ相のコイル１１０ｂ及びそれに対応する永久磁石の回転位相に対応したタイミングを規準位相に設定すると共に、定電圧で鉛バッテリ１０１を充電する際のリミット値を考慮しないＶ相の規準位相に対する遅角量を算出し、回転位相検出部１３２ａが検出したＷ相のコイル１１０ｃ及びそれに対応する永久磁石の回転位相に対応したタイミングを規準位相に設定すると共に、定電圧で鉛バッテリ１０１を充電する際のリミット値を考慮しないＷ相の規準位相に対する遅角量を算出する。ここで、かかる遅角量は、典型的には、スイッチング素子１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ及び１３１ｆの各々において等しく設定されるものであるため、例えば、Ｕ相の遅角量を算出して、これをＶ相の遅角量及びＷ相の遅角量に適用してもよい。よって、以降、このように算出されたＵ相の遅角量で各相の遅角量を代表して説明する。
　次に、遅角量算出部１３２ｃが、図３Ａに示す関係を規定したデータを、図示を省略するメモリから読み出して参照し、所定の充電電流のリミット値に応じ、回転速度検出部１３２ｂが検出した三相交流発電機１１０の回転子の回転数の値に対応する遅角量のリミット値を算出する。ここで、遅角量算出部１３２ｃは、リミット値を考慮しない遅角量が遅角量のリミット値以下の場合には、リミット値を考慮しない遅角量をそのまま遅角量に設定し、リミット値を考慮しない遅角量が遅角量のリミット値を超えた場合には、かかるリミット値を遅角量に設定することにより、リミット値を反映した遅角量を算出する。
　そして、指令部１３２ｄは、遅角量算出部１３２ｃが算出したリミット値を反映した遅角量で各々の規準位相から遅らせたスイッチング素子１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ及び１３１ｆのスイッチングタイミングを算出すると共に、スイッチング素子１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ及び１３１ｆの制御端子に対してハイレベル及びローレベルから成る制御信号を対応するスイッチングタイミングで各々印加することにより、これらを対応してオン／オフ動作させる。
　これにより、充電制御部１３２が、充電電流の値が鉛バッテリ１０１を劣化させない上限値を超える事象が発生する事態を抑制した態様で、鉛バッテリ１０１を充電していくことになる。
　ここで、図３Ｂに示すように、経過時間が５０分になる以前では、鉛バッテリ１０１への充電時の遅角量Ｄの値が、仮想線Ｄ’示す制限無しのものよりも制限されたリミット値ＤＬに設定されており、対応して、鉛バッテリ１０１への充電電圧Ｖが、仮想線で示す一定電圧Ｖ’よりも減少した値から上昇してきている一方で、経過時間が５０分になった以降では、遅角量Ｄの値が、制限無しのものとなると共に、充電電圧Ｖが、一定値となっている。また、図３Ｂでは、ＳＯＣの時間的変化を点線で示しており、経過時間が１５０分になった時点で、ＳＯＣが１００％となり、鉛バッテリ１０１の充電状態は、満充電状態になっている。
　以上の説明から明らかなように、本実施形態における二次電池の充電制御装置１００では、車両のエンジン１で駆動されると共に界磁束発生用磁石を有する回転子及び発電出力発生用の固定子巻線が巻回された固定子を備える三相交流発電機１１０から供給される交流電流を、直流電流に変換するためのスイッチング動作を行う複数のスイッチング素子１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ及び１３１ｆを有するＡＣ／ＤＣ変換器１３１と、複数のスイッチング素子１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ及び１３１ｆのスイッチング動作の動作タイミングを駆動制御信号で制御することにより二次電池１０１を充電する充電制御部１３２と、を備える二次電池の充電制御装置１００であって、充電制御部１３２が、二次電池１０１を充電する際に、三相交流発電機１１０の回転子の回転位相を検出して、三相交流発電機１１０の回転子の回転位相に同期した規準位相から遅角した遅角量を呈する駆動制御信号を複数のスイッチング素子１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ及び１３１ｆに印加すると共に、遅角量には所定のリミット値が予め設定され、遅角量が所定のリミット値を越える場合には、遅角量を所定のリミット値に設定するものであるため、簡便、且つ、安価な構成で、二次電池１０１の電圧が相対的に低い場合には定電流で二次電池１０１を充電することができると共に、二次電池１０１の電圧が相対的に高い場合には定電圧で二次電池１０１を充電することができ、これにより充電時の二次電池１０１の劣化を抑制することができる。
　また、本実施形態における二次電池の充電制御装置１００では、遅角量の所定のリミット値が、遅角量と二次電池１０１に流入する充電電流との所定の関係に基づいて、充電電流の所定のリミット値に対応して設定されるものであるため、電流センサの必要性を排除することができる簡便で安価な構成でもって、二次電池１０１の電圧が相対的に低い場合には定電流で二次電池１０１を充電することができると共に、二次電池１０１の電圧が相対的に高い場合には定電圧で二次電池１０１を充電することができる。
　また、本実施形態における二次電池の充電制御装置１００では、遅角量の所定のリミット値が、三相交流発電機１１０の回転子の回転数又はエンジンの回転数に応じて設定されるものであるため、電流センサの必要性を排除した簡素化した構成で、二次電池１０１を劣化させる上限値を超えない遅角量のリミット値をエンジン１の回転数に応じて適切に設定することができ、二次電池１０１の電圧が相対的に低い場合には定電流で二次電池１０１を充電することができると共に、二次電池１０１の電圧が相対的に高い場合には定電圧で二次電池１０１を充電することができる。
　なお、本発明は、構成要素の種類、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、かかる構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。
　以上のように、本発明においては簡便、且つ、安価な構成で、二次電池の電圧が相対的に低い場合には定電流で二次電池を充電することができると共に、二次電池の電圧が相対的に高い場合には定電圧で二次電気を充電することができ、これにより充電時の二次電池の劣化を抑制することができる二次電池の充電制御装置を提供することができるものであり、その汎用普遍的な性格から車両等の二次電池の充電制御装置に広範に適用され得るものと期待される。

Claims (3)

  1. 　車両のエンジンで駆動されると共に界磁束発生用磁石を有する回転子及び発電出力発生用の固定子巻線が巻回された固定子を備える三相交流発電機から供給される交流電流を、直流電流に変換するためのスイッチング動作を行う複数のスイッチング素子を有するＡＣ／ＤＣ変換器と、前記複数のスイッチング素子の前記スイッチング動作の動作タイミングを駆動制御信号で制御することにより二次電池を充電する充電制御部と、を備える二次電池の充電制御装置において、
    　前記充電制御部は、前記二次電池を充電する際に、前記三相交流発電機の前記回転子の回転位相を検出して、前記回転子の前記回転位相に同期した規準位相から遅角した遅角量を呈する前記駆動制御信号を前記複数のスイッチング素子に印加すると共に、前記遅角量には所定のリミット値が予め設定され、前記遅角量が前記所定のリミット値を越える場合には、前記遅角量を前記所定のリミット値に設定することを特徴とする二次電池の充電制御装置。
  2. 　前記遅角量の前記所定のリミット値は、前記遅角量と前記二次電池に流入する充電電流との所定の関係に基づいて、前記充電電流の所定のリミット値に対応して設定されることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の充電制御装置。
  3. 　前記遅角量の前記所定のリミット値は、前記回転子の回転数又は前記エンジンの回転数に応じて設定されることを特徴とする請求項２に記載の二次電池の充電制御装置。
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