WO2016129106A1 - 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

　バッテリ電圧調整回路の制御回路は、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スイッチ素子をオンし、又は、充電停止信号が入力されていればスイッチ素子をオフする。制御回路は、入力電圧が規定値未満になった時に、スイッチ素子をオフする。制御回路は、入力電圧が規定値以上であり且つ充電許可信号が入力されている場合において、逆接続検出信号が入力されると、スイッチ素子を強制的にオフする。

Description

バッテリ充電装置、およびバッテリ充電装置の制御方法

　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発明である。

　従来、二輪車などのエンジンにより駆動される発電機の交流電圧出力を用いて、バッテリを充電するための電源を供給するバッテリ充電装置がある（例えば、特開２０００－１８４６１３号公報、特開２００９－１１８６０８号公報参照）。

　この従来のバッテリ充電装置１００Ａ（図４）は、例えば、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、スイッチ素子ＳＷ１の動作を制御する制御回路ＣＯＮ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、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に出力し、一方、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、を備えるものがある。

　例えば、制御回路ＣＯＮは、入力電圧ＶＩＮが規定値以上になった時に、該充電許可信号に応じてスイッチ素子ＳＷ１をオンし、一方、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が該規定値未満になった時に、スイッチ素子ＳＷ１をオフする。

　既述の従来のバッテリ充電装置１００Ａにおいて、バッテリＢが逆接続された状態では、出力電圧ＶＯＵＴは該目標電圧未満（負の電圧）であるので、バッテリ電圧検出回路ＢＶＤは該充電許可信号を出力する。

　しかし、バッテリ充電装置１００ＡがバッテリＢの逆接続された状態おいて、単相交流発電機Ｇが停止しているとき、制御回路ＣＯＮは、入力電圧ＶＩＮが該規定値未満では、スイッチ素子ＳＷ１をオフする（図５）。これにより、単相交流発電機ＧのコイルＬＧを流れる電流Ｉ１ａがスイッチ素子ＳＷ１で遮断される（図５）。

　しかし、このバッテリＢが逆接続された状態では、例えば、ユーザによるキックペダルの動作により単相交流発電機Ｇが回転して発電すると、制御回路ＣＯＮに電流Ｉ２ａ、Ｉ２ｂが流れて制御回路ＣＯＮのＮＰＮ型バイポーラトランジスタおよびＰＮＰ型バイポーラトランジスタがオンする（図６）。これにより、スイッチ素子（サイリスタ）ＳＷ１のゲートに所定の電流が供給され得る状態になる。

　そして、制御回路ＣＯＮは、入力電圧ＶＩＮが規定値以上になると、スイッチ素子（サイリスタ）ＳＷ１のゲートに電流Ｉ１ｂが供給されて、スイッチ素子ＳＷ１をオンする（図６）。これにより、バッテリ充電装置１００Ａから大きな電流Ｉ１ａ、Ｉ３ａが流れることとなる。このような大電流は、素子、回路、バッテリ等の発熱、破壊等の原因になり得る。

　このように、上記従来のバッテリ充電装置では、バッテリの逆接続時に、単相交流発電機が回転して発電を開始した場合に、大きな電流が流れる問題がある。

　そこで、本発明は、バッテリの逆接続時に、単相交流発電機が回転して発電を開始した場合に、充電電流を流すスイッチ素子を他の条件に拘わらず強制的にオフさせて、大きな電流が流れるの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例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、
　前記バッテリの正常接続時に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、前記バッテリの正常接続時に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、
　前記出力電圧に基づいて、前記バッテリの正極が前記第２のバッテリ端子に接続され且つ前記バッテリの負極が前記第１のバッテリ端子に接続された前記バッテリの逆接続を検出した場合には、逆接続検出信号を前記制御回路に出力する逆接続検出回路と、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、前記充電許可信号が入力されていれば前記スイッチ素子をオンし、又は、前記充電停止信号が入力されていれば前記スイッチ素子をオフし、
　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、前記スイッチ素子をオフし、
　前記制御回路は、
　前記入力電圧が前記規定値以上であり且つ前記充電許可信号が入力されている場合において、前記逆接続検出信号が入力されると、前記スイッチ素子を強制的にオフする
　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、
　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がオンし、又は、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がオフし、
　前記入力電圧が前記規定値未満になった時に、
　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し、
　前記入力電圧が前記規定値以上であり且つ前記充電許可信号が入力されている場合において、前記逆接続検出信号が入力されると、前記第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタを強制的にオフすることで、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ツェナーダイオードと、
　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ンすることで、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５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、
　前記逆接続検出回路は、
　カソードが前記第１のバッテリ端子に接続された第４のダイオードと、
　前記第４のダイオードのアノードと前記信号ノードとの間に接続された第６の抵抗素子と、
　カソードが前記信号ノードに接続され、アノードが前記第２のバッテリ端子に接続された第５のダイオードと、を備え、
　前記逆接続検出回路は、
　前記出力電圧に基づいて、前記バッテリの逆接続を検出した場合には、前記逆接続検出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、
　前記逆接続検出回路は、
　前記出力電圧が負の極性である場合には、前記逆接続検出信号を出力し、
　一方、前記出力電圧が正の極性である場合には、前記逆接続検出信号を出力しないことを特徴とする。

　前記バッテリ充電装置において、
　前記単相交流発電機は、二輪車のエンジンに直結駆動されるオルタネータであり、ユーザによるキックペダルの動作により前記単相交流発電機が回転して発電する
　ことを特徴とする。

　本発明の実施形態に従ったバッテリ充電方法は、
　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、前記バッテリの正常接続時に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、前記バッテリの正常接続時に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、前記出力電圧に基づいて、前記バッテリの正極が前記第２のバッテリ端子に接続され且つ前記バッテリの負極が前記第１のバッテリ端子に接続された前記バッテリの逆接続を検出した場合には、逆接続検出信号を前記制御回路に出力する逆接続検出回路と、を備え、
　前記入力電圧が規定値以上になった時に、前記充電許可信号が入力されていれば前記スイッチ素子をオンし、又は、前記充電停止信号が入力されていれば前記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、前記スイッチ素子をオフし、
　前記入力電圧が前記規定値以上であり且つ前記充電許可信号が入力されている場合において、前記逆接続検出信号が入力されると、前記スイッチ素子を強制的にオフする
　ことを特徴とする。

　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、バッテリの正常接続時に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、バッテリの正常接続時に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スイッチ素子（サイリスタ）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、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、出力電圧に基づいて、バッテリの正極が第２のバッテリ端子に接続され且つバッテリの負極が第１のバッテリ端子に接続されたバッテリの逆接続を検出した場合には、逆接続検出信号を制御回路に出力する逆接続検出回路と、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スイッチ素子をオフする。

　また、制御回路は、入力電圧が規定値未満になった時に、スイッチ素子をオフする。

　さらに、制御回路は、入力電圧が規定値以上であり且つ充電許可信号が入力されている場合において、逆接続検出信号が入力されると、スイッチ素子を強制的にオフする（図２）。

　すなわち、本実施例に係るバッテリ充電装置によれば、バッテリの逆接続時に、単相交流発電機が回転して発電を開始した場合（入力電圧が規定値以上の場合）に、充電電流を流すスイッチ素子を他の条件（バッテリの充電電圧）に拘わらず強制的にオフさせる。

　これにより、バッテリ充電装置から大きな電流が流れるの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がバッテリＢの逆接続された状態おいて、単相交流発電機Ｇが停止しているときのバッテリ充電装置１００の動作の一例を説明するための図である。 図３は、図１に示すバッテリ充電装置１００がバッテリＢの逆接続された状態おいて、単相交流発電機Ｇが駆動（発電）したときのバッテリ充電装置１００の動作の一例を説明するための図である。 図４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５は、図４に示すバッテリ充電装置１００ＡがバッテリＢの逆接続された状態おいて、単相交流発電機Ｇが停止しているときのバッテリ充電装置１００Ａの動作の一例を説明するための図である。 図６は、図４に示すバッテリ充電装置１００ＡがバッテリＢの逆接続された状態おいて、単相交流発電機Ｇが駆動（発電）したときのバッテリ充電装置１００Ａの動作の一例を説明するための図である。

　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）。なお、図１の例は、バッテリ充電装置１００に、バッテリＢが正常に接続された状態を示している。

　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）。

　なお、単相交流発電機Ｇは、例えば、二輪車のエンジンに直結駆動されるオルタネータである。この場合、単相交流発電機Ｇは、エンジンの駆動とともに回転して発電する。しかし、エンジンの停止時においても、例えば、ユーザによるキックペダルの動作により単相交流発電機Ｇが回転して発電するようになっている。

　また、バッテリ充電装置１００は、バッテリＢの正常接続時にバッテリ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の正常接続時にバッテリ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、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に接続されたスイッチ素子ＳＷ１を備える。

　このスイッチ素子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サイリスタ（以降、必要に応じてサイリスタ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ツェナーダイオードＺ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、ベースがツェナーダイオードＺ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、ツェナーダイオードＺ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５の抵抗素子Ｒ５と、を備える（図１）。

　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。

　また、バッテリ充電装置１００は、出力電圧ＶＯＵＴに基づいて、バッテリＢの正極が第２のバッテリ端子ＴＢ２に接続され且つバッテリＢの負極が第１のバッテリ端子ＴＢ１に接続されたバッテリＢの逆接続を検出した場合には、逆接続検出信号を制御回路ＣＯＮに出力する逆接続検出回路ＩＣＤを備える。

　この逆接続検出回路ＩＣＤは、例えば、カソードが第１のバッテリ端子ＴＢ１に接続された第４のダイオードＤ４と、この第４のダイオードＤ４のアノードと信号ノードＮＳとの間に接続された第６の抵抗素子Ｒ６と、カソードが信号ノードＮＳに接続され、アノードが第２のバッテリ端子ＴＢ２に接続された第５のダイオードＤ５と、を備える（図１）。

　逆接続検出回路ＩＣＤは、出力電圧ＶＯＵＴに基づいて、バッテリＢの逆接続を検出した場合には、該逆接続検出信号を信号ノードＮＳに出力する。

　ここで、バッテリＢの逆接続時には、出力電圧ＶＯＵＴが負の極性になる。すなわち、逆接続検出回路ＩＣＤは、出力電圧ＶＯＵＴが負の極性である場合には、該逆接続検出信号を出力する。

　例えば、逆接続検出回路ＩＣＤは、出力電圧ＶＯＵＴが負の極性である場合には、第５のダイオードＤ５から、信号ノードＮＳ、第６の抵抗Ｒ６を介して、第４のダイオードＤ４に向けて電流が流れる。これにより、信号ノードＮＳ（第５のダイオードＤ５のカソード）の電位（該逆接続検出信号）は、第５のダイオードＤ５のアノードの電位よりも低い電位になる。

　この場合、後述の制御回路ＣＯＮの第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタＹｂ１のベース（信号ノードＮＳ）とエミッタ（第５のダイオードＤ５のアノード）との間に逆電圧が印加されることなるため、この第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタＹｂ１はオフする。

　なお、後述のように、ユーザによるキックペダルの動作により単相交流発電機Ｇが回転して発電することで、後述の制御回路ＣＯＮの第１の抵抗Ｒ１に電流が流れることがある。しかし、この第１の抵抗Ｒ１に流れる電流よりも、第５のダイオードＤ５に流れる電流を大きくすることで、信号ノードＮＳの電位は、第５のダイオードＤ５のアノードの電位よりも低い電位になる。

　一方、逆接続検出回路ＩＣＤは、出力電圧ＶＯＵＴに基づいて、バッテリＢの逆接続を検出しない場合には、該逆接続検出信号を信号ノードＮＳに出力しない。

　ここで、バッテリＢの逆接続時には、出力電圧ＶＯＵＴが正の極性になる。すなわち、逆接続検出回路ＩＣＤは、出力電圧ＶＯＵＴが正の極性である場合には、該逆接続検出信号を出力しない。

　例えば、逆接続検出回路ＩＣＤは、出力電圧ＶＯＵＴが正の極性である場合には、第５のダイオードＤ５、信号ノードＮＳ、第６の抵抗Ｒ６、および第４のダイオードＤ４には電流が流れない。

　この場合、単相交流発電機Ｇが回転して発電することで、制御回路ＣＯＮの第１の抵抗Ｒ１に電流が流れることにより、制御回路ＣＯＮの第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順電圧が印加されると、この第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタＹｂ１はオンする。

　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、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スイッチ素子（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、該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、サイリスタＳＷ１のゲートに所定の電流が供給されて、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スイッチ素子（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、サイリスタＳＷ１のゲートに所定の電流が供給されず、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、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、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。

　ここで、制御回路ＣＯＮは、上述のように、スイッチ素子ＳＷ１をオンして、バッテリＢを充電している場合であっても、バッテリＢの逆接続を検出したときには、スイッチ素子ＳＷ１を強制的にオフするようになっている。

　すなわち、制御回路ＣＯＮは、入力電圧ＶＩＮが該規定値以上であり且つ該充電許可信号が入力されている場合において、逆接続検出回路ＩＣＤから該逆接続検出信号が入力されると、スイッチ素子ＳＷ１を強制的にオフする。

　例えば、制御回路ＣＯＮは、入力電圧ＶＩＮが該規定値以上であり且つ該充電許可信号が入力されている場合において、該逆接続検出信号が入力されると、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逆電圧が印加されることなるため、　第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタＹｂ１を強制的にオフする。これにより、制御回路ＣＯＮは、第１のＰＮＰ型バイポーラトランジスタＹａ１がオフするようになっている。

　これにより、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サイリスタＳＷ１がオフする。

　次に、以上のような構成を有するバッテリ充電装置１００のバッテリＢの逆接続時の動作の一例について、図２、図３を用いて説明する。

　ここでは、バッテリ充電装置１００は、バッテリＢの正極が第２のバッテリ端子ＴＢ２に接続され且つバッテリＢの負極が第１のバッテリ端子ＴＢ１に接続されたバッテリＢの逆接続の状態にあるものとする。

　このとき、逆接続検出回路ＩＣＤは、出力電圧ＶＯＵＴが負の極性であるので、第５のダイオードＤ５から、信号ノードＮＳ、第６の抵抗Ｒ６を介して、第４のダイオードＤ４に向けて電流Ｉ２が流れる（図２）。

　すなわち、逆接続検出回路ＩＣＤは、バッテリＢが逆接続されて出力電圧ＶＯＵＴが負の極性になっているので、バッテリＢの逆接続を検出して、該逆接続検出信号を信号ノードＮＳに出力する。

　これにより、制御回路ＣＯＮの第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逆電圧が印加されることなるため、この第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタＹｂ１はオフする。

　そして、バッテリ充電装置１００において、このバッテリＢが逆接続された状態では、出力電圧ＶＯＵＴは該目標電圧未満（負の電圧）であるので、バッテリ電圧検出回路ＢＶＤは該充電許可信号を出力する。

　しかし、バッテリ充電装置１００がバッテリＢの逆接続された状態おいて、単相交流発電機Ｇが停止しているとき、制御回路ＣＯＮは、入力電圧ＶＩＮが該規定値未満では、スイッチ素子ＳＷ１をオフする（図２）。これにより、単相交流発電機ＧのコイルＬＧを流れる電流Ｉ１がスイッチ素子ＳＷ１で遮断される（図２）。

　次に、バッテリＢが逆接続された状態で、例えば、ユーザによるキックペダルの動作により単相交流発電機Ｇが回転して発電する場合を考える（図３）。

　この場合、制御回路ＣＯＮの第１のダイオードＤ１、第２の抵抗Ｒ２、信号ノードＮＳ、第６の抵抗Ｒ６、第４のダイオードＤ４に、電流Ｉ３が流れる（図３）。

　このときも、逆接続検出回路ＩＣＤは、出力電圧ＶＯＵＴが負の極性であるので、第５のダイオードＤ５から、信号ノードＮＳ、第６の抵抗Ｒ６を介して、第４のダイオードＤ４に向けて電流Ｉ２が流れる（図３）。

　すなわち、逆接続検出回路ＩＣＤは、バッテリＢが逆接続されて出力電圧ＶＯＵＴが負の極性になっているので、バッテリＢの逆接続を検出して、該逆接続検出信号を信号ノードＮＳに出力する。

　ユーザによるキックペダルの動作により単相交流発電機Ｇが回転して発電することで、後述の制御回路ＣＯＮの第１の抵抗Ｒ１に電流が流れても、この第１の抵抗Ｒ１に流れる電流よりも、第５のダイオードＤ５に流れる電流が大きくなるように設定する。これにより、信号ノードＮＳの電位は、第５のダイオードＤ５のアノードの電位よりも低い電位になる。

　これにより、制御回路ＣＯＮの第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逆電圧が印加されることなるため、この第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタＹｂ１はオフする。そして第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のベース電流が流れないため、第１のＰＮＰ型バイポーラトランジスタＹａ１がオフする。

　これにより、制御回路ＣＯＮは、サイリスタＳＷ１のゲートに所定の電流を供給しないので、入力電圧ＶＩＮがゼロになったときにサイリスタＳＷ１がオフする。　
　このように、制御回路ＣＯＮは、上述のように、スイッチ素子ＳＷ１をオンして、バッテリＢを充電している場合であっても、バッテリＢの逆接続を検出したときには、スイッチ素子ＳＷ１を強制的にオフする。

　すなわち、制御回路ＣＯＮは、入力電圧ＶＩＮが該規定値以上であり且つ該充電許可信号が入力されている場合において、逆接続検出回路ＩＣＤから該逆接続検出信号が入力されると、スイッチ素子ＳＷ１を強制的にオフする。

　したがって、バッテリＢが逆接続された状態において、例えば、ユーザによるキックペダルの動作により単相交流発電機Ｇが回転して発電しても、バッテリ充電装置１００から大きな電流が流れるの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、バッテリの正常接続時に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、バッテリの正常接続時に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スイッチ素子（サイリスタ）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、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、出力電圧に基づいて、バッテリの正極が第２のバッテリ端子に接続され且つバッテリの負極が第１のバッテリ端子に接続されたバッテリの逆接続を検出した場合には、逆接続検出信号を制御回路に出力する逆接続検出回路と、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スイッチ素子をオフする。

　また、制御回路は、入力電圧が規定値未満になった時に、スイッチ素子をオフする（図１）。

　さらに、制御回路は、入力電圧が規定値以上であり且つ充電許可信号が入力されている場合において、逆接続検出信号が入力されると、スイッチ素子を強制的にオフする（図２）。

　すなわち、本実施例に係るバッテリ充電装置によれば、バッテリの逆接続時に、単相交流発電機が回転して発電を開始した場合（入力電圧が規定値以上の場合）に、充電電流を流すスイッチ素子を他の条件（バッテリの充電電圧）に拘わらず強制的にオフさせる。

　これにより、バッテリ充電装置から大きな電流が流れるの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、
   　前記バッテリの正常接続時に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、前記バッテリの正常接続時に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、
   　前記出力電圧に基づいて、前記バッテリの正極が前記第２のバッテリ端子に接続され且つ前記バッテリの負極が前記第１のバッテリ端子に接続された前記バッテリの逆接続を検出した場合には、逆接続検出信号を前記制御回路に出力する逆接続検出回路と、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、前記充電許可信号が入力されていれば前記スイッチ素子をオンし、又は、前記充電停止信号が入力されていれば前記スイッチ素子をオフし、
   　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、前記スイッチ素子をオフし、
   　前記制御回路は、
   　前記入力電圧が前記規定値以上であり且つ前記充電許可信号が入力されている場合において、前記逆接続検出信号が入力されると、前記スイッチ素子を強制的にオフする
   　ことを特徴とするバッテリ充電装置。
2. 　前記スイッチ素子は、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、
   　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がオンし、又は、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がオフし、
   　前記入力電圧が前記規定値未満になった時に、
   　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し、
   　前記入力電圧が前記規定値以上であり且つ前記充電許可信号が入力されている場合において、前記逆接続検出信号が入力されると、前記第１のＮＰＮ型バイポーラトランジスタを強制的にオフすることで、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ツェナーダイオードと、
   　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ンすることで、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５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. 　前記逆接続検出回路は、
    　カソードが前記第１のバッテリ端子に接続された第４のダイオードと、
    　前記第４のダイオードのアノードと前記信号ノードとの間に接続された第６の抵抗素子と、
    　カソードが前記信号ノードに接続され、アノードが前記第２のバッテリ端子に接続された第５のダイオードと、を備え、
    　前記逆接続検出回路は、
    　前記出力電圧に基づいて、前記バッテリの逆接続を検出した場合には、前記逆接続検出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。
11. 　前記逆接続検出回路は、
    　前記出力電圧が負の極性である場合には、前記逆接続検出信号を出力し、
    　一方、前記出力電圧が正の極性である場合には、前記逆接続検出信号を出力しないことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ充電装置。
12. 　前記単相交流発電機は、二輪車のエンジンに直結駆動されるオルタネータであり、ユーザによるキックペダルの動作により前記単相交流発電機が回転して発電する
    　ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ充電装置。
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、前記バッテリの正常接続時に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、前記バッテリの正常接続時に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、前記出力電圧に基づいて、前記バッテリの正極が前記第２のバッテリ端子に接続され且つ前記バッテリの負極が前記第１のバッテリ端子に接続された前記バッテリの逆接続を検出した場合には、逆接続検出信号を前記制御回路に出力する逆接続検出回路と、を備え、
    　前記入力電圧が規定値以上になった時に、前記充電許可信号が入力されていれば前記スイッチ素子をオンし、又は、前記充電停止信号が入力されていれば前記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、前記スイッチ素子をオフし、
    　前記入力電圧が前記規定値以上であり且つ前記充電許可信号が入力されている場合において、前記逆接続検出信号が入力されると、前記スイッチ素子を強制的にオフする
    　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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