JP2015174587A - バッテリー充電装置におけるバッテリー外れ検出方法及びそのバッテリー充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 期せずしてバッテリーが外れていても、内燃機関の駆動状態においてもそれを的確に検出して、接続されている負荷を危険な電圧から保護する。【解決手段】 バッテリー外れ判定処理実行周期ＥＣごとに設けられる、バッテリー１への充電が強制的に停止しているバッテリー外れ判定期間ＴＰ内において、バッテリー外れ判定期間開始時に保存した期間開始時電圧ＳＶから、その検出した現在のバッテリー電圧移動平均値ＶＶＡを差し引くことにより、期間開始時電圧ＳＶから減衰した分の電圧を算出する（ステップＳ９）。そして、ステップＳ１０において、その減衰分の電圧が減衰量判定電圧ＡＣＶに達している場合には、バッテリー１が外れていると判定し、ステップＳ１３に移行する。又は、ステップＳ１２において、現在のバッテリー電圧移動平均値ＶＶＡが下限判定電圧ＬＣＶに達している場合には、バッテリー１が外れていると判定する。【選択図】 図２

Description

本発明は、バッテリー充電装置におけるバッテリー外れ検出方法及びそのバッテリー充電装置に関し、特に、コンバイン及びトラクターなどの農作業用機械や二輪車等の車両の内燃機関の回転軸に取り付けられた磁石式交流発電機からの電力に基づいてバッテリーの充電を行うバッテリー充電装置におけるバッテリー外れ検出方法に関する。

内燃機関により駆動されるコンバイン及びトラクターなどの農作業用機械や二輪車等の車両は、電気的に作動する機器に電力を供給するための充電可能なバッテリーも通常有しているが、そのバッテリーへの充電は、その内燃機関により駆動される回転機構の動きを利用しているのが一般的である。特許文献１は、かかるバッテリーへの充電のための充電装置を開示している。

特許文献１においては、バッテリー充電装置は、その基本構成として、車両に搭載された内燃機関により駆動されて交流電圧を発生する磁石式交流発電機（１）と、ダイオード（Ｄｕ，Ｄｖ，Ｄｗ及びＤｘ，Ｄｙ，Ｄｚ）を３相ブリッジ接続することにより構成され、発電機（１）の出力端子（１ｕ，１ｖ，１ｗ）に入力端子（２ｕ，２ｖ，２ｗ）が接続され、直流出力端子（２ｐ，２ｎ）間にバッテリー（３）が接続された整流回路（２）と、バッテリー（３）の端子電圧を検出して、その検出した端子電圧の瞬時値が設定値を越えたときに過電圧検出信号を発生する過電圧検出回路（６）と、各カソードが整流回路（２）の負極側の出力端子（２ｎ）に共通に接続され、各アノードが整流回路（２）の入力端子（２ｕ，２ｖ，２ｗ）にそれぞれ接続され、出力短絡用スイッチ素子としてのサイリスタ（Ｔｈｗ，Ｔｈｖ，Ｔｈｗ）と、過電圧検出回路（６）からの過電圧検出信号に応じて、各サイリスタ（Ｔｈｗ，Ｔｈｖ，Ｔｈｗ）のゲートに対してトリガ信号を与えるスイッチ素子トリガ回路（７）と、を備えている。かかる構成により、バッテリー（３）の端子電圧の瞬時値が、過電圧検出回路（６）で規定される設定値以上となった場合に、発電機１の出力端子間が短絡され、それにより整流回路（２）からバッテリー（３）への充電電流の供給が停止されるので、バッテリー（３）の端子電圧が設定値を越えないように調整できるようになっている。

加えて、特許文献１に開示されたバッテリー充電装置においては、上記設定値と比較される、バッテリー（３）に印加される直流電圧に含まれるリップル電圧が、発電機（１）の回転数等の運転状態、発電機（１）の巻線仕様、バッテリー（３）の容量、及び負荷（４）の種類等に影響されてしまうという課題を解決すべく、その特徴的な構成として、バッテリー（３）の端子電圧の平均値を抵抗（Ｒ３及びＲ４）、コンデンサ（Ｃ１）並びにＡ／Ｄ変換器（１１）により検出し、その検出された平均値と比較される、上記設定値（第１の設定値）よりも低い第２の設定値を設け、その平均値が第２の設定値を越えた場合に各サイリスタ（Ｔｈｗ，Ｔｈｖ，Ｔｈｗ）のゲートに対してトリガ信号を与える構成（ＣＰＵ（１３）及びトランジスタ（ＴＲ２））を設け（段落［００３８］〜［００４４］）、負荷（４）が接続され、発電機（１）から負荷（４）に電力を供給している定常運転時には、その第２の設定値に基づく充電電流供給オン／オフを機能させるようになっている。

また、特許文献１に開示されたバッテリー充電装置においては、補足的な特徴として、発電機（１）の交流出力の半波の波高値にばらつきがある場合でも、上記第２の設定値に基づく充電電流供給オン／オフ機能を正常に機能させるために、ＣＰＵ（１３）が、発電機（１）の出力周波数よりも十分に高い周波数を有するオン指令信号を出力するように構成するが好適であるとしている（段落［００６０］〜［００６４］）。また、内燃機関が加速状態にあるときは、第２の設定値を上げて充電電流供給がオフになるのを控える方向に構成し、一方、減速状態にあるときは、第２の設定値を下げて充電電流供給がオフになるのを促進する方向に構成することが好適であるとしている（段落［００４６］〜［００５１］）。また、内燃機関の潤滑油の温度が所定値を超えた場合には、第２の設定値を上げることが好適であるとしている（段落［００５２］、［００５３］）。更に、バッテリー（３）の周囲温度が低い場合には第２の設定値を上げ、高い場合には第２の設定値を下げるように構成することが好適であるとしている（段落［００５４］、［００５５］）。

特開２００１−２３１１８０号公報

ところで、特許文献１に開示されたようなバッテリー充電装置においては、内燃機関の駆動を開始しても、何かの原因でバッテリーが外れているという好ましくない状況が時としてある。特に、二輪車に搭載されている場合には、そのような状況があり得る。かかるバッテリー外れの場合においても、基本的には、駆動状態において、前述のような充電過電圧を検出することにより、それを判定することができる。

しかしながら、多くの負荷が接続されている状況においては、かかる検出機能はうまく働かない。負荷に多くの電流が流れて、バッテリーが外れているにも拘わらず、充電電圧が、過電圧の検出のための設定電圧まで電圧が上がらないからである。しかも、過電圧の検出のための設定電圧以下の電圧で脈動してしまうことがあり、それらの負荷に悪影響を与えてしまう。このように、多くの負荷が接続されている場合には、バッテリー外れが検出できないのみならず、規格外の危険な電圧の発生により、接続されている負荷が破損してしまうというような課題があった。

本発明は上述のような事情から為されたものであり、本発明の目的は、内燃機関により駆動される磁石式交流発電機からの電力に基づいてバッテリーの充電を行うバッテリー充電装置において、期せずしてバッテリーが外れていても、内燃機関の駆動状態においてもそれを的確に検出して、接続されている負荷を危険な電圧から保護することができるバッテリー外れ検出方法とそのようなバッテリー充電装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のバッテリー外れ検出方法は、内燃機関により駆動される磁石式交流発電機からの電力に基づいてバッテリーの充電を行うバッテリー充電装置において、前記内燃機関の駆動状態において、周期的に所定の期間、前記磁石式交流発電機からの前記バッテリーへの電力の供給を強制的に停止し、前記所定期間内の前記バッテリーの端子電圧の減衰特性に基づいて、前記バッテリーが前記バッテリー充電装置から外れているか否かを検出することを要旨とする。

ここで、具体的には、前記所定の期間が経過する前に、前記バッテリーの端子電圧が、前記所定の期間の開始時の電圧から所定電圧以上減衰した場合に、前記バッテリーが前記バッテリー充電装置から外れていると判定することが好適である。

あるいは、前記所定の期間が経過する前に、前記バッテリーの端子電圧が、所定の下限電圧に達した場合に、前記バッテリーが前記バッテリー充電装置から外れていると判定することが好適である。

また、前記所定の期間は、可変設定可能である。更に、前記内燃機関が所定の回転数以上のときに、前記各ステップを有効とすることが好ましい。

また、上記目的を達成するため、本発明のバッテリー充電装置は、充電されるべきバッテリーと、内燃機関により駆動される磁石式交流発電機と、前記磁石式交流発電機が生成する交流電圧に基づいて、前記バッテリーに供給するための直流電流を生成する整流回路と、前記バッテリーの端子電圧が所定の電圧に達した場合に、前記整流回路から前記バッテリーへの前記充電電流を遮断して前記バッテリーへの充電を停止させる充電停止回路と、前記バッテリーの端子電圧を逐次入力しつつ、前記内燃機関の駆動状態において、周期的に所定の期間、前記バッテリーへの充電を強制的に停止させるように前記充電停止回路に対して所定の信号を出力し、それらの所定の期間内の前記端子電圧の減衰特性に基づいて、前記バッテリーが外れているか否かを検出するマイクロコンピュータと、を備えることを要旨とする。

このとき、前記マイクロコンピュータは、定期的に実行されるプログラムにより、前記端子電圧の取得、前記所定の期間の設定、前記所定の信号の出力、及び前記検出を行うことが典型である。

本発明のバッテリー充電装置におけるバッテリー外れ検出方法及びそのバッテリー充電装置によれば、内燃機関により駆動される磁石式交流発電機からの電力に基づいてバッテリーの充電を行うバッテリー充電装置において、期せずしてバッテリーが外れていても、内燃機関の駆動状態においてもそれを的確に検出して、接続されている負荷を危険な電圧から保護することができる。

本発明のバッテリー充電装置における一実施形態の構成を示すブロック図である。 本発明のバッテリー外れ検出方法の一実施形態におけるマイクロコンピュータ３７の処理手順を示すフローチャートである。 マイクロコンピュータ３７の処理手順の詳細を示すフローチャートである。 バッテリー電圧移動平均値ＶＶＡの時間的推移を示す図である。 バッテリー外れを判定するための基準を説明するための図である。

本願発明の発明者は、内燃機関の駆動状態においてバッテリー外れを検出する手法を模索するなかで、充電電流の供給を強制的に停止した場合に、その後のバッテリー電圧の減衰特性に、バッテリーが正常に接続されている場合とバッテリーが外れている場合とで差があり、その減衰特性を駆動状態において逐次精査することにより、バッテリー外れが的確に検出できることを付きとめた。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明のバッテリー充電装置における一実施形態の構成を示すブロック図である。同図に示すバッテリー充電装置は、概して、車両の搭載された内燃機関（図示せず）の駆動状態や負荷（図示せず）への電力供給に応じて充放電が繰り返されるバッテリー１と、内燃機関により駆動されて三相交流電圧を発生する磁石式交流発電機２と、その磁石式交流発電機２からの交流電圧に基づきバッテリー１への充電制御の中枢を担うと共に、バッテリー１が外れているか否かの検出制御を行う充電制御回路部３と、内燃機関の運転／停止を切り替えると共に、充電制御回路部３内で必要な５Ｖ電圧を生成するための電力をバッテリー１から供給するか否かを切り替えるキースイッチ４と、を備えている。

ここで、充電制御回路部３は、詳細には、特許文献１に示された整流回路（２）と同等の構成及び機能を有する整流回路３１と、特許文献１の過電圧検出回路（６）と同等の構成及び機能を有する過電圧検出回路３２と、特許文献１のスイッチ素子トリガ回路（７）と同等の構成及び機能を有し、過電圧検出回路３２からの信号と、後述するマイクロコンピュータ３７からの周期的強制停止信号ＨＳに基づいて、充電停止トリガ信号を生成する充電停止トリガ信号生成回路３３と、特許文献１のサイリスタ群（Ｔｈｕ，Ｔｈｖ，ＴＨｗ）と同等の構成及び機能を有する電圧調整回路３４と、整流回路３１の整流出力波形変化に基づいて、磁石式交流発電機２が１回転するごとに４つのパルスを出力するパルス生成回路３５と、バッテリー１の端子電圧を、後述するマイクロコンピュータ３７が取り込めるレンジに変換するための電圧変換回路３６と、後に詳述するマイクロコンピュータ３７と、充電制御回路部３に接続される図示しないタコメータが入力可能な矩形電圧波形を形成するための波形整形回路３８と、充電制御回路部３に接続される図示しないチャージランプを駆動可能な信号を生成するためのドライバ回路３９と、キースイッチ４を介してバッテリー１から供給される電力に基づいて５Ｖの規格電圧を生成する５Ｖ規格電圧生成回路４０と、を有している。

ここで、整流回路３１は、磁石式交流発電機２からの三相交流電圧を直流電圧に変換し、バッテリー１に充電電流を供給することにより、バッテリー１を充電する。過電圧検出回路３２は、バッテリー１の端子電圧を検出して、その検出した端子電圧の瞬時値が所定の設定値を越えたときに過電圧検出信号を充電停止トリガ信号生成回路３３に出力する。充電停止トリガ信号生成回路３３は、過電圧検出回路３２から過電圧検出信号を受けると、電圧調整回路３４を構成する各サイリスタをオンするトリガ信号を与え、これにより磁石式交流発電機２の各出力端子間が短絡されるので、バッテリー１への充電電流の供給が停止され、バッテリー１の端子電圧は所定値以下に抑えられる。

とりわけ、電圧変換回路３６によりバッテリー１の端子電圧をマイクロコンピュータ３７に入力可能な電圧レンジに変換された変換電圧は、マイクロコンピュータ３７の第１入力ポートＩＮ１に入力される。マイクロコンピュータ３７は、その内部に、かかる変換電圧を入力して所定時間ごとに量子化してデジタル値としてサンプリングするアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ（図示せず）を有している。所定時間としては、例えば１ミリ秒である。そして、マイクロコンピュータ３７の例えばＣＰＵ（Central Processing Unit、図示せず）は、Ａ／Ｄコンバータからデジタル電圧値が出力されるたびに、最新の、例えば４つのデジタル電圧値から平均値（以下、「バッテリー電圧移動平均値ＶＶＡ」と称す）を求め、これをバッテリー１の端子電圧の指標として獲得する。４つの最新のデジタル電圧値の平均の求め方は、例えば、４つの格納用変数を用意しておき、いわゆるＦＩＦＯ方式でデジタル電圧値を順次シフトしていけばよい。ここで、このように所定数の平均値をとるのは、誤差変動（高周波成分）を吸収するためのである。なお、上記所定時間の“１ｍｓ”や、平均をとる数の“４”は、一例であり、適宜好ましい値に設定すればよい。

一方、マイクロコンピュータ３７は、所定周期（以下、「バッテリー外れ判定処理実行周期ＥＣ」と称す）ごとに、所定時間（以下、「バッテリー外れ判定期間ＴＰ」と称す）バッテリー１への充電動作を強制的に停止するように周辺回路を制御する。これらのバッテリー外れ判定処理実行周期ＥＣ及びバッテリー外れ判定期間ＴＰは、マイクロコンピュータ３７がそれぞれ用のカウンタを設定して計数することにより、実現できる。そこで、バッテリー外れ判定期間ＴＰにおいて充電動作を強制的に停止させる方法としては、その期間、図１に示すように、マイクロコンピュータ３７の例えば第３出力ポートＯＵＴ３から充電停止トリガ信号生成回路３３に対して、過電圧検出回路３２が出力する過電圧検出信号と同等の信号（以下、「周期的強制停止信号ＨＳ」と称す）を出力すればよい。

そこで、バッテリー外れ判定処理実行周期ＥＣごとにバッテリー外れ判定期間ＴＰを設けた場合のバッテリー電圧移動平均値ＶＶＡの時間的推移を図４に示す。バッテリー外れ判定期間ＴＰにおいては充電動作が停止されているのであるから、同図に示すように、バッテリー電圧移動平均値ＶＶＡは減衰していく曲線を呈する。ここで、本願発明の発明者は、バッテリー１が外れている場合には、当該減衰の程度が大きく（同図において、ＴＰ２が、バッテリー１が外れている状態での判定期間）、この減衰の度合いを適切な閾値をもって検証すれば、バッテリー１が外れているか否かを判定できることを見いだした。

ここで、バッテリー外れが発生すると、バッテリー１の端子電圧は、過電圧検出回路３２で設定されている所定の設定値（過電圧判定電圧）に到達しない範囲でふら付く現象を呈する。従って、マイクロコンピュータ３７内のバッテリー電圧移動平均値ＶＶＡも、バッテリー外れ時以降、図４に示すように、ふら付く波形となる。ところで、バッテリー外れ判定期間ＴＰの始まりは、そのふら付く周期やその値とは無関係であるので、バッテリー電圧移動平均値ＶＶＡの減衰が、そのふら付きの高い値で始まったり、逆に低い値で始まったり、まちまちである。従って、本発明の実施形態においては、バッテリー電圧移動平均値ＶＶＡの減衰の程度に基づいてバッテリー１が外れていると判定する基準として、低下開始の電圧のばらつきを考慮して、以下の２つの基準を採用した。

すなわち、第一には、バッテリー電圧移動平均値ＶＶＡの、バッテリー外れ判定期間ＴＰの開始による減衰が、比較的高い値から始まった場合に対する対処である。この場合には、図５（ａ）に示すように、バッテリー外れ判定期間ＴＰの開始時のバッテリー電圧移動平均値ＶＶＡを期間開始時電圧ＳＶとした場合、バッテリー外れ判定期間ＴＰが終了する前に、バッテリー電圧移動平均値ＶＶＡが、期間開始時電圧ＳＶから所定量（以下、「減衰量判定電圧ＡＣＶ」と称す）以上減衰した場合に、バッテリー１が外れていると判定する。同図においては、バッテリー外れ判定期間ＴＰ終了前の時刻ｔ１において、既に減衰量判定電圧ＡＣＶだけ減衰していることを示している。

また、第二には、バッテリー電圧移動平均値ＶＶＡの、バッテリー外れ判定期間ＴＰの開始による減衰が、比較的低い値から始まった場合に対する対処である。この場合には、図５（ｂ）に示すように、バッテリー電圧移動平均値ＶＶＡが、バッテリー外れ判定期間ＴＰが終了する前に、所定の下限値（以下、「下限判定電圧ＬＣＶ」と称す）に到達した場合に、バッテリー１が外れていると判定する。バッテリー電圧移動平均値ＶＶＡの減衰が比較的低い値から始まった場合には、減衰量判定電圧ＡＣＶだけ減衰する前に、各制御回路が正常に動作する限界電圧を下回ってしまう可能性がある。従って、この場合、各制御回路が正常に動作する限界電圧よりも少し高めの電圧として、下限判定電圧ＬＣＶを設定し、バッテリー外れ判定期間ＴＰが終了する前に、その下限判定電圧ＬＣＶに達したら、バッテリー外れと判定するようにする。同図においては、バッテリー外れ判定期間ＴＰ終了前の時刻ｔ２において、既に下限判定電圧ＬＣＶに到達していることを示している。

上述の観点から、次に、減衰量判定電圧ＡＣＶ、下限判定電圧ＬＣＶ、及びバッテリー外れ判定期間ＴＰの各設定の基準を説明する。そこで、バッテリー外れ発生後に見られる前述のバッテリー電圧移動平均値ＶＶＡのふら付く現象のふら付く程度、すなわち振幅は、負荷に接続される容量分（以下、「容量負荷」と称する）に依存する。具体的には、容量負荷が小さいと振幅が大きく、容量負荷が大きいと振幅が小さくなる。従って、バッテリー１が外れている状態でバッテリー外れ判定期間ＴＰに入ったときの減衰の程度も、容量負荷が小さいときには大きくなり、逆に、容量負荷が大きいときには小さくなる。

ここで、負荷容量が大きれれば大きいほど減衰量が小さいので、バッテリー外れ判定期間ＴＰ内で、減衰量判定電圧ＡＣＶだけ減衰する可能性が低くなる。すなわち、バッテリー１が外れているにもかかわらず、正常にバッテリー外れが検出できない可能性が高くなる。一方、それを考慮して、バッテリー外れ判定期間ＴＰを長くすると、正常時のバッテリー充電装置としての充電能力（バッテリー外れ判定期間ＴＰ／バッテリー外れ判定処理実行周期ＥＣに比例）は、充電を停止する期間が長くなるため、その分落ちてしまう。更に、バッテリー外れ判定期間ＴＰを長くした分、バッテリー外れ判定処理実行周期ＥＣを長くすれば、充電能力の低下は防げるが、今度は、バッテリー外れ判定処理実行周期ＥＣが長くなった分だけ、バッテリー外れを検出できるまでの時間が長くなってしまい、不安定な状態が長くなり、その分システムに与える影響が大きくなる。以上から、減衰量判定電圧ＡＣＶ及びバッテリー外れ判定期間ＴＰは、各車両（システム）で想定される負荷の容量分を考慮して、テストした結果から決定することが好ましい。また、下限判定電圧ＬＣＶとしては、前述のように、各制御回路が正常に動作する限界電圧よりも少し高めの電圧を設定する。

なお、前述のように各車両（システム）に依存するが、代表的な値としては、バッテリー外れ判定処理実行周期ＥＣは２秒であり、バッテリー外れ判定期間ＴＰ２０ｍ秒であり、従って、バッテリー外れ判定期間ＴＰ／バッテリー外れ判定処理実行周期ＥＣは、１％である。

次に、本発明の本実施形態においては、マイクロコンピュータ３７は、内燃機関の回転速度が所定の回転速度（以下、「有効回転速度」と称す）以上のときに、上述のような周期的なバッテリー外れ判定期間ＴＰを設けてのバッテリー外れ判定処理を行う。そのために、マイクロコンピュータ３７は、前述のように、パルス生成回路３５から、４パルスで磁石式交流発電機２の１回転に相当するパルス列を第２入力ポートＩＮ２に受取り、それらのパルスの時間間隔から、磁石式交流発電機２の回転速度を算出し、更にそれに一定の比率（磁石式交流発電機２駆動時の減速比）を掛けたものを機関の回転速度として求める。なお、この機関の回転速度の情報は、逐次第１出力ポートＯＵＴ１から出力され、前述の波形整形回路３８を介してタコメータへ送られ、機関の回転速度として表示される。

ここで、上述のように、内燃機関の回転速度が有効回転速度以上のときに限り、バッテリー外れ判定処理を有効にするのは、以下の理由からである。すなわち、機関に十分な回転速度があるとき、言い換えれば、磁石式交流発電機２の発電能力が十分有効であるときに、バッテリー外れになった場合、磁石式交流発電機２の出力と負荷で消費される電力が釣り合ってしまい、ふらついた電圧が負荷に掛かってしまうので、かかる事態を回避する必要があるからである。また、逆に、機関の停止時や不安定な起動時には、バッテリー外れの検出は控えて保護する必要がある。

また、図１に示すように、マイクロコンピュータ３７は、付随的に、バッテリー１へ充電中か否かの状態を示すためのチャージランプに対して、ドライバ回路３９を介して当該状態を表す信号を供給する。

図２は、本発明のバッテリー外れ検出方法の一実施形態におけるマイクロコンピュータ３７の処理手順を示すフローチャートであり、図３は、その詳細を示すフローチャートである。以下、図４及び図５を参照しつつ、それらの図に示されたフローチャートに沿って、当該処理手順を順に説明する。

図２に示したマイクロコンピュータ３７の処理は、例えばタイマー割り込みを利用して定期的に実行される処理である。そこで、まず、バッテリー外れと判定されている状態であるか否かを判定する（ステップＳ１）。その時点で既にバッテリー外れと判定されている状態であれば（ステップＳ１において肯定判定）、以下のバッテリー外れ検出制御処理を行う必要はないので即座に復帰する。一方、その時点でバッテリー外れと判定されている状態でなければ（ステップＳ１において否定判定）、ステップＳ２に移行し、内燃機関のその時点での回転速度が、有効回転速度以上か否かを判定する。機関の回転速度が有効回転速度以上ではないと判定された場合には（ステップＳ２において否定判定）、ステップＳ３において制御データを初期化して復帰する。一方、機関の回転速度が有効回転速度以上であると判定された場合には（ステップＳ２において肯定判定）、ステップＳ４に移行する。なお、マイクロコンピュータ３７による機関回転速度の検出方法は前述の通りであり、また、機関の回転速度が有効回転速度以上である場合に、以下のバッテリー外れ検出制御処理を有効とする理由も前述の通りである。

ステップＳ４においては、バッテリー外れ判定処理実行周期ＥＣを規定するための周期カウンタを更新（例えば＋１）する。そして、次に、その時点で、バッテリー外れ判定処理実行周期ＥＣの１周期分が終了したか否を判定する（ステップＳ５）。これは、上記周期カウンタが所定の値に達したか否かで判定できる。別の見方をすれば、当該バッテリー外れ検出制御処理が実行されるたびに、ステップＳ４で周期カウンタが更新されるのであるから、上記所定の値の可変設定によりバッテリー外れ判定処理実行周期ＥＣの長さを可変設定できることになる。

そこで、ステップＳ５において、バッテリー外れ判定処理実行周期ＥＣの１周期分が終了したと判定された場合（肯定判定、図４参照）、言い換えれば、現時点が、バッテリー外れ判定処理実行周期ＥＣの新たな始まりの開始点であると判定された場合には、ステップＳ６のバッテリー外れ判定期間開始処理を行う。バッテリー外れ判定期間開始処理の詳細手順を図３（ａ）に示す。同図を参照して、バッテリー外れ判定期間開始処理においては、まず、上記周期カウンタを初期化（例えば０クリア）する（ステップＳ６１）。次に、その時点でのバッテリー電圧移動平均値ＶＶＡを期間開始時電圧ＳＶとして記憶保存する（ステップＳ６２）。次に、バッテリー外れ判定期間ＴＰ中であることを示すためのフラグをセットし（ステップＳ６３）、更に、判定期間カウンタを初期化（例えば０クリア）する（ステップＳ６４）。そして、バッテリー１に対する充電の停止を開始する（ステップＳ６５）。マイクロコンピュータ３７によるこの強制的充電停止は、前述の如く、マイクロコンピュータ３７がその第３出力ポートＯＵＴ３から充電停止トリガ信号生成回路３３に対して周期的強制停止信号ＨＳを出力することにより行う。

一方、ステップＳ５において、バッテリー外れ判定処理実行周期ＥＣの１周期分が終了していない判定された場合には、ステップＳ７に移行し、その時点がバッテリー外れ判定期間ＴＰ内であるか否かを判定する。この判定は、前述のバッテリー外れ判定期間ＴＰ中であることを示すためのフラグがセットされているか否か検証することにより行える。現時点がバッテリー外れ判定期間ＴＰ内ではないと判定された場合（否定判定、図４参照）には、そのまま復帰する。一方、現時点がバッテリー外れ判定期間ＴＰ内であると判定された場合（肯定判定、図４参照）には、ステップＳ８に移行する。

ステップＳ８においては、現在の（その時点での）バッテリー電圧移動平均値ＶＶＡを検出する。これはマイクロコンピュータ３７が前述のように例えば１ｍ秒ごとに算出するものを取り込んでくればよい。次に、バッテリー外れ判定期間開始時に保存した期間開始時電圧ＳＶから、その検出した現在のバッテリー電圧移動平均値ＶＶＡを差し引くことにより、期間開始時電圧ＳＶから減衰した分の電圧を算出する（ステップＳ９）。そして、その減衰分の電圧が減衰量判定電圧ＡＣＶに達したか否かを判定する（ステップＳ１０）。減衰分の電圧が減衰量判定電圧ＡＣＶに達している場合（肯定判定、図５（ａ）参照）には、ステップＳ１３のバッテリー外れ検出後処理に移行する。一方、減衰分の電圧が未だ減衰量判定電圧ＡＣＶに達していない場合（否定判定）には、ステップＳ１１において、現在のバッテリー電圧移動平均値ＶＶＡが下限判定電圧ＬＣＶに達したか否かを判定する。現在のバッテリー電圧移動平均値ＶＶＡが下限判定電圧ＬＣＶに達している場合（肯定判定、図５（ｂ）参照）には、ステップＳ１３のバッテリー外れ検出後処理に移行する。一方、現在のバッテリー電圧移動平均値ＶＶＡが下限判定電圧ＬＣＶに未だ達していない場合（否定判定）には、ステップＳ１２のバッテリー外れ判定期間終了判定処理に移行する。

ステップＳ１２のバッテリー外れ判定期間終了判定処理の詳細手順を図３（ｂ）に示す。同図を参照して、バッテリー外れ判定期間終了判定処理においては、まず、判定期間カウンタを更新（例えば＋１）する（ステップＳ１２１）。そして、次に、その時点で、バッテリー外れ判定期間ＴＰが終了したか否を判定する（ステップＳ１２２）。これは、上記判定期間カウンタが所定の値に達したか否かで判定できる。別の見方をすれば、ステップＳ７でバッテリー外れ判定期間ＴＰ内であって、バッテリー外れが検出されていない間、ステップＳ１２１で判定期間カウンタが更新されるのであるから、この所定の値の可変設定によりバッテリー外れ判定期間ＴＰの長さを可変設定できることになる。

そこで、ステップＳ１２２において、バッテリー外れ判定期間ＴＰが終了していない判定された場合（否定判定）には、そのまま復帰する。一方、バッテリー外れ判定期間ＴＰが終了したと判定された場合（肯定判定、図４参照）には、次に、バッテリー外れ判定期間ＴＰ中であることを示すための前述のフラグをリセットする（ステップＳ１２３）。そして、バッテリー１の充電を再開する（ステップＳ１２４）。これは、充電停止トリガ信号生成回路３３に出力していた周期的強制停止信号ＨＳを停止すればよい。

一方、ステップＳ１３のバッテリー外れ検出後処理の詳細手順を図３（ｃ）に示す。同図を参照して、バッテリー外れ判定後処理においては、まず、バッテリー外れ判定期間ＴＰ中であることを示すための前述のフラグをリセットする（ステップＳ１３１）。そして、バッテリー１の充電を以降完全に停止する（ステップＳ１３２）。

以上のように、本発明のバッテリー充電装置におけるバッテリー外れ検出方法及びそのバッテリー充電装置における一実施形態によれば、期せずしてバッテリー１が外れていても、内燃機関の駆動状態においてもそれを的確に検出して、接続されている負荷を危険な電圧から保護することができる。

本発明のバッテリー外れ検出方法は、コンバイン及びトラクターなどの農作業用機械や二輪車等の車両の内燃機関の回転軸に取り付けられた磁石式交流発電機からの電力に基づいてバッテリーの充電を行うバッテリー充電装置に採用できる。

１ バッテリー
２ 磁石式交流発電機
３ 充電制御回路部
３１ 整流回路
３２ 過電圧検出回路
３３ 充電停止トリガ信号生成回路
ＨＳ 周期的強制停止信号
３４ 電圧調整回路
３５ パルス生成回路
３６ 電圧変換回路
３７ マイクロコンピュータ
３８ 波形整形回路
３９ ドライバ回路
４０ ５Ｖ規格電圧生成回路
４ キースイッチ
ＥＣ バッテリー外れ判定処理実行周期
ＴＰ バッテリー外れ判定期間
ＡＣＶ 減衰量判定電圧
ＬＣＶ 下限判定電圧

Claims (7)

1. 内燃機関により駆動される磁石式交流発電機からの電力に基づいてバッテリーの充電を行うバッテリー充電装置において、
   前記内燃機関の駆動状態において、周期的に所定の期間、前記磁石式交流発電機からの前記バッテリーへの電力の供給を強制的に停止し、
   前記所定期間内の前記バッテリーの端子電圧の減衰特性に基づいて、前記バッテリーが前記バッテリー充電装置から外れているか否かを検出することを特徴とするバッテリー外れ検出方法。
2. 前記所定の期間が経過する前に、前記バッテリーの端子電圧が、前記所定の期間の開始時の電圧から所定電圧以上減衰した場合に、前記バッテリーが前記バッテリー充電装置から外れていると判定することを特徴とする請求項１に記載のバッテリー外れ検出方法。
3. 前記所定の期間が経過する前に、前記バッテリーの端子電圧が、所定の下限電圧に達した場合に、前記バッテリーが前記バッテリー充電装置から外れていると判定することを特徴とする請求項１に記載のバッテリー外れ検出方法。
4. 前記所定の期間は、可変設定可能であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のバッテリー外れ検出方法。
5. 前記内燃機関が所定の回転数以上のときに、前記各ステップを有効とすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のバッテリー外れ検出方法。
6. 充電されるべきバッテリーと、
   内燃機関により駆動される磁石式交流発電機と、
   前記磁石式交流発電機が生成する交流電圧に基づいて、前記バッテリーに供給するための直流電流を生成する整流回路と、
   前記バッテリーの端子電圧が所定の電圧に達した場合に、前記整流回路から前記バッテリーへの前記充電電流を遮断して前記バッテリーへの充電を停止させる充電停止回路と、
   前記バッテリーの端子電圧を逐次入力しつつ、前記内燃機関の駆動状態において、周期的に所定の期間、前記バッテリーへの充電を強制的に停止させるように前記充電停止回路に対して所定の信号を出力し、それらの所定の期間内の前記端子電圧の減衰特性に基づいて、前記バッテリーが外れているか否かを検出するマイクロコンピュータと、
   を備えることを特徴とするバッテリー充電装置。
7. 前記マイクロコンピュータは、定期的に実行されるプログラムにより、前記端子電圧の取得、前記所定の期間の設定、前記所定の信号の出力、及び前記検出を行うことを特徴とする請求項６に記載のバッテリー充電装置。
   

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