JP3606026B2

JP3606026B2 - 車両用充電装置

Info

Publication number: JP3606026B2
Application number: JP31722297A
Authority: JP
Inventors: 純夫簗瀬
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-11-18
Filing date: 1997-11-18
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2017-11-18
Also published as: JPH11150886A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン駆動の発電機により充電されて電圧が異なる複数バッテリを充電する車両用充電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高圧バッテリ（主バッテリともいう）と、低圧バッテリ（補機バッテリともいう）とをエンジン駆動の発電機により充電することにより、たとえば走行トルクや始動トルク発生用のモ−タのような高圧負荷と、制御電源や照明負荷のような低圧負荷を異なる電圧で駆動可能な車両用充電装置が提案されている。
【０００３】
この種の異電圧複数バッテリ充電型車両用充電装置では、たとえばトルク発生用のモータへ少ない配線損失及び低システムコストで給電でき、かつ、それ以外の補機を安全性や互換性に優れる低圧で給電できる利点を有している。
これらの異電圧複数バッテリを単一の発電機で充電する車両用充電装置の一例が、本出願人の出願になる特開平７ー３０８０３２号公報に開示されている。同様に、特開昭６２−５５８３５号公報は、三相全波整流器を構成する低位側ハーフブリッジ及び高位側ハーフブリッジに加えて、３個の半導体スイッチからなる更にもう一組の追加ハーフブリッジを高位側又は低位側に配設し、少なくともこの追加ハーフブリッジを構成する半導体スイッチの導通比を独立に制御することにより異なる大きさの２電圧を出力することを提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の異電圧複数バッテリ充電型車両用充電装置では、単一の発電機により異電圧複数バッテリを異なるタイミング（たとえば交互に）充電する必要があり、両バッテリを可能な範囲で最適充電するためには、その制御動作及び制御回路構成が複雑化するという不具合が生じ、かつ、両バッテリの最適充電が簡単でないという問題点となっていた。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、制御回路構成及び制御動作の複雑化を回避しつつ単一の発電機で異電圧複数バッテリを良好に充電可能な車両用充電装置を提供することをその目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の異電圧複数バッテリ充電型車両用充電装置によれば、低圧バッテリの容量に関する第一物理量に基づいて界磁電流を制御し、高圧バッテリの容量に関する第二物理量に基づいて半導体スイッチの導通比を制御する。
このようにすれば、簡素な制御回路構成及び制御動作により高圧バッテリ及び低圧バッテリを両方とも良好な充電状態に維持することができる。
【０００７】
請求項２記載の構成によれば請求項１記載の車両用充電装置において更に、低圧バッテリの容量が所定値以下である場合に、半導体スイッチの導通比を１００％に設定する。
このようにすれば、全般的な充電不足状況が発生した場合でも、制御用電源などその電源電圧不足または給電停止が車両制御に死活的に重要な意味をもつある種の低圧負荷の駆動を優先して維持することができ、これにより走行可能であるにもかかわらず車両が制御不能となったり、夜間走行でも照明不能となったりするという不具合を防止することができる。
【０００８】
請求項３記載の構成によれば請求項１記載の車両用充電装置において更に、高圧バッテリの容量が所定値以下である場合に高圧バッテリの負荷を遮断する。
このようにすれば、高圧バッテリの寿命を延長できる。
請求項４記載の構成によれば請求項１記載の車両用充電装置において更に、第一物理量として低圧バッテリの端子電圧を採用し、第二物理量として高圧バッテリの端子電圧を採用するので、容量検出が簡素となる。
【０００９】
請求項５記載の構成によれば請求項１記載の車両用充電装置において更に、第一物理量として低圧バッテリの積算充放電量を採用し、第二物理量として高圧バッテリの積算充放電量を採用するので、容量検出を正確に行える。
請求項６記載の構成によれば請求項１記載の車両用充電装置において更に、発電機として始動トルクや走行トルクを発生可能な交流発電電動機と、交流発電電動機と高圧バッテリとの電力授受を行う高圧側整流器兼インバ−タ装置と、交流発電電動機と低圧バッテリとの間に介設される低圧側整流器とを設け、更に、半導体スイッチを低圧側整流器と前記低圧バッテリとの間に設けるので、構成の複雑化を抑止しつつ多機能化を実現することができる。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の車両制振装置の各実施例を図面を参照して説明する。
（実施例１）
図１において、三相交流発電電動機１は、三相電機子コイル１２及び界磁コイル１３を有して図示しないエンジン及びタイヤに至る機械的負荷にトルク伝達可能に機械的結合されている。
【００１１】
２は高圧バッテリ、３は低圧バッテリであり、高圧バッテリ２は高圧側整流器兼インバ−タ装置４を通じて三相交流発電電動機１の三相電機子コイル１２と電力授受可能に接続され、低圧バッテリ３は、低圧側整流器５、半導体スイッチ６、平滑回路７を通じて三相交流発電電動機１の三相電機子コイル１２に充電可能に接続されている。
【００１２】
高圧側整流器兼インバ−タ装置４は、パワ−ＭＯＳトランジスタからなる半導体スイッチＳ１〜Ｓ６及びこれらパワ−ＭＯＳトランジスタＳ１〜Ｓ６と逆並列に個別接続されるダイオ−ドＤ１〜Ｄ６からなる周知の三相インバータ回路からなる。
低圧側整流器５はダイオ−ドＤ７〜Ｄ１２からなる周知の三相全波整流装置からなる。
【００１３】
半導体スイッチ６は、ＮＰＮパワ−トランジスタからなり、平滑回路７は直列リアクトル７１と平滑コンデンサ７２とからなる。
８は低圧バッテリ３から界磁コイル１３へ給電される界磁電流を制御するスイッチングトランジスタであり、９は三相交流発電電動機１の回転数を検出する回転センサ、Ｄはフライバックダイオ−ドである。１０は回転センサ９の検出信号や高圧バッテリ２、低圧バッテリ１１の端子電圧に基づいて高圧側整流器兼インバ−タ装置４や界磁電流を断続制御するコントロ−ラであり、１１は低圧バッテリ３により給電される低圧負荷である。
【００１４】
以下、この装置の動作を説明する。
（エンジン始動時及び加速時）
エンジン始動時及び加速時には、界磁巻線１３に界磁電流Ｉｆを流し、半導体スイッチＳ１〜Ｓ６を同期機２の回転角に同期してスイッチングして同期機２を電動動作させる。半導体スイッチＳ１〜Ｓ６のスイッチング順序、位相については周知であるので説明を省略する。
（減速時）
減速時には、半導体スイッチＳ１〜Ｓ６をオフし、界磁電流Ｉｆをブレーキ踏み込み量に比例する値にして高圧側整流器兼インバ−タ装置４のダイオ−ドによりにより同期機２の発電電力を高圧バッテリ８に回生制動により回収する。なお、減速中かどうかの判定はコントローラ５によりブレーキペダルの踏み込み量などを検出しておこなうことができる。
（通常走行時）
加速時及び減速時以外の通常走行時（弱い加減速時を含む）で、かつ、高圧バッテリ２又は低圧バッテリ３の容量不足時には、減速時と同じ方法で三相交流発電電動機１を発電動作させ、この発電電力により高圧バッテリ２及び低圧バッテリ３を充電する。
【００１５】
以下、このバッテリ充電動作を図２のフロ−チャ−トを参照して説明する。
まずル−チンをスタ−トして直に初期設定を行い、スイッチングトランジスタ８の導通比を所定の既定値にセットし、界磁電流値を所定値に設定する（Ｓ１００）。
Ｓ１０２では、低圧バッテリ３の端子電圧Ｖｂ３がしきい値電圧Ｖｔｈ１よりもっと低く、緊急充電を必要とするしきい値電圧Ｖｔｈ２より小さいかどうかを調べ、小さければ半導体スイッチ６を常時導通させて（Ｓ１０４）、発電された電力をすべて低圧バッテリ３へ振り分けてＳ１０６へ進み、そうでなければ直接にＳ１０６へ進む。
【００１６】
Ｓ１０６では端子電圧Ｖｂ３に対応してスイッチングトランジスタ８の導通比を制御する。すなわち、低圧バッテリ３の端子電圧Ｖｂ３が低下すればするほどスイッチングトランジスタ８の導通比を増大させて界磁電流及び発電出力を増加させる制御を行い、Ｓ１０８へ進む。
これにより、少なくとも最初は半導体スイッチ６の導通比を変更せずに低圧バッテリ３への充電電流を増大できるので、高圧バッテリ２の充電状態（高圧バッテリ２は半導体スイッチ６の遮断時に充電される）に悪影響を与えることなく、低圧バッテリ３の充電を強化することができる。
【００１７】
ここで、もし、高圧バッテリ２からの負荷電流が一定であれば、上記界磁電流の増加による熱伝出力増大により高圧バッテリ２の充電量が増大する。その結果、後述するステップＳ１１２により半導体スイッチ６の導通比が増大するので、一層、低圧バッテリ３の充電が強化できる。
Ｓ１０８では、高圧バッテリ２の端子電圧Ｖｂ２が所定のしきい値電圧Ｖｔｈ３より低いかどうかを調べ、低い場合にのみ三相交流発電電動機１のその後の電動動作を禁止し、図示しない高圧負荷への給電も禁止する。その後、Ｓ１１４にて、端子電圧Ｖｂ２の大きさに応じて半導体スイッチ６の導通比を制御する。すなわち、高圧バッテリ２の端子電圧Ｖｂ２が低下すればするほど半導体スイッチ６の導通比を減少させて高圧バッテリ２の平均充電時間を増加させる制御を行い、Ｓ１０２へ戻る。
【００１８】
これにより、低圧バッテリ３の容量が不足する可能性が生じるが、そうなるとスイッチングトランジスタ８の導通比の増加がＳ１０６で生じてそれが解消される。また、この界磁電流の増大により、高圧バッテリ２の充電も一層強化される。
この実施例によれば、次の作用効果を奏することができる。
【００１９】
低圧バッテリ３の推定容量が低下した場合にスイッチングトランジスタ８の導通比を増加し、界磁電流を増加する。すると、高圧バッテリ３への充電電流が増大するので、半導体スイッチ６の導通比が増加し、低圧バッテリ３への充電電流は一層強化されることができる。
すなわち、両バッテリ２、３への充電回路が並列的となっているにもかかわらず、界磁電流増大による出力増加分がすべて低圧バッテリ３への充電に振り分けられたとも考えることができる。
【００２０】
一方、低圧バッテリ３の推定容量が増大した場合にスイッチングトランジスタ８の導通比を減少するので、その分、高圧バッテリ２の充電電流も低下し、それにより半導体スイッチ６の導通比が減少して高圧バッテリ２への充電電流が維持される。この半導体スイッチ６の導通比の減少は、低圧バッテリ３への充電電流の減少を招くので、好都合である。
（実施例２）
他の実施例を図３を参照して説明する。
【００２１】
この実施例は、図１に示す実施例１の車両用充電装置において、両バッテリ２、３の端子電圧によりそれらの容量を推定する代わりに、両バッテリ２、３に流出入する電流の累積加算によりそれらの容量を推定するものであるが、この種の容量推定事態は周知であるので、これ以上の説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両用充電装置の一実施例を示す回路図である。
【図２】図１のコントロ−ラ１０の充電制御動作を示すフロ−チャ−トである。
【図３】実施例２の車両用充電装置の他の実施例を示す回路図である。
【符号の説明】
１は三相交流発電電動機（発電機）、２は高圧バッテリ、３は低圧バッテリ、４は高圧側整流器兼インバ−タ装置、５は低圧側整流器、６は半導体スイッチ、８は界磁電流を制御するスイッチングトランジスタ、１０はコントロ−ラ（制御手段）。

Claims

界磁コイルを有してエンジンにより駆動される発電機、高圧負荷に給電する高圧バッテリ、低圧負荷に給電する低圧バッテリ、前記発電機と前記低圧バッテリとの間に介設されて前記低圧バッテリの充電電流を制御する半導体スイッチ、及び、前記車両用交流発電機の界磁電流及び前記半導体スイッチの導通率を制御する制御手段を備える車両用充電装置において、
前記制御手段は、検出した前記低圧バッテリの容量に関する第一物理量に基づいて前記界磁電流を制御し、検出した前記高圧バッテリの容量に関する第二物理量に基づいて前記半導体スイッチの導通比を制御することを特徴とする車両用充電装置。
請求項１記載の車両用充電装置において、
前記制御手段は、前記第一物理量に基づいて前記低圧バッテリの容量が所定値以下と判定した場合に、前記半導体スイッチの導通比を１００％に設定することを特徴とする車両用充電装置。
請求項１記載の車両用充電装置において、
前記制御手段は、前記第二物理量に基づいて前記高圧バッテリの容量が所定値以下と判定した場合に、前記高圧バッテリの負荷を遮断することを特徴とする車両用充電装置。
請求項１記載の車両用充電装置において、
前記制御手段は、前記第一物理量として前記低圧バッテリの端子電圧を採用し、前記第二物理量として前記高圧バッテリの端子電圧を採用することを特徴とする車両用充電装置。
請求項１記載の車両用充電装置において、
前記制御手段は、前記第一物理量として前記低圧バッテリの積算充放電量を採用し、前記第二物理量として前記高圧バッテリの積算充放電量を採用することを特徴とする車両用充電装置。
請求項１記載の車両用充電装置において、
エンジンをアシストする電動機を兼ねる交流発電電動機の発電電力を整流して前記高圧バッテリを充電する高圧側整流器、前記交流発電電動機の発電電力を整流して前記低圧バッテリを充電する低圧側整流器を備え、前記半導体スイッチは、前記低圧側整流器と前記低圧バッテリとの間に介設されることを特徴とする車両用充電装置。