JP6404108B2

JP6404108B2 - 二次電池の充電制御装置

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Publication number: JP6404108B2
Application number: JP2014254059A
Authority: JP
Inventors: 貴矩敬寛; 英斗塚越
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Priority date: 2014-12-16
Filing date: 2014-12-16
Publication date: 2018-10-10
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Description

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ものであり、更に前記充電制御部は、前記遅角量のリミット値と前記回転子の回転数との関係が予め規定されたデータを参照して、前記三相交流発電機の前記回転子の前記回転数に対応する前記遅角量の前記所定のリミット値を算出することを第１の局面とする。

また、本発明は、第１の局面に加えて、前記データにおける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。

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り、更に充電制御部は、遅角量のリミット値と回転子の回転数との関係が予め規定されたデータを参照して、三相交流発電機の回転子の回転数に対応する遅角量の所定のリミット値を算出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、遅角量のリミット値と回転子の回転数との関係が予め規定されたデータにおける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。

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３（ａ）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り、図３（ｂ）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（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）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（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）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（ＡｌｔｅｒｎａｔｅＣｕｒｒｅｎｔ）／ＤＣ（ＤｉｒｅｃｔＣｕｒｒｅｎｔ）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−ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄ−ＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）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３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３（ａ）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３（ｂ）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３（ａ）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３（ｂ）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３（ａ）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く、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３（ａ）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３（ｂ）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３（ｂ）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。

１…エンジン
２…シリンダブロック
３…冷却水通路
４…水温センサ
５…ピストン
６…コンロッド
７…クランク
８…クランク角センサ
９…シリンダヘッド
１０…燃焼室
１１…点火プラグ
１２…吸気通路
１３…吸気バルブ
１４…燃料噴射弁
１５…スロットルバルブ
１６…排気通路
１７…排気バルブ
１００…二次電池の充電制御装置
１０１…鉛バッテリ
１０２…負荷
１２０…位相センサ
１１０…三相交流発電機
１３０…ＥＣＵ
１３１…ＡＣ／ＤＣコンバータ
１３２…充電制御部
１３２ａ…回転位相検出部
１３２ｂ…回転速度検出部
１３２ｃ…遅角量算出部
１３２ｄ…指令部
１３４…測定部
ＩＭ…吸気管
ＥＭ…排気管

Claims

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ものであり、
更に前記充電制御部は、前記遅角量のリミット値と前記回転子の回転数との関係が予め規定されたデータを参照して、前記三相交流発電機の前記回転子の前記回転数に対応する前記遅角量の前記所定のリミット値を算出することを特徴とする二次電池の充電制御装置。
前記データにおける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。