JP2004229461A - 充電制御装置及び車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＤＣ／ＤＣコンバータを用いることなく１つの発電機で２つの蓄電池を充電することができ、広い設置スペース要することがない充電制御装置を提供する。
【解決手段】充電制御装置１７のマイクロコンピュータ２８は、ＦＥＴ２５のオンオフをＰＷＭ制御することで発電機１４の界磁電流を制御し、その発電電圧を制御すると共に、リレー２４の切換えを制御することで充電経路を切替えて高圧蓄電池１８，低圧蓄電池１９が夫々の基準電圧に充電されるようにする。
【選択図】 図１
【解決手段】充電制御装置１７のマイクロコンピュータ２８は、ＦＥＴ２５のオンオフをＰＷＭ制御することで発電機１４の界磁電流を制御し、その発電電圧を制御すると共に、リレー２４の切換えを制御することで充電経路を切替えて高圧蓄電池１８，低圧蓄電池１９が夫々の基準電圧に充電されるようにする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数相の発電用巻線と界磁用巻線とを有してなる発電機によって、高圧，低圧の２つの蓄電池について充電制御を行う充電制御装置、及びその充電制御装置を備える車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃費を低く抑えることや排気ガスの排出量を削減することを目的として、始動時や低速領域では駆動輪をモータで駆動し、高速領域では駆動輪をガソリンエンジンで駆動するようにしたハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）が実用化されている。斯様な構成のＨＥＶでは、駆動用モータに電源を供給するための高圧蓄電池と、一般的な自動車と同様にヘッドランプやブレーキランプ，方向指示器，ワイパなどの補機に電源を供給するための低圧蓄電池との２つの蓄電池を備えることになる。
【０００３】
この様に、２つの蓄電池を備える場合、それらの充電をどのようにして行うかが問題となる。図８には、従来構成の一例を示す。エンジン１によって三相交流発電機２ａを駆動し、その発電出力を三相全波整流回路２ｂによって整流する。これらで構成されるオルタネータ２によって高圧蓄電池３を充電する。そして、高圧蓄電池３の電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ４により降圧して低圧蓄電池５を充電するようになっている。そして、高圧蓄電池３には、高圧系補機（走行用モータ）６が接続されており、低圧蓄電池３には低圧系補機７が接続されている。
【０００４】
また、図９は、従来構成の他の例である。この例では、エンジン１に２台のオルタネータ２Ｘ，２Ｙを接続し、それらによって高圧蓄電池３，低圧蓄電池５を並列に充電するようになっている。
【０００５】
しかし、図８に示す構成では、高圧蓄電池３に合わせて容量が大きなＤＣ／ＤＣコンバータ４を用いる必要があり、占有スペースが大きくなってしまうという問題がある。また、図９に示す構成でも２台のオルタネータ２Ｘ，２Ｙが必要であることから、占有スペースが大きくなると共に車両の重量も増加してしまう。
【０００６】
また、特許文献１にも、高圧蓄電池，低圧蓄電池を備える電気自動車において、走行用電動機が発電機として作用する場合に発生する回生電力を、２つの蓄電池に振り分けて充電する構成が開示されている。更に、特許文献２には、高圧蓄電池（主蓄電池）をオルタネータに常時接続しておき，低圧蓄電池（従蓄電池）は、充電制御装置を介して断続的に充電する構成が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−１７０６１０号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開２０００−６００１３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１には、オルタネータを用いて２つの蓄電池を充電することに関しては特に記載がない。また、特許文献２では、高圧蓄電池はオルタネータに常時接続される構成であるから、２つの蓄電池を充電するための最適制御を想定すると、構成に基づく限界がある。加えて、低圧蓄電池の充電には、ＤＣ／ＤＣコンバータと同様の降圧処理を行なう機能も含む複雑な構成の充電制御装置が必要である。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いることなく１つの発電機で２つの蓄電池を充電することができ、広い設置スペース要することがない充電制御装置、及びその充電制御装置を備える車両を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の充電制御装置は、界磁用巻線と複数相の発電用巻線とを有してなる発電機と、
この発電機の電圧出力端子に接続される整流回路と、
前記発電機の界磁用巻線に流れる電流を制御するための界磁電流制御用スイッチング素子と、
前記整流回路の出力側を、高圧蓄電池と低圧蓄電池との何れか一方に切替えて接続するための接続切替え手段と、
前記界磁電流制御用スイッチング素子のオンオフを制御すると共に前記接続切替え手段の切換えを制御することで、前記高圧蓄電池，低圧蓄電池が、夫々の基準電圧に充電されるように制御する制御手段とを備えてなることを特徴とする。
【００１２】
斯様に構成すれば、制御手段が界磁電流制御用スイッチング素子のオンオフを制御することで、発電機によって発電される電圧のレベルを直接制御することが可能となる。
【００１３】
そして、その発電電圧によって充電を行なう経路を、接続切替え手段によって高圧蓄電池側と低圧蓄電池側とに切替えることで、それら２つの蓄電池の充電状態が最適となるように調整することができる。また、充電制御装置の構成が極めて簡単であるから、大型化することがなく、大きな設置スペースを要することもない。
【００１４】
この場合、請求項２に記載したように、制御手段を、基準電圧に対する端子電圧の低下割合が大きい方の蓄電池に発電機が接続されるように、接続切替え手段の切換えを制御する構成とするのが好ましい。斯様に構成すれば、端子電圧の低下割合が大きい方の蓄電池が優先的に充電されるようになる。
【００１５】
請求項３記載の充電制御装置は、界磁用巻線と複数相の発電用巻線とを有し、前記発電用巻線として高圧用発電巻線と低圧用発電巻線とを備えてなる発電機と、
入力側が前記発電機の高電圧出力端子と低電圧出力端子とに夫々接続されると共に、出力側に高圧蓄電池，低圧蓄電池が夫々接続される２つの整流回路と、
前記発電機の界磁用巻線に流れる電流を制御するための界磁電流制御用スイッチング素子と、
前記界磁電流制御用スイッチング素子のオンオフを制御することで、前記高圧蓄電池，低圧蓄電池が、夫々の基準電圧に充電されるように制御する制御手段とを備えてなることを特徴とする。
【００１６】
即ち、高圧用発電巻線と低圧用発電巻線とを備えることで、発電機は、高圧蓄電池，低圧蓄電池を夫々充電するのに適した電圧を発電することができ、２つの整流回路を介して高圧蓄電池，低圧蓄電池を並行に充電することができる。更に、制御手段が界磁電流制御用スイッチング素子のオンオフを制御することで、発電機によって発電された電圧のレベルをより詳細に調整することができる。
【００１７】
この場合、請求項４に記載したように、発電機の低圧用発電巻線を、高圧用発電巻線の一部によって構成するのが好適である。斯様に構成すれば、低圧用発電巻線を独立して設ける必要がないので、発電機をより小型に構成することができる。
【００１８】
また、請求項５に記載したように、制御手段を、基準電圧に対する端子電圧の低下割合が大きい方の蓄電池に対する充電を優先して界磁電流制御用スイッチング素子のオンオフを制御する構成とするのが好ましい。即ち、界磁電流制御用スイッチング素子をオンオフさせると発電機の発電電圧が変化するが、その電圧調整を、端子電圧の低下割合が大きい方の蓄電池に対する充電を優先して行なうことで、最適化を図ることができる。
【００１９】
更に、請求項６に記載したように、高圧蓄電池の正側端子と、発電機の少なくとも一相以上の高電圧出力端子との間に接続される降圧用スイッチング素子を備え、
制御手段を、高圧蓄電池が過充電状態であると判断すると、界磁電流制御用スイッチング素子をオフにすると共に降圧用スイッチング素子をオンオフすることで、高圧蓄電池により発電機の高圧用発電巻線を介して低圧蓄電池を充電する構成としても良い。
【００２０】
即ち、高圧蓄電池が過充電状態となった場合に、界磁電流制御用スイッチング素子をオフにすれば、発電電圧による２つの蓄電池の充電は停止される。この時、降圧用スイッチング素子をオンすると、過充電状態にある高圧蓄電池の正側端子が高圧用発電巻線を介して低圧蓄電池の正側端子と導通するため、低圧蓄電池の充電が可能となる。そして、降圧用スイッチング素子をオンオフすれば、降圧チョッパ動作となるので、低圧蓄電池の充電に適した電圧を生成することができる。従って、２つの蓄電池間における充電状態のバランスが調整されるようになる。
【００２１】
加えて、請求項７及び８に記載したように、高圧蓄電池の負側端子と、発電機の少なくとも一相以上の高電圧出力端子との間に接続される第１昇圧用スイッチング素子と、
低圧蓄電池の正側端子と、発電機の前記第１昇圧用スイッチング素子が接続されている相と同じ相の低電圧出力端子との間に接続される第２昇圧用スイッチング素子とを備え、
制御手段を、低圧蓄電池が過充電状態であると判断すると、界磁電流制御用スイッチング素子をオフにすると共に前記第２昇圧用スイッチング素子をオンさせ、前記第１昇圧用スイッチング素子をオンオフすることで、低圧蓄電池により発電機の高圧用発電巻線を介して高圧蓄電池を充電するように構成しても良い。
【００２２】
即ち、低圧蓄電池が過充電状態となった場合に、界磁電流制御用スイッチング素子をオフにすれば、請求項６と同様に、発電電圧による２つの蓄電池の充電は停止される。この時、第１及び第２昇圧用スイッチング素子をオンすると、過充電状態にある低圧蓄電池の正側端子が低圧用発電巻線を介して高圧蓄電池の正側端子と導通するため、高圧蓄電池の充電が可能となる。この状態から、第１昇圧用スイッチング素子をオンオフすれば昇圧チョッパ動作となるので、高圧蓄電池の充電に適した電圧を生成することができる。従って、この場合も２つの蓄電池間における充電状態のバランスが調整されるようになる。
【００２３】
また、請求項８の構成において、請求項９に記載したように、制御手段を、高圧蓄電池，低圧蓄電池の何れか一方が略満充電状態となった場合は、降圧用スイッチング素子，昇圧用スイッチング素子の何れか一方を制御することで他方の蓄電池を充電するように構成するのが好ましい。斯様に構成すれば、高圧，低圧蓄電池の何れか一方が略満充電状態となった場合であっても、その満充電状態を解消すると共に他方の蓄電池を充電することが可能となるので、２つの蓄電池間における充電状態のバランスがより良好に調整されるようになる。
【００２４】
請求項１０記載の車両は、高圧蓄電池と、低圧蓄電池と、請求項１乃至９の何れかに記載の充電制御装置とを備えることを特徴とする。即ち、高圧，低圧２つの蓄電池を備える車両に請求項１乃至９の何れかに記載の充電制御装置を搭載すれば、限られた設置スペースを侵食することを極力防止した上で、それら２つの蓄電池間における充電状態のバランスを調整することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１実施例）
以下、本発明を車両に搭載されるバッテリ（蓄電池）に適用した場合の第１実施例について図１乃至図３を参照して説明する。図３は、本発明の充電制御装置が搭載された自動車の構成を概略的に示すものである。自動車（車両）１１は、駆動輪（例えば前輪）１２を駆動するためのエンジン１３の駆動軸に、発電機１４の回転軸が連結されている。発電機１４は、スター結線された三相の発電用巻線１５ａ，１５ｂ，１５ｃと界磁用巻線１６とを備えている（図１参照）。
【００２６】
発電用巻線１５ａ，１５ｂ，１５ｃの各電圧出力端子と、界磁用巻線１６の両端子は、充電制御装置１７に接続されている。その充電制御装置１７には、自動車１１に搭載されている高圧蓄電池１８，低圧蓄電池１９が択一的に接続可能な構成となっている。そして、充電制御装置１７は、発電機１４によって発電された電力により高圧蓄電池１８，低圧蓄電池１９の充電を制御するようになっている。
【００２７】
尚、高圧蓄電池１８の標準端子電圧は約３６Ｖであり、高圧蓄電池１８は、エンジン１３を始動させる場合に、その始動を補助するために回転駆動される図示しない補助用モータの駆動用電源として用いられる。そして、低圧蓄電池１９の標準端子電圧は約１２Ｖであり、低圧蓄電池１９は、ヘッドランプ，カーエアコン，カーオーディオなどの動作用電源として用いられる。
【００２８】
図１は、充電制御装置１７の電気的構成を示すものである。正側，負側直流母線２０，２１の間には、６個のダイオード２２（ａ，ｂ，ｃ，ｘ，ｙ，ｚ）が三相ブリッジ接続されて構成された全波整流回路２３が接続されている。正側直流母線２０には、リレー（接続切替え手段）２４の可動接点２４ｃが接続されている。リレー２４は、可動接点２４ｃの接続を２つの固定接点２４ａ，２４ｂに対して切替えるようになっている。尚、負側直流母線２１は、車両アースに接続されている。
【００２９】
そして、発電機１４の各電圧出力端子は全波整流回路２３の各相入力端子に夫々接続されている。また、界磁用巻線１６の一端側は正側直流母線２０に接続されており、他端側は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（界磁電流制御用スイッチング素子）２５及び電流検出用抵抗２６の直列回路を介して負側直流母線２１に接続されている。そのＭＯＳＦＥＴ２５のドレインは、環流用ダイオード２７を介して正側直流母線２０に接続されている。
【００３０】
リレー２４の接点切替えと、ＭＯＳＦＥＴ２５のスイッチングとは、マイクロコンピュータ（マイコン，制御手段）２８によって行なわれるようになっている。即ち、マイコン２８がＦＥＴ２５をスイッチングすることで界磁用巻線１６に流れる界磁電流を制御し、発電機１４による発電電圧を制御するようになっている。また、マイコン２８は、高圧蓄電池１８，低圧蓄電池１９の端子電圧ＶＨ，ＶＬと、電流検出用抵抗２６の端子電圧ＶＲとをＡ／Ｄ変換してモニタリングするようになっている。
【００３１】
次に、本実施例の作用について図２をも参照して説明する。図２は、マイコン２８が行う制御内容を示すフローチャートである。マイコン２８は、先ず、自動車１１の図示しないエンジン制御ＥＣＵよりエンジン始動信号が出力されるまで待機する（ステップＦ１）。そして、エンジン始動信号が出力されると（「ＹＥＳ」）、マイコン２８は、高圧蓄電池１８，低圧蓄電池１９の端子電圧ＶＨ，ＶＬとを読み込み、夫々の電圧低下割合を計算する（ステップＦ２）。
【００３２】
ステップＦ２における電圧低下割合は、以下のように計算される。高圧蓄電池１８，低圧蓄電池１９夫々の基準電圧を４２Ｖ，１４Ｖとすると、
高圧側電圧低下割合：ＶＨＲ＝（４２−ＶＨ）／４２
低圧側電圧低下割合：ＶＬＲ＝（１４−ＶＬ）／１４
そして、続くステップＦ３では、ＶＨＲ，ＶＬＲの大小を比較する。
【００３３】
ステップＦ３において、ＶＬＲ＞ＶＨＲであれば（「ＹＥＳ」）、マイコン２８はリレー２４の可動接点２４ｃを固定接点２４ａ側に切替える（ステップＦ４ａ）。すると、全波整流回路２３の出力端子は低圧蓄電池１９に接続される。それから、低圧蓄電池１９の電圧偏差（１４−ＶＬ）を計算し（ステップＦ５ａ）、ＰＩ制御を行ってＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号のデューティを演算する（ステップＦ６）。そして、その演算結果に基づいてＰＷＭ信号を出力する（ステップＦ７）。即ち、この場合は低圧蓄電池１９に対する充電制御が行われる。
【００３４】
尚、ＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御によりＰＷＭ信号を生成し、そのＰＷＭ信号によって発電機の界磁電流を制御することにより発電電圧を制御する方式については、例えば特開平７−７５２６２号公報などに開示されている。その概略を説明すると、電圧偏差に応じてＰＷＭ制御指令を生成する電圧制御回路と、第１電流リミッタ値と電流検出用抵抗２６の端子電圧ＶＲとの偏差に応じてＰＷＭ制御指令を生成する電流制御回路とを備える。これらの制御回路において制御指令を生成するための演算を行う過程においてＰＩ制御が行われる。
【００３５】
そして、それら２つの回路より出力されるＰＷＭ制御指令は、何れか一方がＰＷＭ信号生成回路に出力される。即ち、電流検出用抵抗２６の端子電圧ＶＲが第２電流リミッタ値（第１電流リミッタ値よりも低い値に設定されている）未満であれば、電圧制御回路側が選択される。また、端子電圧ＶＲが第２電流リミッタ値を超えており、且つ、端子電圧ＶＲが第１電流リミッタ値に等しく、更に、低圧蓄電池１９の端子電圧ＶＬが基準電圧に等しい場合は電流制御回路側が選択される。
【００３６】
一方、ステップＦ３において、ＶＬＲ≦ＶＨＲであれば（「ＮＯ」）、マイコン２８はリレー２４の可動接点２４ｃを固定接点２４ｂ側に切替える（ステップＦ４ｂ）。すると、全波整流回路２３の出力端子は高圧蓄電池１８に接続される。それから、高圧蓄電池１８の電圧偏差（４２−ＶＨ）を計算し（ステップＦ５ｂ）、ステップＦ６に移行する。即ち、この場合は高圧蓄電池１８に対する充電制御が行われる。
【００３７】
以上のように本実施例によれば、充電制御装置１７のマイコン２８は、ＦＥＴ２５のオンオフをＰＷＭ制御すると共に、リレー２４の切換えを制御することで、高圧蓄電池１８，低圧蓄電池１９が、夫々の基準電圧に充電されるように制御するようにした。
【００３８】
従って、発電機１４の界磁電流を制御して発電電圧レベルを直接制御し、その発電電圧によって充電を行なう経路を切替えることで、２つの蓄電池１８，１９の充電状態が最適となるように調整することができる。そして、従来構成とは異なりＤＣ／ＤＣコンバータ４を必要とせず充電制御装置１７の構成が極めて簡単になるので、大型化することがなく、大きな設置スペースを要することもない。
【００３９】
また、マイコン２８は、基準電圧に対する端子電圧の低下割合が大きい方の蓄電池に発電機１４が接続されるように、リレー２４の切換えを制御するので、端子電圧の低下割合が大きい方の蓄電池を優先的に充電することができる。
【００４０】
そして、自動車１１に、充電制御装置１７と、高圧蓄電池１８及び低圧蓄電池１９とを搭載したので、充電制御装置１７により限られた設置スペースを侵食することを極力防止した上で、それら２つの蓄電池１８，１９間における充電状態のバランスを調整することができる。
【００４１】
（第２実施例）
図４及び図５は本発明の第２実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。電気的構成を示す図４において、第２実施例の構成では、第１実施例の構成からリレー２４が削除され、正側直流母線２０は高圧蓄電池１８の正側端子に直結されている。そして、低圧蓄電池１９の正側端子には、全波整流回路２３と同一構成の全波整流回路２９の正側出力端子が接続されている。
【００４２】
その全波整流回路２９の交流入力端子は、発電機１４Ａにおける発電用巻線１５ａ，１５ｂ，１５ｃの、中性点から約１／３となる点に接続されている。従って、低圧蓄電池１９側には、発電機１４Ａによる発電電圧の約１／３の電圧が出力されるようになっている。ここで、発電用巻線１５は、その全体を高圧用発電巻線１５Ｈとした場合に、中性点から約１／３となる点までが低圧用発電巻線１５Ｌを兼用する形となっている。その他の構成は第１実施例と同様であり、以上が充電制御装置３０を構成している。
【００４３】
次に、第２実施例の作用について図５をも参照して説明する。図５に示すフローチャートは、図２に示す第１実施例のフローチャートからステップＦ４ａ，Ｆ４ｂを削除したものである。即ち、リレー２４が削除されたことにより、その切替制御が不要となっている。
【００４４】
そして、この場合、第１実施例と同様に、電圧低下割合が大となっている蓄電池１８，１９を優先するように充電制御が行われるが、その制御に応じて他方の蓄電池１９，１８も同時に充電されることになる。しかし、発電機１４Ａによる発電出力は、予め夫々の蓄電池１８，１９の基準電圧に合わせて設定されているため、一方の充電制御に併せてその制御対象ではない他方が同時に充電されるとしても、特に支障はない。
【００４５】
以上のように第２実施例によれば、発電機１４Ａに高圧用発電巻線１５Ｈと低圧用発電巻線１５Ｌとを備え、夫々の発電出力端子に整流回路２３，２９を接続すると共に、整流回路２３，２９夫々の整流出力端子を高圧蓄電池１８，低圧蓄電池１９に接続した。そして、マイコン２８Ａは、２つの蓄電池１８，１９が、夫々の基準電圧に充電されるように制御する。
【００４６】
従って、発電機１４Ａは、高圧蓄電池１８，低圧蓄電池１９を夫々充電するのに適した電圧を発電することができ、高圧蓄電池１８，低圧蓄電池１９は、２つの整流回路２３，２９を介して並行に充電される。そして、第１実施例のようなリレー２４が不要となり、マイコン２８Ａは、リレー２４の切替制御が不要となる。また、発電機１４Ａの低圧用発電巻線１５Ｌを、高圧用発電巻線１５Ｈの一部として構成したので、発電機１４Ａを小型に構成することができる。
【００４７】
（第３実施例）
図６及び図７は本発明の第３実施例を示すものであり、第２実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。電気的構成を示す図６において、第３実施例の構成では、全波整流回路２３の入力側で、発電機１４Ａの高圧側Ａ相出力端子と正側直流母線２０との間にＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（降圧用スイッチング素子）３１が接続され、また、高圧側Ａ相出力端子と負側直流母線２１との間にＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（第１昇圧用スイッチング素子）３２が接続されている。
【００４８】
一方、発電機１４Ａの低圧側Ａ相出力端子と全波整流回路２９側の正側直流母線３３との間にも、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（第２昇圧用スイッチング素子）３４が接続されている。そして、これらのＦＥＴ３１，３２及び３４のオンオフは、マイコン（制御手段）３５によって制御されるようになっている。その他の構成は、第２実施例と同様であり、以上が充電制御装置３６を構成している。
【００４９】
次に、第３実施例の作用について図７をも参照して説明する。マイコン３５による制御内容のフローチャートを示す図７においては、第２実施例におけるステップＦ２，Ｆ３との間に、蓄電池１８，１９の端子電圧ＶＨ，ＶＬを参照して何れか一方が過充電状態になっているか否かを判断するステップＦ１１が挿入されている。そして、蓄電池１８，１９の双方が過充電状態ではなく「ＮＯ」と判断すると、ステップＦ３に移行して第２実施例と同様の処理が行なわれる。
【００５０】
一方、ステップＦ１１において、蓄電池１８，１９の何れか一方が過充電状態になっている場合は（「ＹＥＳ」）、マイコン３５はＰＷＭ信号の出力を停止させる（ステップＦ１２）。すると、発電機１４Ａの界磁用巻線１６には界磁電流が流れなくなり、発電機１４Ａの発電出力も停止する。
【００５１】
次に、マイコン３５は、高圧蓄電池１８側が過充電状態になっているか否かを判断し（ステップＦ１３）、過充電状態になっていれば（「ＹＥＳ」）ステップＦ５ａと同様に低圧蓄電池１９の電圧偏差を計算する（ステップＦ１４ａ）。そして、ＰＩ制御を行ってＰＷＭ信号を出力するが（ステップＦ１５ａ，Ｆ１６ａ）、この場合は、過充電状態にある高圧蓄電池１８から低圧蓄電池１９を充電するための降圧制御を行なう。
【００５２】
即ち、この場合、３つのＦＥＴ３１，３２及び３４のオンオフは、以下のように制御される。
ＦＥＴ３１ ＦＥＴ３２ ＦＥＴ３４
ＰＷＭ ＯＦＦ ＯＮ
尚、上記「ＰＷＭ」は、ステップＦ１５ａにおいてＰＩ制御され決定されたＰＷＭデューティに応じてスイッチングを行なうことを意味する。
【００５３】
すると、高圧蓄電池１８の正側端子から、ＦＥＴ３１，発電用巻線１５ａ，ＦＥＴ３４，低圧蓄電池１９の正側端子、の経路が形成され、高圧蓄電池１８によって低圧蓄電池１９が充電される。そして、この時、ＦＥＴ３１におけるスイッチングは降圧チョッパ動作となり、高圧蓄電池１８の端子電圧は、低圧蓄電池１９を充電するのに適した電位に降圧される。
【００５４】
一方、ステップＦ１３において、低圧蓄電池１８側が過充電状態になっている場合（「ＮＯ」）、マイコン３５は、ステップＦ５ｂと同様に高圧蓄電池１８の電圧偏差を計算する（ステップＦ１４ｂ）。そして、ＰＩ制御を行ってＰＷＭ信号を出力するが（ステップＦ１５ｂ，Ｆ１６ｂ）、この場合は、過充電状態にある低圧蓄電池１９から高圧蓄電池１８を充電するための昇圧制御を行なう。
【００５５】
即ち、この場合、３つのＦＥＴ３１，３２及び３４のオンオフは、以下のように制御される。
ＦＥＴ３１ ＦＥＴ３２ ＦＥＴ３４
ＯＦＦ ＰＷＭ ＯＮ
すると、低圧蓄電池１９の正側端子から、ＦＥＴ３４，発電用巻線１５ａ，ＦＥＴ３２，ダイオード２２ｘ，２２ａ，高圧蓄電池１８の正側端子、の経路が形成され、低圧蓄電池１９によって高圧蓄電池１８が充電される。そして、この時、ＦＥＴ３２におけるスイッチングは、発電用巻線１５ａを昇圧用インダクタンスとする昇圧チョッパ動作となり、低圧蓄電池１９の端子電圧は、高圧蓄電池１８を充電するのに適した電位に昇圧される。
【００５６】
以上のように第３実施例によれば、マイコン３５は、高圧蓄電池１８が過充電状態であると判断すると、ＦＥＴ２５及び３２をオフにすると共にＦＥＴ３１をオンオフすることで、高圧蓄電池１８により発電機１４Ａの発電用巻線１５ａを介して低圧蓄電池１９を充電するようにした。
【００５７】
また、マイコン３５は、低圧蓄電池１９が過充電状態であると判断すると、ＦＥＴ２５及び３１をオフにすると共にＦＥＴ３２をオンオフすることで、低圧蓄電池１９により発電機１４Ａの発電用巻線１５ａを介して高圧蓄電池１８を充電するようにした。従って、２つの蓄電池１８，１９間における充電状態のバランスが良好に調整されるようになる。
【００５８】
本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
端子電圧の低下割合の大きさによって優先的に充電を行なう蓄電池を選択したが、蓄電池の充放電電流と端子電圧とに基づいて残存容量を演算し、その残存容量が少なくなっている方を選択するようにしても良い。
第２又は第３実施例において、低圧用発電巻線１５Ｌを高圧用圧電巻線１５Ｈの一部として構成したが、両者を夫々別個に設けても良い。
第３実施例の構成において、マイコン３５は、高圧蓄電池１８，低圧蓄電池１９の何れか一方が過充電状態となることに代えて、略満充電状態となった場合に、第３実施例と同様の制御を行うようにしても良い。斯様に構成すれば、一方の蓄電池１８，１９の満充電状態を解消すると共に、他方の蓄電池１９，１８を充電することが可能となる。従って、この場合も２つの蓄電池１８，１９間における充電状態のバランスを良好に調整することができる。
制御手段を、マイコンに代えてコンパレータやオペアンプなどによりハードウエアのみによって構成しても良い。
自動車１１等の車両に限ることなく、高圧，低圧の２つの蓄電池を充電する必要があるものであれば広く適用が可能である。
【００５９】
【発明の効果】
請求項１記載の充電制御装置によれば、制御手段は、界磁電流制御用スイッチング素子のオンオフを制御して発電機の発電電圧を制御すると共に、接続切替え手段の切換えを制御することで、高圧蓄電池，低圧蓄電池が、夫々の基準電圧に充電されるようにした。従って、発電機によって発電される電圧のレベルを直接制御することが可能となり、その発電電圧によって充電を行なう経路を高圧蓄電池側と低圧蓄電池側とに切替えることで、それら２つの蓄電池の充電状態が最適となるように調整することができる。また、構成が極めて簡単となるので大型化することがなく、大きな設置スペースを要することもない。
【００６０】
請求項３記載の充電制御装置によれば、高圧用発電巻線と低圧用発電巻線とを備えてなる発電機の高電圧出力端子及び低電圧出力端子と、高圧蓄電池，低圧蓄電池との間に２つの整流回路を配置し、制御手段は、界磁電流制御用スイッチング素子のオンオフを制御して発電機の発電電圧を制御するようにした。
【００６１】
従って、発電機は、高圧蓄電池，低圧蓄電池を夫々充電するのに適した電圧を発電することができ、２つの整流回路を介して高圧蓄電池，低圧蓄電池を並行に充電することができる。そして、制御手段が界磁電流制御用スイッチング素子のオンオフを制御することで、発電機によって発電された電圧レベルのより詳細な調整が可能となる。
【００６２】
請求項１０記載の車両によれば、高圧蓄電池と、低圧蓄電池と、請求項１乃至９の何れかに記載の充電制御装置とを備えるので、限られた設置スペースを侵食することを極力防止した上で、それら２つの蓄電池間における充電状態のバランスを調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を、車両に搭載されるバッテリに適用した場合の第１実施例であり、充電制御装置の電気的構成を示す図
【図２】充電制御装置のマイコン行う制御内容を示すフローチャート
【図３】充電制御装置が搭載された自動車の構成を概略的に示す図
【図４】本発明の第２実施例を示す図１相当図
【図５】図２相当図
【図６】本発明の第３実施例を示す図１相当図
【図７】図２相当図
【図８】従来技術を示す図１相当図（その１）
【図９】従来技術を示す図１相当図（その２）
【符号の説明】
１１は自動車（車両）、１４，１４Ａは発電機、１５ａ，１５ｂ，１５ｃは発電用巻線、１５Ｈは高圧用発電巻線、１５Ｌは低圧用発電巻線、１６は界磁用巻線、１７は充電制御装置、１８は高圧蓄電池、１９は低圧蓄電池、２３は全波整流回路、２４はリレー（接続切替え手段）、２５はＦＥＴ（界磁電流制御用スイッチング素子）、２８，２８Ａはマイクロコンピュータ（制御手段）、２９は全波整流回路、３０は充電制御装置、３１はＦＥＴ（降圧用スイッチング素子）、３２はＦＥＴ（第１昇圧用スイッチング素子）、３３はＦＥＴ（第２昇圧用スイッチング素子）、３５はマイクロコンピュータ（制御手段）、３６は充電制御装置を示す。
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数相の発電用巻線と界磁用巻線とを有してなる発電機によって、高圧，低圧の２つの蓄電池について充電制御を行う充電制御装置、及びその充電制御装置を備える車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃費を低く抑えることや排気ガスの排出量を削減することを目的として、始動時や低速領域では駆動輪をモータで駆動し、高速領域では駆動輪をガソリンエンジンで駆動するようにしたハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）が実用化されている。斯様な構成のＨＥＶでは、駆動用モータに電源を供給するための高圧蓄電池と、一般的な自動車と同様にヘッドランプやブレーキランプ，方向指示器，ワイパなどの補機に電源を供給するための低圧蓄電池との２つの蓄電池を備えることになる。
【０００３】
この様に、２つの蓄電池を備える場合、それらの充電をどのようにして行うかが問題となる。図８には、従来構成の一例を示す。エンジン１によって三相交流発電機２ａを駆動し、その発電出力を三相全波整流回路２ｂによって整流する。これらで構成されるオルタネータ２によって高圧蓄電池３を充電する。そして、高圧蓄電池３の電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ４により降圧して低圧蓄電池５を充電するようになっている。そして、高圧蓄電池３には、高圧系補機（走行用モータ）６が接続されており、低圧蓄電池３には低圧系補機７が接続されている。
【０００４】
また、図９は、従来構成の他の例である。この例では、エンジン１に２台のオルタネータ２Ｘ，２Ｙを接続し、それらによって高圧蓄電池３，低圧蓄電池５を並列に充電するようになっている。
【０００５】
しかし、図８に示す構成では、高圧蓄電池３に合わせて容量が大きなＤＣ／ＤＣコンバータ４を用いる必要があり、占有スペースが大きくなってしまうという問題がある。また、図９に示す構成でも２台のオルタネータ２Ｘ，２Ｙが必要であることから、占有スペースが大きくなると共に車両の重量も増加してしまう。
【０００６】
また、特許文献１にも、高圧蓄電池，低圧蓄電池を備える電気自動車において、走行用電動機が発電機として作用する場合に発生する回生電力を、２つの蓄電池に振り分けて充電する構成が開示されている。更に、特許文献２には、高圧蓄電池（主蓄電池）をオルタネータに常時接続しておき，低圧蓄電池（従蓄電池）は、充電制御装置を介して断続的に充電する構成が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−１７０６１０号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開２０００−６００１３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１には、オルタネータを用いて２つの蓄電池を充電することに関しては特に記載がない。また、特許文献２では、高圧蓄電池はオルタネータに常時接続される構成であるから、２つの蓄電池を充電するための最適制御を想定すると、構成に基づく限界がある。加えて、低圧蓄電池の充電には、ＤＣ／ＤＣコンバータと同様の降圧処理を行なう機能も含む複雑な構成の充電制御装置が必要である。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いることなく１つの発電機で２つの蓄電池を充電することができ、広い設置スペース要することがない充電制御装置、及びその充電制御装置を備える車両を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の充電制御装置は、界磁用巻線と複数相の発電用巻線とを有してなる発電機と、
この発電機の電圧出力端子に接続される整流回路と、
前記発電機の界磁用巻線に流れる電流を制御するための界磁電流制御用スイッチング素子と、
前記整流回路の出力側を、高圧蓄電池と低圧蓄電池との何れか一方に切替えて接続するための接続切替え手段と、
前記界磁電流制御用スイッチング素子のオンオフを制御すると共に前記接続切替え手段の切換えを制御することで、前記高圧蓄電池，低圧蓄電池が、夫々の基準電圧に充電されるように制御する制御手段とを備えてなることを特徴とする。
【００１２】
斯様に構成すれば、制御手段が界磁電流制御用スイッチング素子のオンオフを制御することで、発電機によって発電される電圧のレベルを直接制御することが可能となる。
【００１３】
そして、その発電電圧によって充電を行なう経路を、接続切替え手段によって高圧蓄電池側と低圧蓄電池側とに切替えることで、それら２つの蓄電池の充電状態が最適となるように調整することができる。また、充電制御装置の構成が極めて簡単であるから、大型化することがなく、大きな設置スペースを要することもない。
【００１４】
この場合、請求項２に記載したように、制御手段を、基準電圧に対する端子電圧の低下割合が大きい方の蓄電池に発電機が接続されるように、接続切替え手段の切換えを制御する構成とするのが好ましい。斯様に構成すれば、端子電圧の低下割合が大きい方の蓄電池が優先的に充電されるようになる。
【００１５】
請求項３記載の充電制御装置は、界磁用巻線と複数相の発電用巻線とを有し、前記発電用巻線として高圧用発電巻線と低圧用発電巻線とを備えてなる発電機と、
入力側が前記発電機の高電圧出力端子と低電圧出力端子とに夫々接続されると共に、出力側に高圧蓄電池，低圧蓄電池が夫々接続される２つの整流回路と、
前記発電機の界磁用巻線に流れる電流を制御するための界磁電流制御用スイッチング素子と、
前記界磁電流制御用スイッチング素子のオンオフを制御することで、前記高圧蓄電池，低圧蓄電池が、夫々の基準電圧に充電されるように制御する制御手段とを備えてなることを特徴とする。
【００１６】
即ち、高圧用発電巻線と低圧用発電巻線とを備えることで、発電機は、高圧蓄電池，低圧蓄電池を夫々充電するのに適した電圧を発電することができ、２つの整流回路を介して高圧蓄電池，低圧蓄電池を並行に充電することができる。更に、制御手段が界磁電流制御用スイッチング素子のオンオフを制御することで、発電機によって発電された電圧のレベルをより詳細に調整することができる。
【００１７】
この場合、請求項４に記載したように、発電機の低圧用発電巻線を、高圧用発電巻線の一部によって構成するのが好適である。斯様に構成すれば、低圧用発電巻線を独立して設ける必要がないので、発電機をより小型に構成することができる。
【００１８】
また、請求項５に記載したように、制御手段を、基準電圧に対する端子電圧の低下割合が大きい方の蓄電池に対する充電を優先して界磁電流制御用スイッチング素子のオンオフを制御する構成とするのが好ましい。即ち、界磁電流制御用スイッチング素子をオンオフさせると発電機の発電電圧が変化するが、その電圧調整を、端子電圧の低下割合が大きい方の蓄電池に対する充電を優先して行なうことで、最適化を図ることができる。
【００１９】
更に、請求項６に記載したように、高圧蓄電池の正側端子と、発電機の少なくとも一相以上の高電圧出力端子との間に接続される降圧用スイッチング素子を備え、
制御手段を、高圧蓄電池が過充電状態であると判断すると、界磁電流制御用スイッチング素子をオフにすると共に降圧用スイッチング素子をオンオフすることで、高圧蓄電池により発電機の高圧用発電巻線を介して低圧蓄電池を充電する構成としても良い。
【００２０】
即ち、高圧蓄電池が過充電状態となった場合に、界磁電流制御用スイッチング素子をオフにすれば、発電電圧による２つの蓄電池の充電は停止される。この時、降圧用スイッチング素子をオンすると、過充電状態にある高圧蓄電池の正側端子が高圧用発電巻線を介して低圧蓄電池の正側端子と導通するため、低圧蓄電池の充電が可能となる。そして、降圧用スイッチング素子をオンオフすれば、降圧チョッパ動作となるので、低圧蓄電池の充電に適した電圧を生成することができる。従って、２つの蓄電池間における充電状態のバランスが調整されるようになる。
【００２１】
加えて、請求項７及び８に記載したように、高圧蓄電池の負側端子と、発電機の少なくとも一相以上の高電圧出力端子との間に接続される第１昇圧用スイッチング素子と、
低圧蓄電池の正側端子と、発電機の前記第１昇圧用スイッチング素子が接続されている相と同じ相の低電圧出力端子との間に接続される第２昇圧用スイッチング素子とを備え、
制御手段を、低圧蓄電池が過充電状態であると判断すると、界磁電流制御用スイッチング素子をオフにすると共に前記第２昇圧用スイッチング素子をオンさせ、前記第１昇圧用スイッチング素子をオンオフすることで、低圧蓄電池により発電機の高圧用発電巻線を介して高圧蓄電池を充電するように構成しても良い。
【００２２】
即ち、低圧蓄電池が過充電状態となった場合に、界磁電流制御用スイッチング素子をオフにすれば、請求項６と同様に、発電電圧による２つの蓄電池の充電は停止される。この時、第１及び第２昇圧用スイッチング素子をオンすると、過充電状態にある低圧蓄電池の正側端子が低圧用発電巻線を介して高圧蓄電池の正側端子と導通するため、高圧蓄電池の充電が可能となる。この状態から、第１昇圧用スイッチング素子をオンオフすれば昇圧チョッパ動作となるので、高圧蓄電池の充電に適した電圧を生成することができる。従って、この場合も２つの蓄電池間における充電状態のバランスが調整されるようになる。
【００２３】
また、請求項８の構成において、請求項９に記載したように、制御手段を、高圧蓄電池，低圧蓄電池の何れか一方が略満充電状態となった場合は、降圧用スイッチング素子，昇圧用スイッチング素子の何れか一方を制御することで他方の蓄電池を充電するように構成するのが好ましい。斯様に構成すれば、高圧，低圧蓄電池の何れか一方が略満充電状態となった場合であっても、その満充電状態を解消すると共に他方の蓄電池を充電することが可能となるので、２つの蓄電池間における充電状態のバランスがより良好に調整されるようになる。
【００２４】
請求項１０記載の車両は、高圧蓄電池と、低圧蓄電池と、請求項１乃至９の何れかに記載の充電制御装置とを備えることを特徴とする。即ち、高圧，低圧２つの蓄電池を備える車両に請求項１乃至９の何れかに記載の充電制御装置を搭載すれば、限られた設置スペースを侵食することを極力防止した上で、それら２つの蓄電池間における充電状態のバランスを調整することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１実施例）
以下、本発明を車両に搭載されるバッテリ（蓄電池）に適用した場合の第１実施例について図１乃至図３を参照して説明する。図３は、本発明の充電制御装置が搭載された自動車の構成を概略的に示すものである。自動車（車両）１１は、駆動輪（例えば前輪）１２を駆動するためのエンジン１３の駆動軸に、発電機１４の回転軸が連結されている。発電機１４は、スター結線された三相の発電用巻線１５ａ，１５ｂ，１５ｃと界磁用巻線１６とを備えている（図１参照）。
【００２６】
発電用巻線１５ａ，１５ｂ，１５ｃの各電圧出力端子と、界磁用巻線１６の両端子は、充電制御装置１７に接続されている。その充電制御装置１７には、自動車１１に搭載されている高圧蓄電池１８，低圧蓄電池１９が択一的に接続可能な構成となっている。そして、充電制御装置１７は、発電機１４によって発電された電力により高圧蓄電池１８，低圧蓄電池１９の充電を制御するようになっている。
【００２７】
尚、高圧蓄電池１８の標準端子電圧は約３６Ｖであり、高圧蓄電池１８は、エンジン１３を始動させる場合に、その始動を補助するために回転駆動される図示しない補助用モータの駆動用電源として用いられる。そして、低圧蓄電池１９の標準端子電圧は約１２Ｖであり、低圧蓄電池１９は、ヘッドランプ，カーエアコン，カーオーディオなどの動作用電源として用いられる。
【００２８】
図１は、充電制御装置１７の電気的構成を示すものである。正側，負側直流母線２０，２１の間には、６個のダイオード２２（ａ，ｂ，ｃ，ｘ，ｙ，ｚ）が三相ブリッジ接続されて構成された全波整流回路２３が接続されている。正側直流母線２０には、リレー（接続切替え手段）２４の可動接点２４ｃが接続されている。リレー２４は、可動接点２４ｃの接続を２つの固定接点２４ａ，２４ｂに対して切替えるようになっている。尚、負側直流母線２１は、車両アースに接続されている。
【００２９】
そして、発電機１４の各電圧出力端子は全波整流回路２３の各相入力端子に夫々接続されている。また、界磁用巻線１６の一端側は正側直流母線２０に接続されており、他端側は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（界磁電流制御用スイッチング素子）２５及び電流検出用抵抗２６の直列回路を介して負側直流母線２１に接続されている。そのＭＯＳＦＥＴ２５のドレインは、環流用ダイオード２７を介して正側直流母線２０に接続されている。
【００３０】
リレー２４の接点切替えと、ＭＯＳＦＥＴ２５のスイッチングとは、マイクロコンピュータ（マイコン，制御手段）２８によって行なわれるようになっている。即ち、マイコン２８がＦＥＴ２５をスイッチングすることで界磁用巻線１６に流れる界磁電流を制御し、発電機１４による発電電圧を制御するようになっている。また、マイコン２８は、高圧蓄電池１８，低圧蓄電池１９の端子電圧ＶＨ，ＶＬと、電流検出用抵抗２６の端子電圧ＶＲとをＡ／Ｄ変換してモニタリングするようになっている。
【００３１】
次に、本実施例の作用について図２をも参照して説明する。図２は、マイコン２８が行う制御内容を示すフローチャートである。マイコン２８は、先ず、自動車１１の図示しないエンジン制御ＥＣＵよりエンジン始動信号が出力されるまで待機する（ステップＦ１）。そして、エンジン始動信号が出力されると（「ＹＥＳ」）、マイコン２８は、高圧蓄電池１８，低圧蓄電池１９の端子電圧ＶＨ，ＶＬとを読み込み、夫々の電圧低下割合を計算する（ステップＦ２）。
【００３２】
ステップＦ２における電圧低下割合は、以下のように計算される。高圧蓄電池１８，低圧蓄電池１９夫々の基準電圧を４２Ｖ，１４Ｖとすると、
高圧側電圧低下割合：ＶＨＲ＝（４２−ＶＨ）／４２
低圧側電圧低下割合：ＶＬＲ＝（１４−ＶＬ）／１４
そして、続くステップＦ３では、ＶＨＲ，ＶＬＲの大小を比較する。
【００３３】
ステップＦ３において、ＶＬＲ＞ＶＨＲであれば（「ＹＥＳ」）、マイコン２８はリレー２４の可動接点２４ｃを固定接点２４ａ側に切替える（ステップＦ４ａ）。すると、全波整流回路２３の出力端子は低圧蓄電池１９に接続される。それから、低圧蓄電池１９の電圧偏差（１４−ＶＬ）を計算し（ステップＦ５ａ）、ＰＩ制御を行ってＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号のデューティを演算する（ステップＦ６）。そして、その演算結果に基づいてＰＷＭ信号を出力する（ステップＦ７）。即ち、この場合は低圧蓄電池１９に対する充電制御が行われる。
【００３４】
尚、ＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御によりＰＷＭ信号を生成し、そのＰＷＭ信号によって発電機の界磁電流を制御することにより発電電圧を制御する方式については、例えば特開平７−７５２６２号公報などに開示されている。その概略を説明すると、電圧偏差に応じてＰＷＭ制御指令を生成する電圧制御回路と、第１電流リミッタ値と電流検出用抵抗２６の端子電圧ＶＲとの偏差に応じてＰＷＭ制御指令を生成する電流制御回路とを備える。これらの制御回路において制御指令を生成するための演算を行う過程においてＰＩ制御が行われる。
【００３５】
そして、それら２つの回路より出力されるＰＷＭ制御指令は、何れか一方がＰＷＭ信号生成回路に出力される。即ち、電流検出用抵抗２６の端子電圧ＶＲが第２電流リミッタ値（第１電流リミッタ値よりも低い値に設定されている）未満であれば、電圧制御回路側が選択される。また、端子電圧ＶＲが第２電流リミッタ値を超えており、且つ、端子電圧ＶＲが第１電流リミッタ値に等しく、更に、低圧蓄電池１９の端子電圧ＶＬが基準電圧に等しい場合は電流制御回路側が選択される。
【００３６】
一方、ステップＦ３において、ＶＬＲ≦ＶＨＲであれば（「ＮＯ」）、マイコン２８はリレー２４の可動接点２４ｃを固定接点２４ｂ側に切替える（ステップＦ４ｂ）。すると、全波整流回路２３の出力端子は高圧蓄電池１８に接続される。それから、高圧蓄電池１８の電圧偏差（４２−ＶＨ）を計算し（ステップＦ５ｂ）、ステップＦ６に移行する。即ち、この場合は高圧蓄電池１８に対する充電制御が行われる。
【００３７】
以上のように本実施例によれば、充電制御装置１７のマイコン２８は、ＦＥＴ２５のオンオフをＰＷＭ制御すると共に、リレー２４の切換えを制御することで、高圧蓄電池１８，低圧蓄電池１９が、夫々の基準電圧に充電されるように制御するようにした。
【００３８】
従って、発電機１４の界磁電流を制御して発電電圧レベルを直接制御し、その発電電圧によって充電を行なう経路を切替えることで、２つの蓄電池１８，１９の充電状態が最適となるように調整することができる。そして、従来構成とは異なりＤＣ／ＤＣコンバータ４を必要とせず充電制御装置１７の構成が極めて簡単になるので、大型化することがなく、大きな設置スペースを要することもない。
【００３９】
また、マイコン２８は、基準電圧に対する端子電圧の低下割合が大きい方の蓄電池に発電機１４が接続されるように、リレー２４の切換えを制御するので、端子電圧の低下割合が大きい方の蓄電池を優先的に充電することができる。
【００４０】
そして、自動車１１に、充電制御装置１７と、高圧蓄電池１８及び低圧蓄電池１９とを搭載したので、充電制御装置１７により限られた設置スペースを侵食することを極力防止した上で、それら２つの蓄電池１８，１９間における充電状態のバランスを調整することができる。
【００４１】
（第２実施例）
図４及び図５は本発明の第２実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。電気的構成を示す図４において、第２実施例の構成では、第１実施例の構成からリレー２４が削除され、正側直流母線２０は高圧蓄電池１８の正側端子に直結されている。そして、低圧蓄電池１９の正側端子には、全波整流回路２３と同一構成の全波整流回路２９の正側出力端子が接続されている。
【００４２】
その全波整流回路２９の交流入力端子は、発電機１４Ａにおける発電用巻線１５ａ，１５ｂ，１５ｃの、中性点から約１／３となる点に接続されている。従って、低圧蓄電池１９側には、発電機１４Ａによる発電電圧の約１／３の電圧が出力されるようになっている。ここで、発電用巻線１５は、その全体を高圧用発電巻線１５Ｈとした場合に、中性点から約１／３となる点までが低圧用発電巻線１５Ｌを兼用する形となっている。その他の構成は第１実施例と同様であり、以上が充電制御装置３０を構成している。
【００４３】
次に、第２実施例の作用について図５をも参照して説明する。図５に示すフローチャートは、図２に示す第１実施例のフローチャートからステップＦ４ａ，Ｆ４ｂを削除したものである。即ち、リレー２４が削除されたことにより、その切替制御が不要となっている。
【００４４】
そして、この場合、第１実施例と同様に、電圧低下割合が大となっている蓄電池１８，１９を優先するように充電制御が行われるが、その制御に応じて他方の蓄電池１９，１８も同時に充電されることになる。しかし、発電機１４Ａによる発電出力は、予め夫々の蓄電池１８，１９の基準電圧に合わせて設定されているため、一方の充電制御に併せてその制御対象ではない他方が同時に充電されるとしても、特に支障はない。
【００４５】
以上のように第２実施例によれば、発電機１４Ａに高圧用発電巻線１５Ｈと低圧用発電巻線１５Ｌとを備え、夫々の発電出力端子に整流回路２３，２９を接続すると共に、整流回路２３，２９夫々の整流出力端子を高圧蓄電池１８，低圧蓄電池１９に接続した。そして、マイコン２８Ａは、２つの蓄電池１８，１９が、夫々の基準電圧に充電されるように制御する。
【００４６】
従って、発電機１４Ａは、高圧蓄電池１８，低圧蓄電池１９を夫々充電するのに適した電圧を発電することができ、高圧蓄電池１８，低圧蓄電池１９は、２つの整流回路２３，２９を介して並行に充電される。そして、第１実施例のようなリレー２４が不要となり、マイコン２８Ａは、リレー２４の切替制御が不要となる。また、発電機１４Ａの低圧用発電巻線１５Ｌを、高圧用発電巻線１５Ｈの一部として構成したので、発電機１４Ａを小型に構成することができる。
【００４７】
（第３実施例）
図６及び図７は本発明の第３実施例を示すものであり、第２実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。電気的構成を示す図６において、第３実施例の構成では、全波整流回路２３の入力側で、発電機１４Ａの高圧側Ａ相出力端子と正側直流母線２０との間にＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（降圧用スイッチング素子）３１が接続され、また、高圧側Ａ相出力端子と負側直流母線２１との間にＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（第１昇圧用スイッチング素子）３２が接続されている。
【００４８】
一方、発電機１４Ａの低圧側Ａ相出力端子と全波整流回路２９側の正側直流母線３３との間にも、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（第２昇圧用スイッチング素子）３４が接続されている。そして、これらのＦＥＴ３１，３２及び３４のオンオフは、マイコン（制御手段）３５によって制御されるようになっている。その他の構成は、第２実施例と同様であり、以上が充電制御装置３６を構成している。
【００４９】
次に、第３実施例の作用について図７をも参照して説明する。マイコン３５による制御内容のフローチャートを示す図７においては、第２実施例におけるステップＦ２，Ｆ３との間に、蓄電池１８，１９の端子電圧ＶＨ，ＶＬを参照して何れか一方が過充電状態になっているか否かを判断するステップＦ１１が挿入されている。そして、蓄電池１８，１９の双方が過充電状態ではなく「ＮＯ」と判断すると、ステップＦ３に移行して第２実施例と同様の処理が行なわれる。
【００５０】
一方、ステップＦ１１において、蓄電池１８，１９の何れか一方が過充電状態になっている場合は（「ＹＥＳ」）、マイコン３５はＰＷＭ信号の出力を停止させる（ステップＦ１２）。すると、発電機１４Ａの界磁用巻線１６には界磁電流が流れなくなり、発電機１４Ａの発電出力も停止する。
【００５１】
次に、マイコン３５は、高圧蓄電池１８側が過充電状態になっているか否かを判断し（ステップＦ１３）、過充電状態になっていれば（「ＹＥＳ」）ステップＦ５ａと同様に低圧蓄電池１９の電圧偏差を計算する（ステップＦ１４ａ）。そして、ＰＩ制御を行ってＰＷＭ信号を出力するが（ステップＦ１５ａ，Ｆ１６ａ）、この場合は、過充電状態にある高圧蓄電池１８から低圧蓄電池１９を充電するための降圧制御を行なう。
【００５２】
即ち、この場合、３つのＦＥＴ３１，３２及び３４のオンオフは、以下のように制御される。
ＦＥＴ３１ ＦＥＴ３２ ＦＥＴ３４
ＰＷＭ ＯＦＦ ＯＮ
尚、上記「ＰＷＭ」は、ステップＦ１５ａにおいてＰＩ制御され決定されたＰＷＭデューティに応じてスイッチングを行なうことを意味する。
【００５３】
すると、高圧蓄電池１８の正側端子から、ＦＥＴ３１，発電用巻線１５ａ，ＦＥＴ３４，低圧蓄電池１９の正側端子、の経路が形成され、高圧蓄電池１８によって低圧蓄電池１９が充電される。そして、この時、ＦＥＴ３１におけるスイッチングは降圧チョッパ動作となり、高圧蓄電池１８の端子電圧は、低圧蓄電池１９を充電するのに適した電位に降圧される。
【００５４】
一方、ステップＦ１３において、低圧蓄電池１８側が過充電状態になっている場合（「ＮＯ」）、マイコン３５は、ステップＦ５ｂと同様に高圧蓄電池１８の電圧偏差を計算する（ステップＦ１４ｂ）。そして、ＰＩ制御を行ってＰＷＭ信号を出力するが（ステップＦ１５ｂ，Ｆ１６ｂ）、この場合は、過充電状態にある低圧蓄電池１９から高圧蓄電池１８を充電するための昇圧制御を行なう。
【００５５】
即ち、この場合、３つのＦＥＴ３１，３２及び３４のオンオフは、以下のように制御される。
ＦＥＴ３１ ＦＥＴ３２ ＦＥＴ３４
ＯＦＦ ＰＷＭ ＯＮ
すると、低圧蓄電池１９の正側端子から、ＦＥＴ３４，発電用巻線１５ａ，ＦＥＴ３２，ダイオード２２ｘ，２２ａ，高圧蓄電池１８の正側端子、の経路が形成され、低圧蓄電池１９によって高圧蓄電池１８が充電される。そして、この時、ＦＥＴ３２におけるスイッチングは、発電用巻線１５ａを昇圧用インダクタンスとする昇圧チョッパ動作となり、低圧蓄電池１９の端子電圧は、高圧蓄電池１８を充電するのに適した電位に昇圧される。
【００５６】
以上のように第３実施例によれば、マイコン３５は、高圧蓄電池１８が過充電状態であると判断すると、ＦＥＴ２５及び３２をオフにすると共にＦＥＴ３１をオンオフすることで、高圧蓄電池１８により発電機１４Ａの発電用巻線１５ａを介して低圧蓄電池１９を充電するようにした。
【００５７】
また、マイコン３５は、低圧蓄電池１９が過充電状態であると判断すると、ＦＥＴ２５及び３１をオフにすると共にＦＥＴ３２をオンオフすることで、低圧蓄電池１９により発電機１４Ａの発電用巻線１５ａを介して高圧蓄電池１８を充電するようにした。従って、２つの蓄電池１８，１９間における充電状態のバランスが良好に調整されるようになる。
【００５８】
本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
端子電圧の低下割合の大きさによって優先的に充電を行なう蓄電池を選択したが、蓄電池の充放電電流と端子電圧とに基づいて残存容量を演算し、その残存容量が少なくなっている方を選択するようにしても良い。
第２又は第３実施例において、低圧用発電巻線１５Ｌを高圧用圧電巻線１５Ｈの一部として構成したが、両者を夫々別個に設けても良い。
第３実施例の構成において、マイコン３５は、高圧蓄電池１８，低圧蓄電池１９の何れか一方が過充電状態となることに代えて、略満充電状態となった場合に、第３実施例と同様の制御を行うようにしても良い。斯様に構成すれば、一方の蓄電池１８，１９の満充電状態を解消すると共に、他方の蓄電池１９，１８を充電することが可能となる。従って、この場合も２つの蓄電池１８，１９間における充電状態のバランスを良好に調整することができる。
制御手段を、マイコンに代えてコンパレータやオペアンプなどによりハードウエアのみによって構成しても良い。
自動車１１等の車両に限ることなく、高圧，低圧の２つの蓄電池を充電する必要があるものであれば広く適用が可能である。
【００５９】
【発明の効果】
請求項１記載の充電制御装置によれば、制御手段は、界磁電流制御用スイッチング素子のオンオフを制御して発電機の発電電圧を制御すると共に、接続切替え手段の切換えを制御することで、高圧蓄電池，低圧蓄電池が、夫々の基準電圧に充電されるようにした。従って、発電機によって発電される電圧のレベルを直接制御することが可能となり、その発電電圧によって充電を行なう経路を高圧蓄電池側と低圧蓄電池側とに切替えることで、それら２つの蓄電池の充電状態が最適となるように調整することができる。また、構成が極めて簡単となるので大型化することがなく、大きな設置スペースを要することもない。
【００６０】
請求項３記載の充電制御装置によれば、高圧用発電巻線と低圧用発電巻線とを備えてなる発電機の高電圧出力端子及び低電圧出力端子と、高圧蓄電池，低圧蓄電池との間に２つの整流回路を配置し、制御手段は、界磁電流制御用スイッチング素子のオンオフを制御して発電機の発電電圧を制御するようにした。
【００６１】
従って、発電機は、高圧蓄電池，低圧蓄電池を夫々充電するのに適した電圧を発電することができ、２つの整流回路を介して高圧蓄電池，低圧蓄電池を並行に充電することができる。そして、制御手段が界磁電流制御用スイッチング素子のオンオフを制御することで、発電機によって発電された電圧レベルのより詳細な調整が可能となる。
【００６２】
請求項１０記載の車両によれば、高圧蓄電池と、低圧蓄電池と、請求項１乃至９の何れかに記載の充電制御装置とを備えるので、限られた設置スペースを侵食することを極力防止した上で、それら２つの蓄電池間における充電状態のバランスを調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を、車両に搭載されるバッテリに適用した場合の第１実施例であり、充電制御装置の電気的構成を示す図
【図２】充電制御装置のマイコン行う制御内容を示すフローチャート
【図３】充電制御装置が搭載された自動車の構成を概略的に示す図
【図４】本発明の第２実施例を示す図１相当図
【図５】図２相当図
【図６】本発明の第３実施例を示す図１相当図
【図７】図２相当図
【図８】従来技術を示す図１相当図（その１）
【図９】従来技術を示す図１相当図（その２）
【符号の説明】
１１は自動車（車両）、１４，１４Ａは発電機、１５ａ，１５ｂ，１５ｃは発電用巻線、１５Ｈは高圧用発電巻線、１５Ｌは低圧用発電巻線、１６は界磁用巻線、１７は充電制御装置、１８は高圧蓄電池、１９は低圧蓄電池、２３は全波整流回路、２４はリレー（接続切替え手段）、２５はＦＥＴ（界磁電流制御用スイッチング素子）、２８，２８Ａはマイクロコンピュータ（制御手段）、２９は全波整流回路、３０は充電制御装置、３１はＦＥＴ（降圧用スイッチング素子）、３２はＦＥＴ（第１昇圧用スイッチング素子）、３３はＦＥＴ（第２昇圧用スイッチング素子）、３５はマイクロコンピュータ（制御手段）、３６は充電制御装置を示す。
Claims (10)
- 界磁用巻線と複数相の発電用巻線とを有してなる発電機と、
この発電機の電圧出力端子に接続される整流回路と、
前記発電機の界磁用巻線に流れる電流を制御するための界磁電流制御用スイッチング素子と、
前記整流回路の出力側を、高圧蓄電池と低圧蓄電池との何れか一方に切替えて接続するための接続切替え手段と、
前記界磁電流制御用スイッチング素子のオンオフを制御すると共に前記接続切替え手段の切換えを制御することで、前記高圧蓄電池，低圧蓄電池が、夫々の基準電圧に充電されるように制御する制御手段とを備えてなることを特徴とする充電制御装置。 - 制御手段は、基準電圧に対する端子電圧の低下割合が大きい方の蓄電池に発電機が接続されるように、接続切替え手段の切換えを制御することを特徴とする請求項１記載の充電制御装置。
- 界磁用巻線と複数相の発電用巻線とを有し、前記発電用巻線として高圧用発電巻線と低圧用発電巻線とを備えてなる発電機と、
入力側が前記発電機の高電圧出力端子と低電圧出力端子とに夫々接続されると共に、出力側に高圧蓄電池，低圧蓄電池が夫々接続される２つの整流回路と、
前記発電機の界磁用巻線に流れる電流を制御するための界磁電流制御用スイッチング素子と、
前記界磁電流制御用スイッチング素子のオンオフを制御することで、前記高圧蓄電池，低圧蓄電池が、夫々の基準電圧に充電されるように制御する制御手段とを備えてなることを特徴とする充電制御装置。 - 発電機の低圧用発電巻線は、高圧用発電巻線の一部によって構成されていることを特徴とする請求項３記載の充電制御装置。
- 制御手段は、基準電圧に対する端子電圧の低下割合が大きい方の蓄電池に対する充電を優先して界磁電流制御用スイッチング素子のオンオフを制御することを特徴とする請求項３または４記載の充電制御装置。
- 高圧蓄電池の正側端子と、発電機の少なくとも一相以上の高電圧出力端子との間に接続される降圧用スイッチング素子を備え、
制御手段は、高圧蓄電池が過充電状態であると判断すると、界磁電流制御用スイッチング素子をオフにすると共に降圧用スイッチング素子をオンオフすることで、高圧蓄電池により発電機の高圧用発電巻線を介して低圧蓄電池を充電することを特徴とする請求項３乃至５の何れかに記載の充電制御装置。 - 高圧蓄電池の負側端子と、発電機の少なくとも一相以上の高電圧出力端子との間に接続される第１昇圧用スイッチング素子と、
低圧蓄電池の正側端子と、発電機の前記第１昇圧用スイッチング素子が接続されている相と同じ相の低電圧出力端子との間に接続される第２昇圧用スイッチング素子とを備え、
制御手段は、低圧蓄電池が過充電状態であると判断すると、界磁電流制御用スイッチング素子をオフにすると共に前記第２昇圧用スイッチング素子をオンさせ、前記第１昇圧用スイッチング素子をオンオフすることで、低圧蓄電池により発電機の高圧用発電巻線を介して高圧蓄電池を充電することを特徴とする請求項３乃至５の何れかに記載の充電制御装置。 - 高圧蓄電池の負側端子と、発電機の少なくとも一相以上の高電圧出力端子との間に接続される第１昇圧用スイッチング素子と、
低圧蓄電池の正側端子と、発電機の前記第１昇圧用スイッチング素子が接続されている相と同じ相の低電圧出力端子との間に接続される第２昇圧用スイッチング素子とを備え、
制御手段は、低圧蓄電池が過充電状態であると判断すると、界磁電流制御用スイッチング素子をオフにすると共に前記第２昇圧用スイッチング素子をオンさせ、前記第１昇圧用スイッチング素子をオンオフすることで、低圧蓄電池により発電機の高圧用発電巻線を介して高圧蓄電池を充電することを特徴とする請求項６記載の充電制御装置。 - 制御手段は、高圧蓄電池，低圧蓄電池の何れか一方が略満充電状態となった場合は、降圧用スイッチング素子，昇圧用スイッチング素子の何れか一方を制御することで他方の蓄電池を充電することを特徴とする請求項８記載の充電制御装置。
- 高圧蓄電池と、
低圧蓄電池と、
請求項１乃至９の何れかに記載の充電制御装置とを備えることを特徴とする車両。
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