JPH07115704A - リターダ装置 - Google Patents

リターダ装置

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JPH07115704A
JPH07115704A JP5257182A JP25718293A JPH07115704A JP H07115704 A JPH07115704 A JP H07115704A JP 5257182 A JP5257182 A JP 5257182A JP 25718293 A JP25718293 A JP 25718293A JP H07115704 A JPH07115704 A JP H07115704A
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low
storage device
winding
battery
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JP5257182A
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Kosuke Suzui
康介 鈴井
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジン始動失敗時等にも高圧バッテリをエ
ンジン始動に必要な最低電圧まで充電可能にする。 【構成】 二重巻線構造を有しエンジンをアシストする
回転機の補機巻線１６と、比較的低圧の補機バッテリと
の間に、トランジスタＴｒ１及びＴｒ２、サイリスタＤ
６並びに補機巻線１６から構成される昇圧チョッパを設
ける。この昇圧チョッパは整流回路３２の一部として構
成する。補機バッテリの電力により高圧バッテリを充電
する際、昇圧チョッパにより昇圧された上で、補機巻線
１６及び主巻線１４による変圧並びにインバータ１８に
よる整流が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、車両の始動、制動等に
使用されるリターダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】リターダ装置は、エンジンを制動する機
能を有すると共に、エンジンを始動又は加速させる際に
そのスタータ及び加速アシストとしても機能する装置で
ある。例えば特開平４−２０７９０７号に開示されてい
るリターダ装置は、かご形多相誘導機として構成されて
おり、エンジンのクランク軸と変速機の間に配設されて
いる。エンジンを制動する際には、この誘導機を発電機
として動作させ、機械エネルギを電気エネルギに変換し
てバッテリを充電する。エンジンを始動又は加速する際
には、この誘導機を電動機として動作させ、バッテリか
ら供給される電気エネルギを機械エネルギに変換して、
エンジンの始動及び加速をアシストする。この誘導機
は、クランク軸の制動、加速等のために高出力トルクで
ある必要があり、従ってこのリターダ装置において用い
られるバッテリも高圧バッテリである必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、車両には、
ヘッドライトその他の電気的補機が搭載されている。こ
の種の補機は低電圧直流電源仕様であるため、通常、上
記高圧バッテリに比べ格段に低圧のバッテリが車両に搭
載される。この低圧バッテリは高圧バッテリの放電電力
で充電することが可能である。そのための構成として
は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータを用いる構成がある
が、ＤＣ／ＤＣコンバータは高価でまた重量も大きいた
め、できれば用いたくない。
【０００４】ＤＣ／ＤＣコンバータを用いずに上述の目
的を達成できる構成としては、本願出願人により先に提
案された構成がある（特願平５−８４６６０号）。図５
には、その概略構成が示されている。
【０００５】この図に示されるエンジン１０は車両の駆
動源であり、そのクランク軸上にはリターダとして機能
する電動発電機１２が配設されている。この電動発電機
１２は例えば三相交流誘導機として構成される。電動発
電機１２は、図６により詳細に示されるように、変圧器
を構成するよう主巻線１４及び補機巻線１６が固定子に
二重捲回された構成を有している。そのうち主巻線１４
はインバータ１８を介して高圧バッテリ２０に、補機巻
線１６はインバータ２２を介して低圧バッテリ２４に、
それぞれ接続されている。
【０００６】インバータ１８及び２２は、例えば図６に
示されるように、各相２個のスイッチング素子（この図
ではＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor ）
をダイオードと共にブリッジ接続した構成を有してい
る。従って、各ＩＧＢＴのゲートに変調信号を供給し、
所定の変調デューティでスイッチングを行わせることに
より、高圧バッテリ２０又は補機バッテリ２４によって
直流端子に印加される直流電圧が上記変調に対応する実
効値を有する交流電流に変換され、各ＩＧＢＴ対の接続
点から出力される。逆に、全てのＩＧＢＴをオフさせた
状態で交流出力端子から交流電圧が印加されると、イン
バータ１８又は２２はダイオードブリッジの構成とな
り、整流回路として機能するから、直流端子に接続され
ている高圧バッテリ２０又は補機バッテリ２４が整流に
より得られる直流電流により充電される。
【０００７】これら、エンジン１０、インバータ１８及
び２２の動作は、コントローラ２６によって制御され
る。図７には、参考例におけるコントローラ２６の動
作、特に機関始動制御の流れが示されている。
【０００８】コントローラ２６は、始動信号（ＳＴ）が
供給されると、これに応じて機関始動制御を開始する。
機関始動制御を開始した後、コントローラ２６はまずエ
ンジン１０の回転数Ｎが０であるか否かを判定し（１０
０）、０でない場合にはただちにメインルーチンに進ん
で通常制御に移行する。０である場合には、エンジン１
０が停止していると見なせるため、ステップ１０２以降
の制御を実行する。
【０００９】コントローラ２６は、ステップ１０２にお
いて、電圧センサ２８により検出される高圧バッテリ２
０の電圧Ｖｈが所定値Ｖ１以上であるか否かを判定す
る。この所定値Ｖ１はシステムの最低動作点ＶBmに基づ
き設定され、電動発電機１２によりエンジン１０を始動
するために最低限必要な電圧（図８参照）である。さら
に、電圧Ｖ１は、高圧バッテリ２０の放電に伴う電圧の
低下や、放電電流による電圧降下を見込んで設定され
る。また、Ｖｈ≧Ｖ１である場合、コントローラ２６
は、補機バッテリ２４とインバータ２２の間に設けられ
たコンタクタ３０をオフさせた上で（１０４）、主巻線
１４により発生させる磁束φを最大値φｍａｘに設定し
（１０６）、電動発電機１２により発生させるべきトル
クを示すトルク指令Ｔを回転数Ｎに応じて演算し（１０
８）、さらに電動発電機１２に供給すべき電流を示す電
流指令をトルク指令Ｔに応じてベクトル演算する（１１
０）。ベクトル演算により得られた電流指令は、インバ
ータ１８を構成する各ＩＧＢＴのゲートにＰＷＭ（パル
ス幅変調）信号として供給される。従って、この状態で
は、高圧バッテリ２０の放電電力により電動発電機１２
が電動機として駆動される。この制御は、回転数Ｎがア
イドル運転状態を示す回転数Ｎ１に至るまで繰り返され
（１１２）、この回転数Ｎ１に至ると主巻線１４への通
電が停止される（１１４）。この時点では、エンジン１
０はすでに始動している。
【００１０】ステップ１０２においてＶｈ＜Ｖ１とされ
た場合、そのままでは高圧バッテリ２０によって電動発
電機１２を駆動しエンジン１０を始動することができな
いと見なせる。そこで、コントローラ２６は、コンタク
タ３０をオンさせ補機バッテリ２４をインバータ２２に
接続した上で（１１６）、補機バッテリ２４の放電出力
による高圧バッテリ２０の充電制御を実行する（１１
８）。すなわち、インバータ２２を構成する各ＩＧＢＴ
のスイッチング動作を制御し補機バッテリ２４の放電出
力を交流電流に変換させると共に、インバータ１８を構
成する各ＩＧＢＴをオフさせインバータ１８を整流回路
として機能させる。先に述べたように、主巻線１４と補
機巻線１６は変圧器を構成しているから、このような制
御によって、高圧バッテリ２０を充電することができ
る。充電が進み、電圧Ｖｈが所定値Ｖｍａｘに至ると
（１２０）、コントローラ２６は補機バッテリ２４によ
る高圧バッテリ２０の充電を停止させ（１２２）、その
後メインルーチンに移行する。従って、この後図７のル
ーチンを再度実行することにより、エンジン１０を好適
に始動できる。
【００１１】以上、エンジン１０の始動や補機バッテリ
２４による高圧バッテリ２０の充電についての説明か
ら、図５及び図６の構成の下で加速アシストや制動の制
御、高圧バッテリ２０による補機バッテリ２４の充電等
の制御を実行できることも明らかである。従って、本願
出願人が先に提案した構成によれば、ＤＣ／ＤＣコンバ
ータなしに高圧バッテリにより補機バッテリを充電でき
る。
【００１２】しかしながら、図７に示されるような制御
動作で高圧バッテリ２０を充電しようとすると、場合に
よっては、エンジン１０の始動に必要な電圧まで高圧バ
ッテリ２０を充電できない状況が生じる。
【００１３】まず、高圧バッテリ２０の電力により補機
バッテリ２４を充電する際の電圧変換比（降圧比）は、
インバータ１８の変換比×主巻線１４と補機巻線１６の
巻き数比×インバータ２２の整流変換比により定まる。
インバータ１８及び２２の変換比又は整流変換比は所定
値であるから、降圧比は主巻線１４と補機巻線１６の巻
き数比で定まる。高圧バッテリ２０の最低動作点ＶBmが
１２０Ｖであり補機バッテリ２４の仕様が１２Ｖである
場合、この降圧比は例えば１０：１に設定する。このと
き、エンジン１０の始動に必要な最低電圧Ｖ１は、例え
ば１４０Ｖに設定する。
【００１４】補機バッテリ２４の電力により高圧バッテ
リ２０を充電する際の電圧変換比（昇圧比）は、逆に、
インバータ２２の変換比×補機巻線１６と主巻線１４の
巻き数比×インバータ１８の整流変換比であるから、降
圧比を１０：１に設定した場合、昇圧比はほぼ１：１０
となる。
【００１５】このような昇圧を伴う充電を行うときに
は、高圧バッテリ２０を最低動作点ＶBm（１２０Ｖ）ま
で充電することはできるが、エンジン１０の始動に必要
な電圧Ｖ１（１４０Ｖ）まで再度充電できないことにな
る。従って、一旦充電は行ったものの、エンジン１０の
始動に失敗したり、あるいは他の負荷により高圧バッテ
リ２０の電力が消費されたりした場合、高圧バッテリ２
０を補機バッテリ２４の電力によりエンジン１０の始動
に必要な最低電圧Ｖ１まで充電するのが困難となる。
【００１６】このような不具合を回避する方法として、
電動発電機１２における変圧器のほかに、補機バッテリ
２４による高圧バッテリ２０充電専用の変圧器を搭載す
る方法を考えることができるが、この方法は、当該変圧
器の付加による重量の増大や、充電経路の切り替えのた
めの接点が必要となる等の問題を発生させる。
【００１７】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを課題としてなされたものであり、二重巻線構造を有
する回転機における巻き数比による昇圧比の制限を、回
路の一部改良により緩和することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明のリターダ装置は、変圧器を構成する
よう高圧巻線及び低圧巻線が固定子上に捲回された回転
機と、比較的高電圧で充放電する高圧蓄電装置と、比較
的低電圧で充放電する低圧蓄電装置と、高圧蓄電装置と
高圧巻線の間に設けられ、高圧蓄電装置から放電される
直流電力を交流電力に変換して高圧巻線に供給し、高圧
巻線から供給される交流電力を整流して得られる直流電
力により高圧蓄電装置を充電するインバータと、低圧巻
線と低圧蓄電装置の間に設けられ、低圧巻線から供給さ
れる交流電力を整流制御信号に応じて整流し低圧蓄電装
置を充電し、低圧蓄電装置から放電される直流電力を昇
圧制御信号に応じて昇圧しながら交流電力に変換し低圧
巻線に供給する昇圧機能付整流回路と、低圧巻線から供
給される交流電力を用いて低圧蓄電装置を充電する場合
には整流制御信号を、低圧蓄電装置から放電される直流
電力を用いて高圧蓄電装置を充電する場合には昇圧制御
信号を、出力する制御手段と、を備えることを特徴とす
る。
【００１９】
【作用】本発明においては、低圧蓄電装置から放電され
る直流電力を用いて高圧蓄電装置を充電する場合、制御
手段から昇圧制御信号が出力される。昇圧制御信号が発
生すると、これに基づき、低圧蓄電装置から放電される
直流電力が、昇圧されながら交流電力に変換され低圧巻
線に供給される。従って、当該充電の際の昇圧比が巻き
数比による制限を越えて高くなり、高圧蓄電装置が必要
な電圧まで好適に充電される。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面に
基づき説明する。なお、図５乃至図８に示される参考例
と同様の構成には同一の符号を付し説明を省略する。
【００２１】図１には、本発明の一実施例に係るリター
ダ装置の構成が示されている。この図に示されるよう
に、本実施例においては、インバータ２２に代えて昇圧
チョッパ付整流回路３２が用いられている。昇圧チョッ
パ付整流回路３２は、図２に示されるように、５個のダ
イオードＤ１〜Ｄ５及びサイリスタＤ６をブリッジ接続
した構成であり、さらに、電動発電機１２のある１組の
補機巻線１６に係るダイオードＤ１及びＤ３と並列にト
ランジスタ（この図ではＩＧＢＴ）Ｔｒ１及びＴｒ２を
設けた構成を有している。サイリスタＤ６は、ダイオー
ドＤ３と直列接続されている。
【００２２】図３には、この実施例におけるコントロー
ラ３４の動作、特に機関始動制御動作の流れが示されて
いる。この実施例においては、参考例におけるステップ
１１８〜１２２に代え、ステップ１２４〜１３０が実行
されている。
【００２３】高圧バッテリ２０の電圧Ｖｈが所定値Ｖ１
未満である場合には、コントローラ３４は、コンタクタ
３０をオンさせた上で（１１６）トランジスタＴｒ１を
オンさせかつサイリスタＤ６をオフさせる（１２４）。
続いて、コントローラ３４は、トランジスタＴｒ２のゲ
ートに制御信号を供給し（１２６）、トランジスタＴｒ
２のデューティ制御を開始する。この状態では、補機バ
ッテリ２４の＋側端子はオンしているトランジスタＴｒ
１を介して補機巻線１６に接続されており、また、補機
バッテリ２４の−側端子は制御信号に応じてオンするト
ランジスタＴｒ２を介して補機巻線１６に接続されてい
る。従って、回路３２は補機巻線１６との結合により昇
圧チョッパを構成しており、補機バッテリ２４の出力
は、この昇圧チョッパにより昇圧される。従って、高圧
バッテリ２０の充電は、参考例より高い電圧まで実行可
能になる。コントローラ３４は、高圧バッテリ２０の電
圧Ｖｈが目標値Ｖｄに達した時点でこの制御を止め（１
２８）、トランジスタＴｒ１及びＴｒ２をオフさせたう
えで（１３０）、メインルーチンに戻る。
【００２４】図４には、本実施例におけるシステム動作
の内容がタイミングチャートの形式で示されている。こ
の図に示されるように、高圧バッテリ２０の電力によっ
て電動発電機１２が電動機として動作している状態及び
発電機として動作している状態（補機充電モード）で
は、トランジスタＴｒ１及びＴｒ２がオフ状態に保持さ
れ、サイリスタＤ６が点弧される。この点弧は、補機バ
ッテリ２４の充電電圧に応じて実行する。そのため、コ
ントローラ３４は、電動発電機１２の補機巻線１６側に
設けられた電圧センサ３６により、発電電圧を検出す
る。逆に、補機バッテリ２４の電力により高圧バッテリ
２０を充電している状態（補機放電モード）では、ステ
ップ１２４及び１２６の制御が行われる。
【００２５】従って、本実施例によれば、昇圧チョッパ
を用いて補機バッテリ２４による高圧バッテリ２０の充
電を行うようにしたため、エンジン１０の始動に失敗し
た場合等においても、高圧バッテリ２０をエンジン１０
の始動に必要な最低電圧Ｖ１まで充電でき、より信頼性
の高い装置が得られる。また、その際、昇圧と整流を単
一の回路３２により実現しているため装置構成が簡素と
なりまた他の充電器を設ける必要がなくなる。さらに、
昇圧チョッパ付整流回路３２の動作制御自体には機械的
接点は不要であり、この面からも、装置構成が小形化さ
れ信頼性も向上する。
【００２６】なお、以上の説明では、電動発電機１２の
電力源を高圧バッテリ２０としたが、始動という本来の
目的からすれば、これは、十分な静電容量を有するコン
デンサに置き換えてもよい。また、この場合、コンデン
サはバッテリより自己放電しやすいため、電圧低下が生
じやすい。そこで、車両駐車時にも自動的に充電するよ
うにすれば、常時、エンジンを始動可能な電圧に保持で
きる。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
低圧蓄電装置から放電される直流電力によって高圧蓄電
装置を充電する際、低圧巻線と低圧蓄電装置の間に配設
された整流回路を昇圧回路として機能させるようにした
ため、当該充電の際の昇圧比が巻き数比による制限を越
えて高くなり、高圧蓄電装置が必要な電圧まで好適に充
電される。これにより、エンジン始動失敗時等において
も再始動等の操作を確実に実行可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るリターダ装置の構成を
示すブロック図である。
【図２】この実施例の要部の詳細構成を示す回路図であ
る。
【図３】この実施例における機関始動制御の流れを示す
フローチャートである。
【図４】この実施例における昇圧チョッパの動作タイミ
ングを示すタイミングチャートである。
【図５】本願出願人が先に提案した参考例に係るリター
ダ装置の構成を示すブロック図である。
【図６】この参考例の要部の詳細構成を示す回路図であ
る。
【図７】この参考例における機関始動制御の流れを示す
フローチャートである。
【図８】この参考例の問題点を示すバッテリ特性図であ
る。
【符号の説明】
１０ エンジン １２ 電動発電機 １４ 主巻線 １６ 補機巻線 １８ インバータ ２０ 高圧バッテリ ２４ 補機バッテリ ３０ コンタクタ ３２ 昇圧チョッパ付整流回路 ３４ コントローラ Ｄ６ サイリスタ Ｔｒ１，Ｔｒ２ トランジスタ Ｖｈ 高圧バッテリの電圧 ＶBm 最低動作点 Ｖ１ エンジン始動に必要な最低電圧
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｊ 7/00 Ｌ ３０３ Ｃ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 変圧器を構成するよう高圧巻線及び低圧
    巻線が固定子上に捲回された回転機と、比較的高電圧で
    充放電する高圧蓄電装置と、比較的低電圧で充放電する
    低圧蓄電装置と、高圧蓄電装置と高圧巻線の間に設けら
    れ、高圧蓄電装置から放電される直流電力を交流電力に
    変換して高圧巻線に供給し、高圧巻線から供給される交
    流電力を整流して得られる直流電力により高圧蓄電装置
    を充電するインバータと、低圧巻線と低圧蓄電装置の間
    に設けられ、低圧巻線から供給される交流電力を整流し
    て低圧蓄電装置を充電する整流回路と、を備えるリター
    ダ装置において、 低圧巻線から供給される交流電力を用いて低圧蓄電装置
    を充電する場合には整流制御信号を、低圧蓄電装置から
    放電される直流電力を用いて高圧蓄電装置を充電する場
    合には昇圧制御信号を、出力する制御手段を備え、 整流回路が、低圧巻線から供給される交流電力を整流制
    御信号に応じて整流し低圧蓄電装置を充電し、低圧蓄電
    装置から放電される直流電力を昇圧制御信号に応じて昇
    圧しながら交流電力に変換し低圧巻線に供給する昇圧機
    能付整流回路であることを特徴とするリターダ装置。
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