JP7734855B2 - Battery charging device - Google Patents
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Description
本発明は、バッテリ充電装置に関する。
本願は、2022年8月8日に、日本に出願された特願2022-126531号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
The present invention relates to a battery charging device.
This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2022-126531, filed on August 8, 2022, the contents of which are incorporated herein by reference.
近年、自動二輪車などの内燃機関の回転を利用して、バッテリを充電するバッテリ充電装置が知られている(例えば、特許文献1を参照)。このような従来のバッテリ充電装置では、発電機が出力する交流信号を、例えば、サイリスタなどのスイッチング素子により半波整流して、バッテリを充電するとともに、ダイオードを介して、負荷部に電力を供給していた。In recent years, battery charging devices that charge batteries using the rotation of an internal combustion engine, such as a motorcycle, have become known (see, for example, Patent Document 1). In such conventional battery charging devices, the AC signal output by the generator is half-wave rectified using a switching element such as a thyristor to charge the battery and also supplies power to a load via a diode.
ところで、例えば、自動二輪車において、近年、FI(Fuel Injection:電子制御燃料噴射装置)による電子制御やセンサの増加などにより、発電機及びバッテリに接続される負荷が増大している。しかしながら、上述した従来のバッテリ充電装置では、例えば、バッテリが未接続の状態になった場合に、負荷部に供給する電流のリプル電流が増大するため、負荷部に並列して接続するコンデンサの容量を増大させる必要が生じるという問題があった。 In recent years, for example, in motorcycles, the load connected to the generator and battery has increased due to electronic control using FI (Fuel Injection: Electronically Controlled Fuel Injection) and an increase in sensors. However, with the conventional battery charging device described above, for example, if the battery is disconnected, the ripple current supplied to the load section increases, posing a problem in that it becomes necessary to increase the capacity of the capacitor connected in parallel to the load section.
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、負荷部に並列して接続するコンデンサの容量を増大させずに、負荷部側に供給する電流のリプル電流を低減することができるバッテリ充電装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problem, and its purpose is to provide a battery charging device that can reduce the ripple current of the current supplied to the load section without increasing the capacity of the capacitor connected in parallel to the load section.
上記問題を解決するために、本発明の一態様は、回転子の回転に応じて発電し、発電した電力に応じた交流信号を出力する発電機と、前記発電機が出力する前記交流信号を整流して充電電力としてバッテリに供給するスイッチング素子と、前記スイッチング素子の出力線と負荷部との間に接続され、前記負荷部に動作電力を供給するダイオードと、前記ダイオードの出力線に接続され、且つ、前記負荷部と並列に接続されるコンデンサと、前記負荷部に供給する電圧が、出力目標の設定電圧になるように、前記スイッチング素子の導通を制御する電圧制御部と、前記バッテリが使用不可能な異常状態になった場合に、前記設定電圧を低下させる切替制御部とを備えるバッテリ充電装置である。 In order to solve the above problem, one aspect of the present invention is a battery charging device comprising: a generator that generates electricity in accordance with the rotation of a rotor and outputs an AC signal in accordance with the generated power; a switching element that rectifies the AC signal output by the generator and supplies it to a battery as charging power; a diode connected between the output line of the switching element and a load section and supplies operating power to the load section; a capacitor connected to the output line of the diode and connected in parallel with the load section; a voltage control section that controls the conduction of the switching element so that the voltage supplied to the load section becomes the output target set voltage; and a switching control section that lowers the set voltage when the battery enters an abnormal state that makes it unusable.
また、本発明の一態様は、上記のバッテリ充電装置において、前記切替制御部は、前記スイッチング素子が非導通状態の期間において、前記ダイオードの出力線の電圧が、前記スイッチング素子の出力線の電圧より大きい場合に、前記異常状態であると判定してもよい。 In another aspect of the present invention, in the above-mentioned battery charging device, the switching control unit may determine that the abnormal state exists when the voltage of the output line of the diode is greater than the voltage of the output line of the switching element during a period when the switching element is in a non-conducting state.
また、本発明の一態様は、上記のバッテリ充電装置において、前記切替制御部は、前記交流信号が負電圧の期間に、前記異常状態であるか否かを判定してもよい。 In another aspect of the present invention, in the above-mentioned battery charging device, the switching control unit may determine whether or not the abnormal state exists during a period in which the AC signal is a negative voltage.
また、本発明の一態様は、上記のバッテリ充電装置において、前記切替制御部は、前記バッテリが使用可能な正常状態において、前記設定電圧を、前記バッテリを充電する第1設定電圧に設定し、前記異常状態である場合に、前記設定電圧を、前記負荷部を動作可能で、前記第1設定電圧より低い第2設定電圧に切り替えてもよい。 In another aspect of the present invention, in the above-mentioned battery charging device, the switching control unit may set the set voltage to a first set voltage for charging the battery in a normal state in which the battery is usable, and in the abnormal state, switch the set voltage to a second set voltage that is lower than the first set voltage and that allows the load unit to operate.
また、本発明の一態様は、上記のバッテリ充電装置において、前記スイッチング素子は、サイリスタであり、前記電圧制御部は、前記負荷部に供給する電圧が、前記設定電圧になるように、前記スイッチング素子の導通タイミングを制御してもよい。 Furthermore, one aspect of the present invention is that in the above-mentioned battery charging device, the switching element is a thyristor, and the voltage control unit controls the conduction timing of the switching element so that the voltage supplied to the load unit becomes the set voltage.
また、本発明の一態様は、上記のバッテリ充電装置において、前記異常状態は、前記バッテリが自装置との接続が外れた状態を含んでもよい。 Furthermore, in one aspect of the present invention, in the above-mentioned battery charging device, the abnormal state may include a state in which the battery is disconnected from the device itself.
本発明によれば、電圧制御部が、負荷部に供給する電圧が、出力目標の設定電圧になるように、スイッチング素子の導通を制御し、切替制御部が、バッテリが使用不可能な異常状態になった場合に、設定電圧を低下させる。これにより、バッテリ充電装置は、バッテリが使用不可能な異常状態 になった場合に、負荷部側に供給する電流のリプル電流を低減することができ、コンデンサの容量を増大させる必要がない。すなわち、バッテリ充電装置は、コンデンサの容量を増大させずに、負荷部側に供給する電流のリプル電流を低減することができる。 According to the present invention, the voltage control unit controls the conduction of the switching element so that the voltage supplied to the load unit becomes the output target set voltage, and the switching control unit lowers the set voltage when the battery enters an abnormal state that makes it unusable. This allows the battery charging device to reduce the ripple current in the current supplied to the load unit when the battery enters an abnormal state that makes it unusable, eliminating the need to increase the capacitance of the capacitor. In other words, the battery charging device can reduce the ripple current in the current supplied to the load unit without increasing the capacitance of the capacitor.
以下、本発明の一実施形態によるバッテリ充電装置について、図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態によるバッテリ充電装置1の一例を示すブロック図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A battery charging device according to an embodiment of the present invention will now be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a battery charging device 1 according to this embodiment.
図1に示すように、バッテリ充電装置1は、バッテリ3及びFI負荷部4に接続され、発電機2と、レギュレータ10とを備えている。バッテリ充電装置1は、例えば、自動二輪車などの車両に搭載され、発電機2で発電した交流電力を半波整流して、バッテリ3に充電する装置である。また、バッテリ充電装置1には、ダイオード12を介して、FI負荷部4が接続され、発電機2が発電した電力、又はバッテリ3の出力電力をFI負荷部4に供給する。As shown in FIG. 1, the battery charging device 1 is connected to a battery 3 and an FI load unit 4, and includes a generator 2 and a regulator 10. The battery charging device 1 is mounted on a vehicle, such as a motorcycle, and half-wave rectifies AC power generated by the generator 2 to charge the battery 3. The FI load unit 4 is also connected to the battery charging device 1 via a diode 12, and supplies the power generated by the generator 2 or the output power of the battery 3 to the FI load unit 4.
発電機2は、例えば、単相磁石式交流発電機であり、回転子(不図示)の回転に応じて発電し、発電した電力に応じた交流信号を出力する。ここで、回転子は、例えば、自動二輪車の内燃機関(エンジン)の回転軸に接続されたクランクシャフトなどである。発電機2は、発電した電力に応じた交流信号を、電力供給線を介して、サイリスタ11に接続されている。 The generator 2 is, for example, a single-phase magneto-type AC generator that generates electricity in response to the rotation of a rotor (not shown) and outputs an AC signal corresponding to the generated power. Here, the rotor is, for example, a crankshaft connected to the rotating shaft of an internal combustion engine (engine) of a motorcycle. The generator 2 outputs an AC signal corresponding to the generated power to the thyristor 11 via a power supply line.
バッテリ3は、例えば、鉛蓄電池であり、+(プラス)電極(正極)が、サイリスタ11のカソード端子(出力線L1)に接続されており、-(マイナス)電極(負極)が、グランド端子(グランド線L2)に接続されている。バッテリ3は、サイリスタ11を介して供給された発電機2の発電電力を充電するとともに、充電した電力を、ダイオード12を介して、FI負荷部4に供給する。 The battery 3 is, for example, a lead-acid battery, with its + (plus) electrode (positive electrode) connected to the cathode terminal (output line L1) of the thyristor 11 and its - (minus) electrode (negative electrode) connected to the ground terminal (ground line L2). The battery 3 is charged with the power generated by the generator 2 supplied via the thyristor 11, and supplies the charged power to the FI load section 4 via the diode 12.
FI負荷部4は、例えば、自動二輪車の電装部品であり、ECU(Engine Control Unit)、フューエルポンプ、インジェクション、各種センサ類などである。FI負荷部4は、ダイオード12を介して、発電機2の発電電力又はバッテリ3の出力電力を供給されて動作し、電力を消費する。本実施形態において、FI負荷部4は、負荷部の一例である。 The FI load section 4 is, for example, an electrical component of a motorcycle, such as an ECU (Engine Control Unit), a fuel pump, an injector, and various sensors. The FI load section 4 operates by receiving power generated by the generator 2 or output power from the battery 3 via a diode 12, and consumes power. In this embodiment, the FI load section 4 is an example of a load section.
レギュレータ10は、発電機2が発電した交流電力を整流して、バッテリ3を充電する直流電力、及び負荷部(例えば、FI負荷部4)に供給する直流電力を生成する。レギュレータ10は、サイリスタ11と、ダイオード(12、15、16)と、コンデンサ13と、切替制御部14と、電圧制御部17とを備えている。The regulator 10 rectifies the AC power generated by the generator 2 to generate DC power for charging the battery 3 and DC power for supplying to a load (e.g., the FI load 4). The regulator 10 includes a thyristor 11, diodes (12, 15, 16), a capacitor 13, a switching control unit 14, and a voltage control unit 17.
サイリスタ11(スイッチング素子の一例)は、発電機2が出力する交流信号を整流して充電電力としてバッテリ3に供給するシリコン制御整流子である。サイリスタ11は、アノード端子が発電機2の出力線に、カソード端子がノードN1(出力線L1)を介してバッテリ3の+電極に、ゲート端子(制御端子)が、電圧制御部17が出力する制御信号S2の信号線に、それぞれ接続されている。 Thyristor 11 (an example of a switching element) is a silicon-controlled rectifier that rectifies the AC signal output by generator 2 and supplies it as charging power to battery 3. Thyristor 11 has an anode terminal connected to the output line of generator 2, a cathode terminal connected to the positive electrode of battery 3 via node N1 (output line L1), and a gate terminal (control terminal) connected to the signal line for control signal S2 output by voltage control unit 17.
サイリスタ11は、電圧制御部17の制御信号S2によって、オン状態にされることで、発電機2が出力する交流信号の正電圧をバッテリ3の+電極に供給して、バッテリ3を充電するとともに、FI負荷部4に動作電力を供給する。すなわち、サイリスタ11は、発電機2が出力する交流信号を整流して充電電力としてバッテリ3に供給する。サイリスタ11は、交流信号の正電圧の期間にオン状態に制御されて、半波整流により、バッテリ3及びFI負荷部4に直流電力(直流電圧)を供給する。 When thyristor 11 is turned on by control signal S2 from voltage control unit 17, it supplies the positive voltage of the AC signal output by generator 2 to the positive electrode of battery 3, charging battery 3 and supplying operating power to FI load unit 4. In other words, thyristor 11 rectifies the AC signal output by generator 2 and supplies it to battery 3 as charging power. Thyristor 11 is controlled to the on state during periods when the AC signal is positive voltage, and supplies DC power (DC voltage) to battery 3 and FI load unit 4 by half-wave rectification.
ダイオード12は、サイリスタ11の出力線L1とFI負荷部4との間に接続され、FI負荷部4に動作電力を供給する。ダイオード12は、アノード端子が、出力線L1に、カソード端子が、ノードN2(出力線L3)を介してFI負荷部4に、それぞれ接続されており、FI負荷部4からの電流の逆流を防止する。また、ダイオード12の出力線L3(ノードN2)は、コンデンサ13、切替制御部14、及びダイオード15に接続されている。 Diode 12 is connected between output line L1 of thyristor 11 and FI load section 4, and supplies operating power to FI load section 4. Diode 12 has an anode terminal connected to output line L1 and a cathode terminal connected to FI load section 4 via node N2 (output line L3), preventing backflow of current from FI load section 4. In addition, output line L3 (node N2) of diode 12 is connected to capacitor 13, switching control section 14, and diode 15.
コンデンサ13は、例えば、電解コンデンサであり、ダイオード12の出力線L3に接続され、且つ、FI負荷部4と並列に接続される。コンデンサ13は、出力線L3とグランド線L2との間に接続され、サイリスタ11が半波整流した電圧をダイオード12を介して平滑化する。 Capacitor 13, for example an electrolytic capacitor, is connected to the output line L3 of diode 12 and is connected in parallel with FI load section 4. Capacitor 13 is connected between output line L3 and ground line L2, and smoothes the voltage half-wave rectified by thyristor 11 via diode 12.
切替制御部14は、バッテリ3が使用不可能な異常状態になった場合に、後述する電圧制御部17の設定電圧を低下させる。ここでのバッテリ3が使用不可能な異常状態とは、例えば、バッテリ3の接続が外れた場合、フューズ(不図示)が切れた場合、バッテリ3の性能が劣化して使用可能な電圧を出力できない場合、等である。なお、バッテリ3が使用不可能な異常状態には、例えば、負荷の変動に応じて、バッテリ3の出力電圧が、上下に大きく変動する場合などを含めてもよい。 When the battery 3 falls into an abnormal state that makes it unusable, the switching control unit 14 lowers the set voltage of the voltage control unit 17, which will be described later. An abnormal state in which the battery 3 is unusable here refers to, for example, when the battery 3 is disconnected, when a fuse (not shown) is blown, or when the performance of the battery 3 has deteriorated and it is no longer able to output a usable voltage. Note that an abnormal state in which the battery 3 is unusable may also include, for example, when the output voltage of the battery 3 fluctuates significantly up and down in response to fluctuations in the load.
切替制御部14は、例えば、サイリスタ11がオフ状態(非導通状態)の期間において、ダイオード12の出力線L3の電圧VCが、サイリスタ11の出力線L1の電圧VBより大きい場合に、異常状態であると判定する。また、切替制御部14は、交流信号が負電圧の期間に、異常状態であるか否かを判定する。切替制御部14は、異常状態であると判定した場合に、切替信号S1の信号線に、電圧制御部17の設定電圧を低下させる信号を出力する。 The switching control unit 14 determines that an abnormal state exists when, for example, the voltage VC of the output line L3 of the diode 12 is greater than the voltage VB of the output line L1 of the thyristor 11 while the thyristor 11 is in the off state (non-conducting state). The switching control unit 14 also determines whether an abnormal state exists while the AC signal is at a negative voltage. If the switching control unit 14 determines that an abnormal state exists, it outputs a signal to the signal line of the switching signal S1 to lower the set voltage of the voltage control unit 17.
具体的に、切替制御部14は、バッテリ3が使用可能な正常状態において、電圧制御部17の設定電圧を、バッテリ3を充電する設定電圧V1(第1設定電圧)に設定する。また、切替制御部14は、異常状態である場合に、電圧制御部17の設定電圧を、設定電圧V2(第2設定電圧)に切り替える。設定電圧V2は、FI負荷部4を動作可能で、設定電圧V1より低い電圧である。 Specifically, in a normal state where the battery 3 is usable, the switching control unit 14 sets the set voltage of the voltage control unit 17 to set voltage V1 (first set voltage) for charging the battery 3. Furthermore, in an abnormal state, the switching control unit 14 switches the set voltage of the voltage control unit 17 to set voltage V2 (second set voltage). Set voltage V2 is a voltage that can operate the FI load unit 4 and is lower than set voltage V1.
ダイオード15は、アノード端子が出力線L3(ノードN2)に、カソード端子がノードN3に、それぞれ接続されている。なお、ノードN3は、電圧制御部17に接続されている。ダイオード15は、出力線L1(ノードN1)からの電流の逆流を防止する。 Diode 15 has its anode terminal connected to output line L3 (node N2) and its cathode terminal connected to node N3. Node N3 is connected to voltage control unit 17. Diode 15 prevents backflow of current from output line L1 (node N1).
ダイオード16は、アノード端子が出力線L1(ノードN1)に、カソード端子がノードN3に、それぞれ接続されている。ダイオード16は、出力線L3(ノードN2)からの電流の逆流を防止する。なお、ノードN3には、電圧VBと、電圧VCとのうちの大きい方の電圧が供給される。 Diode 16 has an anode terminal connected to output line L1 (node N1) and a cathode terminal connected to node N3. Diode 16 prevents backflow of current from output line L3 (node N2). Node N3 is supplied with the larger of voltages VB and VC.
電圧制御部17は、FI負荷部4に供給する電圧VCが、出力目標の設定電圧になるように、サイリスタ11の導通を制御する。電圧制御部17は、上述したダイオード15及びダイオード16により、例えば、電圧VBと、電圧VCとのうちの大きい方の電圧(ノードN3の電圧)が、出力目標の設定電圧になるように、サイリスタ11の導通を制御する。電圧制御部17は、ノードN3の電圧が設定電圧になるように、制御信号S2をサイリスタ11のゲート端子に出力する。なお、電圧制御部17は、制御信号S2によって、FI負荷部4に供給する電圧VCが、設定電圧になるように、サイリスタ11の導通タイミング(オンタイミング)を制御する。 The voltage control unit 17 controls the conduction of the thyristor 11 so that the voltage VC supplied to the FI load unit 4 becomes the set voltage of the output target. The voltage control unit 17 controls the conduction of the thyristor 11 using the above-mentioned diodes 15 and 16 so that, for example, the larger of voltages VB and VC (the voltage at node N3) becomes the set voltage of the output target. The voltage control unit 17 outputs a control signal S2 to the gate terminal of the thyristor 11 so that the voltage at node N3 becomes the set voltage. The voltage control unit 17 also controls the conduction timing (on timing) of the thyristor 11 using the control signal S2 so that the voltage VC supplied to the FI load unit 4 becomes the set voltage.
また、電圧制御部17は、切替制御部14の切替信号S1に応じて、設定電圧を切り替える。例えば、切替信号S1が、バッテリ3が正常状態の高い電圧である設定電圧V1に切り替える信号である場合に、電圧制御部17は、設定電圧の設定を設定電圧V1に切り替える。また、例えば、切替信号S1が、バッテリ3が異常状態の低い電圧である設定電圧V1に切り替える信号である場合に、電圧制御部17は、設定電圧の設定を設定電圧V2に切り替える。 The voltage control unit 17 also switches the set voltage in response to the switching signal S1 from the switching control unit 14. For example, if the switching signal S1 is a signal to switch to the set voltage V1, which is a high voltage when the battery 3 is in a normal state, the voltage control unit 17 switches the set voltage setting to the set voltage V1. Also, for example, if the switching signal S1 is a signal to switch to the set voltage V1, which is a low voltage when the battery 3 is in an abnormal state, the voltage control unit 17 switches the set voltage setting to the set voltage V2.
次に、図面を参照して、本実施形態によるバッテリ充電装置1の動作について説明する。
図2A及び図2Bは、本実施形態によるバッテリ充電装置1のバッテリの異常判定処理を説明する図である。
Next, the operation of the battery charger 1 according to this embodiment will be described with reference to the drawings.
2A and 2B are diagrams illustrating the battery abnormality determination process of the battery charging device 1 according to this embodiment.
図2Aは、サイリスタ11がオフ状態で、且つ、バッテリ3が正常な状態の一例を示している。この場合、コンデンサ13には、電圧VCが充電され、電圧VCは、以下の式(1)により表される。 Figure 2A shows an example of a state in which the thyristor 11 is off and the battery 3 is normal. In this case, the capacitor 13 is charged to a voltage VC, which is expressed by the following equation (1):
VC=VB-VF<VB ・・・ (1) VC=VB-VF<VB... (1)
式(1)に示すように、サイリスタ11がオフ状態で、且つ、バッテリ3が正常な状態の場合、コンデンサ13の電圧VC(ノードN2の電圧)は、電圧VB(ノードN1の電圧)から、順方向電圧VFを減算した電圧になり、電圧VCは、電圧VBより小さい電圧になる。なお、電圧VBは、バッテリ3の出力電圧である。また、図2A及び図2Bにおいて、負荷部5は、出力線L1に接続されている負荷を示している。 As shown in equation (1), when thyristor 11 is off and battery 3 is normal, voltage VC of capacitor 13 (voltage at node N2) is voltage VB (voltage at node N1) minus forward voltage VF, and voltage VC is smaller than voltage VB. Voltage VB is the output voltage of battery 3. Also, in Figures 2A and 2B, load section 5 represents the load connected to output line L1.
また、図2Bは、サイリスタ11がオフ状態で、且つ、バッテリ3が外れた異常な状態の一例を示している。この場合、ノードN2の電圧は、サイリスタ11がオン状態になった際にコンデンサ13に充電された電圧VCになる。また、ノードN1の電圧VBは、バッテリ3が接続されていないため、負荷部5を介して放電され、0Vになる。そのため、電圧VCと、電圧VBとの関係は、下記の式(2)により表される。 Figure 2B also shows an example of an abnormal state in which thyristor 11 is in the off state and battery 3 is disconnected. In this case, the voltage at node N2 becomes voltage VC, which is the voltage charged to capacitor 13 when thyristor 11 is turned on. Furthermore, since battery 3 is not connected, voltage VB at node N1 is discharged via load section 5 and becomes 0 V. Therefore, the relationship between voltage VC and voltage VB is expressed by the following equation (2):
VC>VB=0V・・・ (2) VC>VB=0V... (2)
式(2)に示すように、サイリスタ11がオフ状態で、且つ、バッテリ3が外れた異常な状態の場合、コンデンサ13の電圧VC(ノードN2の電圧)は、電圧VBより大きい電圧になる。 As shown in equation (2), when thyristor 11 is in the off state and an abnormal state occurs in which battery 3 is disconnected, the voltage VC of capacitor 13 (the voltage at node N2) becomes higher than voltage VB.
切替制御部14は、上述した図2A及び図2Bに示す特性を利用して、バッテリ3が使用不可能な異常状態を判定し、異常状態であると判定した場合に、設定電圧を設定電圧V1から設定電圧V2に低下させる切替信号S1を電圧制御部17に出力する。 The switching control unit 14 uses the characteristics shown in Figures 2A and 2B described above to determine whether the battery 3 is in an abnormal state in which it cannot be used, and if it determines that it is in an abnormal state, it outputs a switching signal S1 to the voltage control unit 17 to reduce the set voltage from set voltage V1 to set voltage V2.
次に、図3を参照して、本実施形態における切替制御部14の切替処理の詳細について説明する。
図3は、本実施形態によるバッテリ充電装置1の動作の一例を示すフローチャートである。
Next, the switching process of the switching control unit 14 in this embodiment will be described in detail with reference to FIG.
FIG. 3 is a flowchart showing an example of the operation of the battery charging device 1 according to this embodiment.
図3に示すように、バッテリ充電装置1の切替制御部14は、まず、サイリスタ11がオフ期間であるか否かを判定する(ステップS101)。切替制御部14は、例えば、サイリスタ11の制御信号S2に基づいて、サイリスタ11がオフ期間であるか否かを判定する。切替制御部14は、サイリスタ11がオフ期間である場合(ステップS101:YES)に、処理をステップS102に進める。また、切替制御部14は、サイリスタ11がオフ期間でない場合(ステップS101:NO)に、処理をステップS101に戻す。 As shown in FIG. 3, the switching control unit 14 of the battery charging device 1 first determines whether the thyristor 11 is in an off period (step S101). The switching control unit 14 determines whether the thyristor 11 is in an off period, for example, based on the control signal S2 of the thyristor 11. If the thyristor 11 is in an off period (step S101: YES), the switching control unit 14 proceeds to step S102. If the thyristor 11 is not in an off period (step S101: NO), the switching control unit 14 returns the process to step S101.
ステップS102において、切替制御部14は、電圧VC(ノードN2の電圧)が、電圧VB(ノードN1の電圧)より大きいか否かを判定する。切替制御部14は、電圧VCが電圧VBより大きい(VC>VB)場合(ステップS102:YES)に、処理をステップS103に進める。また、切替制御部14は、電圧VCが電圧VB以下(VC≦VB)の場合(ステップS102:NO)に、処理をステップS104に進める。In step S102, the switching control unit 14 determines whether voltage VC (the voltage at node N2) is greater than voltage VB (the voltage at node N1). If voltage VC is greater than voltage VB (VC > VB) (step S102: YES), the switching control unit 14 proceeds to step S103. If voltage VC is less than or equal to voltage VB (VC ≦ VB) (step S102: NO), the switching control unit 14 proceeds to step S104.
ステップS103において、切替制御部14は、電圧制御部17の設定電圧を低い設定電圧V2に切り替える。すなわち、切替制御部14は、設定電圧を設定電圧V2に切り替える切替信号S1を、電圧制御部17に出力し、設定電圧を設定電圧V2に切り替えさせる。ステップS103の処理後に、切替制御部14は、処理をステップS101に戻す。In step S103, the switching control unit 14 switches the set voltage of the voltage control unit 17 to the lower set voltage V2. That is, the switching control unit 14 outputs a switching signal S1 to the voltage control unit 17 to switch the set voltage to the set voltage V2, causing the set voltage to be switched to the set voltage V2. After processing step S103, the switching control unit 14 returns the processing to step S101.
ステップS104において、切替制御部14は、電圧制御部17の設定電圧を高い設定電圧V1に切り替える。すなわち、切替制御部14は、設定電圧を設定電圧V1に切り替える切替信号S1を、電圧制御部17に出力し、設定電圧を設定電圧V1に切り替えさせる。ステップS104の処理後に、切替制御部14は、処理をステップS101に戻す。In step S104, the switching control unit 14 switches the set voltage of the voltage control unit 17 to the higher set voltage V1. That is, the switching control unit 14 outputs a switching signal S1 to the voltage control unit 17 to switch the set voltage to the set voltage V1, causing the set voltage to be switched to the set voltage V1. After processing step S104, the switching control unit 14 returns the processing to step S101.
次に、図4を参照して、バッテリ充電装置1の動作の一例について説明する。
図4は、本実施形態によるバッテリ充電装置1の動作の一例を示すタイミングチャートである。
Next, an example of the operation of the battery charger 1 will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a timing chart showing an example of the operation of the battery charger 1 according to this embodiment.
図4において、波形W1は、発電機2の出力電圧の波形を示し、波形W2は、電圧VB(ノードN1の電圧)の波形を示している。また、波形W3は、切替信号S1の波形を示し、波形W4は、電圧VC(ノードN2の電圧)の波形を示している。また、各波形の横軸は時間を示している。 In Figure 4, waveform W1 represents the waveform of the output voltage of generator 2, and waveform W2 represents the waveform of voltage VB (voltage at node N1). Furthermore, waveform W3 represents the waveform of switching signal S1, and waveform W4 represents the waveform of voltage VC (voltage at node N2). Furthermore, the horizontal axis of each waveform represents time.
また、図4において、期間TR1は、バッテリ3がバッテリ充電装置1に正常に接続されている正常状態の期間を示している。この場合、電圧VBは、波形W2aに示すように、ほぼ一定の電圧波形となる。また、この場合、切替制御部14は、図2Aに示すように、電圧VCは、電圧VBより小さいため、設定電圧を設定電圧V1に切り替える切替信号S1(例えば、Low(ロー)状態)を出力する。また、この場合、電圧VCは、波形W4aに示すような電圧となる。 In addition, in Figure 4, period TR1 indicates a period in a normal state in which battery 3 is normally connected to battery charging device 1. In this case, voltage VB has an approximately constant voltage waveform, as shown in waveform W2a. In this case, as shown in Figure 2A, voltage VC is smaller than voltage VB, so the switching control unit 14 outputs switching signal S1 (e.g., a low state) to switch the set voltage to set voltage V1. In this case, voltage VC becomes the voltage shown in waveform W4a.
また、期間TR2は、バッテリ3の接続が外れた異常状態の期間を示している。この場合、電圧VBは、波形W2bのような波形になり、サイリスタ11のオフ期間TR3に、0Vになる。また、この場合、サイリスタ11のオフ期間TR3において、切替制御部14は、図2Bに示すように、電圧VCは、電圧VBより大きいため、設定電圧を設定電圧V2に切り替える切替信号S1(例えば、High(ハイ)状態)を出力する。また、この場合、電圧VCは、波形W4bに示すように、期間TR1の波形W4bの電圧より低い電圧となる。なお、サイリスタ11のオフ期間TR3は、発電機2が出力する交流信号が負電圧の期間に対応する。 Furthermore, period TR2 indicates the period of an abnormal state in which the battery 3 is disconnected. In this case, voltage VB takes on a waveform like waveform W2b and becomes 0 V during the off period TR3 of thyristor 11. In this case, during the off period TR3 of thyristor 11, voltage VC is greater than voltage VB, as shown in FIG. 2B, so the switching control unit 14 outputs a switching signal S1 (e.g., a high state) that switches the set voltage to set voltage V2. In this case, voltage VC becomes a voltage lower than the voltage of waveform W4b in period TR1, as shown in waveform W4b. The off period TR3 of thyristor 11 corresponds to the period in which the AC signal output by the generator 2 is a negative voltage.
このように、期間TR2において、電圧制御部17は、設定電圧を設定電圧V2に切り替えて、期間TR1よりも低い、電圧VCを出力するように制御する(波形W4bを参照)。 In this way, during period TR2, the voltage control unit 17 switches the set voltage to set voltage V2 and controls the output voltage VC to be lower than during period TR1 (see waveform W4b).
また、次に、図5を参照して、本実施形態によるバッテリ充電装置1の効果について説明する。
図5は、本実施形態によるバッテリ充電装置1のコンデンサ13のリプル電流の一例を示す図である。
Next, the effects of the battery charger 1 according to this embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a diagram showing an example of a ripple current in the capacitor 13 of the battery charger 1 according to this embodiment.
図5において、グラフは、横軸が発電機2の回転数(r/min)を示し、縦軸は、コンデンサ13のリプル電流Irpの実効値(Arms)を示している。
また、波形W5は、バッテリ3が接続されていない場合の本実施形態のバッテリ充電装置1におけるコンデンサ13のリプル電流を示している。また、波形W6は、比較のために、バッテリ3が接続されていない場合、且つ、設定電圧を設定電圧V1のままにした場合におけるコンデンサ13のリプル電流を示している。波形W6は、従来技術のバッテリ充電装置1におけるコンデンサ13のリプル電流に相当する。
In FIG. 5, the horizontal axis of the graph indicates the rotation speed (r/min) of the generator 2, and the vertical axis indicates the effective value (Arms) of the ripple current Irp of the capacitor 13.
Waveform W5 shows the ripple current of capacitor 13 in the battery charging device 1 of this embodiment when the battery 3 is not connected. Waveform W6, for comparison, shows the ripple current of capacitor 13 when the battery 3 is not connected and the set voltage is left at set voltage V1. Waveform W6 corresponds to the ripple current of capacitor 13 in the battery charging device 1 of the prior art.
図5の波形W5に示すように、本実施形態によるバッテリ充電装置1では、設定電圧を設定電圧V2に低下させることで、従来技術(波形W6)に比べて、コンデンサ13のリプル電流を低減することができる。 As shown in waveform W5 in Figure 5, in the battery charging device 1 of this embodiment, the set voltage is lowered to set voltage V2, thereby reducing the ripple current of capacitor 13 compared to the conventional technology (waveform W6).
以上説明したように、本実施形態によるバッテリ充電装置1は、発電機2と、サイリスタ11(スイッチング素子)と、ダイオード12と、コンデンサ13と、電圧制御部17と、切替制御部14とを備える。発電機2は、回転子の回転に応じて発電し、発電した電力に応じた交流信号を出力する。サイリスタ11は、発電機2が出力する交流信号を整流して充電電力としてバッテリ3に供給する。ダイオード12は、サイリスタ11の出力線L1とFI負荷部4(負荷部)との間に接続され、FI負荷部4に動作電力を供給する。コンデンサ13は、ダイオード12の出力線L3に接続され、且つ、FI負荷部4と並列に接続される。電圧制御部17は、FI負荷部4に供給する電圧が、出力目標の設定電圧になるように、サイリスタ11の導通を制御する。切替制御部14は、バッテリ3が使用不可能な異常状態になった場合に、設定電圧を低下させる(例えば、設定電圧V2に切り替える)。As described above, the battery charging device 1 according to this embodiment includes a generator 2, a thyristor 11 (switching element), a diode 12, a capacitor 13, a voltage control unit 17, and a switching control unit 14. The generator 2 generates electricity in response to the rotation of the rotor and outputs an AC signal corresponding to the generated power. The thyristor 11 rectifies the AC signal output by the generator 2 and supplies it to the battery 3 as charging power. The diode 12 is connected between the output line L1 of the thyristor 11 and the FI load unit 4 (load unit) and supplies operating power to the FI load unit 4. The capacitor 13 is connected to the output line L3 of the diode 12 and is connected in parallel with the FI load unit 4. The voltage control unit 17 controls the conduction of the thyristor 11 so that the voltage supplied to the FI load unit 4 becomes the output target set voltage. The switching control unit 14 lowers the set voltage (for example, switches it to set voltage V2) when the battery 3 enters an abnormal state that makes it unusable.
これにより、本実施形態によるバッテリ充電装置1は、バッテリ3が使用不可能な異常状態になった場合に、例えば、上述した図5に示す波形W5のように、FI負荷部4側に供給する電流のリプル電流Irpを低減することができる。そのため、本実施形態によるバッテリ充電装置1では、コンデンサ13の容量を増大させる必要がない。すなわち、本実施形態によるバッテリ充電装置1は、コンデンサ13の容量を増大させずに、負荷部側(FI負荷部4側)に供給する電流のリプル電流Irpを低減することができる。 As a result, when the battery 3 enters an abnormal state that makes it unusable, the battery charging device 1 according to this embodiment can reduce the ripple current Irp of the current supplied to the FI load section 4, as shown in waveform W5 in Figure 5 above. Therefore, the battery charging device 1 according to this embodiment does not need to increase the capacity of capacitor 13. In other words, the battery charging device 1 according to this embodiment can reduce the ripple current Irp of the current supplied to the load section (FI load section 4) without increasing the capacity of capacitor 13.
また、本実施形態では、切替制御部14は、サイリスタ11がオフ状態(非導通状態)の期間において、ダイオード12の出力線L3の電圧VCが、サイリスタ11の出力線L1の電圧VBより大きい場合に、異常状態であると判定する。 In addition, in this embodiment, the switching control unit 14 determines that an abnormal state exists when the voltage VC of the output line L3 of the diode 12 is greater than the voltage VB of the output line L1 of the thyristor 11 during the period when the thyristor 11 is in the off state (non-conducting state).
これにより、本実施形態によるバッテリ充電装置1は、サイリスタ11がオフ状態(非導通状態)の期間において、出力線L3の電圧VCと、出力線L1の電圧VBとを比較する簡易な手法により、バッテリ3が使用不可能な異常状態であることを簡単に判定することができる。 As a result, the battery charging device 1 of this embodiment can easily determine that the battery 3 is in an abnormal state that makes it unusable by using the simple method of comparing the voltage VC of the output line L3 with the voltage VB of the output line L1 during the period when the thyristor 11 is in the off state (non-conducting state).
また、本実施形態では、切替制御部14は、発電機2が出力する交流信号が負電圧の期間に、異常状態であるか否かを判定する。
これにより、本実施形態によるバッテリ充電装置1は、発電機2が出力する交流信号が負電圧の期間に、例えば、出力線L3の電圧VCと、出力線L1の電圧VBとを比較することで、バッテリ3が使用不可能な異常状態であることを簡単に判定することができる。
In this embodiment, the switching control unit 14 determines whether or not an abnormal state exists during a period in which the AC signal output by the generator 2 is at a negative voltage.
As a result, the battery charging device 1 according to this embodiment can easily determine that the battery 3 is in an abnormal state that makes it unusable, for example, by comparing the voltage VC of the output line L3 with the voltage VB of the output line L1 during the period when the AC signal output by the generator 2 is a negative voltage.
また、本実施形態では、切替制御部14は、バッテリ3が使用可能な正常状態において、設定電圧を、バッテリ3を充電する設定電圧V1(第1設定電圧)に設定する。切替制御部14は、バッテリ3が異常状態である場合に、設定電圧を、FI負荷部4を動作可能で、設定電圧V1より低い設定電圧V2(第2設定電圧)に切り替える。 In addition, in this embodiment, when the battery 3 is in a normal state where it can be used, the switching control unit 14 sets the set voltage to a set voltage V1 (first set voltage) that charges the battery 3. When the battery 3 is in an abnormal state, the switching control unit 14 switches the set voltage to a set voltage V2 (second set voltage) that can operate the FI load unit 4 and is lower than the set voltage V1.
これにより、本実施形態によるバッテリ充電装置1は、電圧制御部17の設定電圧を、FI負荷部4を動作可能で、設定電圧V1より低い設定電圧V2に切り替えることで、コンデンサ13のリプル電流Irpを低減することができる。よって、本実施形態によるバッテリ充電装置1は、例えば、バッテリ3の接続が外れたような異常状態であっても、FI負荷部4を適切に動作させることができる。すなわち、本実施形態によるバッテリ充電装置1は、バッテリ3が外れた異常状態であっても、バッテリ充電装置1を装備した車両(例えば、自動二輪車)を適切に動作させることができる。 As a result, the battery charging device 1 according to this embodiment can reduce the ripple current Irp of the capacitor 13 by switching the set voltage of the voltage control unit 17 to set voltage V2, which is lower than set voltage V1 and allows operation of the FI load unit 4. Therefore, the battery charging device 1 according to this embodiment can properly operate the FI load unit 4 even in an abnormal state, such as when the battery 3 is disconnected. In other words, the battery charging device 1 according to this embodiment can properly operate a vehicle (e.g., a motorcycle) equipped with the battery charging device 1, even in an abnormal state in which the battery 3 is disconnected.
また、本実施形態では、上述したスイッチング素子は、サイリスタ11(シリコン制御整流子)である。電圧制御部17は、FI負荷部4に供給する電圧VCが、設定電圧になるように、サイリスタ11の導通タイミングを制御する。 In this embodiment, the switching element is a thyristor 11 (silicon-controlled rectifier). The voltage control unit 17 controls the conduction timing of the thyristor 11 so that the voltage VC supplied to the FI load unit 4 becomes the set voltage.
これにより、本実施形態によるバッテリ充電装置1は、スイッチング素子として、サイリスタ11(シリコン制御整流子)を用いることで、発電機2が出力する交流信号を、簡易な構成により適切に整流することができる。 As a result, the battery charging device 1 of this embodiment can appropriately rectify the AC signal output by the generator 2 with a simple configuration by using a thyristor 11 (silicon controlled rectifier) as a switching element.
また、本実施形態では、異常状態は、バッテリ3が自装置(バッテリ充電装置1)との接続が外れた状態を含む。
これにより、本実施形態によるバッテリ充電装置1は、バッテリ3が自装置(バッテリ充電装置1)との接続が外れた異常状態になった場合であっても、コンデンサ13の容量を増大させずに、FI負荷部4などの負荷部を適切に動作させることができる。
In this embodiment, the abnormal state also includes a state in which the battery 3 is disconnected from the device itself (battery charging device 1).
As a result, the battery charging device 1 of this embodiment can properly operate load sections such as the FI load section 4 without increasing the capacity of the capacitor 13, even if the battery 3 enters an abnormal state in which it is disconnected from its own device (battery charging device 1).
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、上記の実施形態において、スイッチング素子が、サイリスタ11である例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)トランジスタ、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、他のシリコン制御整流子などの他のスイッチング素子であってもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified within the scope of the present invention.
For example, in the above embodiment, an example has been described in which the switching element is a thyristor 11, but this is not limited to this, and other switching elements may be used, such as MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) transistors, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), other silicon-controlled rectifiers, etc.
また、上記の実施形態において、発電機2は、単相磁石式交流発電機である例を説明したが、これに限定されるものではなく、複数相(例えば、3相など)の交流信号を出力する発電機であってもよいし、他の発電機であってもよい。 In addition, in the above embodiment, the generator 2 is described as a single-phase magneto AC generator, but this is not limited to this and may be a generator that outputs multiple phases (e.g., three phases) of AC signals, or may be another type of generator.
また、上記の実施形態において、切替制御部14及び電圧制御部17の処理は、ソフトウェア処理により実現されてもよいし、電子回路などのハードウェア処理により実現されてもよい。すなわち、切替制御部14及び電圧制御部17は、回路手段により実現されてもよいし、CPU(Central Processing Unit)にプログラムを実行させるソフトウェア処理により実現されてもよい。 Furthermore, in the above embodiment, the processing of the switching control unit 14 and the voltage control unit 17 may be realized by software processing, or by hardware processing such as electronic circuits. In other words, the switching control unit 14 and the voltage control unit 17 may be realized by circuit means, or by software processing that causes a CPU (Central Processing Unit) to execute a program.
なお、バッテリ充電装置1は、切替制御部14及び電圧制御部17の処理が、電子回路などのハードウェア処理により実現された方が、バッテリ3が正常に動作不可能な異常状態の発生に対して、電圧制御部17の設定電圧を迅速に切り替えることができる。すなわち、バッテリ充電装置1は、異常状態の発生に対して、迅速に対応することができる。 In addition, if the processing of the switching control unit 14 and the voltage control unit 17 of the battery charging device 1 is realized by hardware processing such as electronic circuits, the set voltage of the voltage control unit 17 can be quickly switched in the event of an abnormal state in which the battery 3 cannot operate normally. In other words, the battery charging device 1 can respond quickly to the occurrence of an abnormal state.
また、上記の実施形態において、切替制御部14と、電圧制御部17とを異なる構成に実現する例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、切替制御部14の一部又は全部を、電圧制御部17が備えるようにしてもよい。例えば、切替制御部14は、出力線L3の電圧VCが、出力線L1の電圧VBより大きいか否かを判定し、電圧制御部17が、サイリスタ11がオフ状態の期間に、出力線L1の電圧VBより大きいか否かの判定結果に基づいて、バッテリ3の接続などの異常状態を判定するようにしてもよい。 In addition, in the above embodiment, an example has been described in which the switching control unit 14 and the voltage control unit 17 are configured differently, but this is not limited to this. For example, part or all of the switching control unit 14 may be provided by the voltage control unit 17. For example, the switching control unit 14 may determine whether the voltage VC of the output line L3 is greater than the voltage VB of the output line L1, and the voltage control unit 17 may determine an abnormal state, such as the connection of the battery 3, based on the result of the determination of whether the voltage VC of the output line L1 is greater than the voltage VB while the thyristor 11 is in the off state.
また、上記の実施形態において、切替制御部14及び電圧制御部17の機能の一部又は全部を、LSI(Large Scale Integration)等の集積回路として実現してもよい。上述した各機能は個別にプロセッサ化してもよいし、一部、又は全部を集積してプロセッサ化してもよい。 In addition, in the above embodiment, some or all of the functions of the switching control unit 14 and the voltage control unit 17 may be realized as an integrated circuit such as an LSI (Large Scale Integration). Each of the above functions may be implemented individually as a processor, or some or all of them may be integrated into a processor.
また、集積回路化の手法はLSIに限らず専用回路、又は汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりLSIに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。 In addition, the integrated circuit method is not limited to LSI, and may be realized using dedicated circuits or general-purpose processors. Furthermore, if an integrated circuit technology that can replace LSI emerges due to advances in semiconductor technology, integrated circuits using that technology may also be used.
1 バッテリ充電装置
2 発電機
3 バッテリ
4 FI負荷部
5 負荷部
10 レギュレータ
11 サイリスタ
12、15、16 ダイオード
13 コンデンサ
14 切替制御部
17 電圧制御部
REFERENCE SIGNS LIST 1 Battery charging device 2 Generator 3 Battery 4 FI load section 5 Load section 10 Regulator 11 Thyristor 12, 15, 16 Diode 13 Capacitor 14 Switching control section 17 Voltage control section
Claims (6)
前記発電機が出力する前記交流信号を整流して充電電力としてバッテリに供給するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子の出力線と負荷部との間に接続され、前記負荷部に動作電力を供給するダイオードと、
前記ダイオードの出力線に接続され、且つ、前記負荷部と並列に接続されるコンデンサと、
前記負荷部に供給する電圧が、出力目標の設定電圧になるように、前記スイッチング素子の導通を制御する電圧制御部と、
前記バッテリが使用不可能な異常状態になった場合に、前記設定電圧を低下させる切替制御部と
を備えるバッテリ充電装置。 a generator that generates electricity in response to rotation of the rotor and outputs an AC signal in response to the generated electricity;
a switching element that rectifies the AC signal output by the generator and supplies the rectified AC signal to a battery as charging power;
a diode connected between an output line of the switching element and a load section, the diode supplying operating power to the load section;
a capacitor connected to an output line of the diode and connected in parallel with the load section;
a voltage control unit that controls conduction of the switching element so that the voltage supplied to the load unit becomes a set voltage of an output target;
a switching control unit that reduces the set voltage when the battery falls into an abnormal state that makes it unusable.
請求項1に記載のバッテリ充電装置。 2. The battery charging device according to claim 1, wherein the switching control unit determines that the abnormal state occurs when a voltage on an output line of the diode is higher than a voltage on an output line of the switching element during a period when the switching element is in a non-conductive state.
請求項1に記載のバッテリ充電装置。 The battery charging device according to claim 1 , wherein the switching control unit determines whether the abnormal state occurs while the AC signal is at a negative voltage.
前記バッテリが使用可能な正常状態において、前記設定電圧を、前記バッテリを充電する第1設定電圧に設定し、
前記異常状態である場合に、前記設定電圧を、前記負荷部を動作可能で、前記第1設定電圧より低い第2設定電圧に切り替える
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のバッテリ充電装置。 The switching control unit
In a normal state where the battery is usable, the set voltage is set to a first set voltage for charging the battery;
The battery charging device according to claim 1 , wherein, when the abnormal state occurs, the set voltage is switched to a second set voltage that is lower than the first set voltage and that allows the load unit to operate.
前記電圧制御部は、
前記負荷部に供給する電圧が、前記設定電圧になるように、前記スイッチング素子の導通タイミングを制御する
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のバッテリ充電装置。 the switching element is a thyristor,
The voltage control unit
The battery charging device according to claim 1 , wherein the timing of conduction of the switching element is controlled so that the voltage supplied to the load section becomes the set voltage.
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のバッテリ充電装置。 The battery charging device according to claim 1 , wherein the abnormal state includes a state in which the battery is disconnected from the device itself.
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