(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関により駆動されると発電機として動作して交流電流を発生し、交流電流を供給されると電動機として動作する発電電動機と、この発電電動機が発生する交流電流を直流電流に変換するスイッチング回路と、このスイッチング回路が変換した直流電流を蓄電する第１の蓄電器と、前記スイッチング回路が変換した直流電流を蓄電する、前記第１の蓄電器より蓄電電圧が低い第２の蓄電器と、前記第１の蓄電器とスイッチング回路との間に設けられた第１の開閉手段と、前記第２の蓄電器とスイッチング回路との間に設けられた第２の開閉手段と、前記第１の開閉手段と第２の開閉手段との開閉を制御する制御手段とを備え、
前記スイッチング回路のプラス側入出力端子と接地端子との間には、平滑コンデンサが接続され、前記制御手段は、前記第１の開閉手段を予め設定された通電率で開閉駆動することにより、前記平滑コンデンサを充電するプリチャージモードを有することを特徴とする自動車用充電システム。
【請求項２】
内燃機関により駆動されると発電機として動作して交流電流を発生し、交流電流を供給されると電動機として動作する発電電動機と、この発電電動機が発生する交流電流を直流電流に変換するスイッチング回路と、このスイッチング回路が変換した直流電流を蓄電する第１の蓄電器と、前記スイッチング回路が変換した直流電流を蓄電する、前記第１の蓄電器より蓄電電圧が低い第２の蓄電器と、前記第１の蓄電器とスイッチング回路との間に設けられた第１の開閉手段と、前記第２の蓄電器とスイッチング回路との間に設けられた第２の開閉手段と、前記第１の開閉手段と第２の開閉手段との開閉を制御する制御手段とを備え、
前記スイッチング回路のプラス側入出力端子と接地端子との間には、平滑コンデンサが接続され、前記制御手段は、前記第２の開閉手段を予め設定された通電率で開閉駆動することにより、前記平滑コンデンサを放電するディスチャージモードを有することを特徴とする自動車用充電システム。
【請求項３】
前記第１の開閉手段は、コレクタが、前記第１の蓄電器のプラス端子に接続され、エミッタが、前記スイッチング回路のプラス側入出力端子に接続された第１のトランジスタと、この第１トランジスタと並列に、前記スイッチング回路のプラス側入出力端子から、前記第１の蓄電器のプラス端子へ向かう方向に電流を通過させるダイオードとを有し、前記第２の開閉手段は、コレクタが、前記スイッチング回路のプラス側入出力端子に接続された第２のトランジスタと、この第２のトランジスタのエミッタと、前記第２の蓄電器のプラス端子との間に接続され、前記第２の蓄電器のプラス端子から、前記第２のトランジスタのエミッタへ向かう方向に流れる電流を阻止する逆流防止ダイオードとを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の自動車用充電システム。
【請求項４】
前記制御手段は、前記第１の蓄電器によって前記発電電動機を駆動する駆動モードと、前記発電電動機が発生する電力を前記第１の蓄電器に蓄電する第１の蓄電モードと、前記発電電動機が発生する電力を前記第２の蓄電器に蓄電する第２の蓄電モードとを有し、前記駆動モードの際には、前記第１の開閉手段を閉状態とし、前記第２の開閉手段を開状態とし、前記第１の蓄電モードの際には、前記第１および第２の開閉手段の両方を開状態とし、前記第２の蓄電モードの際には、前記第１の開閉手段を開状態とし、前記第２の開閉手段を閉状態とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動車用充電システム。
【請求項５】
前記第１および第２の蓄電器の蓄電電圧を検出する電圧検出手段を設け、前記制御手段は、前記電圧検出手段が検出した検出電圧と、予め設定された基準電圧との偏差に応じて、前記スイッチング回路の通電率を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の自動車用充電システム。
【請求項６】
前記スイッチング回路への入力電流を検出する電流検出手段を備え、前記制御手段は、前記電流検出手段により検出された電流検出値と、予め設定された基準電流値との偏差に応じて、前記第１の開閉手段の通電率を調整することを特徴とする請求項１に記載の自動車用充電システム。
【請求項７】
前記スイッチング回路への入力電流を検出する電流検出手段を備え、前記制御手段は、前記電流検出手段により検出された電流検出値と、予め設定された基準電流値との偏差に応じて、前記第２の開閉手段の通電率を調整することを特徴とする請求項２に記載の自動車用充電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車に搭載されたバッテリを充電する自動車用充電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電圧が異なる２種類のバッテリ、すなわちメインバッテリ（例えば４２Ｖバッテリ）と補助バッテリ（例えば１２Ｖバッテリ）とを搭載した自動車が知られている。すなわち、メインバッテリで、大電力が必要なモータ等を駆動し、補助バッテリで、これ以外の制御装置等を駆動するというように、電圧が異なる２種類のバッテリを使い分ける自動車が知られている。
【０００３】
図１３は、このような自動車のバッテリを充電する充電システムの一従来例を示すブロック図である。この例は、電圧が異なる２種類のバッテリを充電するため、２系統の充電回路をもつ。すなわち、メインバッテリ１０１の充電は、モータジェネレータ１０２が発する交流電流を、コントローラ１０３が制御するインバータ１０４によって直流電流に変換し、この直流電流をメインバッテリ１０１に供給することによって行う。一方、補助バッテリ１０５の充電は、エンジン１０６によってオルタネータ１０７を回転させたときに、このオルタネータ１０７が発する直流電流を補助バッテリ１０５に供給することによって行う。
【０００４】
図１４は、上記のような自動車のバッテリを充電する充電システムのもう一つの従来例を示すブロック図である。この例は、電圧が異なる２種類のバッテリを充電するため、電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータ１０８をもつ。すなわち、メインバッテリ１０１の充電は、上記の例と同様に、モータジェネレータ１０２が発する交流電流を、コントローラ１０３が制御するインバータ１０４によって直流電流に変換し、この直流電流をメインバッテリ１０１に供給することによって行う。一方、補助バッテリ１０５の充電は、インバータ１０４の出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ１０８によって変換して行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来技術には、オルタネータやＤＣ／ＤＣコンバータが必要になるので、充電システムの構成が複雑かつ高価になるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、構成が複雑かつ高価になることがない自動車用充電システムを提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、内燃機関（実施形態ではエンジン１）により駆動されると発電機として動作して交流電流を発生し、交流電流を供給されると電動機として動作する発電電動機（実施形態ではモータジェネレータ２）と、この発電電動機が発生する交流電流を直流電流に変換するスイッチング回路（実施形態ではブリッジ回路５Ｂ）と、このスイッチング回路が変換した直流電流を蓄電する第１の蓄電器（実施形態では４２Ｖバッテリ６）と、前記スイッチング回路が変換した直流電流を蓄電する、前記第１の蓄電器より蓄電電圧が低い第２の蓄電器（実施形態では１２Ｖバッテリ８）と、前記第１の蓄電器とスイッチング回路との間に設けられた第１の開閉手段（実施形態ではトランジスタＳＢ１および寄生ダイオードＫＢ１）と、前記第２の蓄電器とスイッチング回路との間に設けられた第２の開閉手段（実施形態ではトランジスタＳＢ２および逆流防止ダイオードＤ）と、前記第１の開閉手段と第２の開閉手段との開閉を制御する制御手段（実施形態ではＥＣＵ１１）とを備え、前記スイッチング回路のプラス側入出力端子と接地端子との間には、平滑コンデンサ（実施形態では平滑コンデンサＣ）が接続され、前記制御手段は、前記第１の開閉手段を予め設定された通電率で開閉駆動することにより、前記平滑コンデンサを充電するプリチャージモード（実施形態ではプリチャージモード）を有することを特徴とする自動車用充電システムである。
【０００８】
上記構成によれば、発電電動機が発電機として動作する場合に、発電電動機が発生する交流電流がスイッチング回路によって直流電流に変換される。制御手段は、第１の開閉手段と第２の開閉手段との開閉を制御し、前記直流電流を第１の蓄電器または第２の蓄電器に供給し、いずれかの蓄電器を充電する。従って、従来必要であったオルタネータやＤＣ／ＤＣコンバータが不要になり、充電システムの構成が簡単かつ安価になる。
また、上記構成によれば、平滑コンデンサを、所望の電流で、予め充電するプリチャージ動作を行うことができる。
請求項２に記載の発明は、内燃機関により駆動されると発電機として動作して交流電流を発生し、交流電流を供給されると電動機として動作する発電電動機と、この発電電動機が発生する交流電流を直流電流に変換するスイッチング回路と、このスイッチング回路が変換した直流電流を蓄電する第１の蓄電器と、前記スイッチング回路が変換した直流電流を蓄電する、前記第１の蓄電器より蓄電電圧が低い第２の蓄電器と、前記第１の蓄電器とスイッチング回路との間に設けられた第１の開閉手段と、前記第２の蓄電器とスイッチング回路との間に設けられた第２の開閉手段と、前記第１の開閉手段と第２の開閉手段との開閉を制御する制御手段とを備え、前記スイッチング回路のプラス側入出力端子と接地端子との間には、平滑コンデンサが接続され、前記制御手段は、前記第２の開閉手段を予め設定された通電率で開閉駆動することにより、前記平滑コンデンサを放電するディスチャージモード（実施形態ではディスチャージモード）を有することを特徴とする自動車用充電システムである。
上記構成によれば、発電電動機が発電機として動作する場合に、発電電動機が発生する交流電流がスイッチング回路によって直流電流に変換される。制御手段は、第１の開閉手段と第２の開閉手段との開閉を制御し、前記直流電流を第１の蓄電器または第２の蓄電器に供給し、いずれかの蓄電器を充電する。従って、従来必要であったオルタネータやＤＣ／ＤＣコンバータが不要になり、充電システムの構成が簡単かつ安価になる。
また上記構成によれば、平滑コンデンサを、所望の電流で放電させるディスチャージ動作を行うことができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記第１の開閉手段は、コレクタが、前記第１の蓄電器のプラス端子に接続され、エミッタが、前記スイッチング回路のプラス側入出力端子に接続された第１のトランジスタ（実施形態ではトランジスタＳＢ１）と、この第１トランジスタと並列に、前記スイッチング回路のプラス側入出力端子から、前記第１の蓄電器のプラス端子へ向かう方向に電流を通過させるダイオード（実施形態では寄生ダイオードＫＢ１）とを有し、前記第２の開閉手段は、コレクタが、前記スイッチング回路のプラス側入出力端子に接続された第２のトランジスタ（実施形態ではトランジスタＳＢ２）と、この第２のトランジスタのエミッタと、前記第２の蓄電器のプラス端子との間に接続され、前記第２の蓄電器のプラス端子から、前記第２のトランジスタのエミッタへ向かう方向に流れる電流を阻止する逆流防止ダイオード（実施形態では逆流防止ダイオードＤ）とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の自動車用充電システムである。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、前記制御手段は、前記第１の蓄電器によって前記発電電動機を駆動する駆動モード（実施形態では４２Ｖ駆動モード）と、前記発電電動機が発生する電力を前記第１の蓄電器に蓄電する第１の蓄電モード（実施形態では４２Ｖ充電モード）と、前記発電電動機が発生する電力を前記第２の蓄電器に蓄電する第２の蓄電モード（実施形態では１２Ｖ充電モード）とを有し、前記駆動モードの際には、前記第１の開閉手段を閉状態とし、前記第２の開閉手段を開状態とし、前記第１の蓄電モードの際には、前記第１および第２の開閉手段の両方を開状態とし、前記第２の蓄電モードの際には、前記第１の開閉手段を開状態とし、前記第２の開閉手段を閉状態とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動車用充電システムである。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、前記第１および第２の蓄電器の蓄電電圧を検出する電圧検出手段（実施形態では第１の電圧検出手段７および第２の電圧検出手段９）を設け、前記制御手段は、前記電圧検出手段が検出した検出電圧と、予め設定された基準電圧との偏差に応じて、前記スイッチング回路の通電率を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の自動車用充電システムである。
【００１２】
上記構成によれば、電圧検出手段が検出した、第１および第２の蓄電器の蓄電電圧と、予め設定された基準電圧との偏差に応じて、スイッチング回路の通電率が制御されるので、第１および第２の蓄電器へ、所望の電圧を印加しつつ蓄電を行うことができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、前記スイッチング回路への入力電流を検出する電流検出手段（実施形態では電流検出手段１３）を備え、前記制御手段は、前記電流検出手段により検出された電流検出値と、予め設定された基準電流値との偏差に応じて、前記第１の開閉手段の通電率を調整することを特徴とする請求項１に記載の自動車用充電システムである。上記構成によれば、制御手段が、電流検出手段により検出された電流検出値と、予め設定された基準電流値との偏差に応じて、第１の開閉手段の通電率を調整するので、定電流でプリチャージ動作を行うことができる。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、前記スイッチング回路への入力電流を検出する電流検出手段を備え、前記制御手段は、前記電流検出手段により検出された電流検出値と、予め設定された基準電流値との偏差に応じて、前記第２の開閉手段の通電率を調整することを特徴とする請求項２に記載の自動車用充電システムである。上記構成によれば、制御手段が、電流検出手段により検出された電流検出値と、予め設定された基準電流値との偏差に応じて、第２の開閉手段の通電率を調整するので、定電流でディスチャージを行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態における自動車用充電システムの構成を示す構成図である。エンジン１の出力軸は、モータジェネレータ（発電電動機）２の回転軸と接続され、共通の軸を形成している。この共通の軸は、変速機３に接続されており、さらに、この変速機３の出力軸は、車輪４に接続されている。従って、エンジン１は、変速機３を介して車輪４を回転させ、自動車を走行させることが可能となっている。このとき、エンジン１は、モータジェネレータ２の回転軸をも回転させるので、モータジェネレータ２は、発電機として動作し、交流電流を発生する。一方、エンジン始動の際には、モータジェネレータ２に交流電流が供給され、モータとして動作させられる。このモータとして動作するモータジェネレータ２によって、エンジン１の出力軸が回転させられ、このとき、燃料供給とプラグ点火の動作が行われることでエンジン１が始動される。
【００１８】
モータジェネレータ２は、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の入出力端子２Ｕ、２Ｖ、２Ｗを有する。これらの入出力端子２Ｕ、２Ｖ、２Ｗは、それぞれインバータ５の交流入出力端子５Ｕ、５Ｖ、５Ｗに接続されている。インバータ５は、さらに、直流入出力端子５Ｄ１、５Ｄ２および接地端子ＧＮＤを有する。
【００１９】
インバータ５は、モータジェネレータ２が発電機として動作する場合に、モータジェネレータ２から送られる交流電流を交流入出力端子５Ｕ、５Ｖ、５Ｗから入力し、交流電流を直流電流に変換し、直流電流を直流入出力端子５Ｄ１および接地端子ＧＮＤから、または直流入出力端子５Ｄ２および接地端子ＧＮＤから出力する。
【００２０】
一方、モータジェネレータ２がモータとして動作する場合には、インバータ５は、直流入出力端子５Ｄ１および接地端子ＧＮＤから、または直流入出力端子５Ｄ２および接地端子ＧＮＤから入力される直流電流を交流電流に変換し、この交流電流を交流入出力端子５Ｕ、５Ｖ、５Ｗから出力し、モータジェネレータ２に送る。
【００２１】
インバータ５は、ブリッジ回路５Ｂと、平滑コンデンサＣと、逆流防止ダイオードＤと、トランジスタＳＢ１、ＳＢ２と、これらのトランジスタＳＢ１、ＳＢ２と共に形成される寄生ダイオードＫＢ１、ＫＢ２とを内蔵している。
【００２２】
すなわち、トランジスタＳＢ１、ＳＢ２のコレクタ・エミッタ間に、それぞれ寄生ダイオードＫＢ１、ＫＢ２が形成され、等価的には、トランジスタＳＢ１、ＳＢ２のエミッタに、それぞれ寄生ダイオードＫＢ１、ＫＢ２のアノードが接続され、トランジスタＳＢ１、ＳＢ２のコレクタに、それぞれ寄生ダイオードＫＢ１、ＫＢ２のカソードが接続された状態となる。
【００２３】
トランジスタＳＢ１のコレクタは、直流入出力端子５Ｄ１に接続され、トランジスタＳＢ１のエミッタは、トランジスタＳＢ２のコレクタに接続されている。トランジスタＳＢ２のエミッタは、逆流防止ダイオードＤのアノードに接続され、逆流防止ダイオードＤのカソードは、直流入出力端子５Ｄ２に接続されている。
【００２４】
スイッチング回路であるブリッジ回路５Ｂは、交流入出力端子５ＢＵ、５ＢＶ、５ＢＷと、直流入出力端子５ＢＤと、接地端子５ＢＧと、制御端子５ＢＵ１、５ＢＵ２、５ＢＶ１、５ＢＶ２、５ＢＷ１、５ＢＷ２とを有する。交流入出力端子５ＢＵ、５ＢＶ、５ＢＷは、それぞれインバータ５の交流入出力端子５Ｕ、５Ｖ、５Ｗと接続され、直流入出力端子５ＢＤは、トランジスタＳＢ１のエミッタおよびトランジスタＳＢ２のコレクタに接続されている。接地端子５ＢＧは、インバータ５の接地端子ＧＮＤに接続されている。また、直流入出力端子５ＢＤと接地端子５ＢＧとの間に、平滑コンデンサＣが接続されている。
【００２５】
ブリッジ回路５Ｂの内部構成を説明する。ブリッジ回路５Ｂは、複数のスイッチング素子であるトランジスタＳＵ１、ＳＵ２、ＳＶ１、ＳＶ２、ＳＷ１、ＳＷ２を内蔵している。これらのトランジスタＳＵ１、ＳＵ２、ＳＶ１、ＳＶ２、ＳＷ１、ＳＷ２のコレクタ・エミッタ間には、それぞれ寄生ダイオードＫＵ１、ＫＵ２、ＫＶ１、ＫＶ２、ＫＷ１、ＫＷ２が形成され、等価的には、各トランジスタのエミッタに、それぞれ各寄生ダイオードのアノードが接続され、各トランジスタのコレクタに、それぞれ各寄生ダイオードのカソードが接続された状態となる。
【００２６】
トランジスタＳＵ１、ＳＶ１、ＳＷ１のコレクタは、全て直流入出力端子５ＢＤに接続されている。トランジスタＳＵ１のエミッタは、トランジスタＳＵ２のコレクタに接続され、トランジスタＳＶ１のエミッタは、トランジスタＳＶ２のコレクタに接続され、トランジスタＳＷ１のエミッタは、トランジスタＳＷ２のコレクタに接続されている。トランジスタＳＵ２、ＳＶ２、ＳＷ２のエミッタは、全て接地端子５ＢＧに接続されている。
【００２７】
交流入出力端子５ＢＵは、トランジスタＳＵ１のエミッタおよびトランジスタＳＵ２のコレクタに接続され、交流入出力端子５ＢＶは、トランジスタＳＶ１のエミッタおよびトランジスタＳＶ２のコレクタに接続され、交流入出力端子５ＢＷは、トランジスタＳＷ１のエミッタおよびトランジスタＳＷ２のコレクタに接続されている。
【００２８】
インバータ５の直流入出力端子５Ｄ１と接地端子ＧＮＤとの間には、充電が可能な第１の蓄電器である４２Ｖバッテリ６と、この４２Ｖバッテリ６の両端間の電圧を検出する第１の電圧検出手段７とが接続されている。また、インバータ５の直流入出力端子５Ｄ２と接地端子ＧＮＤとの間には、やはり充電が可能で、第１の蓄電器より蓄電電圧の低い第２の蓄電器である１２Ｖバッテリ８と、この１２Ｖバッテリ８の両端間の電圧を検出する第２の電圧検出手段９とが接続されている。１２Ｖバッテリ８の両端間には、この１２Ｖバッテリ８によって駆動される負荷１０が接続されている。すなわち、スイッチング回路であるブリッジ回路５Ｂが変換した直流電流を蓄電する第１、第２の蓄電器が設けられ、かつ、第１の蓄電器とスイッチング回路との間に第１の開閉手段としてトランジスタＳＢ１が設けられ、第２の蓄電器とスイッチング回路との間に第２の開閉手段としてトランジスタＳＢ２が設けられ、第１の開閉手段と第２の開閉手段の開閉による通電を制御手段であるＥＣＵ１１が制御するよう構成されている。
【００２９】
第１の電圧検出手段７および第２の電圧検出手段９による検出結果（電圧の検出値）は、ＥＣＵ（電子制御装置）１１に入力される。このＥＣＵ（電子制御装置）１１には、モータジェネレータ２の回転角を検出する回転角センサ２ａの出力ＳＥＵ、ＳＥＶ、ＳＥＷも入力される。ＥＣＵ１１は、ブリッジ回路５Ｂの各トランジスタをオン・オフ駆動させるために供給するパルスのデューティ（オン・オフの比率）のマップ（データ）を記憶している記憶装置１２と接続されている。また、ＥＣＵ１１は、ブリッジ回路５Ｂの制御端子５ＢＵ１、５ＢＵ２、５ＢＶ１、５ＢＶ２、５ＢＷ１、５ＢＷ２と接続されており、これらの制御端子に、上述したパルスを供給する。さらに、ＥＣＵ（電子制御装置）１１は、トランジスタＳＢ１およびＳＢ２のベースと接続されており、これらのトランジスタのオン・オフを制御する。
すなわち、この充電システムには、スイッチング回路であるブリッジ回路５Ｂが変換した直流電流を蓄電する第１、第２の蓄電器が設けられ、第１の蓄電器とスイッチング回路との間に第１の開閉手段としてトランジスタＳＢ１が設けられ、第２の蓄電器とスイッチング回路との間に第２の開閉手段としてトランジスタＳＢ２が設けられ、第１の開閉手段と第２の開閉手段の開閉による通電を制御手段であるＥＣＵ１１が制御するよう構成されている。
【００３０】
上記ＥＣＵ１１は、第１の電圧検出手段７および第２の電圧検出手段９による各バッテリの端子間電圧の検出結果と、回転角センサ２ａからの出力ＳＥＵ、ＳＥＶ、ＳＥＷとに基づいて、ブリッジ回路５Ｂを制御する。ＰＷＭ制御（パルス幅変調によりオン・オフを繰り返す制御）のため、ブリッジ回路５Ｂにパルスを送る場合には、記憶装置１２に予め記憶されたマップに基づいて、パルスのデューティを決定する。
【００３１】
ＥＣＵ（電子制御装置）１１がインバータ５を制御し、高圧電源である４２Ｖバッテリ６を充電する際には、ブリッジ回路５Ｂによって高圧（４２Ｖ）まで昇圧を行い、低圧電源である１２Ｖバッテリ８を充電する際には、低圧（１２Ｖ）まで昇圧を行う。なお、インバータ５の出力を２つのバッテリへ分配するトランジスタＳＢ１およびＳＢ２を、ブリッジ回路５Ｂと同一のチップ上に形成することも、別体とすることも可能である。
【００３２】
図２は、バッテリ充電の際に、インバータ５内のブリッジ回路５Ｂに印加される波形を示すタイミングチャートである。図中の期間Ａにおいては、ブリッジ回路５Ｂ内の各トランジスタが定常的にオンされ、期間Ｂにおいては、各トランジスタがＰＷＭ制御され、期間Ｃにおいては、各トランジスタがオフされる。
【００３３】
図３は、モータ駆動またはバッテリ充電の際の、充電システムの各部の波形を示すタイミングチャートである。図３（ａ）は、モータジェネレータ２に設けられた回転角センサ２ａの出力波形である。図３（ｂ）は、駆動モード（モータジェネレータ２に４２Ｖバッテリ６から給電を行い、モータとして使用するモード）における、インバータ５内のブリッジ回路５Ｂに印加される波形である。図３（ｃ）は、回生モード（モータジェネレータ２を発電機として使用し、バッテリを充電するモード）における、インバータ５内のブリッジ回路５Ｂに印加される波形である。この波形は、各トランジスタが定常的にオンされる期間Ａと、各トランジスタがＰＷＭ制御され、オン・オフを繰り返す期間Ｂと、各トランジスタがオフされる期間Ｃとを含む。なお、図３（ｃ）の波形は、図３（ａ）の回転角センサ２ａの出力波形によって同期がとられる。すなわち、バッテリ充電時には、ＥＣＵ（電子制御装置）１１が、回転角センサ２ａの出力波形に基づいて、ブリッジ回路５Ｂへ送る波形の同期をとる。
【００３４】
本実施形態における充電システムは、４２Ｖ駆動モード、４２Ｖ充電モード、１２Ｖ充電モード、プリチャージモード、ディスチャージモードという５種類の動作モードを有する。
【００３５】
図４は、４２Ｖ駆動モードおよび４２Ｖ充電モードにおける電流の流れを示す図である。エンジン始動時には、４２Ｖバッテリ６からの電源供給によりモータジェネレータ２を駆動し、このモータジェネレータ２をモータとして動作させてエンジン１の出力軸を回転させ、エンジン１を始動させるので、４２Ｖ駆動モードとされる。このとき、トランジスタＳＢ１はオン、トランジスタＳＢ２はオフとされる。
【００３６】
４２Ｖバッテリ６を充電する４２Ｖ充電モードの際には、トランジスタＳＢ１およびＳＢ２はオフされ、寄生ダイオードＫＢ１を介して充電電流が４２Ｖバッテリ６に供給される。このとき、ブリッジ回路５Ｂは、定電圧（４２Ｖ）を発するように、ＥＣＵ１１によって制御される。詳細には、記憶装置１２が、所望の電圧値（４２Ｖ）を得るための、モータジェネレータ２の回転数に応じたデューディのマップを予め記憶しており、ＥＣＵ１１が、このマップを参照して、ブリッジ回路５Ｂ内の各トランジスタを駆動する波形のデューティを制御する。
【００３７】
図５は、１２Ｖ充電モードにおける電流の流れを示す図である。１２Ｖバッテリ８を充電する１２Ｖ充電モードの際には、トランジスタＳＢ１はオフ、トランジスタＳＢ２はオンされ、１２Ｖバッテリ８は、トランジスタＳＢ２および逆流防止ダイオードＤを介して充電される。逆流防止ダイオードＤは、１２Ｖバッテリ８からブリッジ回路５Ｂに電流が逆流することを防止する。
【００３８】
このとき、ブリッジ回路５Ｂは、定電圧（１２Ｖ）を発するように、ＥＣＵ１１によって制御される。詳細には、記憶装置１２が、所望の電圧値（１２Ｖ）を得るための、モータジェネレータ２の回転数に応じたデューティのマップを予め記憶しており、ＥＣＵ１１が、このマップを参照して、ブリッジ回路５Ｂ内の各トランジスタを駆動する波形のデューティを制御する。
【００３９】
図６は、プリチャージモードおよびディスチャージモードにおける電流の流れを示す図である。プリチャージモードとは、インバータ５内の平滑コンデンサＣを、４２Ｖバッテリ６によってプリチャージ（充電）するモードであり、ディスチャージモードとは、インバータ５内の平滑コンデンサＣをディスチャージ（放電）し、その両端の電圧を低下させるモードである。ディスチャージは、整備点検時の安全を図るために行われる。
【００４０】
プリチャージモード時には、トランジスタＳＢ１が所定のデューティでＰＷＭ制御され、オン・オフが繰り返される。これにより、平滑コンデンサＣは、所定の電流で充電される。
【００４１】
ディスチャージモード時には、トランジスタＳＢ２が所定のデューティでＰＷＭ制御され、オン・オフが繰り返される。これにより、平滑コンデンサＣは、所定の電流で放電される。
【００４２】
このとき、トランジスタＳＢ１およびＳＢ２と、ブリッジ回路５Ｂとの間に電流検出手段１３を設け、充電電流または放電電流を検出し、この検出結果に基づいて、定電流で充放電させることも可能である。また、トランジスタＳＢ１のエミッタおよびトランジスタＳＢ２のコレクタが接続された点と、接地端子５ＢＧとの間に電圧検出手段１４を設け、平滑コンデンサＣの両端間の電圧を検出しつつ所望の電圧になるように充放電させることも可能である。
【００４３】
図７は、エンジン１が始動されてから停止されるまでの動作の一例（動作例１）を示すタイミングチャートであり、一時停車時にアイドリングを停止させるアイドル停止運転において４２Ｖバッテリをアイドル停止からのエンジン始動にのみ用いる場合の充電制御を想定している。イグニッションスイッチ（ＩＧ）がオンされると、まず、平滑コンデンサＣのプリチャージが実行され（▲１▼）、次に、４２Ｖバッテリ６によってモータジェネレータ２が駆動され、モータジェネレータ２がエンジン１を回転させ、このときにプラグ点火動作を開始させ、エンジン１を始動させる（▲２▼）。
【００４４】
次に、４２Ｖ充電モードとされ、４２Ｖバッテリ６が充電される（▲３▼）。詳細には、始動されたエンジン１が、モータジェネレータ２を回転させ、このモータジェネレータ２が発電機として動作し、発電された電力によって、４２Ｖバッテリ６が充電される。このときの充電量は次回の始動に必要な始動電力分に相当するものであり、すなわち、エンジン始動において消費される電力が、４２Ｖバッテリ６に補充される。
【００４５】
４２Ｖバッテリ６への充電が完了したら、次に、１２Ｖ充電モードとされ、１２Ｖバッテリ８が充電される（▲４▼）。１２Ｖ充電モードにおいては、１２Ｖバッテリ８が充電されると共に、１２Ｖバッテリ８に接続された負荷１０が消費する電力も、モータジェネレータ２からインバータ５を介して供給される。すなわち、４２Ｖバッテリ６に、次の始動電力分の充電を実行した後は、１２Ｖ充電モードを継続するようになっている。
【００４６】
イグニッションスイッチがオフされると、ディスチャージモードとされ、平滑コンデンサＣがディスチャージされ、その両端間の電圧が約１２Ｖまで低下させられ、整備点検時の安全が図られる（▲５▼）。
【００４７】
図８は、上述した動作例１の動作の詳細を示すフローチャートである。なお、以下の説明におけるＳ１等の符号は、フローチャート中のステップを表す。まず、イグニッションスイッチがオンされたか否かが検出され（Ｓ１）、オンされれば、第１のタイマーがスタートされる（Ｓ２）。第１のタイマーは、平滑コンデンサＣのプリチャージ時間を測定するタイマーであり、ＥＣＵ１１に内蔵されている。そして、トランジスタＳＢ１をＰＷＭ制御によりチョッピング動作させることによる、平滑コンデンサＣのプリチャージが実行され（Ｓ３）、第１のタイマーの満了（Ｓ４）で、プリチャージが終了させられる。以上により、所定の時間だけ、平滑コンデンサＣのプリチャージが実行される。
【００４８】
次に、トランジスタＳＢ１がオンされ（Ｓ５）、４２Ｖバッテリ６から直流電流がインバータ５内のブリッジ回路５Ｂに供給される。インバータ５内のブリッジ回路５Ｂは、供給された直流電流の強制転流を実行し（Ｓ６）、直流電流を交流電流に変換し、この交流電流がモータジェネレータ２に供給される。すると、このモータジェネレータ２は、モータとして動作し、このモータとしてのモータジェネレータ２が、エンジン１を回転させる。そして、プラグが点火される（Ｓ７）と、エンジンが始動される。ＥＣＵ１１は、回転角センサ２ａの出力から、エンジン回転数Ｎｅが所定値より大きいことを確認する（Ｓ８）。すなわち、ＥＣＵ１１は、エンジン１がかかり、アイドル状態になったことを確認する。
【００４９】
次に、ＥＣＵ１１は、４２Ｖバッテリの蓄電量が所定値未満のときに出力される４２Ｖ充電フラグの有無を確認し（Ｓ９）、４２Ｖ充電フラグが立っていれば、４２Ｖバッテリ６の充電を開始する（Ｓ１０）。すなわち、４２Ｖ充電フラグが立っていれば、ブリッジ回路５ＢのＰＷＭ制御を開始し、４２Ｖバッテリの充電を開始する。そして、第１の電圧検出手段７が、４２Ｖバッテリ６の両端の電圧を検出し（Ｓ１１）、検出結果をＥＣＵ１１に送る。ＥＣＵ１１は、検出された電圧値が所定値以上であるか否かから、４２Ｖバッテリ６の充電量を判断し、充電量が十分であれば、４２Ｖ充電フラグを消す。ＥＣＵ１１は、４２Ｖ充電フラグが消されていることを確認した（Ｓ１２）後に、ブリッジ回路５Ｂへのパルスの供給を停止し（Ｓ１３）、４２Ｖバッテリ６の充電を停止させる。
【００５０】
４２Ｖバッテリ６の充電が完了したら、ＥＣＵ１１は、１２Ｖバッテリの蓄電量が所定値未満のときに出力される１２Ｖ充電フラグの有無を確認し（Ｓ１４）、１２Ｖ充電フラグが立っていれば、１２Ｖバッテリ８の充電を実行する。すなわち、１２Ｖ充電フラグが立っていれば、トランジスタＳＢ２をオンした後に、ブリッジ回路５ＢのＰＷＭ制御を行う（Ｓ１５）。
【００５１】
イグニッションスイッチがオフされると（Ｓ１６）、プラグへの点火が停止され、ブリッジ回路５ＢのＰＷＭ制御も停止される（Ｓ１７）。そして、平滑コンデンサＣのディスチャージ時間を計測する第２のタイマー（この第２のタイマーもＥＣＵ１１に内蔵されている）がスタートされる（Ｓ１８）。そして、ＥＣＵ１１は、トランジスタＳＢ２をＰＷＭ制御することにより、平滑コンデンサＣのディスチャージを実行する（Ｓ１９）。そして、第２のタイマーが満了したら（Ｓ２０）、ディスチャージを終了させる。
【００５２】
図９は、エンジン１が始動されてから停止されるまでの動作の別の例（動作例２）を示すタイミングチャートであり、４２Ｖバッテリ６の充電電力を、モータジェネレータ２によるエンジン始動に用いると共に、走行時にモータジェネレータ２により補助的な駆動を行うアシスト運転に用いた場合の動作例である。イグニッションスイッチ（ＩＧ）がオンされると、まず、平滑コンデンサＣのプリチャージが実行され（▲１▼）、次に、４２Ｖバッテリ６によってモータジェネレータ２が駆動され、モータジェネレータ２がエンジン１を回転させ、エンジン１を始動させる（▲２▼）。
【００５３】
次に、４２Ｖバッテリ６の充電と、１２Ｖバッテリ８の充電とが交互に行われる（▲３▼、▲４▼）。充電するバッテリの切り換えは、４２Ｖバッテリと１２Ｖバッテリの蓄電量や、予め時間設定された充電タイミングに応じて出力される充電フラグに基づいて行う。イグニッションスイッチがオフされ、エンジン１が停止されると、平滑コンデンサＣのディスチャージが実行される（▲５▼）。
【００５４】
図１０〜１２は、上述した動作例２の動作の詳細を示すフローチャートである。すなわち、図１０は、平滑コンデンサＣのプリチャージおよびエンジン始動のフローを示すフローチャートである。図１１は、４２Ｖバッテリ６および１２Ｖバッテリ８を交互に充電する動作のフローを示すフローチャートである。図１２は、エンジン停止および平滑コンデンサＣのディスチャージのフローを示すフローチャートである。なお、以下の説明におけるＳ１０１、Ｓ２０１、Ｓ３０１等の符号は、フローチャート中のステップを表す。
【００５５】
まず、図１０を参照し、プリチャージおよびエンジン始動のフローを説明する。まず、ＥＣＵ１１は、イグニッションスイッチがオンしたときに出力されるエンジン始動フラグが１であることを確認し（Ｓ１０１）た後に、平滑コンデンサＣへのプリチャージが完了しているときに出力されるプリチャージ完了フラグが１であるかどうかを調べる（Ｓ１０２）。プリチャージ完了フラグが１ではない場合に、トランジスタＳＢ１をＰＷＭ制御し、平滑コンデンサＣのプリチャージを行い（Ｓ１０３）、プリチャージ完了フラグが１である場合には、平滑コンデンサＣのプリチャージは行わない。
【００５６】
次に、プリチャージ完了フラグが１とされる（Ｓ１０４）。そして、トランジスタＳＢ１がオンされ、４２Ｖバッテリ６からブリッジ回路５Ｂへ直流電流が供給される。そして、ブリッジ回路５Ｂは、供給された直流電流を強制転流し、交流電流に変換する。この交流電流が、モータジェネレータ２に供給され、モータジェネレータ２がエンジン１を回転させる。これと共に、プラグが点火され（Ｓ１０５）、エンジン１が始動される。ＥＣＵ１１は、回転角センサ２ａの出力に基づいて、エンジン１の回転数Ｎｅを検出し、このエンジン１の回転数Ｎｅが所定値より大きいかどうかによって、エンジン１の始動が完了したかどうかを判断する（Ｓ１０６）。
【００５７】
次に、図１１を参照し、４２Ｖバッテリ６と１２Ｖバッテリ８とを、それぞれの蓄電量に応じて交互に充電するフローを説明する。まず、４２Ｖバッテリ６の蓄電量と、１２Ｖバッテリ８の蓄電量とが、それぞれ検出される（Ｓ２０１）。これは、具体的には、第１の電圧検出手段７と、第２の電圧検出手段９とが、各バッテリの両端の電圧を検出し、ＥＣＵ１１が、この検出結果から各バッテリの蓄電量を算出する。
【００５８】
次に、１２Ｖバッテリ８の蓄電量が、その基準値と比較され（Ｓ２０２）、基準値より小さければ、１２Ｖ充電フラグが１とされ（Ｓ２０４）、かつ４２Ｖ充電フラグが０とされる（Ｓ２０５）。これにより、１２Ｖバッテリ８の充電が実行される。
【００５９】
１２Ｖバッテリの蓄電量が、その基準値以上であれば、次に、４２Ｖバッテリ６の蓄電量が、その基準値と比較され（Ｓ２０３）、基準値より小さければ、４２Ｖ充電フラグが１とされ（Ｓ２０６）、かつ１２Ｖ充電フラグが０とされる（Ｓ２０７）。これにより、４２Ｖバッテリ６の充電が実行される。
【００６０】
なお、４２Ｖバッテリ６の充電と、１２Ｖバッテリ８の充電との切り換えを、蓄電量ではなく予め設定した切換え時間に基づいて行っても良い。
【００６１】
次に、図１２を参照し、エンジン停止およびディスチャージのフローを説明する。ＥＣＵ１１は、エンジン停止フラグが１であることを確認したら（Ｓ３０１）、インバータ５内のブリッジ回路５ＢのＰＷＭ制御を停止し、かつプラグへの点火も停止させる（Ｓ３０２）。すると、エンジン１は停止する。そして、トランジスタＳＢ２をＰＷＭ制御することにより、平滑コンデンサＣのディスチャージを実行する（Ｓ３０３）。ディスチャージが完了したら、プリチャージ完了フラグを０にする（Ｓ３０４）。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、請求項１乃至請求項４に係る発明では、発電電動機が発電機として動作する場合に、発電電動機が発生する交流電流がスイッチング回路によって直流電流に変換され、制御手段は、第１の開閉手段と第２の開閉手段との開閉を制御し、前記直流電流を第１の蓄電器または第２の蓄電器に供給し、いずれかの蓄電器を充電するので、従来必要であったオルタネータやＤＣ／ＤＣコンバータが不要になり、充電システムの構成が簡単かつ安価になる。
【００６３】
また、請求項５に係る発明では、電圧検出手段が検出した、第１および第２の蓄電器の蓄電電圧と、予め設定された基準電圧との偏差に応じて、スイッチング回路の通電率が制御されるので、第１および第２の蓄電器へ、所望の電圧を印加しつつ蓄電を行うことができる。
【００６４】
また、請求項１に係る発明では平滑コンデンサを、所望の電流で、予め充電するプリチャージ動作を行うことができる。
また、請求項２に係る発明では、平滑コンデンサを、所望の電流で放電させるディスチャージ動作を行うことができる。
【００６５】
また、請求項６に係る発明では、制御手段が、電流検出手段により検出された電流検出値と、予め設定された基準電流値との偏差に応じて、第１の開閉手段の通電率を調整するので、定電流でプリチャージ動作を行うことができる。
また、請求項７に係る発明では、制御手段が、電流検出手段により検出された電流検出値と、予め設定された基準電流値との偏差に応じて、第２の開閉手段の通電率を調整するので、定電流でディスチャージを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態における自動車用充電システムの構成を示す構成図。
【図２】  バッテリ充電の際に、インバータ５内のブリッジ回路５Ｂに印加される波形を示すタイミングチャート。
【図３】  モータ駆動またはバッテリ充電の際の、充電システムの各部の波形を示すタイミングチャート。
【図４】  ４２Ｖ駆動モードおよび４２Ｖ充電モードにおける電流の流れを示す図。
【図５】  １２Ｖ充電モードにおける電流の流れを示す図。
【図６】  プリチャージモードおよびディスチャージモードにおける電流の流れを示す図。
【図７】  エンジン１が始動されてから停止されるまでの動作の一例（動作例１）を示すタイミングチャート。
【図８】  動作例１の動作の詳細を示すフローチャート。
【図９】  エンジン１が始動されてから停止されるまでの動作の別の例（動作例２）を示すタイミングチャート。
【図１０】  動作例２における平滑コンデンサＣのプリチャージおよびエンジン始動のフローを示すフローチャート。
【図１１】  動作例２における４２Ｖバッテリ６および１２Ｖバッテリ８を交互に充電する動作のフローを示すフローチャート。
【図１２】  動作例２におけるエンジン停止および平滑コンデンサＣのディスチャージのフローを示すフローチャート。
【図１３】  電圧が異なる２種類のバッテリを使い分ける自動車のバッテリを充電する充電システムの一従来例を示すブロック図。
【図１４】  電圧が異なる２種類のバッテリを使い分ける自動車のバッテリを充電する充電システムのもう一つの従来例を示すブロック図。
【符号の説明】
１  エンジン（内燃機関）
２  モータジェネレータ（発電電動機）
２ａ  回転角センサ
３  変速機
４  車輪
５  インバータ
５Ｂ  ブリッジ回路（スイッチング回路）
Ｃ  平滑コンデンサ
Ｄ  逆流防止ダイオード
ＳＢ１  トランジスタ（第１の開閉手段）
ＳＢ２  トランジスタ（第２の開閉手段）
ＫＢ１、ＫＢ２  寄生ダイオード
ＳＵ１、ＳＵ２、ＳＶ１、ＳＶ２、ＳＷ１、ＳＷ２  トランジスタ
ＫＵ１、ＫＵ２、ＫＶ１、ＫＶ２、ＫＷ１、ＫＷ２  寄生ダイオード
６  ４２Ｖバッテリ（第１の蓄電器）
７  第１の電圧検出手段
８  １２Ｖバッテリ（第２の蓄電器）
９  第２の電圧検出手段
１０  負荷
１１  ＥＣＵ（電子制御装置、制御手段）
１２  記憶装置
１３  電流検出手段
１４  電圧検出手段
【図１】
0004290346.tif 000002
【図２】
0004290346.tif 000003
【図３】
0004290346.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004290346.tif 000008
【図８】
0004290346.tif 000009
【図９】
0004290346.tif 000010
【図１０】
0004290346.tif 000011
【図１１】
0004290346.tif 000012
【図１２】
0004290346.tif 000013
【図１３】
0004290346.tif 000014
【図１４】
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