专利名称：电源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电源装置，尤其涉及能够合理地从电池对用发动机驱动的发电机的输出进行电力补充的电源装置。
背景技术：
专利文献1特开2003-102200号公报发动机驱动式发电机等发电装置，作为从便携用到紧急用的各种用途的电源装置已经普及。在输出较小的电源装置中，例如，有时在连接有汞灯负载、电动机负载等在起动时瞬时间有大电流流过的负载的情况下，发生瞬时的过载状态，发动机和发电机的转数降低，产生失速(熄灭)。即，当发生瞬时的过载状态时，发动机的转数降低，由该降低导致发电机的输出降低，陷入更甚的过载状态，该恶性循环导致产生失速。因此，电动机等的电感负载只能使用相当于发动机驱动式发电机的额定值的1/3左右的负载。
上述专利文献1中，公开了在过载时从电池借用(融通する)不足的电力部分，以抑制瞬时的过载和由此引起的负载随动延迟的逆变器式发电机。
在如上述专利文献1中所述的在过载时从电池借用不足的电力部分的系统中，为防止电池的过度放电，必须有根据电池的状态逐次自动地进行充电等的电池管理系统。由于电池在长期使用中劣化严重，而且容易受温度等环境的影响，因此仅仅根据检测出的电池电压的降低进行充电、或者以显示容量为基准进行一刀切的消耗限制的、只考虑取出电荷量和充电电荷量的电池管理并不能充分地防止电池的过度放电。
另外，在将电池兼用作发动机起动用电池的情况下，必须在确保起动发动机起动用马达所必需的电池的容量的同时，从电池向负载供电。
还有，虽然可以考虑根据连接的负载的大小更换成容量不同的电池，但在那种情况下，存在必须每次都设定所更换的电池的充放电水平等来进行电池管理，存在该设定麻烦并且难以对其进行适当的设定的问题。
发明内容
本发明的目的是，提供一种电源装置，其解决上述问题，能够在当前的使用状态下检查电池，在连接任何电池的情况下，都能进行与该电池相应的适当的充放电控制等电池管理。
为了解决上述问题，本发明提供一种电源装置，其利用由发动机驱动的发电机、将该发电机的输出提供给负载的控制电路、作为电源的电池、该电池的输出和所述发电机的输出向负载供电，该电源装置的第1特征在于，推断电池的容量和放电率，根据它们求出与电池的输出相应的放电允许时间，在该放电允许时间小于等于设定时间时，停止获取所述电池的输出，利用所述发电机的输出对所述电池进行充电。
并且，本发明的第2特征在于，具有分别监视电池电压、电池电流和电池氛围温度的检测部，由电池电压和电池电流的时间变化推断所述电池的内部电阻，根据该内部电阻推断所述电池容量，并由该内部电阻和电池电压、电池电流和电池氛围温度推断使用时刻的所述电池的电动势，由该电动势推断所述电池的放电率。
并且，本发明的第3特征在于，由所述电池的容量和放电率求出充电电流上限允许值，按照该充电电流上限允许值对向所述电池充电的电流进行控制。
并且，本发明的第4特征在于，当所述电池的容量或者放电率偏离允许值时，进行警告显示。
并且，本发明的第5特征在于，具有整流电路，其对所述发电机的输出进行整流；逆变器，其将所述整流电路的输出转换成规定频率的交流电输出到负载侧；和直流—直流变流器，其将所述电池的输出输出到所述逆变器的输入侧，在负载电流小于等于规定值时，不从所述发电机获取输出，从所述电池获取输出向负载供电。
并且，本发明的第6特征在于，在所述放电允许时间小于等于规定值时，自动地起动所述发动机，利用所述发电机的输出对所述电池进行充电。
并且，本发明的第7特征在于，所述直流—直流变流器是双向直流—直流变流器。
根据本发明的第1特征，可以对发电机的输出合理地进行来自电池的电力供给。
另外，根据本发明的第2特征，由于能够在当前的使用状态下检查电池的状态，可以在连接任何电池的情况下，都能进行与该电池状态相应的适当的充放电控制等电池管理。
另外，根据本发明的第3特征，可以将充电电流抑制在适当的范围内，能够防止过度充电，并且能使其进行高效率的运转。
另外，根据本发明的第4特征，可以根据电池的容量和放电率警告电池的劣化，防止过度放电。
另外，根据本发明的第5特征，通过在轻负载时从电池侧向负载供电，可以不使用发动机发电机的输出而高效地向负载供电。
另外，根据本发明的第6特征，由于可以通过在电池的能力不足时起动发动机发电机对电池进行充电，并根据负载量间歇地运转发动机发电机来应对电池的能力不足，所以可以提高轻负载时的运转效率。
另外，根据本发明的第7特征，可以利用同一个电路简便、可靠地从电池获取电力和对电池进行充电。
图1是表示本发明的电源装置的概念的方框图。
图2是表示电池管理例的概念的方框图。
图3是表示本发明的电源装置的具体电路的一个例子的电路图。
具体实施例方式
下面，参照附图对本发明进行详细说明。图1是表示本发明的电源装置的概念的方框结构图。在该图中，发电机1由例如3相的多极磁铁发电机构成。发电机1连接于发动机2，是由发动机2驱动的发动机驱动式发电机，是也可以作为发动机起动用电动机动作的电动机兼发电机。
整流电路3对发电机1的输出进行整流，并且，也发挥以下作为驱动用逆变器的功能将从其输出侧提供的直流电压转换为3相的交流电压并施加到发电机1上。
电力转换部4具有直流调整器4-1和逆变器4-2，将整流电路3或者后述的直流—直流变流器5的输出转换成规定频率的交流电输出给负载侧。还有，电力转换部4的直流调整器4-1使直流—直流变流器5的输出变动不影响到逆变器4-2。
直流—直流变流器5使电池6的电压升压，并将升压后的直流电压输出到整流电路3的输出侧。当电池6对负载的电力供给能力下降时，直流—直流变流器5停止从电池6获取输出，转换发电机1的输出提供给电池6，对电池6进行充电。
下面，有时将直流—直流变流器5的电池6侧称为一级侧，将整流电路3侧称为二级侧。电池6是例如一般作为单元起动器(セルスタ一タ)驱动用来使用的12V电池。
下面，对图1的动作进行说明。下面，将由发动机2驱动的发电机1向负载的供电称为“发电机发电”，将由电池6向负载的供电称为“电池发电”。
当负载电流为小于等于规定值的轻负载时，利用直流—直流变流器5对电池6的输出进行直流—直流转换，进而在电力转换部4转换成规定频率的交流电提供给负载。
在该电池发电的状态下总是进行后述的电池管理。由于从电池6获取输出导致电池6对负载的电力供给能力降低时，停止从电池6获取输出，即停止电池发电并自动地起动发动机2，进行发电机发电。
发动机2起动时，利用直流—直流变流器5使电池6的直流电压升压，将升压后的直流电压提供给驱动用逆变器(整流电路)3。驱动用逆变器3根据起动指令被开关驱动，将直流电压转换为3相的交流电压提供给发电机1。由此，发电机1作为发动机起动用电动机被起动。因此，电池6即使电力供给能力降低也必须确保具有至少可起动发动机2的能力。
当发动机2起动时，发电机1由发动机2驱动，驱动用逆变器3停止开关动作，发挥作为整流电路的功能。发电机1的输出在整流电路(驱动用逆变器)3被整流，在电力转换部4的直流调整器4-1被调整，进而在逆变器4-2被转换成规定频率的交流电提供给负载。并且，利用整流电路3的输出经由直流—直流变流器5对电池6进行充电。
图2是表示电池管理例的概念的方框图。为了识别电池6的状态，用检测部21检测电池电压V、电池电流(消耗电流、充电电流)I以及电池氛围温度T。而且，该电池氛围温度T是配置有电池的环境温度，在本实施例中，用与电池6相邻配置的电子回路单元基板中的不含发热部分的部分的温度检测来对应。下面说明的基于电池电压V、电池电流I以及电池氛围温度T的电池管理可用软件或者硬件来实现。
首先，用内部电阻计算部22由电池电压V和电池电流I的时间变化算出电池6的内部电阻Rx。在设电池电压V和电池电流I的时间变化分别为ΔV、ΔI时，该内部电阻Rx可以利用下述(1)式算出。
Rx＝ΔV/ΔI…(1)用电池氛围温度T对内部电阻Rx进行温度校正，将温度校正后的内部电阻Rx输入到电池容量计算部23，利用容量换算图(表)推断电池6的当前容量Qo。由于已经用电池氛围温度T对内部电阻Rx进行了温度校正，所以可通过电池容量计算部23推断已进行了温度校正的容量Qo。
另外，在电池电动势推断部24利用电池电压V、电池电流I以及电池6的内部电阻Rx通过下述(2)式推断电池6的电动势Vo。另外，作为进行该推断时的下述(2)式的电池电压V，使用已经用电池氛围温度T进行了温度校正的电池电压。
其次，在放电率计算部25，由推断的电动势Vo利用放电率换算图推断电池6的放电率Qd。由于已经用电池氛围温度T对电池电压V进行了温度校正，所以可用放电率计算部25推断已进行了温度校正的放电率Qd。
Vo＝V+Rx×1…(2)由于推断出的电池6的容量Qo和放电率Qd表示当前的电池6的状态，所以可以根据这些对电池6的充放电进行控制。具体地说，将电池的容量Qo和放电率Qd输入到放电允许时间计算部26，利用放电允许时间图求出放电允许时间。而且，将电池的容量Qo和放电率Qd输入到充电上限电流计算部27，利用充电上限电流图求出充电上限电流(充电电流上限允许值)。
这里，放电允许时间是允许从电池6获取输出的时间，充电上限电流是适合于对电池6进行充电的电流，根据这些进行放电时间限制和充电时电流限制。
设定如上所求出的放电允许时间，当不足放电允许时间时停止从电池6获取输出，即停止电池发电，并自动地起动发动机2进行发电机发电，利用从发电机1侧的输出对电池6进行充电。
通过控制此时的充电电流使其接近如上述那样求出的充电上限电流，可以进行高效率的运转。另外，可以检测出电池的容量值和放电率的异常，判断电池6的劣化和电力供给能力不足，警告显示电池错误。
图3是表示本发明的电源装置的具体电路的一个例子的电路图，与图1相同或等同的部分赋予相同的序号。3相的发电机1，连接于发动机(未图示)。发电机1的输出侧连接于整流电路(驱动用逆变器)3。整流电路3的各整流元件(二极管)上并联连接有FET等开关元件(下面，记为FET。)3-1～3-6，这些FET3-1～3-6构成通过其接通、断开来将直流电压转换成3相的交流电压施加到发电机1上的驱动用逆变器。
另外，构成整流电路3的整流元件可以为FET等开关元件的寄生二极管，也可以为另外连接的接合二极管。
电力转换部4的直流调整器4-1，例如包括FET、扼流线圈、电容器、二极管等，对FET进行脉宽调制(PWMpulse-width moudlation)，对整流电路3的输出进行平滑/调整。逆变器4-2由例如4个FET4-2-1～4-2-4桥接构成。
直流—直流变流器5能在电池6和整流电路3的输出侧之间进行双方向的电力交换，包含具有一级侧的低压侧线圈5-1-1和二级侧的高压侧线圈5-1-2的变压器5-1。电池6的充放电控制可以通过根据如上述说明那样求出的放电允许时间和充电上限电流对直流—直流变流器5进行控制来实现。直流—直流变流器5的升压比由低压侧线圈5-1-1和高压侧线圈5-1-2的线圈比来决定。
低压侧开关部5-2插入到低压侧线圈5-1-1侧，高压侧开关部5-3插入到高压侧线圈5-1-2侧。低压侧开关部5-2例如由4个FET5-2-1～5-2-4桥接构成，高压侧开关部5-3也同样由4个FET5-3-1～5-3-4构成。
低压侧开关部5-2和高压侧开关部5-3的各FET5-2-1～5-2-4、FET5-3-1～5-3-4并联连接有二极管等整流元件。这些整流元件既可以是FET的寄生二极管，也可以是另外连接的接合二极管。如果加上并联连接的整流元件，那么低压侧开关部5-2和高压侧开关部5-3可以分别看作是开关部/整流部。
在变压器5-1的高压侧线圈5-1-2侧插入有LC谐振电路5-4。LC谐振电路5-4在低压侧开关部5-2和高压侧开关部5-3的至少一方被驱动时，使流过的电流为正弦波状，降低开关损失，并且，起到防止大电流引起的FET破坏的作用。这是因为，在正弦波状电流的0交叉点附近能够容易地进行FET的接通、断开。而且LC谐振电路5-4也可以设置在一级侧而不限于二级侧。
低压侧开关部5-2的FET5-2-1～5-2-4和高压侧开关部5-3的FET5-3-1～5-3-4，由CPU等构成的控制电路(未图示)进行开关控制。而且，连接于一级侧和二级侧的电容器7、8是用于使输出平滑的电容器。
对低压侧开关部5-2和高压侧开关部5-3进行驱动，如所周知的那样，使得在低压侧开关部5-2中，使由FET5-2-1和5-2-4组成的一对、由FET5-2-2和5-2-3组成的一对交替接通、断开，在高压侧开关部5-3中，使由FET5-3-1和5-3-4组成的一对和FET5-3-2和5-3-3组成的一对交替接通、断开。
如果如所周知的那样对驱动用逆变器3的FET3-1～3-6进行PWM驱动，可以使发电机1作为发动机起动用电动机动作。此时，可以利用随着发电机(电动机)1的动作由逆电动势引起电流分配的变化，进行相位判别，从而能够不用传感器同步驱动FET3-1～3-6。如果不驱动FET3-1～3-6，那么驱动用逆变器部分就作为发电机1的输出的整流电路动作。
以上，对实施方式进行了说明，但是在本发明中，也可以将直流—直流变流器5构成为用完全同步的即相同的驱动信号驱动一级侧和二级侧的双向直流—直流变流器。根据本实施方式，直流—直流变流器5，可以根据由变压器的线圈比决定的一级侧和二级侧的相对电压差进行双向电力转换，并且可以用同一电路简便、可靠地进行从电池6侧的供电和向电池6的充电。
权利要求
1.一种电源装置，利用由发动机驱动的发电机、将该发电机的输出提供给负载的控制电路、作为电源的电池、该电池的输出和所述发电机的输出，向负载供电，其特征在于，推断电池的容量和放电率，根据它们求出与电池的输出相应的放电允许时间，在该放电允许时间小于等于设定时间时，停止获取所述电池的输出，利用所述发电机的输出对所述电池进行充电。
2.如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，具有分别监视电池电压、电池电流和电池氛围温度的检测部，由电池电压和电池电流的时间变化推断所述电池的内部电阻，根据该内部电阻推断所述电池容量，并且，根据该内部电阻和电池电压、电池电流和电池氛围温度推断使用时刻的所述电池的电动势，由该电动势推断所述电池的放电率。
3.如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，由所述电池的容量和放电率求出充电电流上限允许值，按照该充电电流上限允许值对向所述电池充电的电流进行控制。
4.如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，当所述电池的容量或者放电率偏离允许值时，进行警告显示。
5.如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，具有整流电路，其对所述发电机的输出进行整流；逆变器，其将所述整流电路的输出转换成规定频率的交流电输出到负载侧；以及直流-直流变流器，其将所述电池的输出输出到所述逆变器的输入侧，在负载电流小于等于规定值时，不从所述发电机获取输出，从所述电池获取输出向负载供电。
6.如权利要求5所述的电源装置，其特征在于，在所述放电允许时间小于等于规定值时，自动地起动所述发动机，利用所述发电机的输出对所述电池进行充电。
7.如权利要求5所述的电源装置，其特征在于，所述直流-直流变流器是双向直流-直流变流器。
全文摘要
本发明提供一种电源装置，能够在当前的使用状态下检查电池，在连接任何电池的情况下都能进行对应于该电池的适当的充放电控制等电池管理。利用电池(6)的输出和用发动机驱动的发电机的输出向负载供电。用检测部(21)检测电池电压(V)、电池电流(I)以及电池氛围温度(T)，用电池容量计算部(23)和放电率计算部(25)推断电池容量和放电率，用放电允许时间计算部26求出放电允许时间。根据该放电允许时间进行电池(6)的放电时间限制。利用发电机的输出对电池(6)进行充电。按照由充电上限电流计算部(27)算出的充电上限电流对充电电流进行控制。
文档编号H02J7/34GK1652427SQ200510007550
公开日2005年8月10日 申请日期2005年2月5日 优先权日2004年2月5日
发明者江口博之, 清水元寿 申请人:本田技研工业株式会社