JP2002118978A - 自動車用電源システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 路線バス等に採用され、アイドリングストッ
プ装置が搭載される車両の中で、始動用バッテリとは別
に汎用バッテリ（サブバッテリ）を有するものにおい
て、簡素な構成をとりつつ、ワンマン機器安定作動が可
能な自動車用電源システムを提供する。 【解決手段】 オルタネータ３と始動用蓄電装置１との
接続点と、汎用バッテリ２との間にダイオード８（アイ
ソレータ）を設けて、スタータ４の始動時に汎用バッテ
リ２からの電流を阻止すると共に、ダイオード８（アイ
ソレータ）を無効化する電磁スイッチ９（バイパス手
段）を設け、第１の電磁リレー１１と第２の電磁リレー
１２とオルタネータ立ち上がり検出回路１３を含む制御
手段１０でスタータ４とオルタネータ３の状態を判断し
て電磁スイッチ９を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動車用電源システ
ムに係り、特にディーゼルエンジンを搭載したバス等に
おいて、停車時にはエンジンを止め発進時にエンジンを
再始動するアイドリングストップ装置を備える自動車用
電源システムの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車用電源システムとしては、
特開昭５８−１８２４３４号公報等に開示され、バッテ
リには走行中オルタネータから充電されると共に、エン
ジンの始動用時にはスタータの電源として使用されてい
る。

【０００３】また、停車時にはエンジンを止め発進時に
エンジンを再始動するアイドリングストップ装置は特開
昭５９−３９９６７号公報等で公知である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】路線バスは市街地を走
行する機会が多く、近年、ディーゼルエンジンの排気ガ
スの地球環境への配慮等で前述の如く、赤信号や停留所
で停車する時にエンジンを停止させ、発進時にスタータ
でエンジンを再始動するアイドリングストップを採用す
る車両が増加しつつある。また、路線バスはワンマン運
転であるため運賃支払いや両替等の機器が附加されてお
り、現金を扱うため電源としてのバッテリは電圧・電流
の安定性は高い質が要求されるが故に、スタータを始動
するための始動用バッテリとは別に汎用バッテリ（サブ
バッテリ）を搭載し、前述のワンマン機器や電装品の電
源は汎用バッテリに接続されている。

【０００５】始動用バッテリと汎用バッテリに各々充電
用オルタネータを搭載する方法もあるが、重量増・エン
ジン負荷・経済性等を鑑みてオルタネータを共用するこ
とが考慮された。この場合エンジン始動時の始動用バッ
テリの電圧変動が汎用バッテリへ影響するのを防止する
必要がある。さらに、アイドリングストップ採用の路線
バス等では、停止回数の増加と走行時間の短縮化、低速
走行頻度の増加、停止時のワンマン機器等の使用電力の
増加等、走行時のバッテリへの充電の効率向上は市場で
の重要な要求項目となっている。

【０００６】本発明は、簡素な構成をとりつつ、オルタ
ネータから始動用バッテリおよび汎用バッテリへの充電
の効率向上が可能な自動車用電源システムを提供するこ
とを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、エンジン始動時にエンジンを回転駆動す
るスタータに電力を供給する始動用蓄電装置と、車両電
気負荷に電力を供給する汎用バッテリと、エンジンに駆
動され始動用蓄電装置および汎用バッテリに充電するオ
ルタネータとを備えた自動車用電源システムにおいて、
オルタネータと始動用蓄電装置との接続点と、汎用バッ
テリとの間にアイソレータを設けて、スタータの始動時
に汎用バッテリからの電流を阻止すると共に、アイソレ
ータを無効化するバイパス手段を設け、バイパス手段は
スタータとオルタネータの状態を判断する制御手段を具
備してなり、制御手段はスタータの不作動かつオルタネ
ータの発電作動によりバイパス手段を有効とすることを
特徴とする。

【０００８】さらに、バイパス手段が具備する制御手段
は、常閉接点を有しスタータの作動電圧によりオフ
（開）に転移する第１の電磁リレーと、常開接点を有し
オルタネータに具備される三相発電巻線の中性点電圧に
基づいてオン（閉）に転移する第２の電磁リレーとの直
列回路を備え、バイパス手段としては、この第１および
第２の電磁リレーの直列回路から励磁電流が供給される
ことによってオンオフされる電磁スイッチの接点とする
技術的手段を採用してもよい。

【０００９】本発明によれば、エンジン始動時、スター
タには始動用蓄電装置からのみ電力が供給されアイソレ
ータの存在によって汎用バッテリには始動時には放電が
なく、自動車の走行時（スタータの不作動かつオルタネ
ータの発電作動時）ではアイソレータがバイパス手段に
より無効化され、汎用バッテリはオルタネータから直接
充電が可能になる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付の図面に示した本発明の一実施例に基づいて説明す
る。

【００１１】図１は本発明の自動車用電源システムの要
部回路構成図、図２はオルタネータ立ち上がり検出回路
の内部回路構成図である。

【００１２】まず図１を参照して、この要部回路構成図
はディーゼルエンジンを備えた路線バスのものである。
本システムは、始動用蓄電装置としての始動用バッテリ
１、汎用バッテリ２、オルタネータ３、スタータ４、運
転席にある始動用キースイッチ５、ワンマン運転をする
ための運賃支払いや両替等のワンマン機器６、車両灯火
・ＡＢＳ機器等その他の車両電気負荷７、また、アイソ
レータとしてのダイオード８、バイパス手段としての電
磁スイッチ９、制御手段１０として第１の電磁リレー１
１と第２の電磁リレー１２およびオルタネータ立ち上が
り検出回路１３を主要な構成要素としている。なお、付
加的要素としてアイドルストップ装置１４を備えてい
る。

【００１３】始動用バッテリ１は内部抵抗が小さい鉛蓄
電池であって、その定格電圧は２４Ｖである。始動用バ
ッテリ１は、主にエンジン始動時に大電流を必要とする
スタータ４の電力供給源として、また、車両負荷の電源
として装備される。始動用バッテリ１のマイナス端子は
アースされ、プラス端子はオルタネータ３の直流出力端
子（整流回路３ｅの出力）と始動用キースイッチ５及び
ダイオード８のアノード端子８ａに接続される。

【００１４】汎用バッテリ２は通常の鉛蓄電池であっ
て、その定格電圧は２４Ｖである。汎用バッテリ２は、
本電源システムを搭載している自動車のワンマン機器６
や車両灯火・ＡＢＳ機器等のその他の車両電気負荷７に
電力を供給する。汎用バッテリ２のマイナス端子はアー
スされ、プラス端子はダイオード８のカソード端子８ｋ
及びワンマン機器６と車両電気負荷７とアイドルストッ
プ装置１４のプラス側電源端子１４Ｂおよび第１の電磁
リレー１１の固定接点１１ｂに接続される。

【００１５】オルタネータ３は、ＩＣ型レギュレータ付
オルタネータ（三相交流発電機）であって、エンジンに
よりロータ（図示せず）が駆動され、励磁巻線３ａによ
って励磁された三相ステータ巻線３ｂ、３ｃ、３ｄに三
相交流が誘起され、これを整流回路３ｅで整流して始動
用バッテリ１および汎用バッテリ２を充電するための直
流を出力している。なお、スター結線された三相ステー
タ巻線３ｂ、３ｃ、３ｄに誘起される電圧は、レギュレ
ータ３ｆが整流回路３ｅの出力電圧値を検出し、予め設
定された閾値と比較して、一端が整流回路３ｅの出力に
接続され、励磁巻線３ａの他端に接続されたレギュレー
タ内のトランジスタ３ｇをスイッチングして、励磁巻線
３ａの両端に接続されたフリーホイールダイオード３ｈ
と相まって、励磁巻線３ａの励磁電流が制御されること
によって、整流回路３ｅで三相全波整流されてオルタネ
ータ３の直流出力端子に適正な範囲の電圧が自動的に調
整されて出力される。

【００１６】スタータ４は、通常の自動車用エンジンス
タータであって、スタータ４は、運転席にある始動用キ
ースイッチ５が始動操作が行われている間のみ直流電圧
が印加される端子（ｃ）、この端子（ｃ）に接続され電
磁スイッチの励磁コイルに相当するプルコイル（ｐ）と
ホールドコイル（ｈ）、このプルコイル（ｐ）とホール
ドコイル（ｈ）への通電によって機械的な動作をするロ
ッド４ａ、ロッド４ａの一端に形成される可動接点４
ｂ、可動接点４ｂによって橋絡される２個の固定接点端
子（Ｂ）および（Ｍ）を備えるエンゲージスイッチ４ｃ
を含み、ロッド４ａの他端に連動したレバー４ｄによっ
て突出するピニオン４ｅ、ピニオン４ｅを回転させる直
流モータを構成する界磁巻線４ｆとアーマチュア４ｇを
主構成要素とし、固定接点端子（Ｂ）は始動用バッテリ
１のプラス端子に接続され、固定接点端子（Ｍ）はプル
コイル（ｐ）の一端とアーマチュア４ｇの電機子巻線の
一端に接続され、その他端は界磁巻線４ｆの一端に接続
されると共にその他端はアースされる。

【００１７】ダイオード８は、始動用バッテリ１と汎用
バッテリ２を分離するアイソレータであって、ダイオー
ド８のアノード側端子８ａが始動用バッテリ１のプラス
側端子に接続されると共に、カソード側端子８ｋは汎用
バッテリ２のプラス側端子に接続されている。従って、
始動用バッテリ１から汎用バッテリ２に電流は流れる
が、汎用バッテリ２から始動用バッテリ１への電流は阻
止され、エンジンを始動する時に始動用バッテリ１から
スタータ４に大電流が供給されて、始動用バッテリ１の
端子電圧が低下したときでも汎用バッテリ２からは電流
が供給されないので、汎用バッテリ２の端子電圧を安定
化させる作用を有する。

【００１８】電磁スイッチ９はダイオード８（アイソレ
ータ）のバイパス手段として設けられたものであり、ダ
イオード８のアノード側端子８ａとカソード側端子８ｋ
との間に電磁スイッチ９の固定接点９ａ，９ｂが並列的
に接続される。２つの固定接点９ａ，９ｂは電磁スイッ
チ９の励磁コイル９ｃの通電によって作動する可動接点
９ｄが橋絡されるいわゆるノーマリーオフタイプのもの
である。励磁コイル９ｃの一端は後述の電磁リレー１２
の固定接点１２ｃに接続され、他端はアースされる。電
磁スイッチ９は作動状態においてダイオード８を短絡す
ることによって、ダイオード８の働きを無効化させるも
のである。

【００１９】制御手段１０は、第１の電磁リレー１１と
第２の電磁リレー１２およびオルタネータ立ち上がり検
出回路１３から成るものであり、第１の電磁リレー１１
は、励磁コイル１１ａと二つの固定接点１１ｂ，１１ｃ
および可動接点１１ｄから構成されている。励磁コイル
１１ａの一端は、スタータ４の端子（ｃ）とキースイッ
チ５の接続点に接続され、他端はアースされる。二つの
固定接点１１ｂ，１１ｃは「常閉」接点、すなわち励磁
コイル１１ａが励磁されない時に可動接点１１ｄが二つ
の固定接点１１ｂ，１１ｃを短絡しているいわゆるノー
マリーオンタイプのものである。固定接点１１ｂは汎用
バッテリ２のプラス側端子に接続され、固定接点１１ｃ
は後述の電磁リレー１２の固定接点１２ｂに接続され
る。

【００２０】第２の電磁リレー１２は、励磁コイル１２
ａと二つの固定接点１２ｂ，１２ｃおよび可動接点１２
ｄから構成されている。励磁コイル１２ａの一端は、後
述のオルタネータ立ち上がり検出回路１３の出力端子１
３ｂに接続され、他端はアースされる。二つの固定接点
１２ｂ，１２ｃは「常開」接点、すなわち励磁コイル１
２ａが励磁されない時に可動接点１２ｄが二つの固定接
点１２ｂ，１２ｃ間を開放し、励磁コイル１２ａの通電
時のみ固定接点１２ｂ，１２ｃ間を橋絡する通常のもの
である。固定接点１２ｂは第１の電磁リレー１１の固定
接点１１ｃに接続され、固定接点１２ｃは電磁スイッチ
９の励磁コイル９ｃに接続される。

【００２１】オルタネータ立ち上がり検出回路１３は、
オルタネータ３の三相ステータ巻線３ｂ、３ｃ、３ｄが
スター結線された中性点Ｎに入力端子１３ａが接続さ
れ、中性点Ｎ電圧を検出してオルタネータ３が立ち上が
った（発電を開始する）時に、出力端子１３ｂにオン信
号としてバッテリ電圧を出力するものであって、詳細は
後述する。

【００２２】従って、制御手段１０は、電磁スイッチ９
の制御を司るものであり、電磁スイッチ９の励磁コイル
９ｃに、直列に接続された第１の電磁リレー１１と第２
の電磁リレー１２を経由して汎用バッテリ２の電圧が印
加されるか否かで制御される。すなわち、第１の電磁リ
レー１１の励磁コイル１１ａの無励磁により可動接点１
１ｄが二つの固定接点１１ｂ，１１ｃを短絡していて、
かつ、第２の電磁リレー１２の励磁コイル１２ａに通電
されて可動接点１２ｄが二つの固定接点１２ｂ，１２ｃ
間を橋絡している時に電磁スイッチ９の励磁コイル９ｃ
に通電される。つまり、第１の電磁リレー１１の「オ
フ」と第２の電磁リレー１２の「オン」の論理積で電磁
スイッチ９は「オン」になる。

【００２３】換言すると、運転者がキースイッチ５を操
作するか、後述のアイドルストップ装置１４からエンジ
ン始動の信号が出てスタータ４が作動する時、若しく
は、オルタネータ３が発電していない時にはダイオード
８の働きが「有効」になっている。

【００２４】図２を参照して、オルタネータ立ち上がり
検出回路１３を詳述すると、入力端子１３ａに接続され
た波形整形回路１５、波形整形された信号を積分する積
分回路１６、基準電圧を生成する基準電圧回路１７、積
分回路１６と基準電圧回路１７の出力信号を比較する比
較回路１８、比較回路１８の出力に基づいて、出力端子
１３ｂにバッテリ電圧端子１３ｃの電圧を出力する出力
回路１９、各回路部に一定電圧を供給する安定化電源回
路２０を構成要素としている。なお、１３ｄはアース端
子である。

【００２５】波形整形回路１５は、スター結線されたオ
ルタネータ３の三相ステータ巻線３ｂ、３ｃ、３ｄの中
性点Ｎに発生する交流電圧を、クリップ等の波形整形を
して矩形パルス状の連続波を出力するものであり、積分
回路１６はこの矩形パルス状信号波を積分して、オルタ
ネータ３の出力に応じて変化する直流電圧信号を生成す
る回路である。

【００２６】基準電圧回路１７はオルタネータ３が立ち
上がった（発電を開始した）と判断される積分回路１６
出力直流電圧値を閾値として予め安定化電源回路２０か
ら生成しておく回路である。

【００２７】比較回路１８は積分回路１６の出力値が基
準電圧回路１７の閾値に比較して高いか否かに基づいて
Ｈ（ハイ）又はＬ（ロー）の信号を出力するものであ
り、この出力信号の状態により基準電圧回路１７の閾値
を変化させるヒステリシス回路を付随させることが望ま
しい。

【００２８】出力回路１９は比較回路１８の出力信号を
受けて、出力端子１３ｂにバッテリ電圧端子１３ｃの電
圧を印加（スルー）するか遮断する（０Ｖ）かを制御す
るものであって、スイッチするための電磁リレーやパワ
ートランジスタから構成される。

【００２９】オルタネータ立ち上がり検出回路１３の作
用は、入力端子１３ａに接続されたオルタネータ３の中
性点Ｎ電圧により、オルタネータ３が立ち上がった（発
電を開始した）時には出力端子１３ｂにバッテリ電圧端
子１３ｃの電圧を出力し、オルタネータ３が発電してい
ない時には出力端子１３ｂをゼロボルト（接地）出力を
行う。

【００３０】アイドルストップ装置１４は、前述のよう
にディーゼルエンジンの排気ガスの地球環境への配慮か
ら、自動車が赤信号や停留所で停車する時にエンジンを
停止させ、発進時にスタータでエンジンを再始動するも
のであり、入力端子１４Ｉから各センサ（図示せず）の
信号に基づいて内部で判断処理され、エンジンの電子ガ
バナ（図示せず）等へエンジン停止の制御出力をする出
力端子１４Ａ、エンジン始動の制御に基づいてプラス側
電源端子１４Ｂの電圧を出力するスタータ端子１４Ｃア
ース端子１４Ｅを有するものである。従って、スタータ
４は始動用キースイッチ５の作動もしくはアイドルスト
ップ装置１４のスタータ端子１４Ｃの出力によって、そ
の動作が開始される。

【００３１】以上のように構成されている本実施例の作
用を説明すると、エンジン始動時には、始動用キースイ
ッチ５の作動もしくはアイドルストップ装置１４のスタ
ータ端子１４Ｃの出力によってスタータ４が作動すると
きには、始動用バッテリ１からのみ電流が供給される。
この時、始動用バッテリ１の端子電圧が低下したときで
も、ダイオード８の逆方向電流阻止の働きにより汎用バ
ッテリ２からは電流が供給されない。従って、汎用バッ
テリ２からは始動時の放電は無く、その端子電圧は安定
している。

【００３２】一方、走行時つまりエンジンが一定以上回
転している時にはオルタネータ３が発電して始動用バッ
テリ１の状態に応じて適正に充電を行う。その際、始動
用バッテリ１の端子電圧と汎用バッテリ２の端子電圧が
ダイオード８の順方向電圧ドロップによって差が生じな
いように、前述のように制御手段１０が電磁スイッチ９
を作動させて、ダイオード８のアノード側端子８ａとカ
ソード側端子８ｋとの間を電磁スイッチ９の固定接点９
ａ，９ｂが短絡して、始動用バッテリ１と汎用バッテリ
２を並列状態に置いて定格の端子電圧になるよう充電す
る。

【００３３】アイドルストップ装置１４を搭載した路線
バスのように頻繁に停止・発進を繰り返すような自動車
においても、ダイオード８の存在によって汎用バッテリ
２には始動時に放電がなく、また、走行時においてはダ
イオード８の順方向ドロップによって汎用バッテリ２の
充電電圧が影響を受けるような低速運転でも、電磁スイ
ッチ９が作動してダイオード８を無効化しオルタネータ
３から直接汎用バッテリ２を充電するので、充放電の収
支のアンバランスを生じることがなく、停車時にもワン
マン機器６の作動が安定すると共に、汎用バッテリ２の
長寿命化が期待できる。

【００３４】

【発明の効果】本発明は、エンジン始動時にエンジンを
回転駆動するスタータに電力を供給する始動用蓄電装置
と、車両電気負荷に電力を供給する汎用バッテリと、エ
ンジンに駆動され始動用蓄電装置および汎用バッテリに
充電するオルタネータとを備えた自動車用電源システム
において、オルタネータと始動用蓄電装置との接続点
と、汎用バッテリとの間にアイソレータを設けて、スタ
ータの始動時に汎用バッテリからの電流を阻止すると共
に、アイソレータを無効化するバイパス手段を設け、バ
イパス手段はスタータとオルタネータの状態を判断する
制御手段を具備してなり、制御手段はスタータの不作動
かつオルタネータの発電作動によりバイパス手段を有効
とする技術手段を備えたので、簡素な構成をとりつつ、
ワンマン機器の安定作動が可能な自動車用電源システム
を提供することができる。また、頻繁にエンジン始動と
停止を繰り返しても、汎用バッテリの充電は直接オルタ
ネータの出力端子から行うので、充電効率の向上を図る
ことが可能になる。さらに、エンジンの始動中はアイソ
レータによって汎用バッテリの過放電が確実に防止する
ことができると共に、始動用蓄電装置にとっては停車中
の自動車搭載機器への過放電が防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自動車用電源システムの要部回路構成
図である。

【図２】オルタネータ立ち上がり検出回路の内部回路構
成図である。

【符号の説明】

１・・・始動用バッテリ ２・・・汎用バッテリ ３・・・オルタネータ ３ｂ，３ｃ，３ｄ・・・三相発電巻線 ４・・・スタータ ６・・・ワンマン機器 ７・・・車両電気負荷 ８・・・ダイオード（アイソレータ） ９・・・バイパス手段（電磁スイッチ） １０・・・制御手段 １１・・・第１の電磁リレー １２・・・第２の電磁リレー １３・・・オルタネータ立ち上がり検出回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジン始動時に該エンジンを回転駆動
   するスタータに電力を供給する始動用蓄電装置と、車両
   電気負荷に電力を供給する汎用バッテリと、前記エンジ
   ンに駆動され前記始動用蓄電装置および前記汎用バッテ
   リに充電するオルタネータとを備えた自動車用電源シス
   テムにおいて、前記オルタネータと前記始動用蓄電装置
   との接続点と、前記汎用バッテリとの間にアイソレータ
   を設けて、前記スタータの始動時に前記汎用バッテリか
   らの電流を阻止すると共に、前記アイソレータを無効化
   するバイパス手段を設け、該バイパス手段は前記スター
   タと前記オルタネータの状態を判断する制御手段を具備
   してなり、該制御手段は前記スタータの不作動かつ前記
   オルタネータの発電作動により前記バイパス手段を有効
   とすることを特徴とする自動車用電源システム。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、常閉接点を有し前記ス
   タータの作動によりオフ（開）に転移する第１の電磁リ
   レーと、常開接点を有し前記オルタネータに具備される
   三相発電巻線の中性点電圧に基づいてオン（閉）に転移
   する第２の電磁リレーとの直列回路を備えると共に、前
   記バイパス手段は前記第１および第２の電磁リレーの直
   列回路から励磁電流が供給されることによってオンオフ
   される電磁スイッチの接点であることを特徴とする請求
   項１に記載の自動車用電源システム。
3. 【請求項３】 前記アイソレータはダイオードで構成さ
   れ、該ダイオードのアノード側端子が前記始動用蓄電装
   置のプラス側端子に接続されると共にカソード側端子が
   前記汎用バッテリのプラス側端子に接続されることを特
   徴とする請求項１に記載の自動車用電源システム。