JP2004274920A

JP2004274920A - 車両用電源装置

Info

Publication number: JP2004274920A
Application number: JP2003064105A
Authority: JP
Inventors: Takafumi Fukada; 深田隆文
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2003-03-10
Filing date: 2003-03-10
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2023-03-10
Also published as: JP3891129B2

Abstract

【課題】冷凍車が荷下ろし等で停車した場合、排気ガスを出さないよう停車中はエンジンを停止することが要請されている。そこで、エンジン停止で発電が停止した場合、車載バッテリの電圧を昇圧，交流変換して冷凍機用のコンプレッサ装置に給電する提案がなされている。しかし、それでは車載バッテリの劣化が早いとか、回路構成が複雑になるという問題点があった。
【解決手段】発電機２の電圧を回路切換器５を経て直流昇圧回路１１に入力する。その昇圧電圧をインバータ１５で交流変換し、コンプレッサ装置１８に供給する。同時に回路切換器１３を経て蓄電装置１４に印加し充電する。エンジン１を停止させて発電が停止した場合、回路切換器５，１３を固定接点Ｂ側に切り換えることにより、蓄電装置の充電電圧を直流昇圧回路に入力する。その昇圧電圧はインバータに入力され、コンプレッサ装置に給電される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両のエンジンが停止した場合でも、電源供給を停止してはならない負荷へ、電源供給を可能とする車両用電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両によっては、エンジンが停止された場合でも、電源供給を停止したのでは具合が悪い電気機器が装備されているものがある。そのような車両の例としては、例えば冷凍車が挙げられる。
冷凍車は、食品等を冷凍したまま輸送するのに使用されるわけであるが、これにはコンプレッサ等の電気機器が装備されている。エンジンが回転中は、エンジンによって駆動される発電機より電源が供給されるが、エンジンが停止された場合には供給されなくなる。従って、冷凍機能を維持したいという場合には、停車してもエンジンを停止することが出来なかった。
【０００３】
ところが、最近では環境への配慮から、荷下ろし等で車両が停車している場合には、エンジンを停止することが強く求められ、停止することはもはや常識となって来ている。しかし、エンジンを停止すると発電も停止し、冷凍機能が損なわれることになる。
そこで、エンジン停止時でもコンプレッサ等の電気機器への電源供給を可能としたものが、考えられている。
図３は、従来の冷凍車の冷凍に関する構成を示す図である。図３において、２０は冷凍車、２１は発電機、２２は車載バッテリ、２３はエンジン、２４は第１コンプレッサ、２５はパイプ、２６は冷凍機、２７は第２コンプレッサ、２８はモータ、２９は第２コンプレッサ装置、３０はプラグである。
【０００４】
パイプ２５は、冷凍機２６への冷媒を循環させるパイプである。第１コンプレッサ２４はエンジン２３に連結されており、エンジン２３が回転中はそれに駆動され、冷媒は第１コンプレッサ２４により循環される。
荷下ろしなどのためにエンジン２３を停止した場合には、プラグ３０が外部商用電源のコンセントに差し込まれ、第２コンプレッサ装置２９が作動させられる。即ち、外部商用電源によりモータ２８が回転され、第２コンプレッサ２７が駆動される。これにより、エンジン停止時でも、冷凍機２６に冷媒が循環供給され、冷凍機能が維持される。
【０００５】
しかし、荷下ろしする場所に常に外部商用電源のコンセントが有るとは限らない。無い場合には、冷凍機能を維持することが出来ない。そこで、外部商用電源が無い場所でエンジンを停止しても、冷凍機能を維持するようにした車両用電源装置が考えられている。
図５は、そのような従来の車両用電源装置の１例を示す図である（特開平１１−４５０６号公報）。図５において、４０はエンジン、４１は発電機、４２は整流回路、４３は調圧回路、４４はインバータ、４５はプラグ、４６はモータ、４７はコンプレッサ、４８はコンプレッサ装置、４９は双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ、５０は車載バッテリ、５１はコントローラ、６０は絶縁トランス、６１は１次側コイル、６２は２次側コイル、６３，６４はスイッチング素子、６５はリアクトル、６６，６７はスイッチング素子である。
コントローラ５１は、調圧回路４３，インバータ４４，双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４９の動作を制御するためのものである。
【０００６】
発電機４１は３相２００Ｖの交流を発電する発電機であり、プラグ４５は２００Ｖの外部商用電源と接続するためのプラグである。そして車載バッテリ５０の電圧は、２４Ｖである。調圧回路４３は電圧を調整するための回路であり、インバータ４４は直流−交流間の変換をする。双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４９は、車載バッテリ５０へ充電電圧を供給する場合には、高圧の直流から低圧の直流へと変換し、車載バッテリ５０によりコンプレッサ装置４８を作動させる場合には、低圧の直流から高圧の直流へと変換する。
【０００７】
各場合の動作は、次の通りである。
（１）エンジン４０が回転して発電機４１が発電している時は、発電機４１→整流回路４２→調圧回路４３→インバータ４４という経路で発生させられた交流が、コンプレッサ装置４８に供給され、それを作動させる。一方、それと同時に、発電機４１→整流回路４２→双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４９という経路で発生させられた低圧の直流（２４Ｖ程度）が、車載バッテリ５０に供給され、それを充電する。
【０００８】
（２）エンジン４０を停止させた場合であって、外部商用電源が使用し得る場合には、プラグ４５を外部商用電源のコンセントに差し込む。外部商用電源は、コンプレッサ装置４８に供給され、それを作動させる。一方、プラグ４５→インバータ４４→調圧回路４３→双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４９という経路で発生させられた低圧の直流が、車載バッテリ５０に供給され、それを充電する。
【０００９】
（３）エンジン４０を停止させた場合であって、外部商用電源が無い場合には、車載バッテリ５０→双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４９→調圧回路４３→インバータ４４という経路で発生させられた交流が、コンプレッサ装置４８に供給され、それを作動させる。
なお、車両電源装置に関する従来の文献としては、その他に特開平７−７５２０８号公報，特開平９−６５５０４号公報がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した図５の従来例には、次のような問題点があった。
第１の問題点は、車載バッテリの劣化が早く、寿命が短くなるという点である。第２の問題点は、回路構成が複雑となり、コストも高くなるという点である。
まず第１の問題点であるが、外部商用電源が無い所でエンジンを停止させる度に、車載バッテリ５０からコンプレッサ装置４８への電源供給のため、放電することになるが、コンプレッサ装置４８の消費電力量は車載の補機（ラジオ等）に比べてはるかに大であり、放電量は大となる。従って、その後エンジンが回転し始めてから行なわれる充電の充電量も大となる。即ち、深度大の放電，充電が頻繁に繰り返されることになり、車載バッテリ５０の劣化は早く、寿命は短くなる。
【００１１】
次に第２の問題点であるが、従来例で使っている発電機４１としては、商用電源（例、２００Ｖ）で動作するところのコンプレッサ装置４８に適合するよう、商用電源電圧（例、２００Ｖ）を発生する発電機を用いている。従って、車載バッテリ５０の充電をするためには、バッテリ電圧（例、２４Ｖ）まで低下させる双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ４９を設ける必要があった。そのため回路構成が複雑となり、コストも高くなってしまっていた。
本発明は、以上のような問題点を解決することを課題とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明では、エンジンにより駆動され整流出力を生ずる発電機と、該発電機より入力が供給される車両電源回路とから成る車両用電源装置であって、該車両電源回路は、第２接点と前記発電機に接続された第１接点とを切り換える第１の回路切換器と、該第１の回路切換器からの直流が入力され、昇圧制御がなされる直流昇圧回路と、第１接点が該直流昇圧回路の一方の出力端子に接続され、第２接点が前記第１の回路切換器の第２接点に接続された第２の回路切換器と、該第２の回路切換器と前記直流昇圧回路の他方の出力端子との間に接続された蓄電装置と、前記直流昇圧回路の出力側に接続されたインバータと、前記直流昇圧回路への入力電流，入力電圧，出力電圧の各検出信号を基に前記直流昇圧回路およびインバータの制御をするコントローラとを具えるよう構成され、前記第１，第２の回路切換器をそれぞれ第１接点側に切り換えることにより、前記発電機の出力電圧を前記直流昇圧回路で昇圧して前記インバータに供給すると共に前記蓄電装置の充電をし、前記第１，第２の回路切換器をそれぞれ第２接点側に切り換えることにより、前記蓄電装置の充電電圧を前記直流昇圧回路で昇圧して前記インバータに供給するようにしたことを特徴とする車両用電源装置を提供することとした。
【００１３】
なお、前記した蓄電装置としては、電気２重層コンデンサを用いることが出来る。また、車載の補機への給電をする車載バッテリを、前記車両電源回路と共に発電機へ接続する構成としてもよい。
【００１４】
（作用）
エンジン回転時においては、エンジンで駆動される発電機の直流出力を、直流昇圧回路に入力し、その昇圧電圧をインバータで交流に変換し、交流負荷（コンプレッサ装置等）に給電する。同時にその昇圧電圧で蓄電装置を充電しておく。エンジン停止時には、回路切換器により回路の切り換えを行い、該蓄電装置の充電電圧を直流昇圧回路に入力し、その昇圧電圧をインバータに供給する。
これにより、エンジンを停止して発電電圧が得られなくとも、依然として交流負荷を作動させ続けることが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の車両用電源装置を示す図である。図１において、１はエンジン、２は発電機、３は車載バッテリ、４は車両電源回路、５は回路切換器、６は電流検出器、７はリアクトル、８はダイオード、９はスイッチング素子、１０はダイオード、１１は直流昇圧回路、１２はコントローラ、１３は回路切換器、１４は蓄電装置、１５はインバータ、１６はモータ、１７はコンプレッサ、１８はコンプレッサ装置である。
【００１６】
エンジン１，発電機２および車載バッテリ３は、従来から車両に搭載されているものと同様のものであり、コンプレッサ装置１８も、従来から冷凍車に搭載されているものと同様のものである。本発明で新たに提案しようとしているのは、車両電源回路４である。
車両電源回路４は、回路切換器５，直流昇圧回路１１，コントローラ１２，回路切換器１３，蓄電装置１４およびインバータ１５で構成される。
【００１７】
回路切換器５，１３は、それぞれ固定接点Ａ，Ｂと可動接点Ｃを有しており、両者の可動接点Ｃは、エンジン１の回転時には固定接点Ａ側へ、エンジン１の停止時には固定接点Ｂ側へと連動して切り換えられる。
直流昇圧回路１１は、リアクトル７，ダイオード８，スイッチング素子９，およびスイッチング素子９に対して逆並列に接続されたダイオード１０とから構成される。昇圧の度合は、直流昇圧回路１１の入力側の電圧および出力側の電圧を検出しながら決定され、それに基づく昇圧制御は、スイッチング素子９のオン，オフのデューティ比を制御することによって行われる。なお、直流昇圧回路１１の構成自体は、公知のものである。
【００１８】
蓄電装置１４としては、バッテリ，コンデンサ（特に電気２重層コンデンサ）を用いることが出来る。通常のバッテリの使用可能電圧範囲は９．６〜１４．４Ｖ程度であるが、コンデンサの使用可能電圧範囲は、下は０Ｖからであり、広い。またコンデンサには、深度大の充放電を頻繁に繰り返しても、余り劣化しない（長寿命）という特徴がある。
【００１９】
蓄電装置１４は、発電機２の電圧（これは車載バッテリ３の電圧と略同じ）を直流昇圧回路１１で昇圧した電圧で充電されるので、その充電電圧（蓄電電圧）は、車載バッテリ３の電圧より勿論高い。
電流検出器６は、車両電源回路４への入力電流を監視するために設けられている。蓄電装置１４は大電流での充電も可能であるから、蓄電量が少ない場合には過大電流が流れて発電機電圧を低下させるという害を引き起こす恐れがある。それを避けるため、電流を監視し、過大電流とならないようスイッチング素子９のデューティ比を制御する。
【００２０】
インバータ１５は、入力されて来る直流電圧を、コンプレッサ装置１８を作動させるのに適した交流電圧に変換する。
コントローラ１２は、電流検出器６からの電流検出信号や、直流昇圧回路１１の入力側の電圧検出信号，出力側の電圧検出信号等を基に、直流昇圧回路１１（その中のスイッチング素子９）やインバータ１５の動作を制御する。
【００２１】
次に、本発明での動作を、エンジン回転時と停止時とに分けて説明する。
（１）エンジン回転時
エンジン１が回転し発電機２が発電している時には、回路切換器５，１３を図１に示す如く、可動接点Ｃが固定接点Ａにオンするよう切り換える。すると、発電機２の発電電圧は、車載バッテリ３や補機へ通常の如く供給されるばかりでなく、車両電源回路４へも供給される。
車両電源回路４へ供給された発電電圧は、直流昇圧回路１１によって昇圧され、蓄電装置１４を充電すると共に、インバータ１５へ供給される。インバータ１５は、入力された直流を、出力側に接続されている交流負荷（コンプレッサ装置１８）に適合する交流に変換する。
【００２２】
（２）エンジン停止時
エンジンを停止しても車両搭載の交流負荷（コンプレッサ装置など）を作動させておきたい場合には、回路切換器５，１３を、その可動接点Ｃが固定接点Ｂにオンするよう切り換える。
図２は、そのように回路切換器５，１３を切り換えた場合の図１を、回路動作が分かり易くなるよう書き換えたものである。即ち、本発明において、エンジン停止した非発電時に、蓄電電圧を入力として用いる場合の図である。符号は図１のものに対応している。
【００２３】
このように切り換えると、蓄電装置１４が回路切換器５，１３を経て直流昇圧回路１１の入力側に接続されることになる。
接続された当初、蓄電装置１４はまだ放電していないので、その電圧は高い。従って、その時はまだ直流昇圧回路１１での制御は、殆ど昇圧しないような制御としておけばよい。そのうちに低下してくるが、僅かに低下した程度ではインバータ１５の制御で補償することが出来る。しかし、放電が進んでインバータ１５の補償制御では間に合わなくなる程に低下量が大になると、直流昇圧回路１１での制御は、徐々に昇圧度を高めた制御にしてゆく。そのようにして、コンプレッサ装置１８へ所要の交流を供給する。
かくして、エンジン停止時に外部商用電源が無くとも、コンプレッサ装置１８に交流を供給し続けることが可能となる。
【００２４】
図４は、本発明の車両用電源装置を適用した冷凍車の冷凍に関する構成を示す図である。符号は図３，図１のものに対応している。図３の構成と相違している点は、図１に示す如き車両電源回路４が搭載され、発電機２１の出力が車両電源回路４にも入力されるように接続されている点である。この冷凍車２０では、次に説明するように、何処でも冷凍動作を行わせることが出来る。
▲１▼エンジン２３が回転している時には、エンジン２３で直接駆動される第１コンプレッサ２４により、冷凍動作が行われる。
▲２▼荷下ろし等のために停車しエンジンを停止した所に、もし外部商用電源のコンセントがあれば、それにプラグ３０を差し込む。すると、外部商用電源により第２コンプレッサ装置２９が作動し、冷凍動作が行われる。
▲３▼荷下ろし等のために停車しエンジンを停止した所に、もし外部商用電源のコンセントが無ければ、車両電源回路４の中の回路切換器５，１３を切り換える。すると、蓄電装置１４を電源として第２コンプレッサ装置２９が作動し、冷凍動作が行われる。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明の車両用電源装置によれば、次のような効果を奏する。
（１）請求項１の発明の効果
エンジンを停止させ発電機も停止した場合には、発電していた間に充電しておいた蓄電装置の充電電圧を、回路接続の切り換えにより直流昇圧回路の入力電圧として使用する。その昇圧電圧をインバータに入力すれば所要の交流出力を得ることが出来、交流負荷を作動させることが出来る。従って、エンジンを停止した所に外部商用電源が無くとも、交流負荷を作動させることが出来る。
【００２６】
（２）請求項２の発明の効果
前項で述べた効果の他、補機への給電は、それ専用のバッテリにまかせることが出来るという効果がある。
（３）請求項３の発明の効果
前記（１）項で述べた効果の他、蓄電装置の寿命を長寿命にすることが出来るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両用電源装置を示す図
【図２】本発明において、エンジン停止した非発電時に蓄電電圧を入力として用いる場合の図
【図３】従来の冷凍車の冷凍に関する構成を示す図
【図４】本発明の車両用電源装置を適用した冷凍車の冷凍に関する構成を示す図
【図５】従来の車両用電源装置の１例を示す図
【符号の説明】
１…エンジン、２…発電機、３…車載バッテリ、４…車両電源回路、５…回路切換器、６…電流検出器、７…リアクトル、８…ダイオード、９…スイッチング素子、１０…ダイオード、１１…直流昇圧回路、１２…コントローラ、１３…回路切換器、１４…蓄電装置、１５…インバータ、１６…モータ、１７…コンプレッサ、１８…コンプレッサ装置、２０…冷凍車、２１…発電機、２２…車載バッテリ、２３…エンジン、２４…第１コンプレッサ、２５…パイプ、２６…冷凍機、２７…第２コンプレッサ、２８…モータ、２９…第２コンプレッサ装置、３０…プラグ、４０…エンジン、４１…発電機、４２…整流回路、４３…調圧回路、４４…インバータ、４５…プラグ、４６…モータ、４７…コンプレッサ、４８…コンプレッサ装置、４９…双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ、５０…車載バッテリ、５１…コントローラ

Claims

エンジンにより駆動され整流出力を生ずる発電機と、該発電機より入力が供給される車両電源回路とから成る車両用電源装置であって、
該車両電源回路は、
第２接点と前記発電機に接続された第１接点とを切り換える第１の回路切換器と、
該第１の回路切換器からの直流が入力され、昇圧制御がなされる直流昇圧回路と、
第１接点が該直流昇圧回路の一方の出力端子に接続され、第２接点が前記第１の回路切換器の第２接点に接続された第２の回路切換器と、
該第２の回路切換器と前記直流昇圧回路の他方の出力端子との間に接続された蓄電装置と、
前記直流昇圧回路の出力側に接続されたインバータと、
前記直流昇圧回路への入力電流，入力電圧，出力電圧の各検出信号を基に前記直流昇圧回路およびインバータの制御をするコントローラと
を具えるよう構成され、
前記第１，第２の回路切換器をそれぞれ第１接点側に切り換えることにより、前記発電機の出力電圧を前記直流昇圧回路で昇圧して前記インバータに供給すると共に前記蓄電装置の充電をし、
前記第１，第２の回路切換器をそれぞれ第２接点側に切り換えることにより、前記蓄電装置の充電電圧を前記直流昇圧回路で昇圧して前記インバータに供給するようにした
ことを特徴とする車両用電源装置。
車載の補機への給電をする車載バッテリを、前記車両電源回路と共に発電機へ接続したことを特徴とする請求項１記載の車両用電源装置。
蓄電装置として電気２重層コンデンサを用いたことを特徴とする請求項１または２記載の車両用電源装置。