JP2692223B2

JP2692223B2 - 車両用電源装置

Info

Publication number: JP2692223B2
Application number: JP1002106A
Authority: JP
Inventors: 孝史鳥井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1989-01-10
Filing date: 1989-01-10
Publication date: 1997-12-17
Anticipated expiration: 2012-12-17
Also published as: JPH02182556A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、エンジンによつて駆動される発電機の出力
電圧を変圧器を用いて電圧変換して、車載バツテリとは
異なる電圧源を必要とする電気負荷に給電を行う車両用
電源装置に関する。

［従来技術］近年、車両に搭載される電気的装置として、通常の車
載電気負荷とは別系統の高電圧を必要とするウインドヒ
ータ等が提案されている。このような高電圧負荷に電圧
を供給する場合、車両が停車状態の（アイドリング状
態）の際に利用するものであれば、発電機の十分な発電
量を確保するためにエンジンのアイドリング速度を通常
時よりも上昇させるとともに、発電機の交流出力を変圧
器により昇圧して高電圧負荷に供給していた。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、車両の走行中においても高電圧負荷に
電圧を供給する場合を考えると、エンジン回転数がアイ
ドル回転から高速回転までの広い範囲で変化するのに対
し、変圧器の磁気回路の磁気飽和はその一次巻線の巻数
と入力周波数の積に反比例することから、変圧器を設計
する際に発電機の出力周波数が最も低くなるアイドル回
転時に変圧器の鉄心が磁気飽和しないようにする必要が
あり、このため変圧器が大型化するという問題があつ
た。

そこで本発明では、高電圧負荷である車載装置の実際
の利用態様を鑑み高電圧負荷に対して安定して電圧を供
給し得るとともに、変圧器の小型・軽量化を可能にした
車両用電源装置を提案するものである。

［課題を解決するための手段］本発明は、少なくともバツテリを含む第１の電気負荷
と、前記第１の電気負荷とは異なる系電圧の第２の電気
負荷とを備えた車両において、エンジンにて駆動されて
交流電圧を発生する発電機と、前記発電機からの交流電
圧を整流し、電圧調整して前記第１の電気負荷に供給す
る手段と、前記交流電圧を前記第２の電気負荷の系電圧
に変圧して該第２の電気負荷に供給するための変圧器
と、前記発電機と変圧器との間の給電路を開閉する第１
のスイツチ手段と、前記第２の電気負荷への給電を指示
する第２のスイツチ手段と、前記発電機の出力周波数が
設定値以上であるか否かを判定する判定手段と、前記判
定手段により前記発電機の出力周波数が設定値以上であ
ると判定され、かつ前記第２のスイツチ手段が投入され
た場合に前記第１のスイツチ手段を閉成させる手段とを
備えたものである。

［作用］上記の構成において、発電機より出力される交流電圧
は、整流され電圧調整されてバツテリを含む第１の電気
負荷に供給されるとともに、判定手段により当該交流電
圧の周波数が設定値以上であると判定され、かつ第１の
電気負荷とは異なる系電圧の第２の電気負荷への給電を
指示する第２のスイツチ手段が投入されると、第１のス
イツチ手段が閉成されて発電機と変圧器の間の給電路が
閉じ、変圧器に当該交流電圧が供給されそこで変圧され
た後に第２の電気負荷に供給される。このため、第２の
スイツチ手段が投入されていないときおよび発電機の出
力周波数が設定値未満の場合には第１のスイツチ手段が
開放されて、変圧器に発電機出力が供給されない。

［実施例］図は本発明の一実施例の構成を示す回路図である。図
において、発電機１は自動車のエンジン２によつて駆動
されて三相交流電圧を発生する。この発電機１には公知
の整流回路が内蔵されており、この整流回路で整流され
た直流電圧を出力する出力端子1aと、三相の交流電圧を
出力する出力端子1b,1cおよび1dとを備えている。出力
端子1aより出力される直流電圧は第１の電気負荷として
のバツテリ３の充電に供されるとともに、他の第１の電
気負荷としての車載の種々の電気負荷に供給される。ま
た出力端子1aからの直流電圧は電圧調整器４に供給さ
れ、当該電圧調整器がその電圧値に応じて発電機１の励
磁コイル1eに流れる電流を調整することにより、発電機
１の出力電圧が所定の値に調整されている。一方、発電
機１の出力端子1b,1cおよび1dより出力される三相の交
流電圧は、第１のスイツチ手段としてのリレー５の接点
5aをそれぞれ介して変圧器６に供給され、そこでそれぞ
れ昇圧された後に整流器７で全波整流されて直流の高電
圧となる。この整流器７からスイツチング用のトランジ
スタ８によつて開閉される給電路を介して第２の電気負
荷としての高電圧負荷９への給電が行われる。

また、バツテリ３の端子間には上記リレー５およびト
ランジスタ８を開閉制御する回路が構成されている。エ
ンジン２よりエンジン回転数に対応した周波数の信号が
公知のF-V変換器10に供給され、周波数に対応した電圧
に変換される。このF-V変換器10の出力は比較器11に入
力され、そこでバツテリ３より抵抗12および13によつて
分圧された基準電圧と比較される。比較器11の出力はAN
D回路14の一方の入力となり、またAND回路14には他方の
入力として、バツテリ３より高電圧負荷９を作動させる
ための第２のスイツチ手段としての操作スイツチ9aを介
して抵抗15および16により調整された電圧が入力され
る。AND回路14の出力は、逆流阻止用のダイオードを介
して、フライホイールダイオード17が並列接続されたリ
レー５の励磁コイル5bに供給されるとともに、抵抗を介
して前述のトランジスタ８の制御入力端となるベースに
供給されている。またトランジスタ８のベースにはタイ
マ回路が接続されており、このタイマ回路はコレクタが
トランジスタ８のベースに接続されかつエミツタが接地
されたトランジスタ18、AND回路14の出力端と接地間に
直列に接続された抵抗19,20および抵抗19,20の中間とト
ランジスタ18のベース間に接続されたコンデンサ21から
構成され、AND回路14の出力がHighになつた後所定時間
だけ遅れてトランジスタ８をオンさせるものである。

本実施例において、エンジン２を始動後、停車状態
（即ち、アイドリング状態）で高電圧負荷９への給電を
行うために操作スイツチ9aをオンにすると、図示せぬ公
知のエンジン制御装置によりエンジン２の回転数が通常
のアイドリング回転数の約２倍の1400rpmとなるように
アイドルアツプされる。そしてF-V変換器10からはエン
ジン回転数1400rpmに対応した電圧が比較器11に出力さ
れる。比較器11には、通常のアイドル回転数よりも高く
設定された例えばエンジン回転数1000rpm時のF-V変換器
10の出力電圧に等しい基準電圧が抵抗12および13により
設定されている。このため比較器11の出力はHighとなつ
てAND回路14の一方の入力端に供給される。またAND回路
14の他方の入力端には、操作9aがオンとなつたことによ
り抵抗15および16によつて調整されたHighレベルの電圧
が入力されているので、AND回路14の出力がHighとなつ
てリレー５の励磁コイル5bに供給され、励磁コイル5bが
励磁されて接点5aがそれぞれ閉じる。その結果、発電機
１の出力端子1b,1cおよび1dから出力される三相の交流
電圧はリレー５の接点5aをそれぞれ介して変圧器６に供
給され、変圧器６で昇圧された後に整流器７で整流され
て直流の高電圧となる。

一方、AND回路14の出力は抵抗を介してトランジスタ
８のベースと、抵抗19およびコンデンサ21を介してトラ
ンジスタ18のベースに供給されており、AND回路14の出
力がHighになると同時にタイマ回路を構成するトランジ
スタ18がオンし、抵抗19およびコンデンサ21によつて定
まる時間だけオン状態を維持するため、この時間の間は
トランジスタ８のベースはトランジスタ18を介して接地
されるので、トランジスタ８はオンとならず、高電圧負
荷９への給電は行われない。そして所定時間経過後、ト
ランドスタ18がオフとなることにより、スイツチング用
のトランジスタ８がオンとなつて整流器７からの高電圧
が高電圧負荷に供給される。このように、AND回路14の
出力がHighとなつた時に、リレー５の接点5aを同時に閉
じ、タイマ回路によつて所定時間だけ遅らせてスイツチ
ング用のトランジスタ８をオンさせて高電圧負荷９の給
電路を閉成させているので、リレー５が閉じる時に接点
間にアークが発生することがない。また、高電圧負荷９
への給電を停止させる場合においても、操作スイツチ9a
をオフにするとAND回路14の出力がLowとなり、このAND
回路14の出力によりトランジスタ８が直ちにオフとなつ
て高電圧負荷９への給電を停止させるが、リレー５の励
磁コイル5bは並列接続されたフライホイールダイオード
17により、AND回路14の出力がLowとなつた後も所定時間
だけフライホイールダイオード17より給電されるため、
AND回路14の出力がLowとなつた後所定時間だけ遅れてリ
レー５の接点5aが開く。このため高電圧負荷９への給電
停止時にもリレー５の接点間にアークが発生することが
ない。

なお、車両走行時にはエンジン制御装置によるアイド
ルアツプを自由に行うことができないため、一時停止時
や低速走行時等にエンジン回転が1000rpm以下になるこ
とがある。このような場合は比較器11の出力がLowとな
り、操作スイツチ9aをオンにしても高電圧負荷９への給
電は行われない。しかしながら、エンジン回転数が1000
rpm以下の時、特にアイドリング時には、発電機１の出
力が比較的低いため、高電圧負荷９への給電を行うと車
載の他の電気負荷への給電量が不足し、エンジン２の失
火等を招く虞れがある。従つてエンジン回転数1000rpm
以下の場合における高電圧負荷への給電はむしろ好まし
くないため、車両走行中はエンジン回転数1000rpm以上
の領域でのみ高電圧負荷９への給電を可能にしている。

以上説明したように、本実施例では、発電機１の出力
周波数に対応するエンジン回転数が1000rpm以下ではリ
レー５を開放して発電機１と変圧器６との間を遮断して
いるので、変圧器６を設計する際にエンジン回転数1000
rpm以上に対応する比較的高い周波数領域の入力信号に
対して磁気飽和を生じないように設計すればよいため、
変圧器６の１次巻線の巻数を低減でき、その結果巻線の
銅損が少なく小型の変圧器を用いることが可能となる。
また、スイツチング用トランジスタ８およびリレー５の
励磁コイル5bに、トランジスタ18,抵抗19,コンデンサ21
等からなるタイマ回路およびフリーホイールダイオード
17をそれぞれ接続したことにより、高電圧負荷９の作動
開始および停止の際に、リレー５の接点5aの開閉時のア
ークの発生を防止し、リレー５の焼損を防止して安全性
および耐久性を向上させている。

次に本実施例を用いて、高電圧負荷９としてウインド
ヒータを作動させる場合について説明する。ウインドヒ
ータは車両のウインドガラスに薄膜透明抵抗体を蒸着さ
せたもので、この抵抗体に例えば70V,1500Wの高電圧、
大電力を印加して、短時間で高温に発熱させることによ
り、ウインドガラスに付着した氷や霜を除去するもので
ある。

駐車車両のウインドガラスが氷結し、これをエンジン
始動後暖気運転中にウインドヒータで溶かして視界を確
保した後に車両を発進させる場合のように、車両が停車
状態にあるときにウインドヒータを作動させる場合に
は、ウインドヒータの操作スイツチ9aをオンにすると、
エンジン制御装置によつて例えば1400rpm程度にアイド
ル回転数が上昇される。これにより前述の如く、比較器
11およびAND回路の出力が共にHighとなつてリレー５が
閉成されて発電機１の交流出力が変圧器６に供給される
とともに、所定時間だけ遅れてスイツチ用トランジスタ
８により高電圧負荷９であるウインドヒータへの給電路
が閉じ、ウインドヒータに変圧器６で昇圧され整流器７
で整流された直流高電圧が印加され、ウインドヒータか
らの発熱によりウインドガラスに付着した氷等が溶解さ
れる。その後、ウインドガラスの視界が確保され操作ス
イツチ9aがオフにされると、トランジスタ８によりウイ
ンドヒータへの給電が停止された後にリレー５が開放さ
れ、発電機１と変圧器６との間が遮断される。

また、車両走行中においても、特に高速走行時等に走
行風によつてウインドガラスが冷却されて、ウインドガ
ラスに付着した水分や雪が再氷結する場合がある。この
ような場合は走行中であるのでエンジン制御装置によつ
て任意にエンジン回転数を上昇させることができない
が、実際には少なくとも中，高速走行時であることから
エンジン回転数が1500rpm以上になつているので、比較
器11による高電圧負荷９の作動条件（本実施例では1000
rpm以上）を満足しており、操作スイツチ9aを投入する
ことにより停車時と同様にしてウインドヒータが作動す
る。

なお、低速走行時および信号待ちなどのアイドル状態
では、エンジン回転数が1000rpm以下となつてウインド
ヒータを作動させることができないが、走行風が微弱ま
たは無いので通常車両に装備されているデフロスタを作
動させることにより、雪や溶けた水がウインドガラスに
再氷結することはなく、このようにエンジン低回転時の
ウインドヒータの使用を禁止しても何ら問題は生じな
い。

なお、前記実施例では変圧器に供給される発電機の出
力周波数を判定する手段として、発電機の駆動源である
エンジンの回転数によつて判定したが、発電機の出力電
圧の周波数を直接検出してもよい。

また、前記実施例では、アイドルアツプ時のエンジン
回転数を1400rpm,比較器での高電圧負荷の作動条件をエ
ンジン回転数1000rpmとしたが、本発明は上記数値に限
定されるものではないことは明白である。

［効果］以上説明したように、本発明によれば、第２の電気負
荷としての高電圧負荷への給電が行われない場合には、
第１のスイツチ手段としてのリレーによつて発電機と変
圧器との間の給電路は遮断されており、一方発電機の出
力周波数が設定値以上となりかつ第２の電気負荷への給
電を指示する第２のスイツチ手段としての操作スイツチ
が投入された場合に、前記第１のスイツチ手段を閉じて
変圧器に交流電圧を印加し、変圧した電圧を第２の電気
負荷に供給するから、変圧器には設定値よりも低い周波
数の発電機出力が入力されないので、変圧器を設定値以
上の周波数帯域に適合するべく設計すればよく、一次巻
線の巻数の低減により変圧器の小型化が可能となる。こ
れは車両用電源装置において、変圧器が大きなスペース
を占めていることから、変圧器の小型化が装置全体の小
型化に直接つながるため、設置スペースの自由度が著し
く低い車載装置にとつてその実質的効果は大なるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明の一実施例の回路図である。１……発電機、２……エンジン、３……バツテリ、４…
…電圧整正器、５……リレー、６……変圧器、７……整
流器、９……高電圧負荷。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくともバツテリを含む第１の電気負荷
と、前記第１の電気負荷とは異なる系電圧の第２の電気
負荷とを備えた車両において、エンジンにて駆動されて交流電圧を発生する発電機と、前記発電機からの交流電圧を整流し、電圧調整して前記
第１の電気負荷に供給する手段と、前記発電機からの交流電圧を変圧して第２の電気負荷に
供給するための変圧器と、前記発電機と変圧器との間の給電路を開閉する第１のス
イツチ手段と前記第２の電気負荷への給電を指示する第２のスイツチ
手段と、前記発電機の出力周波数が設定値以上であるか否かを判
定する判定手段と前記判定手段により前記発電機の出力周波数が設定値以
上であると判定され、かつ前記第２のスイツチ手段が投
入された場合に前記第１のスイツチ手段を閉成させる手
段とを備えたことを特徴とする車両用電源装置。