JP2696021B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、車両用電源装置に関
し、特に２つの系統の電圧を有する車両用電源装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、車両には、その電気負荷に対し
て、バッテリーと、エンジンで駆動され、バッテリーを
充電したり、直接電気負荷へ電力を供給する交流発電機
が電源として備えられている。バッテリーの電圧は従来
から１２Ｖ程度の比較的低い電圧が一般的なものであ
る。しかしながら、近年、車両の快適性や排気ガス浄化
対策などの要求から電気負荷が増加したり消費電力が大
きくなり、電流量が増大して配線や接続部のロスが生
じ、１２Ｖ程度の低電圧では負荷電力の制御が難しく問
題となっている。したがって、供給電圧が高い方が有利
な電気負荷に対しては１２Ｖよりも高い電圧の電源を用
意し、一方でフィラメントの寿命事情などで低電圧が適
当な照明負荷などには従来の１２Ｖ程度の低電圧の電源
を用い、結果として２つの系続の電圧を有する車両用電
源装置が提案されている。例えば、特開昭５５−５３１
５２号公報に記載されるように、２つの系統の電圧を有
する車両用電源装置として新たに交流発電機を加えて、
従来の交流発電機が供給していた１２Ｖ程度の電圧より
も高い電圧を供給するものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の車両用電源装置
は、２つの系統の電圧を得るためには交流発電機を２台
搭載する必要があり、昨今の車両エンジンルームの狭隘
傾向にあってはそのスペースの確保が甚だ困難であり、
また、車両の電気負荷の増大に沿って交流発電機の出力
容量を増大させることは車両エンジンの動力負担を増大
させ、しいては車両の燃費を悪化させる等の問題点があ
った。

【０００４】この発明はこのような問題点を解決するた
めになされたもので、比較的小型・軽量の１台の交流発
電機で高出力の２つの電圧を供給でき、しかも車両の制
動ロスエネルギーを回収して有効利用することができる
車両用電源装置を得ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る車両用電
源装置は、電機子に接続された第１の出力端子と第２の
出力端子及び上記電機子に対向して設けられた界磁コイ
ルの通電電流を調整する電圧調整器を有し、車両のエン
ジンにより駆動される交流発電機と、上記第１の出力端
子に開閉スイッチを介して接続されると共に上記界磁コ
イルに接続された第１のバッテリーと、上記第２の出力
端子に接続され、上記第１のバッテリーよりも高い電圧
を有する第２のバッテリーと、該第２のバッテリーの電
圧を降圧して上記第１のバッテリーに供給する電圧変換
手段とを備え、上記交流発電機の回転速度が所定値以上
の時上記開閉スイッチを開成するようにしたものであ
る。

【０００６】また、車両の制動時に開閉スイッチを開成
するようにしたものである。

【０００７】

【作用】この発明においては、第１の出力端子で１２Ｖ
程度の低電圧を出力する第１のモードと、開閉スイッチ
開成で第２の出力端子から上記１２Ｖ程度よりも高い電
圧で出力すると共に、降圧コンバータを介して低電圧側
へも出力する第２のモードを有し、交流発電機の回転速
度が所定値以上の時は第２のモードにする。これによ
り、交流発電機の出力容量を増大させることができる。

【０００８】また、第２のモードの選択を車両の制動時
とする。これにより制動ロスエネルギーをより高い効率
で電源側に回収できる。

【０００９】

【実施例】実施例１．以下、この発明の一実施例を図に
ついて説明する。図１はこの発明の一実施例を示す構成
図であり、図１において、１は車両のエンジン（図示せ
ず）によって駆動される交流発電機、２は交流発電機１
の電機子（固定子）、３は電機子２の交流出力を全波整
流する第１の整流器、４は第１の整流器３と電気的に並
列関係に設けられ、同じく電機子２の交流出力を全波整
流する第２の整流器、５は第１の整流器３の出力側に接
続された第１の出力端子、６は第２の整流器４の出力側
に接続された第２の出力端子、７は交流発電機１の界磁
コイル（回転子）、８は界磁コイル７の通電電流をスイ
ッチングして第１の出力端子５又は、第２の出力端子６
の出力電圧を調整する電圧調整器であり、この電圧調整
器８は界磁コイルの一端に接続された端子８ａ、界磁コ
イル７の他端に接続された端子８ｂ、第２の出力端子６
に接続された端子８ｃ、接地端子となる端子８ｄを有す
る。９は正極が界磁コイルの他端に接続されると共に負
極に端子８ｄが接続され、車両の１２Ｖ程度の低い電圧
の電源となる第１のバッテリー、１０は第１のバッテリ
ー９に並列接続された車両の電気負荷、１１は正極が第
２の出力端子６に接続されると共に負極が第１のバッテ
リー９の負極に接続され、第１のバッテリー９よりも高
い電圧（例えば２４Ｖ程度）の第２のバッテリー、１２
は第２のバッテリー１１に並列接続された車両の電気負
荷、１３は第１の出力端子５と第１のバッテリー９の間
に設けられた開閉スイッチ（常用スイッチ）、１４は第
２のバッテリー１１と第１のバッテリー９の間に設けら
れ、入力電圧を降圧して出力する電圧変換手段としての
降圧コンバータであり、この降圧コンバータ１４は第２
の出力端子６側に接続された入力端子１４ａ，バッテリ
ー９及び１１の負極側に接続された接地端子１４ｂ，第
１のバッテリー９側に接続された１４ｃを有する。

【００１０】図２は電圧調整器８の一例を示す回路図で
ある。図２において、８０はコレクタが端子８ａに接続
され、エミッタが端子８ｄに接続され、ベースがベース
抵抗器８１を介して端子８ｂに接続されたパワートラン
ジスタ、８２はコレクタ−エミッタがパワートランジス
タ８０のベースと端子８ｄの間に接続され、パワートラ
ンジスタ８０のオン・オフを制御する制御トランジス
タ、８３は制御トランジスタ８２のベースに接続され、
所定電圧以上で導通して制御トランジスタ８２を駆動す
るゼナーダイオード、８４，８５は端子８ｂと８ｄの間
に直列接続され、第１のバッテリー９の電圧を分圧して
検出するための第１の分圧抵抗器、８６，８７は端子８
ｃと８ｄの間に直列接続され、上記第２のバッテリー１
１の電圧を分圧して検出する第２の分圧抵抗器である。
なお、第１の分圧抵抗器８４，８５は端子８ｂの電圧が
第１の調整値（例えば１４．５Ｖ）になるように、また
第２の分圧抵抗器８６，８７は端子８ｃの電圧が第２の
調整値（例えば２８．５Ｖ）になるように、夫々予め設
定される。８８は第１の分圧抵抗器８４，８５の分圧点
とゼナーダイオード８３の間に接続された逆流防止用ダ
イオード、８９は第２の分圧抵抗器８６，８７の分圧点
とゼナーダイオード８３の間に接続された逆流防止用ダ
イオード、９０は端子８ａ及び８ｂ間に設けられ界磁コ
イル７（図１）に対し並列に接続されたサプレッション
ダイオードである。

【００１１】図３は降圧コンバータ１４の一例を示す回
路図である。図３において、１４０はコレクタが入力端
子１４ａに接続され、エミッタが平滑用チョークコイル
１４１を介して出力端子１４ｃに接続され、そのベース
に供給されるオン・オフ制御信号でスイッチングを行う
スイッチングトランジスタ、１４２は出力端子１４ｃと
接地端子１４ｂの間に接続された平滑用コンデンサ、１
４３はスイッチングトランジスタ１４０のエミッタと接
地端子１４ｂの間に接続されたサプレッションダイオー
ド、１４４は出力端子１４ｃに接続され、出力電圧を検
出する抵抗器、１４５は抵抗器１４４からの出力電圧の
検出に基づいて出力電圧が一定となるようにスイッチン
グトランジスタ１４０のオンデューティを決定してこの
スイッチングトランジスタ１４０のベースを駆動する駆
動回路である。

【００１２】次に図１〜図３の動作について図４を参照
し乍ら説明する。開閉スイッチ１３が閉成されている状
態では、車両のエンジンによって駆動される交流発電機
１は第１のバッテリー９の充電に適当な低電圧（例えば
１４．５Ｖ程度）の出力を第１の出力端子５から出力
し、第２の出力端子６からは電力の出力はない。即ち、
第２の出力端子６も第１の出力端子５と発電電位として
共通であるが、第２のバッテリー１１の高い電位が第２
の出力端子６に印加されているので出力電流は零であ
り、従って第２の出力端子６からは電力は出力されな
い。この時電圧調整器８は、第１のバッテリー９側の電
圧検出を行う第１の分圧抵抗器８４，８５の検出電圧
（端子８ｂの電圧）と予め設定した第１の調整値との比
較をゼナーダイオード８３で行い、検出電圧が第１の調
整値よりも高い場合、つまり第１の分圧抵抗器８４と８
５の分圧点の電圧がゼナーダイオード８３のゼナー電圧
より高い場合は、ゼナーダイオード８３がオンし、制御
トランジスタ８２がオンしてパワートランジスタ８０が
オフし、検出電圧が第１の調整値よりも低い場合は、逆
にゼナーダイオード８３がオフし、制御トランジスタ８
２がオフしてパワートランジスタ８０がオンをして界磁
コイル７の通電電流を調節して端子８ｂの電圧を第１の
調整値の一定電圧にする。電圧調整器８のもう一方の電
圧検出を行う第２の分圧抵抗器８６，８７は、上述の如
く第２の調整値に予め設定されており、上述の第１の調
整値の定電圧制御と同様の動作をＯＲ論理で実行される
ようになっているが、開閉スイッチ１３が閉成されてい
る場合は第２のバッテリ１１の端子電圧が第２の調整値
よりも低い状態であるため、ゼナーダイオード８３を動
作させることがなく、電圧調整器８は専ら第１の調整値
に基づく動作をする。

【００１３】次に、開閉スイッチ１３が開成された場
合、第１の出力端子５からの出力電流が遮断されると共
に、電圧調整器８の端子８ｂには第１の調整値よりも低
い第１のバッテリー９の電圧しか印加されないのでゼナ
ーダイオード８３を駆動しなくなり、制御トランジスタ
８２がオフしているので、パワートランジスタ８０はオ
ン状態を維持され、交流発電機１の出力電圧が上昇して
くる。したがって、第２の出力端子６から出力される電
圧が、第２のバッテリー１１よりもやや高い電圧、即
ち、電圧調整器８の分圧抵抗器８６，８７の電圧検出に
基づく第２の調整値で決まる電圧で出力するようにな
る。

【００１４】ここで、図４において、出力電圧を変化さ
せた時の交流発電機１の発電電力と回転速度の関係を例
えば曲線ａで示す出力電圧１４．５Ｖと曲線ｂで示す２
８．５Ｖの場合で比較してみると、曲線ａと曲線ｂの交
点Ａを越える回転速度から高い出力電圧の方が高い発電
電力を得ることが解かる。これは、この種交流発電機１
の高速時出力電流が電機子２の反作用起磁力の大きさに
よる飽和現象を呈し、出力電圧に依存しない特性をもつ
からであり、出力電力（電圧と電流の積）でみると２
８．５Ｖの方が１４．５Ｖの場合の約２倍となる。但
し、図４に示すように交点Ａよりも低回転速度の範囲で
は、出力電圧を維持するに要する磁束の関係から１４．
５Ｖの方が高い出力電力となる。車両のエンジンの回転
速度は広い範囲（例えばアイドリング７００ｒ／ｍｉｎ
〜６，０００ｒ／ｍｉｎ）で使用されるため、一般には
エンジンのアイドリング回転速度に相当する交流発電機
１の回転速度（図４のＢ）でも十分な出力が得られるよ
う１４．５Ｖ出力電圧で示すような特性をもたせてあ
る。

【００１５】次に、降圧コンバータ１４の動作について
説明する。開閉スイッチ１３が閉成の状態では降圧コン
バータ１４は第２のバッテリー１１の端子電圧が入力端
子１４ａ及び接地端子１４ｂ間に印加されるが出力端子
１４ｃの出力電圧は第１のバッテリー９側の電圧よりも
低く設定されているため電力の供給はない。逆に、開閉
スイッチ１３が開成の状態では、交流発電機１の第２の
出力端子６から第２の調整値による出力電圧が印加さ
れ、この場合、降圧コンバータ１４は入力端子１４ａ及
び接地端子１４ｂ間の印加電圧を例えば２８．５Ｖの半
分に降圧して出力端子１４ｃから第１のバッテリー９側
へ出力する。この時すなわち開閉スイッチ１３の開成時
の出力端子１４ｃの出力電圧は、第１の調整値よりもや
や低い値（例えば１４．０Ｖ）に設定する。なお、図３
は降圧コンバータ１４の基本回路の一例を示すものであ
るが、この回路は一般によく知られたもので、スイッチ
ングトランジスタ１４０の出力であるスイッチング矩形
波をチョークコイル１４１，コンデンサ１４２で平滑し
て降圧し、この平滑出力電圧が一定となるように抵抗器
１４４を介して駆動回路１４５にフィードバックして、
その出力によりスイッチングトランジスタ１４０のオン
デューティが調節される。

【００１６】以上で述べた各部の動作条件において、開
閉スイッチ１３の制御は、図４の交点Ａ以下の回転速度
にあっては開閉スイッチ１３を閉成、交点Ａを越える回
転速度では開閉スイッチ１３を開成する。即ち、交点Ａ
を越える回転速度域では、同じ交流発電機１のもつ発電
能力を飛躍的に向上させると共に、２系統の電圧を有す
る車両の電源に対する交流発電機が１台で構成できる。
尚、本実施例では、２つのバッテリーの電圧を１２Ｖと
２４Ｖの場合について説明したが、この組み合わせはこ
れに限定されるものではなく、他の組み合わせでも可能
である。

【００１７】実施例２．本実施例では、上記実施例と同
様の構成において、開閉スイッチ１３を車両の制動時に
開成するようにする。これにより、車両のロスエネルギ
ーをより効率よく電源に回収し、有効利用することがで
きる。即ち、上述したように、高い出力電圧による交流
発電機１の出力電力の向上と共に、第１のバッテリー９
及び第２のバッテリー１１の両方に対して車両のロスエ
ネルギーの回収が同時に、しかも１台の交流発電機によ
って成し得る優れた効果があり、車両の燃費の向上に大
きな寄与できるものである。この場合の車両の制動時と
は車両の慣性で車輪からエンジンに逆動力として伝えら
れている状態を言い、運転条件によって異なるが、一般
に平均すると車両稼動時間の１５％前後が見込まれる。

【００１８】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、電機
子に接続された第１の出力端子と第２の出力端子及び上
記電機子に対向して設けられた界磁コイルの通電電流を
調整する電圧調整器を有し、車両のエンジンにより駆動
される交流発電機と、上記第１の出力端子に開閉スイッ
チを介して接続されると共に上記界磁コイルに接続され
た第１のバッテリーと、上記第２の出力端子に接続さ
れ、上記第１のバッテリーよりも高い電圧を有する第２
のバッテリーと、該第２のバッテリーの電圧を降圧して
上記第１のバッテリーに供給する電圧変換手段とを備
え、上記交流発電機の回転速度が所定値以上の時上記開
閉スイッチを開成するようにしたので、交流発電機の発
電能力をも向上でき、もって小形・軽量で高出力の２系
統の電圧を有する車両用電源装置が得られるという効果
を奏する。

【００１９】また、開閉スイッチを車両の制動時に合わ
せて制御するようにしたので、車両のロスエネルギーを
効率よく電源に回収でき、車両の燃費を向上できる車両
用電源装置が得られるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による車両用電源装置の一実施例を示
す接続図である。

【図２】図１に示す電圧調整器の一例を示す回路図であ
る。

【図３】図１に示す降圧コンバータの一例を示す回路図
である。

【図４】図１に示す交流発電機の出力特性図である。

【符号の説明】

１ 交流発電機 ２ 電機子 ５ 第１の出力端子 ６ 第２の出力端子 ７ 界磁コイル ８ 電圧調整器 ９ 第１のバッテリー １１ 第２のバッテリー １３ 開閉スイッチ １４ 降圧コンバータ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電機子に接続された第１の出力端子と第
   ２の出力端子及び上記電機子に対向して設けられた界磁
   コイルの通電電流を調整する電圧調整器を有し、車両の
   エンジンにより駆動される交流発電機と、 上記第１の出力端子に開閉スイッチを介して接続される
   と共に上記界磁コイルに接続された第１のバッテリー
   と、 上記第２の出力端子に接続され、上記第１のバッテリー
   よりも高い電圧を有する第２のバッテリーと、 該第２のバッテリーの電圧を降圧して上記第１のバッテ
   リーに供給する電圧変換手段とを備え、上記交流発電機
   の回転速度が所定値以上の時上記開閉スイッチを開成す
   るようにしたことを特徴とする車両用電源装置。
2. 【請求項２】 車両の制動時に開閉スイッチを開成する
   ようにした請求項１記載の車両用電源装置。