JP2760016B2 - 車両用充電制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は車両用充電制御装置に関するものである。

［従来技術］ 近年、自動車用ウィンドガラスに透明の金属薄膜を蒸
着し該金属薄膜を通電加熱してウィンドガラスに付着し
た氷や霜を短時間で解氷する方法が使用され始めた。こ
こで、ウィンドガラスに蒸着する金属膜は透明にするた
め薄膜となり、抵抗値は一例として４Ωになる。又、短
時間で解氷するために供給する電力は一例として1500W
が要求され、その結果、電源電圧は77Vが必要となる。
この電圧は車両のバッテリー電圧に比べて高いので高電
圧を得るために、高電圧専用の発電機が用いられる。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、このように高電圧専用の発電機を設置する
と、上記した解氷機能を作動させない夏期は高電圧用発
電機は車両重量を増加させているにすぎない。又、近
年、低電圧負荷においてはエアコンディショナー等の大
容量化に伴い、冬期の車両用消費電流より夏期の消費電
流が大きくなってきている。そこで、低電圧負荷が大電
流を要求する時は高電圧用発電機も使って低電圧負荷側
出力を補助してやればよいが、このとき高電圧用発電機
はステータのスロット当りの巻数が大きいので低回転域
から発電が始まる。一方、低回転域では冷却のための風
量が少ないので、発電機自身の発熱が増加し過熱される
問題がある。

この発明の目的は、２つの発電機を用いてより安定し
て充電動作を行なうことができる車両用充電制御装置を
提供することにある。

［課題を解決するための手段］ この発明は、エンジンの回転に連動して駆動し、起電
力を低電圧負荷及びバッテリーに供給する第１の交流発
電機と、エンジンの回転に連動して駆動し、起電力を高
電圧負荷若しくは前記低電圧負荷及びバッテリーに供給
する第２の交流発電機とを備えた車両用充電装置におい
て、 前記第２の交流発電機と高電圧負荷、若しくは前記第
２の交流発電機と前記低電圧負荷及びバッテリーとを接
続すべく切換える第１の切換手段と、前記第２の交流発
電機の出力を全波整流で、かつ高電圧、若しくは、前記
第２の交流発電機の出力を半波整流で、かつ低電圧に設
定すべく切換える第２の切換手段と、前記バッテリーの
電圧が設定値以上のときには前記第１の切換手段を制御
して前記第２の交流発電機と高電圧負荷とを接続すると
ともに前記第２の切換手段を制御して前記第２の交流発
電機の出力を全波整流で、かつ高電圧に設定し、前記バ
ッテリーの電圧が設定値以下のときには前記第１の切換
手段を制御して前記第２の交流発電機と低電圧負荷及び
バッテリーとを接続するとともに前記第２の切換手段を
制御して前記第２の交流発電機の出力を半波整流で、か
つ低電圧に設定する切換制御手段とを備えた車両用充電
制御装置をその要旨とするものである。

［作用］ 切換制御手段は、バッテリーの電圧が設定値以上のと
きには第１の切換手段を制御して第２の交流発電機と高
電圧負荷とを接続するとともに第２の切換手段を制御し
て第２の交流発電機の出力を全波整流で、かつ高電圧に
設定する。その結果、バッテリーの電圧が設定値以上の
とき、即ち、バッテリーが充分充電され、かつ低電圧負
荷に対し第１の交流発電機が余裕をもって発電している
ときには、第２の交流発電機による高電圧が高電圧負荷
に供給される。

又、切換制御手段は、バッテリーの電圧が設定値以下
のときには第１の切換手段を制御して第２の交流発電機
と低電圧負荷及びバッテリーとを接続するとともに第２
の切換手段を制御して第２の交流発電機の出力を半波整
流で、かつ低電圧に設定する。その結果、バッテリーの
電圧が設定値以下のとき、即ち、第１の交流発電機の出
力が不足すると、第２の交流発電機による低電圧が低電
圧負荷及びバッテリーに供給される。この際に、第２の
交流発電機はステータのスロット当りの巻数が大きく低
回転域から発電か始まり低回転域では冷却のための風量
が少ないが、第２の交流発電機の出力が半波整流されて
いるので、発電機自身の発熱が抑制される。

［実施例］ 以下、この発明を具体化した一実施例を図面に従って
説明する。

第１図に車両用充電制御装置の電気的構成を示す。

バッテリー１のプラス・マイナス端子間にはヘッドラ
イト等の低電圧負荷２が接続されている。第１の交流発
電機としての低電圧負荷用三相交流発電機（以下、低電
圧用発電機という）３はスター結線されたステータコイ
ル４とロータコイル（フィールドコイル）５と６個のダ
イオード6a〜6fとから構成されている。そして、エンジ
ンの回転によりステータコイル４に起電力が発生しその
出力をダイオード6a〜6fにより全波整流して低電圧負荷
２に電力を供給するとともにバッテリー１を充電する。

ロータコイル５は電圧調整器７を介してバッテリー１
のプラス・マイナス端子に接続され、電圧調整器７がバ
ッテリー１の電圧を検出し、低電圧用発電機３の出力電
圧を低電圧に制御する。即ち、ロータコイル５に流れる
電流を調整して磁力の強さを調整し低電圧用発電機３の
出力電圧を調整する。

又、バッテリー１のプラス・マイナス端子間には第１
の切換手段としての切換スイッチ８を介して高電圧負荷
９が接続されている。この高電圧負荷９は、例えば抵抗
体を蒸着したウィンドシールド等である。第２の交流発
電機としての高電圧負荷用三相交流発電機（以下、高電
圧用発電機という）10はスター結線されたステータコイ
ル11とロータコイル（フィールドコイル）12と６個のダ
イオード13a〜13fとから構成されている。この高電圧用
発電機10のステータコイル11は低電圧用発電機３のステ
ータモイル４よりもスロット当りの巻数が大きくなって
いる。６個のダイオード13a〜13fからなる整流回路の一
端は前記切換スイッチ８の端子8aと、又、整流回路の他
端は切換スイッチ14を介してバッテリー１のマイナス端
子と接続されている。ステータコイル11の中性点ａには
切換スイッチ15を介してバッテリー１のマイナス端子と
接続されている。

そして、切換スイッチ８の端子8bと端子8aとが接続さ
れ、切換スイッチ14が閉路し、切換スイッチ15が開路し
た状態では、エンジンの回転によりステータコイル11に
起電力が発生しその出力が６個のダイオード13a〜13fに
より全波整流されて高電圧負荷９に供給される。又、切
換スイッチ８の端子8cと端子8aとが接続され、切換スイ
ッチ14が開路し、切換スイッチ15が閉路した状態では、
エンジンの回転によりステータコイル11に起電力が発生
しその出力がダイオード13a〜13cにより半波整流されて
低電圧負荷２に電力が供給されるとともにバッテリー１
が充電される。

この際、半波整流することにより、第２図に示すよう
に、発電機回転数がNaより高くなると半波整流での出力
電流が全波整流での出力電流を越える値となるという結
果を実験的に得た。

高電圧用発電機10のロータコイル12は電圧調整器16を
介してバッテリー１のプラス・マイナス端子間に接続さ
れている。電圧調整器16は、ロータコイル12と直列に接
続されたトランジスタ17と、ロータコイル12とトランジ
スタ17の直列回路に並列に接続され、中間点ｂが前記ト
ランジスタ17のベース端子と接続された抵抗37及びトラ
ンジスタ18と、そのトランジスタ18のベース〜エミッタ
間に直列に接続されたツェナダイオード19及び抵抗20と
を備えている。又、電圧調整器16のツェナダイオード19
と抵抗20との間のｃ点には抵抗21を介して切換スイッチ
22の端子22aが接続されている。この切換スイッチ22の
端子22bにはダイオード23と抵抗24を介して高電圧負荷
９と接続されている。又、切換スイッチ22の端子22cは
ダイオード25を介してバッテリー１のプラス端子と接続
されている。

そして、電圧調整器16は、切換スイッチ22の端子22a
と端子22bとが接続された状態では高電圧負荷９の電圧
を検出し、高電圧用発電機10の出力電圧を骨電圧ＶHIGH
に制御する。即ち、ツェナダイオード19の導通・非導通
によりトランジスタ17,18をオン・オフしてロータコイ
ル12に流れる電流を調整し、磁力の強さを調整して高電
圧用発電機10の出力電圧を調整する。又、電圧調整器16
は、切換スイッチ22の端子22aと端子22cとが接続された
状態では同様にバッテリー１の電圧を検出し、高電圧用
発電機10の出力電圧を低電圧ＶLOWに制御する。

本実施例では、切換スイッチ14,15,22から第２の切換
手段を構成している。

又、各切換スイッチ8,14,15,22を切換駆動する励磁コ
イル26は、その一端がバッテリー１のプラス端子に接続
されるとともに、他端が切換制御手段としてのスイッチ
制御回路27を介してバッテリー１のマイナス端子に接続
されている。スイッチ制御回路27は、励磁コイル26と直
列に接続されたトランジスタ28と、バッテリー１の両端
子間に直列に接続され、かつその中間点ｄがトランジス
タ28のベース端子と接続された抵抗29及びトランジスタ
30と、抵抗29とトランジスタ30の直列回路に対し並列に
接続され、かつその中間点ｅがツェナダイオード31を介
してトランジスタ30のベース端子に接続された抵抗32,3
3とから構成されている。

そして、スイッチ制御回路27は、バッテリー１の電圧
が予め定めた設定値より高いときにはツェナダイオード
31には電流が流れず励磁コイル26が消磁状態となり、前
記各切換スイッチ8,14,15,22が第１図において破線で示
す位置になる。又、スイッチ制御回路27は、バッテリー
１の電圧が予め定め設定値より低いときにはツェナダイ
オード31に電流が流れトランジスタ28,30がオンし励磁
コイル26が励磁状態となり、前記各切換スイッチ8,14,1
5,22が第１図において実線で示す位置に切換わる。

次に、このように構成した車両用充電制御装置の作用
を説明する。

今、バッテリー１が充分充電され、低電圧負荷２に対
し低電圧用発電機３が充分に余裕をもって発電している
場合には、バッテリー１の電圧が高くスイッチ制御回路
27のツェナダイオード31には電流が流れないため、励磁
コイル26にも電流が流れず、４つの切換スイッチ8,14,1
5,22はオフ状態（第１図中、破線で示す）となる。この
場合には、電圧調整器16は高電圧負荷９の電圧を検出
し、高電圧用発電機10の出力を高電圧ＶHIGHに制御し、
高電圧ＶHIGHが高電圧負荷９に供給される。

そして、低電圧負荷２の負荷が増加してバッテリー１
の電圧がスイッチ制御回路27の設定電圧以下になると、
つまり、低電圧発電機３の出力が足りなくなると、励磁
コイル26に電流が流れ、４つの切換スイッチ8,14,15,22
が作動状態（第１図中、実線で示す）となり、電圧調整
器16はバッテリー１の電圧を検出するとともに調整電圧
を低電圧ＶLOWに切り換える。又、高電圧用発電機10は
半波整流されながら低電圧ＶLOWの出力をバッテリー１
及び低電圧負荷２へ供給する。

従って、高電圧用発電機10の出力電圧が高電圧ＶHIGH
から低電圧ＶLOWに切換るとともに半波整流することに
より、第２図に示すように低電圧ＶLOWでの出力は高電
圧ＶHIGHでの出力時より低回転域から大きな出力電流で
発電する。この際、同じ低電圧ＶLOWでも半波整流する
ことにより、低回転域での出力電流が全波整流した場合
より少ない。つまり、高電圧用発電機10にて低電圧発電
した時、低回転域での発熱を抑えることができる。又、
回転数「Na」以上の高回転域では全波整流した場合より
大きな出力を得ることができる。

そして、バッテリー１の電圧がスイッチ制御回路27の
設定電圧を越えると、励磁コイル26に電流が流れなくな
り、全ての切換スイッチ8,14,15,22がオフ状態となって
高電圧用発電機10は再び高電圧を高電圧負荷９に供給す
るようになる。

このように本実施例においても、切換スイッチ８によ
り高電圧用発電機10と高電圧負荷９、若しくは高電圧用
発電機10と低電圧負荷２及びバッテリー１とを接続すべ
く切換えられるようにし、又、切換スイッチ14,15,22に
より高電圧用発電機10の出力を全波整流で、かつ高電
圧、若しくは、高電圧用発電機10の出力を半波整流で、
かつ低電圧に設定すべく切換えられるようにした。そし
て、スイッチ制御回路27によりバッテリー１の電圧が設
定値以上のときには切換スイッチ８を制御して高電圧用
発電機10と高電圧負荷９とを接続するとともに切換スイ
ッチ14,15,22を制御して高電圧用発電機10の出力を全波
整流で、かつ高電圧に設定するようにした。その結果、
バッテリー１の電圧が設定値以上のとき、即ち、バッテ
リー１が充分充電され、かつ低電圧負荷２に対し低電圧
用発電機３が余用をもって発電しているときには、高電
圧用発電機10による高電圧が高電圧負荷９に供給され
る。

又、スイッチ制御回路27によりバッテリー１の電圧が
設定値以下のときには切換スイッチ８を制御して高電圧
用発電機10と低電圧負荷２及びバッテリー１とを接続す
るとともに切換スイッチ14,15,22を制御して高電圧用発
電機10の出力を半波整流で、かつ低電圧に設定するよう
にした。その結果、バッテリー１の電圧が設定値以下の
とき、即ち、低電圧用発電機３の出力が不足すると、高
電圧用発電機10による低電圧が低電圧負荷２及びバッテ
リー１に供給される。この際に、高電圧用発電機10はス
テータのスロット当りの巻数が大きく低回転域から発電
が始まり低回転域では冷却のための風量が少ないが、高
電圧用発電機10の出力が半波整流されているので、発電
機自身の発熱が抑制される。従って、２つの発電機を用
いてより安定して充電動作を行なうことができることと
なる。

又、高電圧用発電機10の出力電圧が高電圧ＶHIGHから
低電圧ＶLOWに切換わった際に半波整流することによ
り、回転数が第２図中Na以上の高回転域では全波整流し
た場合より大きな出力を得ることができる。

さらに、高電圧用発電機10にて低電圧用発電機３とと
もに低電圧出力を低電圧負荷２及びバッテリー１に供給
することにより、１つの発電機３にて給電するよりも、
大電流出力が可能であり、発電機３自体の温度を下げる
ことができ、さらに、発電機３の効率を上げることがで
きる。

尚、この発明は上記実施例に限定されるものではな
く、例えば、高電圧用発電機10が低電圧発電している時
に、その発電機10の温度を検知して、温度上昇が問題に
ならない領域では、半波整流から全波整流に切換えるよ
うにしてもよい。又、高電圧用発電機10の温度の代り
に、回転数を検知して半波整流から全波整流に切替える
ようにしてもよい。

さらに、高電圧用発電機10にて高電圧出力を常に高電
圧負荷９に供給したい場合には、第３図に示すように、
励磁コイル26とトランジスタ28の間にスイッチ34を配設
し、このスイッチ34を開路状態（第３図中、破線にて示
す）にするように切換制御してもよい。

さらには、高電圧用発電機10にて低電圧出力を常に低
電圧負荷２及びバッテリー１に供給したい場合には、第
４図に示すように、トランジスタ30のベース〜エミッタ
間にスイッチ35を設けこのスイッチ35を閉路状態（第４
図中、実線にて示す）にしたり、第５図に示すように、
トランジスタ30のベース端子とツェナダイオード31との
間にスイッチ36を配設し、スイッチ36を開路状態（第５
図中、破線にて示す）にするように切換制御してもよ
い。

さらに、第３図と、第４図若しくは第５図に示した両
方法を組み合わせてもよい。

さらには、切換スイッチ8,14,15,22はリレースイッチ
を用いたが、半導体スイッチング素子を用いてもよい。
又、スイッチ制御装置27の設定電圧は、高電圧用発電機
10が低電圧から高電圧へ、及び、高電圧から低電圧へと
出力電圧を移行させるための設定電圧であるが、高電圧
から低電圧へ移行するための設定電圧と、低電圧から高
電圧へと移行するための設定電圧とを異なった値、即ち
低電圧から高電圧へ移行するための設定電圧の方を高く
すると、各切換スイッチ8,14,15,22が切り換わる回数を
減らすことができる。さらに、高電圧から低電圧へ移行
するための設定電圧をバッテリー１の放電開始電圧以上
にすれば各切換スイッチ8,14,15,22が切り換わる回数を
さらに減少させることができる。

又、各切換スイッチ8,14,15,22が切り換わる時にサー
ジが発生するが、全て又は一部のダイオードをパワーツ
ェナダイオード等を使えばサージを減少させることもで
きる。さらに、各切換スイッチ8,14,15,22が切り換わる
時にアークも発生しやすいが、抵抗、コンデンサなどの
ダンパー（ロードダンプ抑制のためのもの）等を使えば
アークをおさえることもできる。

［発明の効果］ 以上詳述したようにこの発明によれば、２つの発電機
を用いてより安定して充電動作を行なうことができる優
れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の車両用充電制御装置の電気回路図、第
２図は発電機回転数と発電機出力電流との関係を示す
図、第３図は別例の車両用充電制御装置の電気回路図、
第４図は別例の車両用充電制御装置の電気回路図、第５
図は別例の車両用充電制御装置の電気回路図である。 １はバッテリー、２は低電圧負荷、３は第１の交流発電
機としての低電圧作用発電機、８は第１の切換手段とし
て切換スイッチ、９は高電圧負荷、10は第２の交流発電
機としての高電圧用発電機、14は第２の切換手段を構成
する切換スイッチ、15は第２の切換手段を構成する切換
スイッチ、22は第２の切換手段を構成する切換スイッ
チ、27は切換制御手段としてのスイッチ制御回路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの回転に連動して駆動し、起電力
   を低電圧負荷及びバッテリーに供給する第１の交流発電
   機と、 エンジンの回転に連動して駆動し、起電力を高電圧負荷
   若しくは前記低電圧負荷及びバッテリーに供給する第２
   の交流発電機と を備えた車両用充電装置において、 前記第２の交流発電機と高電圧負荷、若しくは前記第２
   の交流発電機と前記低電圧負荷及びバッテリーとを接続
   すべく切換える第１の切換手段と、 前記第２の交流発電機の出力を全波整流で、かつ高電
   圧、若しくは、前記第２の交流発電機の出力を半波整流
   で、かつ低電圧に設定すべく切換える第２の切換手段
   と、 前記バッテリーの電圧が設定値以上のときには前記第１
   の切換手段を制御して前記第２の交流発電機と高電圧負
   荷とを接続するとともに前記第２の切換手段を制御して
   前記第２の交流発電機の出力を全波整流で、かつ高電圧
   に設定し、前記バッテリーの電圧が設定値以下のときに
   は前記第１の切換手段を制御して前記第２の交流発電機
   と低電圧負荷及びバッテリーとを接続するとともに前記
   第２の切換手段を制御して前記第２の交流発電機の出力
   を半波整流で、かつ低電圧に設定する切換制御手段と を備えたことを特徴とする車両用充電制御装置。