JP2762469B2

JP2762469B2 - 車両の充電制御装置

Info

Publication number: JP2762469B2
Application number: JP63194927A
Authority: JP
Inventors: 孝史鳥井; 誠司林; 茂妹尾
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1988-08-04
Filing date: 1988-08-04
Publication date: 1998-06-04
Anticipated expiration: 2013-06-04
Also published as: JPH0246139A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は車両の充電装置に関し、特にバッテリ電圧よ
りも高い電圧で作動する高電圧負荷を良好に作動せしめ
るとともに、バッテリの充電も同時に良好になすことが
可能な車両の充電制御装置に関する。

〔従来の技術〕

近年フロントガラスの凍結やリアガラスの凍結の対策
として、フロントガラスに挿入した電気導体や、リアガ
ラスに埋設された熱線等の抵抗を用いて、これら導体や
抵抗に多くの電流を流し、ガラスを熱するものが考えら
れている。

従来、かかる高電圧負荷（抵抗）を作動せしめる場合
には、充電発電機と車載バッテリを結ぶ充電系中に切替
えスイッチを設けて、充電発電機の出力電圧を車載バッ
テリから高電圧負荷に切替えて印加している（例えば、
特公昭61−33735号公報）。

この時、充電発電機には、約70〔Ｖ〕程度の高電圧を
発生させて、高電圧負荷に印加する。

また、高電圧負荷をバッテリと交流発電機との間に直
列接続すると共に、高電圧負荷に並列にスイッチを設
け、このスイッチのオン、オフにより、高電圧負荷に電
流を供給するか否かを行っているものもある（例えば、
特開昭57−90238号公報）。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記従来の前者のものでは、高電圧負荷に
通電する場合（ウインドシールドもしくはリアウインド
の氷を溶かす場合）には、通常、車の始動時であり、バ
ッテリの電圧は下がってしまっていると共に、高電圧負
荷に通電中は車載バッテリの充電がなされないため、バ
ッテリが過放電状態となってしまう不具合を生じること
があった。

また、従来の後者のものでは、氷を溶かす場合には、
高電圧負荷およびバッテリに電流を供給することが可能
であるが、氷を溶かした後に、車を動かした時に、外気
温が低い時には、氷を溶かした後の水が再び凍結してし
まい、その時にまた高電圧負荷に電流を供給しなければ
ならないため、発電機に高電圧を発生させる必要があ
り、そのため、発電機が負荷となり、エンジンの応答性
が悪くなったり、発電機の出力電力のほとんどを高電圧
負荷に供給しなくてはいけなく、他の負荷への電力が少
なくなるのを防止するため、発電機を大型化しなくては
いけないという問題点があった。

そこで本発明は、高電圧負荷に通電中も車載バッテリ
への充電を良好になすと共に、車載バッテリへ充電する
時にも高電圧負荷を過熱防止しつつ継続的に作動させる
ことができる車両の充電制御装置を提供することを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、電機子巻線
と、励磁巻線と、前記電機子巻線の交流出力を全波整流
する全波整流器とを有する交流発電機と、この交流発電
機の全波整流器の出力により充電されるバッテリと、前
記励磁巻線と直列に接続されたスイッチ手段と、前記バ
ッテリ電圧よりも高い電圧で作動し、電圧に応じて発熱
する高電圧負荷と、前記全波整流器と前記バッテリとの
間を接続する状態、もしくは前記全波整流器と前記高電
圧負荷との間を接続する状態を切り換える切換手段と、
この切換手段により、前記全波整流器と前記バッテリと
が接続状態の時に、前記全波整流器の出力を第１の設定
電圧に制御すべく、前記スイッチ手段をON、OFF制御す
る第１の制御手段と、前記切換手段により、前記全波整
流器と前記高電圧負荷とが接続状態の時に、前記全波整
流器の出力を第１の設定電圧よりも大きい第２の設定電
圧に制御する第２の制御手段と、前記バッテリに接続さ
れた第１の巻線と、前記高電圧負荷に接続され、第１の
巻線よりも巻数の多い第２の巻線とを有する電圧変換手
段と、前記切換手段により、前記全波整流器と前記高電
圧負荷とが接続状態の時に、前記第２の巻線に流れる電
流を制御し、前記第１の巻線の電圧を前記第１の設定電
圧以下とし、前記バッテリに供給する第３の制御手段
と、前記切換手段により、前記全波整流器と前記バッテ
リとが接続状態の時に、前記第１の巻線に流れる電流を
制御し、前記第２の巻線の電圧を前記第１の設定電圧と
第２の設定電圧との間の第３の設定電圧とし、前記高電
圧負荷に供給する第４の制御手段とを備えたことを特徴
とする車両の充電制御装置という技術的手段を採用す
る。

〔作用〕

切換手段により、交流発電機と、高電圧負荷とを接続
すると共に、交流発電機の出力を第２の設定電圧まで上
昇させて、高電圧負荷に高い電圧を印加することができ
る。

また、電圧変換手段および第３の制御手段により、交
流発電機の出力を第１の設定電圧以下まで低減させて、
バッテリに供給する。

さらに、第４の制御手段により、第１の巻線に流れる
電流を制御し、第２の巻線の電圧を第３の設定電圧とし
て高電圧負荷に供給する。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明においては、高電圧負荷を
駆動する時は、交流発電機の出力電圧の第２の設定電圧
を高電圧負荷に印加しつつ、第１の設定電圧以下の電圧
をバッテリに供給できる。また、電圧変換手段によりバ
ッテリの電圧を昇圧し、第３の設定電圧として、高電圧
負荷に供給でき、全波整流器から第２の設定電圧を高電
圧負荷に供給するときには、強い発熱を得ることができ
るとともに、バッテリから昇圧した第３の設定電圧を高
電圧負荷に供給するときには、第２の設定電圧時の発熱
よりも低く発熱させて、過熱を防止しつつ継続的な発熱
を得ることができるという優れた効果がある。

例えば第２の設定電圧による発熱での効果としての解
氷状態を、第３の設定電圧による発熱で持続させて再凍
結もしくはくもり等を防止できるという優れた効果が得
られる。

そして、第２の設定電圧を第１の設定電圧に変換する
場合と、バッテリ電圧を第３の設定電圧に変換する場合
も１つの電圧変換手段を用いることで、容易に達成でき
る。

〔実施例〕

以下、本発明を図に示す実施例について説明する。第
１図および第２図に本発明充電制御装置の一実施例を示
す。

１は車両用交流発電機であり、２は三相交流発電機１
の電機子巻線を示す。３は交流発電機１の励磁巻線、４
は電機子巻線２の交流出力を整流する三相全波整流器で
ある。

５はバッテリ、６はキースイッチである。

７は発電機１の出力電圧を設定値に制御するレギュレ
ータで、励磁巻線３と直列接続された第１のトランジス
タ71と、このトランジスタ71を制御する第２のトランジ
スタ72を有する。ツェナーダイオード73は、アノード側
が第２のトランジスタ72のベースに、カソード側が第
１、第２の抵抗75,76の接続点に接続される。そして、
第１の抵抗75は、ダイオード74を介してキースイッチ６
に、また、ダイオード77、第３の抵抗78を介して、発電
機１の全波整流器３に接続される。79は第１のトランジ
スタ71の保護用抵抗、80は励磁巻線３の両端に接続され
たフライホイールダイオードである。

８は高電圧負荷をなすウインドシールドに蒸着された
透明な抵抗体、９は抵抗体８側へ接続するか、バッテリ
５側に接続するか否かの切換スイッチである。

第１のスイッチ11は、このスイッチ11が閉じること
で、第１のリレー10にバッテリ５から電流が供給され
て、切換スイッチ９を抵抗体８側の端子92に接続するも
のである。

12はバッテリ５に第３のスイッチ13を介して接続され
た電機負荷（例えば、車両の点火時期を決定するための
点火時期回路、ヘッドライト等）である。

16はエンジンであり、発電機駆動ベルトによって、発
電機１の励磁巻線３が巻装された回転子を駆動するもの
である。

17は、このエンジン16の回転数を制御するアイドル回
転数制御装置である。

18はAND回路であり、第１のスイッチ11の閉状態と車
両停止検出手段19との信号を入力して、回転数制御回路
17の作動を開始させるものである。

20はDC・DCコンバータであり、後で詳細に説明する。

上記構成において、その作動を説明すると、エンジン
16の始動により、交流発電機１も発電を開始する。通常
では、第１の切換スイッチ９は第１の接点91側（バッテ
リ１側）に接続されている。

従って、バッテリ５の電圧は、キースイッチ６および
第１のダイオード74を介して、第１、第２の抵抗75と76
で分圧されて、ツェナーダイオード73へ印加される。こ
こで、第１、第２の抵抗75,76およびツェナーダイオー
ド73においては、バッテリ５の電圧が第１の設定電圧で
ある14.5〔Ｖ〕以上の時に、第２のトランジスタ72を導
通するように設定してある。

そして、通常状態においては、第２のトランジスタ72
を介して、第１のトランジスタ71をバッテリ５の電圧が
14.5〔Ｖ〕以上か否かにより遮断、導通を行い、励磁巻
線３に流れる電流を制御することで、バッテリ５の電圧
14.5〔Ｖ〕に制御している。

次に、寒冷地等で、ウインドシールドに氷が付着した
状態で、かつ氷を溶かすために抵抗体８に電流を供給す
る場合を考える。

まず、抵抗体８について説明すると、抵抗体８はウイ
ンドシールドに蒸着された透明な抵抗体であり、フロン
トガラスの表面積（0.8〜1.0〔m²〕）あたり、この抵抗
体の抵抗値は、約３〔Ω〕である。つまり、抵抗体はガ
ラスに蒸着している関係上、抵抗体を薄くして、抵抗値
を低くすることが難しい。

また、ウインドシールドに付着した氷（厚さ約１（m
m））を２〜３分間程度で溶かすためには、1500〔Ｗ〕
の電力が必要である。そのため、抵抗体８の抵抗を３
〔Ω〕とすると、抵抗体の両端には、約70〔Ｖ〕の電圧
を印加する必要がある。

そのため、充電発電機１は、車両がアイドル回転数の
時では、70〔Ｖ〕程度の出力電圧を発生させることがで
きないため、アイドル回転数を上昇させる必要がある。

上記充電発電機１の出力電圧に対する出力電力の特性
図を第３図に示す。ここで、各回転数は充電発電機１の
回転数を示している。

そして、この第３図から明らかな如く、出力電圧を70
〔Ｖ〕に、かつ出力電力を1500〔Ｗ〕とするためには、
点Ａに示す如く4500〔rpm〕まで、充電発電機１の回転
数を上昇させなくてはいけない。

そして、氷が付着した状態に於いて、運転者はエンジ
ン16を始動とすると同時に、第１のスイッチ11を閉じ
る。このスイッチ11はウインドシールドに付着した氷等
を解氷操作スイッチで、スイッチ11が閉じると切換えス
イッチ９のリレー10は付勢されて、第１のスイッチ11は
端子92側へ閉じる。

また、第１のスイッチ11を閉じると、AND回路18の一
方の入力側に信号が送られる。そして、車両停止検出手
段19により、車両の停止を検出した後、AND回路18に信
号が送られ、回転数制御装置17の動作が開始する。つま
り、車両の停止状態以外の時に、エンジン16の回転数を
上昇させると、車両の急発進等が生じてしまうからであ
る。そして、アイドル回転数制御装置17により、エンジ
ン16の回転数を上昇させて充電発電機１の回転数を4500
〔rpm〕にする。

そして、バッテリ５は、スタータによりエンジン16を
始動した直後であり、また、切換スイッチ９の切換えに
より、バッテリ５への充電が中止されているので、放電
状態であり、第２のトランジスタ72は遮断し、第１のト
ランジスタ71を導通させる。このトランジスタ71の導通
により、励磁巻線３に電流が流れ、発電機１の全波整流
器４の出力に、第３図に示す如く70〔Ｖ〕程度の高電圧
を発生させる。

この時、レギュレータ７では、全波整流器４の出力を
入力し、ダイオード77、第３の抵抗78、第１の抵抗75、
第２の抵抗76およびツェナーダイオード73により、全波
整流器４の出力電圧が、第２の設定電圧70〔Ｖ〕以上に
なると、第１のトランジスタ１を遮断させている。そし
て、抵抗体８には、常に70〔Ｖ〕の電圧が印加されるよ
うになっている。

従って、この70〔Ｖ〕の高電圧で、ウインドシールド
に付着した氷を２〜３分間で解氷することができる。

次に、DC・DCコンバータ20について、第２図に基づい
て詳細に説明する。21はトランスの１次巻線で13ターン
巻いてあり、22はトランスの２次巻線で63ターン巻いて
あり、23,24は１次巻線21の両端に接続された第１、第
２のトランジスタ、25,26は２次巻線22の両端に接続さ
れた第３、第４のトランジスタ、27〜30は上記トランジ
スタのコレクタ・エミッタ間に接続されたダイオードで
ある。これは、プシュプル型DC・DCコンバータである。

また、31は切換スイッチ、32,33は第１ないし第４の
トランジスタ23〜26のトランジスタを制御する第３、第
４の制御手段をなす第１、第２の制御回路であり、例え
ば日本電気社製スイッチングレギュレータ用コントロー
ルIC「μPC494C」である。

そして、このμPC494Cについて、第４図に基づいて簡
単に説明する。

第４図に「μPC494C」を本発明に適用したものを示
す。この第４図にて、101,102,103,104,105,106及び107
は抵抗、108はコンデンサである。抵抗105とコンデサ10
8で発振器の発振周波数を決定する。端子ｎは基準電圧
を発生して抵抗102と103とで分圧した値をERROR AMP1
の−端子へ印加する。一方、ERROR AMP1の＋端子は抵
抗100と101とでガラスに埋設した抵抗体８へ印加した電
圧を分圧して印加する。この結果、ガラスに埋設した抵
抗体８に印加される電圧が所定値になるように、トラン
ジスタ23,24のベース電圧を制御する。

上記構成に於いて、作動を説明する。

発電機１が高電圧を発生している解氷モード時には、
入力端子20aに高電圧（70〔Ｖ〕）が印加されている。
この時、第１のスイッチ11の閉成により、切換スイッチ
31は31b側（制御回路33側）に閉じており、第２の制御
回路33は作動、第１の制御回路32は非作動になってい
る。

従って、第１、第２のトランジスタ23,24はオフし続
けている。一方、第２の制御回路33により、第３、第４
のトランジスタ25,26は交互にオン、オフして、トラン
スの２次巻線22に交流電流を発生させる。

トランスの１次巻線21と２次巻線22との巻数の比は、
入力端子20aに70〔Ｖ〕の電圧が印加しており、なおか
つ第３、第４のトランジスタ25,26が交互にONしている
時（つまり、第３のトランジスタ25のONデューティ比と
第４のトランジスタ26のONデューティ比が50％であ
る）、出力端子20bに15〔Ｖ〕程度の電圧が出力される
ようにしている。

ただし、第２の制御回路33は、１次巻線21に発生する
電圧は、端子33cより入力され、端子20bに印加される電
圧が、常に14〔Ｖ〕となるように、第３、第４のトラン
ジスタ25,26のONのデューティ比を制御する。ここで、
１次巻線21に発生する電圧を14〔Ｖ〕と設定したのは、
レギュレータ７内のツェナーダイオード73が14.5〔Ｖ〕
で導通するように設定しているため、14.5〔Ｖ〕以上の
電圧とすると、第１のトランジスタ71がオフしてしまっ
て、高電圧70〔Ｖ〕が発生しなくなるのを防止するため
である。

従って、抵抗体８には、70〔Ｖ〕の高電圧が印加さ
れ、一方バッテリ５には、14〔Ｖ〕の電圧が印加され、
バッテリ５の放電状態を解消することができる。

また、タイマ回路40は、第１のスイッチ11の閉成後、
所定時間（例えば、５分間程度）経過後に、第１のスイ
ッチ11を自動的に切り離し、ウインドシールドが温まり
すぎてしまうのを自動的に防止するものである。

さらに、70〔Ｖ〕の高電圧にて、抵抗体８に電流を供
給し、ウインドシールドに付着した氷を溶かした後に
は、ウインドシールド上に水が付着している。そのた
め、外気温が０℃よりも低い場合には、水が氷となって
しまう場合がある。

そこで、本発明では、外気温センサ51にて、外気温度
を検出し、この外気温度が０℃以下の場合で、かつ第１
のスイッチ11がOFFの場合には、第２のスイッチ15を導
通状態とさせる。

つまり、第２のスイッチ15の導通により、DC・DCコン
バータ20の切換スイッチ31が端子31a側に閉じる。そし
て、第１の制御回路32はバッテリ５からの電流により作
動し、第２の制御回路33は非作動となっている。

また、ウインドシールドを温めておくには、200
〔Ｗ〕程度の電力を抵抗体８に供給すればよく、そのた
め、端子20aに第３の設定電圧である24〔Ｖ〕程度の電
圧を印加すればよい。

従って、端子32cから２次巻線22の出力を検出し、こ
の出力が25〔Ｖ〕となるように、第１、第２のトランジ
スタ23,24を交互に所定時間ONさせる。そして、抵抗体
８に常に200〔Ｗ〕の電力を与えることで、走行中にウ
インドシールドが氷結することを防止できる。

また、解氷時にウインドシールドの温度が十分に高く
なっているのであれば、外気温の代わりにウインドシー
ルド上の温度を検出し、ウインドシールドが再氷結する
温度以下にならない様に、第２のスイッチ15のON,OFFを
制御して、DC・DCコンバータ20の出力を断続的に抵抗体
８に供給する様にしてもよい。

さらに、ウインドシールドにくもりが生じた場合に
は、運転者が第２のスイッチ15を閉じることで、上述し
た如く抵抗体８に200〔Ｗ〕程度の電力を供給すること
で、ウインドシールドのくもりを防ぐことができる。

つまり、本願発明においては、１つのDC・DCコンバー
タ20により、第２の設定電圧70〔Ｖ〕を14〔Ｖ〕に変換
し、一方バッテリ５の電圧14.5〔Ｖ〕を第３の設定電圧
25〔Ｖ〕に変換することで、部品点数を押さえることが
できる。

また、第３の設定電圧25〔Ｖ〕を発生する時には、DC
・DCコンバータ20の１次巻線21に、バッテリ５から約20
〔Ａ〕の電流を供給して、抵抗体８に200〔Ｗ〕の電力
のみでよく、発電機１の負担は少ない。

発電機１の出力電力は、1700〔Ｗ〕程度であり、抵抗
体８に1500〔Ｗ〕の電力を供給すると、残り200〔Ｗ〕
程度になってしまうが、一般に、抵抗体８に70〔Ｖ〕の
電圧を印加する時は、アイドル時であるため、他の負荷
（例えばライト、ワイパ等）への供給はなく、まかなう
ことができる。

また、走行中に抵抗体８にくもり、凍結防止のために
電力を供給する時でも、抵抗体８には200〔Ｗ〕程度の
電力のみでよく、上記他の負荷への電力の供給があった
場合に、十分まかなうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明車両の充電制御装置の一実施例を示す電
気回路図、第２図は上記実施例におけるDC・DCコンバー
タの詳細を示す電気回路図、第３図は発電機の出力電圧
に対する出力電力の関係を示す特性図、第４図はDC・DC
コンバータ中の制御装置の詳細を示す電気回路図であ
る。１……交流発電機,2……電気子巻線,3……励磁巻線,5…
…バッテリ,7……第１、第２の制御手段をなすレギュレ
ータ,8……高電圧負荷をなす抵抗体,9……切換手段をな
す第１の切換スイッチ,11……第１のスイッチ,16……エ
ンジン,17……回転数制御装置,20……DC・DCコンバー
タ,21……１次巻線,22……２次巻線,32……第３の制御
手段をなす第１の制御回路,33……第４の制御手段をな
す第２の制御回路,51……スイッチ制御手段,52……外気
温センサ。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−268327（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−29009（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−148837（ＪＰ，Ａ) 実開昭54−75330（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02J 7/16,7/24 B60S 1/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電機子巻線と、励磁巻線と、前記電機子巻
線の交流出力を全波整流する全波整流器とを有する交流
発電機と、この交流発電機の全波整流器の出力により充電されるバ
ッテリと、前記励磁巻線と直列に接続されたスイッチ手段と、前記バッテリ電圧よりも高い電圧で作動し、電圧に応じ
て発熱する高電圧負荷と、前記全波整流器と前記バッテリとの間を接続する状態、
もしくは前記全波整流器と前記高電圧負荷との間を接続
する状態を切り換える切換手段と、この切換手段により、前記全波整流器と前記バッテリと
が接続状態の時に、前記全波整流器の出力を第１の設定
電圧に制御すべく、前記スイッチ手段をON、OFF制御す
る第１の制御手段と、前記切換手段により、前記全波整流器と前記高電圧負荷
とが接続状態の時に、前記全波整流器の出力を第１の設
定電圧よりも大きい第２の設定電圧に制御する第２の制
御手段と、前記バッテリに接続された第１の巻線と、前記高電圧負
荷に接続され、第１の巻線よりも巻数の多い第２の巻線
とを有する電圧変換手段と、前記切換手段により、前記全波整流器と前記高電圧負荷
とが接続状態の時に、前記第２の巻線に流れる電流を制
御し、前記第１の巻線の電圧を前記第１の設定電圧以下
とし、前記バッテリに供給する第３の制御手段と、前記切換手段により、前記全波整流器と前記バッテリと
が接続状態の時に、前記第１の巻線に流れる電流を制御
し、前記第２の巻線の電圧を前記第１の設定電圧と第２
の設定電圧との間の第３の設定電圧とし、前記高電圧負
荷に供給する第４の制御手段とを備えたことを特徴とする車両の充電制御装置。
【請求項２】前記切換手段により、前記全波整流器と前
記高電圧負荷とが接続状態の時で、かつ車両の停止を検
出した時に、エンジンの回転数を上昇させ、前記交流発
電機の回転数を上昇させる請求項１記載の車両の充電制
御装置。
【請求項３】前記高電圧負荷は、ウインドシールドに蒸
着された抵抗体である請求項１または２記載の車両の充
電制御装置。
【請求項４】前記第４の制御手段は、外気温もしくはウ
インドシールドの温度が所定値以下の時に、制御可能と
する請求項１記載の車両の充電制御装置。