JP2829985B2

JP2829985B2 - 車両用電源装置

Info

Publication number: JP2829985B2
Application number: JP24873888A
Authority: JP
Inventors: 孝史鳥井; 誠司林; 岳士佐田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1988-09-30
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1998-12-02
Anticipated expiration: 2013-12-02
Also published as: JPH0297236A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は低電圧と高電圧の負荷にそれぞれ給電する２
種類の発電機を有し、高電圧負荷が不要の時に高電圧発
電機は低電圧負荷へ給電する様にした車両用電源装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

近年、自動車用ウインドガラスに透明の金属薄膜を蒸
着し、該金属薄膜に通電加熱してウインドガラスに付着
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、ウインドガラスに蒸着する金属膜は透明にする
為薄膜となり、抵抗地は一例として約３Ωになる。又、
短時間で解氷する為に供給する電力は、約1500wを要求
されるので、電源電圧は約70Vが必要である。該電圧
は、車両のバッテリ電圧に比べて高いので、高電圧を得
る為に、例えば実開昭55−178246号公報ではトランスで
昇圧している。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上述した従来のものでは、解氷機能を作動
させない夏の期間は、トランスは何の働きもせず、車両
の重量を増加させているだけであった。

そこで、本発明は上記欠点を解消するもので、低電圧
用と高電圧用とにそれぞれ発電機を設け、高電圧負荷が
不要のときは高電圧発電機出力を低電圧発電機出力に加
算して出力することにより、電源装置を小型・軽量化す
ることを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、請求項１の発明は車両のバッテリを含む電気
負荷へ給電する第１の発電機と、この第１の発電機の出
力電圧を第１の所定電圧に制御する第１の電圧調整器
と、前記第１の所定電圧よりも高い第２の所定電圧で駆
動される高電圧負荷へ給電する第２の発電機と、この第
２の発電機の出力を、前記バッテリもしくは前記高電圧
負荷に切り換える切換手段と、この切換手段により、前
記第２の発電機と前記高電圧負荷が接続された時に、前
記第２の発電機の出力電圧を前記第２の所定電圧に制御
する第２の電圧調整器と、前記切換手段により、前記第
２の発電機と前記バッテリが接続された時に、前記第２
の所定電圧を第１の所定電圧に制御する第３の電圧調整
器とを備えたことを特徴とする車両用電源装置という技
術的手段を採用する。

また、請求項２の発明は、車両のバッテリを含む電気
負荷へ給電する第１の発電機と、この第１の発電機の出
力電圧を第１の所定電圧に制御する第１の電圧調整器
と、前記第１の所定電圧よりも高い第２の所定電圧で駆
動される高電圧負荷へ給電する第２の発電機と、前記第
２の発電機の出力電圧を前記第２の所定電圧に制御する
第２の電圧調整器と、この第２の発電機の出力を、前記
バッテリもしくは前記高電圧負荷に切り換える切換手段
とを備え、この切換手段により、前記第２の発電機と前
記バッテリが接続され、かつ前記バッテリの電圧が前記
第１の所定電圧よりも低い第３の所定電圧に低下した
時、前記第２の発電機の発電を行うようにしたことを特
徴とする車両用電源装という技術的手段を採用する。

また、請求項１および２の発明において、前記第２の
発電機は前記第１の発電機に対して、ステータコイルの
巻数を多くしてもよい。

〔作用〕

以上に述べた請求項１の発明の構成によると、バッテ
リを含む電気負荷へ給電する第１の発電機は、第１の電
圧調整器により第１の所定電圧に制御される。

一方、高電圧負荷に給電する第２の発電機は、第２の
電圧調整器により上記第１の所定電圧よりも高い第２の
所定電圧に制御される。

そして、切換手段によって第２の発電機がバッテリに
接続されたとき、第３の電圧調整器により、第２の発電
機の出力電圧は第１の所定電圧に制御される。

これにより、第２の発電機は、高電圧負荷に接続され
たときは、高電圧である第２の所定電圧で発電する。そ
して、高電圧負荷を使用しない期間は、第３の電圧調整
器により第１の所定電圧に制御された第２の発電機の出
力が第１の発電機の出力に加算される。

また、請求項２の発明の構成によると、切換手段によ
り第２の発電機がバッテリに接続され、かつバッテリの
電圧が第１の所定電圧よりも低い第３の所定電圧に低下
したときに、第２の発電機の発電が行われる。

これにより、第２の発電機は、高電圧負荷に接続され
たときは、高電圧である第２の所定電圧で発電する。そ
して、高電圧負荷を使用しない期間は、バッテリが第３
の所定電圧以下となったときに、第２の発電機はバッテ
リの充電を行う。

なお、請求項３の発明の構成によれば、第２の発電機
のステータコイルの巻数が第１の発電機のそれよりも多
くされることで、高電圧を発生することが可能となる。

〔発明の効果〕

以上に述べた如く、請求項１の発明の構成および作用
によると、高電圧負荷を使用しない期間は、第３の電圧
調整器により第１の所定電圧に制御された第２の発電機
の出力を第１の発電機の出力に加算することができる。

このため、従来に比べて、高電圧負荷を要求されない
期間でも、高電圧発電手段を有効に活用できる。

また、車両電気負荷は高電圧負荷が要求される冬期よ
りも夏期の方が多く、夏期は第２の発電機で第１の発電
機出力を補うので、第１の発電機は従来よりも小容量の
ものを使用することができる。

また、請求項２の構成および作用によると、高電圧負
荷を使用しない期間は、バッテリが所定電圧以下のとき
に、第２の発電機からの発電によりバッテリを充電する
ことができる。

このため、高電圧負荷を要求されない期間でも、高電
圧発電手段を有効に活用できる。

また、車両電気負荷が多く要求される夏期に第２の発
電機で第１の発電機出力を補うので、第１の発電機は小
容量のものを使用できる。

〔実施例〕

第１図は本発明装置の第１実施例で、１はバッテリ、
２はバッテリ１を充電する第１の発電機をなす低電圧発
電機、３は発電機２の励磁巻線、４は低電圧発電機２の
出力電圧を安定化する第１の電圧調整器である。この第
１の電圧調整器は、トランジスタ5,6、第１のツェノー
ダイオード７、抵抗8,9,10を有している。11は励磁巻線
３に並列接続されたフリーホイールダイオードである。

20は第２の発電機をなす高電圧発電機、21は高電圧発
電機20の励磁巻線、22は発電機20の出力電圧を安定化す
る第２の電圧調整器であり、この第２の電圧調整器22
は、トランジスタ23,24、第２のツェナーダイオード2
5、抵抗26,27,28を有している。29は励磁巻線21のフリ
ーホイールダイオードである。

30は高電圧負荷としてのウインドシールドに蒸着され
た透明な抵抗体、40は高電圧発電機20の出力を抵抗体30
とバッテリ１とに切換える切換スイッチであり、バッテ
リ１に接続された常閉接点40a、抵抗体30に接続された
常開接点40bおよび切換スイッチ40の励磁コイル40cとか
らなる。

50は車両の一般的な電気負荷で、例えばヘッドライト
等、51は負荷50の操作スイッチである。

60は運転者により操作される解氷指示スイッチ、61及
び62はダイオード、63はリレー63aの励磁コイル、64は
比較器、65,66,67及び68は抵抗、69はツェナーダイオー
ドである。

次に、上記構成に於いて、作動を説明する。

冬季に車両を始動する際、ウインドガラスが氷結して
いると、運転者は解氷指示スイッチ60をオンする。する
と、励磁コイル40c及び63が付勢されて、切換スイッチ4
0は接点40b側へ接続され、リレー63aは投入される。よ
って、バッテリ１より励磁巻線21に励磁電流が流れ、高
電圧発電機20は高電圧を発生する。高電圧発電機20の出
力電圧を制御する第２の電圧調整器22は、高電圧負荷30
に所定の電圧が供給される様、高電圧発電機20の出力電
圧を制御する。

ここで、フロントガラスに付着した氷（厚さ1mm程
度）を２〜３分間で解氷する場合、抵抗体30に供給する
電力は、抵抗体30の抵抗が約３〔Ω〕であり、1500
〔ｗ〕を必要とする。よって、抵抗体に加える電圧は、
70〔Ｖ〕以上を必要とする。

また、高電圧発電機20について説明する。この高電圧
発電機20は、第２図に示す如く、発電機の回転数が低回
転域から高電圧（75〔Ｖ〕）を発生できるように、ステ
ータコイルの巻数を22ターンと多くしている。そして、
この特性図は、出力電圧を75〔Ｖ〕とした場合の出力電
流の増加を示している。

そして、1500〔ｗ〕の出力を出すには、発電機の出力
電圧が75〔Ｖ〕で、かつ出力電流が少なくとも20〔Ａ〕
を必要とするため、第２図から明らかな如く、発電機の
回転数を4400〔rpm〕以上、上昇させる必要がある。

従って、エンジンの回転数と発電機の回転数との比
は、2.8としているため、エンジンの回転数を1600〔rp
m〕まで上昇させる必要がある。

そのため、解氷指示スイッチ60をオンすると、その信
号を受け、アイドルアップ装置300により、エンジン200
の回転数をアイドル状態から1600〔rpm〕まで上昇させ
ている。

そして、第２の電圧調整器22は、第２のツェナーダイ
オード25、抵抗27,28により、励磁巻線21に流れる電流
を制御して、常に抵抗体30に加わる電圧75〔Ｖ〕となる
ように制御する。

又、同時に低電圧発電機２も第１の電圧調整器４によ
り出力電圧を最適値に制御される。

つまり、第１のツェナーダイオード７、抵抗9,10によ
り、励磁巻線３に流れる電流を制御して、バッテリ１の
電圧が14.5〔Ｖ〕となるように制御する。

夏季に於いては、ウインドガラスが氷結することはな
く、高電圧発電機20は高電圧で発電する必要はない。と
ころが、車両負荷は近年エアコンディショナの普及等に
より、冬季よりも夏季に使用する電力が増大する傾向に
ある。

そこで、本発明では、低電圧発電機２の出力が不足し
た時に高電圧発電機20を発電させて、バッテリ１が放電
するのを防止する。

そして、比較器64の入力端子はバッテリ１の電圧を
抵抗65,66とで分圧した電圧を入力する。一方、入力
端子はツェナーダイオード69で決定した基準電圧を入力
する。抵抗67は、比較器64のオンとオフの検出電圧にヒ
ステリシスを設けるための公知のフィードバック抵抗で
ある。

低電圧発電機２の出力が負荷の要求電力に対して余裕
があると、バッテリ１の電圧は第１の電圧調整器４で決
定する調整電圧に保たれている。この時、比較器64の入
力端子の電圧は、入力端子の電圧が大きくなってお
り、比較器64の出力は０の状態となる。この結果、励磁
コイル63に電流が流れず、リレー63aは開放しているの
で、高圧発電機20は発電しない。

例えば、エアコン等を利用して、負荷の要求電力が低
電圧発電機２の最大出力よりも増大すると、バッテリ１
は放電して、バッテリ電圧は徐々に低下する。そして、
バッテリ電圧が13〔Ｖ〕以下となると、比較器64の入力
端子の電圧は、入力端子の電圧が小さくなって、比較
器64の出力は１の状態になる。これにより、励磁コイル
63は付勢されて、リレー63aが閉じる。すると、バッテ
リ１から励磁巻線21に電流が流れ、高圧発電機20は発電
を開始する。

ここで、高圧発電機20は高電圧を発生する為に低電圧
発電機２に比べてステータ巻線の巻数が多い。この結
果、高圧発電機20の出力電流はステータ巻線の抵抗成分
とインダクタンス成分との影響により、低電圧発電機よ
りも低く制限される。この値は例えば低電圧発電機の出
力電流が60Aなのに対して、高電圧発電機20の出力電流
は、第２図から明らかな如く、約20Aである。

高電圧発電機20からの出力により、バッテリ１の電圧
が上昇してくると、比較器64の出力は再び０となって、
リレー63aを開放するので、高圧発電機20は発電を停止
する。

つまり、車両負荷の増加により、低電圧発電機２の出
力電流だけでは、バッテリ１への充電が不足してしまう
場合に、高電圧発電機20の出力電流により、バッテリ１
の充電を行うことができる。

また、操作スイッチ60をオンすると、タイマー回路10
0は作動を開始して、所定時間が経過するとトランジス
タ73をオンにして励磁コイル40cを停止する。自動停止
手段として、上記例ではタイマで説明したが、例えば高
電圧で通電加熱されるウインドガラスの透明抵抗体の温
度を検出して設定温度に達したら、自動停止にする、又
はウインドガラスの結露解消を検出して自動停止する等
しても良い。

第３図は、本発明装置の第２実施例の電気回路図であ
る。上記第１実施例に対して、抵抗70,71及びトランジ
スタ72,73を追加したものである。

バッテリ１の電圧が設定値よりも高いと、比較器64の
出力は０、これにより、トランジスタ73はオフしてお
り、解氷指示スイッチ60がオンすると、トランジスタ72
もオンして、励磁コイル40cを付勢して、切換スイッチ4
0は40b側へ接続される。バッテリ１の電圧が設定値（例
えば12V）よりも低下すると比較器64の出力は１になっ
て、トランジスタ73がオンする。これにより、トランジ
スタ72はオフして、励磁コイル40cは付勢されなくな
り、接点は40bから40aに切り換わって、高電圧負荷30へ
の出力を禁止し、バッテリ１への充電を開始する。

第４図は高電圧を自動で作動させるとともに、第１実
施例におけるリレー63aをトランジスタ87で置換したも
ので、第３実施例を示してある。第５図は、第３実施例
における自動スイッチ80の詳細図であり、トランジスタ
81、抵抗82,83、比較器84、サーミスタ85、抵抗86およ
びトランジスタ87とからなる。

そして、サーミスタ85は、例えばウインドガラスの温
度を検出する。外気温が低く、ウインドガラスが氷結す
る温度になると、サーミスタ85の抵抗値は上昇して、比
較器84の出力は１になって、トランジスタ81をオンす
る。この結果、第１実施例における操作スイッチ60がオ
ンしたのと同様に、励磁コイル40cを励磁して、発電機2
0の出力を高電圧負荷の抵抗体30側へ接続する。

ここで、サーミスタ85が検出する温度は、ウインドガ
ラスの温度の他、外気温や車室内温度、あるいはエンジ
ン冷却水温度等のウインドガラスが氷結する低温状態を
検出できるものであればよい。又、サーミスタ85は車室
内温度あるいは座席シート温度あるいはハンドル温度を
検出し、設定値温度以下であれば、第２の発電機は高電
圧で発電して高電圧負荷としてのウインドガラスに蒸着
した透明抵抗体あるいは座席シートやハンドルに内蔵し
たヒータに通電加熱するようにしてもよい。

第６図は高電圧発電機20の出力電圧を切換えて使用で
きるようにしたもので、第４実施例を示してある。

この第４実施例では、抵抗91およびトランジスタ92
は、抵抗28に並列接続され、また抵抗90が解氷指示スイ
ッチ60とトランジスタ92のベースとの間に接続されてい
る。高電圧発電機20が高電圧を発生する様に、解氷指示
スイッチ60をオンすると、リレー40は接点40bへ切り換
わる。同時に、抵抗90を解してトランジスタ92はオンす
るので、第２の電圧調整器22の設定電圧は上昇し、75V
で高電圧発電機20が発電する様に制御する。

また、この第４実施例では、通常時には、トランジス
タ92がオフしており、第２の電圧調整器22の調整電圧
を、14.5〔Ｖ〕としている。さらに、切換スイッチ40
は、常閉接点40a側に接続されている。

従って、高電圧発電機20は、第７図に示す特性（出力
電圧を13.5〔Ｖ〕に一定）で、出力電流をバッテリに供
給するようにしてある。

また、高電圧発電機20は、低回転域での高電圧を発生
するようにしてあるため、第７図に示す如く、発電機の
立ち上がりが早く、エンジン200のアイドル状態（約600
〔rpm〕）の時の発電機の回転数1700〔rpm〕でも、20
（Ａ）の出力電流を取り出すことができる。よって、ア
イドル時に不足がちなバッテリ電圧を十分供給すること
ができる。

第８図は切換リレー40の作動時に、高電圧発電機20の
発電を停止するものである。

110及び111はトランジスタ、112はコンデンサ、113及
び114はダイオード、115及び116は抵抗である。発電機2
0は高電圧で発電する為、操作スイッチ60をオンする
と、励磁コイル40cは直ちに付勢されて、切換リレー40
を接点40b側へ切換える。一方、励磁コイル63は抵抗115
とコンデンサ112より成る遅延回路で、操作スイッチ60
がオン後、所定時間後れて付勢されるので、リレー40が
接点40b側へ切り換わってから発電機20の励磁電流が流
れる（つまり発電が開始する）。

発電機20の高電圧発電を中止するために、操作スイッ
チ60をオフすると、励磁コイル63は直ちに消勢して接点
63aが開放するので、発電機20は発電を停止する。とこ
ろが、励磁コイル40cにはフライホイールダイオード114
が付加されているので、操作スイッチ60をオフしても直
ちに消勢しない。すなわち、発電機20の発電が停止した
後にリレー40は接点40a側へ切り換わる。

尚、リレーが切り換わる時に発電機20は完全に発電を
停止していなくても最大出力に対してその出力を低減し
ておけば、リレー40の切り換わり時に発生するアークは
低減でき、リレー40の接点寿命を伸ばすことができる。

ウインドガラスの結露検出手段としては、一般に知ら
れているくし形電極間の抵抗値変化で検出する結露セン
サをウインドガラスに取り付けても良い。あるいは車室
内温度と湿度から露点温度を計算で求め、一方、ウイン
ドガラスの温度を求め、該温度と露点温度とを比較し
て、露点温度以下であれば、第２の発電機を高電圧で発
電してウインドガラスに蒸着し透明抵抗体に通電加熱し
ても良い。

第２の発電機20は、高電圧負荷30へ給電中、高電圧負
荷の異常、例えばウインドガラスに蒸着した透明抵抗体
がウインドガラスの割れによって断線する等した場合、
抵抗値の変化あるいは電流の変化を検出して、高電圧通
電を停止する。

又、ヒータを内蔵したウインドシールドやハンドルや
座席シートが過熱する可能性があるので、加熱部の温度
を設定値に達したら、高電圧の通電を停止するのも有効
な手段である。前記した高電圧負荷の異常時、及び過大
昇温時に警報を行うようにしても良い。

高電圧発電機20については、エンジン200の回転数を
最大1500〜2000〔rpm〕まで上昇させた時に、発電機の
出力電圧が70〔Ｖ〕以上で、かつ1500〔ｗ〕以上の出力
を出すことのできる発電機が必要である。本実施例で
は、ステータコイルの巻数を、例えば低電圧発電機で８
ターンであるのに対し、22ターンとして立ち上がり、出
力電圧を上昇させている。

一方、低電圧発電機２については、エンジン200の回
転数がアイドル状態（500〜700〔rpm〕）の時に、出力
電流が20〔Ａ〕以上であり、かつ、エンジンの回転数が
2000〔rpm〕付近で、出力電流が50〜60〔Ａ〕程度出す
ことのできる、本実施例ではステータコイルの巻数が８
ターンである発電機である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明車両用電源装置の第１実施例を示す電気
回路図、第２図は第１実施例における高電圧発電機の回
転数に対する出力電流の関係を示す特性図、第３図は本
発明装置の第２実施例を示す電気回路図、第４図は本発
明装置の第３実施例を示す電気回路図、第５図は第３実
施例における自動スイッチを示す電気回路図、第６図は
本発明装置の第４実施例を示す電気回路図、第７図は第
４実施例における高電圧発電機の回転数に対する出力電
流の関係を示す特性図、第８図は本発明装置の第５実施
例を示す電気回路図である。１……バッテリ,2……第１の発電機,4……第１の電圧調
整器,20……第２の発電機,30……高電圧負荷をなす抵抗
体,40……切換スイッチ,60……解氷指示スイッチ,200…
…エンジン,300……アイドルアップ装置。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02J 7/14 - 7/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】車両のバッテリを含む電気負荷へ給電する
第１の発電機と、この第１の発電機の出力電圧を第１の所定電圧に制御す
る第１の電圧調整器と、前記第１の所定電圧よりも高い第２の所定電圧で駆動さ
れる高電圧負荷へ給電する第２の発電機と、この第２の発電機の出力を、前記バッテリもしくは前記
高電圧負荷に切り換える切換手段と、この切換手段により、前記第２の発電機と前記高電圧負
荷が接続された時に、前記第２の発電機の出力電圧を前
記第２の所定電圧に制御する第２の電圧調整器と、前記切換手段により、前記第２の発電機と前記バッテリ
が接続された時に、前記第２の所定電圧を第１の所定電
圧に制御する第３の電圧調整器とを備えたことを特徴とする車両用電源装置。
【請求項２】車両のバッテリを含む電気負荷へ給電する
第１の発電機と、この第１の発電機の出力電圧を第１の所定電圧に制御す
る第１の電圧調整器と、前記第１の所定電圧よりも高い第２の所定電圧で駆動さ
れる高電圧負荷へ給電する第２の発電機と、前記第２の発電機の出力電圧を前記第２の所定電圧に制
御する第２の電圧調整器と、この第２の発電機の出力を、前記バッテリもしくは前記
高電圧負荷に切り換える切換手段とを備え、この切換手段により、前記第２の発電機と前記バッテリ
が接続され、かつ前記バッテリの電圧が前記第１の所定
電圧よりも低い第３の所定電圧に低下した時、前記第２
の発電機の発電を行うようにしたことを特徴とする車両
用電源装置。
【請求項３】前記第２の発電機は前記第１の発電機に対
して、ステータコイルの巻数を多くしたことを特徴とす
る請求項１又は請求項２いずれかに記載の車両用電源装
置。