JP2833087B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

車両用電源装置

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JP2833087B2 JP1342366A JP34236689A JP2833087B2 JP 2833087 B2 JP2833087 B2 JP 2833087B2 JP 1342366 A JP1342366 A JP 1342366A JP 34236689 A JP34236689 A JP 34236689A JP 2833087 B2 JP2833087 B2 JP 2833087B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明は、車両負荷とそれより高電圧仕様のスタータ
とに給電する車両用電源装置、およびそれに使用して好
適な昇降圧回路に関するものである。
【従来の技術】
米国を初めとして多くの国では、車両負荷およびスタ
ータ等の車載電気機器は、12V仕様となっている。その
ため、機器の互換性や市場性等を考慮し、我が国でも殆
んどが12V仕様とされている。従って、車両用電源装置
も、それに適合させたものとなっている。 第3図は、従来の車両用電源装置である。第3図にお
いて、1−1は発電機、2はキースイッチ、3はバッテ
リ、4は車両負荷スイッチ、5は車両負荷、6−1はス
タータである。 発電機1−1もスタータ6−1も12V仕様である。エ
ンジンを始動するには、キースイッチ2をオンしてバッ
テリ3の電圧をスタータ6−1に印加する。車両負荷5
へ給電するには、車両負荷スイッチ4をオンする。 しかし、12V仕様の発電機1−1やスタータ6−1で
出力を大なものとすると、それより高電圧の仕様のもの
より大型化し、重量は増大する。 そこで、少しでも搭載スペースを少なくし、重量を軽
減するために、スタータを24V仕様のものとする方式が
提案されている。 この方式においては、12Vのバッテリを2組搭載し、
それらの接続を始動時と運転時とで切り換えるようにし
ている。即ち、始動時には、バッテリを直列に接続して
24Vとし、これをスタータに印加する。運転時には、バ
ッテリを並列に接続して12Vとし、これを車両負荷に印
加している。 このように、車両に2組のバッテリを搭載し、始動時
と運転時とで接続を切り換えるようにした技術に関する
文献としては、例えば、実開昭58−70946号公報があ
る。
【発明が解決しようとする課題】
(問題点) しかしながら、バッテリを2組搭載した前記の車両用
電源装置には、バッテリの劣化が進行し易く、寿命が短
くなるという問題点があった。 (問題点の説明) エンジン始動後には、2つのバッテリは並列接続とさ
れ、12V仕様の発電機により充電される。しかし、2つ
のバッテリは、電気的特性が全く同じというわけではな
いから、各バッテリに対する充電には、どうしてもアン
バランスが生ずる。そのためバッテリの劣化が進行し易
く、寿命が短くなってしまう。 本発明は、このような問題点を解決することを課題と
するものである。
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の車両用電源装置で
は、バッテリ電圧より高電圧の仕様の発電機と、該高電
圧の仕様のスタータと、前記発電機と並列接続されたコ
ンデンサと、該コンデンサとバッテリとの間に接続され
た昇降圧回路と、該昇降圧回路を制御する制御回路とを
具え、前記スタータに対しては前記コンデンサより給電
し、車両負荷に対してはバッテリより給電することとし
た。 また、上記昇降圧回路は、第1スイッチング素子と第
1ダイオードとを並列接続した第1並列接続体と、第2
スイッチング素子と第2ダイオードとを並列接続した第
2並列接続体とを、前記第1ダイオードと前記第2ダイ
オードとの順方向が一致するように直列接続してその両
端を高圧側端子に接続すると共に、前記第2並列接続体
と前記直列接続の接続点に分岐接続したチョークコイル
との直列接続体の両端を低圧側端子に接続した構成とす
ることが出来る。
【作用】
スタータおよび発電機を高電圧仕様のものとし、該発
電機と並列に接続したコンデンサとバッテリとの間に昇
降圧回路を設け、両者の間で昇降圧を行うようにした。
そして、始動時のスタータへの給電は、バッテリから行
うのではなく、コンデンサから行うようにした。 そのため、高電圧を得るためにバッテリを2組設ける
必要がなくなり、バッテリのアンバランス充電といった
問題は起こらず、バッテリの劣化を防ぐことが可能とな
る。 また、スタータおよび発電機を高電圧仕様のものとす
ると、同じ出力を得る低電圧仕様のものより、サイズ小
さくし重量を低減することが可能となる。そのため、車
両の搭載スペースを節約することが出来ると共に、車両
重量を軽くすることが出来る。 更に、昇降圧回路として、前記のような構成のものを
用いると、回路素子によっては、昇圧回路として動作さ
せる場合にも降圧回路として動作させる場合にも共通し
て働くものがあり、各回路を独立して設ける場合に比
し、部品点数を節約することが可能となる。
【実 施 例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。 第1図は、本発明の車両用電源装置である。符号は、
第3図のものに対応している。そして、1−2は発電
機、6−2はスタータ、7は電圧検出リレー、7−1は
リレーコイル、7−2はリレー接点、8はコンデンサ、
9は昇降圧回路、10は制御回路、11,12を電圧検出信号
線、13はスタータリレー、13−1はリレーコイル、13−
2はリレー接点、14は温度センサである。 発電機1−2およびスタータ6−2は、バッテリ3の
電圧より高電圧の仕様、例えば、24V仕様のものとされ
ている。これらは、同じ出力のものであれば、12V仕様
のものより小型で軽量となる。従って、車両の搭載スペ
ースおよび重量は、12V仕様の場合より減少する。 発電機1−2およびスタータ6−2に並列に、コンデ
ンサ8が接続される。コンデンサ8としては、大容量の
コンデンサであることが望ましい。そのようなコンデン
サとしては、例えば、電気二重層コンデンサがある。車
両運転時には、つまり発電機1−2が発電している時に
は、コンデンサ8は発電機1−2により、その発電電圧
24Vに充電される。 昇降圧回路9は、発電機1−2の発電電圧(24V)
と、バッテリ3の電圧(12V)との間で、時に応じて昇
圧したり或いは降圧したりする回路である。昇降圧回路
9に対する制御は、制御回路10によって行われる。 昇圧(12V→24V)は、スタータ6−2を駆動する始動
時に行われる。始動時にスタータ6−2に印加されるの
は、コンデンサ8の充電電圧である。 キースイッチ2をST端子にオンすると、コンデンサ8
の電圧により、スタータリレー13のリレーコイル13−1
が付勢され、リレー接点13−2がオンする。そして、ス
タータ6−2にコンデンサ8の電圧が印加される。コン
デンサ8の電圧が24Vあれば、スタータ6−2は所望の
如く駆動される。しかし、24Vなければ駆動するに至ら
ない。 コンデンサ8の電圧が幾らであるかは、電圧検出信号
線11により制御回路10に伝えられ、24Vなければ、昇降
圧回路9に対して昇圧制御信号が出される。コンデンサ
8が所望の電圧まで充電されると、電圧検出信号線11に
よりその旨が伝えられ、昇圧は停止される。コンデンサ
に対する充電は、極めて短時間に行うことが出来る。 こうして始動時には、最初たとえコンデンサ8の電圧
が不足して始動に失敗しても、所望の電圧までの充電が
自動的に且つ速やかに行われるので、始動に支障を来す
ことはない。 エンジンが始動すると、もはや昇圧動作を行う必要は
ない。電圧検出リレー7は、そのことを制御回路10に知
らせるためのものである。エンジンが始動すると発電機
1−2が発電を開始するが、そうするとリレーコイル7
−1が付勢され、それまで実線の如くアース位置とされ
ていたリレー接点7−2が、点線の位置とされる。その
ため、発電機1−2の電圧が制御回路10に伝えられ、エ
ンジンが始動したことが知らされる。 他方、降圧動作は、発電機1−2が発電をしている運
転時において行われる。発電機1−2が発電を始めたこ
とを知らされると、制御回路10は昇降圧回路9に対して
降圧制御信号を送る。この降圧された電圧によりバッテ
リ3は充電され、車両負荷5は給電される。電圧検出信
号線12は、降圧電圧を一定値に制御する場合のフィード
バック信号を伝えるためのものである。 温度センサ14は、環境温度を検出するためのものであ
る。これは、既設のエンジン水温センサやエンジンオイ
ル温度センサを利用してもよい。 環境温度が低いとエンジンが始動しにくいが、そのよ
うな時、昇降圧回路9の昇圧電圧を通常より高く(例え
ば、通常を24Vとした時、26V位に)してやる。スタータ
6−2に印加する電圧を大にすると、始動し易くするこ
とが出来る。 なお、温度センサ14からの信号を用いての環境温度に
応じた制御は、必要に応じて行えばよく、必須のもので
はない。 第2図に、昇降圧回路の具体例を示す。第2図におい
て、9−1はダイオード、9−2はスイッチング素子、
9−3はダイオード、9−4はスイッチング素子、9−
5はチョークコイル、9−6,9−7は制御信号線、Hは
高圧側の端子、Lは低圧側の端子である。 スイッチング素子9−2,9−4としては、半導体素子
を用いることが出来る。これらへの制御信号は、制御信
号線9−6,9−7を経て、制御回路10より送られて来
る。昇圧,降圧は、スイッチングレギュレータ方式で行
われる。 次に動作を説明する。 昇圧時(端子H側←端子L側) この時には、スイッチング素子9−2はオフのままと
され、スイッチング素子9−4が、制御信号線9−7の
信号によりオンオフ制御される。 スイッチング素子9−4がオンの時に、端子Lよりチ
ョークコイル9−5に電流が流れる。スイッチング素子
9−4がオフされると、前記電流が遮断され、チョーク
コイル9−5に高電圧が発生する。この高電圧がダイオ
ード9−1を経て、端子Hに現れる。かくして、端子H
には、端子Lの電圧を昇圧した電圧が得られる。 第4図は、この時の各部の電圧(V),電流(I)の
波形を示したものである。昇圧時にはスイッチング素子
9−2はオフのままだから、第4図(ロ)のIはゼロと
なったままである。また、ダイオード9−3には順電圧
が印加されることがないから、第4図(ホ)のIもゼロ
のままである。 なお、昇圧の度合いは、スイッチング素子9−4をオ
ンオフするデューティ比(t/T)を、どのような値にす
るかによって制御できる。 降圧時(端子H側→端子L側) この時には、スイッチング素子9−4はオフとされ、
スイッチング素子9−2が、制御信号線9−6の信号に
よりオンオフ制御される。 スイッチング素子9−2がオンすると、端子Hの電圧
はチョークコイル9−5を経て端子Lに現れる。スイッ
チング素子9−2をオフすると、現れない。従って、直
流的に見た場合、実質的に低い所望の電圧を端子L側に
得ることが出来る。 第5図は、この時の各部の電圧(V),電流(I)の
波形を示したものである。降圧時にはスイッチング素子
9−4はオフのままだから、第5図(ハ)のIはゼロと
なったままである。また、ダイオード9−1には順電圧
が印加されることがないから、第4図(ニ)のIもゼロ
のままである。 なお、降圧の度合いは、スイッチング素子9−2をオ
ンオフするデューティ比(t/T)を、どのような値にす
るかによって制御できる。
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明の車両用電源装置によれば、
次のような効果を奏する。 バッテリの寿命を長くすることが出来る。 スタータおよび発電機を高電圧仕様のものとし、該発
電機と並列に接続したコンデンサとバッテリとの間に昇
降圧回路を設け、両者の間で昇降圧を行う。そして、始
動時のスタータへの給電は、バッテリから行うのではな
く、コンデンサから行うようにしている。 そのため、高電圧を得るためにバッテリを2組設ける
必要がなくなり、バッテリのアンバランス充電といった
問題は起こらない。従って、バッテリの劣化を防止で
き、その寿命を長くすることが出来る。 搭載スペースおよび重量を減少出来る。 スタータおよび発電機を高電圧仕様のものとしたの
で、同じ出力を得る低電圧仕様のものより、サイズが小
さくなり、重量は軽くなる。そのため、車両への搭載ス
ペースを節約することが出来ると共に、車両重量を軽く
するこが出来る。 車両用電源装置に搭載する昇降圧回路を独特の構成
のものとしたので、昇圧回路,降圧回路を独立して構成
する場合に比し、少ない部品点数で昇圧,降圧を行うこ
とが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図…本発明の実施例にかかわる車両用電源装置 第2図…昇降圧回路の具体例 第3図…従来の車両用電源装置 第4図…昇圧時における昇降圧回路の波形 第5図…降圧時における昇降圧回路の波形図において、
1−1,1−2は発電機、2はキースイッチ、3はバッテ
リ、4は車両負荷スイッチ、5は車両負荷、6−1、6
−2はスタータ、7は電圧検出リレー、7−1はリレー
コイル、7−2はリレー接点、8はコンデンサ、9は昇
降圧回路、9−1はダイオード、9−2はスイッチング
素子、9−3はダイオード、9−4はスイッチング素
子、9−5はチョークコイル、9−6,9−7は制御信号
線、10は制御回路、11,12は電圧検出信号線、13はスタ
ータリレー、13−1はリレーコイル、13−2はリレー接
点、14は温度センサである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−248933(JP,A) 特開 平2−259277(JP,A) 特開 昭53−21729(JP,A) 特開 昭51−7451(JP,A) 実開 昭62−41344(JP,U) 実開 昭63−162973(JP,U) 国際公開89/6061(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B60R 16/00 - 17/02 H02J 7/00 - 7/12 H02J 7/34 - 7/36 F02N 11/08

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】バッテリ電圧より高電圧の仕様の発電機
    と、該高電圧のスタータと、前記発電機と並列接続され
    たコンデンサと、該コンデンサとバッテリとの間に接続
    された昇降圧回路と、該昇降圧回路を制御する制御回路
    とを具え、前記スタータに対しては前記コンデンサより
    給電し、車両負荷に対してはバッテリより給電するよう
    にしたことを特徴とする車両用電源装置。
  2. 【請求項2】昇降圧回路の構成を、第1スイッチング素
    子(9−2)と第1ダイオード(9−1)とを並列接続
    した第1並列接続体と、第2スイッチング素子(9−
    4)と第2ダイオード(9−3)とを並列接続した第2
    並列接続体とを、前記第1ダイオード(9−1)と前記
    第2ダイオード(9−3)との順方向が一致するように
    直列接続してその両端を高圧側端子(H,H)に接続する
    と共に、前記第2並列接続体と前記直列接続の接続点に
    分岐接続したチョークコイル(9−5)との直列接続体
    の両端を低圧側端子(L,L)に接続した構成としたこと
    を特徴とする請求項1記載の車両用電源装置。
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