JP2890561B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

車両用電源装置

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JP2890561B2 JP1319957A JP31995789A JP2890561B2 JP 2890561 B2 JP2890561 B2 JP 2890561B2 JP 1319957 A JP1319957 A JP 1319957A JP 31995789 A JP31995789 A JP 31995789A JP 2890561 B2 JP2890561 B2 JP 2890561B2
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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、重量および配設スペースを小にした車両用
電源装置に関するものである。
【従来の技術】 車両用電源装置には、全ての負荷に対して12Vを供給
するようにしたものと、負荷によって12Vを供給したり2
4Vを供給したりすることが出来るようにしたものとがあ
る。 第4図に、車両用電源装置の第1の従来例を示す。第
4図において、1はバッテリ、3はオルタネータ、4な
いし6はスイッチ、7はランプ負荷、8はモータ負荷、
9はヒータ負荷である。 バッテリ1の電圧は12Vであり、オルタネータ3は12V
仕様とされている。従って、この車両用電源装置は、全
ての負荷(7,8,9)に対して12Vを供給する。このような
車両用電源装置が、従来、最も広く用いられている。 その理由は、自動車用電気負荷は、12Vで使用するも
のが大部分であり、特にアメリカを初めとして外国の多
くの国では、12V仕様に統一されているからである。 ところが、窓に凍結した氷を解凍するデフォッガー用
ヒータ等の大電力を消費する負荷に、12Vで給電する
と、電流の値が大きくなるため、電力損失が多くなる。
配線を太くすれば損失を小に出来るが、配線重量が増す
うえコネクタも大型のものを使用しなければならず、コ
スト高になる。配線距離が長い大型車両においては、特
にそうである。 そこで我が国では、大型車両において、消費電力が多
い負荷については、24V仕様のものを採用しているもの
がある。同じ電力を消費するものであれば、電圧が高い
ほど電流は小さく、電力損失を低減できると共に、配線
を太くする必要もなくなるからである。 かくして、電圧仕様の異なる負荷に給電し得る車両用
電源装置が考えられているわけであるが、それを次に説
明する。 第5図は、車両用電源装置の第2の従来例である。符
号は第4図のものに対応し、3−1,3−2はオルタネー
タである。これは、12Vの負荷と24Vの負荷とを搭載する
場合の車両用電源装置である。 第5図では、ランプ負荷7,モータ負荷8が12V仕様と
なっており、ヒータ負荷9が24V仕様になっている例を
示している。電圧仕様の異なるこのような負荷に対処す
るため、この車両用電源装置では、オルタネータを2個
設けている。 エンジンが始動されると、オルタネータ3−1,3−2
が駆動され、発電を始める。その発電電圧は12Vであ
る。そして、ランプ負荷7,モータ負荷8に対しては、オ
ルタネータ3−1からの12Vが供給され、ヒータ負荷9
に対しては、オルタネータ3−1,3−2の合計電圧であ
る24Vが供給される。 第6図に、車両用電源装置の第3の従来例を示す。符
号は、第4図のものに対応する。そして、1−1,1−2
はバッテリ、2はスタータスイッチ、10はスタータリレ
ー、10−1はリレーコイル、10−2はリレー接点、11は
スタータ、12は切り換えリレー、12−1はリレーコイ
ル、12−2,12−3はリレー接点である。 これは、エンジン始動時に、大きな始動力を必要とす
る車両における車両用電源装置である。そのうような車
両としては、例えば、ディーゼルエンジン車がある。 スタータ11には24V仕様のものを用い、他の負荷には1
2V仕様のものを用いている場合に、スタータ11に対して
はバッテリを2個直列接続して給電し、他の負荷に対し
ては並列で給電している。 即ち、スタータスイッチ2をオンすると、リレーコイ
ル10−1が不勢されてリレー接点10−2がオンする。同
時に、リレーコイル12−1も不勢されてリレー接点12−
2,12−3が、実線の状態から点線の状態へと切り換えら
れる。その結果、バッテリ1−1,1−2が直列接続さ
れ、その電圧(24V)がスタータ11に印加される。スタ
ータスイッチ2がオフされ、リレー接点12−2,12−3が
実線の状態に復帰すると、バッテリ1−1,1−2は並列
接続に戻る。 ランプ負荷7,モータ負荷8およびヒータ負荷9には、
並列接続されたバッテリおよびオルタネータ3より、12
Vが給電される。
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した従来の車両用電源装置では、
電圧仕様の異なる負荷に給電する場合、給電系統を別々
にし、オルタネータあるいはバッテリを2個設けなけれ
ばならないので、配線が長くなると共に、重量が増しス
ペースを取るという問題点があった。 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、入力側にバッテリおよびオルタネータが並列接続さ
れ、出力側に電気二重層コンデンサが並列接続され、入
力電圧より大なる第1の電圧に変換する電圧変換回路
と、該第1の電圧をチョッピングするモジュレータと、
逆流阻止用ダイオードを経て該モジュレータと接続さ
れ、前記チョッピングして得た第2の電圧を平滑する平
滑用コンデンサとを具え、前記第1の電圧,前記第2の
電圧および前記平滑用コンデンサの電圧を負荷に供給し
得るようにした。
【作用】
電圧変換回路の出力側に並列接続される電気二重層コ
ンデンサは、前記第1の電圧で充電される。電気二重層
コンデンサは大容量コンデンサであるので、これに負荷
を接続した場合、入力電圧より高い電圧にて大きな放電
電流を流すことが出来る。それゆえ、入力電圧より高い
電圧仕様で大電流を要求する負荷(例えば、スタータ)
に、給電することが可能となる。 前記第2の電圧は、第1の電圧をチョッピングしたも
のであるので、実効的な電圧は低くなり、第1の電圧よ
り低い電圧仕様の負荷に対して給電可能となる。 前記平滑用コンデンサからの電圧は、略第1の電圧と
等しくなり、前記入力電圧より高い電圧仕様の負荷に対
して給電可能となる。但し、平滑用コンデンサの容量は
前記電気二重層コンデンサの容量より小さいので、この
場合の給電電流は、電気二重層コンデンサからの放電電
流に比べて小さい。
【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、本発明の実施例にかかわる車両用電源装置
である。符号は、第4図,第6図のものに対応してい
る。そして,13は電圧変換回路、14は電気二重層コンデ
ンサ、15はモジュレータ、16はデューティ信号発生回
路、17は発振器、18はダイオード、19は平滑用コンデン
サ、40は抵抗、41はコンデンサである。V1〜V4は矢印で
指した部分の電圧を示し、第7図にその波形の具体例を
示す。 V1は、バッテリ1またはオルタネータ3から供給され
る電圧(12V)であり、これが電圧変換回路13により、
所望の高電圧(例、24V)に変換される(第7図のV2
照)。なお、電圧変換回路13の具体的構成については、
後に第2図,第3図で説明する。 電圧変換回路13の出力側に接続されている電気二重層
コンデンサ14は、大容量のコンデンサであり、前記高電
圧で充電される。 スタータスイッチ2をオンすると、リレーコイル10−
1が付勢され、リレー接点10−2がオンする。すると、
スタータ11は、電気二重層コンデンサ14の高電圧により
起動される。大容量コンデンサであるから、エンジンを
始動するに要する時間にわたって、大電流を供給するこ
とが出来る。従って、24V仕様のスタータ11を搭載して
いても、2個のバッテリを要することなく、始動を行わ
せることが出来る。 電気二重層コンデンサ14の高電圧は、モジュレータ15
において、デューティ信号発生回路16からのデューティ
信号に基づき、チョッピングされる。チョッピングされ
た電圧が、V3である(第7図参照)。デューティ信号
は、発振器17からの信号波形(例、ノコギリ波)を、指
定しようとしているデューティ比に応じたレベルで切る
ことによって発生させることが出来る。 発振器17の周波数は、ランプの点滅感および寿命や、
線路での送電損失等を考慮して決定される。因みに、周
波数を高くすると、点滅感はなくなるが、ランプ寿命は
短くなり、送電損失は増える。周波数を低くすると、ラ
ンプ寿命は長くなるが、点滅感が出て来、送電損失は減
る。 なお、ランプ負荷7に並列に抵抗40,コンデンサ41の
直列回路を接続すると、点滅感を和らげることが出来、
それだけ発振器17の周波数を低くすることが出来る。 スイッチ4をオンすると、チョッピング電圧V3が、ラ
ンプ負荷7に供給される。高電圧V2が24Vである場合、
デューティ比を50%にすれば実効的な電圧は半分になる
から、ランプ負荷7としては、汎用されている12V仕様
のものを使うことが出来る。 一方、モータ負荷8は24V仕様のものであるとする
と、チョッピング電圧V3を平滑用コンデンサ19で平滑
し、滑らかな24Vの電圧V4として印加すればよい。ダイ
オード18は、平滑用コンデンサ19からの逆流を阻止する
ためのものである。 なお、電圧変換回路13からの電圧V2は、上例ではバッ
テリ電圧の2倍の24Vとしたが、3倍あるいは4倍とし
てもよい。高電圧にすれば、配線を流れる電流は小さく
出来るから、それだけ配線を細く出来、配線の途中に使
用するコネクタも小型のもので良くなる。電圧V2をより
高くした場合、汎用の12V仕様の負荷に給電するに当た
っては、チョッピングのデューティ比をより小さくする
ことになる。 以上のように、異なる電圧仕様の負荷があっても、給
電系統は1つで済むので、別系統にしていた従来のもの
より、配線の長さが短くなる。また、その1つの給電系
統が、バッテリ電圧(12V)よりも高い電圧で統一され
ているから、配線に流れる電流は小さくなり、配線の細
線化やコネクタの小型化が図れる。 次に、電圧変換回路13として使用する具体的回路につ
いて説明する。 第2図は、チャージポンプ型電圧変換回路である。第
2図において、20はコンデンサ、21,22はコンデンサ、2
3ないし26はスイッチ素子、27はコンデンサ、Iは入力
端子、Oは出力端子である。 入力側のコンデンサ20および出力側のコンデンサ27
は、平滑用である。スイッチ素子23ないし26は、機械的
スイッチ素子でも構成できるが、小型化あるいは故障率
等の面からみて、電子的スイッチ素子(例えば、パワー
MOSFET(MOS電界効果トランジスタ))で構成すること
が望ましい。電子的スイッチ素子とした場合、スイッチ
ング信号は、別途設けられる図示しない信号発生回路よ
り供給される。 スイッチ素子23ないし26のスイッチング状態が実線の
如くである時、入力端子Iからの入力電圧にコンデンサ
21の電圧が重畳されたものが、出力端子Oからの出力電
圧とされる。他方、コンデンサ22は、入力端子に並列接
続となっているから、入力電圧(12V)に充電される。 スイッチング状態が点線の如くになると、今度は逆
に、入力電圧とコンデンサ22の電圧が重畳されたもの
が、出力電圧とされる。そして、コンデンサ21は、入力
電圧に充電される。 上記のスイッチング状態を、適当な間隔で交互に実現
することにより、入力電圧の2倍の出力電圧を得ること
が出来る。 第3図は、コイル昇圧型電圧変換回路である。第3図
において、30はコンデンサ、31はコイル、32はスイッチ
素子、33はフリップフロップ、34は発振器、35はコンパ
レータ、36は基準電圧、37,38は抵抗、39はコンデン
サ、Iは入力端子、Oは出力端子である。スイッチ素子
32としては、例えば、パワーMOSFETが用いられる。 コイル31に流れていた電流を、スイッチ素子32をオフ
することによって遮断すると、コイル31に電圧が誘起さ
れる。この誘起電圧と入力電圧とを重畳したものが、出
力電圧となる。 スイッチ素子32のオン,オフは、フリップフロップ33
によって制御される。フリップフロップ33の出力の反転
は、発振器34からの信号とコンパレータ35からの信号と
によって行われる。 発振器34からは、一定の間隔でパルスが出される。コ
ンパレータ35からの信号は、出力電圧を抵抗37,38で分
割したものが、基準電圧36より大であるか小であるかに
応じて、出される。従って、出力電圧の大きさに応じて
オンオフがなされ、出力電圧が所定の値に調整される。
【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、
バッテリおよびオルタネータの電圧を、それより高い電
圧に変換し、負荷の電圧仕様に応じてチョッピングや平
滑を施すことにより、負荷への給電は全てその電圧で行
うようにした。 その結果、配線の細線化が図れ、オルタネータおよび
バッテリは1個で済み、給電系統は1つとなるので、従
来に比し配線が短くなると共に、重量およびスペースが
軽減される。
【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…チャージポンプ型電圧変換回路 第3図…コイル昇圧型電圧変換回路 第4図…車両用電源装置の第1の従来例 第5図…車両用電源装置の第2の従来例 第6図…車両用電源装置の第3の従来例 第7図…第1図の各部における電圧の波形 図において、1,1−1,1−2はバッテリ、2はスタータス
イッチ、3,3−1,3−2はオルタネータ、4ないし6はス
イッチ、7はランプ負荷、8はモータ負荷、9はヒータ
負荷、10はスタータリレー、10−1はリレーコイル、10
−2はリレー接点、11はスタータ、12は切り換えリレ
ー、12−1はリレーコイル、12−2,12−3はリレー接
点、13は電圧変換回路、14は電気二重層コンデンサ、15
はモジュレータ、16はデューティ信号発生回路、17は発
振器、18はダイオード、19は平滑用コンデンサ、20はコ
ンデンサ、21,22はコンデンサ、23ないし26はスイッチ
素子、27はコンデンサ、30はコンデンサ、31はコイル、
32はスイッチ素子、33はフリップフロップ、34は発振
器、35はコンパレータ、36は基準電圧、37,38は抵抗、3
9はコンデンサ、40は抵抗、41とコンデンサである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土屋 善信 神奈川県藤沢市土棚8番地 いすゞ自動 車株式会社藤沢工場内 (72)発明者 高野 孝雄 神奈川県川崎市川崎区殿町3丁目25番1 号 いすゞ自動車株式会社川崎工場内 (72)発明者 黒田 和之 神奈川県川崎市川崎区殿町3丁目25番1 号 いすゞ自動車株式会社川崎工場内 (56)参考文献 特開 昭63−189760(JP,A) 特開 平3−159528(JP,A) 特開 昭51−7451(JP,A) 実開 昭58−159893(JP,U) 実開 昭62−40620(JP,U) 実開 平3−82876(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B60R 16/02 H02P 9/04 F02N 11/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力側にバッテリおよびオルタネータが並
    列接続され、出力側に電気二重層コンデンサが並列接続
    され、入力電圧より大なる第1の電圧に変換する電圧変
    換回路と、該第1の電圧をチョッピングするモジュレー
    タと、逆流阻止用ダイオードを経て該モジュレータと接
    続され、前記チョッピングして得た第2の電圧を平滑す
    る平滑用コンデンサとを具え、前記第1の電圧,前記第
    2の電圧および前記平滑用コンデンサの電圧を負荷に供
    給し得るようにしたことを特徴とする車両用電源装置。
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