JP3089635B2

JP3089635B2 - 車両用電源装置

Info

Publication number: JP3089635B2
Application number: JP01216837A
Authority: JP
Inventors: 孝史鳥井; 鎮則薗部; 誠司林; 茂妹尾
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1988-09-12
Filing date: 1989-08-23
Publication date: 2000-09-18
Anticipated expiration: 2015-09-18
Also published as: JPH02168822A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、バッテリ電圧よりも高い電圧が駆動される
高電圧負荷を良好に作動せしめるとともに、バッテリの
充電も同時に行うことが可能な車両用電源装置に関す
る。

〔従来の技術〕

近年フロントガラスの凍結やリヤガラスの凍結におい
て、氷の付着を素早く溶かすために、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電流を流し、ガラス
を熱するものがある。

例えば、従来のものとして、特開昭63−68444号公報
のものでは、発電機の出力電圧を、変圧器にて高電圧に
変換して、上記電気導体に供給するものが示されてい
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、常に発電機の整
流器がバッテリに接続されているため、電圧調整器によ
り発電機の出力電圧は、例えば14.5〔Ｖ〕に一定となる
ように制御される。

そのため、第２図に示す如く、エンジン回転数を上昇
させて発電機の回転数を上昇させても、発電機の出力電
力はあまり上がらない。

また、上記導体へは、1500〔Ｗ〕程度の電力を供給す
る必要があるため、第２図からも明らかな如く、単に回
転数を上昇させただけでは、発電機の出力電力は大きく
ならず、大きくするためには発電機の容量（つまり体
格）を大きくしなければならないという問題点があっ
た。

本発明は、上述した問題点を鑑みて、発電機の容量を
大きくすることなく、高電圧負荷へ所定の出力電力を供
給するようにしたものである。

〔課題を解決するための手段〕

請求項１の発明では、エンジンにより駆動され、ステ
ータ巻線および前記ステータ巻線の出力を整流する整流
器を有する発電機と、この発電機の整流器の出力により充電されるバッテリ
と、前記発電機の出力を昇圧し出力する二次巻線と、前記
発電機の出力を降圧する中間タップとを有するトランス
と、このトランスにより昇圧された電圧が印加され、前記
バッテリの電圧よりも高い電圧で駆動される高電圧負荷
と、前記発電機から前記高電圧負荷への電力供給回路を接
続する第１の切換スイッチと、前記第１の切換スイッチの投入時に前記発電機の出力
を上昇させる出力上昇手段と、前記第１の切換スイッチ投入時に、前記バッテリへの
充電を前記トランスの前記中間タップからの充電回路に
切り換える第２の切換スイッチ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が採用される。

また、請求項２の発明では、エンジンにより駆動さ
れ、ステータ巻線、励磁巻線および前記ステータ巻線の
交流出力を整流する整流器を有する発電機と、この発電機の整流器の出力により充電されるバッテリ
と、前記励磁巻線に直列に設けられたスイッチ手段と、前記バッテリの電圧を検出して、バッテリの電圧を第
１の所定電圧に維持すべく、前記スイッチ手段により前
記励磁巻線に流れる電流を制御する電圧制御手段と、前記発電機の出力を昇圧し出力する二次巻線と、前記
発電機の出力を上記第１の所定電圧まで下げて出力する
中間タップとを有するトランスと、このトランスに接続され、かつ前記バッテリ電圧より
も高い電圧で駆動される高電圧負荷と、前記高電圧負荷の作動中に、前記発電機の出力を上昇
させる出力上昇手段と、前記高電圧負荷の作動中に、前記バッテリの充電を前
記トランスの前記中間タップからの充電回路に切り換え
る切換手段とを備えたことを特徴とする車両用電源装置
という技術的手段が採用される。

〔作用〕

以上に述べた請求項１の発明によると、高電圧負荷へ
の電力供給時には発電機の出力が上昇させられ、さらに
その出力がトランスで昇圧されて高電圧負荷の作動に適
した電力が供給可能になるとともに、発電機の出力がト
ランスの二次巻線に設けた中間タップによって降圧さ
れ、この中間タップからの充電回路を経由してバッテリ
が充電されるよう第２の切換スイッチによる切換が行わ
れる。このため、高電圧負荷への給電とバッテリの充電
との両立を図ることができる。しかも、中間タップを有
するトランスを採用することで、比較的簡単な構成で高
電圧負荷への電力供給とバッテリの充電とを両立するこ
とができる。

請求項２の発明によると、高電圧負荷への電力供給時
には発電機の出力が上昇させられるとともに、その出力
がトランスによって昇圧されて高電圧負荷の作動に適し
た電力が供給可能になるとともに、発電機の出力がトラ
ンスの二次巻線の中間タップによって降圧され、この中
間タップからの充電回路を経由してバッテリが充電され
るよう切換手段による切換が行われる。このため、高電
圧負荷への給電とバッテリの充電との両立を図ることが
できる。しかも、中間タップを有するトランスを採用す
ることで、比較的簡単な構成で高電圧負荷への電力供給
とバッテリの充電とを両立することができる。

なお、発電機の出力を上昇させる手段としては、エン
ジンの回転数を上昇させて発電機の回転数を上昇させる
回転数上昇手段を用いることができ、この構成によると
高電圧負荷とバッテリとの両方に電力を供給する場合に
も電力不足を生じることなく高電圧負荷の作動に必要な
電力を確保することが可能である。

〔発明の効果〕

以上に述べた本発明の構成によると、高電圧負荷に電
力を供給するべく発電機の出力が上昇されているときで
も、トランスの二次巻線に設けた中間タップからの充電
回路によってバッテリが充電されるため、高電圧負荷へ
の電力供給とバッテリの充電との両立を図ることができ
る。

〔実施例〕

第１図に本発明の一実施例を示す。

１はバッテリ、２は車両用交流発電機、３は三相交流
発電機２のステータ巻線を示す。４は交流発電機２の励
磁巻線、５はステータ巻線３の交流出力を整流する三相
全波整流器、６は発電機の出力電圧を設定値に制御する
電圧制御器で、励磁巻線４に流れる電流を制御する出力
トランジスタ７を有する。

９は昇圧手段をなすトランスで、9aはステータ巻線３
に接続された１次巻線、9bは２次巻線、10はトランス９
の２次巻線9bの出力を整流すると共に、スイッチ12を介
して抵抗体11に接続された第１の整流器、11は高電圧負
荷をなすフロントガラスに蒸着された透明な抵抗体、12
は抵抗体11へ通電するか否かの第１の切換スイッチ、13
は発電機２の全波整流器５とバッテリ１とを断続する第
２の切換スイッチ、14は励磁巻線４の両端に接続された
フライホイールダイオードである。

15はスイッチ15aを介してバッテリに接続される、例
えばヘッドライト等のバッテリ１の電圧で駆動される電
気負荷である。

18はトランス９の２次巻線9bの中間端子から取り出し
た電圧を整流する第２の整流器で、一端側がバッテリ１
に接続されている。

電圧制御器６は、出力トランジスタ７のベースにコレ
クタが接続されたトランジスタ28、このトランジスタ28
のベースにアノード側が接続されたツェナーダイオード
27、ダイオード25及び26、抵抗21,22,23及び24で構成さ
れる。

30は第１の切換スイッチ12の指示スイッチで励磁コイ
ル50に通電することで、第１の切換スイッチ12を閉じ
る。

40は第２の切換スイッチ13の指示スイッチで励磁コイ
ル60に通電することで、第２の切換スイッチ13を閉じ
る。

70はバッテリ１の電圧を検出し、バッテリ１の電圧が
第２の所定電圧（例えば12〔Ｖ〕）以下の時に、第１の
切換スイッチ12を強制的にオフするものである。

80はタイマ回路であり、運転者による指示スイッチ30
のONから所定時間（例えば５分間）経過後に、自動的に
第２の切換スイッチ13をオンするものである。

90はエンジンであり、図示せぬベルトを介して交流発
電機２を駆動させるものである。

100はエンジン90の回転数を上昇させる回転数制御装
置、110は車両停止検出手段120による車両の停止を検出
した信号により、回転数制御装置100に制御の許可信号
を送るものである。

上記構成において作動を説明する。

通常、発電機２は、第１の切換スイッチ12はオフ、第
２の切換スイッチ13はオンで、発電機２の全波整流器５
の出力側はバッテリ１に接続される。この時、電圧制御
器６は、バッテリ１の電圧が第１の所定電圧、例えば1
4.5〔Ｖ〕になるように、出力トランジスタ７をON,OFF
制御する。

次に、寒冷地等でフロントガラス等に氷が付着した状
態を考える。この時には運転者がフロントガラス内の抵
抗体11に電流を供給するために、指示スイッチ30及び40
をオンする。

この時、車両停止検出手段120により、車両の停止を
検出する。車両の停止は車速やニュートラルギヤ等の検
出が行うことができる。

また、この車両停止検出手段120の車両停止信号およ
びスイッチ30のオン状態の信号を許可回路110に入力す
る。

そして、車両停止信号とスイッチ30のオン状態の信号
が入力された時に、許可回路110が許可信号を回転数制
御装置100に送る。

この回転数制御装置100では、エンジン90の回転数を
上昇させて、交流発電機２の回転数を3000〔rpm〕まで
上昇させる。

ここで、交流発電機２の回転数を3000〔rpm〕まで上
昇させる理由を以下に述べる。

まず、フロントガラスに付着した厚さ1mm程度の氷を
３分間程度で解氷する場合、抵抗体11に供給する電力
は、1500〔Ｗ〕を必要とする。従って、抵抗体11に加え
る電圧は、抵抗体11の抵抗値が約３Ωであることから、
約70〔Ｖ〕を必要とする。

また、トランス９の２次巻線9bの中間タップより第２
の整流器18を介して、バッテリ１にも電力（約400
〔Ｗ〕）を供給する必要がある。

上述したことから明らかな如く、交流発電機２は、全
体として1900〔Ｗ〕程度の電力を供給する必要がある。

また、第２図における発電機電圧に対する出力電力の
特性図を参照すると、1900〔Ｗ〕の出力を供給するため
には、交流発電機２の回転数を3000〔rpm〕まで上昇さ
せなくてはいけない。

つまり、抵抗体11に供給する電力とバッテリ１に供給
する電力の総和よりも多い出力電力を出力させるよう
に、交流発電機２の回転数を上昇させなくてはいけない
ことが理解できる。

また、第２図に示す如く、発電機２の出力電圧が35
〔Ｖ〕の時を利用すれば、単に回転数を3000〔rpm〕に
上昇したのみで、発電機２から出力電力を２〔kw〕まで
取り出すことができる。

従って、発電機２は第２の切換スイッチ13により、バ
ッテリ１と切り離すと共に、回転数を3000〔rpm〕に上
昇させることで、高電圧35〔Ｖ〕を発生する。

また、出力電圧が35〔Ｖ〕の時を利用することで、ト
ランス９の２次巻線9bの出力は、抵抗体11に加える電圧
を70〔Ｖ〕とする必要があるため、トランス９の巻数比
を２倍としている。

さらに、第２の整流器18は、この出力をバッテリ１に
充電すると共に、電圧調整器６によりバッテリ１の電圧
を14.5〔Ｖ〕に制御していることから、２次巻線9bの出
力が70〔Ｖ〕の時に第２の整流器18の出力が14.5〔Ｖ〕
となるように、２次巻線9bの中間タップに接続されてい
る。

従って、電圧調整器６にてバッテリ１の電圧を14.5
〔Ｖ〕になるように制御すれば、発電機２の出力電圧が
35〔Ｖ〕、トランス９の２次巻線9bの出力が70〔Ｖ〕と
なる。

そして、抵抗体11には、70〔Ｖ〕の高電圧が印加され
ることで、付着した氷を溶かすことができる。

また、運転者がスイッチ40の切り忘れの時には、スイ
ッチ40のオンを開始した後から、タイマ回路80により時
間を計測して、解氷に必要な所定時間（約５分間）経過
後、自動的にスイッチ40のオフを行う。

フロントガラスに付着した氷が解氷すると、運転者が
スイッチ40よりオフして、第２の切換スイッチ13をONす
ることで、発電機２をバッテリ１と接続する。

すると、発電機２は電圧調整器６により14.5〔Ｖ〕で
発電をする。この時、スイッチ12はオンしたままだと、
抵抗体11には14.5/35×70＝29〔Ｖ〕の電圧が印加され
て、フロントガラスが加熱・保温されるので、溶けた氷
が再氷結したり、室内側が曇ったりすることはない。

本発明では、12V系を充電する様に設計された発電機
を用いて、該発電機が最大出力を発生する電圧で発電さ
せるので、高電圧仕様とするために発電機を大型化する
必要はない。一般的に発電機に高電圧を発生するために
はステータ巻線数を増やすが、このため12V系で使用す
ると高回転域での発電機の出力が出なくなってしまう。
これを防止するには発電機の体格を大きくする必要があ
る。または、アイドリング回転数を大幅に上昇させる必
要もなく、燃費の低減や騒音の低減に大いに有効であ
る。

なお、発電機２とバッテリ１とを切り離した時の発電
機２の出力電圧制御は第１図に示した様に、発電機２の
出力電圧を検出してダイオード25と抵抗22の検出回路で
電圧調整器６を作動させても良いが、高電圧負荷11は抵
抗体なので、若干の電圧変動は許容される。このため、
上記したダイオード25と抵抗22の電圧検出回路は発電機
２の出力電圧が抵抗体11を過電圧破壊しない値、例えば
約90Vに設定しておき、エンジン回転数等で制御しても
良い。この時、電圧調整器６はバッテリ１が過充電にな
らないよう、ダイオード26でセンシングしている。

そして、上記実施例では、電圧検出回路70により、抵
抗体（高電圧負荷）11に高電圧を供給している間、バッ
テリ１の電圧が第２の所定電圧以下になったときに、第
１の切換スイッチ12を強制的に切り離すことで、バッテ
リ１には発電機２の全出力1900〔Ｗ〕を供給することが
できるため、急速にバッテリ１の電圧を回復させること
ができる。よって、バッテリ１の電圧が回復した後は、
第２の切換スイッチ12が閉じて、抵抗体11に出力電力を
すみやかに供給できる。

また、上記実施例では、発電機２の出力電圧の昇圧手
段として、トランス９を用いているが、トランスの代わ
りにDC−DCコンバータを用いてもよい。

さらに、トランス９の２次巻線9bの中間タップに第２
の全波整流器18を接続して、２次巻線9bの出力を下げ
て、バッテリ１に充電するようにしているが、ステータ
巻線３の中間タップに接続したり、ステータ巻線の出力
もしはトランス９の２次巻線9bの出力を複数の抵抗にて
分圧して、バッテリ１に充電するようにしてもよい。

また、第１の切換スイッチ12を投入して、抵抗体11に
高電圧を供給している間、電圧調整器６でバッテリ１の
電圧を直接検出して、14.5〔Ｖ〕になるように維持して
いるが、トランス９の２次巻線9bの出力を直接検出し
て、70〔Ｖ〕となるように、もしくはステータ巻線３の
出力を直接検出して、35〔Ｖ〕となるように界磁巻線４
に流れる電流を制御するようにしてもよい。

【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図は発電機電圧に対する出力電圧の関係
を示す特性図である。１……バッテリ,2……交流発電機,3……ステータ巻線,4
……励磁巻線,5……全波整流器,6……電圧調整器,7……
出力トランジスタ,9……昇圧手段をなすトランス,9a…
…１次巻線,9b……２次巻線,11……高電圧負荷をなす抵
抗体,12……第１の切換スイッチ,13……第２の切換スイ
ッチ。

フロントページの続き (72)発明者妹尾茂愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内 (56)参考文献実開昭54−75330（ＪＰ，Ｕ) 実開昭55−181455（ＪＰ，Ｕ) 実開昭59−122731（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02J 7/14 - 7/24 H02P 9/00 - 9/48

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンにより駆動され、ステータ巻線お
よび前記ステータ巻線の出力を整流する整流器を有する
発電機と、この発電機の整流器の出力により充電されるバッテリ
と、前記発電機の出力を昇圧し出力する二次巻線と、前記発
電機の出力を降圧する中間タップとを有するトランス
と、このトランスにより昇圧された電圧が印加され、前記バ
ッテリの電圧よりも高い電圧で駆動される高電圧負荷
と、前記発電機から前記高電圧負荷への電力供給回路を接続
する第１の切換スイッチと、前記第１の切換スイッチの投入時に前記発電機の出力を
上昇させる出力上昇手段と、前記第１の切換スイッチ投入時に、前記バッテリへの充
電を前記トランスの前記中間タップからの充電回路に切
り換える第２の切換スイッチとを備えたことを特徴とする車両用電源装置。
【請求項２】エンジンにより駆動され、ステータ巻線、
励磁巻線および前記ステータ巻線の交流出力を整流する
整流器を有する発電機と、この発電機の整流器の出力により充電されるバッテリ
と、前記励磁巻線に直列に設けられたスイッチ手段と、前記バッテリの電圧を検出して、バッテリの電圧を第１
の所定電圧に維持すべく、前記スイッチ手段により前記
励磁巻線に流れる電流を制御する電圧制御手段と、前記発電機の出力を昇圧し出力する二次巻線と、前記発
電機の出力を上記第１の所定電圧まで下げて出力する中
間タップとを有するトランスと、このトランスに接続され、かつ前記バッテリ電圧よりも
高い電圧で駆動される高電圧負荷と、前記高電圧負荷の作動中に、前記発電機の出力を上昇さ
せる出力上昇手段と、前記高電圧負荷の作動中に、前記バッテリの充電を前記
トランスの前記中間タップからの充電回路に切り換える
切換手段と、を備えたことを特徴とする車両用電源装置。
【請求項３】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２の所定電圧以下に達した時に、切換スイ
ッチ手段により前記発電機から前記高電圧負荷への電力
供給経路を切り離す負荷切り離し手段を備えることを特
徴とする請求項２記載の車両用電源装置。