JP3099405B2 - 車両用電源装置 - Google Patents
車両用電源装置Info
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/14—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
- H02J7/1423—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle with multiple batteries
Description
供給する第1のバッテリと、非始動系の負荷に電流を供
給する第2のバッテリとを備え、特に第1のバッテリの
電圧の低下に伴う始動時の不具合を防止するようにした
車両用電源装置に関する。
流発電機および単一のバッテリを備えている。そして、
発電機により発生した交流電流は三相全波整流器により
直流電流に整流され、バッテリはこの直流電流により充
電されると共に、このバッテリに対し並列接続されたス
タータ等の始動系負荷とその他の非始動系負荷とに電流
を供給している。
のものにおいては、エンジン停止時の不注意な大電流消
費や、高機能化に伴う常時電力を消費する電気負荷の増
大により、渋滞走行時等、発電機の発電が不十分な時に
電気負荷へバッテリからの電流が供給し続けられた場
合、バッテリ上がりを生じる。そして、この状態でエン
ジンストールが発生すると、エンジンを再始動させるこ
とができないという不具合が生じる。
駆動用のバッテリとその他の非始動系負荷駆動用のバッ
テリとを設け、特に、始動負荷駆動用のバッテリは常に
充電された状態に保つようにすることにより、機関始動
時に不具合がないようにすることを目的とする。
に本発明車両用電源装置は、 (1)第1,第2のバッテリと、車両用交流発電機の整
流手段から第1のバッテリへの通電電流を制御する第1
のスイッチ手段と、上記整流手段から第2のバッテリへ
の通電電流を制御する第2のスイッチ手段とを備え、第
1,第2のバッテリの電圧に応じて前記車両用発電機の
界磁巻線の通電電流量を制御して前記車両用発電機の出
力を調整すると共に、第1,第2のバッテリの電圧の低
下量に応じて前記第1,第2のスイッチ手段の導通率を
制御して前記第1,第2のバッテリへの充電電流を調整
する構成とするものである。
機を用いる場合は、前記第1,第2のバッテリの電圧低
下量に応じて上記第1,第2のスイッチ手段の導通、遮
断を切り替え、上記第1,第2のバッテリへ充電電流を
交互に供給するよう制御する構成とする。
第1のバッテリはスタータ駆動に用いられる始動系バッ
テリであり、この第1のバッテリの電圧が第2の所定電
圧より低い時には、前記第1のバッテリを優先的に充電
するよう構成する。
おいて、第1,第2のバッテリの開放端子電圧は等し
く、これら第1,第2のバッテリの電圧を比較し、第1
のバッテリの電圧が上記第2の所定電圧より低い時以外
は、電圧の低い側のバッテリを優先的に充電するよう構
成する。
おいて、第1,第2のバッテリの電圧の内、低い方の電
圧を第2の所定電圧より高い第1の所定電圧に維持する
ように前記発電機の界磁巻線を通電する構成とする。
おいて、第1および第2のバッテリの電圧が共に前記第
1の所定電圧より大きい上限電圧を越えた時に第1,第
2のスイッチ手段を共に遮断する構成とする。
2のバッテリの電圧に応じて、発電機の発電量が増減
し、かつ第1,第2のバッテリの電圧の低下量に応じ
て、第1,第2のスイッチ手段の導通状態が制御され
る。
のバッテリの電圧が第2の所定電圧より低い場合は、第
2のバッテリの電圧の低下量が第1のバッテリの電圧の
低下量より大きくても、第1のバッテリへ多くの充電電
流が供給される。
7に示す実施例に基づき、説明する。
三相交流発電機であり、この交流発電機1は、電機子巻
線11、界磁巻線12、整流器13を有する。整流器1
3はアノード共通の低位側ダイオードブリッジ132と
カソード共通の高位側ダイオードブリッジ131とから
構成されている。
であり、これら第1,第2のバッテリの開放端子電圧は
等しく、例えば12〔V〕に設定しいてる。第1のバッ
テリ2はスタータ、エンジン制御用マイコン、点火装置
等の始動系負荷4に接続されており、第2のバッテリ3
はエアコン、電動ファン等の非始動系負荷5に接続され
ている。
第2のスイッチ手段である。これら第1,第2のスイッ
チ手段61,62にはサイリスタ、パワーMOSFET
等の制御端子付半導体電力素子を用いる。第1のスイッ
チ手段61は高位側ダイオードブリッジ131のカソー
ド側と第1のバッテリ2との間に接続されており、発電
機1から第1のバッテリ2への電流を制御するものであ
る。第2のスイッチ手段62は高位側ダイオードブリッ
ジ131のカソード側と第2のバッテリ3との間に接続
されており、発電機1から第2のバッテリ3への電流を
制御するものである。
ッテリの放電電流方向を順方向とする寄生ダイオードが
形成されるため、この寄生ダイオードと逆方向の逆流防
止ダイオードを設ける必要がある。
イッチが投入されると第1のバッテリ2からの電流が供
給されて、駆動する。この充電制御部7は、第1,第2
のバッテリ2,3の電圧VB1,VB2を入力する第1,第
2の電圧入力端子71,72、第1,第2のバッテリ
2,3の電圧VB1,VB2の内、低い側の電圧値を出力す
る低電圧値出力端子73および、第1,第2のスイッチ
手段61,62をON/OFF制御する制御信号を出力
する第1,第2のスイッチ制御端子74,75を有す
る。
1および比較器82を有する。第3の比較器82の反転
入力端子は、充電制御部7の低電圧値出力端子73に接
続されており、非反転入力端子には下限電圧VALより高
い第1の所定電圧Vref が入力されている。そして、こ
の第3の比較器82は、低電圧値出力端子73の出力電
圧が第1の所定電圧Vref より低い時にHi 信号を出力
し、第3のスイッチ手段81を導通させる。つまり、第
1,第2のバッテリ2,3の電圧VB1,VB2の内、低い
方の電圧が第1の所定電圧Vref より低い時に発電機1
の界磁巻線12は通電可能状態となる。
示すフローチャートであり、以下このフローチャートに
基づき本実施例装置の作動を説明する。ステップS1に
てIGスイッチが投入されると、ステップS2にて、充
電制御部7の第1,第2の電圧入力端子71,72より
入力された第1,第2のバッテリ2,3の電圧VB1,V
B2を比較し、この比較の結果に基づいた判定を行う。V
B1≦VB2であれば、ステップS3にて、第1のバッテリ
2の電圧VB1と第2の所定電圧(以下「下限電圧」とい
う)VALとを比較し、この比較の結果に基づいた判定を
行う。ここで、下限電圧VALはエンジン始動時に始動系
負荷4を適切に駆動することのできる電圧の下限値であ
り、例えば11〔V〕に設定している。VB1<VALであ
れば、ステップS5にて、充電制御部7は、第1のスイ
ッチ手段61を例えば80〜100〔%〕の固定ONデ
ューティD1 にてスイッチング作動させる制御信号を、
第1のスイッチ制御端子74から第1のスイッチ手段6
1の制御端子へ出力する。ここで、固定ONデューティ
D1 は、第1のバッテリ2と第2のバッテリ3の容量の
違いに応じて決定されるものであり、特に第1のバッテ
リ2の容量が大きく、充電に時間を要するものであれば
固定ONデューティD1 は大きく設定される。また、こ
の固定ONデューティD1 は、第1のバッテリ2の電圧
VB1と第2のバッテリ3の電圧VB2との差に応じてその
差が大きければ固定ONデューティを大きく設定するよ
うにし、かつ、VB1<VALの状態が検出された時に設定
した後、VB1≧VALの状態が検出されるまで変化するこ
となく固定された値に設定するようにしてもよい。一
方、第2のスイッチ手段62の制御端子へは、この第2
のスイッチ手段62を1−D1 の固定ONデューティD
2 にてスイッチング作動させる制御信号を出力する(図
3参照)。そして、ステップS6にて、充電制御部7
は、その低電圧出力端子73から、発電制御手段8の比
較器82の反転入力端子へ第1のバッテリ2の電圧VB1
を出力する。
VALであれば、ステップS7にて、制御手段7は、第1
のスイッチ手段61のONデューティD1 を50〜10
0〔%〕に設定する。そして、ステップS8にて、充電
制御部7は、その低電圧出力端子73から、発電制御手
段8の比較器82の反転入力端子へ第1のバッテリ2の
電圧VB1を出力する。上記ステップS7において、ON
デューティD1 は、第1のバッテリ2の電圧VB1と第2
のバッテリ3の電圧VB2との差に応じて決定されるもの
であり、上記ステップS5における固定ONデューティ
D1 とは異なり、可変のものである。つまり、VB1≧V
ALかつVB1≦VB2の状態からB1≧VALかつVB1>VB2の
状態に変化するまでの間に、第1のバッテリ2の電圧V
B1と第2のバッテリ3の電圧VB2との差に応じて、ON
デューティD1 は50〜100〔%〕の間で常に変化す
る。例えば、第1のバッテリ2の電圧VB1=12
〔V〕、第2のバッテリ3の電圧VB2=13〔V〕の時
にONデューティD1 =70〔%〕(D2 =30
〔%〕)に設定し、これにより第1,第2のバッテリ
2,3が充電されて、第1のバッテリ2の電圧VB1=1
3〔V〕、第2のバッテリ3の電圧VB2=13.5
〔V〕になったとすると、今度はONデューティD1 =
60〔%〕(D2 =40〔%〕)に設定する。さらに充
電されて、第1のバッテリ2の電圧VB1=第2のバッテ
リ3の電圧VB2=13.8〔V〕になったとすると、O
NデューティD1 =50〔%〕(D2 =50〔%〕)に
設定する。
VB2であれば、ステップS4にて、第1のバッテリ2の
電圧VB1と下限電圧VALとを比較し、この比較の結果に
基づいた判定を行う。VB1<VALであれば、上記ステッ
プS5同様に、ステップS9にて、充電制御手段7は第
1のスイッチ手段61を固定ONデューティD1 (80
〜100〔%〕)にてスイッチング作動させる。第2の
スイッチ手段62のONデューティD2 は1−D1 に設
定される。そして、ステップS10にて、充電制御部7
は、その低電圧出力端子73から、発電制御手段8の比
較器82の反転入力端子へ第2のバッテリ3の電圧VB2
を出力する。
VALであればステップS11にて、充電制御手段7は第
2のスイッチ手段62を50〜100〔%〕の電圧差に
応じた可変ONデューティD2 にてスイッチング作動さ
せる。第1のスイッチ手段61のONデューティD1 は
1−D2 に設定される。そして、ステップS12にて、
充電制御部7は、その低電圧出力端子73から、発電制
御手段8の比較器82の反転入力端子へ第2のバッテリ
3の電圧VB2を出力する。
1,第2のバッテリ2,3の電圧VB1,VB2の内、低い
方の電圧に基づいて、発電機1の界磁巻線12の通電量
を制御するよう第3のスイッチ手段81を制御し、一
方、充電制御手段7は、第1,第2のバッテリ2,3の
内、電圧の低い方を優先的に充電するよう第1,第2の
スイッチ手段を制御するため、第1,第2のバッテリ
2,3は、そのいずれかが過充電(過放電)状態になる
ことなく、均等に第1の所定電圧Vref になるよう充電
される。しかも、始動系負荷4が接続される第1のバッ
テリ2の電圧VB1が下限電圧VAL以下の時には、第1,
第2のバッテリ2,3の電圧VB1,VB2の大小に関係な
く、第1のバッテリ2への充電電流を第2のバッテリ3
への充電電流より極力多くするよう制御されるため、第
1のバッテリ2の電圧を急速に回復させることができ、
エンジン始動時に不具合が生じないよう常に良好な状態
に充電させておくことができる。
て、両スイッチ手段のONデューティをVB1<VALの状
態が検出された時に設定した後VB1≧VALの状態が検出
されるまでの間固定したのは、第1のバッテリ2の電圧
の回復を早くするためであって必ずしもこれに限られる
ものではなく、ステップS7およびS11の如く可変の
ものにしてもよい。逆に、ステップS7およびS11に
おいて、両スイッチ手段のONデューティを固定のもの
にしてもよく、この場合はスイッチ手段のONデューテ
ィが全て固定のものになるため、ONデューティ可変制
御が不要となる分充電制御部7の構成を簡易化すること
ができる点で有利である。例えば図2に示すフローチャ
ートのステップS11を第2のスイッチ手段62のON
デューティを50〜100〔%〕(可変)のものから、
80〜100〔%〕(固定)のものに変える。
フローチャートである。ステップS1にてIGスイッチ
のONが確認されると、ステップS2にて、第1,第2
のバッテリ2,3の電圧VB1,VB2の比較、判定を行
う。VB1≦VB2であれば、ステップS3にて、第1のス
イッチ手段61のONデューティD1 を例えば80〜1
00〔%〕(固定)に設定する。上述した如くこのON
デューティD1 は第1のバッテリ2と第2のバッテリ3
の容量に応じてあらかじめ設定したものにしてもよく、
第1,第2のバッテリ2,3の電圧差に応じて設定して
もよい。第2のスイッチ手段62のONデューティD2
は1−D1 (固定)に設定する。次に、ステップS4に
て、充電制御部7は、その低電圧出力端子73から、発
電制御手段8の比較器82の反転入力端子へ第1のバッ
テリ2の電圧VB1を出力する。ステップS10は、制御
周期を大きくとるために遅延時間を設けるものである。
尚、ステップS5ないしS9については説明を省略す
る。
リ2の電圧VB1が第2のバッテリ3の電圧VB2より小さ
い時には、常に第1のバッテリ2への充電電流の方が極
力多くすることができ、より確実に第1のバッテリ2の
充電状態を良好に保ことができる。
のスイッチ手段にリレーを用いてもよい。この場合は、
第3のスイッチ手段81を制御端子付のものにすると共
に、この第3のスイッチ手段81の制御端子へ制御信号
を出力して強制的に第3のスイッチ手段81を遮断させ
るスイッチ遮断部を充電制御部7に設ける。
明する。但し、このフローチャートのステップS3およ
びS6における第1のスイッチ手段61のONデューテ
ィD1 、ステップS8における第2のスイッチ手段62
のONデューティD2 を100〔%〕とする。つまり、
充電制御手段7は、ステップS2にてVB1≦VB2と判定
されると、ステップS3にて第1のスイッチ手段61の
みをONさせ、ステップS4にて発電制御手段へ第1の
バッテリ2の電圧VB1を出力する。従って、ステップS
2にてVB1>VB2と判定されるまで第1のバッテリ2の
みが充電される。その後ステップS2にてVB1>VB2と
判定されると、ステップS5にて第1のバッテリ2の電
圧VB1と下限電圧VALとを比較、判定し、VB1<VALで
あれば第1のスイッチ手段61のみをONさせ、ステッ
プS5にてVB1≧VALと判定されるまで第1のバッテリ
2のみが充電される。その後ステップS5にてVB1≧V
ALと判定されると、ステップS8にて第2のスイッチ手
段62のみをONさせる。
圧の大小に応じて第1,第2のスイッチ手段61,62
の導通、遮断が切り替えられることにより、これらのバ
ッテリの電圧は第1の基準電圧Vref に調整される。こ
こで、スイッチ手段をリレーとしているため、発電機1
が発電している時に第1,第2のスイッチ手段を開閉作
動すると、充電電流の遮断により接点に悪影響を及ぼす
問題がある。そこで、スイッチ遮断部により、第1,第
2のスイッチ手段61,62の開閉時には、第3のスイ
ッチ手段81をOFFさせて界磁電流を遮断させる。こ
こで、スイッチ遮断部を設ける代わりに、充電制御部7
の低電圧出力端子73より、第1の所定電圧Vref より
高い電圧を、第1,第2のスイッチ手段61,62の開
閉時に出力させ、界磁電流を遮断する構成としてもよ
い。
リレーを用いているため、制御端子付半導体電力素子を
用いる場合に生じる大きな電力損がなく、充電電圧が低
下することを防止することができる。また、第1のバッ
テリ2の寿命等により、第1のバッテリ2の電圧が低
く、第2のバッテリ3の電圧が高くなった場合のみ第
1,第2のスイッチ手段を同時にONさせて、第2のバ
ッテリ3も合わせて始動時に用いることもできる。 (第2実施例)第2実施例を図5に基づき説明する。図
中の符号は第1実施例を示す図1のものに対応してい
る。
1,62に整流作用を持たせたところが第1実施例と異
なる。図5に示すように発電機1の整流器13は、アノ
ード共通の低位側ダイオードブリッジのみにて構成され
ている。第1,第2のスイッチ手段61,62は整流器
13の各ダイオードのカソードに接続されている。
手段の一構成例を示している。このスイッチ手段は3個
のサイリスタから構成されており、各サイリスタのアノ
ードが整流器13の各ダイオードのカソードに接続され
ている。そして、各サイリスタのゲートは充電制御部7
のスイッチ制御端子74,75に接続されており、各サ
イリスタは、上記第1実施例に示した如く充電制御部7
によりON,OFF制御される。
61,62は、第1実施例に示した高位側ダイオードブ
リッジと第1または、第2のスイッチ手段とを一体にし
た如く構成されているため、その分電力ロスを軽減でき
るという効果がある。 (第3実施例)第3実施例を第7図に基づき説明する。
図中の符号は第1,第2実施例を示す図1、図5のもの
に対応している。
2にて構成しているところが第1,第2実施例と異な
る。そして、回転子を永久磁石にて構成すると、第1,
第2実施例の如く発電機1の発電制御を界磁巻線12の
通電量を調整することにより行うことができず、発電機
1はエンジン駆動時は常に発電をし続けるため、第1の
バッテリ2の電圧VB1、または第2のバッテリ3の電圧
VB2が第1の所定電圧Vref 或いは、この第1の所定電
圧Vref より高い第3の所定電圧(上限電圧)を越えた
際に、越えた側のバッテリの通電を制御するスイッチ手
段をOFFしておくよう構成する。こうすることによ
り、バッテリが過充電状態になることを防止することが
できる。また、第1,第2のバッテリの電圧が共に上限
電圧を越えた場合、発電機1は自己の無負荷発電状態に
なり、その出力端子の電圧が高電圧になるが、第1,第
2のバッテリの電圧のいずれかが上限電圧より低下した
際に、低下した側のバッテリへの充電が再開されるた
め、発電機1の出力端子の電圧は再び所定の電圧に戻
る。
源装置は、始動系負荷および始動系バッテリと非始動系
負荷および非始動系バッテリとを両バッテリの電圧を検
出し、始動系バッテリの優先充電機能により各2系統の
充電を切り換える2個のスイッチ手段を持つ充電制御手
段を有しているので、以下の効果が得られる。
より、始動系および非始動系の2個のバッテリを並列給
電することができる。しかも始動用バッテリは下限電圧
の設定により優先的な充電が行われ、かつ充電電圧の制
御により、過充電または過放電となることがなく、常時
安定した機関始動が可能となる。
構成図である。
すフローチャートである。
関係を示す信号波形図である。
示すフローチャートである。
構成図である。
一例を示す回路図である。
構成図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 電機子巻線(11)および界磁巻線(1
2)を有し、前記電機子巻線(11)に発生する交流出
力を整流手段(13)により直流出力に変換して出力す
る車両用交流発電機(1)と、第1,第2のバッテリ
(2,3)と、前記第1のバッテリ(2)と前記整流手
段(13)との間に接続され、前記整流手段(13)か
ら前記第1のバッテリ(2)への通電電流を制御する第
1のスイッチ手段(61)と、前記第2のバッテリ
(3)と前記整流手段(13)との間に接続され、前記
整流手段(13)から前記第2のバッテリ(3)への通
電電流を制御する第2のスイッチ手段(62)と、前記
第1,第2のバッテリ(2,3)の電圧に応じて前記車
両用発電機(1)の前記界磁巻線(12)の通電電流量
を制御し、前記車両用発電機(1)の出力を調整する発
電機制御手段(8,12)と、前記第1,第2のバッテ
リ(2,3)の電圧の低下量に応じて前記第1,第2の
スイッチ手段(61,62)の導通率を制御し、前記第
1,第2のバッテリ(2,3)への充電電流を調整する
充電制御手段(7)と、を備えた車両用電源装置。 - 【請求項2】 回転子が永久磁石(12)にて構成さ
れ、この永久磁石からの磁束により電機子巻線(11)
に発生する交流出力を整流手段(13)により直流出力
に変換して出力する車両用交流発電機(1)と、第1,
第2のバッテリ(2,3)と、前記第1のバッテリ
(2)と前記整流手段(13)との間に接続され、前記
整流手段(13)から前記第1のバッテリ(2)への通
電電流を制御する第1のスイッチ手段(61)と、前記
第2のバッテリ(3)と前記整流手段(13)との間に
接続され、前記整流手段(13)から前記第2のバッテ
リ(3)への通電電流を制御する第2のスイッチ手段
(62)と、前記第1,第2のバッテリ(2,3)の電
圧低下量に応じて前記第1,第2のスイッチ手段(6
1,62)の導通、遮断を切り替え、前記第1,第2の
バッテリ(2,3)へ充電電流を交互に供給するよう制
御する充電制御手段(7)と、を備えた車両用電源装
置。 - 【請求項3】前記第1のバッテリ(2)はスタータ駆動
に用いられる始動系バッテリであり、前記充電制御手段
は、前記第1のバッテリ(2)の電圧が第2の所定電圧
より低い時には、前記第1のバッテリ(2)を優先的に
充電するよう制御することを特徴とする請求項1又は2
記載の車両用電源装置。 - 【請求項4】 前記第1,第2のバッテリ(2,3)の
開放端子電圧は等しく、前記充電制御手段(7)は前記
第1,第2のバッテリ(2,3)の電圧を比較し、前記
第1のバッテリ(2)の電圧が前記第2の所定電圧より
低い時以外は、電圧の低い側のバッテリを優先的に充電
するよう制御すること特徴とする請求項1,2又は3の
いずれかに記載の車両用電源装置。 - 【請求項5】 前記発電制御手段(8)は、前記第1,
第2のバッテリ(2,3)の電圧の内、低い方の電圧を
前記第2の所定電圧より高い第1の所定電圧に維持する
ように前記発電機の界磁巻線を通電する第3のスイッチ
手段を有することを特徴とする請求項1、3又は4いず
れかに記載の車両用電源装置。 - 【請求項6】 前記充電制御手段(7)は、前記第1お
よび第2のバッテリ(2,3)の電圧が共に予め設定さ
れた上限電圧を越えた時に第1,第2のスイッチ手段を
共に遮断することを特徴とする請求項2,3又は4のい
ずれかに記載の車両用電源装置。
Priority Applications (4)
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---|---|---|---|
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