JP3166922B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バッテリ及びバッテリ
より高い高電圧負荷に、発電機出力電圧を切り換えて給
電する車両用電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車用窓ガラスに透明な低抗体
を蒸着しておき、この抵抗体を電気加熱してガラスに付
着した氷や霜を高速で除去する技術が提案されている。
解氷、除霜時間を短縮するためにはこの抵抗体に大電力
を送電する必要があるが、送電損失や発電機及び整流器
の許容電流の制約から、抵抗体にバッテリ充電電圧より
もはるかに高い電圧を印加することが要求される。

【０００３】特公昭６１−３３７３５号公報は、この出
力端の出力電圧切り換え型の車両用電源装置を開示して
いる。この車両用電源装置は、それぞれダイオ−ドから
なる３組のハ−フブリッジにより構成された三相全波整
流装置を備えており、この三相全波整流装置は、１組の
低位ハ−フブリッジと、２組の高位ハ−フブリッジとで
構成されている。低位ハ−フブリッジの各アノ−ドは接
地され、その各カソ−ドは三相交流発電機の各出力端に
個別接続されている。第１の高位ハ−フブリッジの各ア
ノ−ドは三相交流発電機の各出力端に個別接続され、そ
の各カソ−ドは共通接続されてバッテリの正極端及び抵
抗体の高位側電極端にそれぞれスイッチを介して個別に
接続されている。第２の高位ハ−フブリッジの各アノ−
ドは三相交流発電機の各出力端に個別接続され、フィ−
ルドコイル及び電圧調整器は切り換えスイッチにより第
２の高位ハ−フブリッジの各アノ−ド及びバッテリのど
ちらかに切り換え可能に接続されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の車両用電源装置では、以下の問題があった。ま
ず、車両用電源装置は熱及び振動の点で過酷な環境下に
あり、できるかぎり簡潔な構成として故障要因を減らす
ことが重要であるにもかかわらず、通常のバッテリ充電
（及びバッテリ並列負荷駆動）専用の車両用電源装置に
比較して、各種スイッチ類を余分に装備し、配線せねば
ならず、回路構成が複雑に過ぎるという難点があった。

【０００５】また、各ハ−フブリッジからなる三相全波
整流装置とバッテリとを接続する充電ラインは、運転中
ほぼ常時使用するものであり、経済性などの点でその電
力損失及び発熱を減らすために低抵抗化する必要がある
が、三相全波整流装置とバッテリとの間に余分なスイッ
チを介在させるとその分だけ配線が長くなり、かつこの
充電ラインとスイッチのタ−ミナルとの間の接触抵抗に
より抵抗が増大してしまう。また、このような大直流電
流を開閉するマグネットスイッチはかなり大型であり、
かつ安価ではない。その上、このマグネットスイッチが
故障したり、そのタ−ミナルが緩んだりする可能性もあ
る。

【０００６】更に、上記従来装置では、抵抗体に給電し
て解氷する間、バッテリに充電することができず、バッ
テリの充電不足が懸念される。本発明は、上記問題に鑑
みなされたものであり、バッテリ及び高電圧負荷に発電
機出力電圧を切り換えて給電可能であり、かつ、適宜、
両方に給電可能である経済的かつ高信頼性の車両用電源
装置を提供することをその目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載の発明では、車両エンジンにより駆動さ
れる三相交流発電機と、それぞれ複数のダイオ−ドによ
り構成される一対のダイオ−ド型ハ−フブリッジからな
り、前記三相交流発電機の電機子巻線の各出力端が出力
する三相交流電圧を全波整流して高電圧負荷に直流高電
圧を印加する三相全波整流回路と、複数の半導体スイッ
チング素子によりなり、前記三相交流発電機の電機子巻
線の各出力端が出力する三相交流電圧を前記三相全波整
流回路の前記両ダイオ−ド型ハ−フブリッジの一方と共
同して全波整流してバッテリに直流低電圧を印加する半
導体スイッチング素子ハ−フブリッジと、前記高電圧負
荷を駆動時に前記三相交流発電機の出力電圧を増加さ
せ、前記高電圧負荷の非駆動時に前記三相交流発電機の
出力電圧を減少させる電圧調整器と、前記半導体スイッ
チング素子ハ−フブリッジと前記バッテリとの間に介設
されたリアクトルと、前記半導体スイッチング素子ハ−
フブリッジと前記リアクトルとの接続点と前記バッテリ
のバッテリの一端とを接続するダイオ−ドと、前記リア
クトルと並列接続されて、前記高電圧負荷の駆動時に前
記バッテリを充電する場合は閉じ、前記高電圧負荷の非
駆動時に前記バッテリを充電する場合には開くリアクト
ル短絡スイッチとを備えるという技術的手段を採用す
る。

【０００８】

【作用及び発明の効果】請求項１記載の発明によると、
三相交流発電機の電機子巻線の出力端の電圧は電圧調整
手段によって高電圧負荷の駆動時と、非駆動時とで異な
る電圧に調整される。このため、高電圧負荷の非駆動時
には半導体スイッチング素子ハ−フブリッジとダイオ−
ド型三相全波整流回路の一方のア−ムとで構成される三
相全波整流回路からバッテリに給電されてバッテリが充
電され、一方、高電圧負荷の駆動時には、ダイオ−ド型
三相全波整流回路から高電圧負荷に三相交流発電機の出
力が整流されて供給される。また、この高電圧負荷の駆
動時にも、半導体スイッチング素子ハ−フブリッジとダ
イオ−ド型三相全波整流回路の一方のア−ムとからなる
三相全波整流回路から出力されて降圧された電圧がバッ
テリに供給され、バッテリが充電される。また、半導体
スイッチング素子はバッテリ給電用の三相全波整流回路
の一方のア−ムにのみ設けるので回路構成が簡素かつ安
価となる。更に半導体スイッチング素子ハ−フブリッジ
の出力電圧を平滑するリアクトルと、このリアクトルを
放電するいわゆるフライホイルダイオ−ドと、このリア
クトルに並列接続されるリアクトル短絡スイッチを設
け、このリアクトルを高電圧負荷の駆動時にバッテリを
充電する場合は閉じ、高電圧負荷の非駆動時にバッテリ
を充電する場合は開くので、高電圧負荷非駆動時におけ
るリアクトルの抵抗損失を低減することができ、回路効
率を向上することができる。

【０００９】

【００１０】

【００１１】

【発明の実施の形態】まず、本発明を適用する車両用電
源装置の基本構成を第１実施例（参考例）および第２実
施例（参考例）として説明する。 （第１実施例（参考例）） この車両用電源装置は、図１に示すように、車両エンジ
ンにより駆動される三相交流発電機１と、高位ハ−フブ
リッジ２と、ＳＣＲハ−フブリッジ４と、低位ハ−フブ
リッジ回路３と、バッテリ５と、電圧調整器６と、制御
回路８とを具備している。なお、上記各ハ−フブリッジ
２、３、４は三相交流発電機（オルタネ−タ）１と一体
化されている。高位ハ−フブリッジ２と低位ハ−フブリ
ッジ回路３とは、それぞれ複数のダイオ−ドにより構成
される一対のダイオ−ド型ハ−フブリッジからなり、三
相交流発電機１の電機子巻線の各出力端が出力する三相
交流電圧を全波整流する三相全波整流回路を構成してい
る。ＳＣＲハ−フブリッジ４は、複数のＳＣＲ（半導体
スイッチング素子）によりなり、三相交流発電機１の電
機子巻線の各出力端が出力する三相交流電圧を上記三相
全波整流回路の両ダイオ−ド型ハ−フブリッジの一方と
共同して全波整流してバッテリ５に直流低電圧を印加す
る半導体スイッチング素子ハ−フブリッジを構成してい
る。

【００１２】三相交流発電機１のステ−タコイル１ａの
各出力端は、高位ハ−フブリッジ２及びＳＣＲハ−フブ
リッジ４の各アノ−ドと、低位ハ−フブリッジ３のカソ
−ドに各々個別接続されており、高位ハ−フブリッジ２
及び低位ハ−フブリッジ３はシリコンダイオ−ドで構成
され、ＳＣＲハ−フブリッジ４はＳＣＲ４１、４２、４
３で構成されている。ＳＣＲハ−フブリッジ４の各カソ
−ドはバッテリ５の正極端５０に接続され、バッテリ５
の負極端は接地されている。バッテリ５により駆動され
る第１車両負荷７はバッテリ５と並列に接続されてい
る。制御回路８は、バッテリ５に並列接続されており、
その出力端はＳＣＲ４１、４２、４３へのゲ−ト信号及
びリレ−励磁コイル１０の制御信号を出力する。

【００１３】９は高電圧負荷操作スイッチ、１０は高電
圧負荷駆動リレ−、１１は薄膜抵抗製の車両用ウインド
解氷装置からなる高電圧負荷１１である。高電圧負荷１
１は高電圧負荷駆動リレ−１０ａの常開接点１０ａを介
して、高位ハ−フブリッジ２のカソードと低位ハ−フブ
リッジ３のアノ−ドとに接続されている。１２は降圧用
のＤＣ−ＤＣコンバ−タ（本発明でいうバッテリ充電回
路）として知られている。ＤＣ−ＤＣコンバ−タ１２の
両入力端は、高位ハ−フブリッジ２のカソードと低位ハ
−フブリッジ３のアノ−ドとに接続され、ＤＣ−ＤＣコ
ンバ−タ１２の出力端１２ａはバッテリ５の正極端５０
に接続されている。

【００１４】電圧調整器６は、低位側入力端子Ｓ１及び
高位側入力端子Ｓ２をもち、内部には、低位側入力端子
Ｓ１から入力される電圧と高位側入力端子Ｓ２から入力
される電圧とを比較して、両電圧がほぼ等しい場合に三
相全波整流電圧が所定のバッテリ充電電圧（ここでは１
４．５Ｖ）となるように、高位側入力端子Ｓ２が低位側
入力端子Ｓ１より高い場合に三相全波整流電圧が高電圧
負荷１１の定格電圧（ここでは１００Ｖ）となるように
制御する。このような２つの調整電圧をもつタイプの電
圧調整器自体は広く知られているので、その詳細な構造
と動作の説明は省略する。

【００１５】以下、この車両用電源装置の動作を説明す
る。バッテリ５を充電する通常の発電状態では、スイッ
チ９はオフしているので制御回路８はＳＣＲ４１、４
２、４３のゲ−ト信号８ａを出力し、一方リレ−１０の
コイルには通電しない。ゲ−ト信号８ａによりＳＣＲ４
１、４２、４３が交互に導通されると、三相交流発電機
１のステ−タコイル１ａから出力される３相交流電圧は
ＳＣＲハ−フブリッジ４及び低位ハ−フブリッジ３によ
り全波整流されて、バッテリ５及び第１車両負荷７に給
電される。

【００１６】電圧調整器６は低位側入力端子Ｓ１から入
力される電圧と高位側入力端子Ｓ２から入力される電圧
とがほぼ等しいので、低位側入力端子Ｓ１に入力する電
圧を上記調整電圧としてフィ−ルド電流をデュ−ティ比
制御し、バッテリ５の正極端５０に供給するバッテリ充
電電圧を所定の一定電圧に保つ。次に高電圧負荷１１に
通電する場合、スイッチ９をオンする。スイッチ９のオ
ンにより制御回路８は、ＳＣＲ４１、４２、４３のゲ−
ト信号８ａを停止し、リレ−１０のコイルを付勢する。
その結果、ＳＣＲ４１、４２、４３がオフするので、低
位側入力端子Ｓ１から入力されるバッテリ電圧より高位
側入力端子Ｓ２から入力される三相全波整流電圧の方が
高くなり、その結果、電圧調整器６は高位側入力端子Ｓ
２から入力される電圧を調整電圧としてフィ−ルド電流
をデュ−ティ比制御し、三相全波整流電圧が高電圧負荷
１１の定格電圧となるように制御する。ハ−フブリッジ
２から出力される三相全波整流電圧は接点１０ａを通じ
て高電圧負荷１１に印加され、また、ＤＣ−ＤＣコンバ
−タ１２に印加される。ＤＣ−ＤＣコンバ−タ１２は入
力される三相全波整流電圧をＤＣ−ＤＣ変換によりバッ
テリ充電電圧まで降圧してバッテリ５を充電する。

【００１７】なお、上記実施例では、高電圧負荷１１の
駆動時に常にＤＣ−ＤＣコンバ−タ１２を作動させてい
るが、ＤＣ−ＤＣコンバ−タの作動はスイッチにより選
択可能としてもよい。電圧調整器６の一構成例を図７に
示す。高電圧負荷１１駆動用のスイッチ９と連動する常
閉スイッチ９ｂ、常開スイッチ９ｃを設け、スイッチ９
の入力端を接点５０ａに接続し、スイッチ９ｃの入力端
を高位ハーフブリッジ２の出力端に接続する。スイッチ
９ｂの出力端は電圧調整器６の入力端Ｓ１を構成し、ス
イッチ９ｃの出力端は電圧調整器６の入力端Ｓ２を構成
する。６１、６２、６３、６６は抵抗であり、６４はツ
ェナーダイオード、６５、６７はトランジスタ、６８は
逆流防止ダイオードである。

【００１８】図７の回路の動作を以下に説明する。スイ
ッチ９オフ、スイッチ９ｂオン、スイッチ９ｃオフの場
合、バッテリ電圧は抵抗６２、６３で分圧される。分圧
が高いと、ツェナーダイオード６４を介してトランジス
タ６５が導通し、それによりトランジスタ６７が遮断さ
れ励磁が停止される。また分圧Ｖｘが低いと、分圧Ｖｘ
はツェナーで遮断されて、トランジスタ６５がオフし、
トランジスタ６７がオンし、励磁が行なわれる。

【００１９】スイッチ９オフ、スイッチ９ｂオフ、スイ
ッチ９ｃオンの場合にも上記と同様の動作が行なわれ
る。ただし、この場合には抵抗６１は抵抗６２より大き
く設定してあり、そのために、抵抗６１へ入力する電圧
がバッテリ電圧よりはるかに高くないと、分圧Ｖｘがツ
ェナー電圧を超えることができず、そのために発電機出
力電圧が高くなる。 （第２実施例（参考例）） 本発明の基本構成としての第２実施例（参考例）を図２
に示す。

【００２０】この実施例では、ＳＣＲハ−フブリッジ４
の各カソ−ドを各ステ−タコイル１ａの各出力端に個別
接続し、その共通接続されたアノ−ドを接地した点に特
徴がある。ただ、この実施例では、低位ハ−フブリッジ
３の共通アノ−ドとそれに接続される高電圧負荷１１の
低位側電極端は接地されず、切り換えスイッチ６０を介
して通常の一電圧入力型の電圧調整器６ａの接地端Ｅに
接続される。切り換えスイッチ６０の他の切り換え端は
接地されている。

【００２１】この実施例では、ＳＣＲハ−フブリッジ４
の各ＳＣＲを断続すれば、高位ハ−フブリッジ２及びＳ
ＣＲハ−フブリッジ４がバッテリ５を充電する三相全波
整流器を構成する。このモ−ドでは電圧調整器６ａの接
地端Ｅは切り換えスイッチ６０により接地される。この
実施例でも、ＳＣＲハ−フブリッジ４を遮断して高電圧
を発電すると、ＤＣ−ＤＣコンバ−タ１２は入力電圧を
降圧して、その出力端１２ｂからバッテリ５の接地端に
接地電圧を給電し、それによりバッテリ５を充電する。
このモ−ドでは電圧調整器６ａの接地端Ｅは切り換えス
イッチ６０により低位ハ−フブリッジ３の共通アノ−ド
に接続される。 （第３実施例） 次に、本発明の車両用電源装置の具体的態様を示す第３
実施例を図３に示し、説明する。

【００２２】この車両用電源装置は、リアクトル２０と
ダイオ−ド３０及びＳＣＲ４１〜４３の組合せによる降
圧コンバ−タと、リアクトル２０に並列接続された常閉
接点（リアクトル短絡スイッチ）１０ｂを備えている点
が実施例１と異なっている。ここで、リアクトル２０は
ＳＣＲハ−フブリッジ４とバッテリ５の正極端５０とを
接続し、ダイオ−ド３０のアノ−ドは接地され、そのカ
ソ−ドはＳＣＲ４１乃至４３のカソ−ドに接続される。
常閉接点１０ｂはリレ−励磁コイル１０で駆動されるバ
ッテリ５を充電する通常の発電状態では、常閉接点１０
ｂは閉じており、実施例１と同様に、ＳＣＲハ−フブリ
ッジ４を通じてバッテリ５が充電される。高電圧負荷駆
動時に、ＳＣＲ４１乃至４３は所定のタイミングで開閉
され、リアクトル２０により整流されてバッテリ５を充
電する。

【００２３】この構成によれば、特別にＤＣ−ＤＣコン
バ−タを用意することなく、ＳＣＲ４１乃至４３を高速
でオン・オフを繰返すことによりバッテリ５を充電する
所定の電圧を得ることができる利点がある。また、リレ
−の常閉接点１０ｂをリアクトルに並列接続しているの
で、通常発電時はリアクトル２０を短絡でき、リアクト
ルによる電力損失を低減できる効果がある。 （第４実施例）次に、本発明の車両用電源装置の他の具体的態様を示す
第４実施例を図４に示し、説明する。

【００２４】この車両用電源装置は、第２実施例におい
て第３実施例の降圧コンバータ及び常閉接点１０ｂを設
けたものであり、動作はそれらと同様であるので、説明
を省略する。

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示す第１実施例の回路図で
ある。

【図２】本発明の基本構成を示す第２実施例の回路図で
ある。

【図３】本発明を適用した第３実施例を示す回路図であ
る。

【図４】本発明を適用した第４実施例を示す回路図であ
る。

【図５】各実施例に適用可能な電圧調整器の一例を示す
回路図である。

【符号の説明】

１は三相交流発電機、２は高位ハ−フブリッジ（ダイオ
−ド型ハ−フブリッジ、三相全波整流回路の一部）、３
は低位ハ−フブリッジ（ダイオ−ド型ハ−フブリッジ、
三相全波整流回路の残部）、４はＳＣＲハ−フブリッジ
（半導体スイッチング素子ハ−フブリッジ）、５はバッ
テリ、６は電圧調整器、１１は高電圧負荷、１２はＤＣ
−ＤＣコンバ−タ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02J 7/14 - 7/32

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両エンジンにより駆動される三相交流発
   電機と、それぞれ複数のダイオ−ドにより構成される一対のダイ
   オ−ド型ハ−フブリッジからなり、 前記三相交流発電機
   の電機子巻線の各出力端が出力する三相交流電圧を全波
   整流して高電圧負荷に直流高電圧を印加する三相全波整
   流回路と、複数の半導体スイッチング素子によりなり、前記三相交
   流発電機の電機子巻線の各出力端が出力する三相交流電
   圧を前記三相全波整流回路の前記両ダイオ−ド型ハ−フ
   ブリッジの一方と共同して全波整流してバッテリに直流
   低電圧を印加する半導体スイッチング素子ハ−フブリッ
   ジと、 前記高電圧負荷を駆動時に前記三相交流発電機の出力電
   圧を増加させ、前記高電圧負荷の非駆動時に前記三相交
   流発電機の出力電圧を減少させる電圧調整器と、 前記半導体スイッチング素子ハ−フブリッジと前記バッ
   テリとの間に介設されたリアクトルと、 前記半導体スイッチング素子ハ−フブリッジと前記リア
   クトルとの接続点と前記バッテリのバッテリの一端とを
   接続するダイオ−ドと、 前記リアクトルと並列接続されて、前記高電圧負荷の駆
   動時に前記バッテリを充電する場合は閉じ、前記高電圧
   負荷の非駆動時に前記バッテリを充電する場合には開く
   リアクトル短絡スイッチと、 を備えることを特徴とする車両用電源装置。