JPH02182556A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、エンジンによって駆動される発電機の出力電
圧を変圧器を用いて電圧変換して、車載バッテリとは異
なる電圧源を必要とする電気負荷に給電を行う車両用電
源装置に関する。

［従来技術］ 近年、車両に搭載される電気的装置として１通常の車載
電気負荷とは別系統の高電圧を必要とするウィンドヒー
タ等が提案されている。このような高電圧負荷に電圧を
供給する場合、車両が停車状態の（アイドリング状態）
の際に利用するものであれば、発電機の十分な発電量を
確保するためにエンジンのフィトリング速度を通常時よ
りも上昇させるとともに、発電機の交流出力を変圧器に
より昇圧して高電圧負荷に供給していた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、車両の走行中においても高電圧負荷に電
圧を供給する場合を考えると、エンジン回転数がアイド
ル回転から高速回転までの広い範囲で変化するのに対し
、変圧器の磁気回路の磁気飽和はその一次巻線の巻数と
入力周波数の積に反比例することから、変圧器を設計す
る際に発電機の出力周波数が最も低くなるアイドル回転
時に変圧器の鉄心が磁気飽和しないようにする必要があ
り、このため変圧器が大型化するという問題があった。

そこで本発明では、高電圧負荷である車載装置の実際の
利用態様を鑑み高電圧負荷に対して安定して電圧を供給
し得るとともに、変圧器の小型・軽量化を可能にした車
両用電源装置を提案するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、少なくともバッテリを含む第１の電気負荷と
、前記第１の電気負荷とは異なる系電圧の第２の電気負
荷とを備えた車両において、エンジンにて駆動されて交
流電圧を発生する発電機と、前記発電機からの交流電圧
を整流し、電圧調整して前記第１の電気負荷に供給する
手段と、前記交流電圧を前記第２の電気負荷の系電圧に
変圧して該第２の電気負荷に供給するための変圧器と、
前記発電機と変圧器との間の給電路を開閉する第１のス
イッチ手段と、前記第２の電気負荷への給電を指示する
第２のスイッチ手段と、前記発電機の出力周波数が設定
値以上であるか否かを判定する判定手段と、前記判定手
段により前記発電機の出力周波数が設定値以上であると
判定され、かつ前記第２のスイッチ手段が投入された場
合に前記第１のスイッチ手段を閉成させる手段とを備え
たものである。

［作用］ 上記の構成において１発電機より出力される交流電圧は
、整流され電圧調整されてバッテリを含む第１の電気負
荷に供給されるとともに、判定手段により当該交流電圧
の周波数が設定値以上であると判定され、かつ第１の電
気負荷とは異なる系電圧の第２の電気負荷への給電を指
示する第２のスイッチ手段が投入されると、第１のスイ
ッチ手段が閉成されて発電機と変圧器の間の給電路が閉
じ、変圧器に当該交流型、圧が供給されそこで変圧され
た後に第２の電気負荷に供給される。このため、第２の
スイッチ手段が投入されていないときおよび発電機の出
力周波数が設定値未満の場合には第１のスイッチ手段が
開放されて、変圧器に発電機出力が供給されない。

［実施例］ 図は本発明の一実施例の構成を示す回路図である０図に
おいて１発電機１は自動車のエンジン２によって駆動さ
れて三相交流電圧を発生する。この発電機１には公知の
整流回路が内蔵されており、この整流回路で整流された
直流電圧を出力する出力端子１ａと、三相の交流電圧を
出力する出方端子１ｂ、ｌｃおよび１ｄとを備えている
。出力端子１ａより出力される直流電圧は第１の電気負
荷としてのバッテリ３の充電に供されるとともに。

他の第１の電気負荷としての車載の種々の電気負荷に供
給される。また出力端子１ａからの直流電圧は電圧調整
器４に供給され、当該電圧調整器がその電圧値に応じて
発電機１の励磁コイル１ｅに流れる電流を調整すること
により２発電機１の出力電圧が所定の値に調整されてい
る。一方、発電機１の出力端子１ｂ、ｌｃおよび１ｄよ
り出力される三相の交流電圧は、第１のスイッチ手段と
してのリレー５の接点５ａをそれぞれ介して変圧器６に
供給され、そこでそれぞれ昇圧された後に整流器７で全
波整流されて直流の高電圧となる。この整流器７からス
イッチング用のトランジスタ８によって開閉される給電
路を介して第２の電気負荷としての高電圧負荷９への給
電が行われる。

また、バッテリ３の端子間には上記リレー５およびトラ
ンジスタ８を開閉制御する回路が構成されている。エン
ジン２よりエンジン回転数に対応した周波数の信号が公
知のＦ−Ｖ変換器１ｏに供給され、周波数に対応した電
圧に変換される。このＦ−Ｖ変換器１０の出力は比較器
１１に入力され、そこでバッテリ３より抵抗１２および
１３によって分圧された基準電圧と比較される。比較器
１１の出力はＡＮＤ回路１４の一方の入力となり、また
ＡＮＤ回路１４には他方の入力として、バッテリ３より
高電圧負荷９を作動させるための第２のスイッチ手段と
しての操作スイッチ９ａを介して抵抗１５および１６に
より調整された電圧が入力される。ＡＮＤ回路１４の出
力は、逆流阻止用のダイオードを介して、フライホイー
ルダイオード１７が並列接続されたリレー５の励磁コイ
ル５ｂに供給されるとともに、抵抗を介して前述のトラ
ンジスタ８の制御入力端となるベースに供給されている
。またトランジスタ８のベースにはタイマ回路が接続さ
れており、このタイマ回路はコレクタがトランジスタ８
のベースに接続されかつエミッタが接地されたトランジ
スタ１８、ＡＮＤ回路１４の出力端と接地間に直列に接
続された抵抗１９．２０および抵抗１９．２０の中間と
トランジスタ１８のベース間に接続されたコンデンサ２
１から構成され、ＡＮＤ回路１４の出力がＨｉｇｈにな
った後所定時間だけ遅れてトランシタ８をオンさせるも
のである。

本実施例において、エンジン２を始動後、停車状態（即
ち、アイドリング状態）で高電圧負荷９への給電を行う
ために操作スイッチ９ａをオンにすると、図示せぬ公知
のエンジン制御装置によりエンジン２の回転数が通常の
アイドリング回転数の約２倍の１４００ｒｐｍとなるよ
うにアイドルアップされる。そしてＦ−Ｖ変換器１０か
らはエンジン回転数１４００ｒｐ＋ａに対応した電圧が
比較器１１に出力される。比較器１１には、通常のアイ
ドル回転数よりも高く設定された例えばエンジン回転数
１１００Ｏｒｐ時のＦ−Ｖ変換器１０の出力電圧に等し
い基準電圧が抵抗１２および１３により設定されている
。このため比較器１１の出力はＨｉｇｈとなってＡＮＤ
回路１４の一方の入力端に供給される。またＡＮＤ回路
１４の他方の入力端には、操作９ａがオンとなったこと
により抵抗１５および１６によって調整されたＨｉｇｈ
レベルの電圧が入力されているので、ＡＮＤ回路１４の
出力がＨｉｇｈとなってリレー５の励磁コイル５ｂに供
給され、励磁コイル５ｂが励磁されて接点５ａがそれぞ
れ閉じる。その結果、発電機１の出力端子１ｂ、ｌｃお
よび１ｄから出力される三相の交流電圧はリレー５の接
点５ａをそれぞれ介して変圧器６に供給され、変圧器６
で昇圧された後に整流器７で整流されて直流の高電圧と
なる。

一方、ＡＮＤ回路１４の出力は抵抗を介してトランジス
タ８のベースと、抵抗１９およびコンデンサ２１を介し
てトランジスタ１８のベースに供給されており、ＡＮＤ
回路１４の出力がＨｉｇｈになると同時にタイマ回路を
構成するトランジスタ１８がオンし、抵抗１９およびコ
ンデンサ２１によって定まる時間だけオン状態を維持す
るため、この時間の間はトランジスタ８のベースはトラ
ンジスタ１８を介して接地されるので、トランジスタ８
はオンとならず、高電圧負荷９への給電は行われない、
そして所定時間経過後、トランジスタ１８がオフとなる
ことにより、スイッチング用のトランジスタ８がオンと
なって整流器７からの高電圧が高電圧負荷に供給される
。このように、ＡＮＤ回路１４の出力がＨｉｇｈとなっ
た時に、リレー５の接点５ａを同時に閉じ、タイマ回路
によって所定時間だけ遅らせてスイッチング用のトラン
ジスタ８をオンさせて高電圧負荷９の給電路を閉成させ
ているので、リレー５が閉じる時に接点間にアークが発
生することがない、また、高、電圧負荷９への給電を停
止させる場合においても、操作スイッチ９ａをオフにす
るとＡＮＤ回路１４の出力がＬｏｗとなり、このＡＮＤ
回路１４の出力によりトランジスタ８が直ちにオフとな
って高電圧負荷９への給電を停止させるが、リレー５の
励磁コイル５ｂは並列接続されたフライホイールダイオ
ード１７により、ＡＮＤ回路１４の出力がＬｏｗとなっ
た後も所定時間だけフライホイールダイオード１７より
給電されるため、ＡＮＤ回路１４の出力がＬｏｗとなっ
た後所定時間だけ遅れてリレー５の接点５ａが開く、こ
のため高電圧負荷９への給電停止時にもリレー５の接点
間にアークが発生することがない。

なお、車両走行時にはエンジン制御装置によるアイドル
アップを自由に行うことができないため、−時停止時や
低速走行時等にエンジン回転が１１００Ｏｒｐ以下にな
ることがある。このような場合は比較器１１の出力がＬ
ｏｗとなり、操作スイッチ９ａをオンにしても高電圧負
荷９への給電は行われない。しかしながら、エンジン回
転数が１０００ｒｐ＋ｍ以下の時、特にアイドリング時
には、発電機１の出力が比較的低いため、高電圧負荷９
への給電を行うと車載の他の電気負荷への給電量が不足
し、エンジン２の失火等を招く虞れがある。

従ってエンジン回転数１０００ｒｐ＋ｗ以下の場合にお
ける高電圧負荷への給電はむしろ好ましくないため、車
両走行中はエンジン回転数１０００ｒｐ＋ｉ以上の領域
でのみ高電圧負荷９への給電を可能にしている。

以上説明したように、本実施例では１発電機１の出力周
波数に対応するエンジン回転数が１１０００ｒｐ以下で
はリレー５を開放して発電機１と変圧器６との間を遮断
しているので、変圧器６を設計する際にエンジン回転数
１１００Ｏｒｐ以上に対応する比較的高い周波数領域の
入力信号に対して磁気飽和を生じないように設計すれば
よいため、変圧器６の１次巻線の巻数を低減でき、その
結果巻線の銅損が少なく小型の変圧器を用いることが可
能となる。また、スイッチング用トランジスタ８および
リレー５の励磁コイル５ｂに、トランジスタ１８．抵抗
１９．コンデンサ２１等からなるタイマ回路およびフリ
ーホイールダイオード１７をそれぞれ接続したことによ
り、高電圧負荷９の作動開始および停止の際に、リレー
５の接点５ａの開閉時のアークの発生を防止し、リレー
５の焼損を防止して安全性および耐久性を向上させてい
る。

次に本実施例を用いて、高電圧負荷９としてウィンドヒ
ータを作動させる場合について説明する。

ウィンドヒータは車両のウィンドガラスに薄膜透明抵抗
体を蒸着させたもので、この抵抗体に例えば７０Ｖ、１
５００Ｗの高電圧、大電力を印加して、短時間で高温に
発熱させることにより、ウィンドガラスに付着した氷や
霜を除去するものである。

駐車車両のウィンドガラスが氷結し、これをエンジン始
動機暖気運転中にウィンドヒータで溶かして視界を確保
した後に車両を発進させる場合のように、車両が停車状
態にあるときにウィンドヒータを作動させる場合には、
ウィンドヒータの操作スイッチ９ａをオンにすると、エ
ンジン制御装置によって例えば１４００ｒｐ＋ｉ程度に
アイドル回転数が上昇される。これにより前述の如く、
比較器１１およびＡＮＤ回路の出力が共にＨｉｇｈとな
ってリレー５が閉成されて発電機１の交流出力が変圧器
６に供給されるとともに、所定時間だけ遅れてスイツチ
ン用トランジスタ８により高電圧負荷９であるウィンド
ヒータへの給電路が閉じ、ウィンドヒータに変圧器６で
昇圧され整流器７で整流された直流高電圧が印加され、
ウィンドヒータからの発熱によりウィンドガラスに付着
した氷等が溶解される。その後、ウィンドガラスの視界
が確保され操作スイッチ９ａがオフにされると、トラン
ジスタ８によりウィンドヒータへの給電が停止された後
にリレー５が開放され、発電機１と変圧器６との間が遮
断される。

また、車両走行中においても、特に高速走行時等に走行
風によってウィンドガラスが冷却されて。

ウィンドガラスに付着した水分や雪が再氷結する場合が
ある。このような場合は走行中であるのでエンジン制御
装置によって任意にエンジン回転数を上昇させることが
できないが、実際には少なくとも中、高速走行時である
ことからエンジン回転数が１５０Ｏｒｐｍ以上になって
いるので、比較器１１による高電圧負荷９の作動条件（
本実施例では１０００ｒｐ＋ｉ以上）を満足しており、
操作スイッチ９ａを投入することにより停車時と同様に
してウィンドヒータが作動する。

なお、低速走行時および信号待ちなどのアイドル状態で
は、エンジン回転数が１１００Ｏｒｐ以下となってウィ
ンドヒータを作動させることができないが、走行風が微
弱または無いので通常車両に装備されているデフロスタ
を作動させることにより、雪や溶けた水がウィンドガラ
スに再氷結することはなく、このようにエンジン低回転
時のウィンドヒータの使用を禁止しても何ら問題は生じ
ない。

なお、前記実施例では変圧器に供給される発電機の出力
周波数を判定する手段として１発電機の駆動源であるエ
ンジンの回転数によって判定したが１発電機の出力電圧
の周波数を直接検出してもよい。

また、前記実施例では、アイドルアップ時のエンジン回
転数を１４００　ｒｐ＋ａ　ｐ比較器での高電圧負荷の
作動条件をエンジン回転数１１００Ｏｒｐとしたが１本
発明は上記数値に限定されるものではないことは明白で
ある。

［効果］ 以上説明したように、本発明によれば、第２の電気負荷
としての高電圧負荷への給電が行われない場合には、第
１のスイッチ手段としてのリレーによって発電機と変圧
器との間の給電路は遮断されており、一方発電機の出力
周波数が設定値以上となりかつ第２の電気負荷への給電
を指示する第２のスイッチ手段としての操作スイッチが
投入された場合に、前記第１のスイッチ手段を閉じて変
圧器に交流電圧を印加し、変圧した電圧を第２の電気負
荷に供給するから、変圧器には設定値よりも低い周波数
の発電機出力が入力されないので。

変圧器を設定値以上の周波数帯域に適合するべく設計す
ればよく、−次巻線の巻数の低減により変圧器の小型化
が可能となる。これは車両用電源装置において、変圧器
が大きなスペースを占めていることから、変圧器の小型
化が装置全体の小型化に直接つながるため、設置スペー
スの自由度が著しく低い車載装置にとってその実質的効
果は大なるものである。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明の一実施例の回路図である。 １・・・発電機、 ２・・・エンジン。 ３・・・バッテリ。 ４・・・電圧整正器、 ５・・・リレー ６・・・変圧器。 ７・・・整流器、 ９・・・高電圧負荷。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 少なくともバッテリを含む第１の電気負荷と、前記第１
   の電気負荷とは異なる系電圧の第２の電気負荷とを備え
   た車両において、 エンジンにて駆動されて交流電圧を発生する発電機と、 前記発電機からの交流電圧を整流し、電圧調整して前記
   第１の電気負荷に供給する手段と、前記発電機からの交
   流電圧を変圧して第２の電気負荷に供給するための変圧
   器と、 前記発電機と変圧器との間の給電路を開閉する第１のス
   イッチ手段と 前記第２の電気負荷への給電を指示する第２のスイッチ
   手段と、 前記発電機の出力周波数が設定値以上であるか否かを判
   定する判定手段と 前記判定手段により前記発電機の出力周波数が設定値以
   上であると判定され、かつ前記第２のスイッチ手段が投
   入された場合に前記第１のスイッチ手段を閉成させる手
   段と を備えたことを特徴とする車両用電源装置。