JPH02255000A - 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、車両用バッテリ電圧よりも高電圧で負荷を駆
動する車両用電源装置に関する。

［従来の技術］ 特開昭５２−１１１１３１号公報は自動車用ウィンド加
熱装置を開示している。

この装置は、エンジンにより駆動される発電機と、この
発電機の出力電流供給先をバッテリとウィンド加熱装置
とのどちらかに切換える負荷切換手段をもち、ウィンド
を急速に解氷する場合などにバッテリ充電を一時的に中
断するように構成されている。

また従来、車両用バッテリ電圧と異なる電圧で高電圧負
荷を駆動する車両用電源装置がある。例えば、実開昭５
５−１７８２４６号公報は、エンジンにより駆動されて
バッテリを充電する整流器付きの３相交流発電ａ（以下
、オルタネータという）、オルタネータの出力電圧を制
御する電圧調整装置（以下、レギュレータという）、オ
ルタネータの各ステータコイル電圧を昇圧する３相変圧
器、及びこの３相変圧器の２次電圧を整流して高電圧負
荷に供給する整流装置からなる複数電圧並列出力型の車
両用電源装置を提案している。

更に、界磁電流を制御して負荷に応じて出力電圧を制御
する車両用電源装置も知られている。

［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自動車用ウィンド加熱装置
では、バッテリ負荷が大きい場合にはウィンド加熱電力
の不足及び解氷時間の延長を生ずる怖れがある。また、
比較的低いバッテリ電圧で駆動されるウィンド加熱装置
は希望発熱間を得るために通電電流値を大きく設計せざ
るを得ないが、その結果として、ライン抵抗損失が通電
電流値の２乗に比例して増大してしまう。

また、上記した複数（電源）電圧並列出力型の車両用電
源装置によればバッテリ充電及び高電圧負荷を並列駆動
し得るが、３相変圧器などの新設に伴いその鉄損及び銅
損により電力ロスが増加する問題が新たに生じる。

更に、上記したように、発電機の出力電圧を自動車用ウ
ィンド加熱装置駆動時に高電圧としバッテリ充電時に低
電圧とすることも可能であるが、このようなオルタネー
タは車両用としては大きな問題がある。すなわち、オル
タネータは、自動車用ウィンド加熱装置駆動のために広
範囲のエンジン回転数において高電圧（例えば＋７５Ｖ
）を出力するように設計されるが、このようにすると、
エンジン回転数がほとんど最低アイドル回転数まで落ち
てもまだ充分にバッテリ充電電圧（例えば＋１４Ｖ）を
発生し、バッテリに大きな充電電流を出力することにな
る。しかし、このような低いエンジン回転数ではオルタ
ネータの冷却風量が不足し、オルタネータの温度が許容
値以上になってしまう。

本発明はこのような問題に鑑みなされたものであり、高
電圧出力可能なオルタネータを低電圧出力運転する場合
において例えば低エンジン回転数時などに生じやすい装
置の過度な温度上昇を抑制し得る車両用電源装置を提供
することを解決すべき課題としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明の車両用電源装置は、車両用エンジンに駆動され
てバッテリの電圧よりも高電圧を高電圧負荷に印加する
高圧発電機と、前記高電圧負荷及び前記バッテリのどち
らかに前記高圧発電機の出力端を切換接続する負荷切換
手段と、前記高圧発電機の出力端が前記高電圧負荷側に
切換接続された場合に前記高圧発電機の出力電圧が所定
の高レベルとなるように界磁電流を制御し、前記高圧発
電機の出力端が前記バッテリ側に切換接続された場合に
前記高圧発電機の出力電圧が所定の低レベルとなるよう
に界磁電流を制御する出力制御手段を備える車両用電源
装置において、前記出力制御手段が、前記高圧発電機の
出力端が前記バッテリに接続される場合に高圧発電機の
界磁電流を断続制御して出力電流を制限する出力電流制
限回路を備えることを特徴としている。

出力電流制限回路は、高圧発電機のステータコイルの出
力電圧波形から所定の制御信号波形を合成し、！＋制御
信号波形により界磁電流を断続制御する回路で構成する
ことができる。

［作用］ 本発明の車両用電源装置において、高圧発電機の出力端
は負荷切換手段により高電圧負荷側若しくはバッテリ側
に切換えられる。そして、出力制御手段は、高圧発電機
が高電圧負荷を駆動する場合に出力電圧を所定の高レベ
ルに、バッテリを駆動する場合に出力電圧を所定の低レ
ベルに下降させる。更に、出力電流制限回路は、高圧発
電機がバッテリを充電する場合に高圧発電機の界磁電流
を断続制御して高圧発電機の平均出力電流を低減する。

［実施例］ （第１実施例） この車両用電源装置は、第１図に示すように、高圧発電
機１と、高圧発電機１の出力端をバッテリＶと高電圧負
荷りのどちらかに切換接続する負荷切換手段である切換
スイッチ３と、界磁電流制御により高圧発電機１の出力
電圧を制御する出力制御手段であるレギュレータ４と、
バッテリＶ及び高電圧負荷りに印加される電圧の内の高
電圧の方を選択してレギュレータ４の制御端子Ｓに入力
する切換スイッチ５と、バッテリＶ及びバッテリ負荷Ｌ
ｅの各両端に接続された低圧発電機２と、低圧発電機２
をＬ制御する低圧用レギュレータ６とからなる。なお、
高電圧負荷りは、定格７５Ｖの薄膜抵抗素子製の車両ウ
ィンド用の解氷装置で構成されており、この高電圧負荷
りの（ｔ！２端は接地されている。

高圧発電機１は、特に高電圧仕様に設計された３相交流
発電機（オルタネータ）で構成されており、通常のオル
タネータと同じく、励磁用のフィールドコイル１２、Ｙ
接続された各ステータコイル１１、及び各ステータコイ
ル１１の出力端に接続された３相全波整流回路１３など
をもつ。高圧発電１１の描込自体は良く知られているの
で説明を省略する。３相全波整流回路１３の低圧端は接
地されており、フィールドコイル１２の一端はバッテリ
Ｖの高圧端に、他端はレギュレータ４の出力端Ｆに接続
されている。ステータコイル１１はそれほど磁束量を増
加せずども低回転数領域でも充分な高電圧（ここでは７
５ｖ）を出力できるように、高巻数に設計されている。

なお、磁束量の増加を抑制するのは鉄量増加による高圧
発電Ｉａ１の大型高重量化を防ぐためである。

低圧発電機２は、通常の車両用オルタネータで構成され
ており、定格１２ＶのバッテリＶを充電するとともに、
バッテリＶに並列接続されているバッテリ負荷Ｌｅを駆
動している。バッテリＶの一端は接地されている。

切換スイッチ３は、３相全波整流回路１３の高圧端に接
続された共通端と、バッテリＶの高圧端に接続された切
換端３ａと、高電圧負荷りの一端に接続された切換端３
ｂとをもつ手動の切換スイッチである。

切換スイッチ５は、レギュレータ４の入力端Ｓに接続さ
れた共通端と、バッテリＶの高圧端に接続された切換端
５ａと、抵抗５１を介して前記切換端３ｂに接続された
切換端５ｂをもつ切換スイッチであり前記切換スイッチ
３と連続している。

レギュレータ４は、通常のレギュレータと同様に、バッ
テリＶの高圧端に接続される高位電源端Ｂ、接地される
接地端Ｅ、入力端Ｓ、及び出力端Ｆをもち、更に出力電
流制限用の制御信号Ｓｃが入力される入力端Ｐを有して
いる。入力ＯａＳは、ツェナダイオード４４、抵抗４８
を介してエミッタ接地のトランジスタ４１のベースに接
続されており、そのベース／エミッタ間にはベースバイ
アス用の抵抗ｒが接続されている。トランジスタ４１の
コレクタはコレクタ抵抗４７を介して高位電源端Ｂに接
続されており、更に、エミッタ接地の出力トランジスタ
４２のベースに接続されている。

トランジスタ４２のコレクタは出力端Ｆに接続され、更
に保護ダイオード４５を介して高位電源端Ｂに接続され
ている。

更に、レギュレータ４は出力電流制限回路４ａを有して
おり、この出力電流制限回路４ａは入力端Ｐにダイオー
ド４６及び抵抗４９を介してベースが接続されたエミッ
タ接地のトランジスタ４３と、このトランジスタ４３の
コレクタとトランジスタ４２のベースとの接続を開閉す
るスイッチ４０とからなる。なお、スイッチ４０は切換
スイッチ３と連動する構成となっている。

以下、この車両用電源装置の作動を説明する。

ただし、説明の簡単化のためにトランジスタ及びダイオ
ードのターンオン電圧は０．７５Ｖとする。

低圧発電機２は上記したように、エンジン回転中はバッ
テリＶを充電し、バッテリ負荷Ｌｅに駆動電流を供給し
ている。

まず、切換スイッチ３が高電圧負荷り側の切換端３ｂに
切換えられており、スイッチ４０が開放されている場合
を考える。この時、切換スイッチ５は切換端５ｂ側に切
換えられている。この場合、トランジスタ４２はトラン
ジスタ４１によりオンオフ制御される。以下、トランジ
スタ４１のベース電流を無視し、かつ、入力端Ｓの電圧
をＶｉ、ツェナーダイオード４４の電圧降下を八Ｖ、抵
抗４８の抵抗値をｒ４８、抵抗ｒの抵抗をｒｒとする。

この場合、入力端Ｓの電圧Ｖｉが（Ｖｉ−ΔＶ）ｘｒｒ
／　（ｒ４８＋ｒｒ）≧０．７５の式を満足すると、ト
ランジスタ４１はターンオンしトランジスタ４２がター
ンオフする。そして、入力端子Ｓの電圧Ｖｉが（Ｖｉ−
ΔＶ）ｘｒｒ／（ｒ４８＋ｒｒ）≧０．７５の式を満足
しないと、トランジスタ４１はターンオフしトランジス
タ４２がターンオンする。トランジスタ４２がターンオ
ンすると、フィールドコイル１２に界磁電流が流れ高圧
発電機１は高電圧を出力する。そして高圧発電機１から
出力される高電圧から抵抗５１の電圧降下を差し引いた
高電圧が入力端子ＳにＶｉとして印加される。Ｖｉが高
電圧となると、上記説明したようにトランジスタ４１は
ターンオンしトランジスタ４２がターンオフする。すな
わち、入力端Ｓの電ＪＩＶｉが（ｖｉＣ−ΔＶ）ｘｒｒ
／（ｒ４８＋ｒｒ）＝０．７５の式を満足する所定値Ｖ
＋Ｃを臨界電圧としてＶｉ≧ＶｉＣの時にトランジスタ
４２はターンオフし、Ｖ　＋　＜Ｖ　＋　ｃの時にトラ
ンジスタ４２はターンオンする。実際にはトランジスタ
４２は高速で断続を繰返し、その結果、高圧発電機１の
出力電圧ＶＯは抵抗５１の電圧降下をＶｄとすれば、ｖ
ｏ＝ｖ　ｉ　＋Ｖｄ＝＋７５Ｖとなるように制御される
。

次に、切換スイッチ３がバッテリＶ側の切換端３ａに切
換えられており、スイッチ４０が導通されている場合を
考える。この場合もトランジスタ４２はトランジスタ４
１によりオンオフ制御される。すなわち、入力端Ｓの電
圧Ｖ１が、ｖ１≧ＶｉＣの時にトランジスタ４２はター
ンオフし、■＜Ｖ　ｉ　ｃの時にトランジスタ４２はタ
ーンオンする。実際にはトランジスタ４２は高速でター
ンオン／ターンオフを繰返し、その結果、高圧発電機１
の出力電圧Ｖｏは約１２Ｖに制御される。

更に、この実施例では、バッテリＶの駆動時にはトラン
ジスタ４２は出力電流制限回路４ａによリオンオフ制御
されており、トランジスタ４２の出力電圧Ｖｆ、高圧発
電機１の出力電圧ＶＯは第２図に示す波形となる。すな
わち、入力端子Ｐには１個のステータコイル１１の出力
電圧Ｖｐが入力されており、この出力電圧ｖｐはデユー
ティ比が約０．５のパルス波形となってる。出力電圧Ｖ
ｐはダイオード４６で半波整流されて信号電圧Ｖｐ１と
なり、ベース電流制限用の抵抗４９を介してトランジス
タ４３のベースに印加される。トランジスタ４３は信号
電圧ｖｐ１により制御され、トランジスタ４２はトラン
ジスタ４３のターンオンによりターンオフし、トランジ
スタ４３のターンオフによりターンオンする。結局、高
圧発電機１の界磁電流及び出力電流はほぼデユーティ比
が約０．５のパルス波形となり、出力電流制限回路４ａ
を使用しない場合に比較して高圧発電機１の平均出力電
流を半減することができる。

この出力電流制限回路４ａの利点を以下に詳述する。

上記したように、高圧発電機１は高＠数のステータコイ
ル１１をもつので、高電圧負荷りの駆動時よりも更に低
いエンジン回転数でもバッテリを大電流にて充電するこ
とができる。このような低エンジン回転数時には高圧発
電機１の冷却能力は小さいが、この問題は出力電流制限
回路４ａによる出力電流断続制御で解決される。

更に、この出力電流制限回路４ａはステータコイル１１
の出力電圧を用いて界磁電流の断続を行っているので、
回路構成が簡単となる。

以上説明したように、この実施例の車両用電源装置によ
れば、 （１）常時、バッテリ■の充電及びバッテリ負荷ＬＶの
駆動を実施でき、かつ上記充電及び駆動と同時に高電圧
負荷りを並列駆動することができ、（２）上記並列駆動
にかかわらず、従来技術の項で説明した電力ロスを防止
でき、 （３）高電圧負荷りの非駆動時には高圧発電機１及び低
圧発電Ｒ２により強力に上記充電及び駆動を実施でき、 （４）バッテリＶの駆動時には高圧発電機１を断続制御
することことにより、例えばアイドル運転時のように冷
却風量が少ない場合においても、高圧発電機１を過度な
温度上昇から保護することができる。

（第２実施例） この実施例の車両用電源装置は、高圧発電機１と、切換
スイッチ３と、レギュレータ４と、切換スイッチ５と、
低圧発電機２と、レギュレータ６とからなり、レギュレ
ータ４は第１図の出力電流制限回路４ａの代りに、第３
図の出力電流制限回路４ｂを有している。

出力電流制限回路４ｂは入力端子Ｐと接点Ｐ１との間に
逆並列に接続されたダイオード４６．９１をもち、入力
端子Ｐにはダイオード４６のアノードとダイオード９１
のカソードが接続され、ダイオード４６は抵抗４９を介
して、ダイオード９１は抵抗９２を介してそれぞれ接点
Ｐ１に接続されている。接点Ｐ１はコンパレータ９６の
十入力端に接続され、更に、コンデンサ９３を介して接
地されている。コンパレータ９６の一入力端は高圧発電
機１の内部に配設されたサーミスタ９４を介して接地さ
れ、また、抵抗９５を介して高位電源端Ｂに接続されて
いる。コンパレータ９６の出力端はベース電流制限抵抗
９７を介してエミッタ接地のトランジスタ４３のベース
に接続されており、トランジスタ４３のコレクタは切換
スイッチ３に連動するスイッチ４０を介してトランジス
タ４２のベースに接続されている。

この出力電流制限回路４ｂの動作を説明すれば、スイッ
チ４０はバッテリＶの駆動時にだり導通され、入力端Ｐ
には実施例１の場合と同様に１個のステータコイル１１
から電圧ｖｐが入力する。電圧ｖｐの上昇時にはＶｐ＞
＋０．７５Ｖとなると、コンデンサ９３が抵抗４９を介
してそれらの時定数に応じて充電される。電圧ｖｐの下
降時にはＶｐ＝＋０．７５Ｖとなるまで、コンデンサ９
３が抵抗９２を介してそれらの時定数に応じて放電され
る。抵抗９２は抵抗４９よりもはるかに小さく設定され
ているので、コンパレータ９６の十入力端に入力される
接点Ｐ１の積分波形■ｐ１は電圧上昇時に緩かで電圧下
降時に急峻なエンベロープとなる（第４図参照）。一方
、コンパレータ９６の一入力端電圧ＶＤ２は、サーミス
タ９４の抵抗をｒｃ、抵抗９５の抵抗値をｒ９５とする
とバッテリ電圧ｘｒｃ／　（ｒｃ＋ｒ９５）で決定され
、高圧発電機１の温度の上昇とともにｒｃが減少すると
Ｖｐ２は低下し、高圧発電機１の温度の下降とともにｒ
ｃが増加するとＶｐ２は上昇する。その結果、高圧発電
機１の温度が下降するとコンパレータのしきい値電圧で
あるＶｐ２が上昇しコンパレータ９６から出力されるパ
ルス電圧のデユティ比は狭くなり（第５図ＶＣＬ参照）
、高圧発電機１温度が上昇するとコンパレータのしきい
値電圧であるＶｐ２が下降し、コンパレータ９６ｈ）ら
出力されるパルス電圧のデユーティ比は広くなる（第５
図ＶｃＨ参照）。コンパレータ９６から出力されるパル
ス電圧波形はトランジスタ４３により反転されてトラン
ジスタ４２のコレクタ電圧波形と同形となるので、本実
施例によれば、高圧発電機１の温度上昇とともに平均界
ｒａ雷電流連続的に減少する。

更に、エンジン回転数が増加する（こしたがって電圧■
ｐのパルス幅が短縮されるので、抵抗４９とコンデンサ
９３による充電時定数を大きな所定値に設定すれば、Ｖ
ｐｌが充分に上昇する前に放電される。その結果、エン
ジン回転数が増加すると、Ｖｐｌが小さくなり、サーミ
スタ９４の抵抗変化にかかわらず、トランジスタ４３を
常にターンオフして、界磁電流断続を中止することがで
きる。

（実施例３） この車両用電源装置は、高圧発電機１と、切換スイッチ
３と、レギュレータ４と、切換スイッチ５と、低圧発電
機２と、レギュレータ６とからなり、レギュレータ４は
第３図の出力電流１ｉ１１限回路４ｂの代りに、第６図
の出力電流制限回路４Ｃを有している。

出力電流制限回路４Ｃは、実施例２の出力電流制限回路
４ｂからコンパレータ９６、サーミスタ９４、抵抗９５
を省略したものであり、接点Ｐ１はトランジスタ４３の
ベースに直結されている。

スイッチ４０が導通されている場合について、この出力
電流制限回路４Ｇの動作を説明すれば、高圧発電機１の
入力喘Ｐには実施例１．２の場合と同様に１個のステー
タコイル１１から電圧■ｐが入力する。電圧ｖｐは当然
、エンジン回転数が低い場合に長いパルス周期を、エン
ジン回転数が高い場合に短いパルス周期をもつ。ただし
電圧■ρのデュ〜テ゛イ比はエンジン回転数によらずほ
ぼ常に０．５である。電圧Ｖｐの上昇時にはＶｐ＞＋０
．７５Ｖとなると、コンデンサ９３が抵抗４９を介して
それらの時定数に応じて充電される。

電圧ｖｐの下降時にはｖｐ＝十ｏ、７５Ｖとなるまで、
コンデンサ９１が抵抗９２を介してそれらの時定数に応
じて放電される。

ここで、抵抗９２は抵抗４９よりもはるかに小さく設定
されているので、接点Ｐ１の電圧Ｖｐ１は電圧上昇時に
緩かで電圧下降時に急峻なエンベロープとなる（第４図
参照）。はぼエンジン回転数が１ｏｏｏｒｐｍ程度で電
圧Ｖｐ１の最高電圧値Ｖｐｍａｘは０．７５Ｖ程度とな
るように設定されている。したがって、エンジン回転数
が１０ｏｏｒｐｍ以上では電圧Ｖｐ１が０．７５Ｖに達
する前に電圧ＶＤが−０，７５Ｖに下降してしまい、ト
ランジスタ４３は常に遮断状態となる。エンジン回転数
が１ｏｏｏｒｐｍ以下では電圧Ｖｐのパルス幅が長いの
で電圧Ｖｐ１は０．７５Ｖ以上となり、電圧Ｖｐ１が０
．７５Ｖ以上となるとトランジスタ４３はターンオンし
、トランジスタ４２は遮断される。そして、トランジス
タ４２が遮断されると、第１図に示すように、界磁電流
が遮断される。

したがって、本実施例ではエンジン回転数が低下すれば
するほど、平均界磁電流が低減され、高圧発電機１の発
熱量を減少することができる。また、エンジン回転数が
所定レベル以上となると界磁電流の断続を中止して充分
なバッテリ充電を行うことが可能となっている。

以上説明したように、本実施例の出力電流制限回路４Ｃ
は簡単な回路構成をもち、更に、エンジン回転数が高く
冷却風量を充分に得られる場合には界磁電流を遮断せず
、エンジン回転数が低く冷却風１を充分に得られない場
合にはエンジン回転故に応じて平均界磁電流を断続して
高圧発電機１の温度上昇をその冷却能力に相応させ得る
。

なお、本実施例において、接点Ｐ１とトランジスタ４３
のベースとの間に電圧レベル変換回路（例えばツェナダ
イオード）を挿入すれば、上記充電時定数及び放電時定
数がより自由に選択できる。電圧レベル変換回路として
、抵抗９７．９９からなる抵抗分圧回路を用いた例を第
７図に示す。

［発明の効果］ 本発明の車両用電源装置は、バッテリ充電用の低圧発電
機と、高電圧負荷を駆動する高圧発電機と、高圧発電機
を制御して高電圧による高電圧負荷の駆動と低電圧によ
るバッテリの充電とを切換える出力制御手段とを具漏し
ているので、バッテリの充電不足やバッテリ負荷の駆動
不足は生じにくい。高電圧負荷は、高圧発電機からの高
い出力電圧で直接に駆動されるので、従来技術の項で述
べたようなライン抵抗損失や３相変圧器の電力ロスが生
じない。また、高圧発電機の出力端を必要に応じてバッ
テリに切換接続すれば、バッテリは高圧発電機及び低圧
発電機により並列充電されることとなり、バッテリ充電
能力の向上が可能となる。

本発明の車両用電源装置は、高電圧による高電圧負荷の
駆動と低電圧によるバッテリの充電とを切換える出力制
御手段が、バッテリ充電時に高圧発電機の界磁電流を断
続制御して出力電流を制限する出力電流制限回路を備え
ているので、例えば低エンジン回転数でバッテリを充電
する場合における冷却風量不足による高圧発電機の過熱
を防止し、低エンジン回転数においてもバッテリを不安
なく充電することができる。更に、上記過熱の心配のな
い高電圧負荷時には、断続制御を行わずに高電圧負荷を
大電流で運転してその性能を全面的に発揮することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の車両用電源装置の一実施例を示す等価
回路図、第２図はその信号波形図、第３図は第２実施例
の一部等価回路図、第４図及び第５図はその信号波形図
、第６図は第３実施例の一部等価回路図、第７図は第３
実施例の変形態様を示す一部等価回路図である。 １・・・高圧発電機 ２・・・低圧発電機 ３・・・切換スイッチ （負荷切換手段） ４・・・レギュレータ （出力制御手段） ５・・・切換スイッチ （出力制御手段） 特許出願人　　　　　日本電装株式会社代理人　　　　
　　弁理士　大川　家 弟２図 第４図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　車両エンジンにより駆動されバッテリの電圧よ
   りも高電圧を高電圧負荷に印加する高圧発電機と、前記
   高電圧負荷及び前記バッテリのどちらかに前記高圧発電
   機の出力端を切換接続する負荷切換手段と、前記高圧発
   電機の出力端が前記高電圧負荷側に切換接続された場合
   に前記高圧発電機の出力電圧を所定の高レベルに制御し
   、前記高圧発電機の出力端が前記バッテリ側に切換接続
   された場合に前記高圧発電機の出力電圧を所定の低レベ
   ルに制御する出力制御手段とを備える車両用電源装置に
   おいて、 前記出力制御手段は、前記高圧発電機の出力端が前記バ
   ッテリに接続される場合に高圧発電機の界磁電流を断続
   制御して出力電流を制限する出力電流制限回路を備えて
   いることを特徴とする車両用電源装置。
2. （２）　前記出力制御手段は、前記高圧発電機のステー
   タコイルの出力電圧波形から所定の制御信号波形を合成
   し、前記制御信号波形により前記界磁電流を断続制御す
   る出力電流制限回路を有している特許請求の範囲第１項
   記載の車両用電源装置。