JPH03182850A - 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、重量および配設スペースを小にした車両用電
源装置に関するものである。

【従来の技術】

車両用電源装置には、全ての負荷に対して１２Ｖを供給
するようにしたものと、負荷によって１２Ｖを供給した
り２４Ｖを供給したりすることが出来るようにしたもの
とがある。 第４図に、車両用電源装置の第１の従来例を示す。第４
図において、■はバッテリ、３はオルタネータ、４ない
し６はスイッチ、７はランプ負荷、８はモータ負荷、９
はヒータ負荷である。 バッテリ１の電圧は１２Ｖであり、オルタネータ３は１
２Ｖ仕様とされている。従って、この車両用電源装置は
、全ての負荷（７，８，９）に対して１２Ｖを供給する
。このような車両用電源装置が、従来、最も広く用いら
れている。 その理由は、自動車用電気負荷は、１２Ｖで使用するも
のが大部分であり、特にアメリカを初めとして外国の多
くの国では、１２Ｖ仕様に統一されているからである。 ところが、窓に凍結した氷を解凍するデフォツガ−用ヒ
ータ等の大電力を消費する負荷に、１２Ｖで給電すると
、電流の値が大きくなるため、電力損失が多くなる。配
線を太くすれば損失を小に出来るが、配線重量が増すう
えコネクタも大型のものを使用しなければならず、コス
ト高になる。 配線距離が長い大型車両においては、特にそうである。 そこで我が国では、大型車両において、消費電力が多い
負荷については、２４Ｖ仕様のものを採用しているもの
がある。同じ電力を消費するものであれば、電圧が高い
ほど電流は小さく、電力損失を低減できると共に、配線
を太くする必要もなくなるからである。 かくして、電圧仕様の異なる負荷に給電し得る車両用電
源装置が考えられているわけであるが、それを次に説明
する。 第５図は、車両用電源装置の第２の従来例である。符号
は第４図のものに対応し、３−１．３２はオルタネータ
である。これは、１２Ｖの負荷と２４Ｖの負荷とを搭載
する場合の車両用電源装置である。 第５図では、ランプ負荷７．モータ負荷８が１２ｖ仕様
となっており、ヒータ負荷９が２４Ｖ仕様になっている
例を示している。電圧仕様の異なるこのような負荷に対
処するため、この車両用電源装置では、オルタネータを
２個設けている。 エンジンが始動されると、オルタネータ３−１゜３−２
が駆動され、発電を始める。その発電電圧は１２Ｖであ
る。そして、ランプ負荷７．モータ負荷８に対しては、
オルタネータ３−１からの１２■が供給され、ヒータ負
荷９に対しては、オルタネータ３−１．３−２の金側電
圧である２４Ｖが供給される。 第６図に、車両用電源装置の第３の従来例を示す。符号
は、第４図のものに対応する。そして、１−１．１−２
はバッテリ、２はスタータスイッチ、１０はスタータリ
レー、１０−１はリレーコイル、１０−２はリレー接点
、１１はスタータ、１２は切り換えリレー、１２−１は
リレーコイル、＝３ １１−２．１２−３はリレー接点である。 これは、エンジン始動時に、大きな始動力を必要とする
車両における車両用電源装置である。そのうような車両
としては、例えば、ディーゼルエンジン車がある。 スタータ１１には２４Ｖ仕様のものを用い、他の負荷に
は１２Ｖ仕様のものを用いている場合に、スタークＩＩ
に対してはバッテリを２個直列接続して給電し、他の負
荷に対しては並列で給電している。 即ち、スタータスイッチ２をオンすると、リレーコイル
１０−１が付勢されてリレー接点１０２がオンする。同
時に、リレーコイル１２−１も付勢されてリレー接点１
２−２．１２−３が、実線の状態から点線の状態へと切
り換えられる。その結果、バッテリ１−１．１−２が直
列接続され、その電圧（２４Ｖ）がスタータ１１に印加
される。 スタータスイッチ２がオフされ、リレー接点１２２．１
２−３が実線の状態に復帰すると、バッテリ１−１．Ｉ
−２は並列接続に戻る。 ランプ負荷７．モータ負荷８およびヒータ負荷９には、
並列接続されたバッテリおよびオルタネータ３より、１
２Ｖが給電される。

【発明が解決しようとする課題】

しかしながら、前記した従来の車両用電源装置では、電
圧仕様の異なる負荷に給電する場合、給電系統を別々に
し、オルタネータあるいはパンテリを２個設けなければ
ならないので、配線が長くなると共に、重量が増しスペ
ースを取るという問題点があった。 本発明は、このような問題点を解決することを課題とす
るものである。

【課題を解決するための手段】

前記課題を解決するため、本発明の車両用電源装置では
、入力側にバッテリおよびオルタネータが並列接続され
、出力側に電気二重層コンデンサが並列接続され、入力
電圧より大なる第１の電圧に変換する電圧変換回路と、
該第１の電圧をチタツピングするモジュレータと、逆流
阻止用ダイオードを経て該モジュレータと接続され、前
記チョッピングして得た第２の電圧を平滑する平滑用コ
ンデンサとを具え、前記第１の電圧、前記第２の電圧お
よび前記平滑用コンデンサの電圧を負荷に供給し得るよ
うにした。

【作　　用】

電圧変換回路の出力側に並列接続される電気二重層コン
デンサは、前記第１の電圧で充電される。 電気二重層コンデンサは大容量コンデンサであるので、
これに負荷を接続した場合、入力端子より高い電圧にて
大きな放電電流を流すことが出来る。 それゆえ、入力電圧より高い電圧仕様で大電流を要求す
る負荷（例えば、スクータ）に、給電することが可能と
なる。 前記第２の電圧は、第１の電圧をチョッピングしたもの
であるので、実効的な電圧は低くなり、第１の電圧より
低い電圧仕様の負荷辷対して給電可能となる。 前記平滑用コンデンサからの電圧は、時第１の電圧と等
しくなり、前記入力電圧より高い電圧仕様の負荷に対し
て給電可能となる。但し、平滑用コンデンサの容量は前
記電気二重層コンデンサの容量より小さいので、この場
合の給電電流は、電気二重層コンデンサからの放電電流
に比べて小さい。

【実　施　例】

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。 第１図は、本発明の実施例にかかわる車両用電源装置で
ある。符号は、第４図、第６図のものに対応している。 そして、１３は電圧変換回路、１４は電気二重層コンデ
ンサ、１５はモジュレータ、１６はデユーティ信号発生
回路、１７は発振器、１８はダイオード、１９は平滑用
コンデンサ、４０は抵抗、４１はコンデンサである。■
１〜■４は矢印で指した部分の電圧を示し、第７図にそ
の波形の具体例を示す。 ■＋は、バッテリ１またはオルタネータ３から供給され
る電圧（１２Ｖ）であり、これが電圧変換回ｌＢ１３に
より、所望の高電圧（例、２４Ｖ）に変換される（第７
図のＶ２参照）。なお、電圧変換回路１３の具体的構成
については、後に第２図、第３図で説明する。 電圧変換回路１３の出力側に接続されている電気二重層
コンデンサ１４は、大容量のコンデンサであり、前記高
電圧で充電される。 スタータスイッチ２をオンすると、リレーコイル１０−
１が付勢され、リレー接点１０−２がオンする。すると
、スタータ１１は、電気二重層コンデンサ１４の高電圧
により起動される。大容量コンデンサであるから、エン
ジンを始動するに要する時間にわたって、大電流を供給
することが出来る。従って、２４Ｖ仕様のスタータ１１
を搭載していても、２個のバッテリを要することなく、
始動を行わせることが出来る。 電気二重層コンデンサ１４の高電圧は、モジュレータ１
５において、デユーティ信号発生回路１６からのデユー
ティ信号に基づき、チョッピングされる。チョッピング
された電圧が、ｖ３である（第７図参照）。デユーティ
信号は、発振器１７からの信号波形（例、ノコギリ波）
を、指定しようとしているデユーティ比に応したレベル
で切ることによって発生させることが出来る。 発振器１７の周波数は、ランプの点滅感および寿命や、
線路での送電損失等を考慮して決′定される。因みに、
周波数を高くすると、点滅感はなくなるが、ランプ寿命
は短くなり、送電損失は増える。周波数を低くすると、
ランプ寿命は長くなるが、点滅感が出て来、送電損失は
減る。 なお、ランプ負荷７に並列に抵抗４０．コンデンサ４１
の直列回路を接続すると、点滅感を和らげることが出来
、それだけ発振器１７の周波数を低くすることが出来る
。 スイッチ４をオンすると、チョッピング電圧■３が、ラ
ンプ負荷７に供給される。高電圧Ｖ２が２４Ｖである場
合、デユーティ比を５０％にすれば実効的な電圧は半分
になるから、ランプ負荷７０ としては、汎用されている１２Ｖ仕様のものを使うこと
が出来る。 一方、モータ負荷８は２４Ｖ仕様のものであるとすると
、チョッピング電圧Ｖ、を平滑用コンデンサ１９で平滑
し、滑らかな２４Ｖの電圧Ｖ４として印加すればよい。 ダイオード１８は、平滑用コンデンサＩ９からの逆流を
阻止するためのものである。 なお、電圧変換回路１３からの電圧■２は、上剥ではバ
ッテリ電圧の２倍の２４Ｖとしたが、３倍あるいは４倍
としてもよい。高電圧にすれば、配線を流れる電流は小
さく出来るから、それだけ配線を細く出来、配線の途中
に使用するコネクタも小型のもので良くなる。電圧ｖ２
をより高くした場合、汎用の１２Ｖ仕様の負荷に給電す
るに当たっては、チョッピングのデユーティ比をより小
さくすることになる。 以上のように、異なる電圧仕様の負荷があっても、給電
系統は１つで済むので、別系統にしていた従来のものよ
り、配線の長さが短くなる。また、Ｉｆ その１つの給電系統が、バッテリ電圧（１２Ｖ）よりも
高い電圧で統一されているから、配線に流れる電流は小
さくなり、配線の細線化やコネクタの小型化が図れる。 次に、電圧変換回路１３として使用する具体的回路につ
いて説明する。 第２図は、チャージポンプ型電圧変換回路である。第２
図において、２０はコンデンサ、２１゜２２はコンデン
サ、２３ないし２６はスイッチ素子、２７はコンデンサ
、■は入力端子、０は出力端子である。 入力端のコンデンサ２０および出力側のコンデンサ２７
は、平滑用である。スイッチ素子２３ないし２６は、−
機械的スイッチ素子でも構成できるが、小型化あるいは
故障率等の面からみて、電子的スイッチ素子（例えば、
パワーＭＯ３ＦＥＴ（ＭＯ３電界効果トランジスタ））
で構成することが望ましい。電子的スイッチ素子とした
場合、スイッチング信号は、別途設けられる図示しない
信号発生回路より供給される。 ２ スイッチ素子２３ないし２６のスイッチング状態が実線
の如くである時、入力端子■からの入力端子にコンデン
サ２１の電圧が重畳されたものが、出力端子Ｏからの出
力電圧とされる。他方、コンデンサ２２は、入力端子に
並列接続となっているから、入力電圧（１２Ｖ）に充電
される。 スイッチング状態が点線の如くになると、今度は逆に、
入力端子とコンデンサ２２の電圧が重畳されたものが、
出力電圧とされる。そして、コンデンサ２１は、入力電
圧に充電される。 上記のスイッチング状態を、適当な間隔で交互に実現す
ることにより、入力端子の２倍の出力電圧を得ることが
出来る。 第３図は、コイル昇圧型電圧変換回路である。 第３図において、３０はコンデンサ、３１はコイル、３
２はスイッチ素子、３３はフリップフロップ、３４は発
振器、３５はコンパレータ、３６は基準電圧、３７．３
８は抵抗、３９はコンデンサ、Ｉは入力端子、Ｏは出力
端子である。スイッチ素子３２としては、例えば、パワ
ーＭＯ３ＦＥＴが用いられる。 コイル３１に流れていた電流を、スイッチ素子３２をオ
フすることによって遮断すると、コイル３１に電圧が誘
起される。この誘起電圧と入力電圧とを重畳したものが
、出力電圧となる。 スイッチ素子３２のオン、オフは、フリップフロップ３
３によって制御される。フリップフロップ３３の出力の
反転は、発振器３４からの信号とコンパレータ３５から
の信号とによって行われる。 発振器３４からは、一定の間隔でパルスが出される。コ
ンパレータ３５からの信号は、出力電圧を抵抗３７．３
８で分割したものが、基準電圧３６より大であるか小で
あるかに応じて、出される。 従って、出力電圧の大きさに応してオンオフがなされ、
出力電圧が所定の値に調整される。

【発明の効果】

以上述べた如く、本発明の車両用電源装置によれば、バ
ッテリおよびオルタネータの電圧を、それより高い電圧
に変換し、負荷の電圧仕様に応し４ てチョッピングや平屑を施すことにより、負荷への給電
は全てその電圧で行うようにした。 その結果、配線の細線化が図れ、オルタネータおよびバ
ッテリは１個で済み、給電系統は１つとなるので、従来
に比し配線が短くなると共に、重量およびスペースが軽
減される。

【図面の簡単な説明】

第１図・・・本発明の実施例にかかわる車両用電源装置 第２図・・・チャージポンプ型電圧変換回路第３図・・
・コイル昇圧型電圧変換回路第４図・・・車両用電源装
置の第１の従来例第５図・・・車両用電源装置の第２の
従来例第６図・・・車両用電源装置の第３の従来例第７
図・・・第１図の各部における電圧の波形図において、
１．１−１．１−２はバッテリ、２はスタータスインチ
、３．ｉｌ、３−２はオルタ不一り、４ないし６はスイ
ッチ、７はランプ負荷、８はモータ負荷、９はヒータ負
荷、１０は１５ スタータリレー、１０−１はリレーコイル、ｊ０２はリ
レー接点、１１はスタータ、１２は切り換えリレー、１
２−１はリレーコイル、１２−２１２−３はリレー接点
、Ｉ３は電圧変換回路、■４は電気二重層コンデンサ、
１５はモジュレータ、１６はデユーティ信号発生回路、
１７は発振器、１８はダイオード、１９は平滑用コンデ
ンサ、２０はコンデンサ、２１．２２はコンデンサ、２
３ないし２６はスイッチ素子、２７はコンデンサ、３０
はコンデンサ、３１はコイル、３２はスイッチ素子、３
３はフリップフロップ、３４は発振器、３５はコンパレ
ータ、３６は基準電圧、３７，３８は抵抗、３９はコン
デンサ、４０は抵抗、４１とコンデンサである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入力側にバッテリおよびオルタネータが並列接続され、
   出力側に電気二重層コンデンサが並列接続され、入力電
   圧より大なる第１の電圧に変換する電圧変換回路と、該
   第１の電圧をチョッピングするモジュレータと、逆流阻
   止用ダイオードを経て該モジュレータと接続され、前記
   チョッピングして得た第２の電圧を平滑する平滑用コン
   デンサとを具え、前記第１の電圧、前記第２の電圧およ
   び前記平滑用コンデンサの電圧を負荷に供給し得るよう
   にしたことを特徴とする車両用電源装置。