JPH04251530A - 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】

【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】本発明の車両用電源装置
は、車両エンジンにより駆動される三相交流発電機と、
各アノ−ドが前記三相交流発電機の各出力端に個別接続
され前記シリコン整流器の各カソ−ドが高電圧負荷の高
位側電極端に共通接続される３個のシリコン整流器で構
成される高位ハ−フブリッジと、各カソ−ドが前記三相
交流発電機の各出力端に個別接続され各アノ−ドが低位
側電極端に共通接続される３個のシリコン整流器で構成
される低位ハ−フブリッジと、前記三相交流発電機の各
出力端とバッテリの一端とをスイッチ手段を介すること
なく直結する３個のシリコン制御整流器で構成されるＳ
ＣＲハ−フブリッジと、前記高電圧負荷の駆動時に前記
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、前記高電圧負荷の駆動時に前記三相交
流発電機の出力電圧及び該出力電圧を三相全波整流した
整流電圧の一方を変換して前記バッテリの正極端に印加
するバッテリ充電手段とを備えることを特徴としている
。

【０００８】

【作用及び発明の効果】高電圧負荷駆動時には、シリコ
ン整流器で構成される高位ハ−フブリッジ及び低位ハ−
フブリッジからなる三相全波整流回路により高電圧負荷
を駆動する。バッテリ充電時には、シリコン制御整流器
で構成されるＳＣＲハ−フブリッジと、上記高位ハ−フ
ブリッジ及び低位ハ−フブリッジの一方とからなる三相
全波整流回路により、スイッチ手段を介することなく直
接にバッテリを充電する。

【０００９】高電圧負荷駆動時には、ＳＣＲハ−フブリ
ッジを遮断することによりバッテリへの高電圧の印加を
防止してバッテリを破壊から保護することができる。高
電圧負荷駆動時にバッテリの充電が必要となれば、バッ
テリ充電手段によりバッテリは充電される。以上説明し
たように本発明の車両用電源装置は、高位ハ−フブリッ
ジにより少なくとも高電圧負荷に給電し、ＳＣＲハ−フ
ブリッジによりバッテリに給電しているので、バッテリ
充電経路中に大電流開閉のためのスイッチ手段を必要と
せず、各ハ−フブリッジによる電力損失は従来と同じで
あるものの、上記スイッチ手段に係わる各種抵抗損失を
減らすことができ、また、上記スイッチ手段へのライン
の引き回しを省略することができる。

【００１０】更に本発明では、高電圧負荷駆動時でも、
少なくともバッテリ充電量が不足する場合にバッテリを
充電するバッテリ充電手段を備えているので、バッテリ
過放電による不具合を解消することが可能となる。

【００１１】

【実施例】（第１実施例）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、低位側ハ−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。

【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、４２
、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ＳＣＲ４１
、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Ｓ
ＣＲ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）本発明の他の実施例を図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）本発明の他の実施例を図３に示す。

【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（本発明でいうバッテリ充電手段）と、リ
アクトル２０に並列接続された常閉接点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５
０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１０ｂ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）本発明の他の実施例を図４に示す。

【００２４】この車両用電源装置は、実施例２において
実施例３の降圧コンバ−タ（本発明でいうバッテリ充電
手段）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。 （第５実施例）本発明の他の実施例を図５に示す。

【００２５】この車両用電源装置は、第１実施例のもの
において、高電圧負荷１２を単相交流（この実施例では
商用交流電圧）で駆動するものであり、インバ−タ回路
９を備えている。このインバ−タ回路９は、互いにブリ
ッジ接続される４個のトランジスタ９ａ乃至９ｄからな
り、高位ハ−フブリッジ２の出力端と接地との間に配置
されている。インバ−タ回路９の出力端９ｅ、９ｆ間に
は、薄膜抵抗素子製の車両用ウインド解氷装置（高電圧
負荷）１１、例えばテレビなどの車載の交流電気負荷１
７、整流装置１５が並列に接続されている。整流装置１
５は降圧トランスと、その二次電圧を全波整流する全波
整流器とからなる。

【００２６】１３はウインド解氷装置１１を作動させる
スイッチであって、スイッチ１３と連動するスイッチ１
６が車両用ウインド解氷装置１１と直列に入っている。 １４は交流電気負荷１２を作動させるスイッチである。 これらスイッチ１３、１４のどちらかの投入により制御
回路８はＳＣＲ４１、４２、４３のゲート信号を停止し
、トランジスタ９ａ、９ｄと９ｂ、９ｃとの交互開閉を
行う。

【００２７】以下、この車両用電源装置の動作を説明す
る。通常発電状態では、制御回路８は、第１実施例と同
様にＳＣＲハ−フブリッジ４へのゲ−ト信号８ａを所定
のタイミングで開閉し、バッテリ５を充電する。制御回
路８はベ−ス信号８ｂをインバ−タ回路９へ出力せず、
インバ−タ回路９は作動しない。

【００２８】ウインド解氷装置１１に通電するにはスイ
ッチ１３をオンする。これにより、高位ハ−フブリッジ
２及び低位ハ−フブリッジ３により全波整流された高電
圧がインバ−タ回路９に印加される。制御回路８はＳＣ
Ｒハ−フブリッジ４へのゲ−ト信号８ａを停止し、イン
バ−タ回路９へのベ−ス信号８ｂを出力し、インバ−タ
回路９はウインド解氷装置１１、交流電気負荷１７、整
流器１５に６０Ｈｚ、１００Ｖの交流高電圧を出力する
。交流電気負荷１７はこの実施例ではテレビであって、
スイッチ１４と連動するスイッチ（図示せず）を内蔵し
ている。したがって、インバ−タ回路９のスイッチング
動作により、ウインド解氷装置１１を駆動する場合、同
時に、バッテリ５は整流器１５により充電される。

【００２９】また、交流電気負荷１７を駆動する場合に
は、スイッチ１４を投入する。すると、上記と同様の作
動により、交流電気負荷１７及び整流器１５に給電され
る。ただしこの場合には、スイッチ１６は開いたままで
あり、ウインド解氷装置１１への通電が停止される。ま
た、スイッチ１３、１４の投入によりインバータ回路９
が作動する場合には、バッテリ５は整流器１５により充
電される。

【００３０】なおこの実施例において、スイッチ１６の
遮断時に発生するア−ク電流を防止するには、トランジ
スタ９ａ乃至９ｄを遮断した状態で、スイッチ１６を遮
断すればよい。 （第６実施例）本発明の他の実施例を図６に示す。

【００３１】この車両用電源装置は、第５実施例の回路
において、第２実施例と同様にＳＣＲハ−フブリッジ４
をアノ−ド共通形式としている。また、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
れるインバ−タ９の低位端を切り換えスイッチ６０を介
して電圧調整器６の接地端Ｅに接続している。更に、イ
ンバ−タ９と並列にＤＣ−ＤＣコンバ−タ１８が接続さ
れており、このＤＣ−ＤＣコンバ−タ１８の出力端１８
ａはバッテリ５の接地端に充電電流を給電する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例を示す回路図、

【図２】第１実施例を示す回路図、

【図３】第１実施例を示す回路図、

【図４】第１実施例を示す回路図、

【図５】第１実施例を示す回路図、

【図６】第１実施例を示す回路図、

【図７】本各実施例に適用可能な電圧調整器の一例を示
す回路図

【符号の説明】

Claims (1)

【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、各アノ−ドが前記三相交流発電機の各出力
   端に個別接続され前記シリコン整流器の各カソ−ドが高
   電圧負荷の高位側電極端に共通接続される３個のシリコ
   ン整流器で構成される高位ハ−フブリッジと、各カソ−
   ドが前記三相交流発電機の各出力端に個別接続され各ア
   ノ−ドが低位側電極端に共通接続される３個のシリコン
   整流器で構成される低位ハ−フブリッジと、前記三相交
   流発電機の各出力端とバッテリの一端とをスイッチ手段
   を介することなく直結する３個のシリコン制御整流器で
   構成されるＳＣＲハ−フブリッジと、前記高電圧負荷の
   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、前記高電圧負荷の駆動時
   に前記三相交流発電機の出力電圧及び該出力電圧を三相
   全波整流した整流電圧の一方を変換して前記バッテリの
   正極端に印加するバッテリ充電手段と、を備えることを
   特徴とする車両用電源装置。