JPH0612934B2 - 車両の充電制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は車両の充電装置に関し、特にバッテリ電圧より
も高い電圧で作動する高電圧負荷を良好に作動せしめる
ともに、バッテリの充電と同時に良好になすことが可能
な車両の充電制御装置に関する。

〔従来の技術〕

近年フロントガラスの凍結やリアガラスの凍結におい
て、氷の付着を素早く溶かすための方法として、第８図
に示すような電気回路図が考えられている。

このものでは、フロントガラスに挿入した電気導体や、
リアガラスに埋設された熱線等の抵抗を用いて、これら
導体や抵抗に電流を流し、ガラスを熱するものである。

従来、かかる高電圧負荷を作動せしめる場合には、第８
図に示す如く、充電発電機２と車載バッテリ１を結ぶ充
電器中に切替えスイッチ７０を設けて、充電発電機２の
出力電圧を車載バッテリ１より高電圧負荷１１に切替え
て印加している。

この時、充電発電機には、約７０〔Ｖ〕程度の高電圧を
発生させて、高電圧負荷に印加する。

なお、図中６はキースイッチ６０を介してバッテリ電圧
をフイードバックしている電圧調整回路であり、通常
時、該回路６により充電発電機２の発電が制御されてバ
ッテリ充電時のバッテリ電圧が所定の調整電圧に維持さ
れる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記従来装置では、高電圧負荷に電流を流す
場合（フロントウインドーもしくはリアウインドーの氷
を溶かす場合）には通常、車の始動時であり、バッテリ
の電圧は下がってしまっていると共に、高電圧負荷に通
電中は車載バッテリの充電がなされないため、バッテリ
過放電の不具合を生じることがあった。

本発明は、高電圧負荷に通電中も車載バッテリの充電を
良好になすことが可能な車両充電装置を提供することを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の充電装置において
は、 ステータ巻線(3)と、励磁巻線(4)と、前記ステータ巻線
の交流出力を全波整流する全波整流器(5)とを有する交
流発電機と、 この交流発電機の全波整流器の出力により充電されるバ
ッテリ(1)と、 前記励磁巻線と直列に接続されたスイッチ手段(7)と、 前記バッテリ電圧よりも高い電圧で作動する高電圧負荷
(11)と、 前記全波整流器と前記バッテリとの間の接続もしくは前
記全波整流器と前記高電圧負荷との間の接続を切り換え
る切換手段(12)と、 この切換手段により、前記全波整流器と前記バッテリと
の間の接続状態の時に、前記全波整流器の出力を第１の
設定電圧に制御すべく、前記スイッチ手段をＯＮ，ＯＦ
Ｆ制御する第１の制御装置と、 前記切換手段により、前記全波整流器と前記高電圧負荷
との接続状態の時に、前記全波整流器の出力を第１の設
定電圧よりも大きい第２の設定電圧に制御すべく、前記
スイッチ手段をＯＮ，ＯＦＦ制御する第２の制御装置
と、 前記ステータ巻線の出力を、ほぼ前記第１の設定電圧に
低減させて、前記バッテリに充電するための電圧低減手
段と、 を備えた車両の充電制御装置とすることである。

〔作用〕

切換手段により、交流発電機の全波整流器と、高電圧負
荷とを接続すると共に、交流発電機の出力を第２の設定
電圧まで上昇させて、高電圧負荷に、高い電圧を印加す
ることができる。

また、電圧低減手段により、交流発電機の出力をほぼ第
１の設定電圧まで低減させて、バッテリに供給すること
でバッテリ電圧は所定の調整値に維持できる。

〔実施例〕

以下本発明を図に示す実施例について説明する。第１図
および第２図に本発明充電制御装置の第１実施例を示
す。

１はバッテリ、２は車両用交流発電機、３は三相交流発
電機２のステータ巻線を示す。４は交流発電機２の励磁
巻線、５はステータ巻線３の交流出力を整流する三相全
波整流器、６は発電機の出力電圧を設定値に制御するレ
ギュレータで、励磁巻線４に流れる電流を制御する出力
トランジスタ７および電圧検出回路８を有する。９はト
ランスで、９ａはステータ巻線３に接続された１次巻
線、９ｂは２次巻線、１０はトランス９の２次巻線９ｂ
の出力を整流すると共に、バッテリ１に接続された整流
器、１１は高電圧負荷をなすフロントガラスに蒸着され
た透明な抵抗体、１２は抵抗体１１へ通電するか否かの
第１の切換スイッチ、１３は通電指示スイッチに連動す
ると共に、電圧検出回路８内の電圧を切り換える第２の
切換スイッチ、１４は励磁巻４の両端に接続されたフラ
イホイールダイオードである。１５はスイッチ１５ａを
介してバッテリに接続される。例えば、ヘッドライト等
のバッテリ１の電圧で駆動される電気負荷、ダイオード
５０は発電機が発電していない時バッテリ１から励磁電
流を流すためのダイオードである。

また、電圧検出回路８は第２図にて示す如く、出力トラ
ンジスタ７のベースにコレクタが接続されたトランジス
タ６０，このトランジスタ６０のベースにアノード側が
接続されたツェナーダイオード６１，ダイオード６２及
び６３，抵抗６４，６５，６６及び６７で構成される。
そして切換スイッチ１３の第１の接点１３ａはダイオー
ド６３を介して、抵抗６６に、一方、切換スイッチ１３
の第２の接点１３ｂは、抵抗６５およびダイオード６２
を介して、抵抗６６にそれぞれ接続されている。

上記構成において、その作動を説明すると、第３図に示
すエンジンＥの始動により、交流発電機２も発電を開始
する。通常では、第１の切換スイッチ１２は第１の接点
１２ａ側（バッテリ１）に接続されていると共に、第２
の切換スイッチ１３も第１の接点（第１の電圧検出端
子）１３ａ側に接続されている。

従って、第１の電圧検出端子１３ａに印加された電圧
は、電圧検出回路８内のダイオード６３を介して、抵抗
６６と６７で分圧されて、ツェナーダイオード６１へ印
加される。ここで、抵抗６６，６７およびツェナーダイ
オード６１においては、バッテリ１の電圧が第１の設定
電圧である１４．５〔Ｖ〕の時に、トランジスタ６０を
導通するように設定してある。

そして、通常状態においては、トランジスタ６０を介し
て出力トランジスタ７をバッテリ１の電圧が１４．５
〔Ｖ〕以上か否かにより、導通，遮断し、励磁巻線４に
流れる電流を制御することで、バッテリ１を１４．５
〔Ｖ〕に制御している。

次に、寒冷地で、フロントガラスに氷が付着した状態を
考える。この時には、フロントガラス内の抵抗体１１に
電流を供給するために、通電指示スイッチ７０をオンす
る。

そして、通電指示スイーチ７０をオンすると、第２図に
示す如く、コンデンサ８７，抵抗９１の経路でトランジ
スタ８２にベース電流が流れ、第１の所定時間トランジ
スタ８２はオンを続ける。そのため、トランジスタ８２
のオンにより、該期間トランジスタ７はベース電流を遮
断されて、励磁巻線４に流れる励磁電流を遮断する。

一方、比較器８３は抵抗９４とコンデンサ８８とで作る
第２の所定時間遅れて出力が１になる。これによりスイ
ッチ１２及び１３の励磁コイル１２ｃ，１３ｃはそれぞ
れ付勢されて、第２の設定１２ｂ，１３ｂ側に投入され
る。ここで、第１の所定時間に対して対２の所定時間を
短かく設定することで、励磁電流が遮断している期間
に、第１，第２の切換スイッチ１２及び１３の第１の設
定１２ａ，１３ａから第２の設定１２ｂ，１３ｂ側に切
換えることができる。従って、第１，第２の切換スイッ
チ１２，１３の切り換え時に、接点間にアークが発生す
るのを防止して、接点の寿命を向上させることができ
る。

第２の切換スイッチ１３の切り換わりにより、第２の電
圧検出端子１３ｂに印加された電圧は、抵抗６５，ダイ
オード６２を介して、抵抗６６と６７の分圧回路へ印加
されるので、第１の電圧検出端子１３ａに電圧が印加さ
れた場合に比べて、高い電圧を印加しないとツェナーダ
イオード６１が導通して、トランジスタ６０がオンする
ことはできない。

そして、第２の電圧検出端子１３ｂには、全波整流器５
の出力が印加されることとなり、抵抗６５，６６，６７
の分圧により、第２の電圧検出端子１３ｂに、第２の設
定電圧である７０〔Ｖ〕の電圧が印加された時に、ツェ
ナーダイオード７を導通するように設定されている。従
って、全波整流器５の出力が７０〔Ｖ〕に制御されるよ
うに、出力トランジスタ７をＯＮ，ＯＦＦ制御する。

この結果、抵抗体１１は、第１の切換スイッチ１２の第
２の設定１２ｂを介して、７０〔Ｖ〕が供給される。こ
の７０〔Ｖ〕の高電圧により、抵抗体１１は、約１５０
０〔Ｗ〕の出力で、ウインドガラスの表面についた氷を
２〜３分間で素早く溶かすことが可能となる。また、こ
の７０〔Ｖ〕は、抵抗体１１の抵抗を考慮して、定めた
ものであります。

一方、通電指示スイッチ７０をオンさせた時には、交流
発電機に高出力を発生させるため、交流発電機がエンジ
ンに対して、負荷となるため、第３図に示す如く、通電
指示スイッチ７０のスイッチのオンを検出し、この検出
信号を、エンジンＥのアイドル回転数を制御する制御装
置１６に入力する。

そして、この制御装置１６により、エンジンＥのアイド
ル回転数を、６００〔rpm〕から１５０〔rpm〕までに、
上昇させている。通常、交流発電機は、プーリで約２倍
の回転数に増速されて、発電するようになっている。

また、通常フロントガラスに付着した氷を溶かす時に
は、エンジン始動のアイドル状態であることから、この
時車載バッテリは放電状態である。そこで、本発明で
は、ステータ巻線に、トランス９の１次巻線９ａを接続
すると共に、２次巻線９ｂは整流器１０を介して、バッ
テリ１に接続している。トランス９は、１次巻線９ａに
７０〔Ｖ〕が印加されると、２次巻線９ｂには、バッテ
リ１を充電する電圧〔１４．５（Ｖ）〕が発生するよう
に、巻線比を設定している。

従って、抵抗体１１に７０〔Ｖ〕の電圧を印加しつつ、
バッテリ電圧を１４．５〔Ｖ〕で充電することが可能と
なり、バッテリ１の放電を防止することができる。

次に、フロントガラスに付着した氷が溶けて、抵抗体１
１への通電が不要になり、通電指示スイッチ７０をオフ
にすると、抵抗９０と抵抗９３の接続点の電位が下が
り、トランジスタ８１がオンする。これによりコンデン
サ８６，抵抗８９を介し、トランジスタ８２のベース電
流が第３の所定時間流れてトランジスタ８２がオンし、
該期間励磁電流を遮断する。一方、比較器８３はコンデ
ンサ８８が放電する第４の所定時間遅れて出力は０にな
り励磁コイル１２ｃ及び１３ｃは消勢する。ここで第４
の所定時間は第３の所定時間よりも短かいのでスイッチ
１２及び１３が切換るときは発電機の励磁電流は遮断し
たままである。

ここで励磁コイル１２ｃ及び１３ｃの付勢・消勢を発電
機の励磁電流遮断後（トランジスタ７をオフした後）所
定時間後らせているのはトランジスタ７がオフしても励
磁電流はダイオード１４を介して所定時間流れているの
で該時間内でのスイッチの切換りを防止するためのもの
である。

そして、第１，第２の切換スイッチ１２，１３が、第１
の接点１２ａ，１３ａに切換わると、前に述べたよう
に、発電機の出力電圧は、バッテリ１を充電する電圧を
１４．５〔Ｖ〕になる様に出力トランジスタ７を断続制
御する。

第２図における回路１００は通電指示スイッチ７０をサ
ーミスタ１０３を用いて自動的に作動する様構成したも
のである。１０１は比較器、１０２は抵抗、１０３は例
えばガラスの温度を検出するサーミスタで、温度が低い
と抵抗値が高く、この結果比較器１０１の出力は１とな
って通電指示スイッチ７０がオンしたのと同じ動作をす
る。抵抗体１１に通電して、ガラスの温度が上昇する
と、サーミスタ１０３の抵抗値は下がり比較器１０１の
出力は０になる。つまり、抵抗体１１への通電指示は、
上述の如く、フロントガラスの温度等を検出して、自動
的に制御することもできる。

次に、抵抗体１１の高電圧を供給する時に、発電機の出
力電圧を上昇させて、抵抗体１１に高電圧を供給し、一
方、バッテリ１へは、上記高電圧をトランス９で低減す
るものについての利点を説明する。

第１に、例えば、１４．５〔Ｖ〕を７０Ｖに昇圧するた
めのトランス（約１５００〔Ｗ〕の電力が必要）に比べ
て、本発明における７０〔Ｖ〕の電圧を１４．５〔Ｖ〕
に低減するトランス９は約１００〔Ｗ〕でよく、トラン
スも大巾に小型化することができる。

第２の、発電機が１４．５Ｖで発電している期間は、ト
ランス９の１次巻線９ａに印加される電圧も、１４．５
〔Ｖ〕と高電圧発生時に比べて十分に低いので、トラン
ス９の励磁電流損失はほとんど無視することができる。

第３に、第４図に基づいて説明する。この第４図は、発
電機電圧に対する出力電圧の特性図であり、これより明
らかな如く、交流発電機の回転数を増すと、出力電力の
ピーク値における発電機電圧が高くなることが判明し
た。

そこで、交流発電機に高出力を発生する時には、エンジ
ンのアイドル回転数を１５００〔rpm〕に上昇させるこ
とで、交流発電機の回転数は、約３０００〔rpm〕とな
る。そして、第４図より、発電機が３０００〔rpm〕の
回転時の時、発電機の出力電圧が７０〔Ｖ〕で、出力電
力がほぼピーク値を示すことがわかった。つまり、発電
機の出力電圧を７０〔Ｖ〕とすることで、出力電力を最
大として、抵抗体１１に供給することができる。

従って、アイドルアップした時の交流発電機の回転数に
対し、その回転数における出力電力がピークの時の出力
電圧を、抵抗体１１に供給する際の電圧と一致すること
で、発電機からの出力電力を最大として、抵抗体１１に
有効に供給することができる。

第５図は第２実施例を示すもので、２０は公知のＤＣ・
ＤＣコンバータで２０ａは入力端子、２０ｂは出力端
子、２０ｃは共通端子である。

上記構成に於いて、抵抗体１１へ７０Ｖが印加される
と、ＤＣ・ＤＣコンバータ２０は出力端子２０ｂに１
４．５Ｖを発生して、バッテリ１を充電する。

第５図に示すＤＣ・ＤＣコンバータ方式に於いては、近
年の半導体技術の進歩で数百キロヘルツで作動させるこ
とが可能であり、この結果ＤＣ・ＤＣコンバータに使用
するトランスを大巾に小型軽量化することができる。又
この方式によれば発電機の構造を従来の発電機と何ら変
更することなく使用することができる。

第６図は第５図に示すＤＣ・ＤＣコンバータにチョッパ
を使用したもので、３０はトランジスタ，３１は制御回
路，３２はリアクトル，３３はダイオードである。

第６図に於いてトランジスタ３０がオンするとリアクト
ル３２を介してバッテリへ充電電流が流れる。次にトラ
ンジスタ３０がオフすると、リアクトル３２はバッテリ
１，ダイオード３３の経路で電流を流しつづける。以上
のトランジスタ３０のオン，オフの繰り返し比（導通
比）を制御回路３１で制御することにより、バッテリ１
を充電する電流を任意の値に設定することができる。

第７図に於いて４０はサイリスタを用いた位相制御を行
う全波整流器，４１は位相制御回路である。図に於い
て、発電機２が高電圧を発生している期間、全波整流器
４０は位相制御を行なって、バッテリ１に印加される電
圧が１４．５Ｖになる様に制御する。

発電機が１４．５Ｖを発生している期間に於いては整流
器４０の電流要領は整流器５に比べて十分に小さいの
で、整流器４０のサイリスタはオフして動作を停止して
いる。

第６図および第７図に示す実施例においては、フロント
ガラスに蒸着した抵抗体１１は、車種等により抵抗のば
らつきが大きく、バッテリへの充電電圧を正確にする際
の調整が非常に容易である。

また、発電機の励磁巻線は発電機の出力端子に接続して
いると説明したが、バッテリ端子へ接続しても同様に作
動する。この場合にはダイオード５０は不要になる。

以上の様に本発明に於いては自動車の様に発電機の搭載
スペースに制約がある場合に於いて複数の出力電圧を要
求されるときに、発電機は高電圧を発生し該電圧を降圧
して低電圧負荷へ供給する様にしたので、発電機は１つ
で良く又降圧に必要な手段も小型で良いので、何ら自動
車への搭載性に影響を与えることはない。

又本発明に於いては発電機が高電圧で発電する場合に於
いてもレギュレータでその出力電力を制御するように説
明したが、高電圧で給電される電気負荷がガラスに蒸着
した抵抗体なので、出力電圧の精度はそれ程必要ではな
く、例えば発電機は全励磁状態にしておいて発電機の回
転数（エンジン回転数の制御）で出力電圧を可変するも
のでも良い。尚、この場合に於いては降圧手段として出
力電圧が可変制御できるＤＣ・ＤＣコンバータや位相制
御方式が優れている。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明においては、高電圧負荷を駆
動する時は、交流発電機の出力電圧を第２の設定電圧に
上昇させると共に、電圧低減手段により、出力電圧を低
減させて、第１の設定電圧とし、バッテリに充電するよ
うにしたから、高電圧負荷時においてもバッテリに良好
に充電できると共に、電圧低減手段も小型にできるとい
う優れた効果がある。

高電圧負荷への供給する電圧を、発電機の回転数を所定
値に上昇させると共に、その回転数における出力パワー
の最大値における出力電圧とすることで、有効に出力を
取り出すことができるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明充電装置の第１実施例の要部を示す電気
回路図、第２図は第１実施例における装置の一部を示す
電気回路図、第３図は第１実施例における装置の全体を
示す回路図、第４図は発電機電圧に対する出力電圧の関
係を示す特性図、第５図は本発明充電装置の第２実施例
を示す電気回路図、第６図は本発明充電装置の第３実施
例を示す電気回路図、第７図は本発明充電装置の第４実
施例を示す電気回路図、第８図は従来の充電装置を示す
電気回路図である。 １……バッテリ，２……交流発電機，３……ステータ巻
線，４……励磁巻線，５……全波整流器，７……スイッ
チ手段をなす出力トランジスタ，８……電圧検出回路，
１１……高電圧負荷をなす抵抗体，１２，１３……第
１，第２の切換手段，９，１０，２０，４０，４１……
電圧低減手段をなすトランス，整流器，ＤＣ・ＤＣコン
バータ，サイリスタ，位相制御回路。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステータ巻線(3)と、励磁巻線(4)と、前記
   ステータ巻線の交流出力を全波整流する全波整流器(5)
   とを有する交流発電機と、 この交流発電機の全波整流器の出力により充電されるバ
   ッテリ(1)と、 前記励磁巻線と直列に接続されたスイッチ手段(7)と、 前記バッテリ電圧よりも高い電圧で作動する高電圧負荷
   (11)と、 前記全波整流器と前記バッテリとの間の接続もしくは前
   記全波整流器と前記高電圧負荷との間の接続を切り換え
   る切換手段(12)と、 この切換手段により、前記全波整流器と前記バッテリと
   の間の接続状態の時に、前記全波整流器の出力を第１の
   設定電圧に制御すべく、前記スイッチ手段をＯＮ，ＯＦ
   Ｆ制御する第１の制御装置と、 前記切換手段により、前記全波整流器と前記高電圧負荷
   との接続状態の時に、前記全波整流器の出力を第１の設
   定電圧よりも大きい第２の設定電圧に制御すべく、前記
   スイッチ手段をＯＮ，ＯＦＦ制御する第２の制御装置
   と、 前記ステータ巻線の出力を、ほぼ前記第１の設定電圧に
   低減させて、前記バッテリに充電するための電圧低減手
   段と、 を備えた車両の充電制御装置。
2. 【請求項２】前記切換手段により、前記全波整流器と前
   記高電圧負荷を接続した時に、エンジンの回転数を上昇
   させて、前記交流発電機の回転数を上昇させる請求項１
   記載の車両の充電制御装置。
3. 【請求項３】前記交流発電機の回転数を上昇させた時
   に、交流発電機の出力パワーの最大値における交流発電
   機の出力電圧と、前記第２の設定電圧をほぼ一致させる
   請求項２記載の車両の充電制御装置。
4. 【請求項４】前記切換手段により、接続を切換える時
   に、前記スイッチ手段をオフし、所定時間後、接続を切
   換える請求項１記載の車両の充電制御装置。
5. 【請求項５】前記低減電圧手段は、前記バッテリに接続
   されたリアクトルと、前記高電圧負荷を前記リアクトル
   との間に接続されたスイッチ素子と、この素子を所定の
   導通比でＯＮ，ＯＦＦ制御する制御回路とからなる請求
   項１記載の車両の充電制御装置。
6. 【請求項６】出力巻線(3)と、励磁巻線(4)とを備え、エ
   ンジン（Ｅ）により駆動される発電機(2)と、 バッテリ(1)と、 前記バッテリの電圧よりも高い電圧で作動する高電圧負
   荷(11)と、 前記発電機の出力巻線と前記バッテリもしくは前記高電
   圧負荷との間の接続を切り換える切換手段(12)と、 前記励磁巻線に流れる電流を制御するスイッチ手段(7)
   と、 前記切換手段により、前記出力巻線と前記バッテリとの
   間の接続状態の時に、前記バッテリの電圧を第１の所定
   電圧に制御する第１の制御装置と、 前記切換手段により、前記出力巻線と前記高電圧負荷と
   の間の接続状態の時に、前記エンジンの回転数を上昇さ
   せて、前記発電機を所定の回転数に上昇させる回転数制
   御装置と、 前記出力巻線と前記高電圧負荷との間の接続状態の時
   に、前記発電機の上記所定の回転数時で発電機の出力パ
   ワーのほぼ最大値における発電機の出力電圧に、前記高
   電圧負荷にかかる電圧を制御する第２の制御装置と、 を備えた車両の充電制御装置。
7. 【請求項７】前記高電圧負荷は、フロントガラスに設け
   られた抵抗体である請求項１ないし６記載の車両の充電
   制御装置。