JPWO2004105210A1 - 車両用電源制御装置及び車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

少なくともエンジン起動時から運転期間中において安定した電圧を出力することが可能な車両用電源制御装置及び電源装置を提供する。内燃機関における主電源回路から供給された第１電圧レベルの電源電力を第２電圧レベルに変換する充電回路と、前記充電回路によって変換された前記第２電圧レベルの電力をチャージするコンデンサと、前記電源電力の電圧が予め設定された規定値よりも低下した場合に、前記コンデンサにチャージされた前記第２電圧レベルの電力を前記第１電圧レベルに変換して前記主電源回路に供給する放電回路とを有し、前記内燃機関の前記主電源回路の電圧を所定範囲に維持する。

Description

本発明は、内燃機関を有する二輪車を含む車両用電源制御装置及び車両用電源装置に関し、特に、電源装置の出力電圧値を安定化させると共に、バッテリを搭載しない（以下、「バッテリレス」という）車両又は小容量のバッテリを搭載する車両用電源制御装置に関する。

乗用車等の四輪自動車は、通常大きな容量のバッテリを搭載し、この車両に搭載されたバッテリから内燃機関（以下、適宜「エンジン」という）や車両の各負荷に対して安定した電源電圧（例えば、ＤＣ１２Ｖ）が供給される。エンジンのクランクシャフトには発電機が連結されており、各負荷の消費電力が発電機の発電電力よりも小さい時は、その余剰電力はバッテリに充電され、各負荷の消費電力が発電機の発電電力を越えている時は、その不足電力はバッテリから補充される。発電機は、エンジン起動時にはバッテリから電力の供給を受けてエンジンを回転駆動させる電動機の役割を担う。

このような乗用車等の四輪自動車が搭載する電動式燃料噴射装置は、バッテリから安定した電圧の供給を受けられるので、常時、エンジンが要求する必要量の燃料噴射を可能としている。

一方、二輪車、スノーモービル、小型モータボート等の車両の多くは、機械式のキャブレタを採用し、キックレバーや始動ロープを用いた人力によるエンジンの起動が可能であることから、必ずしも大きな容量のバッテリは必要としない。さらに、これらの車両にあっては、全車両重量をなるべく軽量にする必要があることから、バッテリはより小型で軽量であるか若しくはバッテリレスであることが望ましい。

図８は、従来技術に係るバッテリを搭載しない二輪車等の車両用電源装置の例を示す。この電源装置は、発電機１から出力される交流電力を整流する整流回路２と、整流された電力を平滑にするコンデンサ１０を備え、エンジン回転中において、燃料噴射装置や点火プラグ等の周期的に発生するパルス的な変動負荷や、ヘッドランプ等の変動しない負荷への電力供給を行うようにしている。

図９は、図８に示した車両用電源装置に燃料噴射装置や点火プラグ等の変動負荷が接続された場合の電源装置の出力電圧（電源電圧）の変化を示す。

図９に示すように、電源電圧（図８に示す電源出力ライン１１の電圧）がレベル１であった時、電源出力ライン１１からパルス状の負荷電流が流出されると、その間コンデンサ１０の電圧は下降して、レベル２に至る。レベル２において負荷電流が止まると、コンデンサ１０の電圧はレベル２を維持する。次に、発電機１から整流回路２を介して発電電力が供給されると、コンデンサ１０に対して充電電流が流入し、電源出力ライン１１の電圧は漸次上昇しレベル１に回復する。このように、電源装置における電源出力ライン１１の電圧レベルは、周期的に大きく変動することになる。図８に示した電源装置においてはバッテリが接続されていないが、コンデンサ１０の替わりに又はコンデンサ１０と並列に小容量のバッテリ（図示せず）が接続される場合であっても、バッテリの劣化が進行すれば上記と同様のこととなる。

ところで、近年多くの二輪車等の比較的小型の車両にも電動式燃料噴射装置が搭載されるようになり、エンジン始動後の安定化された電源供給は燃料噴射装置や点火装置にとって重要であり、車両用電源装置の出力電圧の安定がより強く求められている。しかし、これらの小型車両に、四輪車に搭載されるようなバッテリを搭載することは物理的にも困難である。

このため、電動式燃料噴射装置を搭載する車両において、エンジンの運転状況に応じ電動式燃料噴射装置や点火プラグ等のモジュールを電子制御するための制御装置（以下、「ＥＣＵ」という）への電源供給を、内燃機関の運転状況に応じて、バッテリ、キック機能等の人力による発電機、及び内燃機関の駆動力による発電機への切り換えにより行うようにした装置が開示されている。
特開２００３−３８８９号公報

上記したように、近年の二輪車、四輪車を含む各種車両に搭載されるＥＣＵは、マイクロプロセッサ・チップ等のＩＣチップにより構成される。ＩＣチップを搭載するＥＣＵが許容する電源電圧の変動幅は、制御回路の誤動作を防止するためにはなるべく低減化される必要がある。

しかしながら、特許文献１に開示されているように、ＥＣＵへ電源を供給する車両用電源制御装置の構成を複雑にすることは、電源装置の大型化及び製造コストの増大を招来する。

近時、本発明者らは、燃料ポンプやレギュレータにより加圧されて送られてきた燃料を噴射する従来タイプの電子式燃料噴射システムとは異なり、それ自体で燃料を加圧し噴射する電磁式燃料噴射ポンプを用いた燃料噴射システム（以下、「電磁式燃料噴射システム」という）を開発している。

この電磁式燃料噴射システムは、従来タイプのキャブレタ装置や電子制御式燃料噴射と比較して大幅な小型化及び低コスト化を実現できるため、四輪車のみならず二輪車等の各種車両にも広く搭載可能である。

本発明は、電源制御装置の大型化及び高コスト化を招来することなく、二輪車等の各種車両にも電動式燃料噴射装置の搭載を実現するべく、車両に搭載された制御装置、燃料噴射装置及び点火プラグ等の負荷に対して、エンジン起動時から運転期間中において安定した電圧を出力することが可能な内燃機関を有する車両用電源装置を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、バッテリレスの車両においても、変動する電源電圧を一定に補正し、安定した電源電圧を燃料噴射装置に供給する車両用電源装置を提供することを目的とする。

このため、本願は、内燃機関における主電源回路から供給された第１電圧レベルの電源電力を第２電圧レベルに変換する充電回路と、前記充電回路によって変換された前記第２電圧レベルの電力をチャージするコンデンサと、前記電源電力の電圧が予め設定された規定値よりも低下した場合に、前記コンデンサにチャージされた前記第２電圧レベルの電力を前記第１電圧レベルに変換して前記主電源回路に供給する放電回路と、を有し、前記内燃機関の前記主電源回路における電源電圧を所定範囲に維持することを特徴とする車両用電源制御装置を提供するものである。

本願は、さらに、内燃機関に連結された発電機により発電された電力を各負荷へ供給する主電源回路と、前記主電源回路から供給された第１電圧レベルの電源電力を第２電圧レベルに変換する充電回路と、前記充電回路によって変換された前記第２電圧レベルの電力をチャージするコンデンサと、前記電源電圧の電圧が予め設定された規定値よりも低下した場合に、前記コンデンサにチャージされた前記第２電圧レベルの電力を前記第１電圧レベルに変換して前記主電源回路に供給する放電回路と、を有し、前記内燃機関の前記主電源回路における電源電圧を所定範囲に維持することを特徴とする車両用電源装置を提供するものである。

このように、本発明においては、主電源回路とは電気的に直接的には接続されていないコンデンサに電力を異なる電圧レベルでチャージしておき、必要に応じて、当該コンデンサにチャージされている電力を引き出して主電源回路に供給するようにしたので、主電源回路にチャージされていた電力が消費されている場合でも、内燃機関の負荷に対して電力を供給することを可能にするのである。

本発明の車両用電源制御装置及び電源装置は、さらに、内燃機関の停止状態を検知して前記放電回路の作動を禁止する放電禁止制御回路を有する。これにより、内燃機関の停止中のコンデンサにチャージされたエネルギの消費を防止し、その後の内燃機関の起動に備えるためである。そして、この内燃機関の停止状態の検知は、内燃機関のクランク回転信号又は前記発電機の出力電圧波形に基づいて行われる。

そして、内燃機関の始動時には前記放電回路が作動し、前記コンデンサから前記主電源回路に電力が供給されるので、内燃機関の起動を可能にしている。

ところで、本車両用電源制御装置を構成する前記充電回路は、前記コンデンサの電圧レベルが所定値を越えた場合には、前記主電源回路から前記コンデンサへの充電を遮断する充電制御回路を備える。コンデンサ電圧が耐圧規定値を越えることを防止するためである。そして、この充電回路は、前記主電源回路の電圧が所定値以上であり且つ前記コンデンサの電圧が所定値以下に低下したときに起動するのである。

本車両用電源制御装置における前記コンデンサは、内部の自己放電が極めて小さい電気二重層コンデンサである。これによって長時間車両が使用されなかった場合でも、チャージした電力を消費することがないので内燃機関の起動を可能にするのである。

本車両用電源制御装置においては、前記コンデンサにチャージされた電力をさらに長期間確保するために、光電変換装置及び当該光電変換装置が発生した電力を前記コンデンサに充電するための光電力充電回路を有する。

ところで、前記充電回路及び前記放電回路は、それぞれ、例えばスイッチングレギュレータ方式のＤＣ／ＤＣコンバータを構成する。そして、前記充電回路を構成するＤＣ／ＤＣコンバータと前記放電回路を構成するＤＣ／ＤＣコンバータは、単一のインダクタを共用し、当該インダクタの一方の端子は、前記充電回路及び前記放電回路に接続され、当該インダクタの他方の端子は前記コンデンサ側に接続されるように構成される。これによって、第１電圧レベルと第２電圧レベル間の電圧変換時の電力損失を極力低下させると共に装置の小型化を可能にするのである。

前記コンデンサにチャージする電力の電圧レベル（第２電圧レベル）は、主電源回路の出力ラインの電圧レベル（第１電圧レベル）よりも低いことを特徴とする。

本発明に係る車両用電源制御装置は、内燃機関における主電源回路から供給された第１電圧レベルの電源電力を第２電圧レベルに変換する充電回路と、前記充電回路によって変換された前記第２電圧レベルの電力をチャージするコンデンサと、前記電源電力の電圧が予め設定された規定値よりも低下した場合に、前記コンデンサにチャージされた前記第２電圧レベルの電力を前記第１電圧レベルに変換して前記主電源回路に供給する放電回路と、を有し、前記内燃機関の前記主電源回路の電圧を所定範囲に維持する。

これによって、主電源回路にチャージされていた電力が無くなっている場合でも、車両に搭載された制御装置、燃料噴射装置及び点火プラグ等の負荷に対して、少なくともエンジン起動時から運転期間中において安定した電圧を出力することを実現したのである。そして、これによって、バッテリレスの車両においても、電子制御式の燃料噴射装置を搭載することを可能にしたのである。

以下、本発明に係る内燃機関を有する車両用電源制御装置及び電源装置の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の車両用電源制御装置の回路構成の一例を示す。第１図において、図８（従来装置）と重複するモジュールには同一の符号を附す。

本実施の形態における車両用電源制御装置は、エンジンのクランクシャフトに連結された発電機１により発電される電力を負荷３へ供給する主電源回路（２及びＣ２）と、この主電源回路における電力を主電源回路における電源出力ライン１１の電圧レベル（第１電圧レベル、約１２Ｖ）と異なる電圧（第２電圧レベル）に変換する充電回路４と、この充電回路によって変換された第２電圧レベルの電力をチャージするコンデンサＣ１と、主電源回路の電圧が予め設定された規定値よりも低下した場合（例えば、１０Ｖ）に、コンデンサＣ１にチャージされた第２電圧レベルの電力を第１電圧レベルに変換して前記主電源回路に供給する放電回路５と、放電及び充電の際に共用されるインダクタＬ１と、さらに、エンジンの停止状態を検知して放電回路の作動を禁止する放電禁止制御回路６と、から構成されている。

本発明の実施の形態においては、第１電圧レベルの範囲は、一例として、ＤＣ１０乃至１３．５Ｖの範囲（代表値としてはＤＣ１２Ｖ）、第２電圧レベルは、ＤＣ２．５乃至４Ｖ（代表値としてはＤＣ３Ｖ）の範囲に設定している。

本実施の形態においては、さらに、コンデンサＣ１の電圧値を監視するコンデンサ電圧監視回路７と、太陽光線を電気エネルギに変換する太陽電池（光電変換装置）８と、太陽電池８の出力を充電に適した電圧値／電流値に変換する光電力充電回路９とを備える。

主電源回路（２及びＣ２）の電源出力ライン１１には、マイクロプロセッサ・チップ等のＩＣを含む制御回路、電磁式燃料噴射装置、点火プラグ、ランプ類等の負荷３が接続される。

以下、図１に示した本発明の実施の形態に係る車両用電源制御装置及び電源装置の動作について説明する。

車両に搭載されているエンジンが回転中の場合、エンジンのクランクシャフトに直結されている発電機１（３相交流発電機）は、エンジンから受ける回転エネルギを交流電力に変換する。発電機１から出力される３相交流電力は、定電圧整流回路２によって整流される。リップル分を多く含む整流された直流電力は、コンデンサＣ２により平滑にされてチャージされる。そして、コンデンサＣ２から上記した各負荷３に直流電力が供給されることとなる。負荷３に供給する直流電力のリップル分をより低減する場合は、定電圧整流回路２とコンデンサＣ２の間にインダクタンス（図示せず）を挿入すると良い。

図１において、充電回路４は、充電制御回路４１と、トランジスタＴ１と、ダイオードＤ２とを備える。また、放電回路５は、放電制御回路５１と、トランジスタＴ２と、ダイオードＤ１とを備える。

ところで、本願において「充電」とは、コンデンサＣ１にエネルギを蓄えることを意味し、「放電」とは、コンデンサＣ１にチャージされたエネルギを主電源回路側に放出することを意味する。

ここで、充電回路４と放電回路５は、共にＰＷＭ（パルス幅変調）スイッチングレギュレータ方式のＤＣ／ＤＣコンバータを構成し、インダクタＬ１は、充電時にも放電時にも共用されるようになっている。図示のように、インダクタＬ１は、その一方の端子が充電回路４及び放電回路５に接続され、他方の端子がコンデンサＣ１側に接続される。

本実施の形態においては、充電回路４は、本発明の実施の形態の例では、電圧を低下させる降圧回路なので、必ずしもスイッチングレギュレータ方式のＤＣ／ＤＣコンバータでなく、シリーズ・レギュレータ（電圧降下方式レギュレータ）であっても良いが、エネルギ効率の観点、そして本実施の形態においては、放電回路５と共にインダクタＬ１を共用できる点からもスイッチングレギュレータ方式の方が望ましい。

放電禁止制御回路６は、エンジンの停止状態を検知して放電回路の作動を禁止することにより、コンデンサＣ１にチャージされたエネルギを長時間に亘って保持するためのものである。このため、放電禁止制御回路には、エンジンのクランク回転信号又は発電機１の出力電圧波形を入力し、エンジンが停止していることを検知した場合は、トランジスタＴ３をオフにすることによって、電源出力ライン１１とコンデンサＣ１を、完全に切り離すようにしている。

ところで、本装置において用いるコンデンサＣ１は、低電圧大容量の、電気二重層コンデンサである。耐圧はＤＣ３乃至６Ｖ程度、キャパシタンスは数乃至数十ファラッド程度の仕様のものを使用する。

本実施の形態で使用されたトランジスタＴ１、Ｔ２、及びＴ３は、ｎチャネルＭＯＳ型ＦＥＴを用いている。これに替えて、ｐチャネルＭＯＳ型ＦＥＴ、又はバイポーラ型トランジスタを用いて構成しても良いことは言うまでもない。

上記したように、本車両用電源制御装置又は電源装置は、エンジン回転中に発電機１により発電される第１電圧レベル（約１２Ｖ）の電力を、充電回路４により第２電圧レベル（ＤＣ２．５乃至４Ｖ）に変換し、大容量のコンデンサＣ１にチャージする。そして、エンジン停止中は、コンデンサＣ１と主電源回路（２及びＣ２）の電源出力ライン１１を切り離し、コンデンサＣ１にチャージされたエネルギを長期間に亘って保持する。そして、その後のエンジンの起動時に、放電回路５を作動させることによりコンデンサＣ１にチャージされたエネルギは、第１電圧レベル（約１２Ｖ）に昇圧されて電源出力ライン１１に供給される。これにより、エンジン起動時において、制御回路や電磁式燃料噴射システム等の負荷に所定電圧の電力が供給され、正常な動作を確保することができるのである。

図１に示すコンデンサ電圧監視回路７は、コンデンサＣ１の電圧が所定値を越えた場合は、充電停止信号を充電制御回路４１に供給して、充電回路４からコンデンサＣ１へのそれ以上の充電を防止するためのものである。これによって、コンデンサＣ１の耐電圧規定値を越える充電を防止している。

図２は、本車両用電源制御装置におけるコンデンサＣ１と主電源回路の電圧（電源電圧）の変化を極めて簡易的に示すものである。

例えば、図２に示すようなパルス状の負荷電流が生じたことにより電源出力ライン１１（図１）の電圧が下降し始めた時、放電回路５（図１）が作動するので、コンデンサＣ１の電圧は下降するが、電源出力ライン１１の電圧は、コンデンサＣ１から電力供給されるので所定レベル（例えば、１２Ｖ）に維持される。

次に、発電機１（図１）から定電圧整流回路２を介して図２に示すような充電電流が供給されると、今度は充電回路４（図１）が作動することにより、発電機１から供給される電力は、コンデンサＣ１にチャージされることとなるので、コンデンサＣ１の電圧はその間上昇するものの、電源出力ライン１１の電圧はやはり所定レベルに維持されるのである。

このように、本装置においては、コンデンサＣ１が負荷へ流れる負荷電流と発電機１から供給される充電電流のバッファの役割を果たすことにより、電源電圧の電圧レベルを所定の規格範囲内に維持することを可能にしているのである。

図３は、コンデンサＣ１の充電電圧がゼロの状態で最初のエンジン起動がキックレバー等によって行われた場合における、主電源回路の電源出力ライン１１の電圧立ち上がりと、充電回路４が充電を開始してコンデンサＣ１の電圧が立ち上がる状態を示す。

エンジンが起動されると、発電機（図１における１）から、主電源回路の電源出力ライン１１に電力が供給され、電源出力ライン１１の電圧は、図３に示すように徐々に高くなる。そして、電源出力ライン１１の電圧が所定値（例えば、燃料噴射制御装置の動作可能電圧）を越えた時点で、コンデンサＣ１への充電が開始され、コンデンサＣ１の電圧は、所定値レベル（例えば、ＤＣ３Ｖ）まで充電されることとなるのである。

図４は、本車両用電源制御装置におけるコンデンサＣ１と電源出力ライン電圧の理想的なタイミングチャートを示すものである。

図５は、本車両用電源制御装置におけるコンデンサＣ１と電源出力ライン電圧の現実的なタイミングチャートを示すものである。

図４及び図５において、Ｖ_Ｂは、図１に示した電源出力ライン１１の電圧、Ｖｃは、コンデンサＣ１の電圧、Ｉ_Ｌは、負荷電流、Ｉ_Ｂは、発電機１から供給される電流、Ｉｃは、電源出力ライン１１からコンデンサＣ１への充電電流、そしてＩ_Ｄは、コンデンサＣ１から電源出力ライン１１への放電電流をそれぞれ示す。

図４に示すタイミングチャートにおいては、電源出力ライン１１の電圧Ｖ_Ｂは定電圧制御されており、コンデンサＣ１の充電電圧が０Ｖに至るまで放電し切ることがないために、電源出力ライン１１の電圧は、設定値であるＤＣ１２Ｖに常時維持されている。

このタイミングチャートに示す例では、ある時間帯（Ｔ）において発電機１から電源出力ライン１１に供給される電流量（Ｉ_ＢｘＴ）と、電源出力ライン１１から放出する負荷電流量（Ｉ_ＬｘＴ）が平衡していることから、電源出力ライン１１の電圧Ｖ_Ｂは一定に維持される。図示のように、ある時間帯（Ｔ）において当然のことながら、負荷電流Ｉ_Ｌは、ヘッドランプ等の定常負荷と燃料噴射装置や点火プラグ等の変動負荷により常時変動している。一方、発電機１から電源出力ライン１１に供給される電流Ｉ_Ｂもエンジンの回転状態等によって変動している。

ここで、負荷電流Ｉ_Ｌと供給電流Ｉ_Ｂは、同じ電流波形で推移するものではないので、もしもコンデンサＣ１が存在していなければ、例えば図９に示すように、電源出力ライン１１の電圧Ｖ_Ｂは大きく変動してしまうこととなる。ところが、本車両用電源装置においては、発電機１からの供給電流Ｉ_Ｂが負荷電流Ｉ_Ｌを上回っている時は、充電回路４（図１）が起動してコンデンサＣ１にその余剰電流をチャージ（Ｉｃ）し、発電機１からの供給電流Ｉ_Ｂが負荷電流Ｉ_Ｌを下回っている時は、放電回路５（図１）が起動してコンデンサＣ１にチャージされている電力を電源出力ライン１１にディスチャージ（Ｉ_Ｄ）するようにしているのである。

図５に示すタイミングチャートにおいては、ある時間帯（Ｔ）において発電機１から電源出力ライン１１に供給される電流量（Ｉ_ＢｘＴ）と、電源出力ライン１１から放出する負荷電流量（Ｉ_ＬｘＴ）が平衡していないために、電源出力ライン１１の電圧Ｖ_Ｂはある電圧範囲内で変動する例を示している。

上記したように、ある時間帯（Ｔ）において負荷電流Ｉ_Ｌは、ヘッドランプ等の定常負荷と燃料噴射装置や点火プラグ等の変動負荷により常時変動している。一方、発電機１から電源出力ライン１１に供給される電流Ｉ_Ｂもエンジンの回転状態等によって変動している。一方、コンデンサＣ１は、大きいながらも所定の有限のキャパシタンス値を有しており、耐電圧はＤＣ３Ｖ程度である。

従って、発電機１から電源出力ライン１１に供給される電流量（Ｉ_ＢｘＴ）と、電源出力ライン１１から放出する負荷電流量（Ｉ_ＬｘＴ）の不平衡の程度が、キャパシタンスＣ１の容量及び耐電圧を越える場合には、図５に示すように、電源出力ライン１１の電圧は、必ずしもＤＣ１２Ｖに安定化されない。但し、このタイミングチャートに示す例においても、ところが、コンデンサＣ１は、その容量および耐電圧の範囲において、発電機１からの供給電流Ｉ_Ｂが負荷電流Ｉ_Ｌを上回っている時はその余剰電流をチャージ（Ｉｃ）し、発電機１からの供給電流Ｉ_Ｂが負荷電流Ｉ_Ｌを下回っている時は、コンデンサＣ１にチャージされている電力を電源出力ライン１１にディスチャージ（Ｉ_Ｄ）するようにしているのである。

ここで、コンデンサＣ１が存在していなければ、例えば図９に示すように、電源出力ライン１１の電圧Ｖ_Ｂは大きく変動してしまうこととなるが、本車両用電源装置においては、電源出力ライン１１の電圧Ｖ_Ｂの変動幅を大きく抑制しているのである。

図６は、本車両用電源制御装置の充電回路４の動作を説明するための図である。

上述したように、充電回路４は、発電機１から定電圧整流回路２を介して供給されてコンデンサＣ２にチャージされた主電源回路の第１電圧レベル（１２Ｖ）の電力を、低電圧の第２電圧レベル（例えば４．５Ｖ）の電力に変換してコンデンサＣ１にチャージするように構成されたＰＷＭ（パルス幅変調）スイッチングレギュレータ方式のＤＣ／ＤＣコンバータである。

図６において、ＰＷＭ制御回路は、図１に示す充電制御回路４１の主要を成すものである。このＰＷＭ制御回路からトランジスタＴ１のゲートにパルス信号が与えられ、これによってトランジスタＴ１は、オンとオフを繰り返して、電源出力ライン１１の電源電圧を降圧してコンデンサＣ１に充電するのである。

図６のＰＷＭ制御回路は、所定周波数のパルス信号を発生する発信回路を備える他励式であっても、発信回路を備えない自励式であってもよい。他励式の場合ＰＷＭ信号の発信周波数は固定であるが、自励式の場合ＰＷＭ信号の発信周波数は変動することとなる。

図６において、ＰＷＭ制御回路の端子ＣからトランジスタＴ１のゲートに所定のデューティ比（１パルス周期中のオン時間比）を有するＰＷＭ信号が与えられたとする。ＰＷＭ信号がハイの時トランジスタＴ１は導通（オン）する。これによって電源出力ライン１１における第１電圧レベルの電圧は、インダクタＬ１とコンデンサＣ１に印加される。コンデンサＣ１の電圧が零であった場合、第１電圧レベルの電圧の大部分はインダクタＬ１に印加される。インダクタＬ１に電圧が印加されることにより、電源出力ライン１１からの充電電流が、トランジスタＴ１、インダクタＬ１及びダイオードＤ３を経由して、コンデンサＣ１に流れ込む。

ここで、トランジスタＴ１のゲートに入力されるＰＷＭ信号がローになると、トランジスタＴ１は、非導通（オフ）となる。ところがトランジスタＴ１がオフになっても、インダクタＬ１は、トランジスタＴ１がオフになった時点の充電電流を維持するために逆起電力を発生させる。この逆起電力の作用により、ダイオードＤ２がオンして、充電電流は、今度は、グランド（接地）側からダイオードＤ２を介して供給されることとなる。そしてこの充電電流は徐々に減衰する。このようにして、コンデンサＣ１に充電電流が流れ込むことによりコンデンサＣ１は充電される。

ＰＷＭ制御回路の端子Ａには、コンデンサＣ１の電圧が入力される。また、ＰＷＭ制御回路の端子Ｂには、基準電圧Ｖｒ１が入力される。ＰＷＭ制御回路は、コンデンサＣ１の電圧と基準電圧Ｖｒ１とを常時比較して、コンデンサＣ１の電圧が所定の設定値よりも小さい時はＰＷＭ信号のデューティ比をより大きくし、コンデンサＣ１の電圧が所定の設定値よりも大きい時はＰＷＭ信号のデューティ比をより小さくすることによって、コンデンサＣ１の電圧を第２電圧レベルに維持するのである。

図７は、本車両用電源制御装置の放電回路５の動作を説明するための図である。

上述したように、放電回路５は、コンデンサＣ１にチャージされた第２電圧レベルの電力を、第１電圧レベルの電力に変換して主電源回路に返還するように構成されたＰＷＭ（パルス幅変調）スイッチングレギュレータ方式のＤＣ／ＤＣコンバータである。

図７において、ＰＷＭ制御回路は、図１に示す放電制御回路５１の主要を成すものである。このＰＷＭ制御回路からトランジスタＴ２のゲートにパルス信号が与えられ、これによってトランジスタＴ２は、オンとオフを繰り返して、コンデンサＣ１にチャージされた第２電圧レベルの電力を電源出力ライン１１の第１電圧レベルの電圧に昇圧して電源出力ライン１１に供給（放電）するのである。

図７に示す放電禁止回路６は、エンジンが起動されたことを検出して、トランジスタＴ３を即時オンにする。ＰＷＭ制御回路は、図６に示したＰＷＭ制御回路と同様に、所定周波数のパルス信号を発生する発信回路を備える他励式であっても、発信回路を備えない自励式であってもよい。

図７において、ＰＷＭ制御回路の端子ＣからトランジスタＴ２のゲートに所定のデューティ比のＰＷＭ信号が与えられたとする。ＰＷＭ信号がハイの時トランジスタＴ２は導通（オン）する。これによってコンデンサＣ１の電圧はインダクタＬ１に印加される。インダクタＬ１に電圧が印加されると、コンデンサＣ１からの放電電流は、トランジスタＴ３、インダクタＬ１及びトランジスタＴ２を経由してＧＮＤに流れ込む。

ここで、トランジスタＴ２のゲートに入力されるＰＷＭ信号がローになると、トランジスタＴ２は、非導通（オフ）となる。ところがトランジスタＴ２がオフになっても、インダクタＬ１は、トランジスタＴ２がオフになった時点の放電電流を維持するために逆起電力を発生させる。この逆起電力の作用により、ダイオードＤ１がオンして、放電電流はダイオードＤ１を経由して電源出力ライン１１に流れ込むこととなる。

ＰＷＭ制御回路の端子Ａには、電源出力ライン１１の電圧が入力される。また、ＰＷＭ制御回路の端子Ｂには、基準電圧Ｖｒ２が入力される。ＰＷＭ制御回路は、電源出力ライン１１の電圧と基準電圧Ｖｒ２とを常時比較して、電源出力ライン１１の電圧が所定の設定値よりも小さい時はＰＷＭ信号のデューティ比をより大きくし、電源出力ライン１１の電圧が所定の設定値よりも大きい時はＰＷＭ信号のデューティ比をより小さくすることによって、電源出力ライン１１の電圧を第１電圧レベル（１２Ｖ）に維持するのである。

ところで、図１において示した光電力充電回路９は、太陽電池８が発電した電力を、コンデンサＣ１の電圧に変換して充電するものである。これにより、コンデンサＣ１が内部放電（自己放電）によって消失した電力を補うことができる。上記したようにコンデンサＣ１は電気二重層コンデンサであることから、内部放電により消失する単位時間当りの電力量は極めて少ない。

これにより、コンデンサＣ１には、常時電力が充電されている事を保証しており、車両が長時間使用されていない状態においても、本発明の車両用電源装置は、車両に搭載されている電磁式燃料噴射装置や制御回路に所定値の電圧を供給できるので、良好なエンジンの始動を可能にしているのである。

また、本発明の実施の形態においては、コンデンサＣ１にチャージするエネルギの電圧（第２電圧レベル）を、主電源回路の電圧（第１電圧レベル）よりも低い電圧に設定した例を記載したが、本車両用電源制御装置においては、第２電圧レベルを第１電圧レベルよりも高い電圧に設定するように構成しても良い。

その場合、図１に記載した充電回路４は昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータとし、放電回路５は、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ又はシリーズ型レギュレータとする。そして、第２電圧レベルを第１電圧レベルよりも多少（１乃至２Ｖ程度）高く設定することにより、放電回路５が、エンジン起動時にコンデンサＣ１にチャージされたエネルギを電圧変換することなく電源電力ライン１１に送出するように構成することも可能である。このような変形例も本発明に係る車両用電源制御装置及び電源装置の技術的範囲に属することは言うまでもない。

本発明は、内燃機関を有する二輪車を含む車両用電源制御装置及び車両用電源装置に関するものであって、産業上の利用可能性を有する。

［図１］本発明の車両用電源制御装置を含む電源装置の全体回路構成の例を示す。
［図２］本車両用電源制御装置におけるコンデンサＣ１と主電源回路の電源電圧の変化を示す。
［図３］最初のエンジン起動時における、電源出力ラインとコンデンサＣ１の電圧が立ち上がり状態を示す。
［図４］本車両用電源制御装置におけるコンデンサＣ１と電源出力ラインの理想的なタイミングチャートの例を示すものである。
［図５］本車両用電源制御装置におけるコンデンサＣ１と電源出力ラインの現実的なタイミングチャートの例を示すものである。
［図６］本車両用電源制御装置における充電回路４の動作を説明するための図である。
［図７］本車両用電源制御装置における放電回路５の動作を説明するための図である。
［図８］従来技術に係るバッテリを搭載しない二輪車等の車両用電源装置の例を示す。
［図９］図８に示した車両用電源装置に燃料噴射装置や点火プラグ等の変動負荷が接続された場合の電源電圧の変化を示す。

符号の説明

１ 発電機
２ 定電圧整流回路
３ 負荷
４ 充電回路
５ 放電回路
６ 放電禁止制御回路
７ コンデンサ電圧監視回路
８ 太陽電池
９ 光電力充電回路
１１ 電源出力ライン
Ｃ１ コンデンサ（大電力貯蔵用）

Claims (12)

1. 内燃機関における主電源回路から供給された第１電圧レベルの電源電力を第２電圧レベルに変換する充電回路と、
   前記充電回路によって変換された前記第２電圧レベルの電力をチャージするコンデンサと、
   前記電源電力の電圧が予め設定された規定値よりも低下した場合に、前記コンデンサにチャージされた前記第２電圧レベルの電力を前記第１電圧レベルに変換して前記主電源回路に供給する放電回路と、
   を有し、前記内燃機関の前記主電源回路における電源電圧を所定範囲に維持することを特徴とする車両用電源制御装置。
2. 内燃機関に連結された発電機により発電された電力を各負荷へ供給する主電源回路と、
   前記主電源回路から供給された第１電圧レベルの電源電力を第２電圧レベルに変換する充電回路と、
   前記充電回路によって変換された前記第２電圧レベルの電力をチャージするコンデンサと、
   前記電源電圧の電圧が予め設定された規定値よりも低下した場合に、前記コンデンサにチャージされた前記第２電圧レベルの電力を前記第１電圧レベルに変換して前記主電源回路に供給する放電回路と、
   を有し、前記内燃機関の前記主電源回路における電源電圧を所定範囲に維持することを特徴とする車両用電源装置。
3. 内燃機関の停止状態を検知して前記放電回路の作動を禁止する放電禁止制御回路を、有することを特徴とする請求項１項に記載の車両用電源制御装置又は請求項２に記載の車両用電源装置。
4. 前記内燃機関の停止状態の検知は、内燃機関のクランク回転信号又は前記発電機の出力電圧波形に基づいて行われることを特徴とする請求項３に記載の車両用電源制御装置又は車両用電源装置。
5. 前記内燃機関の始動時には前記放電回路が作動し、前記コンデンサから前記主電源回路に電力が供給されることを特徴とする請求項１に記載の車両用電源制御装置又は請求項２に記載の車両用電源装置。
6. 前記充電回路は、前記コンデンサの電圧レベルが所定値を越えた場合には、前記主電源回路から前記コンデンサへの充電を遮断する充電制御回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用電源制御装置又は請求項２に記載の車両用電源装置。
7. 前記充電回路は、前記主電源回路の電圧が所定値以上であり且つ前記コンデンサの電圧が所定値以下に低下したときに起動することを特徴とする請求項１に記載の車両用電源制御装置又は請求項２に記載の車両用電源装置。
8. 前記コンデンサは、電気二重層コンデンサである請求項１に記載の車両用電源制御装置又は請求項２に記載の車両用電源装置。
9. 光電変換装置及び当該光電変換装置が発生した電力を前記コンデンサに充電するための光電力充電回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電源制御装置又は請求項２に記載の車両用電源装置。
10. 前記充電回路を構成するＤＣ／ＤＣコンバータと前記放電回路を構成するＤＣ／ＤＣコンバータは、単一のインダクタを共用し、
    当該インダクタの一方の端子は、前記充電回路及び前記放電回路に接続され、当該インダクタの他方の端子は前記コンデンサ側に接続される請求項７に記載の車両用電源制御装置又は車両用電源装置。
11. 前記第２電圧レベルは、前記第１電圧レベルよりも低いことを特徴とする請求項１に記載の車両用電源制御装置又は請求項２に記載の車両用電源装置。
12. 前記第１電圧レベルは、ＤＣ１１．５乃至１４．５Ｖの範囲にあり、前記第２電圧レベルは、ＤＣ２．５乃至６Ｖの範囲にある請求項１１に記載の車両用電源制御装置又は車両用電源装置。

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