JP2705072B2 - 車両の充電装置 - Google Patents

車両の充電装置

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は交流発電機を使用した車両の充電装置に関
し、特にエンジンの広い回転域において上記交流発電機
の発電効率を上昇せしめることが可能な充填装置に関す
る。 [従来の技術] 従来、車載バッテリの定格としては12V系と24V系があ
るが、近年の車載電気機器の増大に伴いワイヤハーネス
の小形化が可能な24V系が注目されている。一方、従来
の充電装置に多用されている三相交流同期発電機の発電
効率は、第3図に示す如く、第2図特性xにて設計され
た発電機ではアイドリング領域のエンジン回転数例えば
1500〜1800rpmではその出力電圧を12V系の13.5Vに設定
した方が効率が良いが、2000rpm以上の常用領域では上
記出力電圧を24V系の27Vに設定した方が効率が良い。 [発明が解決しようとする問題点] ところで、交流発電機を24V系で設計し、エンジンの
アイドル領域(図中A領域)でも十分な出力を得ようと
すると、上記交流発電機はステータコイルの巻数を増や
す必要があり、同一体格ではステータコイルの内部抵抗
が増大して、第2図線yで示す如く、高回転域での出力
電流が抑制される。なお、図中、線xは12V系の交流発
電機の出力特性であり、線zはこれを24V系で使用した
場合の出力特性を示す。 本発明は、車載電気機器の内には、ラジエータ冷却フ
ァンの如くその使用頻度がエンジン低回転域に集中して
いるものがあることに注目して、上記問題点を解決する
もので、エンジンの低回転域より高回転域に至る広い回
転域で体格の小さい交流発電機により高効率かつ高出力
を得ることができる車両の充電装置を提供することを目
的とする。 [問題点を解決するための手段] 本発明の構成を第1図で説明すると、充電装置は、車
両エンジンEに連動する交流発電機1と、交流発電機1
の発電出力を整流しこれを二つの出力端子21、22より出
力する整流器2と、エンジン回転数を検出する手段3
と、上記交流発電機1のロータコイル11の電流をON−OF
F制御して、エンジン回転が所定回転数以下の低回転域
で上記交流発電機1の出力電圧を第1の調整電圧に維持
するとともに、エンジン回転が上記所定回転数以上の高
回転域では上記出力電圧を上記第1の調整電圧よりも高
い第2の調整電圧に維持する第1のスイッチ手段4と、
上記整流器2の一方の出力端子21とアース間に直列に接
続された高電圧側バッテリ51および低電圧側バッテリ52
と、上記各バッテリ51、52の接続点と上記整流器2の他
方の出力端子22を接続する充電線61と、該充電線61中に
設けられ、上記エンジン低回転域において閉作動すると
ともに、上記エンジン高回転域において開作動する第2
のスイッチ手段7とを具備している。 [作用] エンジン低回転域(例えば2000rpm以下)では交流発
電機1の出力電圧はより低い第1の調整電圧(例えば1
3.5V)に維持され、この状態では上記第2のスイッチ手
段7が閉鎖されていることにより、上記出力電圧は整流
器2の他方の出力端子22より充電線61を経て低電圧側バ
ッテリ(例えば定格12V)52に印加される。 かくして、エンジン低回転域で作動する電気機器(定
格12V)92に駆動電力が供給されるともに、低電圧側バ
ッテリ52の充電がなされる。 エンジン高回転域(2000rpm以上)では交流発電機1
の出力電圧はより高い第2の調整電圧(例えば27V)に
維持され、この状態では上記スイッチ手段7が開放され
ていることにより、上記出力電圧は整流器2の一方の出
力端子21より高電圧側バッテリ(例えば定格24V)51に
印加される。 かくして、通常走行時に使用する常用電気機器(定格
24V)91に駆動電力が供給されるとともに、高電圧側バ
ッテリ51の充電がなされる。 [効果] 上記構成の充電装置によれば、交流発電機の出力特性
は第2図の太実線で示すものとなり、交流発電機を大形
化することなくエンジンの広い回転域において大きな出
力電流及び電力が得られるとともにその出力効率も向上
せしめることができる。 [実施例] 第1図において、交流発電機1はエンジンEに連結さ
れて回転するロータコイル11、ロータコイル11の磁界に
より発電するステータコイル12、および発電出力を整流
する全波整流器2より構成されており、全波整流器2は
二つの出力端子21、22を有している。 高電圧側と低電圧側の各バッテリ51、52が設けられ、
これらはそれぞれ12V定格で、互いに直列に接続される
とともに、高電圧側バッテリ51の24V端子は充電線62に
より上記出力端子21に接続され、低電圧側バッテリ52の
12V端子は充電線61により上記出力端子22に接続されて
いる。 上記充電線61中には、電流センシング機能を有しかつ
並行にダイオード部71を有するMOS電界効果トランジス
タ(例えば、モトローラ社製 商品名 SENSE FET)の
スイッチング素子7が設けてある。 上記低電圧側バッテリ52にはエンジンアイドル時に作
動することが多いラジエータ冷却ファン等の12V定格電
気機器92が接続され、一方、高電圧側バッテリ51には通
常運転時の24V定格常用電気機器91が接続されている。 上記充電線61、62間には昇圧手段としてのDC/DCコン
バータ81が設けられ、充電線61の電圧を昇圧して高電圧
側バッテリ51を充電する。 交流発電機1のロータコイル11の一端は上記出力端子
22に接続され、他端は上記スイッチ素子7と同一構造の
スイッチ素子4を介してアースされている。 図中、82はエンジンアイドリング時の回転数を上昇せ
しめるアイドルアップ回路である。 制御回路3はマイクロコンピュータを有しており、ス
テータコイル12の一相出力を入力線31により入力してエ
ンジン回転数を検出する。上記制御回路3は出力線32、
33によりスイッチ素子4、7をそれぞれ作動せしめ、入
力線34、35により各スイッチ素子4、7の導通時電流を
検出する。さらに上記制御回路3は入力線36、37により
上記各バッテリ51、52の電圧をフィードバックし、出力
線38、39によりそれぞれ上記コンバータ81とアイドルア
ップ装置82の作動を制御する。 以下、上記制御回路の作動を中心にして本充電装置の
作動を説明する。 図略のキースイッチを投入すると、制御回路3はスイ
ッチ素子4をON作動せしめる。これにより、低電圧側バ
ッテリ52よりスイッチ素子7のダイオード部71を経てロ
ータコイル11へ励磁電流が供給される。 エンジンEが起動し、ロータコイル11が回転するとス
テータコイル12が発電を開始する。エンジン回転が所定
回転(例えば2000rpm)に達しない低回転のアイドル域
(第1図のA領域)にある場合には、上記スイッチ素子
7を導通せしめるとともに、低電圧側バッテリ52のフィ
ードバック電圧が第1の調整電圧たる13.5Vを維持する
ようにスイッチ素子4をON−OFF作動せしめる。しかし
て、交流発電機1の出力は出力端子22よりスイッチ素子
7を経て低電圧側バッテリ52およびラジエータ冷却ファ
ン等の12V定格電気機器92に供給される。 この状態で、上記低電圧側バッテリ52の負荷が増大
し、ロータコイル11を100%導通せしめても13.5Vを維持
できない場合には、アイドルアップ装置82によりエンジ
ン回転数を上昇せしめる。 さらにこの状態で、24V定格の常用電気機器91の使用
により高電圧側バッテリ51のフィードバック電圧が低下
気味となった場合には、DC/DCコンバータ81を作動せし
めて充電線61中の出力の一部を昇圧し、上記バッテリ51
を充電する。 エンジン回転が上昇し上記所定回転を越えると、上記
スイッチ素子7をOFF作動せしめるとともに、高電圧側
バッテリ51のフィードバック電圧が第2の調整電圧たる
27Vを維持するように上記スイッチ素子4をON−OFF作動
せしめる。しかして、交流発電機1の出力は充電線62を
経て高電圧側バッテリ51および常用電気機器91に供給さ
れる。 この状態で、12V定格電気機器92の使用により低電圧
側バッテリ52のフィードバック電圧が低下気味となった
場合には、上記スイッチ素子7を所定デューティでON作
動せしめて上記バッテリ52の充電を行う。この時のスイ
ッチ素子7の通電電流は制御回路3でモニタされ、電流
過大となった場合は焼損防止のために上記スイッチ素子
7を限流作動せしめる。 かくして、本実施例によれば、2000rpm以下のエンジ
ン低回転域では交流発電機を12V系で作動せしめるとと
もに、エンジン高回転域では12V系で設計した上記交流
発電機を24V系で作動せしめるようになしたから、その
出力特性は第2図の太実線で示す如きものとなり、エン
ジンの広い回転域において大きな出力を得ることが可能
である。また、第3図に示す如く、発電効率も向上せし
めることができる。 なお、上記エンジン高回転域においては、ロータコイ
ル11は27Vで励磁される。したがって、スイッチ素子4
の通電電流をモニタし、これが過大となった場合は上記
ロータコイル11が焼損しないように上記スイッチ素子4
を限流作動せしめる。この場合、ロータコイル11の回転
数が高くこれが十分に冷却される場合には、上記ロータ
コイル11には13.5V励磁に比して大きな電流を流すこと
ができ、これにより、第2図太破線で示す如く、さらに
大きな出力を得ることが可能である。 上記エンジンEの低回転域において、高電圧側バッテ
リ51が放電気味となった場合には、アイドルアップ回路
82にてエンジン回転数を2000rpm以上に上昇せしめて交
流発電機1を24V系で作動せしめるようになせば、上記D
C/DCコンバータ81は特には必要としない。 エンジン低回転域において、低電圧側バッテリ52の充
電状態が良好に維持されている場合には、スイッチ素子
7を周期的にOFFせしめて交流発電機のエンジンEに対
する負荷状態を軽くすることにより、エンジン回転の脈
動を小さくすることが可能である。特に本発明では上記
スイッチ素子7が充電線に設けてあることにより応答性
良く負荷状態を変更することができる。 その一例を第4図のフローチャートで説明する。オル
タネータ回転数NALTを検出し(ステップ101)、これが
アイドリング回転数N0以下(ステップ102)である場合
にはステップ105以下へ進む。 ステップ105〜109では、カウンタTを所定値βづつ減
算し、カウンタTがT≦0になるまでスイッチ素子7を
OFFとする。これにより、カウンタ初期値T0とβの比で
決定されるデューティでスイッチ素子7が周期的にOFF
動作する。 パワーステアリング等使用によりエンジン負荷が増大
して、上記オルタネータ回転数NALTが下限アイドリング
回転数N1以下(ステップ103)となった場合には、ステ
ップ110以下へ進む。 ステップ110では、カウンタTを所定値αづつ減算
し、カウンタTがT≦0になるまでスイッチ素子7をOF
Fとする。しかして、上記初期値T0とαの比で決定され
るデューティでスイッチ素子7が周期的にOFF作動す
る。 ここで、β>α(例えばβ=10α)となし、下限アイ
ドリング回転数以下ではスイッチ素子のOFFデューティ
を長くして、さらにエンジン負担を軽減する。 バッテリ充電状態は、上記実施例の如くフィードバッ
ク電圧で検出する以外に、バッテリ比重を検出すること
によってより正確に検出できる。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例を示す充電装置の回路図、第
2図はその出力特性図、第3図は発電効率の電圧依存特
性図、第4図はエンジン負荷制御の一例を示すフローチ
ャートである。 1……交流発電機 11……ロータコイル 2……整流器 21、22……出力端子 3……制御回路 31……入力線(エンジン回転数検出手段) 36、37……入力線(充電状態検出手段) 4……スイッチ素子(第1のスイッチ手段) 51……高電圧側バッテリ 52……低電圧側バッテリ 61……充電線 7……スイッチ素子(第2のスイッチ手段) 81……DC/DCコンバータ(昇圧手段) 82……アイドルアップ回路(エンジン回転上昇手段) 91……24V定格電気機器 92……12V定格電気機器

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.車両エンジンに連動する交流発電機と、交流発電機
    の発電出力を整流しこれを二つの出力端子より出力する
    整流器と、エンジン回転数を検出する手段と、上記交流
    発電機のロータコイルの電流をON−OFF制御して、エン
    ジン回転が所定回転数以下の低回転域で上記交流発電機
    の出力電圧を第1の調整電圧に維持するとともに、エン
    ジン回転が上記所定回転数以上の高回転域では上記出力
    電圧を上記第1の調整電圧よりも高い第2の調整電圧に
    維持する第1のスイッチ手段と、上記整流器の一方の出
    力端子とアース間に直列に接続された高電圧側バッテリ
    および低電圧側バッテリと、上記各バッテリの接続点と
    上記整流器の他方の出力端子を接続する充電線と、該充
    電線中に設けられ、上記エンジン低回転域において閉作
    動するとともに、上記エンジン高回転域において開作動
    する第2のスイッチ手段とを具備する車両の充電装置。 2.車両の充電装置は上記低電圧側バッテリの充電状態
    を検出する手段を含み、上記第2のスイッチ手段は、上
    記エンジン高回転域において低電圧側バッテリが放電気
    味となった時にこれを解消すべく周期的にスイッチを閉
    作動せしめる手段を含む特許請求の範囲第1項記載の車
    両の充電装置。 3.車両の充電装置は上記高電圧側バッテリの充電状態
    を検出する手段と、高電圧側バッテリが放電気味となっ
    た時にこれを解消すべくエンジン回転を上記高回転域に
    上昇せしめる手段とを含む特許請求の範囲第1項記載の
    車両の充電装置。 4.高電圧側バッテリの充電状態を検出する手段と、エ
    ンジン低回転域において上記高電圧側バッテリが放電気
    味となった時に作動し、上記充電線の電圧を昇圧して上
    記高電圧側バッテリに印加する手段とを設けた特許請求
    の範囲第1項記載の車両の充電装置。 5.上記第2のスイッチ手段は、上記エンジン低回転域
    においてエンジンの回転脈動を解消すべく周期的に開作
    動する特許請求の範囲第1項記載の車両の充電装置。 6.上記ロータコイルの電源端子を上記整流器の他方の
    出力端子に接続した特許請求の範囲第1項記載の車両の
    充電装置。
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