JP2913784B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

車両用電源装置

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    • Y02T10/80Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles

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  • Control Of Charge By Means Of Generators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、三相交流発電機の発電電圧を全波整流して
スタータを含む負荷を駆動する車両用電源装置に関す
る。
[従来の技術] 従来の車両用電源装置では、一般に単一の三相交流発
電機の発電電圧を三相全波整流器により整流して単一の
バッテリを充電し、このバッテリでスタータなどの始動
負荷系とその他の非始動負荷系とを並列駆動している。
また、特開昭60−102825号公報は、直列接続された二
個のバッテリを三相全波整流器の両端に接続し、更に二
個のバッテリの接続節点と三相全波整流器の中性点とを
3相シリコン制御整流器ブリッジにより接続する二電圧
出力型の車両用電源装置を開示している。
[発明が解決しようとする課題] 近年、自動車の電気負荷は自動車電話の設置などによ
り益々増加しつつあり、上記した一対の三相交流発電機
及びバッテリをもつ型式(以下、単バッテリ型式とい
う)の発電装置では機関停止中における大電力消費によ
ってバッテリが消耗し、機関始動時に悪影響を及ぼす可
能性がある。
もちろん、一対の三相交流発電機及びバッテリをもつ
機関始動用の車両用電源装置と、他の一対の三相交流発
電機及びバッテリをもつ非始動負荷用の車両用電源装置
とを設ければこのような不具合を解消することができる
が、車両用電源装置が複雑大型化する欠点がある。
その他、上述した二電圧出力型の車両用電源装置の片
方を始動負荷系に接続する場合において始動負荷系列と
同一電圧の負荷は全て始動負荷系列側に接続する必要が
あり、始動負荷用バッテリの負担軽減はあまり期待でき
ない。また、この車両用電源装置の三相交流発電機は直
列接続された2個のバッテリを充電するために高電圧設
計せねばならない面倒がある。
本発明は上記問題に鑑みなされたものであり、簡単な
構成で機関始動性能を向上させ得る2バッテリ型式の車
両用電源装置を提供することをその解決すべき課題とし
ている。
[課題を解決するための手段] 請求項1記載の発明では、車両用の三相交流発電機
と、前記三相交流発電機の発電電圧をそれぞれ三相全波
整流する第一出力部及び第二出力部を有する複数出力型
の整流手段と、前記第一出力部から給電されて非始動負
荷系に並列に接続される非始動負荷用バッテリと、前記
第二出力部から給電されて始動負荷系に並列に接続され
る始動負荷用バッテリと、前記非始動負荷用バッテリの
端子電圧値に応じて前記発電機の励磁電流を制御して前
記非始動負荷用バッテリの電圧を所定値に調節する発電
電圧制御手段と、前記始動用負荷バッテリの端子電圧に
応じて前記整流手段の第二出力部からの給電を制御して
始動負荷用バッテリの端子電圧を所定値に調節する電圧
制御手段とを備え、前記始動負荷用バッテリ及び前記非
始動負荷用バッテリは、陽極側が分離されると共に負極
側が共通電位とされることを特徴としている。
請求項2記載の発明では、前記第二出力部は、制御端
子付半導体スイッチを含み、前記電圧制御手段は、前記
始動用バッテリの端子電圧が所定値以下になったときに
前記始動用バッテリ給電のための制御信号を前記制御端
子付半導体スイッチに出力することを特徴としている。
請求項3記載の本願発明では、前記第一出力部は、カ
ソード共通の高位側ダイオードブリッジを有し、前記第
二出力部は、前記制御端子付半導体スイッチとしてのシ
リコン制御整流器により構成されるカソード共通のシリ
コン制御整流器ブリッジを有することを特徴としてい
る。
なお本明細書において、ブリッジは、各アノード又は
各カソードの一方が共通接続されて高位側あるいは低位
側の出力端となり、上記各アノード又は各カソードの残
る他方が個別に三相交流発電機の各出力端に個別接続さ
れる3個の整流素子からなる。
一方制御端子付半導体スイッチは、一端を共通接続さ
れて出力端となり、残る他方が個別に三相交流発電機の
各出力端に接続される3個の制御端子付半導体スイッチ
素子(例えばシリコン制御整流器)からなる。
[作用] 請求項1の発明によると、整流手段の第一出力部は、
非始動負荷及び非始動負荷用バッテリに給電し、整流手
段の第二出力部は、始動負荷及び始動負荷用バッテリに
給電する。
発電電圧制御手段は非始動負荷用バッテリの端子電圧
値に応じて三相交流発電機の励磁電流を制御して非始動
負荷用バッテリの端子電圧を一定化し、電圧制御手段は
始動負荷用バッテリの端子電圧に応じて第二出力部から
の給電を制御して始動負荷用バッテリの端子電圧を一定
化する。
請求項2の発明によると、整流手段の第二出力部は制
御端子付半導体スイッチを含み、始動負荷及び始動負荷
用バッテリに給電する。
電圧制御手段は始動負荷用バッテリの端子電圧が所定
値以下になったときに始動用バッテリに給電する制御信
号を制御端子付半導体スイッチに与え、始動負荷用バッ
テリの端子電圧を一定化する。
請求項3の発明によると、整流手段の第一出力部に備
えられたカソード共通の高位側ダイオードブリッジか
ら、非始動負荷及び非始動負荷用バッテリに給電され、
整流手段の第二出力部に備えられたカソード共通のシリ
コン制御整流器ブリッジを構成する制御端子付半導体ス
イッチとしてのシリコン制御整流器から、始動負荷及び
始動負荷用バッテリに給電される。
したがって、電圧制御手段から与えられる制御信号
は、シリコン制御整流器に与えられ、始動用バッテリへ
の給電の断続と整流とを行ない、始動負荷用バッテリの
端子電圧が一定化される。
[実施例] この実施例の車両用電源装置は、第1図に示すよう
に、車両エンジンにより駆動される三相交流発電機1
と、高位側ダイオードブリッジ2と、低位側ダイオード
ブリッジ3と、シリコン制御整流器(SCR)ブリッジ4
と、電圧調整器(発電電圧制御手段)6と、ゲートトリ
ガ回路(シリコン制御整流器開閉手段)11と、バッテリ
(非始動負荷用バッテリ)7と、バッテリ(始動負荷用
バッテリ)9とを有している。高位側ダイオードブリッ
ジ2と低位側ダイオードブリッジ3とSCRブリッジ4と
は、本発明でいう整流手段を構成しており、三相交流発
電機(オルタネータ)1に内蔵されて配線ロスを軽減し
ている。
三相交流発電機1のステータコイル1bの各出力端は、
高位側ダイオードブリッジ2(以下単にブリッジ2とい
う)及びSCRブリッジ4(以下単にブリッジ4という)
の各アノードと、低位側ダイオードブリッジ3(以下単
にブリッジ3という)の各カソードとに、個別接続され
ている。ブリッジ2の共通カソードは給電線LH1に接続
され、ブリッジ4の共通カソードは給電線LH2に接続さ
れ、ブリッジ3の共通アノードはアース線LLに接続され
ている。給電線LH1とアース線LLとの間には機関始動に
無関係な負荷、たとえばヘッドランプ等のすなわち非始
動負荷8及びバッテリ7が並列接続されており、給電線
LH2とアース線LLとの間にはスタータや点火装置など機
関始動に関係する負荷すなわち始動負荷10及びバッテリ
9が並列接続されている。
また、給電線LH2とアース線LLとの間には三相交流発
電機1の励磁巻線5と電圧調整器6とが直列接続されて
おり、励磁巻線5の両端には保護ダイオード12が並列接
続されている。
電圧調整器6の構成及び作動については広く知られて
いるのでその詳述は省く。電圧調整器6は、その基本的
構成において、バッテリ7の端子電位を一定の参照電位
と比較して端子電位<参照電位となる場合に高電圧を出
力する比較器6bと、比較器6bにより開閉されて励磁巻線
5の通電電流を断続するエミッタ接地トランジスタ6aと
で構成することができる。この電圧調整器6は、バッテ
リ7の端子電位を制御パラメータとして励磁巻線5の通
電電流をフィードバック制御し、バッテリ7の端子電位
を一定化している。
次に、ゲートトリガ回路11を第2図に基づいて説明す
る。
ゲートトリガ回路11は、バッテリ9の端子電位V9を一
定の参照電位Vrefと比較してV9<Vrefとなる場合に出力
電圧Vcが所定のハイレベル値になりV9≧Vrefとなる場合
に出力電圧Vcが所定のローレベル値になる比較器20と、
比較器20の出力電圧Vcを昇圧してゲートトリガ電圧Vgと
してSCRブリッジ4のゲートに印加する昇圧回路21とを
有している。昇圧回路21は例えばDC−DCコンバータで構
成されており、入力される出力電圧Vcのハイレベル値よ
り所定電圧だけ高い電圧をゲートトリガ電圧Vgとして出
力する。なお、SCRブリッジ4の各ゲート間の電気的分
離及び電流制限のために、各ゲートと昇圧回路21との間
にはそれぞれ、直列接続された抵抗22〜24及びダイオー
ド25〜27が設けられている。したがって、このゲートト
リガ回路11はバッテリ9の端子電位V9がV9<Vrefとなる
場合にゲートトリガ電圧Vgをハイレベルとして各SCRを
ターンオンし、V9≧Vrefとなる場合にゲートトリガ電圧
Vgをローレベルとして各SCRをターンオフし、結局、バ
ッテリ9の端子電位を制御パラメータとしてSCRブリッ
ジ4をフィードバック制御し、バッテリ9の端子電位を
一定化している。なお、上記した各参照電圧は図示しな
い定電圧回路(定格出力12V)により供給される。
この車両用電源装置の動作を以下に説明する。
図示しないエンジンを始動すれば三相交流発電機1は
発電を開始し、ブリッジ2は給電線LH1に非始動負荷8
及びバッテリ7に三相全波整流電圧を印加する。
非始動負荷負荷8の断続やバッテリ7の放電によりバ
ッテリ7の端子電位が変動しても、上述した電圧調整器
6のフィードバック制御によりバッテリ7の端子電位が
一定化される。
一方、始動負荷10の断続やバッテリ9の放電によりバ
ッテリ9の端子電位が変動すると、上述したゲートリガ
回路11のフィードバック制御によりバッテリ9の端子電
位が一定化される。
[発明の効果] 請求項1の発明の車両用電源装置は、非始動負荷系及
び非始動負荷用バッテリに給電する第一出力部と始動負
荷系及び始動負荷用バッテリに給電する第二出力部を有
する複数出力型の整流手段と、非始動負荷用バッテリの
端子電位を一定化する発電電圧制御手段と、始動負荷用
バッテリの端子電位一定化する電圧制御手段とを有して
いるので、下記の効果を奏することができる。
単一の通常電圧発電型の三相交流発電機により、始動
用及び非始動用の2個のバッテリを並列給電することが
できる。
しかも、始動用バッテリは非始動用負荷系の断続など
による三相交流発電機の出力端子の電位変動の影響を排
除することができ、その結果、始動用バッテリは上記電
位変動によって過充電又は過放電となることがなく、常
時安定した機関始動が可能となり、また、始動用バッテ
リの耐久性が格段に改善される。
例えば大きな非始動負荷がオンしたり非始動用バッテ
リの充電量が低下したりすると、上記フィードバック制
御により三相交流発電機は大電流を発電し、三相交流発
電機の出力端子から非始動用バッテリに至る配線抵抗の
電圧降下などにより三相交流発電機の出力端子電圧が上
昇する。本発明では、始動用バッテリの端子電位に基づ
いて始動用バッテリの端子電圧を制御する。したがっ
て、三相交流発電機の出力端子の電位変動の影響が始動
用バッテリに及ぶのを防止することができる。
更に、請求項1の発明では、本願発明の複数出力型整
流手段の各出力部が始動負荷用バッテリと非始動負荷用
バッテリとに別々に給電する構成を採用するので、従来
のように複数出力型整流手段の一方の出力部が始動負荷
用バッテリおよび非始動負荷用バッテリの直列接続体に
給電し、他方の出力部が始動負荷用バッテリにのみ給電
する場合に比較して、互いに充電状態が異なる両バッテ
リの直列接続体が非始動負荷用バッテリに放電したり、
一方の出力部が互いに充電状態が異なる両バッテリの直
列接続体を充電するといった場合に派生する問題を回避
することができる。
請求項2の発明においては、複数出力型の整流手段の
第二出力部は制御端子付き半導体スイッチを含み、始動
負荷用バッテリの端子電圧が所定値以下になったときに
始動負荷用バッテリに給電する制御信号を制御端子付半
導体スイッチに与えることにより、始動負荷用バッテリ
の端子電圧を一定化することができる。
請求項3の発明においては、複数出力型の整流手段の
第二出力部にカソード共通のシリコン制御整流器ブリッ
ジを構成する制御端子付半導体スイッチとしてのシリコ
ン制御整流器を備え、始動負荷用バッテリの端子電圧が
所定値以下になったときに始動負荷用バッテリに給電す
る制御信号をシリコン制御整流器に与えることにより、
始動負荷用バッテリの端子電圧を一定化することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の車両用電源装置の一実施例を示す回路
図、第2図はゲートトリガ回路11の一実施例を示す回路
図である。 1……三相交流発電機 2……高位側ダイオードブリッジ 3……低位側ダイオードブリッジ 4……シリコン制御整流器ブリッジ 6……電圧調整器(発電電圧制御手段) 7……バッテリ(非始動負荷用バッテリ) 9……バッテリ(始動負荷用バッテリ) 11……ゲートトリガ回路(シリコン制御整流器開閉手
段)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02J 7/16

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】車両用の三相交流発電機と、 前記三相交流発電機の発電電圧をそれぞれ三相全波整流
    する第一出力部及び第二出力部を有する複数出力型の整
    流手段と、 前記第一出力部から給電されて非始動負荷系に並列に接
    続される非始動負荷用バッテリと、 前記第二出力部から給電されて始動負荷系に並列に接続
    される始動負荷用バッテリと、 前記非始動負荷用バッテリの端子電圧値に応じて前記発
    電機の励磁電流を制御して前記非始動負荷用バッテリの
    電圧を所定値に調節する発電電圧制御手段と、 前記始動用負荷バッテリの端子電圧に応じて前記整流手
    段の第二出力部からの給電を制御して始動用負荷バッテ
    リの端子電圧を所定値に調節する電圧制御手段と、 を備え、 前記始動負荷用バッテリ及び前記非始動負荷用バッテリ
    は、陽極側が分離されると共に負極側が共通電位とされ
    ることを特徴とする車両用電源装置。
  2. 【請求項2】前記第二出力部は、制御端子付半導体スイ
    ッチを含み、前記電圧制御手段は、前記始動用バッテリ
    の端子電圧が所定値以下になったときに前記始動用バッ
    テリ給電のための制御信号を前記制御端子付半導体スイ
    ッチに出力することを特徴とする請求項1記載の車両用
    電源装置。
  3. 【請求項3】前記第一出力部は、カソード共通の高位側
    ダイオードブリッジを有し、前記第二出力部は、前記制
    御端子付半導体スイッチとしてのシリコン制御整流器に
    より構成されるカソード共通のシリコン制御整流器ブリ
    ッジを有することを特徴とする請求項2記載の車両用電
    源装置。
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