JP2002174133A - エンジン始動システム - Google Patents

エンジン始動システム

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JP2002174133A JP2000371994A JP2000371994A JP2002174133A JP 2002174133 A JP2002174133 A JP 2002174133A JP 2000371994 A JP2000371994 A JP 2000371994A JP 2000371994 A JP2000371994 A JP 2000371994A JP 2002174133 A JP2002174133 A JP 2002174133A
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  • Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 バッテリー容量が不足しているときにアイド
リングストップ状態に移行してクランキング不能に陥る
ことを防止する。 【解決手段】 バッテリーの端子電圧を検出してそのバ
ッテリーがエンジン停止後にクランキング可能か否かを
判断し、クランキング不能である場合にはその警告を行
う。クランキングの可否は、予め任意の電流で放電させ
たときの放電電圧に基づき電流・電圧の直線的関係を種
々の充電状態について把握しておき、クランキング直前
の電流及び電圧に基づいて電流・電圧の直線的関係群の
いずれかを特定することによりクランキング時の放電電
圧を推定して判断する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バッテリーにより
エンジンの始動用モータを駆動するようにしたエンジン
始動システムに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
不要な排気ガスの放出を抑制するため、車両の短時間の
駐停車でもエンジンをアイドリング状態にすることなく
停止すること（アイドリングストップ）が推奨されてい
る。このようなアイドリングストップを行う際に、例え
ば信号待ち等の停車時に不用意にアイドリングストップ
を行った場合、万一バッテリーが充電不足にあるときに
はエンジンを再始動できないため、車両を再発進させ得
なくなり、交通渋滞を招く等の問題を生ずる。
【０００３】そこで、例えば特開昭５８−２３２５０
号、特開昭５８−１４０４４５号および特開平１０−４
７１０５号の各公報に記載の発明のように、バッテリ電
圧を監視し、それが低いときにはエンジンの自動停止始
動制御を解除する技術が開発されている。
【０００４】しかしながら、上記構成では、単にバッテ
リ電圧を基準にしてエンジンの始動が可能か否かを判断
するに過ぎず、実際のエンジン始動時のバッテリ放電電
圧を推定するものではないから、的確な状況でエンジン
の自動停止を禁止することができないという問題があ
る。
【０００５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、バッテリーの容量不足によってエンジンの始動がで
きないような場合を検出して適切に対処できるエンジン
始動システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明は、エンジンを始動するためのモー
タを備え、所定の条件が成立したときに前記エンジンを
自動停止するエンジン自動停止制御手段を設けたエンジ
ン始動システムにおいて、前記エンジンが停止前に前記
モータを駆動するバッテリーの端子電圧を検出する端子
電圧検出手段と、前記端子電圧に基づいて高率放電時の
放電電圧を推定する放電電圧推定手段と、この放電電圧
推定手段の推定結果に基づいてエンジン停止後にエンジ
ン始動可能か否かを判断する判断手段と、この判断手段
の判断結果に基づいて前記エンジンの自動停止を禁止す
るエンジン自動停止制御手段とを備えるところに特徴を
有する。
【０００７】また、請求項２の発明は、エンジンを始動
するためのモータを備え、所定の条件が成立したときに
前記エンジンを自動停止するエンジン自動停止制御手段
を設けたエンジン始動システムにおいて、前記エンジン
が自動停止された場合に前記モータを駆動するバッテリ
ーの端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、前記端子
電圧に基づいて高率放電時の放電電圧を推定する放電電
圧推定手段と、この放電電圧推定手段の推定結果に基づ
いてエンジン始動可能か否かを判断する判断手段と、こ
の判断手段の判断結果に基づいて前記エンジンの始動が
不能となる前に前記エンジンを始動させるエンジン始動
制御手段とを備えるところに特徴を有する。
【０００８】さらに、請求項３の発明は、請求項１また
は２の発明において、バッテリーについて予め任意の電
流で放電させたときの放電電圧に基づき電流・電圧の直
線的関係を種々の充電状態について把握しておき、放電
途中で高率放電に変化させるときに、高率放電直前の電
流及び電圧から前記電流・電圧の直線的関係群のいずれ
かを特定することにより高率放電時の放電電圧を推定
し、その推定電圧が前記モータによるエンジン始動可能
電圧より低い場合にエンジン始動不能であると判断する
ところに特徴を有する。
【０００９】
【発明の作用及び効果】請求項１の発明によれば、エン
ジンの停止前にバッテリーの端子電圧が検出され、その
電圧に基づき放電電圧推定手段が高率放電時の放電電圧
を推定する。この結果、その放電電圧がエンジン停止後
にエンジン始動が不能と判断されるような場合には、エ
ンジンの自動停止が禁止されるから、不用意にアイドリ
ングストップに移行してエンジン始動が不能になること
が未然に防止できる。
【００１０】請求項２の発明によれば、バッテリーの残
存容量が十分にある場合には、エンジンが自動停止され
てアイドリングストップ状態になるから、信号待ちや駐
車時の短時間の駐停車でも無駄な排気ガスの排出が抑制
される。そして、エンジンが自動停止された後でもバッ
テリーの端子電圧が検出され、その電圧に基づき放電電
圧推定手段によって高率放電時の放電電圧が推定され、
それがエンジン始動不能な領域に近づくと、不能になる
前にエンジンが自動的に始動される。
【００１１】さらに、請求項３の発明の原理は次の通り
である。対象とする二次電池について、ある電流で一定
時間放電して（これを便宜上「低率放電」と呼ぶ）放電
終期の電圧を測定する。その後、クランキングによる放
電を想定した所定の大電流による放電（「高率放電」と
呼ぶ）を行わせて所定時間後、例えば放電１秒後の放電
電圧を測定する。この測定結果を、例えば横軸を電流と
し、縦軸を電圧としたグラフにプロットすると、低率放
電と高率放電との２つの点から１本の直線が得られる。
その直線の傾きは、この電池の内部抵抗を表している。
このような測定を高率放電の電流を一定にして次々と行
うと、様々な充電状態における電流・電圧の多数の直線
的関係が得られる。そして、同じ劣化状態の電池で、同
じ温度という条件下では、高率放電時の放電電圧が同等
であったものは、その電圧とその前に各電池が様々な低
率放電の電流で示した放電電圧とを結ぶ直線が重なるこ
とが発見された。ここで、高率放電を行うまでに様々な
電流値で行った低率放電によって放電された容量は各電
流値によってまちまちであった。
【００１２】このことは、高率放電の放電電圧がある値
を示すときの活物質近傍の電解液濃度に達するまでに取
り出せる容量が、低率放電の電流によって相違すること
を表している。従って、低率放電によって活物質近傍の
電解質濃度がある値ＣＡになった電池と、ある容量だけ
放電して充分に安定するまで放置したときに活物質近傍
の電解液濃度がその値ＣＡになったものとは、同一直線
上に位置するものと考えられる。
【００１３】そうすると、様々な充電状態における電流
・電圧の多数の直線的関係を予め把握しておけば、低率
放電時の電流・電圧が判れば、その電池が上記直線的関
係のうちのいずれに当てはまるかが決定可能であるか
ら、その直線的関係に従ってクランキング時（高率放電
時）の放電電圧を推定することができ、アイドリングス
トップ車においてアイドリングストップに移行して良い
か否かの判断を正確に行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明をアイドリングストップ車
のエンジン始動装置に適用した一実施形態について図面
を参照して説明する。 ＜電流・電圧の直線的関係の把握＞本実施形態では、電
圧２Ｖ、５時間率で定格容量２０Ａｈの密閉式鉛蓄電池
を対象として説明する。まず、例えば２５℃において、
ある電流ＩＡで一定時間の低率放電を行い、放電終期の
電圧ＶＡを測定し、その後、引き続き電流ＩＢ（＝２０
０Ａ）の高率放電を１秒間行って放電電圧ＶＢを測定し
た。ここで、電流ＩＡは、１０，４０，７０，１００Ａ
とし、放電電圧ＶＡが１０ｍＶ刻みで変化するような時
間で十数点行った。従って、各放電時の放電容量は様々
に異なる。これらの測定結果を横軸を電流、縦軸を電圧
としたグラフに（ＩＡ，ＶＡ），（ＩＢ，ＶＢ）をプロ
ットし、それらの点を線で結ぶ。
【００１５】低率放電がＩＡ＝１０Ａである場合を例示
すると図１に示す通りである。ＩＡ １＝１０Ａで１０分
間放電させると、ＶＡ１＝２．０２６Ｖとなった。その
後、引き続きＩＢ１＝２００Ａで放電すると、ＶＢ１＝
１．７６９Ｖになった。これらの点をグラフにプロット
し、その点を結ぶラインＬ１を作成する。次に、引き続
きＩＡ２＝１０Ａで、放電電圧がＶＡ２＝２．０１６Ｖ
になるまで放電し、引き続きＩＢ２＝２００Ａで１秒放
電すると、ＶＢ２＝１．７４６Ｖとなった。これらの点
をグラフにプロットしてラインＬ２を形成した。このラ
インＬ１，Ｌ２は異なる充電状態（ＳＯＣ）における電
流・電圧の直線的関係を示している。このように順次放
電させる同様の作業を繰り返し、計１０本のラインを作
成した。
【００１６】次に、低率放電をＩＡ＝４０Ａ，７０Ａ，
１００Ａとし、高率放電をＩＢ＝２００Ａ、１秒とした
場合についても、同様に測定して同一のグラフにプロッ
トすると、図２に示すように、高率放電の１秒後電圧Ｖ
Ｂが同一であるものは、その電圧ＶＢとその前に各電池
が１０〜１００Ａの各放電電流ＩＡで示していた放電電
圧ＶＡとを結ぶ直線が重なる。また、０℃、５０℃にお
いても同様の測定を行い、その結果を図３及び図４に示
し、さらに、ＪＩＳ Ｄ ５３０１の軽負荷寿命試験を７
６８０サイクル行い、若干劣化した電池についても、上
述と同様の測定を２５℃で行い、その結果を図５に示し
た。
【００１７】これらのグラフから、ある温度が決まり、
低率放電時の電流・電圧が判れば、その電池の今の状態
が電流・電圧の多数の直線的関係群のうちのいずれに当
てはまるかが決定可能であることが判る。そして、その
直線的関係（１本のグラフ）が特定されれば、それに基
づいて高率放電時の放電電圧を推定できることが判る。
【００１８】＜エンジン始動システムへの適用＞図６は
アイドリングストップ車のエンジン始動システムの一例
を示す。ここで、バッテリー２０は例えば密閉式鉛蓄電
池で、車両の各種電装品２１と、エンジン１０のモータ
２２とを負荷とし、モータ２２にはスタートスイッチ２
３を介して接続されている。電装品２１としては、周知
の通り、車両のオーディオ装置やエアコン、各種ランプ
等があり、負荷電流が例えば１０〜１００Ａの範囲で不
規則に変動する。また、始動用モータ２２は例えば２０
０Ａが１秒程度の短時間流される。
【００１９】バッテリー２０の出力ラインには電流セン
サ３１が設けられ、バッテリー２０の放電電流を測定し
て演算部３０にその電流に応じた信号を与える。また、
電圧検出回路３２によってそのときの放電電圧も測定可
能である。さらに、バッテリー２０の近傍には温度セン
サー３３が設けられ、温度検出回路３４によってバッテ
リー２０の温度を検出することができる。これらの各検
出回路３２，３４からの検出信号も演算部３０に入力さ
れ、ここで関数記憶部３５に記憶した関数を参照して後
述のようにしてクランキング時の放電電圧が推定され、
その結果に応じてＥＣＶ４０にクランキング可否の信号
が出力される。
【００２０】また、上記ＥＣＶ４０には、エンジン１０
の回転数を検出するエンジン回転数検出回路４１，図示
しない車両のギアがニュートラル状態にあることを検出
するニュートラルセンサ４２及び車両の走行速度を検出
する車速センサ４３からの信号が与えられるようになっ
ており、例えばエンジン１０の回転数がアイドリング回
転数にあり、かつ、車両のギアがニュートラルにあり、
かつ、車両が停止していることを条件に車両がアイドリ
ング状態にあることを検出し、その状態が所定時間継続
したときにＥＣＶ４０からの信号によってエンジン１０
を停止させるアイドリングストップ状態に移行する。
【００２１】さて、上記関数記憶部３５には例えば図７
に示す多数の一次関数が記憶されている。これらは、傾
きと切片が異なる一次関数であるから、例えばＶ＝ｋ
ａ１Ｉ＋ｋｂ１、Ｖ＝ｋａ２Ｉ＋ｋｂ２、……で表さ
れ、種々の充電状態における電圧・電流の直線的関係を
示す。ここで係数ｋａ１，ｋａ２，…はバッテリー２０
の内部抵抗に相当し、その値は温度、劣化度合い等によ
って変化するから、例えば演算部３０からの信号に基づ
き１日に１回定期的に内部抵抗を測定し、その測定結果
に応じて演算部３０が係数ｋａ１，ｋａ２，……を正し
く補正する。また、温度検出回路３４により測定された
バッテリー２０の温度に応じて上記係数ｋａ １，
ｋａ２，……を所定の関数に従い更に微調整する。
【００２２】さて、車両がアイドリング状態になったこ
とがＥＣＶ４０によって検出されると、ＥＣＶ４０は演
算部３０に放電電圧推定要求を出力し、演算部３０はそ
の時点で電流センサー３１及び電圧検出回路３２から電
流及び電圧の測定結果を読み取り、その電流・電圧に合
致する一次関数を特定する。例えば、図７に示す多数の
一次関数が選ばれている場合に、電装品２１に流れてい
る放電電流が５０Ａで、その時の放電電圧が１．９Ｖで
あったときには、一次関数ｆ７が特定される。すると、
演算部３０は、その一次関数ｆ７に高率放電の放電電流
２００Ａを代入して、ＶＢ＝１．６３Ｖを取得し、これ
を基準値（例えば１．７Ｖ）と比較する。ここで、基準
値としてはクランキングに最低限必要な電圧が記憶され
ており、この場合、推定された電圧ＶＢ＝１．６３Ｖが
基準値よりも低いから、アイドリングストップ禁止信号
をＥＣＶ４０に出力する。これにより、ＥＣＶ４０は、
アイドリング状態が所定時間継続してエンジン停止条件
が整ったとしても、エンジン１０を停止させることがな
い。
【００２３】また、演算部３０に放電電圧推定要求が出
された時点で、放電電流が例えば１００Ａで放電電圧が
１．９Ｖであると（この場合には、上述の例に比べて充
電状態が高いことになる）、その電流・電圧から特定さ
れる一次関数はｆ１となるから、そのｆ１に高率放電の
放電電流２００Ａを代入してＶＢ＝１．７７Ｖが取得さ
れる。すると、この推定電圧は基準値よりも高く、エン
ジンを停止しても直ちにクランキング可能であるから、
演算部３０はアイドリングストップ禁止信号をＥＣＶ４
０に出力せず、ＥＣＶ４０はエンジン１０を停止させて
アイドリングストップ状態に移行する。
【００２４】なお、このようにアイドリングストップ状
態に移行した後も、車両の電装品が使用されてバッテリ
ー２０の電力が消費されている場合には、ＥＣＶ４０は
定期的に演算部３０に放電電圧推定要求を出力する。こ
の結果、演算部３０はその時点での放電電流・電圧に基
づいてクランキング時の放電電圧を推定する。そして、
バッテリー２０の消耗によってその放電電圧がクランキ
ング不能な電圧に近づいた場合（クランキング不能電圧
との差が所定値以下に低下した場合）には、ＥＣＶ４０
は直ちに始動用モータ２２を駆動してエンジンを始動さ
せる。
【００２５】このように本実施形態によれば、バッテリ
ー２０の放電電流がどのような値であったとしても、そ
の時点での電流・電圧が決まれば、そのままクランキン
グに移行した場合の放電電流を高い精度で予測すること
ができる。従って、アイドリングストップ状態への移行
条件が整ったとしてもバッテリー２０の充電状態が不足
してクランキングが不能になりそうな場合には、アイド
リングストップ禁止信号をＥＣＶ４０に出力してエンジ
ン１０を停止させず、その間の充電による残存容量の回
復を待つことができる。さらに、アイドリングストップ
状態へ移行した後にバッテリー２０の容量が減少したと
きには、クランキング不能になる前にクランキングを行
ってエンジンを始動することで、残存容量の回復を図る
ことができる。
【００２６】なお、本発明は上記各実施形態に限定され
るものではなく、例えば次のような実施の態様も含み、
これらも本発明の技術的範囲に属する。 （１）上記実施形態では、関数記憶部３５に多数の一次
関数を記憶しておき、高率放電時の放電電圧をその一次
関数群から特定されたものを利用して演算するようにし
たが、これに限られず、図８に示すように関数記憶部３
５に代えてテーブル記憶部４５を設け、電流検出回路３
２及び電圧検出回路３２からの放電電流及び放電電圧に
応じて読み取り処理部４６がテーブル記憶部４５に記憶
したテーブルから所定の値を読み出すようにしてもよ
い。これによれば、演算処理が不要となるから、高速処
理が可能となる。
【００２７】なお、この実施形態で、高率放電時の放電
電圧の値自体を必要とする場合には、テーブルは低率放
電の放電電圧と放電電流とを列見出し及び行見出しとし
て高率放電時の放電電圧の値を記入した表を構成すれば
よい。また、放電電圧の値自体を必要とせず、例えばア
イドリングストップ制御のためにアイドリングストップ
の可否だけを出力すればよい場合には、その表の放電電
圧の値に代えてアイドリングストップの可否を記入した
表構造とすればよい。
【００２８】（２）上記実施形態では、バッテリー２０
の内部抵抗ｘを１日に１回測定するようにしたが、測定
頻度はこれに限られるものではない。また、測定方法
も、異なる２種類の放電電流と放電電圧との組み合わせ
から求めるに限らず、バッテリー２０が放電状態にない
ときに外部電圧を印加し、このときに流れる電流を測定
することにより内部抵抗を測定してもよい。
【００２９】（３）また、特に本実施形態では、アイド
リングストップ状態にあるときにバッテリー２０の消耗
によってクランキング不能な電圧に近づいた場合にはエ
ンジンを始動させるようにしたが、これは必須ではな
い。さらには、バッテリー容量がエンジン始動に不足す
る場合には、単に警告灯を表示させたり、警告音を発す
る構成とするだけでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】２５℃における高率放電の実験結果を示すグラ
フ
【図２】２５℃において種々の電流で低率放電させてい
るときに高率放電に移行したときの実験結果を示すグラ
フ
【図３】０℃において種々の電流で低率放電させている
ときに高率放電に移行したときの実験結果を示すグラフ
【図４】５０℃において種々の電流で低率放電させてい
るときに高率放電に移行したときの実験結果を示すグラ
フ
【図５】劣化した電池で２５℃において種々の電流で低
率放電させているときに高率放電に移行したときの実験
結果を示すグラフ
【図６】本実施形態のエンジン始動システムを示すブロ
ック図
【図７】上記実施形態における一次関数群を示すグラフ
【図８】他の実施形態に係るエンジン始動システムを示
すブロック図
【符号の説明】
２０……二次電池 ３０……演算部 ３１……電流センサ ３３……温度センサー ３４……温度検出回路 ３５……関数記憶部 ４５……テーブル記憶部 ４６……読み取り処理部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｊ 7/00 Ｈ０２Ｊ 7/00 Ｐ (72)発明者 山中 健司 京都市南区吉祥院西ノ庄猪之馬場町１番地 日本電池株式会社内 (72)発明者 横山 英則 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 立花 武 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 2G016 CA03 CB06 CB11 CB12 CB23 CC27 CC28 3G093 AA01 BA04 BA14 BA21 BA22 CA02 CA04 DA01 DB05 DB09 DB12 DB19 DB20 EC02 FA01 FA08 FA10 FA11 FA12 5G003 AA07 BA01 DA07 EA09 FA06 GC05

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エンジンを始動するためのモータを備
    え、所定の条件が成立したときに前記エンジンを自動停
    止するエンジン自動停止制御手段を設けたエンジン始動
    システムにおいて、前記エンジンが停止前に前記モータ
    を駆動するバッテリーの端子電圧を検出する端子電圧検
    出手段と、前記端子電圧に基づいて高率放電時の放電電
    圧を推定する放電電圧推定手段と、この放電電圧推定手
    段の推定結果に基づいてエンジン停止後にエンジン始動
    可能か否かを判断する判断手段と、この判断手段の判断
    結果に基づいて前記エンジンの自動停止を禁止するエン
    ジン自動停止制御手段とを備えることを特徴とするエン
    ジン始動システム。
  2. 【請求項２】 エンジンを始動するためのモータを備
    え、所定の条件が成立したときに前記エンジンを自動停
    止するエンジン自動停止制御手段を設けたエンジン始動
    システムにおいて、前記エンジンが自動停止された場合
    に前記モータを駆動するバッテリーの端子電圧を検出す
    る端子電圧検出手段と、前記端子電圧に基づいて高率放
    電時の放電電圧を推定する放電電圧推定手段と、この放
    電電圧推定手段の推定結果に基づいてエンジン始動可能
    か否かを判断する判断手段と、この判断手段の判断結果
    に基づいて前記エンジンの始動が不能となる前に前記エ
    ンジンを始動させるエンジン始動制御手段とを備えるこ
    とを特徴とするエンジン始動システム。
  3. 【請求項３】 請求項１または請求項２のエンジン始動
    システムにおいて、前記バッテリーについて予め任意の
    電流で放電させたときの放電電圧に基づき電流・電圧の
    直線的関係を種々の充電状態について把握しておき、放
    電途中で高率放電に変化させるときに、前記高率放電直
    前の電流及び電圧から前記電流・電圧の直線的関係群の
    いずれかを特定することにより高率放電時の放電電圧を
    推定し、その推定電圧が前記モータによるエンジン始動
    可能電圧より低い場合にエンジン始動不能であると判断
    することを特徴とするエンジン始動システム。
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