JP2006152940A

JP2006152940A - 車両の電源装置

Info

Publication number: JP2006152940A
Application number: JP2004345479A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Isono; 整磯野
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】鉛蓄電池等の二次電池と電気二重層キャパシタとを用い、車両に適した電源装置を得る。
【解決手段】エンジンを始動するモータと、エンジンや車両の減速エネルギによって発電する発電機と、始動モータの駆動回路に、二次電池を第１のスイッチ１３を介して接続し、電気二重層キャパシタを第２のスイッチ１６を介して接続し、発電機の出力回路を、二次電池に第１のダイオード１８を介して接続し、電気二重層キャパシタに第３のスイッチ１９、第２のダイオード２０を介して接続し、エンジン始動時に、電気二重層キャパシタの電圧が規定値以上の場合は、第２のスイッチをオンし、電気二重層キャパシタの電圧が規定値未満の場合は、第１のスイッチをオンする一方、エンジン運転中、二次電池の電圧が規定値以上かつ電気二重層キャパシタの電圧が規定値未満の場合に、第３のスイッチをオンする電源制御回路１０を設ける。
【選択図】図２

Description

この発明は、車両の電源装置に関する。

車両の蓄電装置には、鉛蓄電池等の二次電池があるが、近年、急速充電が可能で充放電サイクル寿命の長い電気二重層キャパシタを用いるものがある（例えば、特許文献１）。
特開２００３−７９００８

鉛蓄電池等の二次電池は、大電流の充放電を繰り返すと、電極や電解液が劣化しやすい。そのため、信号待ち等の車両停止時にエンジンへの燃料供給を停止してエンジンを自動停止して、この自動停止後、発進する際にエンジンへの燃料供給を開始すると共に、エンジンを自動再始動するアイドルストップ・スタートシステム（ＩＳＳシステム）搭載車両の場合、エンジンの始動モータへの大電流の供給を再始動の度に繰り返すため、寿命が著しく短くなる。

一方、電気二重層キャパシタは、充放電に化学変化を用いないため、寿命は半永久的で、かつ電流密度が大きい。そのため、エンジンの始動に適しているが、半面自己放電が大きく、長期間放置すると、エンジンを始動できないレベルまで電圧が下がってしまう欠点がある。

この発明は、鉛蓄電池等の二次電池と電気二重層キャパシタとを用い、車両に適した電源装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、エンジンを始動する始動モータと、エンジン動力や車両の減速エネルギによって発電する発電機と、鉛蓄電池等の二次電池と、電気二重層キャパシタと、二次電池の電圧を検出する検出部と、電気二重層キャパシタの電圧を検出する検出部と、を備え、前記始動モータの駆動回路に、前記二次電池を第１のスイッチを介して接続し、前記始動モータの駆動回路に、前記電気二重層キャパシタを第２のスイッチを介して接続し、前記発電機の出力回路を、前記二次電池に第１のダイオードを介して接続し、前記発電機の出力回路を、前記電気二重層キャパシタに第３のスイッチ、第２のダイオードを介して接続し、エンジン始動時に、前記電気二重層キャパシタの電圧が規定値以上の場合は、前記第２のスイッチをオンし、前記電気二重層キャパシタの電圧が規定値未満の場合は、前記第１のスイッチをオンして始動モータに電源を供給する電源制御回路を設ける。また、この電源制御回路はエンジン運転中、前記二次電池の電圧が規定値以上かつ前記電気二重層キャパシタの電圧が規定値未満の場合に、前記第３のスイッチをオンして電気二重層キャパシタへ充電する機能を備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、車両停止時にエンジンの自動停止制御を行い、自動停止後、発進する際にエンジンの自動再始動制御を行う自動停止再始動回路を具備することを特徴とする。

第１の発明においては、エンジンの始動ならびに二次電池、電気二重層キャパシタの充電を的確に行える。また、二次電池が長持ちするため、二次電池の交換による有害な鉛廃棄物等を低減でき、環境に優しい。また、電気二重層キャパシタは低温での性能低下が小さいため、低温時のエンジンの始動性が向上する。

第２の発明においては、自動停止再始動システムに好適である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１において、１は車両のエンジン、２はエンジンキーのスタータスイッチ、３はエンジン１の始動モータ（ＣＥＬＬ）、４はエンジン１の動力あるいは車両の減速エネルギによって駆動して発電する発電機（ＡＬＴ）を示す。

５は電気二重層キャパシタ、６は鉛蓄電池等の二次電池、７は電気二重層キャパシタ５、二次電池６を始動モータ３の駆動回路（駆動回線）端子Ｂ、発電機４の出力回路（出力回線）端子Ａに接続する系統切替装置を示す。

車両制御ユニット８，エンジン制御ユニット９とアイドルストップ・スタート制御ユニット１０は、互いに車内ＬＡＮにて接続され、互いに協調してエンジンの自動停止再始動制御を行う。

車両制御ユニット８は、アクセルセンサ（図示しない）からアクセル開度、シフトレバー（図示しない）のシフトポジション、車速センサ（図示しない）からの車速データ、を車内ＬＡＮを通じてアイドルストップ・スタート制御ユニット１０に提供する。

エンジン制御ユニット９は、エンジン回転センサ（図示しない）からのエンジン回転データを車内ＬＡＮを通じてアイドルストップ・スタート制御ユニット１０に提供する。

アイドルストップ・スタート制御ユニット１０は、アイドルスタート・ストップ設定スイッチ（図示しない）と車両制御ユニット８およびエンジン制御ユニット９から車内ＬＡＮを通じて提供される前述の各種データとから判断して、アイドルストップと判断した場合は車内ＬＡＮを通じてエンジン制御ユニット９にアイドルストップ指令を、エンジン再起動と判断した場合はエンジン再起動信号（ＩＳ_-Ｓｔａｒｔ信号）を発信する（自動停止再始動制御を行う）。

自動停止再始動制御の制御例を以下に示す。

アイドルスタート・ストップ設定スイッチがオンであり、アクセルがオフ、ブレーキがオンで車速が０、シフトポジションがニュートラルである車両停止時をアイドルストップ・スタート制御ユニット１０が検出すると、アイドルストップ・スタート制御ユニット１０はエンジン制御ユニット９にアイドルストップ指令を発信し、この命令を受けてエンジン制御ユニット９がエンジン１への燃料供給バルブ１２を閉じてエンジン１を停止する。

エンジン制御ユニット９は、エンジン１の停止を確認したら次の始動に備えて燃料供給バルブ１２を開く。エンジン１の停止後、アクセルが踏まれると、アイドルストップ・スタート制御ユニット１０からの信号により、始動モータ３がオンしてエンジン１が再始動する。エンジン１が再始動すると、エンジン制御ユニット９は燃料を供給してエンジン１が回り続ける。

一方、アイドルストップ・スタート制御ユニット１０は、エンジン１の始動時に始動モータ３を電気二重層キャパシタ５により駆動するか、二次電池６により駆動するかを系統切替装置７を介して制御する。

また、アイドルストップ・スタート制御ユニット１０は、エンジン１の運転中に発電機４による二次電池６への充電、電気二重層キャパシタ５への充電を系統切替装置７を介して制御する。

系統切替装置７は、図２のように構成する。

二次電池６を始動モータ３の駆動回路端子Ｂに第１のスイッチ（Ｓｂ）１３、ダイオード（Ｄｂ）１４を介して接続する。

電気二重層キャパシタ５を始動モータ３の駆動回路端子Ｂに第２のスイッチ（Ｓｃ）１６、ダイオード（Ｄｃ）１７を介して接続する。

二次電池６に発電機４の出力回路端子Ａをダイオード（Ｄａ）１８を介して接続する。

電気二重層キャパシタ５に発電機４の出力回路端子Ａを第３のスイッチ（Ｓｄ）１９、ダイオード（Ｄｄ）２０を介して接続する。

発電機４の出力回路端子Ａの下流には、過電流負荷に対して発電機４を保護するヒューズ（Ｆ）２１を設けている。

二次電池６の端子間、電気二重層キャパシタ５の端子間には、それぞれ電圧を検出するセンサ２２、２３を設け、それぞれ電圧値をアイドルストップ・スタート制御ユニット１０に送る。

アイドルストップ・スタート制御ユニット１０は、エンジン１の始動時に電気二重層キャパシタ５の電圧Ｖｃが規定値以上の場合は、第２のスイッチ１６をオンする。また、エンジン１の始動時に電気二重層キャパシタ５の電圧Ｖｃが規定値未満の場合は、第１のスイッチ１３をオンする。

また、エンジン１の運転中、二次電池６の電圧Ｖｂが規定値以上かつ電気二重層キャパシタ５の電圧Ｖｃが規定値未満の場合に、第３のスイッチ１９をオンする。

エンジンキーのスタータスイッチ２は、オンすると、二次電池６を電源に始動モータ３の起動端子Ｓに起動シフト信号を送る。

また、アイドルストップ・スタート制御ユニット１０は、エンジン１の自動再始動時に始動モータ３の起動端子Ｓに起動シフト信号（ＩＳ_-Ｓｔａｒｔ信号）を送る。

図示しないが、車両制御ユニット８、エンジン制御ユニット９、アイドルストップ・スタート制御ユニット１０の電源には、二次電池６の電力を供給するようにしている。また、二次電池６はその他の補機類の電源に用いるようにしている。

なお、図中Ｅ、Ｇ、ＦＧはアース端子である。

このように構成したので、二次電池６、電気二重層キャパシタ５を適切に使用できる。

エンジンキーのスタータスイッチ２による、あるいはアイドルストップ・スタート制御ユニット１０によるエンジン１の始動時、電気二重層キャパシタ５の電圧Ｖｃが規定値以上の場合は、第２のスイッチ１６がオンされて、電気二重層キャパシタ５により始動モータ３が駆動され、エンジン１が始動される。また、電気二重層キャパシタ５の電圧Ｖｃが規定値未満の場合は、第１のスイッチ１３がオンされて、二次電池６により始動モータ３が駆動され、エンジン１が始動される。

一方、エンジン１の運転中、発電機４の発電電力は、二次電池６に充電される。また、二次電池６の電圧Ｖｂが規定値以上かつ電気二重層キャパシタ５の電圧Ｖｃが規定値未満の場合に、第３のスイッチ１９がオンされ、電気二重層キャパシタ５に充電される。

この場合、二次電池６側にダイオード１８を、電気二重層キャパシタ５側にダイオード２０を設けているので、電気二重層キャパシタ５への充電時に、二次電池６から電気二重層キャパシタ５へ電流が流れたり、電気二重層キャパシタ５の電力が二次電池６や各補機類等に消費されることが防止される。また、二次電池６の電圧Ｖｂが低いときに二次電池６より内部抵抗が格段に小さい電気二重層キャパシタ５に電流が流れ込み、二次電池６の低電圧異常や疲労を引き起こすことが防止される。

このため、エンジン１の始動ならびに二次電池６、電気二重層キャパシタ５の充電を的確に行える。

したがって、アイドルストップ・スタート（自動停止再始動）システムに好適である。また、鉛蓄電池等の二次電池６は、エンジン始動に伴う大電流の放電回数が大幅に低減されるため、電池の寿命が長持ちする。そのため、電池の交換による有害な鉛廃棄物等を低減でき、環境に優しい。

また、電気二重層キャパシタ５は低温での性能低下が小さいため、低温時のエンジン１の始動性が良くなる。

また、エンジン１の始動時に、二次電池６の電圧Ｖｂならびに電気二重層キャパシタ５の電圧Ｖｃが規定値未満であれば、二次電池６の端子に外部電源をつなげば、エンジン１を始動することができる。

なお、前記のアイドルストップ・スタート（自動停止再始動）の制御例においては、アクセルセンサからのアクセル開度、シフトレバーのシフトポジション、車速センサからの車速、エンジン回転数センサからのエンジン回転データ、ブレーキセンサからのブレーキ信号等を起動条件に行っているが、本発明はセルモータ３の電源を二次電池６と電気二重層キャパシタ５との間で選択的に切り替えるところにあり、前記の制御例として示したエンジン再起動条件種類に限定されない。

車両のエンジン形式として、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、を問わず、セルモータにて電気の力でエンジンを始動するエンジンに適用できる。

実施形態の概略構成図である。系統切替装置部分の構成図である。

符号の説明

１エンジン
２スタータスイッチ
３始動モータ
４発電機
５電気二重層キャパシタ
６鉛蓄電池等の二次電池
７系統切替装置
８車両制御ユニット
９エンジン制御ユニット
１０アイドルストップ・スタート制御ユニット
１２バルブ
１３第１のスイッチ
１４ダイオード
１６第２のスイッチ
１７ダイオード
１８ダイオード
１９第３のスイッチ
２０ダイオード
２２、２３センサ

Claims

エンジンを始動する始動モータと、エンジン動力や車両の減速エネルギによって発電する発電機と、鉛蓄電池等の二次電池と、電気二重層キャパシタと、二次電池の電圧を検出する検出部と、電気二重層キャパシタの電圧を検出する検出部と、を備え、
前記始動モータの駆動回路に、前記二次電池を第１のスイッチを介して接続し、
前記始動モータの駆動回路に、前記電気二重層キャパシタを第２のスイッチを介して接続し、
前記発電機の出力回路を、前記二次電池に第１のダイオードを介して接続し、
前記発電機の出力回路を、前記電気二重層キャパシタに第３のスイッチ、第２のダイオードを介して接続し、
エンジン始動時に、前記電気二重層キャパシタの電圧が規定値以上の場合は、前記第２のスイッチをオンし、前記電気二重層キャパシタの電圧が規定値未満の場合は、前記第１のスイッチをオンする一方、エンジン運転中、前記二次電池の電圧が規定値以上かつ前記電気二重層キャパシタの電圧が規定値未満の場合に、前記第３のスイッチをオンする電源制御回路を設けたことを特徴とする車両の電源装置。
車両停止時にエンジンの自動停止制御を行い、自動停止後、発進する際にエンジンの自動再始動制御を行う自動停止再始動回路を具備することを特徴とする請求項１に記載の車両の電源装置。