JP2006291754A - エンジン始動補助装置、エンジンの始動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 バッテリ容量が少なく且つ出力性能が低下した状況であっても、バッテリ電力によってエンジンを始動させる。
【解決手段】 エンジンと、バッテリ２と、バッテリ電力が所定の始動電圧で供給されてエンジンを始動させるスタータ１１とを備えた車両において、イグニッションスイッチ９が操作されエンジンを始動させる時に、ＥＣＵ１により、バッテリ状態に基づいて所定の始動電圧をバッテリ２からスタータ１１に印加できないと判定した場合に、バッテリ加温装置１３によって、バッテリ２に蓄電された電力を消費させずにバッテリ温度を上昇させる。このバッテリ加温装置１３は、例えば化学反応時の熱を利用する。これにより、バッテリ温度を上昇させて、バッテリ２からスタータ１１に始動電圧を印加可能な状態にさせる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンを始動させるときに、バッテリからスタータへの電力供給を適切に行わせるエンジン始動補助装置、エンジンの始動方法に関する。

従来より、エンジンの動作によって充電され、当該エンジンを始動させるためのスタータ等に電力供給するバッテリの残容量を適正な範囲に保持する技術としては、下記の特許文献１に記載された技術が知られている。

この特許文献１に記載されたバッテリ上がり防止装置は、エンジンを停止させた後に、バッテリ電圧を監視することによってバッテリ容量を監視し、バッテリ電圧が所定のしきい値以下となったか否かの判定を行っている。そして、バッテリ電圧が所定のしきい値以下となったら、バッテリと電気負荷との間の電源ラインを遮断させる制御を行うことにより、電気負荷へのバッテリからの電力供給を停止させて、バッテリ上がりを未然に防止するようにしている。
特開平１１−３３４４９８号公報

しかしながら、上述した従来の技術では、バッテリ電圧が所定のしきい値以下となった時に、バッテリと電気負荷との接続関係を遮断させても、バッテリが電源ラインに接続されていることによる自己放電によって徐々にバッテリ容量が少なくなるような場合には、バッテリ上がりを回避できない。

また、所定のしきい値以下でなくとも、バッテリの雰囲気温度が著しく低い場合にはバッテリの出力性能が大きく低下して、エンジン始動が行えなくなるといった問題がある。

そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、バッテリ容量が少なく且つ出力性能が低下した状況であっても、当該バッテリの電力によってエンジンを始動させることができるエンジン始動補助装置、エンジンの始動方法を提供することを目的とする。

本発明は、エンジンと、電力を蓄電するバッテリと、バッテリに蓄電された電力が所定の始動電圧で供給されてエンジンを始動させるスタータとを備えた車両のエンジンの始動動作を補助するエンジン始動補助装置において、エンジンの始動スイッチが操作されエンジンを始動させる時に、バッテリ状態検出手段によってバッテリの状態を検出し、制御手段により、バッテリ状態検出手段により検出されたバッテリ状態に基づいて所定の始動電圧をバッテリからスタータに印加できないと判定した場合に、加温手段によって、バッテリに蓄電された電力を消費させずにバッテリの温度を上昇させる。これにより、バッテリの温度を上昇させて、バッテリからスタータに始動電圧を印加可能な状態にさせて、上述の課題を解決する。

本発明によれば、バッテリ状態に基づいて所定の始動電圧をバッテリからスタータに印加できないと判定した場合に、バッテリに蓄電された電力を消費させずにバッテリの温度を上昇させて、バッテリからスタータに始動電圧を印加可能な状態にさせるので、バッテリ容量が少なく且つ出力性能が低下した状況であっても、温度上昇によって出力性能を上昇させて、バッテリの電力によってエンジンを始動させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

本発明は、例えば図１に示すように構成された車両電装システムに適用される。この車両電装システムは、エンジン（図示せず）を始動させるためにスタータ１１を動作させるに際して、バッテリ２からスタータ１１に十分なエンジン始動電圧で電力供給をする動作を補助するエンジン始動補助装置として機能するものである。

［車両電装システムの構成］
この車両電装システムは、制御手段としてのＥＣＵ（Electric Control Unit）１に、電力を蓄電するバッテリ２の状態を検出するバッテリ状態検出手段としての電流計３，電圧計４及び温度計５と、オルタネータ６と、スタータ用リレー７と、電気負荷用リレー８と、エンジンの始動スイッチとしてのイグニッションスイッチ９と、メータ１０とが制御線を介して接続されて構成されている。また、この車両電装システムは、電力線によって、バッテリ２と、オルタネータ６、スタータ用リレー７及びスタータ１１、電気負荷用リレー８及び電気負荷１２と、イグニッションスイッチ９とが接続されている。更に、この車両電装システムは、エンジン始動時におけるバッテリ２の温度を適切温度とするために、当該バッテリ２を昇温させるバッテリ加温装置１３を備えている。

オルタネータ６は、エンジンと機械的に接続された発電機であって、車両の走行時において、エンジントルクを利用して電力を発電する。このオルタネータ６は、例えば、回転界磁巻線を励磁し、当該界磁巻線の励磁力によって起電力を発生する誘導子型交流発電機である。このオルタネータ６は、エンジンとエンジン補機ベルトを介して回転して発電する。また、このオルタネータ６は、イグニッションスイッチ９がオフ状態とされているエンジン停止中には、ＥＣＵ１によって励磁電流がオフ状態とされ、発電停止状態に制御される。

このようなオルタネータ６で発電された電力は、図示しないＤＣ／ＤＣコンバータ等を介して、バッテリ２に充電され、又は、電気負荷用リレー８を介して電気負荷１２で消費される。

車両電装システムは、イグニッションスイッチ９がオン状態に操作されたエンジン始動時に、ＥＣＵ１によってスタータ用リレー７を閉状態とすることにより、バッテリ２とスタータ１１とを導通状態とする。そして、バッテリ２からスタータ１１に所定のエンジン始動電圧を印加させる。これにより、スタータ１１のスターターモータは、バッテリ２の電力を消費してトルクを発生させて、エンジンを始動させる。

バッテリ２は、例えば鉛バッテリ、ニッケル水素バッテリ、リチウムイオンバッテリ等の二次電池であり、オルタネータ６の発電電力を蓄電すると共に、当該蓄電した電力を放電してスタータ１１、電気負荷１２に電力を供給する。このバッテリ２は、雰囲気温度によってその出力特性が変化し、最も高い電圧で電力供給を行うことができる最適温度が存在する。この最適温度は、ＥＣＵ１に予め保持されている。

このバッテリ２は、電流計３でバッテリ電流、電圧計４でバッテリ電圧及び温度計５でバッテリ温度がそれぞれ検出されて、バッテリ状態としてＥＣＵ１に読み込まれる。ＥＣＵ１は、バッテリ電流、バッテリ電圧によってバッテリ容量を推定する。このＥＣＵ１によるバッテリ容量の推定は、エンジンの停止後であってもバッテリ２の電力が電気負荷１２や自己放電等で消費されることがあるために、定期的に行われる。これにより、ＥＣＵ１は、常時バッテリ容量の監視を行うようになっている。そして、ＥＣＵ１は、バッテリ電圧が異常値まで低くなるバッテリ容量の異常を判定した場合には、メータ１０のインジケータ等を点灯させて、バッテリ異常をドライバ等に報知する。

バッテリ加温装置１３は、バッテリ２に蓄電された電力を熱に変換する方式ではなく、他の方式でバッテリ２の温度を上昇させるものである。すなわちバッテリ加温装置１３は、バッテリ２の電力消費量が高いほど発熱量が高い方式、例えばヒータ方式以外の方式で自己発熱する構成を有している。

このバッテリ加温装置１３としては、例えば、ＥＣＵ１からの制御信号（昇温命令）によってバッテリ２を昇温させる場合に、鉄の酸化反応時の反応熱を利用するために、
Ｆｅ＋（３／４）Ｏ_２＋（３／２）Ｈ_２Ｏ→Ｆｅ（ＯＨ）_３＋９６Ｋｃａｌ／ｍｏｌ
という酸化反応を行う構成となっている。具体的には、バッテリ加温装置１３は、バッテリ２に貼り付けられた鉄粉を保持した密閉容器を有しており、ＥＣＵ１からの昇温命令によって、密閉容器をアクチュエータ等によって開封させて鉄粉を大気中酸素と反応させる。

また、バッテリ加温装置１３の他の構成としては、生石灰を保持した容器と水を保持した容器とを有しており生石灰と水との反応熱を利用する方式や、アルミニウムの水酸化反応を利用した方式であっても良い。

このように構成された車両電装システムは、エンジンの始動時に、ＥＣＵ１で読み込んだバッテリ状態に基づいて、ＥＣＵ１により、所定のエンジン始動電圧をバッテリ２からスタータ１１に印加できないと判定した場合に、バッテリ加温装置１３によりバッテリ温度を上昇させて、バッテリ２からスタータ１１に所定のエンジン始動電圧を印加可能な状態にさせる始動時動作を行う。

［車両電装システムの始動時動作］
つぎに、上述した車両電装システムによる始動時動作について、図２のフローチャート等を参照して説明する。

この始動時動作は、先ずステップＳ１において、ＥＣＵ１により、イグニッションスイッチ９の状態が、スタータ１１を始動させるスタータ始動状態に操作されたか否かを判定し、スタータ始動状態である場合にはエンジンの始動要求が発生したと判定して、ステップＳ２に処理を進め、スタータ始動状態とはなっていない場合には処理を終了する。

次にＥＣＵ１は、ステップＳ２において、電流計３及び電圧計４の検出出力を読み込んでバッテリ容量を推定すると共に、ステップＳ３において、温度計５の検出出力からバッテリ温度を読み込む。ここで、ＥＣＵ１は、バッテリ電圧及びバッテリ電流からバッテリ２の内部抵抗等を算出することによってバッテリ２の劣化率を計測して、より正確なバッテリ容量を推定しても良い。

次にＥＣＵ１は、ステップＳ４において、ステップＳ２で推定したバッテリ容量及びステップＳ３で計測したバッテリ温度から、図３で示すような容量−温度マップデータを参照して、エンジンの始動が可能であるか否かを判定する。この図３の容量−温度マップデータは、ＳＯＣ（State Of Charge：バッテリ充電率）［％］で表されているバッテリ容量に対するバッテリ電圧、すなわちスタータ１１の始動時の電源電圧［Ｖ］の変化が、バッテリ温度ごとに設定されている。この容量−温度マップデータによれば、例えば、バッテリ容量が２０％であり、バッテリ温度が−３０℃である場合には、図３における動作点Ａとなり、バッテリ２からスタータ１１にエンジン始動電圧より低い電源電圧しか印加できないことが判定でき、バッテリ容量が８０％であり、バッテリ温度が−３０℃である場合には、バッテリ２からスタータ１１にエンジン始動電圧より高い電源電圧が印加できることが判定できる。

すなわち、容量−温度マップデータには、電源電圧が低くスタータ１１を動作させることができずにエンジンを始動できないエンジン始動電圧以下のエンジン始動不能領域と、電源電圧がエンジン始動電圧より高いエンジン始動可能領域とが設定されている。そして、ＥＣＵ１は、ステップＳ４において、バッテリ容量とバッテリ温度から、現在バッテリ２からスタータ１１に印加できる電源電圧を求めて、当該電源電圧がエンジン始動可能領域に該当する場合には、ステップＳ５に処理を進め、エンジン始動不能領域に該当する場合には、ステップＳ８に処理を進める。

バッテリ温度が高くバッテリ２からスタータ１１にエンジン始動電圧を印加できると判定された後のステップＳ５において、ＥＣＵ１は、スタータ用リレー７を閉状態にさせてバッテリ２とスタータ１１とを導通状態にする。そして、スタータ１１にエンジン始動電圧を印加させて、スタータ１１を動作状態（オン状態）とする。

次のステップＳ６において、ＥＣＵ１は、エンジンが始動したか否かを判定して、エンジンが始動してオルタネータ６の動作が開始した場合には、ステップＳ７に処理を進める。

ステップＳ７において、ＥＣＵ１は、スタータ用リレー７を開状態にさせて、バッテリ２とスタータ１１とを遮断して、処理を終了する。

一方、ステップＳ４においてエンジンが始動不能と判定された後のステップＳ８において、ＥＣＵ１は、ステップＳ３で検出したバッテリ温度が、最適温度以下か否かを判定する。ここで、バッテリ２の最適温度は、バッテリ２の出力特性や種類によって異なるが、図３に示すように、ＳＯＣが２０％〜８０％という通常範囲において、常にエンジン始動電圧以上の電源電圧で電力供給をできる４０℃のような温度が予め設定されている。そして、ＥＣＵ１は、バッテリ温度が最適温度よりも低いか否かを判定して、低い場合には、ステップＳ９において、バッテリ加温装置１３に昇温命令を出力して、バッテリ加温装置１３を稼働開始（オン状態に）させる。

一方、ＥＣＵ１は、ステップＳ８においてバッテリ温度が最適温度よりも低くないと判定した場合には、ステップＳ１４に処理を進めて、メータ１０のインジケータにバッテリ交換の必要があることを表示させて、ドライバ等にバッテリ交換を促す報知を行う。

ステップＳ９においてバッテリ加温装置１３を稼働させると、次のステップＳ１０において、ＥＣＵ１は、バッテリ加温装置１３が稼働中であって、バッテリ昇温中であることをメータ１０のインジケータで報知させる。これにより、イグニッションスイッチ９を操作したにも拘わらず直ぐにスタータ１１が動作しないことが、バッテリ２の昇温によるものであって、イグニッションスイッチ９やスタータ１１、エンジンの異常ではないことをドライバに報知する。

次のステップＳ１１において、ＥＣＵ１は、バッテリ温度が最適温度に達したか否か、バッテリ２の加温時間が所定時間以上となったか否かを判定する。ここで、所定時間は、例えば、バッテリ加温装置１３を稼働させてからの発熱量、バッテリ２の寸法、バッテリ２を収容するケース容量等によって変化するが、例えば５分などの予め設定された時間である。

そして、ＥＣＵ１は、バッテリ温度が最適温度に達していない場合及びバッテリの加温時間が所定時間以上となっていない場合には、ステップＳ１０におけるメータ表示を継続させて、当該判定を繰り返す。一方、ＥＣＵ１は、バッテリ温度が最適温度に達した場合、又は、バッテリ２の加温時間が所定時間以上となった場合には、ステップＳ１２に処理を進める。

ここで、バッテリ温度が最適温度に達した場合とは、例えば図３に示すように、バッテリ容量が低くてもバッテリ２の出力性能を動作点Ａから動作点Ｂまで遷移させた場合であり、ステップＳ１２に処理を進める。また、バッテリ２の加温時間が所定時間以上となった場合とは、車外の雰囲気温度によってバッテリ２の最適温度まで温度上昇させることはできないが、経験的にバッテリ２からスタータ１１にエンジン始動電圧を印加できる状態であると見なし、ステップＳ１２に処理を進める。

なお、バッテリ加温装置１３が発熱を停止させる構成を有している場合、ＥＣＵ１は、バッテリ２の加温を停止させて、ステップＳ１２の処理に移行する。

ステップＳ１２において、ＥＣＵ１は、スタータ用リレー７を導通状態にして、バッテリ２からスタータ１１に対して電源電圧を印加させて、ステップＳ１３において、スタータ１１を動作させてエンジンが始動したか否かを判定して、エンジンが始動してオルタネータ６の動作が開始した場合には、ステップＳ７に処理を進めてスタータ１１を停止させる。

一方、ＥＣＵ１は、ステップＳ１２において、バッテリ２からスタータ１１に対する電源電圧を印加しても、エンジン始動電圧よりも高い電圧で電力をスタータ１１に供給できずエンジンが始動していないと判定した場合には、ステップＳ１４において、メータ１０によってバッテリ２の交換を促す報知をさせる。これにより、バッテリ加温装置１３を稼働させて加温させたにも拘わらずバッテリ２がエンジン始動電圧をスタータ１１に印加できない場合には、バッテリ２の出力性能の一時的な低下ではなく、バッテリ故障と判定することができる。

［実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した車両電装システムによれば、電力を熱変換させずにバッテリ２の温度を上昇させるバッテリ加温装置１３を備え、イグニッションスイッチ９が操作されエンジンを始動させる時に、バッテリ２の温度、容量に基づいて、所定のエンジン始動電圧をバッテリ２からスタータ１１に印加できないと判定した場合に、バッテリ加温装置１３によりバッテリ温度を上昇させて、バッテリ２からスタータ１１にエンジン始動電圧を印加可能な状態にさせることができるので、バッテリ２の出力性能を高くして確実にエンジンを始動させることができる。この車両電装システムによれば、特に、低温時にバッテリ２の出力性能が低下している場合であっても、バッテリ加温装置１３で出力性能を向上させることができる。

したがって、この車両電装システムによれば、バッテリ容量が少なく且つ出力性能が低下した状況であっても、当該バッテリ２の電力によってエンジンを始動させることができる。

また、この車両電装システムによれば、イグニッションスイッチ９に対してエンジンを始動させる操作がなされても、バッテリ２の出力性能を上昇させるために、バッテリ加温装置１３によりバッテリ２の温度を上昇させていることを報知するメータ１０を備えているので、エンジンが始動しないことによるユーザの違和感を回避させることができる。

更に、この車両電装システムによれば、バッテリ加温装置１３によってバッテリ２の温度を上昇させていることを報知した後に、バッテリ加温装置１３によりバッテリ温度を上昇させたにも拘わらずバッテリ２からスタータ１１にエンジン始動電圧を印加可能な状態にならない場合には、バッテリ２の交換を促すことを報知するので、バッテリ２の出力性能が向上しないバッテリ２の異常であることを報知することができる。

なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

本発明を適用した車両電装システムの構成を示すブロック図である。 本発明を適用した車両電装システムの始動時動作を示すフローチャートである。 容量−温度マップデータを示す図である。

符号の説明

１ ＥＣＵ
２ バッテリ
３ 電流計
４ 電圧計
５ 温度計
６ オルタネータ
９ イグニッションスイッチ
１０ メータ
１１ スタータ
１３ バッテリ加温装置

Claims (6)

1. エンジンと、電力を蓄電するバッテリと、前記バッテリに蓄電された電力が所定の始動電圧で供給されて前記エンジンを始動させるスタータとを備えた車両のエンジンの始動動作を補助するエンジン始動補助装置において、
   前記バッテリの状態を検出するバッテリ状態検出手段と、
   前記バッテリに蓄電された電力を消費させずに前記バッテリの温度を上昇させる加温手段と、
   前記エンジンの始動スイッチが操作され前記エンジンを始動させる時に、前記バッテリ状態検出手段により検出されたバッテリ状態に基づいて、前記所定の始動電圧を前記バッテリから前記スタータに印加できないと判定した場合に、前記加温手段により前記バッテリの温度を上昇させて、前記バッテリから前記スタータに始動電圧を印加可能な状態にさせる制御手段と
   を備えることを特徴とするエンジン始動補助装置。
2. 前記加温手段により前記バッテリの温度を上昇させていることを報知する報知手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動補助装置。
3. 前記報知手段は、前記加温手段により前記バッテリの温度を上昇させたにも拘わらず前記バッテリから前記スタータに始動電圧を印加可能な状態にならない場合には、前記バッテリの交換を促すことを報知することを特徴とする請求項２に記載のエンジン始動補助装置。
4. エンジンの始動スイッチが操作され前記エンジンを始動させる時に、
   バッテリの状態を検出し、当該バッテリの状態が、前記エンジンのスタータによってエンジンを始動させるために必要な所定の始動電圧を印加できる状態か否かを判定し、
   前記所定の始動電圧を前記バッテリから前記スタータに印加できないと判定した場合に、加温手段により、前記バッテリに蓄電された電力を消費させずに前記バッテリの温度を上昇させ、
   前記バッテリから前記スタータに始動電圧を印加可能な状態にさせて、前記スタータを動作させて前記エンジンを始動させること
   を特徴とするエンジンの始動方法。
5. 前記加温手段により前記バッテリの温度を上昇させていることを報知することを特徴とする請求項４に記載のエンジンの始動方法。
6. 前記加温手段により前記バッテリの温度を上昇させたにも拘わらず前記バッテリから前記スタータに始動電圧を印加可能な状態にならない場合には、前記バッテリの交換を促すことを報知することを特徴とする請求項５に記載のエンジンの始動方法。
   

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