JP2015083789A - エンジン始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンを始動させる技術を提供する。
【解決手段】エンジン始動装置であって、第１の電源と、第１の電源よりも内部抵抗の小さい第２の電源と、エンジンの始動要求を受け付けるエンジン始動要求受付部と、エンジンを始動させるエンジン始動部と、第１の電源が蓄える電力を第２の電源に移動させる電力移動手段と、エンジン始動要求受付部が始動要求を受け付けた場合であって、予め設定された条件である電力移動条件を満たす場合に、電力移動手段を制御して第１の電源が蓄える電力を第２の電源に移動させ、電力の移動後に、第２の電源の電力を用いてエンジン始動部にエンジンを始動させる制御部とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンを始動させる技術に関する。

エンジンを始動させる技術としては、下記特許文献の技術が知られている。特許文献１に記載の充電装置は、主機バッテリの電力残容量がエンジン始動不能なレベルに低下した場合に、補機バッテリの電力を主機バッテリに集約して、主機バッテリの電力を用いてエンジンを始動させる。下記特許文献２に記載の電源装置は、主電源の電力を、昇圧回路を介して副電源に移動し、副電源の電力を用いてエンジンを始動させる。

特開２０００−０９０７９６号公報 特開２０１０−０３８１３２号公報

しかし、特許文献１に記載の技術は、副電源から内部抵抗の大きい主電源へ電力を移動させるので、エンジン始動のために多くの電力を主機バッテリに移動させる必要があり、電力の移動に時間を要するといった問題がある。特許文献２記載の技術は、主電源の充電状態がエンジンの始動が困難な状態に達する前から予め主電源の電力を副電源に移動させているため、副電源の自然放電によって、不必要に電力が損なわれるという問題がある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
（１）本発明の一形態によれば、エンジン始動装置が提供される。このエンジン始動装置は、第１の電源と；前記第１の電源よりも内部抵抗の小さい第２の電源と；エンジンの始動要求を受け付けるエンジン始動要求受付部と；エンジンを始動させるエンジン始動部と；前記第１の電源が蓄える電力を前記第２の電源に移動させる電力移動手段と；前記エンジン始動要求受付部が前記始動要求を受け付けた場合であって、予め設定された条件である電力移動条件を満たす場合に、前記電力移動手段を制御して前記第１の電源が蓄える電力を前記第２の電源に移動させ、前記電力の移動後に、前記第２の電源の電力を用いて前記エンジン始動部に前記エンジンを始動させる制御部とを備える。

この形態のエンジン始動装置によると、第１の電源よりも内部抵抗の小さい第２の電源に電力を移動させ、第２の電源を用いてエンジンを始動させる。従って、第１の電源の電力を用いてエンジンを始動させる場合と比較して、電源の内部抵抗による電圧降下を小さくすることができる。この形態のエンジン始動装置は、エンジンの始動要求を受けた後に電力の移動を行うため、予め電力を移動させて第２の電源の電圧を高い状態に維持しておく場合と比較して、第２の電源の自然放電を抑制することができる。エンジンの始動要求とは、ユーザがエンジンを始動させる際に受け付け可能な種々の情報や信号等を示す。

（２）上記形態のエンジン始動装置において、さらに、前記第１の電源が蓄える電力の残容量を検出する電力検出部を備え；前記電力移動条件には、前記検出された前記残容量が予め設定された基準値以下であることが含まれるとしてもよい。

この形態のエンジン始動装置によると、第１の電源の電力の残容量が設定された基準値以下のときに電力の移動を行うので、基準値以上の時に電力の移動を行う場合と比較して、不必要に電力の移動を行うことを回避することができる。

（３）上記形態のエンジン始動装置において、前記基準値は、前記エンジン始動部が前記第１の電源が蓄える電力を用いて前記エンジンを始動することができる電力の残容量の限界値であるとしてもよい。

この形態のエンジン始動装置によると、第１の電源が蓄える電力を用いてエンジンを始動することができる電力の残容量の限界値以下の場合に電力の移動を行うので、第２の電源からの自然放電をさらに抑制することができる。

（４）上記形態のエンジン始動装置において、前記電力の移動をユーザが指示するための操作部を備え；前記電力移動条件には、前記操作部を介して前記ユーザからの前記指示を受け付けたことが含まれるとしてもよい。

この形態のエンジン始動装置によると、ユーザの意図する場合以外の電力の移動を回避することができる。

（５）上記形態のエンジン始動装置において、前記電力移動条件には、前記エンジン始動部が前記第１の電源が蓄える電力を用いて前記エンジンを始動できなかったことが含まれるとしてもよい。

この形態のエンジン始動装置によると、第１の電源が蓄える電力を用いてエンジンが始動できなかった場合に電力の移動を行うので、第２の電源からの自然放電をさらに抑制することができる。

（６）本発明の他の形態によれば、車両が提供される。この車両は、エンジンと；前記エンジンを始動させる請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のエンジン始動装置とを備える。

この形態の車両によると、第１の電源よりも内部抵抗の小さい第２の電源に電力を移動させることによって、第１の電源から供給される電圧より高い電圧の電力を第２の電源からエンジン始動部に供給してエンジンを始動させることができる。この形態の車両は、エンジンの始動要求を受けた後に電力の移動を行うため、予め電力を移動させて第２の電源の電圧を高い状態に維持しておく場合と比較して、第２の電源の自然放電を抑制することができる。

また、このような形態によれば、低コスト化、省資源化、製造の容易化、性能の向上等の種々の課題の少なくとも１つを解決することができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、バッテリーシステム、車両、電力供給方法、エンジン始動方法などの種々の形態で実現することができる。

車両１０に搭載されるエンジン始動装置２０の構成を示す模式図である。 始動モードを示す説明図である。 電力を移動させる様子を示す説明図である。 エンジン始動処理の流れを示すフローチャートである。 エンジン始動装置の回路構成の一例を示す説明図である。 変形例５における始動モードを説明する説明図である。

Ａ．第１実施形態：
（Ａ１）エンジン始動装置：
図１は、本発明の第１実施形態としての車両１０に搭載されるエンジン始動装置２０の構成を模式的に示す模式図である。本実施形態においては、車両１０は、停車時にエンジンを停止させ、走行を開始する際にエンジンを再始動させるアイドリングストップ制御を行う。

図示するように、車両１０は、エンジン始動装置２０と、エンジンＥＧと、負荷ＬＤ１と、負荷ＬＤ２とを備える。エンジン始動装置２０は、主バッテリＢＴ１と、副バッテリＢＴ２と、スタータ２２と、オルタネータ２４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６と、制御部２８とを備え、各々、電気回路によって電気的に接続されている。また、エンジン始動装置２０は、電気回路上にスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を備える。

主バッテリＢＴ１は、鉛蓄電池である。副バッテリＢＴ２は、リチウムイオン二次電池である。副バッテリＢＴ２は、主バッテリＢＴ１より内部抵抗が小さい。主バッテリＢＴ１および副バッテリＢＴ２に蓄えられた電力は、負荷ＬＤ１および負荷ＬＤ２に供給される。

スタータ２２は、エンジンＥＧの始動用電動機モータである。スタータ２２は、主バッテリＢＴ１および副バッテリＢＴ２から電力の供給を受けてモータを回転させ、エンジンＥＧに初期的な回転力を付与する。エンジンＥＧは、スタータ２２から付与された回転力によって始動する。

オルタネータ２４は、エンジンＥＧの回転により駆動する発電機である。オルタネータ２４によって発電された電力は、主バッテリＢＴ１および副バッテリＢＴ２に充電される。

負荷ＬＤ２は、オーディオ、ナビゲーションシステム、安全装置など、供給される電力の電圧変動によらず機能することが求められる負荷である。負荷ＬＤ１は、負荷ＬＤ２以外の負荷であり、エアコンやヘッドライトなど、車両に搭載されている一般的な負荷である。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２６は、負荷ＬＤ２に供給する電力を昇圧する昇圧コンバータである。車両１０はアイドリングストップ制御を行うため、停車中にエンジンＥＧを停止させる場合がある。車両１０は、エンジン停止中であっても、オーディオ、ナビゲーションシステム、安全装置などの負荷ＬＤ２を動作させる。従って、エンジン停止中に、主バッテリＢＴ１および副バッテリＢＴ２から負荷ＬＤ２に電力が供給される。その後、車両１０がエンジンＥＧを再始動させる際には、主バッテリＢＴ１および副バッテリＢＴ２からスタータ２２に電力が供給されるため、動作中の負荷ＬＤ２に供給される電力に一時的な電圧低下が生じる場合がある。ＤＣ／ＤＣコンバータ２６は、エンジンＥＧの再始動時に負荷ＬＤ２に供給される電力を昇圧し、電圧低下によって負荷ＬＤ２が一時的な機能停止をすることを抑制する。

制御部２８は、スタータ２２、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３の動作を制御する制御部である。制御部２８は、エンジンＥＧを始動させるエンジン始動処理を行う。以下、エンジン始動処理について説明する。

（Ａ２）エンジン始動処理：
エンジン始動処理について説明する。先にエンジン始動処理の概要について説明し、その後、フローチャートを用いてエンジン始動処理の流れを説明する。

エンジン始動処理は、制御部２８が、エンジンＥＧを始動させるために行う処理である。制御部２８は、エンジンＥＧを始動させる制御モードとして、通常始動モードと緊急始動モードの二つの始動モードを備える。図２は、始動モードを示す説明図である。制御部２８は、ＳＷ１〜ＳＷ３およびＤＣ／ＤＣコンバータ２６を制御することによって、二つの始動モードの切り替えを行う。

通常始動モードでエンジンＥＧを始動させる場合、制御部２８は、スイッチＳＷ１をＯＮ、スイッチＳＷ２をＯＦＦ、スイッチＳＷ３をＯＮ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６を自動制御（Ａｕｔｏ）にして、スタータ２２に電力を供給する。通常始動モードの場合、スタータ２２は、主バッテリＢＴ１および副バッテリＢＴ２のいずれとも接続されている。従って、スタータ２２は、２つのバッテリからの電力の供給を受けてエンジンＥＧの始動を行う。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２６の自動制御（Ａｕｔｏ）とは、エンジン始動時の状況に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ２６をＯＮにするかＯＦＦにするかの切り替えを行うことを意味する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２６がＯＮの場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６は負荷ＬＤ２へ供給する電圧を低電圧から１２Ｖに昇圧する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２６がＯＦＦの場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６は昇圧機能をＯＦＦにする。本実施形態においては、イグニッションスイッチをＯＦＦからＯＮにした後、最初にエンジンＥＧを始動させる場合は、制御部２８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６をＯＦＦにする。

イグニッションスイッチをＯＮにした後、２回目以降にエンジンＥＧを始動する場合、すなわち、アイドリングストップ制御による停車によってエンジンＥＧを停止した後、エンジンＥＧを再始動する場合は、既に負荷ＬＤ２としてのオーディオ、ナビゲーションシステム、安全装置などは動作中であるので、制御部２８は、エンジン始動に伴う供給電力の電圧低下を回避するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６をＯＮにする。

緊急始動モードは、主バッテリＢＴ１に蓄えられている電力の残容量が減少した結果、主バッテリＢＴ１が蓄える電力を用いてスタータ２２がエンジンＥＧを始動することができなくなった場合に使用される。制御部２８は、緊急始動モードでエンジンＥＧを始動する際、最初に、主バッテリＢＴ１に蓄えられている電力を副バッテリＢＴ２に移動させる。電力の移動後、スタータ２２は、副バッテリＢＴ２に蓄えられた電力を用いてエンジンＥＧの始動を行う。

図示するように、緊急始動モードでエンジンＥＧを始動する場合、制御部２８は、スイッチＳＷ１をＯＦＦ、スイッチＳＷ２をＯＮ、スイッチＳＷ３をＯＦＦ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６をＯＮにする。

図３は、主バッテリＢＴ１から副バッテリＢＴ２に電力を移動させる様子を示す説明図である。図３に示すように、制御部２８は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３およびＤＣ／ＤＣコンバータ２６を制御して、主バッテリＢＴ１から供給される電力をＤＣ／ＤＣコンバータ２６によって昇圧して、副バッテリＢＴ２に供給する。副バッテリＢＴ２は主バッテリＢＴ１から供給される電力によって充電を行う。

主バッテリＢＴ１の電力量が、エンジンＥＧを始動させる出力電圧を確保可能な電力量限界値（以下、始動不能限界とも呼ぶ）を下回っている場合、主バッテリＢＴ１の電力によってエンジンＥＧを始動することはできない。すなわち、主バッテリＢＴ１からスタータ２２に電力を供給した際に、主バッテリＢＴ１の内部抵抗による電圧降下後の出力電圧が、エンジンＥＧの始動に必要な電圧以下となってしまい、主バッテリＢＴ１の電力によってエンジンＥＧを始動することはできない。

主バッテリＢＴ１から副バッテリＢＴ２に電力を移動し、副バッテリＢＴ２の電力によってエンジンＥＧを始動させる場合、副バッテリＢＴ２の内部抵抗が小さいので、出力する電力の電圧降下が小さい。従って、電力の移動により、エンジンＥＧの始動に必要な出力電圧を確保することができる。このようにして、電力の移動を行った後、制御部２８は副バッテリＢＴ２の電力を用いてスタータ２２にエンジンＥＧの始動をさせる。なお、本実施形態においては、電力の移動時と、エンジンＥＧの始動時とにおいて、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３の状態は同じである。

次に、エンジン始動処理をフローチャートを用いて説明する。図４は、エンジン始動処理の流れを示すフローチャートである。エンジン始動処理は、ユーザが車両１０のイグニッションスイッチ（図示省略）を「ＯＮ」位置にすることで開始される。エンジン始動処理が開始されると、制御部２８は、ユーザがイグニッションスイッチを「ＳＴＡＲＴ」位置にしてエンジン始動を指示したか否かを判断する（ステップＳ１０２）。

制御部２８は、イグニッションスイッチが「ＳＴＡＲＴ」位置であることを検知すると（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、通常始動モードによってエンジンＥＧの始動を開始する（ステップＳ１０４）。この場合、制御部２８は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を、図２で説明した通常始動モードの状態にする。通常始動モードによってエンジンＥＧの始動が成功した場合、制御部２８は、エンジン始動処理を終了する（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）。

一方、通常始動モードによってエンジンＥＧが始動しなかった場合（ステップＳ１０６：ＮＯ）、制御部２８は、制御部２８は、主バッテリＢＴ１が蓄える電力の残容量を検出する（ステップＳ１０８）。具体的には、主バッテリＢＴ１の出力電圧を検出することによって主バッテリＢＴ１の残容量を検出する。

主バッテリＢＴ１の電力の残容量が始動不能限界以下である場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、制御部２８は、緊急始動モードによるエンジンＥＧの始動を行う。具体的には、制御部２８は、主バッテリＢＴ１から副バッテリＢＴ２へ電力の移動を行う（ステップＳ１１２）。この場合、制御部２８は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を、図２で説明した緊急始動モードの状態に切り替える。

本実施形態においては、副バッテリＢＴ２の出力電圧を検出し、副バッテリＢＴ２の出力電圧が所定値以上に上昇するまで電力の移動を行う。なお、本実施形態においては電力の移動時間は、副バッテリＢＴ２の出力電圧値によって決定するとしたが、予め定めた所定期間、電力の移動を行うとしてもよい。

電力の移動が完了すると制御部２８は、ユーザに対して電力移動完了案内を行う（ステップＳ１１４）。本実施形態においては、電力移動完了案内として、電力移動案内ランプ（図示省略）を点灯させる。その他、音声による案内を行うとしてもよい。

その後、制御部２８は、ユーザがイグニッションスイッチを「ＳＴＡＲＴ」位置にしてエンジン始動を指示したか否かを判断する（ステップＳ１１６）。制御部２８は、イグニッションスイッチが「ＳＴＡＲＴ」位置であることを検知すると（ステップＳ１１６：ＹＥＳ）、副バッテリＢＴ２に蓄えられた電力を用いてスタータ２２にエンジンＥＧを始動させる（ステップＳ１１８）。制御部２８は、このようにしてエンジン始動処理を行う。

以上説明したように、エンジン始動装置２０は、緊急始動モードによってエンジンＥＧを始動させる場合には、主バッテリＢＴ１から副バッテリＢＴ２に電力の移動を行い、副バッテリＢＴ２の電力を用いてエンジンＥＧを始動させる。副バッテリＢＴ２は主バッテリＢＴ１より内部抵抗が小さいので、スタータ２２へ供給する電力の電圧降下を小さくすることができる。従って、電力の移動によって、エンジンＥＧの始動に必要な出力電圧を十分に確保することができる。

また、エンジン始動装置２０は、エンジン始動要求としてイグニッションスイッチが「ＯＮ」位置になった後に電力の移動を行うので、イグニッションスイッチが「ＯＦＦ」のときに予め電力の移動を行う場合と比較して、電力の移動後の副バッテリＢＴ２からの自然放電を抑制することができる。

エンジン始動装置２０は、電力移動条件として、通常始動モードによるエンジンＥＧの始動ができなかったことを条件としているので、不必要な電力の移動を抑制することができる。また、通常始動モードによるエンジンＥＧの始動が可能な場合に電力の移動を行う場合と比較して、さらに電力移動後の副バッテリＢＴ２からの自然放電を抑制することができる。

さらに、電力移動条件として、主バッテリＢＴ１の電力の残容量が始動不能限界以下であることを条件としているので、さらに不必要な電力の移動を抑制することができる。また、電力移動後の副バッテリＢＴ２からの自然放電をさらに抑制することができる。

Ｂ．変形例：
なお、この発明は上記の実施形態や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
（Ｂ１）変形例１：
上記実施形態において、エンジン始動装置２０は、電力の移動をユーザが指示するための操作部を備えるとしてもよい。そして、電力移動条件には、操作部を介してユーザからの電力移動の指示を制御部２８が受け付けたことが含まれるとしてもよい。このようにすることで、ユーザの意図する場合以外の電力の移動を回避することができる。

（Ｂ２）変形例２：
上記実施形態においては、エンジン始動要求としてイグニッションスイッチの「ＯＮ」位置にあることを採用したが、エンジン始動要求として、例えば、ユーザによる車両１０のドアロックの解除を採用してもよい。具体的には、制御部２８は、ドアロックの解除を検知後に、主バッテリＢＴ１の電力残容量の検出を行い、残容量が始動不能限界を下回っていた場合に、緊急始動モードとして電力の移動を行う。そして、ユーザがイグニッションスイッチを「ＳＴＡＲＴ」位置にした場合に、エンジンの始動を行う。このようにしても、エンジンの始動要求を受け付ける以前に予め電力の移動を行う場合と比較して、電力の移動後の副バッテリＢＴ２からの自然放電を抑制することができる。

（Ｂ３）変形例３：
上記実施形態においては、主バッテリＢＴ１の電力の始動不能限界を、電力移動条件の基準値に採用したが、他の基準値を採用してもよい。例えば、主バッテリＢＴ１の性能劣化を抑制するために必要な電力残容量を電力移動条件の基準値に採用してもよい。このようにすることで、主バッテリＢＴ１の性能劣化を抑制することができる。

（Ｂ４）変形例４：
上記実施形態においては、副バッテリＢＴ２はリチウムイオン二次電池としたが、他の二次電池を採用するとしてもよい。例えば、ニッケル水素二次電池や、キャパシタにより構成される電池（電気二重層コンデンサ）を採用するとしてもよい。このようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

（Ｂ５）変形例５：
上記実施形態においては、エンジン始動装置の回路構成として図１で示した態様を採用したが、他の回路構成を採用してもよい。図５は、エンジン始動装置の回路構成の一例を示す説明図である。図６は、変形例５における始動モードを説明する説明図である。このような回路構成を採用した場合、図６に示すように、通常始動モードにおいては、制御部２８は、スイッチＳＷ１をＯＮ、スイッチＳＷ４をＯＮ、スイッチＳＷ５をＯＦＦ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６をＯＦＦとする。緊急始動モードにおいては、制御部２８は、スイッチＳＷ１をＯＦＦ、スイッチＳＷ４をＯＦＦ、スイッチＳＷ５をＯＮ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６をＯＮとする。このようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

（Ｂ６）変形例６：
上記実施形態において、副バッテリＢＴ２の近傍にヒータを設置し、副バッテリＢＴ２を暖めることによって、副バッテリＢＴ２の内部抵抗をさらに低下させてもよい。ヒータの電源は、主バッテリＢＴ１から供給をすることができる。主バッテリＢＴ１から副バッテリＢＴ２への電力の移動の際、および、副バッテリＢＴ２を用いてスタータ２２がエンジンを始動させる際に、副バッテリＢＴ２を暖めることによって、副バッテリＢＴ２の内部抵抗を下げ、副バッテリＢＴ２の出力電圧をさらに上昇させることができる。

１０…車両
２０…エンジン始動装置
２２…スタータ
２４…オルタネータ
２６…ＤＣ／ＤＣコンバータ
２８…制御部
ＥＧ…エンジン
ＬＤ１…負荷
ＬＤ２…負荷
ＢＴ１…主バッテリ
ＢＴ２…副バッテリ
ＳＷ１〜ＳＷ５…スイッチ

Claims (6)

1. エンジン始動装置であって、
   第１の電源と、
   前記第１の電源よりも内部抵抗の小さい第２の電源と、
   エンジンの始動要求を受け付けるエンジン始動要求受付部と、
   エンジンを始動させるエンジン始動部と、
   前記第１の電源が蓄える電力を前記第２の電源に移動させる電力移動手段と、
   前記エンジン始動要求受付部が前記始動要求を受け付けた場合であって、予め設定された条件である電力移動条件を満たす場合に、前記電力移動手段を制御して前記第１の電源が蓄える電力を前記第２の電源に移動させ、前記電力の移動後に、前記第２の電源の電力を用いて前記エンジン始動部に前記エンジンを始動させる制御部と
   を備えるエンジン始動装置。
2. 請求項１記載のエンジン始動装置であって、さらに、
   前記第１の電源が蓄える電力の残容量を検出する電力検出部を備え、
   前記電力移動条件には、前記検出された前記残容量が予め設定された基準値以下であることが含まれる
   エンジン始動装置。
3. 請求項２記載のエンジン始動装置であって、
   前記基準値は、前記エンジン始動部が前記第１の電源が蓄える電力を用いて前記エンジンを始動することができる電力の残容量の限界値である
   エンジン始動装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のエンジン始動装置であって、さらに、
   前記電力の移動をユーザが指示するための操作部を備え、
   前記電力移動条件には、前記操作部を介して前記ユーザからの前記指示を受け付けたことが含まれる
   エンジン始動装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のエンジン始動装置であって、
   前記電力移動条件には、前記エンジン始動部が前記第１の電源が蓄える電流を用いて前記エンジンを始動できなかったことが含まれる
   エンジン始動装置。
6. 車両であって、
   エンジンと、
   前記エンジンを始動させる請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のエンジン始動装置と
   を備える車両。

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