JP2024009992A - Leaning vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リーン車両に関する。 The present invention relates to lean vehicles.
リチウムイオンバッテリを搭載し、リチウムイオンバッテリの電力を用いてモータを駆動する車両が知られている。
例えば、特許文献1には、エンジンと、モータジェネレータと、蓄電装置とを備えたハイブリッド車両が示されている。特許文献1におけるハイブリッド車両は、例えば四輪車、二輪車、又は三輪車である。特許文献1における蓄電装置として始動用リチウムイオンバッテリが用いられる。
特許文献1のモータジェネレータは、ジェネレータとして機能する場合、エンジンや車輪から回転力を受けて発電し、その発電電力がバッテリに充電されるようになっている。
また、特許文献1のモータジェネレータは、バッテリを電源として回転する。モータジェネレータの動力によってハイブリッド車両がEV走行を行う。また、EV走行中にモータジェネレータの動力がエンジンの出力軸に伝達される。これにより、エンジンを始動させることができる。
2. Description of the Related Art Vehicles that are equipped with a lithium ion battery and drive a motor using electric power from the lithium ion battery are known.
For example, Patent Document 1 discloses a hybrid vehicle that includes an engine, a motor generator, and a power storage device. The hybrid vehicle in Patent Document 1 is, for example, a four-wheeled vehicle, a two-wheeled vehicle, or a three-wheeled vehicle. A starting lithium ion battery is used as the power storage device in Patent Document 1.
When the motor generator of Patent Document 1 functions as a generator, it receives rotational force from an engine or wheels to generate electricity, and the generated electricity is charged into a battery.
Further, the motor generator of Patent Document 1 rotates using a battery as a power source. The hybrid vehicle performs EV driving using the power of the motor generator. Further, during EV driving, the power of the motor generator is transmitted to the output shaft of the engine. This allows the engine to be started.
リチウムイオンバッテリは、例えば鉛バッテリと比べて高いエネルギー密度を有している。このため、リチウムイオンバッテリによれば大きな電力を蓄えることができる。 Lithium ion batteries have a higher energy density than, for example, lead batteries. Therefore, a lithium ion battery can store a large amount of electric power.
始動用リチウムイオンバッテリの電力を用いてエンジンを始動させるリーン車両は、車両の大型化を抑制しつつ広い温度範囲でエンジンを始動可能であることが望まれている。 It is desired that a lean vehicle, in which the engine is started using electric power from a starting lithium ion battery, be able to start the engine in a wide temperature range while suppressing the increase in size of the vehicle.
本発明の目的は、車両の大型化を抑制しつつ広い温度範囲で始動用リチウムイオンバッテリによりエンジンを始動可能なリーン車両を提供することである。 An object of the present invention is to provide a lean vehicle that can start an engine using a starting lithium ion battery over a wide temperature range while suppressing the increase in size of the vehicle.
本発明者らは、始動用リチウムイオンバッテリを用いたエンジンの始動について検討した。この結果、本発明者らは、次のことを見いだした。 The present inventors have studied starting an engine using a starting lithium ion battery. As a result, the present inventors discovered the following.
始動用リチウムイオンバッテリは、リチウムイオンの移動を利用することにより高いエネルギー密度を有する。しかし、始動用リチウムイオンバッテリは、低温で、電解液中におけるリチウムイオンの移動抵抗(拡散抵抗)及び電極反応における抵抗(電荷移動抵抗)が増加する傾向を有する。特に、リチウムイオンの移動度は、低温で低下しやすい。このため、始動用リチウムイオンバッテリは、例えば鉛バッテリと比べて低温時における内部抵抗が増加しやすい。このため、低温時に始動用リチウムイオンバッテリから出力される電流は減少しやすい。 A starting lithium ion battery has high energy density by utilizing the movement of lithium ions. However, starting lithium ion batteries tend to have increased resistance to movement of lithium ions in the electrolyte (diffusion resistance) and resistance to electrode reactions (charge transfer resistance) at low temperatures. In particular, the mobility of lithium ions tends to decrease at low temperatures. For this reason, the internal resistance of a starter lithium ion battery is more likely to increase at low temperatures than, for example, a lead battery. Therefore, the current output from the starting lithium ion battery tends to decrease at low temperatures.
低温時に、バッテリの電力でスタータモータがエンジンを始動する時間が長期化しないよう、大容量の始動用リチウムイオンバッテリを搭載することが考えられる。例えば、ハイブリッド車としての四輪車は、大容量の始動用リチウムイオンバッテリを搭載することができる。 In order to avoid prolonging the time it takes for the starter motor to start the engine using battery power at low temperatures, it is conceivable to install a large-capacity starting lithium-ion battery. For example, a four-wheel vehicle as a hybrid vehicle can be equipped with a large-capacity starting lithium ion battery.
しかし、二輪車又は三輪車に代表されるリーン車両は、走行時乃至旋回時に、ライダーの体重移動によって姿勢制御が行われる。リーン車両の車輪は、円弧状の断面形状を有するトレッド面を有する。リーン車両は、旋回する時に旋回中心に向かってリーンする。即ち、リーン車両は、左旋回中に車両左方向に傾斜し右旋回中に車両右方向に傾斜する。リーン車両の車体は、ライダーの体重移動によって円滑に姿勢制御が行われるように、軽量化乃至小型化されることが好ましい。そのため、一般的に、リーン車両の車体内における装置の設置スペースは、厳しく制限される。バッテリは、リーン車両の搭載物の中で、比較的大きい重量物であるため、装置の設置スペースは、厳しく制限される。例えば、バッテリが大型化すると、バッテリを中に受容する車体フレームの外寸が大きくなる。この結果、リーン車両の車体が大型化する。このため、リーン車両において、低温でも充分な電力を出力できる程度に始動用リチウムイオンバッテリの容量を増大することは容易でない。 However, in a lean vehicle such as a two-wheeled vehicle or a three-wheeled vehicle, posture control is performed by the rider's weight shift when traveling or turning. The wheels of lean vehicles have tread surfaces having an arcuate cross-sectional shape. A lean vehicle leans towards the center of the turn when turning. That is, a lean vehicle leans to the left during a left turn, and leans to the right when turning to the right. The body of a lean vehicle is preferably made lighter or smaller so that posture control can be performed smoothly by shifting the rider's weight. Therefore, in general, the installation space for the device within the body of a lean vehicle is severely limited. Since the battery is a relatively large and heavy load among the items mounted on a lean vehicle, the installation space for the device is severely limited. For example, as the battery becomes larger, the outer dimensions of the vehicle body frame that receives the battery become larger. As a result, the body of the lean vehicle becomes larger. For this reason, in lean vehicles, it is not easy to increase the capacity of the starting lithium ion battery to an extent that it can output sufficient power even at low temperatures.
そこで本発明者らは、リーン車両において、始動用リチウムイオンバッテリの容量を増大するのではなく、始動用リチウムイオンバッテリに電気二重層キャパシタを常時並列接続することを検討した。この検討の中で、本発明者らは次のことを見出した。 Therefore, the present inventors have considered connecting an electric double layer capacitor in parallel to the starter lithium ion battery at all times in a lean vehicle, instead of increasing the capacity of the starter lithium ion battery. During this study, the present inventors discovered the following.
低温時にリチウムイオンバッテリから単位時間で出力することが可能な電力(電流)は小さい。このため、エンジンを周囲温度で始動する冷間始動(Cold Start)といったエンジン始動を実施できる程度の電力を出力するためには、リチウムイオンバッテリの大型化が求められる。リチウムイオンバッテリの大型化は、リーン車両の大型化を招く。 The power (current) that can be output from a lithium-ion battery per unit time at low temperatures is small. Therefore, in order to output enough power to start the engine, such as a cold start, in which the engine is started at ambient temperature, a larger lithium ion battery is required. Increasing the size of lithium-ion batteries will lead to larger lean vehicles.
しかし、始動用リチウムイオンバッテリに電気二重層キャパシタを常時並列接続すると、始動の前に、始動用リチウムイオンバッテリから出力される電力によって、電気二重層キャパシタを充電することができる。
エンジンの燃焼動作の期間中に始動用リチウムイオンバッテリ及び電気二重層キャパシタが充電される。例えばエンジンの燃焼動作の期間が短いため、燃焼動作の停止の時点における電気二重層キャパシタの充電量がエンジンを始動するのに不十分である場合がある。また、低温時に、始動用リチウムイオンバッテリの出力電流が減少し得る。しかし、このような場合であっても、始動用リチウムイオンバッテリは、バッテリ内の電極の化学反応に起因する電圧を出力する。このため、始動用リチウムイオンバッテリは、常時並列接続された電気二重層キャパシタを充電することができる。この結果、電気二重層キャパシタには、次にエンジンを始動できる程度の電力が充電される。
電気二重層キャパシタは、エンジンを少なくとも1回始動する量の電力を充電可能な静電容量を有する。この場合、エンジンの始動時に、電気二重層キャパシタに充電された電力を利用してエンジンを始動することができる。
電気二重層キャパシタは、バッテリのような電極の化学反応を利用していない。このため、電気二重層キャパシタは、例えばバッテリと比べて、低温時における内部抵抗の増大が少ない。また、電気二重層キャパシタの体積は、エンジンを少なくとも1回始動する量の電力を充電可能な静電容量で充分なので、例えば四輪車のような大容量の始動用リチウムイオンバッテリを搭載する場合と比べてコンパクトにできる。
However, if the electric double layer capacitor is always connected in parallel to the starting lithium ion battery, the electric double layer capacitor can be charged by the electric power output from the starting lithium ion battery before starting.
The starting lithium ion battery and the electric double layer capacitor are charged during the combustion operation of the engine. For example, because the period of combustion operation of the engine is short, the amount of charge in the electric double layer capacitor at the time of stopping the combustion operation may be insufficient to start the engine. Additionally, the output current of the starting lithium ion battery may decrease at low temperatures. However, even in such a case, the starting lithium ion battery outputs a voltage resulting from a chemical reaction of the electrodes within the battery. Therefore, the starting lithium ion battery can constantly charge the electric double layer capacitor connected in parallel. As a result, the electric double layer capacitor is charged with enough power to start the engine next time.
The electric double layer capacitor has a capacitance that can be charged with enough power to start the engine at least once. In this case, when starting the engine, the electric power charged in the electric double layer capacitor can be used to start the engine.
Electric double layer capacitors do not utilize chemical reactions between electrodes like batteries do. Therefore, the electric double layer capacitor has less increase in internal resistance at low temperatures than, for example, a battery. In addition, the electric double layer capacitor has enough capacitance to charge enough power to start the engine at least once, so when a large-capacity starting lithium-ion battery such as a four-wheeled vehicle is installed, for example. It can be made more compact compared to
例えば、キャパシタとバッテリの接続形態として、常時並列接続ではなく、エンジンの始動時にキャパシタとバッテリを直列接続する構成が考えられる。しかし、この構成ではバッテリがリチウムイオンバッテリである場合、低温時でも始動可能としつつ大型化を抑制することはできない。永久磁石式始動モータがエンジンを始動する時に出力するトルクは、主に電流に依存する。エンジンの始動時に、エンジンを始動するために必要なトルクに対応する電流が必要とされる。
エンジンの始動時にキャパシタがバッテリと直列接続される場合、永久磁石式始動モータに供給される電圧を増大することができる。この電圧は、永久磁石式始動モータの最高回転速度に影響を与えることができる。しかし、エンジンの始動時にキャパシタがバッテリと直列接続されても、永久磁石式始動モータのトルクを増大する程度に電流を増大することはできない。なぜなら、直列接続においてキャパシタを流れる電流のすべてはバッテリも流れるからである。
エンジンの始動時にキャパシタとバッテリとを直列接続する場合、バッテリの電流はキャパシタの電流と実質的に等しい。この構成では、エンジンの始動時にキャパシタの電荷のすべてが放電するとキャパシタの電流が制約される。この結果、キャパシタの電流とバッテリの電流の双方が抑えられる。つまり、バッテリの電力の利用がキャパシタによって妨げられることとなる。
これに対し常時並列接続により、始動のためのキャパシタによる妨げは抑制され、リチウムイオンバッテリから出力される電流も活用できる。
For example, as a connection form of the capacitor and the battery, a configuration in which the capacitor and the battery are connected in series at the time of starting the engine instead of always connecting in parallel can be considered. However, with this configuration, if the battery is a lithium ion battery, it is not possible to suppress the increase in size while enabling startup even at low temperatures. The torque that a permanent magnet starter motor outputs when starting an engine depends primarily on current. When starting an engine, a current is required that corresponds to the torque required to start the engine.
If a capacitor is connected in series with the battery during engine starting, the voltage supplied to the permanent magnet starting motor can be increased. This voltage can influence the maximum rotational speed of the permanent magnet starter motor. However, even if the capacitor is connected in series with the battery when starting the engine, the current cannot be increased to the extent that the torque of the permanent magnet starter motor is increased. This is because all of the current that flows through the capacitor in series connection also flows through the battery.
When a capacitor and a battery are connected in series when starting an engine, the current in the battery is substantially equal to the current in the capacitor. With this configuration, the current in the capacitor is restricted when all of the charge in the capacitor is discharged when the engine is started. As a result, both the capacitor current and the battery current are suppressed. In other words, the capacitor prevents the use of battery power.
On the other hand, by always connecting in parallel, the interference caused by the capacitor for starting is suppressed, and the current output from the lithium-ion battery can also be utilized.
また、例えば充電の場面において常時並列接続と異なる構成が考えられる。例えば、まずバッテリが発電機の電流によって充電され、バッテリの電圧が満充電電圧以上の場合に、キャパシタが充電される構成が考えられる。即ち、バッテリの充電を優先する構成が考えられる。しかし、この構成では、例えば、エンジンが始動しても、バッテリが満充電になる前にエンジンが停止するとキャパシタは充電されない。この場合、次の始動でキャパシタは活用されず、バッテリの電力でエンジンが始動されることとなる。このような構成では、バッテリがリチウムイオンバッテリである場合、低温時におけるエンジンの始動のため、バッテリの大型化が求められることとなる。
これに対し常時並列接続により、キャパシタが充電されない事態が抑制される。このため、リチウムイオンバッテリの大型化を抑制しつつ低温時でもエンジンを始動可能とすることができる。
Further, for example, in the case of charging, a configuration different from the constant parallel connection may be considered. For example, a configuration can be considered in which the battery is first charged by the current of the generator, and when the voltage of the battery is equal to or higher than the full charge voltage, the capacitor is charged. That is, a configuration may be considered in which priority is given to charging the battery. However, with this configuration, for example, even if the engine starts, if the engine stops before the battery is fully charged, the capacitor will not be charged. In this case, the capacitor will not be utilized at the next start, and the engine will be started using battery power. In such a configuration, if the battery is a lithium ion battery, the battery needs to be larger in order to start the engine at low temperatures.
On the other hand, constant parallel connection prevents the capacitor from not being charged. Therefore, the engine can be started even at low temperatures while suppressing the increase in the size of the lithium ion battery.
また、例えば、電気二重層キャパシタの静電容量を、エンジンを1回始動する電力を充電可能な量より少なくすることが考えられる。例えば、単に、スタータモータを駆動する駆動回路は、キャパシタ及び/又はバッテリに充電された電力で駆動可能となっている構成が考えられる。即ち、キャパシタの電力はエンジンを1回始動する電力より小さいが、単に駆動回路の機能として「駆動回路は、駆動においてキャパシタ及び/又はバッテリに充電された電力を利用できる」構成が考えられる。しかし、常時並列接続されるバッテリがリチウムイオンバッテリである場合、低温時にリチウムイオンバッテリから出力できる電流が制約されると、エンジンを始動できない可能性が生じる。あるいは、バッテリの大型化が求められることとなる。
これに対し電気二重層キャパシタの静電容量を少なくともエンジンを1回始動する電力を充電可能な量とすることで、低温時にリチウムイオンバッテリから出力できる電流が制約されても、エンジンを始動することができる。従って、リチウムイオンバッテリの大型化が抑制できる。
Further, for example, it is conceivable to make the capacitance of the electric double layer capacitor smaller than the amount that can be charged with electric power for starting the engine once. For example, a configuration may be considered in which the drive circuit that simply drives the starter motor can be driven by electric power charged in a capacitor and/or battery. That is, although the power of the capacitor is smaller than the power needed to start the engine once, a configuration in which "the drive circuit can utilize the power charged in the capacitor and/or battery for driving" may be considered simply as a function of the drive circuit. However, when the batteries that are always connected in parallel are lithium ion batteries, if the current that can be output from the lithium ion batteries at low temperatures is restricted, there is a possibility that the engine cannot be started. Alternatively, larger batteries will be required.
In contrast, by setting the capacitance of the electric double layer capacitor to an amount that can be charged with enough power to start the engine at least once, it is possible to start the engine even when the current that can be output from the lithium-ion battery is limited at low temperatures. I can do it. Therefore, it is possible to suppress the increase in size of the lithium ion battery.
また、エンジンを始動する量の電力を充電可能なキャパシタとして、電気二重層キャパシタの他にリチウムイオンキャパシタの採用が考えられる。しかし、リチウムイオンキャパシタは、電極の一部における化学反応を利用する。このため、リチウムイオンキャパシタは、リチウムイオン電池と同様の原理に起因して低温時に出力電流が減少する傾向を有する。従って、リチウムイオンキャパシタは、始動用リチウムイオン電池の低温時の出力電流を補強する役割が果たすことができない。また、リチウムイオンキャパシタには、使用可能な電圧範囲の下限として、0Vよりも大きい下限電圧が設定される。例えば、通常のリチウムイオンキャパシタは、例えば2.5Vの下限電圧を有する。リーン車両において、例えばバッテリの劣化又は長時間の放置等によってリチウムイオンキャパシタの電圧が下限電圧を下回るとリチウムイオンキャパシタ自体が劣化する場合がある。バッテリは期間に応じた交換を想定した部品であるが、リチウムイオンキャパシタが劣化すると、例えばバッテリが交換されても、リチウムイオンキャパシタの劣化は解消しない。リチウムイオンキャパシタが劣化した状態で電圧が印加されても、リチウムイオンキャパシタに対する充電が妨げられる。このため、リチウムイオンキャパシタは、リーン車両に適していると言えない。
これに対し、電気二重層キャパシタは、0Vの下限電圧を有する。このため、例えば周辺回路の故障又はバッテリの劣化に伴う放電によって電気二重層キャパシタの電圧が0Vに低下しても電気二重層キャパシタ自体は劣化しない。つまり、一旦電圧が0Vになった後でも、電気二重層キャパシタは、充電及び放電が可能である。また、上述したように、電気二重層キャパシタは、例えばリチウムイオンキャパシタと比べて、低温時における内部抵抗の増大が少ない。従って、始動用リチウムイオンバッテリと常時並列接続された電気二重層キャパシタは、エンジンを始動する量の電力を充電するとともに、充電された電力に基づいて、エンジンを始動するような電流を出力することができる。
In addition to the electric double layer capacitor, a lithium ion capacitor may also be used as a capacitor that can be charged with enough power to start the engine. However, lithium ion capacitors utilize chemical reactions in some of the electrodes. For this reason, lithium ion capacitors have a tendency for output current to decrease at low temperatures due to the same principle as lithium ion batteries. Therefore, the lithium ion capacitor cannot play the role of reinforcing the output current of the starting lithium ion battery at low temperatures. Furthermore, a lower limit voltage greater than 0V is set for the lithium ion capacitor as the lower limit of the usable voltage range. For example, a typical lithium ion capacitor has a lower voltage limit of 2.5V, for example. In a lean vehicle, if the voltage of the lithium ion capacitor falls below the lower limit voltage due to battery deterioration or long-term storage, for example, the lithium ion capacitor itself may deteriorate. A battery is a component that is intended to be replaced depending on the period of time, but once a lithium ion capacitor deteriorates, the deterioration of the lithium ion capacitor will not be resolved, even if the battery is replaced, for example. Even if a voltage is applied to the lithium ion capacitor in a deteriorated state, charging of the lithium ion capacitor is prevented. For this reason, lithium ion capacitors cannot be said to be suitable for lean vehicles.
On the other hand, an electric double layer capacitor has a lower limit voltage of 0V. Therefore, even if the voltage of the electric double layer capacitor drops to 0V due to, for example, a failure in the peripheral circuit or discharge due to deterioration of the battery, the electric double layer capacitor itself does not deteriorate. In other words, even after the voltage reaches 0V, the electric double layer capacitor can be charged and discharged. Furthermore, as described above, electric double layer capacitors have less increase in internal resistance at low temperatures than, for example, lithium ion capacitors. Therefore, the electric double layer capacitor, which is always connected in parallel with the starting lithium-ion battery, is charged with enough power to start the engine, and based on the charged power, outputs a current enough to start the engine. I can do it.
本発明者らは、エンジンを少なくとも1回始動する量の電力を充電可能な静電容量を有する電気二重層キャパシタが、始動用リチウムイオンバッテリと常時並列接続される構成を考えた。電気二重層キャパシタの体積は、リーン車両のエンジンを少なくとも1回始動する量の電力を充電可能な静電容量で充分なので、例えば四輪車のような大容量の始動用リチウムイオンバッテリを搭載する場合と比べて小型化できる。そして、低温で出力電流が小さくなりやすい始動用リチウムイオンバッテリをエンジンの始動に用いる場合でも、始動用リチウムイオンバッテリの大型化を抑制することができる。この構成により、本発明者らは、リーン車両における始動用リチウムイオンバッテリの高いエネルギー密度という特徴を活かしリーン車両における車両の大型化を抑制しつつ広い温度範囲でエンジンを始動可能とできることが分った。 The present inventors considered a configuration in which an electric double layer capacitor having a capacitance that can be charged with enough power to start an engine at least once is always connected in parallel with a starting lithium ion battery. The volume of the electric double layer capacitor is sufficient to charge enough power to start the engine of a lean vehicle at least once, so a large-capacity lithium-ion battery for starting a vehicle, such as a four-wheel vehicle, is installed. It can be made smaller compared to the case. Even when a starting lithium ion battery whose output current tends to be small at low temperatures is used to start the engine, it is possible to suppress the starting lithium ion battery from increasing in size. With this configuration, the present inventors have found that it is possible to start the engine in a wide temperature range while suppressing the increase in vehicle size in lean vehicles by taking advantage of the high energy density of the starting lithium-ion battery in lean vehicles. Ta.
上記の知見に基づいてなされた本発明のリーン車両は、次の構成を備える。 The lean vehicle of the present invention, which was created based on the above findings, has the following configuration.
(1)左旋回中に車両左方向に傾斜し右旋回中に車両右方向に傾斜するリーン車両であって、
前記リーン車両は、
路面と接地するためのトレッド面を有し、前記トレッド面の断面形状は円弧状である車輪と、
クランク軸を有し前記車輪を駆動するためのトルクを前記クランク軸から出力するエンジンと、
永久磁石を有し、前記クランク軸を回転させ前記エンジンを始動する永久磁石式始動モータと、
前記エンジンの始動時に前記永久磁石式始動モータに電力を供給する始動用リチウムイオンバッテリと、
前記エンジンの始動時に前記永久磁石式始動モータに電力を供給する前記始動用リチウムイオンバッテリと常時並列接続されており、始動の前に前記始動用リチウムイオンバッテリから出力される電力によってエンジンを始動できる程度の電力を充電することができるよう、前記永久磁石式始動モータによって前記エンジンを少なくとも1回始動する量の電力を充電可能な静電容量を有する電気二重層キャパシタと、
を備える。
(1) A lean vehicle in which the vehicle leans to the left during a left turn and to the right during a right turn,
The lean vehicle is
A wheel having a tread surface for contacting with a road surface, the cross-sectional shape of the tread surface being arcuate;
an engine that has a crankshaft and outputs torque for driving the wheels from the crankshaft;
a permanent magnet starter motor that has a permanent magnet and rotates the crankshaft to start the engine;
a starting lithium ion battery that supplies power to the permanent magnet starter motor when starting the engine;
It is always connected in parallel with the starting lithium ion battery that supplies power to the permanent magnet starter motor when starting the engine, and the engine can be started by the electric power output from the starting lithium ion battery before starting. an electric double layer capacitor having a capacitance capable of being charged with enough power to start the engine at least once by the permanent magnet starting motor;
Equipped with.
上記構成におけるリーン車両は、車輪と、エンジンと、永久磁石式始動モータと、始動用リチウムイオンバッテリと、電気二重層キャパシタと、を備える。
車輪は、断面形状が円弧状であるトレッド面を有している。このため、リーン車両は、左旋回中に車両左方向に傾斜し右旋回中に車両右方向に傾斜するように走行できる。
始動用リチウムイオンバッテリは、エンジンの始動時に永久磁石式始動モータに電力を供給する。低温時に始動用リチウムイオンバッテリから単位時間で出力することが可能な電力(電流)は、例えば同じ容量を有する鉛バッテリよりも小さい。旋回時に傾斜するように走行するリーン車両において、始動用リチウムイオンバッテリの容量を増大することは容易でない。
本構成のリーン車両が備える始動用リチウムイオンバッテリは、電気二重層キャパシタと常時並列接続されている。このため、始動用リチウムイオンバッテリから出力される電力によって、始動の前に電気二重層キャパシタを充電することができる。また、電気二重層キャパシタは、始動用リチウムイオンバッテリと常時並列接続されている。このため、エンジンの始動時に、始動用リチウムイオンバッテリがモータに電力を供給すると同時に、事前に充電された電気二重層キャパシタもモータに電力を供給することができる。即ち、電気二重層キャパシタに充電された電力と、始動用リチウムイオンバッテリの電力を前記永久磁石式始動モータに供給する。
また、例えば、始動用リチウムイオンバッテリの充電量が満充電状態に対し少ない状態であっても、始動用リチウムイオンバッテリは、電極の反応に起因する電圧を出力する。このため、始動用リチウムイオンバッテリは、充電量が少ない状態であっても、例えばエンジンの始動前に常時並列接続された電気二重層キャパシタを充電することができる。
始動用リチウムイオンバッテリと並列接続される電気二重層キャパシタは、エンジンを少なくとも1回始動する量の電力を充電可能な静電容量を有する。電気二重層キャパシタは、バッテリのような電極の化学反応を利用していない。このため、電気二重層キャパシタは、例えばバッテリと比べて、低温時における内部抵抗の増大が少ない。従って、出力可能な電流に対し要求される電気二重層キャパシタ体積は、小さい。また、電気二重層キャパシタの体積は、エンジンを少なくとも1回始動する量の電力を充電可能な静電容量に相当する。このため、電気二重層キャパシタは小型化することができる。また、例えば始動電気二重層キャパシタ無しに低温時にエンジンを始動できる程度に始動電気二重層キャパシタの容量を維持する場合と比べ、始動用リチウムイオンバッテリの体積を削減することができる。このため、例えば常時並列接続された電気二重層キャパシタ無しに始動用リチウムイオンバッテリを搭載する場合と比べて始動用リチウムイオンバッテリを小型化できる。
The lean vehicle with the above configuration includes wheels, an engine, a permanent magnet starter motor, a starter lithium ion battery, and an electric double layer capacitor.
The wheel has a tread surface having an arcuate cross-section. Therefore, the lean vehicle can run so that the vehicle leans leftward during a left turn and the vehicle leans rightward during a right turn.
The starting lithium ion battery supplies power to the permanent magnet starting motor when starting the engine. The power (current) that can be output per unit time from a starting lithium ion battery at low temperatures is smaller than, for example, a lead battery having the same capacity. It is not easy to increase the capacity of the starting lithium ion battery in a lean vehicle that runs while leaning while turning.
The starting lithium ion battery included in the lean vehicle of this configuration is always connected in parallel with the electric double layer capacitor. Therefore, the electric double layer capacitor can be charged with the electric power output from the starting lithium ion battery before starting. Further, the electric double layer capacitor is always connected in parallel with the starting lithium ion battery. Therefore, when the engine is started, the starting lithium ion battery supplies power to the motor, and at the same time, the pre-charged electric double layer capacitor can also supply power to the motor. That is, the electric power charged in the electric double layer capacitor and the electric power of the starting lithium ion battery are supplied to the permanent magnet type starting motor.
Further, for example, even if the amount of charge of the starter lithium ion battery is less than the fully charged state, the starter lithium ion battery outputs a voltage due to the reaction of the electrodes. Therefore, even if the starting lithium ion battery is in a state where the amount of charge is small, it is possible to always charge the electric double layer capacitor connected in parallel, for example, before starting the engine.
The electric double layer capacitor connected in parallel with the starting lithium ion battery has a capacitance that can be charged with enough power to start the engine at least once. Electric double layer capacitors do not utilize chemical reactions between electrodes like batteries do. Therefore, the electric double layer capacitor has less increase in internal resistance at low temperatures than, for example, a battery. Therefore, the volume of the electric double layer capacitor required for the current that can be outputted is small. Further, the volume of the electric double layer capacitor corresponds to a capacitance that can be charged with enough power to start the engine at least once. Therefore, the electric double layer capacitor can be downsized. Furthermore, the volume of the starting lithium ion battery can be reduced compared to, for example, the case where the capacity of the starting electric double layer capacitor is maintained to the extent that the engine can be started at low temperatures without the starting electric double layer capacitor. Therefore, the lithium ion starter battery can be made smaller than, for example, the case where the lithium ion starter battery is mounted without the electric double layer capacitor that is always connected in parallel.
キャパシタがバッテリと常時並列接続される構成は、例えば、エンジンの始動時にキャパシタがバッテリと直列接続される構成とは異なる。
直列接続ではバッテリを流れる電流が制限されると、キャパシタを流れる電流も制限される。つまり、永久磁石式始動モータのトルクが制限される。このため、エンジンの始動時にキャパシタがバッテリと直列接続される構成では、低温を含む広い温度範囲で始動用リチウムイオンバッテリによりエンジンを始動するため、始動用リチウムイオンバッテリの増大が求められる。この結果、リーン車両の車体が大型化する。
The configuration in which the capacitor is always connected in parallel with the battery is different from, for example, the configuration in which the capacitor is connected in series with the battery when the engine is started.
In a series connection, if the current through the battery is limited, the current through the capacitor is also limited. In other words, the torque of the permanent magnet type starting motor is limited. Therefore, in a configuration in which a capacitor is connected in series with a battery when starting an engine, the starting lithium ion battery is used to start the engine over a wide temperature range including low temperatures, so there is a need to increase the number of starting lithium ion batteries. As a result, the body of the lean vehicle becomes larger.
(1)によれば、エンジンを少なくとも1回始動する量の電力を充電可能な静電容量を有する電気二重層キャパシタが常時並列接続される。これによって、始動用リチウムイオンバッテリの容量を増大することなく、低温を含む広い温度範囲で始動用リチウムイオンバッテリによりエンジンを始動することができる。従って、車両の大型化を抑制しつつ広い温度範囲で始動用リチウムイオンバッテリによりエンジンを始動することが可能である。 According to (1), electric double layer capacitors having a capacitance that can be charged with enough power to start the engine at least once are always connected in parallel. As a result, the engine can be started by the starting lithium ion battery in a wide temperature range including low temperatures without increasing the capacity of the starting lithium ion battery. Therefore, it is possible to start the engine using the starting lithium ion battery in a wide temperature range while suppressing the increase in size of the vehicle.
本発明の一つの観点によれば、リーン車両は、以下の構成を採用できる。 According to one aspect of the present invention, a lean vehicle can adopt the following configuration.
(2) (1)のリーン車両であって、
前記電気二重層キャパシタは、30F以上の静電容量を有する。
(2) A lean vehicle according to (1),
The electric double layer capacitor has a capacitance of 30F or more.
上記構成によれば、始動用リチウムイオンバッテリの容量を例えば四輪車の場合ように増大することなく、低温を含む広い温度範囲でエンジンを始動させることができるような期間クランク軸を回転させることができる。 According to the above configuration, the crankshaft can be rotated for a period that allows the engine to be started in a wide temperature range including low temperatures without increasing the capacity of the starting lithium-ion battery as in the case of, for example, a four-wheeled vehicle. I can do it.
本発明の一つの観点によれば、リーン車両は、以下の構成を採用できる。
(3) (1)又は(2)のリーン車両であって、
5から7つの前記電気二重層キャパシタが、直列接続されている。
According to one aspect of the present invention, a lean vehicle can adopt the following configuration.
(3) A lean vehicle according to (1) or (2),
Five to seven electric double layer capacitors are connected in series.
上記構成によれば、直列接続された電気二重層キャパシタは、リーン車両に備えられる始動用リチウムイオンバッテリが機能しないような場合でも、エンジンを始動させることができる蓄電容量を有することができる。 According to the above configuration, the electric double layer capacitors connected in series can have a power storage capacity that allows the engine to be started even when the starting lithium ion battery provided in the lean vehicle does not function.
本発明の一つの観点によれば、リーン車両は、以下の構成を採用できる。 According to one aspect of the present invention, a lean vehicle can adopt the following configuration.
(4) (1)から(3)いずれか1のリーン車両であって、
前記電気二重層キャパシタは、前記始動用リチウムイオンバッテリが前記リーン車両の車体から取り外される時点で前記車体に取り付けられた状態を維持するように、前記車体に取り付けられている。
(4) A lean vehicle according to any one of (1) to (3),
The electric double layer capacitor is attached to the vehicle body so as to maintain the state attached to the vehicle body when the starting lithium ion battery is removed from the vehicle body of the lean vehicle.
上記構成によれば、始動用リチウムイオンバッテリが例えば交換のため車体から取り外されても、電気二重層キャパシタは車体に取り付けられている。このため、例えば始動用リチウムイオンバッテリの寿命が到来してもリーン車両において始動用リチウムイオンバッテリを交換するだけで、低温を含む広い温度範囲で始動用リチウムイオンバッテリによりエンジンを始動することができる。 According to the above configuration, even if the starting lithium ion battery is removed from the vehicle body for replacement, for example, the electric double layer capacitor is attached to the vehicle body. For this reason, for example, even if the starting lithium-ion battery reaches the end of its lifespan, the engine can be started using the starting lithium-ion battery in a wide temperature range, including low temperatures, simply by replacing the starting lithium-ion battery in a lean vehicle. .
本発明の一つの観点によれば、リーン車両は、以下の構成を採用できる。 According to one aspect of the present invention, a lean vehicle can adopt the following configuration.
(5) (1)から(4)いずれか1のリーン車両であって、
前記永久磁石式始動モータは、前記永久磁石で構成された複数の磁極部を有するロータと、
複数のスロットが前記永久磁石式始動モータの周方向に間隔を空けて形成された複数のティースを有するステータコア及び前記スロットを通るように設けられた巻線を有するステータと、を備え、
前記磁極部の数は前記複数のティースの数より多い。
(5) A lean vehicle according to any one of (1) to (4),
The permanent magnet type starting motor includes a rotor having a plurality of magnetic pole parts made of the permanent magnets;
A stator core having a plurality of teeth in which a plurality of slots are formed at intervals in a circumferential direction of the permanent magnet starter motor, and a stator having a winding provided to pass through the slots,
The number of the magnetic pole parts is greater than the number of the plurality of teeth.
上記構成によれば、永久磁石式始動モータが発電する場合の損失を抑制しつつ、永久磁石式始動モータの始動時のトルクを増大するため例えば小さい電気抵抗を有する巻線を採用することができる。そして上記構成によれば、低温時にエンジンを始動する場合に永久磁石式始動モータの受け入れに対応した大きな電流を供給することができる。従って低温を含む広い温度範囲で始動用リチウムイオンバッテリによりエンジンを始動しやすい。 According to the above configuration, it is possible to use, for example, a winding having a small electrical resistance in order to increase the starting torque of the permanent magnet starter motor while suppressing the loss when the permanent magnet starter motor generates electricity. . According to the above configuration, when starting the engine at low temperatures, it is possible to supply a large current that can accommodate a permanent magnet type starting motor. Therefore, it is easy to start the engine using the starting lithium ion battery in a wide temperature range including low temperatures.
本発明の一つの観点によれば、リーン車両は、以下の構成を採用できる。 According to one aspect of the present invention, a lean vehicle can adopt the following configuration.
(6) (1)から(5)いずれか1のリーン車両であって、
前記電気二重層キャパシタは、外部と接続する端子として機能するリード線を備えたリードタイプである。
(6) A lean vehicle according to any one of (1) to (5),
The electric double layer capacitor is a lead type having a lead wire that functions as a terminal for connection to the outside.
上記構成によれば、電気二重層キャパシタは例えば基板に半田接続することによって、例えばボルト型端子の場合と比べより短時間でアレイ構成を製造することができる。 According to the above configuration, by connecting the electric double layer capacitor to the substrate by soldering, for example, an array configuration can be manufactured in a shorter time than in the case of, for example, a bolt-type terminal.
本発明の一つの観点によれば、リーン車両は、以下の構成を採用できる。 According to one aspect of the present invention, a lean vehicle can adopt the following configuration.
(7) (1)から(6)いずれか1のリーン車両であって、
前記始動用リチウムイオンバッテリは、縦、横、及び高さを有する直方体状をなし、前記縦、前記横、及び前記高さのうち最も短い前記縦を含む上面部に正の端子及び負の端子が設けられ、
前記電気二重層キャパシタは、互いに直列接続された5個から7個のいずれかの円柱状であって、前記電気二重層キャパシタの直径φ及び高さLcと、前記上面部の前記横の長さLb及び前記縦の長さWとの関係は下の式(A)及び(B)の通りである。
(Lb/7)≦φ≦ (Lb/5) (A)
Lc ≦ W (B)
(7) A lean vehicle according to any one of (1) to (6),
The starting lithium ion battery has a rectangular parallelepiped shape having a length, a width, and a height, and has a positive terminal and a negative terminal on an upper surface portion including the shortest length among the length, width, and height. is established,
The electric double layer capacitor has the shape of any one of five to seven columns connected in series, and has a diameter φ and a height Lc of the electric double layer capacitor, and the horizontal length of the upper surface portion. The relationship between Lb and the vertical length W is as shown in equations (A) and (B) below.
(Lb/7)≦φ≦ (Lb/5) (A)
Lc≦W (B)
円柱状の電気二重層キャパシタの直径φ及び高さLcと、直方体状の始動用リチウムイオンバッテリの上面部の横の長さLb及び縦の長さWとの関係を上の式(A)及び(B)の通りにする場合、始動用リチウムイオンバッテリの底面よりも狭い領域に5個から7個の電気二重層キャパシタを並べて配置することが可能である。5個から7個の電気二重層キャパシタが直列接続されることにより、電気二重層キャパシタは、始動用リチウムイオンバッテリと共に動作することが可能な最大使用電圧を有することができる。また、電気二重層キャパシタが上記の式により規定される高さLcを有することで、エンジンを少なくとも1回始動する量の電力を充電可能となる。 The relationship between the diameter φ and height Lc of the cylindrical electric double layer capacitor and the horizontal length Lb and vertical length W of the upper surface of the rectangular parallelepiped starting lithium ion battery is expressed by the above equation (A) and In the case of (B), it is possible to arrange five to seven electric double layer capacitors in an area narrower than the bottom surface of the starter lithium ion battery. By connecting five to seven electric double layer capacitors in series, the electric double layer capacitor can have a maximum working voltage that can be operated with a starting lithium ion battery. Furthermore, since the electric double layer capacitor has the height Lc defined by the above equation, it is possible to charge the electric double layer capacitor with enough power to start the engine at least once.
リーン車両の設計では、始動用リチウムイオンバッテリの寸法を考慮しながらバッテリの周辺部品の配置が行なわれる。例えば、始動用リチウムイオンバッテリの周囲にカバーが配置される場合、当該カバーの内部には、始動用リチウムイオンバッテリの寸法を考慮した空間が設けられる。 In lean vehicle design, the dimensions of the starting lithium-ion battery are taken into account when arranging the battery's peripheral components. For example, when a cover is placed around a starter lithium ion battery, a space is provided inside the cover that takes into account the dimensions of the starter lithium ion battery.
電気二重層キャパシタが、式(A)及び(B)の関係を有することにより、始動用リチウムイオンバッテリの寸法を考慮して設けられた空間を活用して電気二重層キャパシタを配置することが可能になる。従って、車両の大型化を更に抑制しつつ広い温度範囲で始動用リチウムイオンバッテリによりエンジンを始動することができる。 Since the electric double layer capacitor has the relationship of formulas (A) and (B), it is possible to arrange the electric double layer capacitor by utilizing the space provided in consideration of the dimensions of the starting lithium ion battery. become. Therefore, it is possible to start the engine using the starting lithium ion battery in a wide temperature range while further suppressing the increase in size of the vehicle.
リーン車両は、鞍乗型車両の一種である。リーン車両は、騎乗スタイルで乗車する車両である。運転者は、リーン車両のサドルに跨って着座する。リーン車両としては、例えば、スクータ型、モペット型、オフロード型、オンロード型の自動二輪車が挙げられる。また、リーン車両としては、自動二輪車に限定されず、例えば、ATV(All-Terrain Vehicle)等であってもよく、自動三輪車であってもよい。自動三輪車は、2つの前輪と1つの後輪とを備えていてもよく、1つの前輪と2つの後輪とを備えていてもよい。 A lean vehicle is a type of straddle-type vehicle. A lean vehicle is a vehicle that is ridden in a horse riding style. The driver sits astride the saddle of the lean vehicle. Examples of lean vehicles include scooter type, moped type, off-road type, and on-road type motorcycles. Further, the lean vehicle is not limited to a motorcycle, and may be, for example, an ATV (All-Terrain Vehicle) or the like, or a tricycle. The tricycle may include two front wheels and one rear wheel, or may include one front wheel and two rear wheels.
「路面と接地するためのトレッド面を有し、前記トレッド面の断面形状は円弧状である車輪」は、例えば、トレッド面(路面と接地するための面)が車輪の側面にまで達するように構成されている。当該車輪におけるトレッド面の断面形状は、円弧又は円弧に類似する形状である。ここで、トレッド面の断面は、車輪の回転軸線を通る断面である。
当該車輪におけるトレッド面の断面形状は、車幅方向の中央部が稜線を成すように突出する形状であってもよい。当該車輪におけるトレッド面は、旋回時における路面との接触面積が、直進時における路面との接触面積よりも大きくなるように構成されていてもよい。当該車輪は、例えば、リーン車両の傾斜に応じて、路面と接触する面積が連続的に変化するように構成されていてもよい。例えば、当該車輪のトレッド面は、路面と接触しない状態で車輪の回転軸線を中心とする円筒面を含まない。例えば、当該車輪における最外周の断面形状は、路面と接触しない状態で直線で構成されていない。
トレッド面は、例えば、車輪が有するタイヤに形成されている。タイヤのトレッド面に溝が形成されている場合、上記トレッド面の形状は、溝による凹凸を無視した巨視的な形状を意味している。当該車輪は、例えば、ISO又はJISに規定されるモーターサイクル用の車輪である。これに対して、リーン車両以外の車両(例えば自動車)が有する車輪は、路面との接触面が比較的平坦な扁平状のトレッド面を有し、上述した車輪とは明確に区別され得る。
"A wheel that has a tread surface for contacting the road surface, and the cross-sectional shape of the tread surface is an arc shape" is, for example, a wheel that has a tread surface (surface for contacting the road surface) that reaches the side of the wheel. It is configured. The cross-sectional shape of the tread surface of the wheel is a circular arc or a shape similar to a circular arc. Here, the cross section of the tread surface is a cross section passing through the rotational axis of the wheel.
The cross-sectional shape of the tread surface of the wheel may be such that the central portion in the vehicle width direction protrudes to form a ridgeline. The tread surface of the wheel may be configured such that the contact area with the road surface when turning is larger than the contact area with the road surface when driving straight. The wheels may be configured such that the area of contact with the road surface changes continuously, for example, depending on the inclination of the lean vehicle. For example, the tread surface of the wheel does not include a cylindrical surface centered on the axis of rotation of the wheel without contacting the road surface. For example, the cross-sectional shape of the outermost periphery of the wheel is not a straight line without contacting the road surface.
The tread surface is formed, for example, on a tire included in a wheel. When grooves are formed on the tread surface of a tire, the shape of the tread surface means a macroscopic shape that ignores the unevenness caused by the grooves. The wheel is, for example, a motorcycle wheel defined by ISO or JIS. On the other hand, wheels of vehicles other than lean vehicles (for example, automobiles) have flat tread surfaces with relatively flat contact surfaces with the road surface, and can be clearly distinguished from the wheels described above.
永久磁石式始動モータは、永久磁石を有する。例えばロータに永久磁石ではなくコイルを備えた構成は、本構成におけるモータと異なる。
磁石式始動モータは、例えば、磁石式始動発電機である。ただし、磁石式始動モータは、発電機として使用されないモータでもよい。
エンジン始動装置のモータは、例えば、アウタロータ型モータ、インナロータ型モータ、及び、アキシャルギャップ型モータを含む。また、エンジン始動装置のモータとして、例えば、ブラシモータ、及びインバータ付きのブラシレスモータが挙げられる。
永久磁石式始動モータは、少なくとも、クランク軸が回転していない状態のエンジンを始動する。つまり、永久磁石式始動モータは、少なくとも、リーン車両が停止している状態でエンジンを始動する。ただし、永久磁石式始動モータは、クランク軸が回転している状態、又はリーン車両の走行状態でエンジンを始動してもよい。
Permanent magnet starter motors have permanent magnets. For example, a configuration in which the rotor includes a coil instead of a permanent magnet is different from the motor in this configuration.
The magnetic starter motor is, for example, a magnetic starter generator. However, the magnetic starter motor may be a motor that is not used as a generator.
The motor of the engine starting device includes, for example, an outer rotor type motor, an inner rotor type motor, and an axial gap type motor. Further, examples of the motor of the engine starting device include a brush motor and a brushless motor with an inverter.
The permanent magnet starting motor starts the engine at least when the crankshaft is not rotating. In other words, the permanent magnet starting motor starts the engine at least when the lean vehicle is stopped. However, the permanent magnet type starting motor may start the engine while the crankshaft is rotating or when the vehicle is running on a lean basis.
始動用リチウムイオンバッテリは、エンジンの始動用のエネルギー供給源として用いられるバッテリである。始動用リチウムイオンバッテリは、充電及び放電が可能なバッテリである。つまり、バッテリは、蓄電池である。バッテリは、電極の化学反応によって充電及び放電を行う二次電池である。バッテリは、電極の酸化及び還元反応によって充電及び放電を行う。バッテリは、充電される電力を化学エネルギーとして蓄える。バッテリは、蓄えられた化学エネルギーを電気エネルギーに変換する。バッテリの端子電圧は、バッテリに蓄えられた電力量と比例しない。始動用リチウムイオンバッテリは、電力を化学エネルギーとして蓄える。このため、例えばエンジンの停止から次のエンジン始動までの長い非充電期間に亘り、充電された電力を保持することができる。この点で、始動用リチウムイオンバッテリは、リチウムイオンキャパシタを含むキャパシタと異なる。
例えば、キャパシタに充電された電力は、比較的短い非充電期間で失われやすい。例えば、リーン車両に搭載される程度の大きさのキャパシタは、エンジンの始動に必要な電力が蓄えられても、その電力を、始動用リチウムイオンバッテリと比べ短い期間で放電する。
始動用リチウムイオンバッテリの最大放電定格電流は、最大充電定格電流よりも小さい。ただし、始動用リチウムイオンバッテリとして、最大放電定格電流は、最大充電定格電流よりも大きいタイプも採用され得る。
始動用リチウムイオンバッテリは、エンジンを始動するための電力を蓄えるバッテリである。始動用リチウムイオンバッテリは、少なくとも、クランク軸が回転していない状態のエンジンの始動に用いられる。つまり、始動用リチウムイオンバッテリは、少なくとも、リーン車両が停止している状態でエンジンの始動に用いられる。ただし、始動用リチウムイオンバッテリは、クランク軸が回転している状態、又は、リーン車両の走行状態でエンジンの始動に用いられてもよい。
A starting lithium ion battery is a battery used as an energy supply source for starting an engine. The starting lithium ion battery is a battery that can be charged and discharged. In other words, the battery is a storage battery. Batteries are secondary batteries that charge and discharge through chemical reactions between electrodes. Batteries are charged and discharged by oxidation and reduction reactions of electrodes. Batteries store charged electricity as chemical energy. Batteries convert stored chemical energy into electrical energy. The terminal voltage of a battery is not proportional to the amount of power stored in the battery. Lithium-ion starting batteries store electricity as chemical energy. Therefore, the charged electric power can be retained over a long non-charging period, for example, from the time when the engine is stopped until the next time when the engine is started. In this respect, starting lithium ion batteries differ from capacitors including lithium ion capacitors.
For example, the power charged in a capacitor is likely to be lost during a relatively short non-charging period. For example, even if a capacitor of a size that is mounted on a lean vehicle stores the power necessary to start an engine, the capacitor discharges the power in a shorter period than a lithium-ion battery for starting.
The maximum discharge rated current of a starting lithium-ion battery is smaller than the maximum charge rated current. However, as a starting lithium ion battery, a type in which the maximum discharge rated current is larger than the maximum charge rated current may also be adopted.
The starting lithium ion battery is a battery that stores electric power for starting the engine. The starting lithium ion battery is used at least to start the engine when the crankshaft is not rotating. That is, the starting lithium ion battery is used to start the engine at least when the lean vehicle is stopped. However, the starting lithium ion battery may be used to start the engine while the crankshaft is rotating or while the vehicle is running on a lean basis.
電気二重層キャパシタは、充電される電力を電荷として蓄える。電気二重層キャパシタは、電極の化学反応を伴うことなく充電及び放電を行う。電気二重層キャパシタの端子電圧は、充電された電荷即ち電力量に略比例する。
電気二重層キャパシタは、エンジン始動装置のモータの回転に寄与する電力を蓄える容量を有する。電気二重層キャパシタは、詳細には、蓄電電気二重層キャパシタである。より詳細には、電気二重層キャパシタは、平滑電気二重層キャパシタより大きな等価直列抵抗(Equivalent Series Resistance :ESR)を有する。電気二重層キャパシタは、平滑電気二重層キャパシタより大きな寄生インダクタンスとしての直列インダクタンス(Equivalent Series Inductance :ESL)を有する。
電気二重層キャパシタは、例えばリチウムイオンキャパシタと異なる。例えば、電気二重層キャパシタは、0Vの放電時下限電圧を有する。放電時下限電圧は、自然放電を含む放電時にそれよりも低い電圧の状態にすると電池の著しい不可逆的な劣化を招来する電圧である。
リチウムイオンキャパシタの放電時下限電圧は、0Vよりも大きい。リチウムイオンキャパシタの放電時下限電圧は、例えば、2.5Vである。このため、例えば、リーン車両がリチウムイオンキャパシタを備える場合、例えばバッテリの故障又は長期間の放置によってこのバッテリに接続されたリチウムイオンキャパシタの電圧が放電時下限電圧を下回る場合、リチウムイオンキャパシタが劣化してしまう。リチウムイオンキャパシタの劣化は不可逆的である。従って、その後バッテリを交換しても、リチウムイオンキャパシタの並列接続による性能を回復することができない。
これに対し、電気二重層キャパシタは、電圧が0Vでも劣化しない。従って、故障したバッテリを交換すれば、並列接続による性能を回復できる。
また、電気二重層キャパシタは、電圧が0Vでも劣化しないので、例えば、故障したバッテリを除去して、ライダーのキック操作によりエンジンを始動する場合、あるいは他の車両と電気的に接続して電力の供給を受ける場合、エンジンの始動のための最小限の電力を蓄電することができる。
An electric double layer capacitor stores charged electric power as an electric charge. Electric double layer capacitors charge and discharge without involving chemical reactions of electrodes. The terminal voltage of the electric double layer capacitor is approximately proportional to the charged charge, that is, the amount of electric power.
The electric double layer capacitor has a capacity to store electric power that contributes to the rotation of the motor of the engine starter. Specifically, the electric double layer capacitor is a storage electric double layer capacitor. More specifically, an electric double layer capacitor has a larger equivalent series resistance (ESR) than a smooth electric double layer capacitor. An electric double layer capacitor has a larger series inductance (Equivalent Series Inductance: ESL) as a parasitic inductance than a smooth electric double layer capacitor.
Electric double layer capacitors are different from, for example, lithium ion capacitors. For example, an electric double layer capacitor has a lower limit voltage during discharge of 0V. The lower limit voltage during discharge is a voltage at which a lower voltage during discharge, including self-discharge, will cause significant irreversible deterioration of the battery.
The lower limit voltage during discharge of a lithium ion capacitor is greater than 0V. The lower limit voltage during discharge of a lithium ion capacitor is, for example, 2.5V. For this reason, for example, if a lean vehicle is equipped with a lithium ion capacitor, if the voltage of the lithium ion capacitor connected to the battery falls below the lower limit voltage during discharge due to battery failure or long-term storage, the lithium ion capacitor may deteriorate. Resulting in. Deterioration of lithium ion capacitors is irreversible. Therefore, even if the battery is replaced thereafter, the performance due to the parallel connection of the lithium ion capacitors cannot be restored.
On the other hand, electric double layer capacitors do not deteriorate even when the voltage is 0V. Therefore, by replacing the failed battery, the performance due to parallel connection can be restored.
In addition, electric double layer capacitors do not deteriorate even when the voltage is 0V, so for example, when removing a failed battery and starting the engine by the rider's kick operation, or electrically connecting it to another vehicle to generate electricity. If supplied, the minimum amount of power for starting the engine can be stored.
始動用リチウムイオンバッテリと電気二重層キャパシタとは、常時並列接続される。例えば、始動用リチウムイオンバッテリと電気二重層キャパシタは、トランジスタで構成されたスイッチングデバイス無しに接続される。従って、接続の構造も含めた装置がシンプルで小型化される。
但し、接続状態はこれに限られず、電気二重層キャパシタは、例えばメンテナンスの時に接続状態を一時的に切換えるためのスイッチを介して始動用リチウムイオンバッテリに接続されてもよい。
また、例えば、5から7つの電気二重層キャパシタが直列接続されている。但し、直列接続される数は、特に限られず、例えば、4以下でもよく、また8以上でもよい。また、直列接続された電気二重層キャパシタからなる第1の組に対し、第1の組とは異なる第2の組が並列接続されてもよい。第2の組に対し、更に第3の組が並列接続されてもよい。第2の組、第3の組のそれぞれは、直列接続されたキャパシタである。つまり、直並列構成も採用可能である。ただし、直並列構成における単位(組)は直列接続であり、複数の単位が並列接続される。
The starting lithium ion battery and the electric double layer capacitor are always connected in parallel. For example, a starting lithium ion battery and an electric double layer capacitor are connected without a switching device configured with a transistor. Therefore, the device including the connection structure is simple and compact.
However, the connection state is not limited to this, and the electric double layer capacitor may be connected to the starting lithium ion battery via a switch for temporarily changing the connection state, for example, during maintenance.
Further, for example, five to seven electric double layer capacitors are connected in series. However, the number connected in series is not particularly limited, and may be, for example, 4 or less, or 8 or more. Furthermore, a second set different from the first set may be connected in parallel to the first set of electric double layer capacitors connected in series. A third set may be further connected in parallel to the second set. Each of the second set and the third set is a series-connected capacitor. In other words, a series-parallel configuration can also be adopted. However, the units (groups) in the series-parallel configuration are connected in series, and a plurality of units are connected in parallel.
例えば、電気二重層キャパシタがエンジン始動装置から見てバッテリと並列に接続されることは、電気二重層キャパシタとバッテリの双方から出た電流が合流してエンジン始動装置に流れるように電気的に接続されていることを意味する。この逆に、例えば、電気二重層キャパシタから出た電流の全てがバッテリに流れ、この電流がさらにエンジン始動装置に流れることは、電気二重層キャパシタがエンジン始動装置から見てバッテリと並列に接続されることとは異なる。電気二重層キャパシタがエンジン始動装置から見てバッテリと並列に接続された状態は、バッテリと電気二重層キャパシタとが配線のみで接続された状態を含む。また、電気二重層キャパシタがエンジン始動装置から見てバッテリと並列に接続された状態は、バッテリと電気二重層キャパシタの間に配線以外の装置が挿入されている状態を含む。例えば、電気二重層キャパシタがエンジン始動装置から見てバッテリと並列に接続された状態は、バッテリと電気二重層キャパシタの間に、操作に応じて電気的に接続又は切断状態を切換えるコネクタ(カプラ)が含まれている状態を含む。また、例えば、電気二重層キャパシタがエンジン始動装置から見てバッテリと並列に接続された状態は、バッテリと電気二重層キャパシタの間に、コネクタ以外の電気部品が挿入された状態を含む。このような電気部品としては、例えば、スイッチ、リレー、抵抗器、接続端子、及びヒューズが挙げられる。なお、配線は、例えば、リード線である。ただし、配線は、1つのリード線で構成されるものに限られず、繋ぎ合わされた複数本のリード線でもよい。また、配線は、導通を主な機能とする装置を含む。例えば、配線は、コネクタ、スイッチ、リレー、抵抗器、接続端子、及びヒューズを含む。 For example, when an electric double layer capacitor is connected in parallel with a battery when viewed from an engine starting device, the electric double layer capacitor is electrically connected so that the currents from both the electric double layer capacitor and the battery are combined and flow to the engine starting device. means that it has been Conversely, for example, all of the current from the electric double layer capacitor flows to the battery, and this current also flows to the engine starter, because the electric double layer capacitor is connected in parallel with the battery when viewed from the engine starter. It is different from that. The state where the electric double layer capacitor is connected in parallel with the battery when viewed from the engine starting device includes the state where the battery and the electric double layer capacitor are connected only by wiring. Further, the state in which the electric double layer capacitor is connected in parallel with the battery when viewed from the engine starting device includes a state in which a device other than wiring is inserted between the battery and the electric double layer capacitor. For example, when an electric double layer capacitor is connected in parallel with a battery when viewed from an engine starting device, a connector (coupler) is used between the battery and the electric double layer capacitor to electrically switch the connection or disconnection state depending on the operation. Contains states that include. Further, for example, a state in which the electric double layer capacitor is connected in parallel with the battery when viewed from the engine starting device includes a state in which an electrical component other than the connector is inserted between the battery and the electric double layer capacitor. Such electrical components include, for example, switches, relays, resistors, connection terminals, and fuses. Note that the wiring is, for example, a lead wire. However, the wiring is not limited to one lead wire, and may be a plurality of lead wires connected together. Further, wiring includes devices whose main function is conduction. For example, wiring includes connectors, switches, relays, resistors, connection terminals, and fuses.
本明細書にて使用される専門用語は特定の実施例のみを定義する目的であって発明を制限する意図を有しない。
本明細書にて使用される用語「および/または」はひとつの、または複数の関連した列挙された構成物のあらゆるまたはすべての組み合わせを含む。
本明細書中で使用される場合、用語「含む、備える(including)」「含む、備える(comprising)」または「有する(having)」およびその変形の使用は、記載された特徴、工程、操作、要素、成分および/またはそれらの等価物の存在を特定するが、ステップ、動作、要素、コンポーネント、および/またはそれらのグループのうちの1つまたは複数を含むことができる。
本明細書中で使用される場合、用語「取り付けられた」、「結合された」および/またはそれらの等価物は広く使用され、特に指定しない限り直接的および間接的な取り付け、および結合の両方を包含する。
他に定義されない限り、本明細書で使用される全ての用語(技術用語および科学用語を含む)は、本発明が属する当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。
一般的に使用される辞書に定義された用語のような用語は、関連する技術および本開示の文脈における意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書で明示的に定義されていない限り、理想的または過度に形式的な意味で解釈されることはない。
本発明の説明においては、多数の技術および工程が開示されていると理解される。
これらの各々は個別の利益を有し、それぞれは、他の開示された技術の1つ以上、または、場合によっては全てと共に使用することもできる。
したがって、明確にするために、この説明は、不要に個々のステップの可能な組み合わせをすべて繰り返すことを控える。
それにもかかわらず、明細書および特許請求の範囲は、そのような組み合わせがすべて本発明および請求項の範囲内にあることを理解して読まれるべきである。
本明細書では、新しいリーン車両について説明する。
以下の説明では、説明の目的で、本発明の完全な理解を提供するために多数の具体的な詳細を述べる。
しかしながら、当業者には、これらの特定の詳細なしに本発明を実施できることが明らかである。
本開示は、本発明の例示として考慮されるべきであり、本発明を以下の図面または説明によって示される特定の実施形態に限定することを意図するものではない。
The terminology used herein is for the purpose of defining particular embodiments only and is not intended to limit the invention.
The term "and/or" as used herein includes any or all combinations of one or more of the associated listed components.
As used herein, the use of the terms "including,""comprising," or "having," and variations thereof, refer to the described features, steps, operations, Although identifying the presence of elements, ingredients, and/or equivalents thereof, may include one or more of steps, acts, elements, components, and/or groupings thereof.
As used herein, the terms "attached,""coupled," and/or their equivalents are used broadly to refer to both direct and indirect attachment, and coupling, unless otherwise specified. includes.
Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.
Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be construed to have meanings consistent with the relevant art and their meanings in the context of this disclosure, and are not explicitly defined herein. It should not be interpreted in an ideal or overly formal sense unless it is
It is understood that a number of techniques and steps are disclosed in the description of the invention.
Each of these has individual benefits, and each can also be used with one or more, or in some cases all, of the other disclosed techniques.
Therefore, for the sake of clarity, this description refrains from unnecessarily repeating all possible combinations of individual steps.
Nevertheless, the specification and claims should be read with the understanding that all such combinations are within the scope of the invention and claims.
A new lean vehicle is described herein.
In the following description, for purposes of explanation, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the invention.
However, it will be apparent to one skilled in the art that the invention may be practiced without these specific details.
This disclosure is to be considered as illustrative of the invention and is not intended to limit the invention to the particular embodiments illustrated in the drawings or description below.
本発明によれば、幅広い温度範囲で始動用リチウムイオンバッテリによりエンジンを始動可能なリーン車両を実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize a lean vehicle that can start an engine using a starting lithium ion battery over a wide temperature range.
以下、本発明を、実施形態に基づいて図面を参照しつつ説明する。 The present invention will be described below based on embodiments with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係るリーン車両を模式的に示す図である。図1のパート(a)は、リーン車両の側面図である。図1のパート(b)は、パート(a)に示す車輪の一部断面図である。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a lean vehicle according to an embodiment of the present invention. Part (a) of FIG. 1 is a side view of the lean vehicle. Part (b) of FIG. 1 is a partial sectional view of the wheel shown in part (a).
図1に示すリーン車両1は、車輪3a,3bと、エンジン10と、永久磁石式始動モータ20と、始動用リチウムイオンバッテリ4と、電気二重層キャパシタ71とを備えている。また、リーン車両1は、車体2を備えている。リーン車両1は、鞍乗型車両である。図1には、リーン車両1の一例として自動二輪車が示されている。
リーン車両1は、左旋回中に車両左方向に傾斜し右旋回中に車両右方向に傾斜する。
The lean vehicle 1 shown in FIG. 1 includes
The lean vehicle 1 leans to the left when turning left, and leans to the right when turning right.
リーン車両1に備えられた車輪3a,3bは、前の車輪3aと後ろの車輪3bである。後ろの車輪3bは駆動輪である。図1のパート(b)に示すように、車輪3aは、路面と接地するためのトレッド面TRを有する。トレッド面TRは、例えばタイヤに形成される。トレッド面TRの断面形状は円弧状である。なお、図1のパート(b)は、トレッド面TRに形成された溝による凹凸を無視した巨視的な形状を示している。トレッド面TRの断面形状は、後ろの車輪3bについても同様である。
車輪3a,3bのトレッド面TRは、路面と接触しない状態で円弧状の断面形状を有する。路面と接触しない車輪3a,3bは、車輪の回転軸線を中心とする円筒面を含まない。なお、車輪3a,3bが路面と接触する状態では、路面と接触する車輪3a,3bの部分は、車重により路面に応じた平面状に変形する。しかし、路面と接触する車輪3a,3bの部分の形状は、上述した、路面と接触しない状態でのトレッド面TRの断面形状ではない。
車輪3a,3bのトレッド面は、路面と接触しない状態で円弧状の断面形状を有する。このような車輪3a,3bのトレッド面の形状は、例えば四輪車の場合と異なる。
トレッド面TRに形成された溝及び傷による凹凸を除外した巨視的な観点における車輪3a,3bと路面の接触面積は、リーン車両1の傾斜動作に伴い連続的に変化する。
The
The tread surfaces TR of the
The tread surfaces of the
The contact area between the
エンジン10は、クランク軸15を備えている。エンジン10は、クランク軸15を介して動力を出力する。エンジン10は、車輪3bを駆動するためのトルクをクランク軸15から出力する。車輪3bは、クランク軸15の動力を受け、リーン車両1を走行させる。
エンジン10から出力される動力は、例えば、変速機及びクラッチを介して車輪3bに伝達されることができる。
The
The power output from the
永久磁石式始動モータ20は、永久磁石を有する。より詳細には、永久磁石式始動モータ20は、永久磁石で構成された永久磁石部37を備えている。
Permanent magnet
始動用リチウムイオンバッテリ4及び電気二重層キャパシタ71は、充電及び放電することができる蓄電デバイスである。始動用リチウムイオンバッテリ4及び電気二重層キャパシタ71は、充電された電力を外部に出力する。始動用リチウムイオンバッテリ4及び電気二重層キャパシタ71は、電力を永久磁石式始動モータ20に供給する。始動用リチウムイオンバッテリ4及び電気二重層キャパシタ71は、エンジン10の始動時に永久磁石式始動モータ20に電力を供給する。また、始動用リチウムイオンバッテリ4及び電気二重層キャパシタ71は、永久磁石式始動モータ20で発電された電力によって充電される。
The starting
始動用リチウムイオンバッテリ4は、エンジン10の始動時に永久磁石式始動モータ20に電力を供給する。また、例えばエンジンの始動後、始動用リチウムイオンバッテリ4は、永久磁石式始動モータ20から供給される電流を受けて充電される。
The starting
電気二重層キャパシタ71は、始動用リチウムイオンバッテリ4と常時並列接続されている。 電気二重層キャパシタ71は、エンジン10の始動時に始動用リチウムイオンバッテリ4と共に永久磁石式始動モータ20へ電力を供給する。電気二重層キャパシタ71は、永久磁石式始動モータ20によってエンジン10を少なくとも1回始動する量の電力を充電可能な静電容量を有している。例えば、電気二重層キャパシタ71の総計の重量は、始動用リチウムイオンバッテリ4の重量よりも小さい。
The electric
電気二重層キャパシタ71から永久磁石式始動モータ20に至る電気経路には、ヒューズが設けられていないか、或いは、50A以上の図示しないヒューズが設けられている。
例えば、50A未満のヒューズが設けられている場合、始動用リチウムイオンバッテリ4が機能せず電気二重層キャパシタ71からの電流で始動した場合に、ヒューズが切断して始動不可能となる可能性がある。
電気二重層キャパシタ71から永久磁石式始動モータ20までの電気経路がヒューズ無し、又は50A以上の図示しないヒューズ付きで構成されることで、始動時にヒューズ切断による始動不能となる事態の発生が抑えられる。
リーン車両1は、例えば、5つ以上の電気二重層キャパシタ71を有する。リーン車両1は、例えば、5から7個までの電気二重層キャパシタ71を有する。リーン車両1に適した耐圧を保持しつつ、リーン車両1における体積を最小に抑えるためである。リーン車両1は、例えば、5又は6個の電気二重層キャパシタ71を有することができる。
The electrical path from the electric
For example, if a fuse of less than 50 A is provided, if the starting lithium-
By configuring the electrical path from the electric
The lean vehicle 1 has, for example, five or more electric
電気二重層キャパシタ71は、例えば、30F以上の静電容量を有する。これによって、低温時に、幅広い範囲の大きさに属するエンジン10に対応することができる。
例えば始動用リチウムイオンバッテリ4が機能しないような場合、即ち電力を出力しないような場合でも、永久磁石式始動モータ20へ電力を供給することによって、幅広い範囲の大きさに属するエンジン10を始動することができる。電気二重層キャパシタ71は、例えば、100mL以上の排気量(行程容量)を有するエンジンも始動することができる。
The electric
For example, even if the starting lithium-
ただし、電気二重層キャパシタ71として30F未満の静電容量を採用することも可能である。また、リーン車両1に備えられるエンジン10として、100mL未満の排気量を有するエンジンも採用可能である。
However, it is also possible to employ a capacitance of less than 30F as the electric
電気二重層キャパシタ71は、例えば、始動用リチウムイオンバッテリ4と常時並列に接続される。複数の電気二重層キャパシタ71は互いに直列に接続されている。
複数の電気二重層キャパシタ71は、実質的な蓄電容量が増大するように直列に接続される。蓄電容量は、充電可能なエネルギーである。電気二重層キャパシタ71が充電できるエネルギーは例えば、電荷で表すことができる。蓄電容量は、静電容量とは異なる。一般的に、複数のキャパシタを直列した場合の合成静電容量は、ここのキャパシタの静電容量と等しい。
The electric
The plurality of electric
しかし、本実施形態の電気二重層キャパシタ71は、リーン車両1で用いられる動作電圧よりも低い最大使用電圧を有する。
例えば、リーン車両1が1つだけの電気二重層キャパシタ71を備える場合、動作電圧を電圧変換器や分圧抵抗器といった降圧手段を用いて降圧し、充電する構成が考えられる。この場合、1つだけの電気二重層キャパシタ71から放電される電圧は昇圧手段で昇圧され用いられる。この場合、1つだけの電気二重層キャパシタ71に充電されるエネルギー即ち電荷は、静電容量と電圧の積に等しい。従って、充電されるエネルギーは、電圧が低い分、小さい。即ち、蓄電容量は小さい。
本実施形態では、5つ以上の電気二重層キャパシタ71を有することによって、降圧手段を介することなく始動用リチウムイオンバッテリ4と接続される。5つ以上の電気二重層キャパシタ71は、高い電圧で充電できるので、1つだけの電気二重層キャパシタの場合と比べて大きな電荷を充電できる。即ち、蓄電容量は大きい。
However, the electric
For example, when the lean vehicle 1 includes only one electric
In this embodiment, by having five or more electric
始動用リチウムイオンバッテリ4と電気二重層キャパシタ71は、物理的に互いに別体である。始動用リチウムイオンバッテリ4と電気二重層キャパシタ71は、車体2に対して異なる位置に設けられている。始動用リチウムイオンバッテリ4と電気二重層キャパシタ71は、互いに隣接した位置に設けられることが可能である。配置関係はこれに限られず、始動用リチウムイオンバッテリ4と電気二重層キャパシタ71は、リーン車両1において、互いに離隔した位置に配置されることもできる。
例えば、始動用リチウムイオンバッテリ4は、交換可能であるように車体2に設けられている。電気二重層キャパシタ71は、始動用リチウムイオンバッテリ4の交換が行われる時に始動用リチウムイオンバッテリ4と共に車体2から取り外されないように車体2に設けられている。つまり、電気二重層キャパシタ71は、始動用リチウムイオンバッテリ4が車体2から取り外される時点で車体2に取り付けられた状態を維持するように、車体2に取り付けられている。より具体的には、電気二重層キャパシタ71と始動用リチウムイオンバッテリ4とは、互いに異なる部材によって車体2に取り付けられている。
The starting
For example, the starting
永久磁石式始動モータ20は、始動用リチウムイオンバッテリ4の電力によってクランク軸15を回転させる。これによって永久磁石式始動モータ20はエンジン10を始動する。電気二重層キャパシタ71と始動用リチウムイオンバッテリ4は接続されている。このため、永久磁石式始動モータ20は、電気二重層キャパシタ71に充電された電力と、始動用リチウムイオンバッテリ4に充電された電力の双方によってクランク軸15を回転させる。
The permanent magnet
図1に示す構成で、始動用リチウムイオンバッテリ4は、エンジン10の始動時に永久磁石式始動モータ20に電力を供給する。低温時に始動用リチウムイオンバッテリ4から単位時間で出力することが可能な電流は、例えば同じ容量を有する鉛バッテリよりも小さい。しかし、始動用リチウムイオンバッテリ4は、電気二重層キャパシタ71と接続されている。このため、始動用リチウムイオンバッテリ4から出力される電力によって、始動の前に電気二重層キャパシタ71を充電することができる。
エンジン10の始動時に、始動用リチウムイオンバッテリ4が永久磁石式始動モータ20に電力を供給すると同時に、事前に充電された電気二重層キャパシタ71も永久磁石式始動モータ20に電力を供給することができる。電気二重層キャパシタ71は、始動用リチウムイオンバッテリ4のような電極の化学反応を利用していない。このため、電気二重層キャパシタ71では、例えば始動用リチウムイオンバッテリ4と比べて、低温時における内部抵抗の増大が少ない。従って、電気二重層キャパシタ71は、例えば始動用リチウムイオンバッテリ4と比べて、低温時における出力電流の減少が抑えられる。また、電気二重層キャパシタ71の体積は、エンジン10を少なくとも1回始動する量の電力を充電可能な静電容量で充分なのでコンパクトにできる。従って、車両設計の自由度を損なうことなく、旋回時に傾斜するように走行するリーン車両1に搭載することができる。
このように、エンジン10を少なくとも1回始動する量の電力を充電可能な静電容量を有する電気二重層キャパシタ71を接続することによって、始動用リチウムイオンバッテリ4の容量を増大することなく、低温を含む広い温度範囲で始動用リチウムイオンバッテリ4によりエンジン10を始動することができる。
In the configuration shown in FIG. 1, the starting
When the
In this way, by connecting the electric
[第一の適用例]
続いて、図1を参照して説明した実施形態の適用例を説明する。
[First application example]
Next, an application example of the embodiment described with reference to FIG. 1 will be described.
図2は、図1に示す実施形態の第一の適用例であるリーン車両及び電気系統を模式的に示す図である。図2のパート(a)は、リーン車両の平面図である。図2のパート(b)は、パート(a)に示す車輪の一部断面図である。図2のパート(c)は、リーン車両の側面図である。図2のパート(d)は、リーン車両の電気系統の接続を模式的に示す実体配線図である。
図2以降に示す適用例において、図1に示す実施形態に対応する要素は、図1と同じ符号を付して説明を行う。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a lean vehicle and an electrical system as a first application example of the embodiment shown in FIG. Part (a) of FIG. 2 is a plan view of the lean vehicle. Part (b) of FIG. 2 is a partial sectional view of the wheel shown in part (a). Part (c) of FIG. 2 is a side view of the lean vehicle. Part (d) of FIG. 2 is an actual wiring diagram schematically showing the connection of the electrical system of the lean vehicle.
In the application examples shown in FIG. 2 and subsequent figures, elements corresponding to the embodiment shown in FIG. 1 will be described with the same reference numerals as in FIG. 1.
図2に示すリーン車両1は、車体2を備えている。車体2には、運転者が着座するためのシート2aが備えられている。運転者は、シート2aに跨がるようにして着座する。図2には、リーン車両1の一例として自動二輪車が示されている。
The lean vehicle 1 shown in FIG. 2 includes a
リーン車両1は、前の車輪3aと後ろの車輪3bを備えている車輪3a及び車輪3bは、路面と接地するためのトレッド面TRを有する。リーン車両1の車輪3a,3bのトレッド面は、路面と接触しない状態で円弧状の断面形状を有する。
The lean vehicle 1 includes a
エンジン10は、エンジンユニットEUを構成する。即ち、リーン車両1は、エンジンユニットEUを備えている。
エンジンユニットEUは、エンジン10と、永久磁石式始動モータ20とを含む。
エンジン10は、クランク軸15を介して動力を出力する。エンジン10は、車輪3bを駆動するためのトルクをクランク軸15から出力する。車輪3bは、クランク軸15の動力を受け、リーン車両1を走行させる。エンジン10は、例えば100mL以上の排気量を有する。エンジン10は、例えば、400mL未満の排気量を有する。
また、リーン車両1は、変速機CVT及びクラッチCLを備えている。エンジン10から出力される動力は、変速機CVT及びクラッチCLを介して車輪3bに伝達される。
The
Engine unit EU includes an
The lean vehicle 1 also includes a transmission CVT and a clutch CL. Power output from the
永久磁石式始動モータ20は、エンジン10に駆動されて発電する。図2に示す永久磁石式始動モータ20は、磁石式始動発電機である。
永久磁石式始動モータ20は、ロータ30及びステータ40を有する。ロータ30は、永久磁石で構成された永久磁石部37を備えている。ロータ30は、クランク軸15から出力される動力で回転する。ステータ40は、ロータ30と対向するように配置されている。
Permanent magnet
Permanent magnet
始動用リチウムイオンバッテリ4及び電気二重層キャパシタ71は、充電及び放電することができる蓄電デバイスである。始動用リチウムイオンバッテリ4及び電気二重層キャパシタ71は、充電された電力を外部に出力する。始動用リチウムイオンバッテリ4及び電気二重層キャパシタ71は、電力を永久磁石式始動モータ20及び電気装置Lに供給する。始動用リチウムイオンバッテリ4及び電気二重層キャパシタ71は、エンジン10の始動時に永久磁石式始動モータ20に電力を供給する。また、始動用リチウムイオンバッテリ4及び電気二重層キャパシタ71は、永久磁石式始動モータ20で発電された電力によって充電される。
The starting
始動用リチウムイオンバッテリ4は、エンジン10の始動時に永久磁石式始動モータ20に電力を供給する。また、例えばエンジン10の始動後、始動用リチウムイオンバッテリ4は、永久磁石式始動モータ20から供給される電流を受けて充電される。
リーン車両1は、インバータ21を備えている。インバータ21は、永久磁石式始動モータ20と始動用リチウムイオンバッテリ4との間を流れる電流を制御する複数のスイッチング部211を備えている。
The starting
The lean vehicle 1 includes an
電気二重層キャパシタ71は、始動用リチウムイオンバッテリ4と常時並列接続されている。図2に示すリーン車両1は、複数の電気二重層キャパシタ71を備えている。電気二重層キャパシタ71は、互いに直列接続されている。互いに直列接続された電気二重層キャパシタ71は、電気的には1つの電気二重層キャパシタとして動作する。
図2に示す電気二重層キャパシタ71は、インバータ21から見て始動用リチウムイオンバッテリ4と常時並列接続されている。電気二重層キャパシタ71は、エンジン10の始動時に始動用リチウムイオンバッテリ4と共に永久磁石式始動モータ20へ電力を供給する。電気二重層キャパシタ71は、永久磁石式始動モータ20によって前記エンジンを少なくとも1回始動する量の電力を充電可能な静電容量を有している。電気二重層キャパシタ71の総計の重量は、始動用リチウムイオンバッテリ4の重量よりも小さい。
The electric
The electric
始動用リチウムイオンバッテリ4と電気二重層キャパシタ71は、物理的に互いに別体である。始動用リチウムイオンバッテリ4と電気二重層キャパシタ71は、車体2に対して別々に設けられている。始動用リチウムイオンバッテリ4は、交換可能であるように車体2に設けられている。電気二重層キャパシタ71は、始動用リチウムイオンバッテリ4の交換が行われる時に始動用リチウムイオンバッテリ4と共に車体2から外れないように車体2に設けられている。つまり、電気二重層キャパシタ71は、始動用リチウムイオンバッテリ4が車体2から取り外される場合にも車体2に取り付けられた状態を維持することができるように、車体2に取り付けられている。より具体的には、電気二重層キャパシタ71と始動用リチウムイオンバッテリ4とは、互いに異なる部材によって車体2に取り付けられている。
電気二重層キャパシタ71は、始動用リチウムイオンバッテリ4が車体2から取り出されたことを条件として車体2から取り出し可能となるように設けられることができる。例えば、車体2に、電気二重層キャパシタ71及び始動用リチウムイオンバッテリ4の双方を収納する収納凹部が設けられており、電気二重層キャパシタ71は始動用リチウムイオンバッテリ4よりも奥に配置されている。
また、電気二重層キャパシタ71は、始動用リチウムイオンバッテリ4が車体2取り付けられた状態で車体2から取り出し可能となるように設けられることもできる。
The starting
The electric
Further, the electric
電気二重層キャパシタ71は、配線距離を基準として、電気二重層キャパシタ71とインバータ21との距離が、始動用リチウムイオンバッテリ4とインバータ21との距離よりも短くなるように配設されている。つまり、配線距離を基準として、始動用リチウムイオンバッテリ4よりも電気二重層キャパシタ71の方がインバータ21に近い位置に配設されている。図2のパート(d)に示す例において、電気二重層キャパシタ71からインバータ21を経て永久磁石式始動モータ20へ至るまでの配線距離は、始動用リチウムイオンバッテリ4からインバータ21を経て永久磁石式始動モータ20へ至るまでの配線距離よりも短い。
The electric
永久磁石式始動モータ20は、始動用リチウムイオンバッテリ4の電力によってクランク軸15を回転させる。これによって永久磁石式始動モータ20はエンジン10を始動する。
電気二重層キャパシタ71と始動用リチウムイオンバッテリ4は常時並列接続されているので、永久磁石式始動モータ20は、電気二重層キャパシタ71に充電された電力と、始動用リチウムイオンバッテリ4に充電された電力の双方によってクランク軸15を回転させる。
The permanent magnet
Since the electric
リーン車両1は、メインスイッチ5を備えている。メインスイッチ5は、操作に応じてリーン車両1に備えられた電気装置L(図6参照)に電力を供給するためのスイッチである。電気装置Lは、永久磁石式始動モータ20を除いて、電力を消費しながら動作する装置をまとめて表したものである。電気装置Lは、例えば、前照灯9、後述する燃料噴射装置18、及び点火プラグ19を含む。
リーン車両1は、スタータスイッチ6を備えている。スタータスイッチ6は、操作に応じてエンジン10を始動するためのスイッチである。リーン車両1は、メインリレー75を備えている。メインリレー75は、メインスイッチ5からの信号に応じて、電気装置Lを含む回路を開閉する。
リーン車両1は、加速指示部8を備えている。加速指示部8は、操作に応じてリーン車両1の加速を指示するための操作子である。加速指示部8は、詳細には、アクセルグリップである。
The lean vehicle 1 includes a
The lean vehicle 1 includes a
The lean vehicle 1 includes an acceleration instruction section 8. The acceleration instruction unit 8 is an operator for instructing acceleration of the lean vehicle 1 in response to an operation. Specifically, the acceleration instruction section 8 is an accelerator grip.
図2に示す構成で、始動用リチウムイオンバッテリ4は、エンジン10の始動時に永久磁石式始動モータ20に電力を供給する。低温時に始動用リチウムイオンバッテリ4から単位時間で出力することが可能な電流は、例えば同じ容量を有する鉛バッテリよりも小さい。しかし、始動用リチウムイオンバッテリ4は、電気二重層キャパシタ71と接続されている。このため、始動用リチウムイオンバッテリ4から出力される電力によって、始動の前に電気二重層キャパシタ71を充電することができる。
エンジン10の始動時に、始動用リチウムイオンバッテリ4が永久磁石式始動モータ20に電力を供給すると同時に、事前に充電された電気二重層キャパシタ71も永久磁石式始動モータ20に電力を供給することができる。電気二重層キャパシタ71は、始動用リチウムイオンバッテリ4のような電極の化学反応を利用していない。このため、電気二重層キャパシタ71では、例えば始動用リチウムイオンバッテリ4と比べて、低温時における内部抵抗の増大が少ない。従って、電気二重層キャパシタ71では、例えば始動用リチウムイオンバッテリ4と比べて、低温時における出力電流の減少が抑えられる。
また、電気二重層キャパシタ71の体積は、エンジン10を少なくとも1回始動する量の電力を充電可能な静電容量で充分なのでコンパクトにできる。従って、車両設計の自由度を損なうことなく、旋回時に傾斜するように走行するリーン車両1に搭載することができる。
このように、エンジン10を少なくとも1回始動する量の電力を充電可能な静電容量を有する電気二重層キャパシタ71を接続することによって、始動用リチウムイオンバッテリ4の容量を増大することなく、低温を含む広い温度範囲で始動用リチウムイオンバッテリ4によりエンジン10を始動することができる。
In the configuration shown in FIG. 2, the starting
When the
Further, the volume of the electric
In this way, by connecting the electric
図3は、図2に示す始動用リチウムイオンバッテリ4及び電気二重層キャパシタ71を示す外観図である。
図3のパート(a)は平面図である。図3のパート(b)は側面図である。図3のパート(b)は底面図である。
FIG. 3 is an external view showing the starting
Part (a) of FIG. 3 is a plan view. Part (b) of FIG. 3 is a side view. Part (b) of FIG. 3 is a bottom view.
[リチウムイオンバッテリ]
図3に示す始動用リチウムイオンバッテリ4は、直方体状である。始動用リチウムイオンバッテリ4は、上面4a、底面4b及び4つの側面4cを有する。
図2及び図3に示す始動用リチウムイオンバッテリ4及び電気二重層キャパシタ71は、始動用リチウムイオンバッテリ4の上面4a(図3)が、直立状態でのリーン車両1における上方を向くような姿勢で配置される。ただし、始動用リチウムイオンバッテリ4及び電気二重層キャパシタ71は、図2に示す姿勢に対し、傾いた姿勢で配置されることも可能である。
[Lithium ion battery]
The starting
The starting
始動用リチウムイオンバッテリ4は、正の端子41及び負の端子42を有する。端子41,42は、始動用リチウムイオンバッテリ4の上面部分に設けられた凹部に設けられる。
The starting
始動用リチウムイオンバッテリ4は、複数のバッテリセル45を有する。バッテリセル45は、図示しない正極及び負極を有する。始動用リチウムイオンバッテリ4における正極は、リチウム遷移金属複合酸化物を含んだ材料で構成されている。始動用リチウムイオンバッテリ4は、電極の化学反応によって外部から供給された電力を蓄える。始動用リチウムイオンバッテリ4は、電極の化学反応によって電力を外部に出力する。始動用リチウムイオンバッテリ4は、各バッテリセル45の充電量を制御するための図示しないバッテリ制御回路を内蔵している。
The starting
[キャパシタ]
リーン車両1(図2参照)は、例えば、複数の電気二重層キャパシタ71(Electric Double Layer Capacitor, EDLC)を有する。
それぞれの電気二重層キャパシタ71は、単体で機能することができる電気部品である。それぞれの電気二重層キャパシタ71は、端子として機能するリード線71a,71bを備えたリードタイプである。これらの電気二重層キャパシタ71は、回路基板72に接続されている。複数の電気二重層キャパシタ71と回路基板72とは、電気二重層キャパシタブロック7を構成している。即ち、電気二重層キャパシタブロック7は、複数の電気二重層キャパシタ71と、各々の電気二重層キャパシタ71に接続された回路基板72を有する。電気二重層キャパシタブロック7は、リーン車両1に備えられている。
回路基板72は、電気二重層キャパシタ71と半田接続されている。回路基板は、電気二重層キャパシタ71を互いに直列接続する配線パターン72pを有する。複数の電気二重層キャパシタ71は、回路基板72を介して互いに直列接続されている。リードタイプの電気二重層キャパシタ71は、組立て工程において回路基板72に半田接続されることで、短時間で直列接続することができる。
互いに直列接続された複数の電気二重層キャパシタ71は、電気的に1つの電気二重層キャパシタとして機能する。そこで、電気的に1つの電気二重層キャパシタとして機能する複数の電気二重層キャパシタ71を、以降、単に電気二重層キャパシタ71と称する場合もある。
[Capacitor]
The lean vehicle 1 (see FIG. 2) includes, for example, a plurality of electric double layer capacitors 71 (Electric Double Layer Capacitors, EDLCs).
Each electric
The
The plurality of electric
図3には、リーン車両1(図2)に適用される例として5つ以上の電気二重層キャパシタ71を示している。図2に示すリーン車両1は、例えば、6つの電気二重層キャパシタ71を有する。
FIG. 3 shows five or more electric
電気二重層キャパシタ71は、図示しない電極と電解液とを有し、電極は図示しない終電体及び活性炭を含む。電気二重層キャパシタ71は、活性炭と電解液が接する界面にイオンと電子又はホールとの並びから成る電気二重層を形成することによって電力を蓄える。電気二重層キャパシタ71は、電荷の形で電力を蓄える。電気二重層キャパシタ71は、電極の化学変化によらずに電力を蓄える。このため、電気二重層キャパシタ71は、例えば同じ容量を有する始動用リチウムイオンバッテリ4と比べた場合に、より大きな電流で充電及び放電することが可能である。
特に、電気二重層キャパシタ71は、始動用リチウムイオンバッテリ4と比べ、低温時における充電電流の制約が小さい。従って、電気二重層キャパシタ71は、同じ容量を有する始動用リチウムイオンバッテリ4と比べて、短時間でより大きな電力を蓄えることができる。また、電気二重層キャパシタ71は、始動用リチウムイオンバッテリ4と比べ、低温時における放電電流の制約が小さい。従って、電気二重層キャパシタ71は、同じ容量を有する始動用リチウムイオンバッテリ4と比べて大きな電流で放電することが可能である。
The electric
In particular, the electric
図3に示す電気二重層キャパシタ71は、永久磁石式始動モータ20が少なくとも1回エンジン10を始動させるためクランク軸15を回転させる電力を充電可能な静電容量を電気二重層キャパシタ71単体で有する。このため、始動用リチウムイオンバッテリ4がエンジン10を始動させるのに十分な電力を出力できない場合でも、電気二重層キャパシタ71に充電された電流でエンジン10を始動させることができる。仮に、始動用リチウムイオンバッテリ4が接続されない場合でも、電気二重層キャパシタ71に充電された電流でエンジン10を少なくとも1回始動させることができる。
キャパシタの容量は、静電容量である。静電容量はファラッド(F)で表される。但し、容量の尺度は、例えば始動用リチウムイオンバッテリ4と合せるため、バッテリの標準的な動作電圧を想定した電流積算量(Ah又はAs)で表すこともできる。電流積算量は、キャパシタに蓄えられる電荷を表している。従って、容量の尺度は、バッテリの標準的な動作電圧を想定した場合に蓄えられる電荷(C:クーロン)で表すことができる。バッテリの標準的な動作電圧は、例えば12Vである。バッテリの標準的な動作電圧は、例えば12Vと等しいかそれより高い電圧でもよい。バッテリの標準的な動作電圧は、例えば24Vでもよい。
本明細書においても、直列接続された電気二重層キャパシタ71に蓄えられる電力を、動作電圧を想定した場合の電荷(C)で表す場合もある。1Cは、1Asと等しい。
The electric
The capacitance of a capacitor is electrostatic capacitance. Capacitance is expressed in farads (F). However, for example, in order to match the starting
Also in this specification, the electric power stored in the electric
[キャパシタ形状と並び]
電気二重層キャパシタ71は、円柱状である。複数の円柱状の電気二重層キャパシタ71は、実質的に互いに平行になるように並ぶ。例えば、6つの電気二重層キャパシタ71は6列を成すように並んでいる。円柱状の電気二重層キャパシタ71の2つの底面(上面及び下面)のうち1つの底面から1対のリード線71a,71bが突出している。それぞれの電気二重層キャパシタ71は、リード線71a,71bが突出した底面を回路基板72に向けて並んでいる。
[Aligned with capacitor shape]
The electric
[キャパシタとバッテリの配置]
電気二重層キャパシタ71は、例えば図2に示すリーン車両1を左方に見て、リーン車両1の上下方向において、始動用リチウムイオンバッテリ4の下縁線よりも下方に配置されている。例えば、電気二重層キャパシタ71は、始動用リチウムイオンバッテリ4の底面に沿って並んでいる。始動用リチウムイオンバッテリ4の底面よりも下方に配置されている。
[Capacitor and battery placement]
The electric
[寸法 関係]
電気二重層キャパシタ71の直径φ及び高さLcと、始動用リチウムイオンバッテリ4の横の長さLb及び縦の長さWとの関係は下の式(A)及び(B)の通りである。
(Lb/7)≦φ≦ (Lb/5) (A)
Lc ≦ W (B)
[Dimensions]
The relationship between the diameter φ and height Lc of the electric
(Lb/7)≦φ≦ (Lb/5) (A)
Lc≦W (B)
電気二重層キャパシタ71として、例えば30F以上の静電容量を有するキャパシタが採用される。また、電気二重層キャパシタ71として、2.5V以上5V以下の最大使用電圧を有する電気二重層キャパシタが採用される。電気二重層キャパシタ71として、例えば2.7V以上3V以下の最大使用電圧を有する電気二重層キャパシタ71が採用される。電気二重層キャパシタ71の最大使用電圧は、例えば2.7Vである。
As the electric
電気二重層キャパシタ71は、永久磁石式始動モータ20が少なくとも0.5秒間、エンジン10を始動させるためクランク軸15を回転させる電力を充電可能な容量を有することが好ましい。これによって、エンジン10が圧縮行程を含む少なくとも1サイクル分動作する。これによって、燃焼動作が可能になる。
例えば、クランク軸15を回転させる永久磁石式始動モータ20に供給される電流が100A以上の場合、0.5秒間、クランク軸15を回転させる電力は、200Jよりも大きい。電気二重層キャパシタ71が30F以上の容量を有することにより、リーン車両1における標準的な動作電圧が12Vである場合に、複数の電気二重層キャパシタ71の全体で400Jよりも大きい電力が蓄えられる。複数の電気二重層キャパシタ71の電荷が満充電の半分になるまで放電した場合、200Jよりも大きいエネルギーを供給できる。
この場合、永久磁石式始動モータ20が少なくとも0.5秒間、エンジン10を始動させるためクランク軸15を回転させる。
It is preferable that the electric
For example, if the current supplied to the permanent
In this case, permanent
また、電気二重層キャパシタ71は、エンジン10のアイドリング時に永久磁石式始動モータ20で発電される電力により20秒以内に実質的に満充電となる容量を有する。エンジン10を20秒アイドリング状態にすると、エンジン10の停止後に、電気二重層キャパシタ71の電力によってエンジン10を再始動することができる。
例えば、エンジン10にアイドリング状態で永久磁石式始動モータ20から供給される平均的な電流が20Aの場合、20秒で電気二重層キャパシタ71に供給される電力は、400Jよりも大きい。電気二重層キャパシタ71が30F以上の容量を有することにより、リーン車両1における標準的な動作電圧が12Vである場合に、400Jよりも大きい電力が蓄えられる。つまり、電気二重層キャパシタ71は、エンジン10のアイドリング時に永久磁石式始動モータ20により発電される電力により20秒以内に満充電となる。この結果、永久磁石式始動モータ20が最大で0.5秒間、エンジン10を始動させるためクランク軸15を回転させることが可能である。
Further, the electric
For example, if the average current supplied from the permanent
電気二重層キャパシタ71は、永久磁石式始動モータ20が少なくとも1秒間より長く、エンジン10を始動させるためクランク軸15を回転させる電力を充電可能な容量を有してもよい。これによって、少なくとも1回のエンジン10の始動が行える。永久磁石式始動モータ20に供給される電流が100Aの場合、1秒間より長くクランク軸15を回転させる電力は、約400Jより大きい。電気二重層キャパシタ71が50F以上の容量を有することにより、1秒間より長く、エンジン10を始動させるためクランク軸15を回転させることができる。
ここでエンジン10の始動は、リーン車両1の停止状態、かつクランク軸15の回転停止状態における始動である。
また、電気二重層キャパシタ71は、エンジン10のアイドリング時に永久磁石式始動モータ20で発電される電力により20秒以内にリーン車両1における標準的な動作電圧となる。電気二重層キャパシタ71は、例えば、400F未満の容量を有する。
The electric
Here, the
Further, the electric
また、電気二重層キャパシタ71として、エンジン10のアイドリング時に永久磁石式始動モータ20により発電される電力により10秒より短い時間で満充電となる容量を有する構成も採用可能である。この場合、電気二重層キャパシタ71は、例えば、200F未満の容量を有する。エンジン10を10秒アイドリング状態にすると、エンジン10の停止後に、電気二重層キャパシタ71の電力によってエンジン10を再始動することができる。
Further, as the electric
図2に示すインバータ21は、スイッチング部211(図6参照)を備えている。インバータ21は、永久磁石式始動モータ20に電力を供給することによって、永久磁石式始動モータ20を回転させる。インバータ21は、永久磁石式始動モータ20の巻線に流れる電流のオン・オフを制御することによって、電流を制御する。また、インバータ21は、エンジン10が燃焼動作している場合に、永久磁石式始動モータ20で発電された電力を、始動用リチウムイオンバッテリ4及び電気二重層キャパシタ71に供給する。この場合、インバータ21は、永久磁石式始動モータ20で発電された電流を整流する。
The
リーン車両1は、制御装置60を備えている。制御装置60は、インバータ21と物理的に一体に設けられている。詳細には、本適用例の制御装置60とインバータ21とは共通の筐体を有している。制御装置60は、インバータ21のスイッチング部211の動作を制御することによって、永久磁石式始動モータ20と始動用リチウムイオンバッテリ4及び電気二重層キャパシタ71との間で流れる電流を制御する。これによって、制御装置60は、永久磁石式始動モータ20の動作を制御する。
例えば、制御装置60は、スタータスイッチ6からの信号に応じて、インバータ21に、始動用リチウムイオンバッテリ4から永久磁石式始動モータ20に電流を供給させる。これによって、始動用リチウムイオンバッテリ4から永久磁石式始動モータ20に電力が供給され、エンジン10が始動する。エンジンの始動後、即ち燃焼動作開始後、制御装置60は、永久磁石式始動モータ20からの電流を始動用リチウムイオンバッテリ4に流すようインバータ21を制御する。これによって、始動用リチウムイオンバッテリ4が永久磁石式始動モータ20の発電電力によって充電される。
また、制御装置60は、エンジン10の始動後、即ち燃焼動作開始後も、加速指示部8の操作に応じてインバータ21に、始動用リチウムイオンバッテリ4の電力を永久磁石式始動モータ20に供給させる。これによって、エンジン10によるリーン車両1の走行が永久磁石式始動モータ20でアシストされる。
The lean vehicle 1 includes a
For example, the
Further, even after the
また、本適用例の制御装置60は、エンジン10への燃料の供給を制御するエンジン制御部の機能も有する。制御装置60は、後述する燃料噴射装置18の動作を制御することによって、エンジンへの燃料の供給を制御する。
制御装置60は、図示しない中央処理装置及びメモリを備えている。メモリに記憶されたプログラムを実行することによって、エンジン10への燃料の供給を制御する。制御装置60は、平滑キャパシタ61を備えている。平滑キャパシタ61は、制御装置60の電源端子の電圧を平滑化する。
Further, the
The
図2のパート(d)に示すように、永久磁石式始動モータ20、始動用リチウムイオンバッテリ4、電気二重層キャパシタ71、メインリレー75、インバータ21を含む制御装置60、及び電気装置Lは、配線Jで電気的に接続されている。符号の見やすさのため、配線の符号(J)は、図2のパート(b)に示す配線の一部に付している。
配線Jは、例えばリード線で構成される。配線Jは、繋ぎ合わされた複数のリード線で構成される場合もある。また、配線Jは、リード線を中継するコネクタ、ヒューズ、及び接続端子を含む場合もある。コネクタ、ヒューズ、及び接続端子の図示は省略する。また、図2のパート(d)の実体配線図では、正極領域の接続が示されている。負極領域即ちグランド領域は、車体2を介して電気的に接続されている。より詳細には、負極領域は、車体2の図示しない金属製フレームを介して電気的に接続されている。車体2を介した各装置の電気的な接続の距離は、通常、リード線等による正極領域の接続と同等であるか、より短い。そこで、図2のパート(d)において、車体2による負極領域の接続の図示を省略し、主として、正極領域の配線について説明する。
図2に示す配線Jは、車両に設けられた他の配線と組み合わされて図示しないワイヤハーネスを構成する。図2のパート(d)では、図に示された装置を電気的に接続する配線Jのみを示す。
図2のパート(d)には、各装置間の配線Jの接続関係、及び配線Jの距離が概略的に示されている。
As shown in part (d) of FIG. 2, a
The wiring J is composed of, for example, a lead wire. The wiring J may be composed of a plurality of lead wires connected together. Further, the wiring J may include a connector for relaying lead wires, a fuse, and a connection terminal. Illustrations of connectors, fuses, and connection terminals are omitted. Furthermore, the actual wiring diagram in part (d) of FIG. 2 shows connections in the positive electrode region. The negative electrode region, ie, the ground region, is electrically connected via the
The wiring J shown in FIG. 2 is combined with other wiring provided in the vehicle to constitute a wire harness (not shown). Part (d) of FIG. 2 shows only the wiring J that electrically connects the devices shown in the figure.
Part (d) of FIG. 2 schematically shows the connection relationship of the wiring J between each device and the distance of the wiring J.
[エンジンユニット]
図4は、図2に示すエンジンユニットEUの概略構成を模式的に示す部分断面図である。
[Engine unit]
FIG. 4 is a partial cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of the engine unit EU shown in FIG. 2. As shown in FIG.
エンジンユニットEUは、エンジン10を備えている。エンジン10は、クランクケース11と、シリンダ12と、ピストン13と、コネクティングロッド14と、クランク軸15とを備えている。ピストン13は、シリンダ12内に往復動可能に設けられている。
クランク軸15は、クランクケース11内に回転可能に設けられている。クランク軸15は、コネクティングロッド14を介して、ピストン13と連結されている。シリンダ12の上部には、シリンダヘッド16が取り付けられている。シリンダ12とシリンダヘッド16とピストン13とによって、燃焼室が形成される。クランク軸15は、クランクケース11に、回転自在な態様で支持されている。クランク軸15の一端部15aには、永久磁石式始動モータ20が取り付けられている。クランク軸15の他端部15bには、変速機CVTが取り付けられている。変速機CVTは、入力の回転速度に対する出力の回転速度の比である変速比を変更することができる。変速機CVTは、クランク軸15の回転速度に対する、車輪の回転速度に対応する変速比を変更することができる。
The engine unit EU includes an
The
エンジンユニットEUには、燃料噴射装置18が備えられている。燃料噴射装置18は、燃料を噴射することによって、燃焼室に燃料を供給する。吸気通路Ipを通って流れる空気に対し、燃料噴射装置18が燃料を噴射する。空気と燃料の混合気が、エンジン10の燃焼室に供給される。
また、エンジン10には、点火プラグ19が設けられている。
The engine unit EU is equipped with a
Furthermore, the
エンジン10は、内燃機関である。エンジン10は、燃料の供給を受ける。エンジン10は、混合気を燃焼する燃焼動作によって動力を出力する。即ち、ピストン13が、燃焼室に供給された燃料を含む混合気の燃焼によって往復動する。ピストン13の往復動に連動してクランク軸15が回転する。動力は、クランク軸15を介してエンジン10の外部に出力される。
燃料噴射装置18は、供給燃料の量を調整することによって、エンジン10から出力される動力を調節する。燃料噴射装置18は、制御装置60によって制御される。燃料噴射装置18は、エンジン10に供給される空気の量に基づいた量の燃料を供給するよう制御される。
エンジン10は、クランク軸15を介して動力を出力する。クランク軸15の動力は、変速機CVT及びクラッチCL(図2参照)を介して、車輪3bに伝達される。
図5は、図4に示す永久磁石式始動モータ20の回転軸線に垂直な断面を示す断面図である。
図4及び図5を参照して永久磁石式始動モータ20を説明する。
FIG. 5 is a sectional view showing a cross section perpendicular to the rotational axis of the permanent magnet
The permanent magnet
永久磁石式始動モータ20は、ロータ30と、ステータ40とを有する。本適用例の永久磁石式始動モータ20は、ラジアルギャップ型である。永久磁石式始動モータ20は、アウタロータ型である。即ち、ロータ30はアウタロータである。ステータ40はインナーステータである。
ロータ30は、ロータ本体部31を有する。ロータ本体部31は、例えば強磁性材料からなる。ロータ本体部31は、有底筒状を有する。ロータ本体部31は、筒状ボス部32と、円板状の底壁部33と、筒状のバックヨーク部34とを有する。底壁部33及びバックヨーク部34は一体的に形成されている。なお、底壁部33とバックヨーク部34とは別体に構成されていてもよい。底壁部33及びバックヨーク部34は筒状ボス部32を介してクランク軸15に固定されている。ロータ30には、電流が供給される巻線が設けられていない。
Permanent magnet
The
ロータ30は、永久磁石部37を有する。ロータ30は、複数の磁極部37aを有する。複数の磁極部37aは永久磁石部37により形成されている。複数の磁極部37aは、バックヨーク部34の内周面に、設けられている。本適用例において、永久磁石部37は、複数の永久磁石を有する。即ち、ロータ30は、複数の永久磁石を有する。複数の磁極部37aは、複数の永久磁石のそれぞれに設けられている。
なお、永久磁石部37は、1つの環状の永久磁石によって形成されることも可能である。この場合、1つの永久磁石は、複数の磁極部37aが内周面に並ぶように着磁される。
The
In addition, the
複数の磁極部37aは、永久磁石式始動モータ20の周方向にN極とS極とが交互に配置されるように設けられている。本適用例では、ステータ40と対向するロータ30の磁極数が24個である。ロータ30の磁極数とは、ステータ40と対向する磁極数をいう。磁極部37aとステータ40との間には磁性体が設けられていない。
磁極部37aは、永久磁石式始動モータ20の径方向におけるステータ40よりも外方に設けられている。バックヨーク部34は、径方向における磁極部37aよりも外方に設けられている。永久磁石式始動モータ20は、歯部43の数よりも多い磁極部37aを有している。
なお、ロータ30は、磁極部37aが磁性材料に埋め込まれた埋込磁石型(IPM型)であってもよいが、本適用例のように、磁極部37aが磁性材料から露出した表面磁石型(SPM型)であることが好ましい。
The plurality of
The
Note that the
ステータ40は、ステータコアSTと複数の巻線Wとを有する。ステータコアSTは、周方向に間隔を空けて設けられた複数の歯部(ティース)43を有する。複数の歯部43は、ステータコアSTから径方向外方に向かって一体的に延びている。本適用例においては、合計18個の歯部43が周方向に間隔を空けて設けられている。換言すると、ステータコアSTは、周方向に間隔を空けて形成された合計18個のスロットSLを有する。歯部43は周方向に等間隔で配置されている。
ロータ30は、歯部43の数より多い数の磁極部37aを有する。磁極部の数は、スロット数の4/3である。
The
各歯部43の周囲には、巻線Wが巻回している。つまり、複数相の巻線Wは、スロットSLを通るように設けられている。図5には、巻線Wが、スロットSLの中にある状態が示されている。
A winding wire W is wound around each
永久磁石式始動モータ20は、三相発電機である。巻線Wのそれぞれは、U相、V相、W相の何れかに属する。巻線Wは、例えば、U相、V相、W相の順に並ぶように配置される。
Permanent
リーン車両1が走行中にエンジン10が動作状態している場合、永久磁石式始動モータ20で発電される電力によって、始動用リチウムイオンバッテリ4及び電気二重層キャパシタ71が充電される。始動用リチウムイオンバッテリ4及び電気二重層キャパシタ71が満充電になると、永久磁石式始動モータ20で発電される電力は、充電に用いられることなく例えば巻線の短絡によって熱として消費される。例えば、永久磁石式始動モータ20において始動時のトルクを増大するため、電気抵抗の小さい太い巻線が採用されると、満充電時に熱として消費される電力も増大する。つまり、損失が増大する。
モータが発電する場合、巻線Wを流れる電流は、巻線W自体に生じるインピーダンスの影響を受ける。インピーダンスは巻線Wを流れる電流を妨げる要素である。インピーダンスは、回転速度ωとインダクタンスの積を含む。ここで、回転速度ωは、実際には、単位時間に歯部近傍を通過する磁極部の数に相当する。即ち、回転速度ωは、モータおける歯部の数に対する磁極部の数の比と、ロータの回転速度とに比例する。
図5に示す永久磁石式始動モータ20は、歯部43の数より多い数の磁極部37aを有する。即ち、永久磁石式始動モータ20は、スロットSLの数より多い数の磁極部37aを有する。このため、巻線Wが大きなインピーダンスを有する。従って、始動用リチウムイオンバッテリ4及び電気二重層キャパシタ71が満充電の時に熱として消費される電力が少ない。このため、永久磁石式始動モータ20において始動時のトルクを増大するため、電気抵抗の小さい太い巻線を採用することができる。
リーン車両1は、始動用リチウムイオンバッテリ4に常時並列接続された電気二重層キャパシタ71を備えている。このため、大きな電流を受け入れ始動時のトルクを増大する永久磁石式始動モータ20が採用されている場合に、低温時でも、この受け入れに対応した大きな電流を供給することができる。
When the
When the motor generates electricity, the current flowing through the winding W is affected by the impedance generated in the winding W itself. Impedance is an element that obstructs the current flowing through the winding W. Impedance includes the product of rotational speed ω and inductance. Here, the rotational speed ω actually corresponds to the number of magnetic pole parts passing near the tooth part per unit time. That is, the rotational speed ω is proportional to the ratio of the number of magnetic poles to the number of teeth in the motor and the rotational speed of the rotor.
The permanent magnet
The lean vehicle 1 includes an electric
永久磁石式始動モータ20のロータ30は、クランク軸15の回転に応じて回転するようにクランク軸15と接続されている。
The
図6は、図2に示すリーン車両1の電気的な概略構成を示す回路図である。
図6の回路図は、図2に示すリーン車両1の適用例における電気的接続を示している。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a schematic electrical configuration of the lean vehicle 1 shown in FIG. 2.
The circuit diagram in FIG. 6 shows electrical connections in the application example of the lean vehicle 1 shown in FIG. 2.
図6に示すように、永久磁石式始動モータ20は、インバータ21を介して、電気二重層キャパシタ71と電気的に接続されている。永久磁石式始動モータ20は、インバータ21及びメインリレー75を介して、始動用リチウムイオンバッテリ4と電気的に接続されている。
インバータ21は、スイッチング部211を備えている。スイッチング部211によって、インバータ21としての三相ブリッジインバータが構成されている。
スイッチング部211は、複数相の巻線Wの各相と接続され、複数相の巻線Wと始動用リチウムイオンバッテリ4との間の電圧の印加/非印加を切換える。複数のスイッチング部211は、これにより、複数相の巻線Wと始動用リチウムイオンバッテリ4との間の電流の通過/遮断を切換える。すなわち、複数のスイッチング部211は、始動用リチウムイオンバッテリ4と永久磁石式始動モータ20との間を流れる電流を制御する。より具体的には、永久磁石式始動モータ20がスタータモータとして機能する場合、スイッチング部211のオン・オフ動作によって複数相の巻線Wのそれぞれに対する通電及び通電停止が切換えられる。また、永久磁石式始動モータ20がジェネレータとして機能する場合、スイッチング部211のオン・オフ動作によって、巻線Wのそれぞれと始動用リチウムイオンバッテリ4との間の電流の通過/遮断が切換えられる。スイッチング部211のオン・オフが順次切換えられることによって、永久磁石式始動モータ20から出力される三相交流の整流及び電圧の制御が行われる。
As shown in FIG. 6, the permanent magnet
The
The
制御装置60は、スイッチング部211の動作を制御することによって、永久磁石式始動モータ20と始動用リチウムイオンバッテリ4及び電気二重層キャパシタ71との間で流れる電流を制御する。例えば、制御装置60は、スイッチング部211をベクトル制御方式で制御することによって、永久磁石式始動モータ20を回転させる。また、制御装置60は、スイッチング部211をベクトル制御方式で制御することによって、永久磁石式始動モータ20による発電電力を始動用リチウムイオンバッテリ4、電気二重層キャパシタ71、及び電気装置Lに供給する。制御装置60がスイッチング部211を制御する方式は、これに限られず、例えば120度通電方式及び位相制御方式でもよい。
The
始動用リチウムイオンバッテリ4と電気二重層キャパシタ71の双方は、メインリレー75を介して、永久磁石式始動モータ20のインバータ21と電気的に接続されている。始動用リチウムイオンバッテリ4と電気二重層キャパシタ71の双方は、メインリレー75を介して電気装置Lと電気的に接続されている。始動用リチウムイオンバッテリ4と電気二重層キャパシタ71の双方は、メインリレー75を介して永久磁石式始動モータ20と電気的に接続されている。
始動用リチウムイオンバッテリ4と電気二重層キャパシタ71の双方は、制御装置60と電気的に接続されている。
電気二重層キャパシタ71は、平滑キャパシタ61とは別個のキャパシタである。電気二重層キャパシタ71は、平滑キャパシタ61と並列接続されている。電気二重層キャパシタ71は、永久磁石式始動モータ20を駆動するための電力を蓄える。これに対し、平滑キャパシタ61は電源電圧を平滑化する。
電気二重層キャパシタ71の容量は、平滑キャパシタ61の容量よりも大きい。寄生インダクタンスは、平滑キャパシタ61の寄生インダクタンスよりも大きい。電気二重層キャパシタ71は、電気二重層キャパシタで構成される。平滑キャパシタ61は、電解キャパシタで構成される。
Both the starting
Both the starting
Electric
The capacitance of the electric
図6に示す装置の間には、実際には、コネクタ(カプラ)、ヒューズ、接続端子、及び電流調整用抵抗等が含まれている。本適用例では、コネクタ、ヒューズ、接続端子、及び電流調整用抵抗等の部品は、電気的には配線に含まれると考えることができるため、図示及び説明を省略する。ヒューズは図6に示す装置に含まれない場合もある。 The devices shown in FIG. 6 actually include a connector (coupler), a fuse, a connection terminal, a current adjustment resistor, and the like. In this application example, components such as connectors, fuses, connection terminals, and current adjustment resistors can be considered to be electrically included in the wiring, so illustrations and descriptions thereof will be omitted. Fuses may not be included in the device shown in FIG.
図6に示す電気二重層キャパシタ71の全ては、直列接続されている。つまり、ある1つの電気二重層キャパシタ71を流れる電流のほぼ全てが残りの電気二重層キャパシタ71に流れる。
図6のメインリレー75が作動することによって、始動用リチウムイオンバッテリ4を含む回路を閉じる状態をメインリレー75のオン状態と称する。
メインスイッチ5は、操作によりオン状態となる。メインスイッチ5がオン状態のとき、メインリレー75はオン状態になる。
図6の回路図に示すように、インバータ21から見て、電気二重層キャパシタ71と始動用リチウムイオンバッテリ4とは並列接続されている。インバータ21と、電気二重層キャパシタ71と、始動用リチウムイオンバッテリ4とを含む回路には、メインリレー75が含まれている。インバータ21から見て、電気二重層キャパシタ71と始動用リチウムイオンバッテリ4とは常時並列接続されているので、メインリレー75がオン状態で且つスタータスイッチ6がオン状態であるエンジン始動時の場合、始動用リチウムイオンバッテリ4から出力される電流と電気二重層キャパシタ71から出力される電流が合流してインバータ21に流れる。
All of the electric
The state in which the
The
As shown in the circuit diagram of FIG. 6, the electric
また、インバータ21から見て、電気二重層キャパシタ71と始動用リチウムイオンバッテリ4とは常時並列接続されている。インバータ21と、始動用リチウムイオンバッテリ4とを含む回路には、メインリレー75及びインバータ21が含まれている。メインリレー75がオン状態で且つエンジン10が燃焼動作している場合、永久磁石式始動モータ20から出力された電流は、インバータ21を経た後、電気二重層キャパシタ71と始動用リチウムイオンバッテリ4とに分かれて供給される。
インバータ21から見て、電気二重層キャパシタ71と始動用リチウムイオンバッテリ4と電気装置Lとは並列接続されている。電気装置Lは、上述したように例えば前照灯9である。従って、より詳細には、メインリレー75がオン状態の場合、永久磁石式始動モータ20から出力された電流は、インバータ21を経た後、電気二重層キャパシタ71と始動用リチウムイオンバッテリ4と電気装置Lとに分かれて供給される。
永久磁石式始動モータ20が発電をしていない場合、始動用リチウムイオンバッテリ4の電流が電気装置Lに供給される。また更に、電気二重層キャパシタ71の電圧が始動用リチウムイオンバッテリ4の電圧よりも小さいとき、始動用リチウムイオンバッテリ4から出力された電流の一部が電気二重層キャパシタ71に流れる。つまり、始動用リチウムイオンバッテリ4が電気二重層キャパシタ71を充電する。
例えば、エンジン10が燃焼動作していない場合、電気二重層キャパシタ71の電力は電気装置Lで消費される。この結果、電気二重層キャパシタ71の電圧は始動用リチウムイオンバッテリ4の電圧より小さくなる。この状態で、メインリレー75がオン状態になると、電気二重層キャパシタ71が始動用リチウムイオンバッテリ4の電力で充電される。この場合、電気二重層キャパシタ71は、電気二重層キャパシタ71の電圧が始動用リチウムイオンバッテリ4の電圧と等しくなるまで、充電される。
Further, when viewed from the
When viewed from the
When the permanent
For example, when the
図6の回路図と図2のパート(d)の実体配線図とは、同一の接続構成を示している。但し、図2のパート(d)の実体配線図は、各装置間の実際の配線Jの接続関係、及び配線Jの距離を示している点が、図6と異なる。 The circuit diagram in FIG. 6 and the actual wiring diagram in part (d) of FIG. 2 show the same connection configuration. However, the actual wiring diagram in part (d) of FIG. 2 differs from FIG. 6 in that it shows the actual connection relationship of the wiring J between each device and the distance of the wiring J.
回路図は、通常、装置の電気的な接続を示している。より詳細には、回路図は、装置の回路トポロジーを示している。つまり、回路図は、例えば、装置同士が例えば直列接続されているか、又は、並列接続されているかを示している。また、回路図は、ある2つの装置が、配線のみで接続されているか、又は、2つの装置とは異なる装置を介して接続されているかを示している。回路図は、実際の配線長を表していない。また、回路図は、各装置の空間上の位置を表していない。例えば、3つの装置が回路図に並んで配置されていることは、3つの装置が実際にその順番に並んで配置されていることを意味しない。また、回路図における配置は、3つの装置が実際に並んで配置されていることも意味しない。
これに対し、図2のパート(b)に示す実体配線図は、リーン車両1における装置間の実際の配線長を概略で示している。
A circuit diagram usually shows the electrical connections of the device. More particularly, the circuit diagram shows the circuit topology of the device. That is, the circuit diagram shows, for example, whether the devices are connected in series or in parallel. Further, the circuit diagram shows whether two certain devices are connected only by wiring, or whether they are connected through a device different from the two devices. The circuit diagram does not represent actual wiring lengths. Further, the circuit diagram does not represent the spatial position of each device. For example, the placement of three devices side by side on a circuit diagram does not mean that the three devices are actually placed side by side in that order. Nor does the arrangement in the circuit diagram imply that the three devices are actually arranged side by side.
On the other hand, the actual wiring diagram shown in part (b) of FIG. 2 schematically shows the actual wiring length between devices in the lean vehicle 1.
図2のパート(b)に示すように、電気二重層キャパシタ71は、配線距離を基準として、電気二重層キャパシタ71とインバータ21との距離が、始動用リチウムイオンバッテリ4とインバータ21との距離よりも短くなるように配設されている。
電気二重層キャパシタ71からインバータ21を経て永久磁石式始動モータ20へ至るまでの配線距離は、始動用リチウムイオンバッテリ4からインバータ21を経て永久磁石式始動モータ20へ至るまでの配線距離よりも短い。
また、電気二重層キャパシタ71は、配線距離を基準として、電気二重層キャパシタ71とインバータ21との距離が電気二重層キャパシタ71と始動用リチウムイオンバッテリ4との距離よりも長くなるように配設されている。この結果、電気二重層キャパシタ71からインバータ21を経て永久磁石式始動モータ20へ至るまでの配線距離は、始動用リチウムイオンバッテリ4からインバータ21を経て永久磁石式始動モータ20へ至るまでの配線距離よりも長い。
As shown in part (b) of FIG. 2, the distance between the electric
The wiring distance from the electric
Further, the electric
次に、図7を参照して、リーン車両1におけるエンジン10の始動性について説明する。
Next, with reference to FIG. 7, the startability of the
図7は、図2に示すリーン車両1において、エンジン10の始動時における電流の変化を表すチャートである。
FIG. 7 is a chart showing changes in current when starting the
図7の太い実線は、インバータ21に流れる電流Imを示す。細い実線は電気二重層キャパシタ71に流れる電流Icを示す。破線は始動用リチウムイオンバッテリ4に流れる電流Ibを示す。縦軸の0Aより上は始動用リチウムイオンバッテリ4及び電気二重層キャパシタ71の充電電流を示し、0Aより下は放電電流を示す。なお、図7では、容易な理解のため電気装置へ電流が供給されていない時の電流Im、Ic、Ibが示されている。
The thick solid line in FIG. 7 indicates the current Im flowing through the
図7のチャートでは、エンジン10への燃料供給などの燃焼動作が行われずにエンジン10の始動のためのクランク軸15の正転動作が行われた時の電流が示されている。具体的な始動条件として、スタータスイッチ6が、所定期間にわたってオン状態になるよう操作される。この期間、制御装置60の制御によってインバータ21が、永久磁石式始動モータ20を回転させるよう、永久磁石式始動モータ20の各相の巻線に電流を供給する。つまり、所定の始動期間(例えば0.5秒間)が得られる。これによって、永久磁石式始動モータ20が上記始動期間にわたってクランク軸15を回転させる。この期間中、エンジン10の燃焼動作は行われない。次に、所定の停止期間(例えば3秒間)が得られ、その後、再度、スタータスイッチ6が、上記始動期間にわたってオン状態になるよう操作される。このように始動期間と停止期間とが交互に繰り返される。
上記始動期間のうち始めの一部(例えば0.05秒)は、回転開始期間に対応する。停止中の永久磁石式始動モータ20が回転を開始するまでは、永久磁石式始動モータ20の巻線のインピーダンスが小さい。つまり、始動期間のうち回転開始期間では、永久磁石式始動モータ20に回転開始期間後の回転時より大きな突入電流が流れる。
この電流は、永久磁石式始動モータ20が、エンジン10のクランク軸15の回転を開始するためのトルクに対応している。
The chart in FIG. 7 shows the current when the
The first part (for example, 0.05 seconds) of the startup period corresponds to the rotation start period. Until the stopped permanent
This current corresponds to the torque by which the permanent
電気二重層キャパシタ71は、始動用リチウムイオンバッテリ4と接続されている。インバータ21に流れる電流Imは、始動用リチウムイオンバッテリ4から放電される電流Ibと電気二重層キャパシタ71から放電される電流Icの合計である。図7に示すように、始動期間のうちの回転開始期間では、始動用リチウムイオンバッテリ4から放電される電流Ibと、電気二重層キャパシタ71から放電される電流Icの和の電流Imが、インバータ21に流れる。
回転開始期間では、大きな電流Icが電気二重層キャパシタ71から放電されることによって、大きなインバータ21の電流Imが得られる。つまり、インバータ21の電流Imとして、エンジン10の始動に十分な電流が得られる。従って、クランク軸15の回転速度が速やかに大きくなり、エンジン10の始動性が得られる。
低温時に、始動用リチウムイオンバッテリ4からエンジン10の始動に十分な電流が出力されない場合であっても、エンジン10を始動できる。
The electric
In the rotation start period, a large current Ic is discharged from the electric
Even if the starting
回転開始期間の経過後、クランク軸15が回転を開始することに伴い、永久磁石式始動モータ20の巻線のインピーダンスが増大する。この結果、始動用リチウムイオンバッテリ4から放電される電流Ibと電気二重層キャパシタ71から放電される電流Icの双方が減少する。
始動用リチウムイオンバッテリ4から放電される電流Ibよりも、電気二重層キャパシタ71から放電される電流Icの方が小さい。これは、永久磁石式始動モータ20の巻線のインピーダンス増大に伴い、永久磁石式始動モータ20の巻線での電圧降下が大きくなり、永久磁石式始動モータ20の端子電圧と放電後の電気二重層キャパシタ71の端子電圧との差が減少するためと考えられる。換言すれば、始動用リチウムイオンバッテリ4の放電による端子電圧の変動が電気二重層キャパシタ71の放電による端子電圧の変動と比べて小さいので、始動用リチウムイオンバッテリ4では、上記回転開始期間の経過後の放電電流の変化が小さいと考えられる。
After the rotation start period has elapsed, the impedance of the winding of the permanent
The current Ic discharged from the electric
始動期間の後の停止期間では、スタータスイッチ6がオフ状態になっている。この期間、制御装置60がインバータ21による、永久磁石式始動モータ20への電流の供給を停止する。従って、インバータ21に流れる電流Imが0である。この停止期間で、電気二重層キャパシタ71の電流Icが充電を示し、始動用リチウムイオンバッテリ4の電流Ibが放電を示している。これは、始動期間の放電によって端子電圧が低下した電気二重層キャパシタ71が、始動用リチウムイオンバッテリ4の電力によって充電されていることを示している。始動用リチウムイオンバッテリ4の電力による電気二重層キャパシタ71の充電は、電気二重層キャパシタ71の端子電圧が始動用リチウムイオンバッテリ4の端子電圧と等しくなるまで継続する。なお、図7の例では、電気二重層キャパシタ71の端子電圧が始動用リチウムイオンバッテリ4の端子電圧と等しくなる前に、次の始動期間が開始している。
During the stop period after the start period, the
始動開始期間の前、例えば時間0において、始動用リチウムイオンバッテリ4の電流Ib及び電気二重層キャパシタ71の電流Ic双方が0Aとなっている。時間0のエンジン10の始動前の状態は、電気二重層キャパシタ71が始動用リチウムイオンバッテリ4によって充電された状態を意味している。
エンジン10の始動前に、電気二重層キャパシタ71が、始動用リチウムイオンバッテリ4の電力によって充電された結果である。
このように、始動用リチウムイオンバッテリ4から単位時間で出力することが可能な電力(電流)は小さい。しかし、リーン車両1が備える始動用リチウムイオンバッテリ4は、電気二重層キャパシタ71と接続されている。このため、始動用リチウムイオンバッテリ4から出力される電力によって、回転開始期間の前に電気二重層キャパシタ71を充電することができる。そして回転開始期間では、始動用リチウムイオンバッテリ4から放電される電流Ibと、電気二重層キャパシタ71から放電される電流Icの和の電流Imによって、永久磁石式始動モータ20を駆動する。
Before the starting period, for example, at time 0, both the current Ib of the starting
This is the result of charging the electric
In this way, the power (current) that can be output from the starting
始動用リチウムイオンバッテリ4は、エンジン10の始動時に永久磁石式始動モータ20に電力を供給する。特に低温時、始動用リチウムイオンバッテリ4から単位時間で出力することが可能な電力(電流)は、例えば同じ容量を有する鉛バッテリよりも小さい。
しかし、リーン車両1が備える始動用リチウムイオンバッテリ4は、電気二重層キャパシタ71と接続されている。このため、始動用リチウムイオンバッテリ4から出力される電力によって、始動の前に電気二重層キャパシタ71を充電することができる。
エンジン10の始動時に、始動用リチウムイオンバッテリ4が永久磁石式始動モータ20に電力を供給すると同時に、事前に充電された電気二重層キャパシタ71も永久磁石式始動モータ20に電力を供給することができる。電気二重層キャパシタ71は、バッテリのような電極の化学反応を利用していない。このため、電気二重層キャパシタ71は、例えば始動用リチウムイオンバッテリ4と比べて、低温時における内部抵抗の増大が少ない。また、電気二重層キャパシタ71の体積は、エンジン10を少なくとも1回始動する量の電力を充電可能な静電容量で充分なので、例えば四輪車のような大容量の始動用リチウムイオンバッテリを搭載する場合と比べてコンパクトにできる。従って、設計の自由度を損なうことなく、リーン車両1に搭載することができる。
このように、エンジン10を少なくとも1回始動する量の電力を充電可能な静電容量を有する電気二重層キャパシタ71を接続することによって、始動用リチウムイオンバッテリ4の容量を例えば四輪車の場合ように増大することなく、低温を含む広い温度範囲で始動用リチウムイオンバッテリ4によりエンジンを始動することができる。
The starting
However, the starting
When the
In this way, by connecting the electric
[第二の適用例]
続いて、第二の適用例を説明する。
[Second application example]
Next, a second application example will be explained.
図8は、第二の適用例におけるリーン車両1の電気的な概略構成を示す回路図である。 FIG. 8 is a circuit diagram showing a schematic electrical configuration of the lean vehicle 1 in the second application example.
図8に示す適用例では、始動用リチウムイオンバッテリ4と、電気二重層キャパシタ71との間に接続切換器Sw1,Sw2が設けられている。接続切換器Sw1,Sw2は、例えば、制御装置60の制御によって動作する。接続切換器Sw1,Sw2は、常時オン状態である。接続切換器Sw1,Sw2は、例えば、メンテナンス時にオフにされる場合がある。
In the application example shown in FIG. 8, connection switches Sw1 and Sw2 are provided between the starting
制御装置60は、通常、始動用リチウムイオンバッテリ4と電気二重層キャパシタ71の並列状態を維持する。並列状態が解除されるのは例えばメンテナンス時である。即ち、始動用リチウムイオンバッテリ4と電気二重層キャパシタ71は、実質的に常時接続される。これによって、例えば低温環境下で始動用リチウムイオンバッテリ4から十分な電流の電流が見込めない場合でも、始動用リチウムイオンバッテリ4からの電流と及び電気二重層キャパシタ71からの電流が得られる。この電流によって、エンジン10を始動することができる。このことは、図6等を参照して説明した適用例と同じである。
なお、リーン車両1は、図8に示すように、接続切換器Sw1,Sw2の切換えによって始動用リチウムイオンバッテリ4と電気二重層キャパシタ71を直列接続することが可能な回路を備えていてもよい。
The
Note that, as shown in FIG. 8, the lean vehicle 1 may include a circuit that can connect the starting
[第三の適用例]
続いて、第三の適用例を説明する。
[Third application example]
Next, a third application example will be explained.
図9は、第三の適用例における始動用リチウムイオンバッテリ及び電気二重層キャパシタの配置例を説明する図である。図9のパート(a)は、始動用リチウムイオンバッテリ4及び電気二重層キャパシタ71を車体2の一部断面とともに示す側面である。図9のパート(b)は、始動用リチウムイオンバッテリ4及び電気二重層キャパシタ71を車体2の一部断面とともに示す底面である。図9に示す始動用リチウムイオンバッテリ4及び電気二重層キャパシタ71は、例えば、図1、図2、又は図8に示す始動用リチウムイオンバッテリ4及び電気二重層キャパシタ71である。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the arrangement of the starting lithium ion battery and the electric double layer capacitor in the third application example. Part (a) of FIG. 9 is a side view showing the starting
始動用リチウムイオンバッテリ4及び電気二重層キャパシタ71は、車体2に取付けられている。
電気二重層キャパシタ71は、例えば図2に示すリーン車両1を左方に見て、リーン車両1の上下方向において、始動用リチウムイオンバッテリ4の下縁線よりも下方に配置されている。例えば、電気二重層キャパシタ71は、始動用リチウムイオンバッテリ4の底面に沿って並んでいる。始動用リチウムイオンバッテリ4の底面よりも下方に配置されている。
The starting
The electric
例えば、始動用リチウムイオンバッテリ4及び電気二重層キャパシタ71は、車体2に設けられた収容部2bに配置されている。例えば、収容部2bは、開口を有する凹部である。例えば、収容部2bは、シート2a(例えば、図2参照)よりも下方に配置される。シート2aは、開口の蓋として機能する。
ただし、収容部2bの位置は、シート2aよりも下方に限られない。例えば収容部2bは、シートよりも前方に設けられることも可能である。この場合、シート2aとは別の蓋が設けられる。収容部2bの少なくとも一部は、バッテリカバーで構成されている。収容部2b一部は、例えば車体フレームで構成されることも可能である。また、収容部2bの少なくとも一部は、例えば車体フレームをカバーする車体カバーで構成されることも可能である。
For example, the starting
However, the position of the
電気二重層キャパシタ71は、上下方向において、始動用リチウムイオンバッテリ4の下縁線よりも下方に配置されている。始動用リチウムイオンバッテリ4の下縁線は、始動用リチウムイオンバッテリ4を左右方向に見て、始動用リチウムイオンバッテリ4の底面4bで構成される線である。従って、図9のパート(a)で下縁線は、底面と同じ4bの符号で示される部分である。
より詳細には、電気二重層キャパシタ71は、上下方向において、始動用リチウムイオンバッテリ4の底面4bよりも下方に配置されている。
収容部2bは、始動用リチウムイオンバッテリ4よりも下方に、電気二重層キャパシタ71が配置されるスペースを有している。より詳細には、収容部2bは、開口の大きさを維持しながら、始動用リチウムイオンバッテリ4よりも下方に延伸している。電気二重層キャパシタ71は、この延伸した空間に配置されている。
電気二重層キャパシタ71は、始動用リチウムイオンバッテリ4との間に電気部品を介在させることなく配置されている。電気二重層キャパシタ71と始動用リチウムイオンバッテリ4との間には、電気部品以外の部品が配置されてもよい。例えば、電気二重層キャパシタ71と始動用リチウムイオンバッテリ4との間には、仕切り部材が配置されてもよい。
電気二重層キャパシタ71の直径φ及び高さLcと、始動用リチウムイオンバッテリ4の横の長さLb及び縦の長さWとの関係は上の式(A)及び(B)の通りである。電気二重層キャパシタ71は、収容部2bの延長した空間に配置可能である。
リーン車両1の車体2の設計において、始動用リチウムイオンバッテリ4の収容部を延長して設けることは、始動用リチウムイオンバッテリ4から分離した、電気二重層キャパシタ71の専用の収容部を設けるよりも容易である。
例えば、収容部2bは、図9に示す始動用リチウムイオンバッテリ4と同じ横の長さLb及び縦の長さWを有し、図9に示す始動用リチウムイオンバッテリ4の高さHbよりも大きな高さを有する別のバッテリを収容可能するために設計することも可能である。収容部2bは、例えば、図9に示す始動用リチウムイオンバッテリ4よりも容量が大きいバッテリを収容することも可能である。
このように、電気二重層キャパシタ71の直径φ及び高さLcと、始動用リチウムイオンバッテリ4の横の長さLb及び縦の長さWとの関係は上の式(A)及び(B)の通りなので、始動用リチウムイオンバッテリ4の収容部を延長することによって、電気二重層キャパシタ71の配置空間を設けることができる。
例えば、始動用リチウムイオンバッテリから離れた空間に電気二重層キャパシタを設ける場合、リーン車両1で電気二重層キャパシタを配置できる空間の位置は、限定されてしまう。
例えば図9に示す電気二重層キャパシタ71の配置空間は、例えば始動用リチウムイオンバッテリ4から離れた空間を設けるよりも容易である。リーン車両1における、電気二重層キャパシタ71の配置位置の選択の自由度が高い。
The electric
More specifically, the electric
The
The electric
The relationship between the diameter φ and height Lc of the electric
In the design of the
For example, the
In this way, the relationship between the diameter φ and height Lc of the electric
For example, when an electric double layer capacitor is provided in a space away from the starting lithium ion battery, the position of the space in which the electric double layer capacitor can be placed in the lean vehicle 1 is limited.
For example, the space for arranging the electric
電気二重層キャパシタ71の高さLcと、始動用リチウムイオンバッテリ4の縦の長さWとの関係は上述した式(B),(C)の通りである。
The relationship between the height Lc of the electric
なお、上述した実施形態及び適応例では、電気二重層キャパシタ71は、始動用リチウムイオンバッテリ4の底面に沿って並んだ例を説明した。但し、電気二重層キャパシタ71の位置は、これに限られない。例えば、電気二重層キャパシタ71は、始動用リチウムイオンバッテリ4の側面に沿って並んでいてもよい。
In addition, in the embodiment and adaptation example mentioned above, the electric
1 リーン車両
3a,3b 車輪
4 始動用リチウムイオンバッテリ
10 エンジン
15 クランク軸
20 永久磁石式始動モータ
71 電気二重層キャパシタ
1
Claims (7)
前記リーン車両は、
路面と接地するためのトレッド面を有し、前記トレッド面の断面形状は円弧状である車輪と、
クランク軸を有し前記車輪を駆動するためのトルクを前記クランク軸から出力するエンジンと、
永久磁石を有し、前記クランク軸を回転させ前記エンジンを始動する永久磁石式始動モータと、
前記エンジンの始動時に前記永久磁石式始動モータに電力を供給する始動用リチウムイオンバッテリと、
前記エンジンの始動時に前記永久磁石式始動モータに電力を供給する前記始動用リチウムイオンバッテリと常時並列接続されており、始動の前に前記始動用リチウムイオンバッテリから出力される電力によってエンジンを始動できる程度の電力を充電することができるよう、前記永久磁石式始動モータによって前記エンジンを少なくとも1回始動する量の電力を充電可能な静電容量を有する電気二重層キャパシタと、
を備える。 A lean vehicle in which the vehicle leans to the left during a left turn and to the right during a right turn,
The lean vehicle is
A wheel having a tread surface for contacting with a road surface, the cross-sectional shape of the tread surface being arcuate;
an engine that has a crankshaft and outputs torque for driving the wheels from the crankshaft;
a permanent magnet starter motor that has a permanent magnet and rotates the crankshaft to start the engine;
a starting lithium ion battery that supplies power to the permanent magnet starter motor when starting the engine;
The starting lithium ion battery is always connected in parallel with the starting lithium ion battery that supplies power to the permanent magnet starting motor when the engine is started, and the engine can be started by the electric power output from the starting lithium ion battery before starting. an electric double layer capacitor having a capacitance capable of being charged with enough power to start the engine at least once by the permanent magnet starting motor;
Equipped with.
前記電気二重層キャパシタは、30F以上の静電容量を有する。 The lean vehicle according to claim 1,
The electric double layer capacitor has a capacitance of 30F or more.
5から7つの前記電気二重層キャパシタが、直列接続されている。 The lean vehicle according to claim 1 or 2,
Five to seven electric double layer capacitors are connected in series.
前記電気二重層キャパシタは、前記始動用リチウムイオンバッテリが前記リーン車両の車体から取り外される時点で前記車体に取り付けられた状態を維持するように、前記車体に取り付けられている。 The lean vehicle according to any one of claims 1 to 3,
The electric double layer capacitor is attached to the vehicle body so as to maintain the state attached to the vehicle body when the starting lithium ion battery is removed from the vehicle body of the lean vehicle.
前記永久磁石式始動モータは、前記永久磁石で構成された複数の磁極部を有するロータと、
複数のスロットが前記永久磁石式始動モータの周方向に間隔を空けて形成された複数のティースを有するステータコア及び前記スロットを通るように設けられた巻線を有するステータと、を備え、
前記磁極部の数は前記複数のティースの数より多い。 The lean vehicle according to any one of claims 1 to 4,
The permanent magnet type starting motor includes a rotor having a plurality of magnetic pole parts made of the permanent magnets;
A stator core having a plurality of teeth in which a plurality of slots are formed at intervals in a circumferential direction of the permanent magnet starter motor, and a stator having a winding provided to pass through the slots,
The number of the magnetic pole parts is greater than the number of the plurality of teeth.
前記電気二重層キャパシタは、外部と接続する端子として機能するリード線を備えたリードタイプである。 The lean vehicle according to any one of claims 1 to 5,
The electric double layer capacitor is a lead type having a lead wire that functions as a terminal for connection to the outside.
前記電気二重層キャパシタは、互いに直列接続された5個から7個のいずれかの円柱状であって、前記電気二重層キャパシタの直径φ及び高さLcと、前記上面部の前記横の長さLb及び前記縦の長さWとの関係は下の式(A)及び(B)の通りである。
(Lb/7)≦φ≦ (Lb/5) (A)
Lc ≦ W (B) 7. The lean vehicle according to claim 1, wherein the starting lithium ion battery has a rectangular parallelepiped shape having a length, a width, and a height. A positive terminal and a negative terminal are provided on the upper surface portion including the shortest length,
The electric double layer capacitor has the shape of any one of five to seven columns connected in series, and the electric double layer capacitor has a diameter φ and a height Lc, and the horizontal length of the upper surface portion. The relationship between Lb and the vertical length W is as shown in equations (A) and (B) below.
(Lb/7)≦φ≦ (Lb/5) (A)
Lc≦W (B)
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