JP3959709B2 - 自動車用電源装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用発電電動機装置に関し、好適にはアイドルストップ式自動車用の電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
交差点などでの停止時にエンジンを停止させるアイドルストップ式自動車が知られている。アイドルストップ式自動車では、再発進時にスタータモータへ給電してエンジンを再始動する必要がある。
【０００３】
しかしながら、スタータモータによるエンジン始動や再始動には大きな電力消費が必要なため、特にバッテリ容量が十分でない場合やバッテリ温度が低い場合やバッテリが劣化している場合などにおいて、このバッテリに接続された車載電気負荷への給電電圧レベルが低下に、車載電気負荷の動作に支障を生じたり、ドライバーに違和感を与えたりする場合があった。
【０００４】
この問題を改善するために、特開平５ー２７８５３６号は、図 に示すように、エンジン始動用のスタータモータへ給電するバッテリ１０１の正極端子にバッテリ１０２の正極端子をリレー１０３、１０４を通じて接続し、両リレー１０３、１０４の接続点１０５から照明負荷やラジオに給電することを提案している。
【０００５】
また、特開平７ー３２２５３１号は、図 に示すように、エンジン始動用のスタータモータへ給電するバッテリ１０１の正極端子にバッテリ１０２の正極端子をリレー１０３、１０４を通じて接続し、両リレー１０３、１０４の接続点１０５から照明負荷やラジオに給電することを提案している。
【０００６】
この提案技術によれば、エンジン始動時にリレー１０３を開き、リレー１０４を閉じることにより、エンジン始動のためにスタータモータへ給電するバッテリ１０１の大きな電圧低下の影響が照明負荷やラジオに給電するバッテリ１０２に及ぶのを防止することができるとともに、バッテリ１０２に代えてバッテリ１０１からリレー１０３又はダイオード１０６を通じて照明負荷やラジオに給電することも可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、自動車に搭載可能なバッテリの総容量は、バッテリ搭載許容スペース、搭載許容重量、製造コストの点で一定の限界があるので、通常のバッテリ１０１に加えてエンジン始動時に照明負荷やラジオに安定電源電圧を印加するための補助のバッテリ１０２を増設することは実際には困難であった。
【０００８】
この問題の改善のために、通常のバッテリ１０１と補助のバッテリ１０２との容量の総和を従来のバッテリの容量と等しく設定することも考えられる。しかしながら、このようにした場合には、エンジン始動電力を給電するバッテリ１０１の容量が従来のバッテリ容量よりも小さくならざるを得ないために、当然、相対的に小容量のバッテリ１０１でエンジン始動を行わねばならないという問題が生じる。その結果、大きなエンジン始動電力、エンジン始動電力量を必要とする冷間始動（エンジンが冷たく、その潤滑油粘度が高く、バッテリの放電可能電力が小さくなるエンジン始動状態を言うものとする）時において、エンジン始動が困難となってしまう場合が生じるという欠点があった。特にこの問題は通常の自動車用に比較して格段に始動頻度が多く、エンジン始動用バッテリの放電量が大きく、その劣化も促進されるアイドルストップ式自動車において顕著である。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、自動車用搭載バッテリの搭載スペースや搭載重量の増大を回避し、かつ、エンジン冷間始動性を確保しつつ、エンジン始動時の車載電気負荷の電源電圧低下による悪影響を軽減可能な自動車用電源装置を提供することをその目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の自動車用電源装置は、第一の電気負荷およびエンジン始動用のスタータモータに給電する第一バッテリと、前記第一バッテリとほぼ等しい定格端子電圧を有して第二の電気負荷に給電する第二バッテリと、前記両バッテリからマグネットスイッチを通じて前記スタータモータへ給電する双バッテリ始動モードと、前記第一バッテリから前記マグネットスイッチを通じて前記スタータモータへ並列給電する単バッテリ始動モードとをエンジン始動条件に応じて切換える給電経路切換手段と、前記両モードのどちらかを選択して前記給電経路切換手段に指令するモード選択手段とを備えている。
【００１１】
すなわち、本構成によれば、車載電気負荷を、第一の電気負荷と、第二の電気負荷とに分類し、互いにほぼ等しい定格端子電圧を有する第一バッテリと第二バッテリとを設置する。
【００１２】
更に、エンジン使用条件に応じて給電経路を切り換えることにより、第一の電気負荷給電用の第一バッテリだけでエンジン始動用電力を給電する場合と、この第一バッテリに加えて第二の電気負荷給電用の第二バッテリからもエンジン始動用電力を給電する場合とを、適宜使い分ける。
【００１３】
このようにすれば、第一バッテリだけでエンジン始動する場合に第二バッテリは第二の電気負荷に給電するだけであり、エンジン始動による電源電圧低下の影響を受けることがないので、第一の電気負荷の電源電圧低下による悪影響を防止することができる。また、たとえばエンジン始動が容易でないような特別の状況では、上記悪影響を甘受しつつ両バッテリで協同してエンジン始動用電力を給電するので、このようなハードな状況下でも確実にエンジン始動を行うことができる。
【００１４】
したがって、本発明によれば、自動車用搭載バッテリの搭載スペースや搭載重量の増大を回避し、かつ、エンジン冷間始動性を確保しつつ、エンジン始動時の車載電気負荷の電源電圧低下による悪影響を軽減する事ができる。
【００１５】
本発明によれば更に、前記モード選択手段は、冷間始動時に前記双バッテリ始動モードを、暖機後始動時又は自動再始動時に前記単バッテリ始動モードを選択する。
【００１６】
このようにすれば、エンジン始動時のバッテリへの負担が大きい冷間始動時に確実にエンジン始動を行うことができるとともに、エンジン始動時のバッテリへの負担が小さい暖機後始動時又は自動再始動時に第二の電気負荷へ印加する電源電圧の低下を防止しつつ、確実にエンジン始動を行うことができる。
【００１７】
本発明によれば更に、前記給電経路切換手段は、オルタネータの出力端子と前記第一バッテリの正極端子とを接続する第一接点と、前記オルタネータの前記出力端子と前記第二バッテリの正極端子とを接続する第二接点とを有するリレーを有し、前記モード選択手段は、前記冷間始動時に前記両接点を閉じ、前記暖機後始動時又は自動再始動時に前記両接点を開く。
【００１８】
このようにすれば、２接点リレーを一個追加するだけという簡素な回路追加負担で態様１を実現することができるとともに、オルタネータ発電電力を両バッテリおよび上記各車載電気負荷へ給電するにあたって、このオルタネータの発電時の両バッテリの充電レベル（端子電圧）をほとんど同じレベルとすることができるので、オルタネータ充電時に両バッテリの充電レベルが異なって総合的なバッテリ利用効率が低下してしまうという不具合が発生することがない。
【００１９】
好適な態様１において、前記給電経路切換手段は、前記オルタネータの発電時に前記両接点を閉じる。このようにすれば、オルタネータの発電時に両バッテリは並列接続状態とされるので、実質的に単一のバッテリで車載電気負荷全部に給電するのに等しくなり、両バッテリ間の容量アンバランスや劣化度合いがばらつくのを低減することができる。
【００２０】
好適な態様２において、アノード電極端子が前記第一バッテリの前記正極端子に、カソード電極端子が前記第二バッテリの前記正極端子に接続されるダイオードを有する。このようにすれば、リレーの開故障時に第二バッテリの容量が不足してもダイオードを通じて第一バッテリが第二バッテリによる第二の電気負荷への給電を代替する事ができ、信頼性を向上することができる。更に、リレーのスイッチングサージ電圧を低減して、接点保護機能を強化する事ができる。
【００２１】
好適な態様３において、前記モード選択手段は、前記暖機後始動時又は自動再始動時における前記単バッテリ始動モードでのエンジン始動に失敗した場合に前記双バッテリ始動モードでの再始動を実施する。このようにすれば、エンジン始動信頼性を向上することができる。
【００２２】
好適な態様４において、前記第二の電気負荷は制御装置、ラジオ、照明器具を含む。このようにすれば、制御装置、ラジオ、照明器具の電源電圧の低下を抑止しつつ、かつ、バッテリ大型化を回避しつつ、エンジン始動の信頼性を向上することができる。
【００２３】
なお、本発明において、第一バッテリと第二バッテリとは同一容量とする必要はなく、第一の電気負荷および第二の電気負荷の電力消費量に合わせて適宜選択することができる。また、スタータモータとオルタネータとを一体化した発電電動機をもちいてもよい。更に、リレーのコイルはどちらのバッテリから給電してもよい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な態様を以下の実施例により説明する。
【００２５】
【実施例１】
実施例１の自動車用電源装置を図１に示す回路図を参照して以下に説明する。
【００２６】
（回路構成）
１は第一バッテリ、２は第二バッテリ、３はヘッドライト、４は自動車用ECU（電子制御装置）、５はラジオ、６は第一の電気負荷である。ヘッドライト３、自動車用ECU４、ラジオ５は、図示しないパワーウインドウ、室内灯、ホーンなどとともに本発明で言う第二の電気負荷を構成している。７〜９はスイッチ、１０はコントローラ、１１はスタータモータ、１２はマグネットスイッチ、１３はオルタネータ、１４は二接点リレー（本発明で言うリレー）、１５はダイオードである。
【００２７】
第一バッテリ１は、スイッチ９を通じて第一の電気負荷６へ給電するとともにマグネットスイッチ１２を通じてスタータモータ１１へ給電している。第二バッテリ２の正極端子は、スイッチ７を通じてヘッドライト３へ、直接に自動車用ECU４およびコントローラ１０へ、スイッチ８を通じてラジオ５へそれぞれ給電している。オルタネータ１３の発電出力端は、二接点リレー１４の各常閉接点１６、１７を個別に通じて第一バッテリ１の正極端子と第二バッテリ２の正極端子とに個別に接続されている。ダイオード１５のアノード電極端子は第一バッテリ１の正極端子に接続され、ダイオード１５のカソード電極端子は第二バッテリ２の正極端子に接続されている。コントローラ１０は、マイコン構成を有しており、二接点リレー１４のコイル電流を断続可能となっている。
【００２８】
（動作説明）
まず、冷間始動モード（双バッテリ始動モード）について以下に説明する。
【００２９】
コントローラ１０は、図示しないイグニッションスイッチのオンを検出してマグネットスイッチ１２をオンする。この時、二接点リレー１４はオン状態となっている。これにより、第一バッテリ１と第二バッテリ２は協同してマグネットスイッチ１２を通じてスタータモータ１１に給電し、スタータモータ１１は十分な電力を得て図示しないエンジンを始動する。この時、第二バッテリ２からヘッドライト３、自動車用ECU４、コントローラ１０、ラジオ５へ給電される電源電圧は低下するが、これは最初のエンジン始動時であり、従来と同じであるのでドライバーも十分にそれを予期しており、大きな問題となることはない。
【００３０】
次に、アイドルストップにより停止した後の自動再始動モード（単バッテリ始動モード）について以下に説明する。
【００３１】
コントローラ１０は、従来のアイドルストップ式自動車と同じく所定運転条件が満足された場合にエンジンを自動停止させる。この所定運転条件とは典型的にはたとえば交差点などにおけるアイドリング停止時である。その後、コントローラ１０が、再発進するべきことをアクセルペダルの踏み込みなどにより検出すると、コントローラ１０は二接点リレー１４のコイルに通電してその常閉接点１６、１７を開き、マグネットスイッチ１２をオンする。これにより、第一バッテリ１だけがマグネットスイッチ１２を通じてスタータモータ１１に給電し、スタータモータ１１がエンジンを始動する。この時、エンジンは直前まで運転していたわけであり、暖機されていてその摩擦抵抗も小さくなっており、エンジン始動に必要なトルクが小さいため、エンジンは第一バッテリ１の電力供給だけで十分に始動されることができる。したがって、最初の冷間始動に比較して格段に回数が多いこのアイドルストップ後のエンジン再始動において、第二バッテリ２から給電されるヘッドライト３、自動車用ECU４、コントローラ１０、ラジオ５の電源電圧低下を防止して制御装置の誤作動を防止し、運転者に違和感を与えることもない。
【００３２】
次に、走行中のバッテリ充電およびオルタネータ１３による車載電気負荷給電動作について以下に説明する。
【００３３】
コントローラ１０は、エンジン冷間始動後は二接点リレー１４の常閉接点１６、１７のオン状態をそのまま維持し、アイドルストップ後のエンジン再始動後はエンジン回転数（オルタネータ回転数でもよい）がバッテリ給電可能な所定値を超えたことを検出した場合に二接点リレー１４のコイルへ通電を遮断してしてその常閉接点１６、１７を閉じる。当然、この段階ではマグネットスイッチ１２は遮断されている。これにより、オルタネータ１３は、二接点リレー１４の常閉接点１６、１７を個別に通じて第一バッテリ１と第二バッテリ２とを並列に充電し、かつ、各車載電気負荷へ給電する。
【００３４】
この時、常閉接点１６、１７のオン抵抗は等しいので、定格電圧が同じである第一バッテリ１と第二バッテリ２との充電レベルは最終的に互いに等しい好適な目標レベルとすることができる。
【００３５】
この実施例では更に、エンジンの再始動直後に必要なエンジンの所定回転数値までの早急な回復のために、あるいはエンジンの再始動直後に必要な車両の急加速にエンジントルクを有効利用するために、二接点リレー１４をオフした状態を単バッテリ始動モードによる第一バッテリ１からスタータモータ１１への給電終了後も必要時間持続させ、これによりオルタネータの発電により生じるエンジン負荷の増大を回避する。すなわち、二接点リレー１４は上記した双バッテリ始動モードと単バッテリ始動モードとの切り換えの他に、エンジン再始動後の発電遅延によるオルタネータ及びエンジンの加速性向上効果も期待することができる。なお、この効果は、オルタネータではその界磁電流の通電遅延によっても実現する事ができるが、スタータモータとオルタネータとを一体化した発電電動機を採用する場合には特に有効である。
【００３６】
（変形態様１）
変形態様を図２を参照して以下に説明する。
【００３７】
この変形態様１は、図１の回路図においてダイオード１５を省略したものであり、同様の効果を奏することができる。
【００３８】
（変形態様２）
変形態様を図３を参照して以下に説明する。
【００３９】
この変形態様２は、図１の回路図において二接点リレー１４を一接点リレー１４’に変更したものであり、同様の効果を奏することができる。ただし、オルタネータ１０による第一バッテリ１、第二バッテリ２の並列充電において、一接点リレー１４’による接点電圧降下による第一バッテリ１、第二バッテリ２の充電レベルのアンバランスが生じるが、接点抵抗を低減したり、オルタネータ１３の発電出力端から第一バッテリ１の正極端子までの合計抵抗値と、オルタネータ１３の発電出力端から第二バッテリ２の正極端子までの合計抵抗値とを、配線抵抗を調節するなどして等しくすれば、上記アンバランスを補償する事ができる。
【００４０】
（変形態様）
なお、第一バッテリ１によるエンジン再始動に失敗した場合には、アイドル後のエンジン再始動にもかかわらず、二つのバッテリ１、２を両方とも用いてエンジン再始動を行ってもよい。
【００４１】
（変形態様）
なお、最初のエンジン始動であっても、たとえば真夏時などエンジン始動負荷外周軽いと判定できる時は第一バッテリ１のみで始動を実施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自動車用電源装置の一実施例を示す回路図である。
【図２】図１の装置の変形態様を示す回路図である。
【図３】図１の装置の変形態様を示す回路図である。
【図４】従来の同電圧２バッテリ式自動車用電源装置を示す回路図である。
【符号の説明】
１ 第一バッテリ
２ 第二バッテリ
３ ヘッドライト（第二の電気負荷）
４ 自動車用ECU（電子制御装置、第二の電気負荷）
５ ラジオ（第二の電気負荷）
６ 第一の電気負荷
１０ コントローラ（モード選択手段）
１１ スタータモータ
１２ マグネットスイッチ
１３ オルタネータ
１４ 二接点リレー（リレー、給電経路切換手段）
１５ ダイオード（給電経路切換手段）

Claims (5)

1. 第一の電気負荷およびエンジン始動用のスタータモータに給電する第一バッテリと、
   前記第一バッテリとほぼ等しい定格端子電圧を有して第二の電気負荷に給電する第二バッテリと、
   前記両バッテリからマグネットスイッチを通じて前記スタータモータへ並列給電する双バッテリ始動モードと、前記第一バッテリから前記マグネットスイッチを通じて前記スタータモータへ給電する単バッテリ始動モードとをエンジン始動条件に応じて切換える給電経路切換手段と、
   前記両モードのどちらかを選択して前記給電経路切換手段に指令するモード選択手段と、
   を備え、
   前記モード選択手段は、
   冷間始動時に前記双バッテリ始動モードを、暖機後始動時又は自動再始動時に前記単バッテリ始動モードを選択し、
   前記給電経路切換手段は、
   オルタネータの出力端子と前記第一バッテリの正極端子とを接続する第一接点と、前記オルタネータの前記出力端子と前記第二バッテリの正極端子とを接続する第二接点とを有するリレーを有し、
   前記モード選択手段は、
   前記冷間始動時に前記両接点を閉じ、前記暖機後始動時又は自動再始動時に前記両接点を開くことを特徴とする自動車用電源装置。
2. 請求項１記載の自動車用電源装置において、
   前記給電経路切換手段は、
   前記オルタネータの発電時に前記両接点を閉じることを特徴とする自動車用電源装置。
3. 請求項１又は２記載の自動車用電源装置において、
   アノード電極端子が前記第一バッテリの前記正極端子に、カソード電極端子が前記第二バッテリの前記正極端子に接続されるダイオードを有することを特徴とする自動車用電源装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか記載の自動車用電源装置において、
   前記モード選択手段は、
   前記暖機後始動時又は自動再始動時における前記単バッテリ始動モードでのエンジン始動に失敗した場合に前記双バッテリ始動モードでの再始動を実施することを特徴とする自動車用電源装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか記載の自動車用電源装置において、
   前記第二の電気負荷は制御装置、ラジオ、照明器具を含むことを特徴とする自動車用電源装置。

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