JP5499568B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンを始動させるスタータの駆動を、バッテリに並列に接続した電気二重層キャパシタにより補助する車両用電源装置、特に、アイドリング時にエンジンを停止させるアイドルストップ車に好適に使用される車両用電源装置に関するものである。

燃費を向上させる為に、停車時にアイドリングを停止するアイドルストップを行なう車両が増加しつつある。このような車両では、従来の車両に比べて頻繁にエンジンを再始動させるので、エンジンを始動させるスタータの電源が重要である。その為、バッテリに電気二重層キャパシタを並列に接続して、キャパシタからの放電によりスタータの駆動を補助させることが考えられている。

特許文献１には、発電機により充電されるバッテリとキャパシタバンクとを有し、このキャパシタバンクは主に制動エネルギにより充電され、このキャパシタバンクにバッテリを直列接続してスタータモータを駆動するように構成されたエンジン始動装置が開示されている。バッテリを収納するケース内にキャパシタバンクとエンジン制御部を一体化した構成により、取付スペースの効率化を図り小型高性能化を図っている。

特開２００８−１９０３２４号公報

上述したように、バッテリに電気二重層キャパシタを並列に接続しておくと、バッテリの過放電及び劣化によるエンジンを始動させる能力の低下を検知することが従来よりも難しくなり、突然再始動できない事態が発生する可能性があるという問題がある。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、バッテリに電気二重層キャパシタを並列に接続して、エンジンを始動させる能力の低下を簡単に検知することができる車両用電源装置を提供することを目的とする。

バッテリのみの場合、残容量が十分有れば（例えば、開放電圧１１．８７５Ｖ）、図３（ａ）に示すように、エンジンを始動させるスタータ駆動時のバッテリ電圧は、スタータ始動時に突入電流により最低となり、エンジンのクランキングに応じて上下しながら元の電圧値付近まで戻って行く。
バッテリのみの場合、バッテリが充分放電し過放電状態であれば（例えば、開放電圧１１．６９７Ｖ）、図３（ｂ）に示すように、バッテリ電圧は、スタータ始動時に最低とならず、エンジンのクランキングに応じて上下しながら低下して行く。バッテリ電圧は、スタータスイッチのオフにより、元の電圧値より少し低い値まで戻って行くが、エンジンは始動しない。

ここで、図３（ｂ）に示すバッテリ（開放電圧１１．６９７Ｖ）に電気二重層キャパシタを並列に接続した場合、スタータ駆動時のバッテリ電圧は、図４（ａ）に示すように、スタータ始動時に最低とならず、エンジンのクランキングに応じて上下しながら最低電圧になる。その後、バッテリ電圧は、元の電圧値より大分低い値までしか戻って行かないが、エンジンは始動する。
上述したように、バッテリに電気二重層キャパシタを並列に接続した場合、バッテリが充分放電し過放電状態（開放電圧１１．６１４Ｖ）であれば、図４（ｂ）に示すように、スタータ始動時に最低とならず、エンジンのクランキングに応じて上下しながら低下して行く。バッテリ電圧は、スタータスイッチのオフにより、元の電圧値よりかなり低い値までしか戻らず、バッテリに電気二重層キャパシタを並列に接続した場合でも、エンジンは始動しない。

但し、これらの場合の電気二重層キャパシタの容量は、単独でエンジンを始動させることが可能な容量よりも小さい。単独でエンジンを始動させることが可能な容量を有する電気二重層キャパシタでは、上述したような現象は殆ど生じない。
以上より、単独でエンジンを始動させることができない容量の電気二重層キャパシタをバッテリに並列に接続しておき、スタータ駆動時のバッテリ電圧が、始動時でない時点で最低になれば、エンジンを始動させる能力が低下している（例えば、開放電圧１１．６９７Ｖのバッテリのみでは始動できない）と分かる。

第１発明に係る車両用電源装置は、エンジンを始動させるスタータの駆動を、バッテリに並列に接続した電気二重層キャパシタにより補助するように構成してある車両用電源装置において、前記バッテリが過放電状態であるときに、該バッテリの電圧が前記エンジンの始動時以外の時点で最低になるように、前記電気二重層キャパシタの容量は、単独で前記エンジンを始動させることが可能な容量よりも小さくしてあり、前記スタータの駆動時の前記バッテリの電圧を時系列的に検出する電圧検出手段と、該電圧検出手段が検出した電圧の高低を比較し、検出し始めてから最低電圧を検出する迄の時間を検出する時間検出手段と、該時間検出手段が検出した時間が所定時間以上であるか否かを判定する手段と、該手段が所定時間以上であると判定したときは、前記バッテリの過放電を報知する手段とを備えることを特徴とする。

この車両用電源装置では、エンジンを始動させるスタータの駆動を、バッテリに並列に接続した電気二重層キャパシタにより補助する。電気二重層キャパシタの容量は、バッテリが過放電状態であるときに、バッテリの電圧がエンジンの始動時以外の時点で最低になるように、単独でエンジンを始動させることが可能な容量よりも小さくしてあり、電圧検出手段が、スタータの駆動時のバッテリの電圧を時系列的に検出する。時間検出手段が、電圧検出手段が検出した電圧の高低を比較し、検出し始めてから最低電圧を検出する迄の時間を検出し、判定する手段が、時間検出手段が検出した時間が所定時間以上であるか否かを判定する。判定する手段が所定時間以上であると判定したときは、報知する手段が、バッテリの過放電を報知する。

第２発明に係る車両用電源装置は、前記バッテリに電気二重層キャパシタを並列に接続する為のスイッチ回路を更に備え、前記スタータの駆動時に該スイッチ回路をオンにし、前記エンジンのアイドルストップを示す信号を受けたときは、前記スイッチ回路をオフにし、その後のアイドルストップ解除を示す信号を受けたときは、前記スイッチ回路をオンにするように構成してあることを特徴とする。

この車両用電源装置では、スイッチ回路が、バッテリに電気二重層キャパシタを並列に接続し、スタータの駆動時にスイッチ回路をオンにする。エンジンのアイドルストップを示す信号を受けたときは、スイッチ回路をオフにし、その後のアイドルストップ解除を示す信号を受けたときは、スイッチ回路を再度オンにする。

本発明に係る車両用電源装置によれば、バッテリに電気二重層キャパシタを並列に接続して、エンジンを始動させる能力の低下を簡単に高い精度で検知することができる車両用電源装置を実現することができる。また、エンジン始動限界となるバッテリの起電力をより低く設定することが可能となる。また、電気二重層キャパシタの容量を適正に設定することにより、バッテリの過放電をエンジン始動が可能な状態で検知することが可能となる。

本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。 図１に示す車両用電源装置の動作の例を示すフローチャートである。 本発明に係る車両用電源装置の動作を説明する為の説明図である。 本発明に係る車両用電源装置の動作を説明する為の説明図である。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る車両用電源装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
この車両用電源装置は、エンジン１に連動してオルタネータ（交流発電機）２が発電し、オルタネータ２が発電した電力は、オルタネータ２内で直流に変換されて、バッテリ（鉛蓄電池）７及び車両に搭載された負荷群９に与えられる。
バッテリ７には、電気二重層キャパシタ３がリレー接点１１を通じて並列に接続されている。電気二重層キャパシタ３は、負荷調整の為の抵抗がそれぞれ並列に接続されたセルが、複数直列に接続されている。

電圧検出器４（電圧検出手段）が、バッテリ７の出力電圧値を検出し、検出した電圧値を制御部５に与える。制御部５には表示部６が接続されている。
エンジン１を始動させるスタータ８は、バッテリ７から電力を与えられ、スタータ８内の図示しないスイッチ回路でオン／オフされる。スイッチ回路は制御部５からオン／オフ制御される。

制御部５は、図示しないイグニッションキー（スタータキー）の操作信号、与えられたアイドルストップ情報、及び図示しないアクセルの操作信号に基づき、リレー接点（スイッチ回路）１１のリレー１０をオン／オフ制御する。制御部５は、リレー１０及びそのリレー接点１１を通じて、バッテリ７及び電気二重層キャパシタ３間の接続をオン／オフする。
アイドルストップは、アイドリング時に車速情報及びアクセルの操作信号等に基づき実行される。制御部５は、アイドルストップ時には、リレー１０及びそのリレー接点１１をオフにする。その後、エンジン１（スタータ８）を再始動させるときに、リレー１０及びそのリレー接点１１をオンにする。

以下に、このような構成の車両用電源装置の動作を、それを示す図２のフローチャートを参照しながら説明する。
制御部５は、イグニッションキー（スタータキー）の操作信号又はアクセルの操作信号により、スタータ８を始動させるべきか否かを判定し（Ｓ１）、始動させるべきと判定したときは、リレー接点１１をオンにし、スタータ８のスイッチ回路をオンにすると共に、計時を開始する（Ｓ３）。次いで、電圧検出器４が検出したバッテリ７の電圧値Ｖｎを読み込む（Ｓ５）。
制御部５は、読込んだ電圧値Ｖｎ（Ｓ５）が計時開始以来の最低電圧値（暫定最低電圧値）であるか否かを判定し（Ｓ７）、暫定最低電圧値でなければ、再度、電圧検出器４が検出したバッテリ７の電圧値Ｖｎを読み込む（Ｓ５）。

制御部５は、読込んだ電圧値Ｖｎ（Ｓ５）が計時開始以来の最低電圧値（暫定最低電圧値）であれば（Ｓ７）、その電圧値Ｖｎと計時開始以来の経過時間Ｔｎとを記憶する（Ｓ９）。制御部５は、記憶した電圧値Ｖｎと読込んだ電圧値（Ｓ５）との高低を比較し、暫定最低電圧値を判定する（Ｓ７）。
制御部５は、次に、エンジン１のクランキング期間が経過したか否かを判定し（Ｓ１１）、クランキング期間が経過していなければ、電圧検出器４が検出したバッテリ７の電圧値Ｖｎを読み込む（Ｓ５）。

制御部（時間検出手段、判定する手段）５は、エンジン１のクランキング期間が経過していれば（Ｓ１１）、つまり、エンジン１が始動していれば、計時を終了する（Ｓ１３）。次いで、そのときの記憶している暫定最低電圧値Ｖｎ（Ｓ９）を最低電圧値として、記憶している経過時間Ｔｎ（Ｓ９）が、始動時の突入電流の通流時間より長い所定時間以上であるか否かを判定する（Ｓ１５）。

制御部５は、記憶している経過時間Ｔｎ（Ｓ９）が、所定時間以上でなければ（Ｓ１５）、記憶している電圧値Ｖｎ及び経過時間Ｔｎを消去して終了する。
制御部５は、記憶している経過時間Ｔｎ（Ｓ９）が、所定時間以上であれば（Ｓ１５）、バッテリ７が過放電状態であることを、表示部６により報知した（Ｓ１７）後、記憶している電圧値Ｖｎ及び経過時間Ｔｎを消去して終了する。

１ エンジン
２ オルタネータ
３ 電気二重層キャパシタ
４ 電圧検出器（電圧検出手段）
５ 制御部（時間検出手段、判定する手段）
６ 表示部
７ バッテリ
８ スタータ
９ 負荷群
１０ リレー
１１ リレー接点（スイッチ回路）

Claims (2)

1. エンジンを始動させるスタータの駆動を、バッテリに並列に接続した電気二重層キャパシタにより補助するように構成してある車両用電源装置において、
   前記バッテリが過放電状態であるときに、該バッテリの電圧が前記エンジンの始動時以外の時点で最低になるように、前記電気二重層キャパシタの容量は、単独で前記エンジンを始動させることが可能な容量よりも小さくしてあり、前記スタータの駆動時の前記バッテリの電圧を時系列的に検出する電圧検出手段と、該電圧検出手段が検出した電圧の高低を比較し、検出し始めてから最低電圧を検出する迄の時間を検出する時間検出手段と、該時間検出手段が検出した時間が所定時間以上であるか否かを判定する手段と、該手段が所定時間以上であると判定したときは、前記バッテリの過放電を報知する手段とを備えることを特徴とする車両用電源装置。
2. 前記バッテリに電気二重層キャパシタを並列に接続する為のスイッチ回路を更に備え、前記スタータの駆動時に該スイッチ回路をオンにし、前記エンジンのアイドルストップを示す信号を受けたときは、前記スイッチ回路をオフにし、その後のアイドルストップ解除を示す信号を受けたときは、前記スイッチ回路をオンにするように構成してある請求項１記載の車両用電源装置。

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