JP5906836B2 - エンジン始動装置 - Google Patents

Description

本発明は、発電電源装置のエンジンを始動させるための電力を供給するエンジン始動装置に関する。

発電電源装置は、エンジンを備え、エンジンで発電機を駆動することで発電し、負荷に対して電力を供給する装置である。発電電源装置としては、例えばコージェネレーション装置や発電エンジン駆動式ヒートポンプ空気調和装置（例えば発電ガスヒートポンプ式空気調和装置（発電ＧＨＰ））などが挙げられる。コージェネレーション装置としては、例えば特開２００２−２４２７５９号公報（特許文献１）に記載されている。このような発電電源装置には、停電時などに自立運転できるよう、エンジンを始動させるスタータに対して給電可能なバッテリが備えられている。

特開２００２−２４２７５９号公報

しかしながら、エンジン始動用のバッテリは、使用の有無に関わらず、多額のメンテナンスコストがかかる。また、バッテリの搭載スペースやバッテリの充電設備（充電装置）が必要となり、省スペースや製造コストの削減が困難であった。

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、発電電源装置のエンジン始動用バッテリをなくしてメンテナンスコストを低減させるとともに、発電電源装置の省スペース化及び製造コストの低減を可能とするエンジン始動装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、エンジン始動装置であって、本体部と、前記本体部に接続され、車両のシガーソケットに接続可能な入力端子部と、前記本体部内に配置され、キャパシタで構成された充電部と、前記本体部内に配置され、第一スイッチング素子を有し、前記入力端子部と前記充電部の間に配置されて前記入力端子部からの電力を前記充電部に応じた電圧に電圧変換して前記充電部に供給する第一電圧変換部と、前記本体部内に配置され、前記第一電圧変換部への入力電流が所定電流を超えないように前記第一スイッチング素子を制御する第一制御部と、前記本体部に接続され、エンジンを有する発電電源装置に接続可能な出力端子部と、前記本体部内に配置され、第二スイッチング素子を有し、前記充電部と前記出力端子部の間に配置されて前記充電部からの電力を前記発電電源装置に応じた電圧に電圧変換して前記出力端子部に供給する第二電圧変換部と、前記本体部内に配置され、前記第二電圧変換部への入力電流が所定電流を超えないように前記第二スイッチング素子を制御する第二制御部と、前記充電部と前記出力端子部の間を接続するか否かを切り替える出力側切替部と、を備え、前記本体部は、前記入力端子部が結合可能な入力端子結合部を備え、前記出力側切替部は、前記入力端子部が前記入力端子結合部に結合された状態で前記充電部と前記出力端子部とを接続状態にし、前記入力端子部が前記入力端子結合部に結合されていない状態で前記充電部と前記出力端子部とを遮断状態にする。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記第一電圧変換部が、降圧回路で構成され、前記第二電圧変換部が、昇圧回路で構成される。

請求項３に記載の発明は、請求項１において、前記第一電圧変換部が、昇圧回路で構成され、前記第二電圧変換部が、降圧回路で構成される。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のうちの一項において、前記入力端子部と前記充電部との間を接続するか否かを切り替える入力側切替部をさらに備え、前記本体部は、前記出力端子部が結合可能な出力端子結合部を備え、前記入力側切替部は、前記出力端子部が前記出力端子結合部に結合された状態で前記入力端子部と前記充電部とを接続状態にし、前記出力端子部が前記出力端子結合部に結合されていない状態で前記入力端子部と前記充電部とを遮断状態にする。

請求項１に記載の発明によれば、バッテリよりも長寿命でメンテナンスコストが少ないキャパシタ（コンデンサともいえる）で構成された充電部に電力を充電するため、メンテナンスコストを低減できる。また、キャパシタは、バッテリより小さいためエンジン始動装置をどこに収容するにしても収容スペースの省スペース化が可能である。また、発電電源装置ごとにバッテリ及びバッテリ充電設備を設けなくても良く、発電電源装置の製造コストの低減が可能となる。また、第一制御部が電流上限を制御するため、車両側のヒューズの溶断等を防止することができる。また、本発明によれば、停電時などの非常時に、車両まで本体部を運び、シガーソケットから電力を充電し、充電後に例えば別の場所の発電電源装置に給電することができる。

請求項１に記載の発明によれば、発電電源装置への給電時（放電時）において、入力端子部が本体部に接続されているため、発電電源装置への大電流に対して、漏電をさらに防止することができる。また、雨天時でも端子が濡れるのを抑制することができる。

請求項４又は５に記載の発明によれば、充電時において、出力端子部が本体部に接続されているため、漏電をさらに防止することができる。

第一実施形態のエンジン始動装置を示す概念図である。 第一実施形態のエンジン始動装置の回路構成を示す回路図である。 第一実施形態のエンジン始動装置の充電可能状態を示す概念図である。 第一実施形態のエンジン始動装置の給電可能状態を示す概念図である。 第二実施形態のエンジン始動装置の回路構成を示す回路図である。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。実施形態のエンジン始動装置は、入力端子部２を車両（自動車）のシガーソケット（シガーライターソケットとも称される）に接続して内部のキャパシタを充電し、充電後、出力端子部８から発電電源装置（図示せず）に、充電された電力を供給するものである。発電電源装置は、エンジンで発電機を駆動させて発電し電源を供給する装置であり、例えばコージェネレーション装置や発電ガスヒートポンプ式空気調和装置などである。

＜第一実施形態＞
第一実施形態のエンジン始動装置は、図１及び図２に示すように、本体部１と、入力端子部２と、第一電圧変換部３と、第一制御部４と、充電部５と、第二電圧制御部６と、第二制御部７と、出力端子部８と、入力側切替部９１と、出力側切替部９２と、を備えている。

本体部１は、端子部２、８を除く各部（回路基板等）を収容する筐体である。本体部１には、入力端子部２を結合させる入力端子結合部１１と、出力端子部８を結合させる出力端子結合部１２と、を備えている。入力端子結合部１１は、筐体に凹状に形成され、入力端子部２が差し込まれると入力端子部２と係合して入力端子部２を保持する。同様に、出力端子結合部１２は、筐体に凹状に形成され、出力端子部８が差し込まれると出力端子部８と係合して出力端子部８を保持する。なお、当該保持は、各端子部２、８に設けられた係合解除用のスイッチ（図示せず）等により解除される。また、本体部１は、車両バッテリ程度の（あるいはそれよりも小さい）大きさであり、重量も持ち運び可能な程度である。また、端子部２、８が差し込まれると後述する本体部１内の切替部９１、９２が作動する。

入力端子部２は、一方がケーブル２１を介して本体部１に接続され、他方が車両のシガーソケット（図示せず）に挿入・結合可能な端子形状に形成された端子である。入力端子部２は、本体部１から突出するケーブル２１により本体部１内部と接続されている。

本体部１内の回路構成において、充電部（キャパシタ）５の正極側に接続された配線をハイサイドライン１Ａと称し、負極（接地：ＧＮＤ）側に接続された配線をローサイドライン１Ｂと称する。

第一電圧変換部３及び第一制御部４は、ＤＣ−ＤＣコンバータを構成している。第一電圧変換部３は、降圧回路で構成されている。具体的に、第一電圧変換部３は、ダイオード３１、３２と、コイル３３と、第一スイッチング素子３４と、を備えている。ダイオード３１は、ハイサイドライン１Ａ上に配置され、アノードが入力端子部２に接続され、カソードが第一スイッチング素子３４の入力端子に接続されたダイオードである。ダイオード３２は、アノードが入力端子部２と充電部５の間のローサイドライン１Ｂに接続され、カソードが第一スイッチング素子３４の出力端子とコイル３３の間のハイサイドライン１Ａに接続されたダイオードである。

コイル３３は、ハイサイドライン１Ａ上に配置され、一方が第一スイッチング素子３４の出力端子及びダイオード３２のカソードに接続され、他方が充電部５の正極及び後述するコイル６１に接続されたコイルである。

第一スイッチング素子３４は、制御端子が第一制御部４に接続されたトランジスタである。第一スイッチング素子３４は、第一制御部４から印加される駆動電圧によりオンする。第一電圧変換部３は、第一スイッチング素子３４がオン・オフされることで、入力端子部２からの電力を充電部５に応じた電圧に降圧して充電部５に供給する。

第一制御部４は、ＥＣＵであって、入力端子部２からの電力を充電部５に応じた電圧に降圧するように第一スイッチング素子３４のオン・オフを制御する。また、第一制御部４は、ハイサイドライン１Ａにおいて入力端子部２と第一電圧変換部３の間に流れる電流を検出する電流計（電流センサ）４１に接続されている。第一制御部４は、電流計４１が検出した電流値に基づいて第一スイッチング素子３４を制御する。第一制御部４は、電流計４１の電流値に基づいて、入力電圧を所定電圧に降圧するスイッチング制御を行うとともに、第一電圧変換部３に流れる電流が所定電流を超えないスイッチング制御も行う。また、第一制御部４は、充電部５に対して過充電とならないように電圧を調整する。

充電部５は、一方がハイサイドライン１Ａにおける第一電圧変換部３と第二電圧変換部６との間に接続され、他方がローサイドライン１Ｂに接続されたキャパシタである。

第二電圧変換部６及び第二制御部７は、ＤＣ−ＤＣコンバータを構成している。第二電圧変換部６は、昇圧回路で構成されている。具体的に、第二電圧変換部６は、コイル６１と、ダイオード６２と、第二スイッチング素子６３と、を備えている。コイル６１は、ハイサイドライン１Ａ上に配置され、一方がコイル３３及び充電部５の正極に接続され、他方がダイオード６２のアノード及び第二スイッチング素子６３の入力端子に接続されたコイルである。

ダイオード６２は、ハイサイドライン１Ａ上に配置され、アノードがコイル６１及び第二スイッチング素子６３の入力端子に接続され、カソードが出力端子部８及び後述する平滑コンデンサ１Ｃの正極に接続されたダイオードである。第二スイッチング素子６３は、出力端子がローサイドライン１Ｂに接続され、制御端子が第二制御部７に接続されたトランジスタである。第二スイッチング素子６３は、第二制御部７から印加される駆動電圧によりオンする。第二電圧変換部６は、第二スイッチング素子６３がオン・オフされることで、充電部５からの電力を出力端子部８に応じた電圧に降圧して、平滑コンデンサ１Ｃを介して出力端子部８に供給する。

第二制御部７は、ＥＣＵであって、充電部５からの電力を、出力端子部８に接続される発電電源装置に応じた電圧に昇圧するように、第二スイッチング素子６３のオン・オフを制御する。また、第二制御部７は、ハイサイドライン１Ａにおいて充電部５と第二電圧変換部６の間に流れる電流を検出する電流計（電流センサ）７１に接続されている。第一制御部７は、電流計７１が検出した電流値に基づいて第二スイッチング素子６３を制御する。第二制御部７は、電流計７１の電流値に基づいて、出力電圧を所定電圧に昇圧するスイッチング制御を行うとともに、第二電圧変換部６に流れる電流が所定電流を超えないスイッチング制御も行う。さらに、第二制御部７は、出力端子部８から一定電圧が供給されるようにスイッチング制御を行う。

第二電圧変換部６と出力端子部８との間には、平滑コンデンサ１Ｃが備えられている。平滑コンデンサ１Ｃは、一方が第二電圧変換部６と出力端子部８の間のハイサイドライン１Ａに接続され、他方がローサイドライン１Ｂに接続されたコンデンサである。平滑コンデンサ１Ｃは、第二電圧変換部６から出力される電圧を平滑して出力端子部８に供給する。

出力端子部８は、一端がケーブル８１を介して本体部１に接続され、他端が発電電源装置に挿入・結合可能な端子形状に形成された端子である。出力端子部８は、ケーブル８１により本体部１内部と接続されている。出力端子部８の周囲は、防水手段（図示せず）に覆われている。

入力側切替部９１は、接続と遮断を切り替える切替装置であって、ローサイドライン１Ｂにおける入力端子部２と充電部５の間に配置されている。換言すると、入力側切替部９１は、入力端子部２と充電部５の間を接続するか否かを切り替える装置である。入力側切替部９１は、出力端子部８が出力端子結合部１２に接続されるとオン（接続）され、出力端子部８が出力端子結合部１２から外されると（接続されていない状態）でオフ（遮断）さる機械式スイッチ（例えばバネスイッチ）である。つまり、本実施形態のエンジン始動装置は、図３に示すように、出力端子部８が出力端子結合部１２に接続された状態で、入力端子部２と充電部５が接続され、シガーソケットから充電部５に充電可能な状態となる。

出力側切替部９２は、接続と遮断を切り替える切替装置であって、ローサイドライン１Ｂにおける充電部５と出力端子部８の間に配置されている。換言すると、出力側切替部９２は、充電部５と出力端子部８の間を接続するか否かを切り替える装置である。出力側切替部９２は、入力端子部２が入力端子結合部１１に接続されるとオン（接続）され、入力端子部２が入力端子結合部１１から外されると（接続されていない状態）でオフ（遮断）さる機械式スイッチ（例えばバネスイッチ）である。つまり、本実施形態のエンジン始動装置は、図４に示すように、入力端子部２が入力端子結合部１１に接続された状態で、出力端子部８と充電部５が接続され、充電部５から発電電源装置に給電可能な状態となる。このように本実施形態のエンジン始動装置は、インターロック機構を有している。

第一実施形態のエンジン始動装置では、出力端子部８が出力端子結合部１２に接続された状態で入力端子部２が車両のシガーソケットに接続されると、車両から本体部１内に電力が供給される。車両からの供給電力又は内部電池により第一制御部４が作動し、第一電圧変換部３で降圧された電圧が充電部５に供給される。これにより、充電部５が充電される。そして、入力端子部２が入力端子結合部１１に接続された状態で出力端子部８が発電電源装置に接続されると、充電部５から発電電源装置に電力が供給される。充電部５に充電された電力又は内部電池により第二制御部７が作動し、第二電圧変換部６で昇圧された電圧が発電電源装置に供給される。発電電源装置のスタータは、エンジン始動装置から供給された電力によりエンジンを始動させる。

第一実施形態によれば、発電電源装置にバッテリを設けることなく、車両さえあれば、商用電源がない環境下において発電電源装置のエンジンを始動させるための電力を供給することができる。充電部５は、キャパシタで構成されており、バッテリに対して長寿命であり、メンテナンスコストも少なくなる。本実施形態では、バッテリは不要となり、バッテリのメンテナンスコストが削減される。また、バッテリ充電装置及び充電設備を搭載しなくて済む分、搭載スペースの削減、及び発電電源装置の製造コストが低減される。また、例えばガスエンジンを始動させる際、燃料の供給不足により始動失敗回数が多くなった場合でも、バッテリ上がり等の障害が存在せず、再度充電することで多くの始動回数に対応することができる。

また、充電部５としてキャパシタを用いているため、本体部１をコンパクトにすることができる。したがって、普段の収容スペースの低減が可能となり、持ち運びも容易となる。収容時に、両端子部２、８を対応する結合部１１、１２に差し込むことでさらに省スペース化が可能となる。

また、入力側切替部９１及び出力側切替部９２があるため、一方が充電又は給電（放電）している間は、他方が必ず本体部１に接続され、且つ充電部５よりも他方側の回路は遮断されている。このため、万が一の漏電も防止することができる。また、雨天時であっても、端子部２、８が濡れることが抑制される。

また、第一実施形態によれば、第一制御部３が電流量を制御しているため、接続先である車両内部のヒューズの溶断を防止することができる。また、第一制御部３及び第二制御部６により、突入電流の発生は抑制される。

＜第二実施形態＞
第二実施形態のエンジン始動装置は、主に、充電部が複数のコンデンサ（「キャパシタ」に相当する）で構成され、第一電圧変換部が昇圧回路で構成され、第二電圧変換部が降圧回路で構成されている点で第一実施形態と異なっている。以下、異なっている部分について説明し、同構成については同符号を付して説明は省略する。

図５に示すように、第一電圧変換部３０は、コイル３０１と、ダイオード３０２と、第一スイッチング素子３０３と、を備えている。コイル３０１は、ハイサイドライン１Ａ上に配置され、一方が入力端子部２に接続され、他方がダイオード３０２のアノード及び第一スイッチング素子３０３の入力端子に接続されたコイルである。

ダイオード３０２は、ハイサイドライン１Ａ上に配置され、アノードがコイル３０１及び第一スイッチング素子３０３の入力端子に接続され、カソードが充電部５０の正極及び後述するダイオード６０１のアノードに接続されたダイオードである。第一スイッチング素子３０３は、出力端子がローサイドライン１Ｂに接続され、制御端子が第一制御部４０に接続されたトランジスタである。第一スイッチング素子３０３は、第一制御部４０から印加される駆動電圧によりオンする。第一電圧変換部３０は、第一スイッチング素子６３がオン・オフされることで、入力端子部２からの電力を充電部５に応じた電圧に昇圧して供給する。

第一制御部４０は、ＥＣＵであって、入力端子部２からの電力を充電部５０に応じた電圧に昇圧するように第一スイッチング素子３０３のオン・オフを制御する。第一制御部４０は、電流計４１が検出した電流値に基づいて第一スイッチング素子３４を制御する。第一制御部４０は、電流計４１の電流値に基づいて、入力電圧を所定電圧に昇圧するスイッチング制御を行うとともに、第一電圧変換部３０に流れる電流が所定電流を超えないスイッチング制御も行う。また、第一制御部４０は、充電部５０に対して過充電とならないように電圧を調整する。

充電部５０は、複数のコンデンサで構成されている。各コンデンサの一方極（正極）は、ハイサイドライン１Ａにおける第一電力変換部３０と第二電力変換部６０の間に接続され、各コンデンサの他方極（負極）は、ローサイドライン１Ｂに接続されている。

第二電圧変換部６０は、ダイオード６０１、６０２と、コイル６０３と、第二スイッチング素子６０４と、を備えている。ダイオード６０１は、ハイサイドライン１Ａ上に配置され、アノードが充電部５０及びダイオード３０２のカソードに接続され、カソードが第二スイッチング素子６０４の入力端子に接続されたダイオードである。ダイオード６０２は、アノードが充電部５と出力端子部８の間のローサイドライン１Ｂに接続され、カソードが第二スイッチング素子６０４の出力端子とコイル６０３の間のハイサイドライン１Ａに接続されたダイオードである。

コイル６０３は、ハイサイドライン１Ａ上に配置され、一方が第二スイッチング素子６０４の出力端子及びダイオード６０２のカソードに接続され、他方が平滑コンデンサ１Ｃの正極及び出力端子部８に接続されたコイルである。

第二スイッチング素子６０４は、制御端子が第二制御部７０に接続されたトランジスタである。第二スイッチング素子６０４は、第二制御部７０から印加される駆動電圧によりオンする。第二電圧変換部６０は、第二スイッチング素子６０４がオン・オフされることで、充電部５からの電力を発電電源装置に応じた電圧に降圧して、平滑コンデンサ１Ｃを介して供給する。

第二制御部７０は、ＥＣＵであって、充電部５０からの電力を発電電源装置に応じた電圧に降圧するように第二スイッチング素子６０４のオン・オフを制御する。また、第二制御部７０は、電流計７１が検出した電流値に基づいて第二スイッチング素子６０４を制御する。第二制御部７０は、電流計７１の電流値に基づいて、供給電圧を所定電圧に降圧するスイッチング制御を行うとともに、第二電圧変換部６０に流れる電流が所定電流を超えないスイッチング制御も行う。また、第二制御部７０は、出力端子部８から一定電圧が供給されるようにスイッチング制御を行う。

第二実施形態のエンジン始動装置においても、第一実施形態同様の効果が発揮される。

＜その他変形態様＞
本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、本体部１に、充電開始や充電完了などを表示するＬＥＤなどの表示手段を設けても良い。また、本体部１に、持ち運び用の取っ手を設けても良い。また、発電電源装置のスタータには平滑コンデンサが設けられていることがあり、平滑コンデンサ１Ｃは設けなくても良い。また、各端子結合部１１、１２及び各切替部９１、９２は、設けられなくても良く、一方のみを設けても良い。また、各切替部９１、９２は、電気式のリレーであっても良い。また、充電部５、５０の充電開始及び給電開始は、本体部１等に設けられたスイッチ等により操作できるようにしても良く、あるいは各端子部２、８が対応する接続先に接続されたことにより実行されるようにしても良い。

１：本体部、 ２：入力端子部、
３、３０：第一電圧変換部、 ３４、３０３：第一スイッチング素子、
４、４０：第一制御部、 ５、５０：充電部、
６、６０：第二電圧変換部、 ６３、６０４：第二スイッチング素子、
７、７０：第二制御部、 ８：出力端子部

Claims (5)

1. 本体部と、
   前記本体部に接続され、車両のシガーソケットに接続可能な入力端子部と、
   前記本体部内に配置され、キャパシタで構成された充電部と、
   前記本体部内に配置され、第一スイッチング素子を有し、前記入力端子部と前記充電部の間に配置されて前記入力端子部からの電力を前記充電部に応じた電圧に電圧変換して前記充電部に供給する第一電圧変換部と、
   前記本体部内に配置され、前記第一電圧変換部への入力電流が所定電流を超えないように前記第一スイッチング素子を制御する第一制御部と、
   前記本体部に接続され、エンジンを有する発電電源装置に接続可能な出力端子部と、
   前記本体部内に配置され、第二スイッチング素子を有し、前記充電部と前記出力端子部の間に配置されて前記充電部からの電力を前記発電電源装置に応じた電圧に電圧変換して前記出力端子部に供給する第二電圧変換部と、
   前記本体部内に配置され、前記第二電圧変換部への入力電流が所定電流を超えないように前記第二スイッチング素子を制御する第二制御部と、
   前記充電部と前記出力端子部の間を接続するか否かを切り替える出力側切替部と、
   を備え、
   前記本体部は、前記入力端子部が結合可能な入力端子結合部を備え、
   前記出力側切替部は、前記入力端子部が前記入力端子結合部に結合された状態で前記充電部と前記出力端子部とを接続状態にし、前記入力端子部が前記入力端子結合部に結合されていない状態で前記充電部と前記出力端子部とを遮断状態にするエンジン始動装置。
2. 請求項１において、
   前記第一電圧変換部は、降圧回路で構成され、
   前記第二電圧変換部は、昇圧回路で構成されるエンジン始動装置。
3. 請求項１において、
   前記第一電圧変換部は、昇圧回路で構成され、
   前記第二電圧変換部は、降圧回路で構成されるエンジン始動装置。
4. 請求項１〜３のうちの一項において、
   前記入力端子部と前記充電部との間を接続するか否かを切り替える入力側切替部をさらに備え、
   前記本体部は、前記出力端子部が結合可能な出力端子結合部を備え、
   前記入力側切替部は、前記出力端子部が前記出力端子結合部に結合された状態で前記入力端子部と前記充電部とを接続状態にし、前記出力端子部が前記出力端子結合部に結合されていない状態で前記入力端子部と前記充電部とを遮断状態にするエンジン始動装置。
5. 本体部と、
   前記本体部に接続され、車両のシガーソケットに接続可能な入力端子部と、
   前記本体部内に配置され、キャパシタで構成された充電部と、
   前記本体部内に配置され、第一スイッチング素子を有し、前記入力端子部と前記充電部の間に配置されて前記入力端子部からの電力を前記充電部に応じた電圧に電圧変換して前記充電部に供給する第一電圧変換部と、
   前記本体部内に配置され、前記第一電圧変換部への入力電流が所定電流を超えないように前記第一スイッチング素子を制御する第一制御部と、
   前記本体部に接続され、エンジンを有する発電電源装置に接続可能な出力端子部と、
   前記本体部内に配置され、第二スイッチング素子を有し、前記充電部と前記出力端子部の間に配置されて前記充電部からの電力を前記発電電源装置に応じた電圧に電圧変換して前記出力端子部に供給する第二電圧変換部と、
   前記本体部内に配置され、前記第二電圧変換部への入力電流が所定電流を超えないように前記第二スイッチング素子を制御する第二制御部と、
   前記入力端子部と前記充電部との間を接続するか否かを切り替える入力側切替部と、
   を備え、
   前記本体部は、前記出力端子部が結合可能な出力端子結合部を備え、
   前記入力側切替部は、前記出力端子部が前記出力端子結合部に結合された状態で前記入力端子部と前記充電部とを接続状態にし、前記出力端子部が前記出力端子結合部に結合されていない状態で前記入力端子部と前記充電部とを遮断状態にするエンジン始動装置。

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