JPH08240171A - 車両エンジン始動用電源装置 - Google Patents

車両エンジン始動用電源装置

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JPH08240171A
JPH08240171A JP6481495A JP6481495A JPH08240171A JP H08240171 A JPH08240171 A JP H08240171A JP 6481495 A JP6481495 A JP 6481495A JP 6481495 A JP6481495 A JP 6481495A JP H08240171 A JPH08240171 A JP H08240171A
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JP
Japan
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battery
voltage
starter
capacitor
power supply
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JP6481495A
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English (en)
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Osamu Muto
修 武藤
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Sawafuji Electric Co Ltd
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Sawafuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 車両のバッテリ電圧や外気温の温度条件に拘
束されない車両エンジン始動用電源装置を提供する。 【構成】 バッテリ1とこのバッテリ電圧を変換する昇
圧チョッパ2と変換された電力を充放電する大静電容量
の電気二重層コンデンサ3を備えてスタータ4の電源と
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エンジンを動力とする
車両において、このエンジンの始動をモータを使用した
スタータにより、バッテリからの電気的なエネルギーを
利用して行なう車両エンジン始動用電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、乗用車のバッテリは12V系が多
く使用され、またトラックやバス等に代表される産業用
の車両では24V系が使用されている。車両の電気系統
もランプ類を始め、電子制御機器や音響機器に至るまで
バッテリの定格電圧に合致させたシステムとなってお
り、このバッテリに充電するオルタネータも2系統が存
在している。車両のエンジンを始動するスタータもこの
バッテリをエネルギー源としているため定格電圧が12
Vと24Vの2系統が存在していた。
【0003】スタータの小型化、軽量化を図るには、ス
タータモータの駆動電圧を高くすることが考えられる
が、バッテリの定格電圧を変更すれば車両の電気系統シ
ステムの電圧を変更することとなり前述のように他の機
器に与える影響が大のため好ましくない。また、厳寒地
や厳冬期での車両のエンジン始動においては、バッテリ
の能力は低温になるに従い低下するうえ、エンジンの潤
滑油の粘度も高くなり始動に要するトルクも大きくなる
のでスタータの設計においては低温始動時の要求仕様を
満足させるため軽量化には限界がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
に鑑みてなされたもので、車両に搭載しているバッテリ
によりスタータを駆動してエンジンを始動するものにお
いて、バッテリ電圧や外気温の温度条件に拘束されずに
スタータを駆動する車両エンジン始動用電源装置を提供
することを課題としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、バッテリとこの電圧を変換する変換装置と
変換された電力を充放電する蓄電器を備えてスタータの
電源とすることを特徴とする。
【0006】
【作用】本発明では、バッテリの起電力は変換装置によ
り異なる電圧に変換されて蓄電器に充電され、エンジン
始動時にはこの蓄電器からスタータに放電されてスター
タモータが回転しエンジンを始動させる。
【0007】
【実施例】以下、図面により本発明の実施例について説
明する。
【0008】図1は本発明に係る、車両エンジン始動用
電源装置の第1実施例の構成図であり、バッテリ1はト
ラックあるいはバス等の産業用車両用の定格電圧24V
のものである。バッテリ1の電圧を変換する変換装置
は、本実施例では昇圧チョッパ2を用いており、その詳
細は後述するようにバッテリ1の起電力24Vを昇圧変
換しその出力を倍電圧の直流48Vとしている。蓄電器
3は、例えば活性炭からなる分極性電極に希硫酸を電解
液として用いている大静電容量の電気二重層コンデンサ
を使用しており、その設置場所として車両におけるスタ
ータ4近傍のエンジンマウントに配される。この近傍の
設置場所とはエンジンマウントに限られず車両シャーシ
やスタータ4への係止あるいはスタータ4の内部に設け
る構造をも含む。また、リレー5はスタータモータをオ
ン・オフするためのものである。
【0009】昇圧チョッパ2は電力変換装置の一種で、
基幹的な構成部品として半導体スイッチ20、リアクト
ル21、コンデンサ22、ダイオード23からなり、入
力された電圧を半導体スイッチ20で断続しリアクトル
21に磁気エネルギーとして蓄積させ、このエネルギー
をコンデンサ22に電気エネルギーとして再放出して入
力電圧よりも高い出力電圧を得るものである。この場合
の入力電圧はバッテリ1の起電力24Vを定格入力電圧
とし、昇圧後の変換出力電圧を48Vにしている。スタ
ータ4はモータやリレー回路、通電時に突出するピニオ
ンなどを有するもので、モータ電圧は48Vの仕様とし
ている。尚、本実施例では昇圧チョッパ2の変換出力電
圧は48Vとしているが、この電圧に限ることなくスタ
ータ4のモータ仕様に合わせて変更してよい。また半導
体スイッチ20はトランジスタ、FET、バイポーラM
OSFET、サイリスタ、GTO等を応用することが可
能である。さらに、バッテリ1の電圧を変換する変換装
置は本実施例の昇圧チョッパ2の他にインバータと変圧
器を組み合わせて使用する等の電力変換装置が使用でき
る。
【0010】この第1実施例の作用について説明する
と、昇圧チョッパ2のリアクトル21とコンデンサ22
は十分大きくて、半導体スイッチ20はきわめて速い繰
り返し動作でオン・オフを行なうものとし、いま半導体
スイッチ20をTon時間閉じるとバッテリ1からリア
クトル21には24・I・Ton(ただしIはリアクト
ルに流れる電流)なるエネルギーが蓄えられ、次に半導
体スイッチ20をToff時間開くとリアクトル21か
らコンデンサ22に移行するエネルギーは(出力電圧−
24)・I・Toffとなりバッテリ1からコンデンサ
22に対して24・I・Toffなるエネルギーが供給
される。よって、Toffまたはスイッチング周期を変
化させることにより出力電圧を制御でき、Ton=To
ffのとき出力電圧はバッテリ1の2倍即ち48Vまで
昇圧され、大静電容量の電気二重層コンデンサである蓄
電器3に蓄積し運転者が図示しないキースイッチを操作
してエンジンを始動しようとすると、リレー5が閉成し
て48V定格のスタータ4に大静電容量の電気二重層コ
ンデンサである蓄電器3から一気に通電されモータを駆
動してクランク軸のフライホイールに固着されたリング
ギヤに噛み合ったピニオンを介してエンジンを始動させ
る。
【0011】図2は本発明に係る車両エンジン始動用電
源装置の第2実施例の構成図で、バッテリ1はトラック
あるいはバス等の産業用車両用の定格電圧24Vのもの
で、バッテリ1から直列接続されたダイオード10と抵
抗器11を用いたバイパス回路12を介して大静電容量
の電気二重層コンデンサ13に充電される経路とバッテ
リ1から第1のリレー14と昇圧チョッパ2を介して充
電される経路が並立される。
【0012】昇圧チョッパ2は第1実施例と同様に、基
幹的な構成部品として半導体スイッチ20、リアクトル
21、コンデンサ22、ダイオード23からなり、入力
された電圧を半導体スイッチ20で断続しリアクトル2
1に磁気エネルギーとして蓄積させ、このエネルギーを
コンデンサ22に電気エネルギーとして再放出して入力
電圧よりも高い出力電圧を得るものである。この場合の
入力電圧はバッテリ1の起電力24Vを定格入力電圧と
し、昇圧後の変換出力電圧は後述のように制御回路装置
15によって可変される。スタータ4はモータやリレー
回路、通電時に突出するピニオンなどを有するもので、
モータ電圧はバッテリ1の定格電圧と合致する24Vの
仕様としている。また半導体スイッチ20はトランジス
タ、FET、バイポーラMOSFET、サイリスタ、G
TO等を応用することが可能である。さらにバッテリ1
の電圧を変換する変換装置は昇圧チョッパ2の他にイン
バータと変圧器を組み合わせて使用する等の電力変換装
置が使用できる。
【0013】温度センサ16はサーミスタを用いて外気
温度が検出できるようバッテリ1を支える架台に設けら
れている。制御回路装置15は温度センサ16からの温
度信号と昇圧チョッパ2の出力電圧値を入力して昇圧チ
ョッパ2の半導体スイッチ20のスイッチング周期また
はオン・オフの比率を制御するする系統と、車両のキー
スイッチ18の状態を検出して第1のリレー14および
第2のリレー19を制御する系統とを備える。温度セン
サからの検出値に対する出力電圧値は概略的には低温時
には高い出力電圧(例えば28V)を、高温時には低電
圧(例えば25V)となるよう設定され、オペアンプに
よりアナログ的な回路構成またはマイクロコンピュータ
のマップ参照によるデジタル的な回路構成を備える。
尚、本実施例において温度センサ16はサーミスタを用
いたがポジスタを用いたり、またバッテリ1の内部に設
置して電解液の温度を検出するようにしてもよい。
【0014】大静電容量の電気二重層コンデンサ13は
バッテリ1の電圧より高い定格電圧のものが選択され
る。この電気二重層コンデンサから第2のリレー19を
介してスタータ4が接続される。このスタータ4は前述
のようにバッテリ1の定格電圧と合致した24V定格の
モータを有するスタータ4が用いられる。
【0015】この第2実施例の作用について説明する
と、キースイッチ18がオフの時には第1のリレー14
および第2のリレー19は作動せずその接点は開いてお
り、バッテリ1からダイオード10および抵抗器11を
介して大静電容量の電気二重層コンデンサ13にバッテ
リ1の電圧24Vが常に与えられる。電気二重層コンデ
ンサ13の特徴として定格電圧より低い電圧を常に与え
ておくとその漏れ電流による損失は微小であるととも
に、後述するキースイッチをオンからスタート位置に回
動する時間の間に昇圧チョッパ2から電圧を加え、必要
な電圧を確保する時間を短縮する作用をなす。
【0016】次にキースイッチ18をオンの位置に回動
すると制御回路装置15にバッテリ1から電圧が与えら
れて作動を開始し、第1のリレー14を閉成するととも
に、温度センサ16からの温度検出値を得て、あらかじ
め設定された温度値に対する出力電圧値となるように昇
圧チョッパ2の半導体スイッチ20のスイッチング周期
またはオン・オフの比率を変化させ、温度が低い時には
高い電圧を、温度が高い時には低い電圧を昇圧チョッパ
から出力させる。尚、バッテリ1よりも電気二重層コン
デンサ13の電圧が高くなるが、バイパス回路12のダ
イオード10により逆流することはない。
【0017】次にキースイッチ18をスタートの位置に
回動すると、第2のリレー19が閉成して24V定格の
スタータ4に大静電容量の電気二重層コンデンサからそ
の時の温度に応じた電圧により通電され、モータを駆動
してクランク軸のフライホイールに固着されたリングギ
ヤに噛み合ったピニオンを介してエンジンを始動させ
る。
【0018】
【発明の効果】本発明においては、バッテリとこのバッ
テリ電圧を変換する変換装置を備えるから、車両のバッ
テリ電圧の制限を受けずにスタータモータを駆動する電
圧を得ることができ、スタータモータの駆動電圧の選択
範囲を広げられるから、その小型、軽量化に寄与するこ
とができる。そして変換装置により変換された電力を充
放電する蓄電器を備えるから、車両のエンジンを始動し
たい時に車両のバッテリ電圧と異なる電圧を外気温の温
度条件に拘束されず、常にスタータに瞬時に提供するこ
とができる。
【0019】本発明において、変換装置として昇圧チョ
ッパを用いる構成とした場合は、バッテリの電圧を比較
的簡単な回路構成で直接直流に変換できるため装置全体
の小型、軽量化に寄与できるとともに、バッテリの電圧
を2倍程度まで高い電圧とすることできるのでバッテリ
の低温時の性能低下を補うことができる。
【0020】また本発明において、蓄電器を大静電容量
の電気二重層コンデンサを用いる構成とした場合は、内
部抵抗が極めて低くスタータに大電流を流すことが可能
となるとともに周囲温度による性能の低下を防止するこ
とができる。
【0021】さらに本発明において、バッテリから直列
接続のダイオードと抵抗器を介して電気二重層コンデン
サに接続するバイパス回路を設けるとともに、温度セン
サと外気温度に応じて昇圧チョッパの出力電圧を調整す
る制御装置を備える構成とした場合は、電気二重層コン
デンサの漏れ電流が微小となり車両を使用していない時
のバッテリあがりを防止することができるとともに、そ
の時の温度に応じたスタータモータの駆動電圧が速やか
に得られるので、バッテリの低温時の電圧の低下による
影響を考慮する必要がなく、スタータの小型軽量化に寄
与することができる。
【0022】また本発明において、電気二重層コンデン
サをスタータの近傍に設置する構成とした場合は、エン
ジンの始動時のスタータモータに流れる大電流に対応す
る大断面積を持つケーブルが短くなり、その損失が減少
するとともに軽量化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1実施例の回路構成図。
【図2】本発明に係る第2実施例の回路構成図。
【符号の説明】
1・・・・・バッテリ 2・・・・・昇圧チョッパ(変換装置) 3・・・・・蓄電器(電気二重層コンデンサ) 4・・・・・スタータ 5・・・・・リレー 10・・・・ダイオード 11・・・・抵抗器 12・・・・バイパス回路 15・・・・制御装置 16・・・・温度センサ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 バッテリと該バッテリ電圧を変換する変
    換装置と変換された電力を充放電する蓄電器を備えてス
    タータの電源とすることを特徴とする車両エンジン始動
    用電源装置。
  2. 【請求項2】 前記変換装置は昇圧チョッパであること
    を特徴とする請求項1に記載の車両エンジン始動用電源
    装置。
  3. 【請求項3】 前記蓄電器は大静電容量の電気二重層コ
    ンデンサであることを特徴とする請求項1または請求項
    2に記載の車両エンジン始動用電源装置。
  4. 【請求項4】 前記バッテリから直列接続のダイオード
    と抵抗器を介して前記電気二重層コンデンサに接続する
    バイパス回路を設けるとともに、温度センサと外気温度
    に応じて昇圧チョッパの出力電圧を調整する制御装置を
    設けることを特徴とする請求項3に記載の車両エンジン
    始動用電源装置。
  5. 【請求項5】 前記電気二重層コンデンサを、前記スタ
    ータの近傍に設置したことを特徴とする請求項3または
    請求項4に記載の車両エンジン始動用電源装置。
JP6481495A 1995-02-28 1995-02-28 車両エンジン始動用電源装置 Pending JPH08240171A (ja)

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