WO2015136826A1

WO2015136826A1 - エンジン始動装置

Info

Publication number: WO2015136826A1
Application number: PCT/JP2015/000211
Authority: WO
Inventors: 湯河　潤一; 久純渡邉
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2014-03-13
Filing date: 2015-01-20
Publication date: 2015-09-17
Also published as: EP3118445A4; JPWO2015136826A1; EP3118445A1; JP6349555B2; EP3118445B1; US20160290304A1

Abstract

　エンジン始動装置は、高電圧蓄電部と、高電圧蓄電部と電気的に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータと電気的に接続された第１スイッチと、第１スイッチと接続点で電気的に接続された第２スイッチと、第２スイッチと電気的に接続された低電圧蓄電部と、エンジンを始動させるスタータと、制御部とを備える。制御部は、スタータを始動する際に、第２スイッチをオフに維持した状態で第１スイッチをオンにして、高電圧蓄電部の電力をスタータへ出力して或る時刻にスタータを回転させ始めるようにＤＣ／ＤＣコンバータを制御する。制御部は、或る時刻から所定期間が経過するか、またはスタータの回転数が所定回転数に至ると、第２スイッチをオンにすることで低電圧蓄電部の電力も高電圧蓄電部の電力と共にスタータへ供給するように第２スイッチを制御する。制御部は、エンジンが始動を完了すると、第１スイッチと第２スイッチをオフにする。このエンジン始動装置は、小型のＤＣ／ＤＣコンバータであってもスタータを駆動し、エンジンを始動することができる。

Description

エンジン始動装置

　本発明は、２電源方式のエンジン始動装置に関するものである。

　図６は、特許文献１に開示されている２電源方式の従来のエンジン始動装置１００を含む車両用制御装置の構成図である。

　エンジン１０１の回転軸（クランク軸）には、これに初期回転を付与するスタータ１０３が機械的に連結されている。モータジェネレータ１０５はインバータ１０７を介して、端子電圧が所定の高電圧となる高電圧バッテリ１０９との間で電力の授受を行う。一方、スタータ１０３は、高電圧バッテリ１０９よりも端子電圧の低い低電圧バッテリ１１１を電力源とする。高電圧バッテリ１０９の電力は絶縁型の降圧コンバータ（ＤＣＤＣコンバータ１１３）を介して低電圧バッテリ１１１に供給可能とされている。制御装置１１５は、車載主機の制御量を制御する。

　次に、エンジン始動装置１００によるエンジン１０１の始動時の動作について説明する。エンジン１０１の温度が低いほど、低電圧バッテリ１１１の温度が低いほど、スタータ１０３の回転速度は低下する。この場合、エンジン１０１が始動しにくくなるおそれがある。制御装置１１５は、スタータ１０３に印加する電圧をＤＣＤＣコンバータ１１３によって生成することで、スタータ１０３に印加される電圧を可変設定し、ひいてはスタータ１０３の回転速度を温度等の環境要因などによらず一定とする制御を行う。

特許第５２６３０７８号公報

　エンジン始動装置は、高電圧蓄電部と、高電圧蓄電部と電気的に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータと電気的に接続された第１スイッチと、第１スイッチと接続点で電気的に接続された第２スイッチと、第２スイッチと電気的に接続された低電圧蓄電部と、エンジンを始動させるスタータと、制御部とを備える。制御部は、スタータを始動する際に、第２スイッチをオフに維持した状態で第１スイッチをオンにして、高電圧蓄電部の電力をスタータへ出力して或る時刻にスタータを回転させ始めるようにＤＣ／ＤＣコンバータを制御する。制御部は、或る時刻から所定期間が経過するか、またはスタータの回転数が所定回転数に至ると、第２スイッチをオンにすることで低電圧蓄電部の電力も高電圧蓄電部の電力と共にスタータへ供給するように第２スイッチを制御する。制御部は、エンジンが始動を完了すると、第１スイッチと第２スイッチをオフにする。

　このエンジン始動装置は、小型のＤＣ／ＤＣコンバータであってもスタータを駆動し、エンジンを始動することができる。

図１は実施の形態１におけるエンジン始動装置の概略構成図である。図２は実施の形態１におけるエンジン始動装置のブロック回路図である。図３は実施の形態１におけるエンジン始動装置の動作におけるＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧と低電圧蓄電部の出力とスタータの回転数を示す図である。図４は実施の形態１におけるエンジン始動装置の他の動作におけるＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧と低電圧蓄電部の出力とスタータの回転数を示す図である。図５は実施の形態２におけるエンジン始動装置のブロック回路図である。図６は従来の車両用制御装置の構成図である。

　（実施の形態１）
　図１と図２はそれぞれ実施の形態１におけるエンジン始動装置１の概略構成図とブロック回路図である。

　図１に示すように、エンジン始動装置１は、高電圧蓄電部１１と、高電圧蓄電部１１と電気的に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ１３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３と電気的に接続された切替回路３０と、切替回路３０と電気的に接続された低電圧蓄電部１５と、切替回路３０と電気的に接続されたスタータ１７と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３と切替回路３０と電気的に接続された制御部１９とを備える。低電圧蓄電部１５の電圧は高電圧蓄電部１１の電圧より低い。

　図２に示すように、切替回路３０は、端４５、４７を有するスイッチ４１と、端４９、５１を有するスイッチ４３とを有する。制御部１９はスイッチ４１の端４５、４７の間を電気的に断接し、スイッチ４３の端４９、５１の間を電気的に断接するようにスイッチ４１、４３を制御する。スイッチ４１の端４７は接続点５３でスイッチ４３の端４９と接続されている。スイッチ４１の端４５はＤＣ／ＤＣコンバータ１３の端１３Ａに接続されている。スイッチ４３の端５１は低電圧蓄電部１５と電気的に接続されている。スタータ１７は接続点５３に電気的に接続されている。制御部１９は、スタータ１７を始動する際に、スイッチ４３をオフにしてスイッチ４１のみをオンにして高電圧蓄電部１１の電力をスタータ１７へ出力するようにＤＣ／ＤＣコンバータ１３を制御する。その後、所定期間が経過するか、またはスタータ１７の回転数が所定回転数に至ると、制御部１９はスイッチ４３をオンにすることで低電圧蓄電部１５の電力もスタータ１７へ供給するように制御する。そして、エンジン２３が始動を完了するとスイッチ４１、４３をオフにする。

　これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３が小型のＤＣ／ＤＣコンバータであってもスタータ１７を駆動し、エンジン２３を始動することができる２電源方式のエンジン始動装置１が得られる。

　以下、より具体的に実施の形態１のエンジン始動装置１の構成、動作について説明する。

　図１に示すように、車両２１Ａの車体２１には、車両２１Ａの駆動のためにエンジン２３が搭載されている。実施の形態１ではエンジン２３は車体２１の前部に搭載され、前輪を駆動する。したがって、車両２１ＡはＦＦ（フロントエンジン、フロントドライブ）車である。エンジン２３により前輪を駆動する構成については、一般的なＦＦ車と同じであるので、詳細な説明を省略する。なお、車両２１ＡはＦＦ車に限定されるものではなく、後輪駆動車や四輪駆動車など他の駆動構成であってもよい。

　一方、車体２１の後輪側の車軸２５には、モータ２７が接続されている。ここで、モータ２７は、車軸２５を駆動するとともに、車両２１Ａの減速時には、車軸２５により回転させられることで発電を行って回生電力を発生する。ゆえに、モータ２７は力行および回生が可能な構成となる。なお、モータ２７は車軸２５と接続される構成に限定されるものではなく、前輪の車軸に接続される構成であってもよい。

　モータ２７にはインバータ２８が電気的に接続されている。また、インバータ２８には高電圧蓄電部１１が電気的に接続されている。したがって、モータ２７が発電した回生電力はインバータ２８により高電圧蓄電部１１に充電される。さらに、高電圧蓄電部１１の電力によりインバータ２８を介してモータ２７の力行動作が行われる。なお、高電圧蓄電部１１はたとえば４８Ｖの定格充電電圧を有するリチウムイオンバッテリである。高電圧蓄電部１１はリチウムイオンバッテリに限定されるものではなく、他の二次電池やキャパシタであってもよい。また、定格充電電圧も４８Ｖに限定されるものではなく、それよりも高くても低くてもよいが、車体２１を力行するために、定格充電電圧が低すぎると大電流が流れるので、高いほうが望ましい。

　高電圧蓄電部１１には４８Ｖで駆動可能な高電圧負荷２９が電気的に接続されている。高電圧負荷２９は、たとえば電動パワーステアリングなど主に大電力を消費する負荷である。

　高電圧蓄電部１１には、さらにＤＣ／ＤＣコンバータ１３および切替回路３０を介して低電圧蓄電部１５と電気的に接続されている。低電圧蓄電部１５は１２Ｖの低圧充電電圧を有する鉛バッテリである。したがって、低電圧蓄電部１５は、高電圧蓄電部１１より電圧が低い。

　ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、入力端である端１３Ｂと、出力端である端１３Ａとを有する単方向降圧型の構成で、実施の形態１では端１３Ｂに接続された高電圧蓄電部１１の電力を降圧して端１３Ｂから切替回路３０へ電力を供給する機能を有する。

　切替回路３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３からの電力と低電圧蓄電部１５からの電力の少なくとも一方をスタータ１７へ供給する機能を有する。なお、切替回路３０の具体的な構成は後述する。

　低電圧蓄電部１５には低電圧負荷３１が電気的に接続される。低電圧負荷３１は高電圧負荷２９に比べ低消費電力なものである。また、低電圧蓄電部１５にはオルタネータ３３が電気的に接続される。

　ＤＣ／ＤＣコンバータ１３と切替回路３０は制御部１９と電気的に接続される。制御部１９は、マイクロコンピュータとメモリなどの周辺回路で構成され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力を制御したり、切替回路３０の切り替えを行ったりする。制御部１９は、上記以外にも、車両の全体的な制御を行うので、たとえばエンジン２３、インバータ２８、あるいはオルタネータ３３など各種電装品にも接続される。

　次に、エンジン始動装置１の構成の詳細を説明する。図２において、太線は電力系配線を示し、細線は信号系配線を示す。

　高電圧蓄電部１１はインバータ２８を介してモータ２７と電力系配線で電気的に接続される。したがって、高電圧蓄電部１１はモータ２７が回生により発電した回生電力を蓄える。高電圧蓄電部１１はモータ２７の力行時には放電するようにインバータ２８により制御される。

　また、高電圧蓄電部１１はＤＣ／ＤＣコンバータ１３を介して切替回路３０にも接続される。ここで、切替回路３０の詳細構成について説明する。

　切替回路３０は、図２に示すように、互いに直列に接続された２つのスイッチ４１、４３を有する。スイッチ４１はＤＣ／ＤＣコンバータ１３の正極となる端１３Ａに直接接続されている。スイッチ４３の端５１は低電圧蓄電部１５の正極と直接接続されている。

　具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の端１３Ａはスイッチ４１の端４５と接続される。スイッチ４１の端４７はスイッチ４３の端４９と接続点５３で接続されている。スイッチ４３の端５１は低電圧蓄電部１５の正極と接続されている。

　なお、スイッチ４１、４３は外部信号によりオンオフができる構成のもので、実施の形態１ではリレーを用いる。しかし、スイッチ４１、４３は、リレーに限定されるものではなく、たとえば半導体スイッチ（電界効果トランジスタなど）であってもよい。

　また、スイッチ４１の端４７とスイッチ４３の端４９との接続点５３にはスタータ１７が接続されている。

　スイッチ４３の端５１はオルタネータ３３とも電気的に接続されている。高電圧蓄電部１１、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３、インバータ２８、スタータ１７、低電圧蓄電部１５、およびオルタネータ３３の負極はいずれも共通のグランド５５に接続される。

　次に、エンジン始動装置１の動作について説明する。図３はエンジン始動装置１の動作におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１３の端１３Ａの出力電圧と、低電圧蓄電部１５の出力すなわちスイッチ４３の状態と、スタータ１７の回転数を示す。図３は、エンジン２３のコールドスタート時の動作を示す。

　時刻ｔ０から時刻ｔ１０までの期間ｄ１ではエンジン２３が停止している状態で、スタータ１７も回転しておらず、したがって、スイッチ４１、４３はオフの状態である。また、期間ｄ１ではＤＣ／ＤＣコンバータ１３はまだ動作しておらず、端１３Ａの電圧である出力電圧は０Ｖである。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の端１３Ａの電圧である出力電圧はグランド５５に対するスイッチ４１の端４５における電圧である。

　時刻ｔ１０で運転者が車両２１Ａのイグニションスイッチをオンにすると、時刻ｔ１０から時刻ｔ２０までの期間ｄ２にスタータ１７のピニオンが、エンジン２３のクランクシャフトに固定されているリングギアへ向かって押し出される。このときの詳細な動作を以下に説明する。制御部１９は、イグニションスイッチがオンになると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３がピニオンを押し出すために必要な出力電圧Ｖ１を端１３Ａから出力するようにＤＣ／ＤＣコンバータ１３を制御すると同時にスイッチ４１、４３のうちのスイッチ４１のみをオンにしスイッチ４３をオフに維持する。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧Ｖ１がスイッチ４１を介してスタータ１７に印加される。その結果、スタータ１７のピニオンの押し出し動作が行われる。期間ｄ２ではピニオンのリングギアへの押し出し動作が未だ完了していないので、図３に示すように、スタータ１７は回転していない。また、期間ｄ２では低電圧蓄電部１５の電力を必要としないので、スイッチ４３すなわち低電圧蓄電部１５の出力は、図３に示すようにオフのままである。

　期間ｄ２での上記の動作により、制御部１９は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３によりスタータ１７のピニオンを押し出すため、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の端１３Ａの出力電圧を必要最低限の出力電圧Ｖ１とすることができる。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３から出力される電力も少なくすることができる。また、低電圧蓄電部１５からの電力の放出も抑制できる。

　次に、時刻ｔ２０でピニオンがリングギアに押し出されてリングギアと噛み合った後、制御部１９は、高電圧蓄電部１１の電力でスタータ１７の回転を始めるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１３を制御する。具体的には、スイッチ４１をオンにし、スイッチ４３をオフに維持して、制御部１９は、スタータ１７を予備回転させるためにＤＣ／ＤＣコンバータ１３の端１３Ａの出力電圧を出力電圧Ｖ１から出力電圧Ｖ２に上げる。その結果、ピニオンがリングギアに押し出されると、スタータ１７に内蔵されたコンタクタがオンになり、スタータ１７の回転数が時刻ｔ２０から時刻ｔ３０までの期間ｄ３で徐々に単調に増加し、スタータ１７を予備回転させる。この予備回転でのスタータ１７の回転数は、エンジン２３が低速で回転するものの始動できる回転数には達していない。したがって、期間ｄ３にＤＣ／ＤＣコンバータ１３に流れる電流は依然として低い。なお、時刻ｔ２０から時刻ｔ３０までの期間ｄ３はあらかじめ実測に基づいて決定されてメモリ（制御部１９）に記憶されている。

　次に、図３に示すように、時刻ｔ３０でスタータ１７の回転数が所定回転数Ｒ１に至ると、制御部１９は次のように動作する。

　まず、制御部１９は、時刻ｔ３０にＤＣ／ＤＣコンバータ１３が端１３Ａから出力電圧Ｖ３を出力するようにＤＣ／ＤＣコンバータ１３を制御する。ここで出力電圧Ｖ３は、低電圧蓄電部１５の電力と合わせてスタータ１７を全速回転させることができる電圧であり、あらかじめ実測に基づいて決定されてメモリ（制御部１９）に記憶されている。

　時刻ｔ３０に、制御部１９はスイッチ４３をオンにして時刻ｔ３０から時刻ｔ４０までの期間ｄ４にスイッチ４１、４３を共にオンに維持する。その結果、図３に示すように、低電圧蓄電部１５のスタータ１７への出力がオンになり、低電圧蓄電部１５からもスタータ１７へ電力が供給される。これにより、スタータ１７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３を介した高電圧蓄電部１１からの電力と、低電圧蓄電部１５からの電力との供給を受けることになる。その結果、２つの電源によりスタータ１７が動作することになるので、それぞれの電源、すなわち高電圧蓄電部１１と低電圧蓄電部１５のいずれもスタータ１７の駆動時の電力の放出が抑制される。よって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３に流れる電流を抑制することができる。また、低電圧蓄電部１５（鉛バッテリ）も電力の放出が抑制されるので、過放電によるサルフェーションの発生が抑制され、寿命を延ばすことが可能となる。このように、時刻ｔ１０から時刻ｔ４０までの期間ｄ２、ｄ３、ｄ４は高電圧蓄電部１１からの電力がＤＣ／ＤＣコンバータ１３を介してスタータ１７に供給され、期間ｄ４では高電圧蓄電部１１からの電力に加えて低電圧蓄電部１５からの電力もスタータ１７に供給される。

　時刻ｔ３０から時刻ｔ４０までの期間ｄ４でスタータ１７は全速回転を行おうとするので、スタータ１７の回転数は、図３に示すように時刻ｔ４０まで経時的に徐々に単調に増加し、時刻ｔ４０で最大の回転数Ｒ２となる。回転数Ｒ２で回転すると、エンジン２３を始動する条件が整うので、制御部１９はエンジン２３に対し時刻ｔ４０で燃料噴射と点火を行う。その結果、時刻ｔ４０でエンジン２３の始動が完了する。

　その後、制御部１９は、スタータ１７を停止するために、時刻ｔ４０でスイッチ４１、４３の両方をオフにするとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３を停止する。その結果、スタータ１７へは電力供給が停止するので、ピニオンがリングギアから外れる。よって、スタータ１７の回転数は図３に示すように、時刻ｔ４０から時刻ｔ５０までの期間ｄ５で急激に低下し、時刻ｔ５０でスタータ１７は停止する。時刻ｔ５０以降の期間ｄ６ではスイッチ４１、４３がオフでありＤＣ／ＤＣコンバータ１３は停止する。

　このような動作により、時刻ｔ１０から時刻ｔ４０までのエンジンを始動させている期間ｄ２、ｄ３、ｄ４中、高電圧蓄電部１１と低電圧蓄電部１５からＤＣ／ＤＣコンバータ１３に流れる電流はいずれも抑制されている。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は大電流に対応した設計をする必要がなくなるので、小型化が可能となる。さらに、スタータ１７の駆動時における低電圧蓄電部１５の電力の放出が低減されるので、充電状態の低下を抑制でき、低電圧蓄電部１５の長寿命化が図れる。

　以上の構成、動作により、小型のＤＣ／ＤＣコンバータ１３であってもスタータ１７を駆動し、エンジン２３を始動することができる２電源方式のエンジン始動装置１が得られる。

　なお、本実施の形態１では、スタータ１７の回転数が所定回転数Ｒ１に至ったと判断すると、制御部１９は、スイッチ４３をオンにして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３が出力電圧Ｖ３を出力するように制御する。この動作は、所定回転数Ｒ１による判断に限定されるものではなく、時刻ｔ２０から所定期間の経過によって判断するようにしてもよい。すなわち、時刻ｔ２０から所定期間が経過した時刻ｔ３０で、制御部１９はスイッチ４３をオンにして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３が出力電圧Ｖ３を出力するように制御を行うようにしてもよい。この場合も、上記したＤＣ／ＤＣコンバータ１３の小型化が実現できるうえに、スタータ１７の回転数を計測する必要が無いので、構成、制御が簡単になる。なお、所定期間はあらかじめスタータ１７が所定回転数Ｒ３に至るまでの期間を求めておいてメモリ（制御部１９）に記憶しておけばよい。

　図４は、実施の形態１におけるエンジン始動装置１の他の動作におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１３の端１３Ａの出力電圧と、低電圧蓄電部１５の出力すなわちスイッチ４３の状態と、スタータ１７の回転数を示す。

　図４に示す動作では、制御部１９は、スイッチ４３をオフにしてスイッチ４１のみをオンにしている際に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧を経時的に徐々に大きくする。

　これにより、スタータ１７の予備回転における回転数を徐々に速くしておくことができるので、スタータ１７の全速回転まで、回転数の変化の速さが小さく、よってスタータ１７への負担が少ないエンジン始動装置１が実現できる。

　以下、図４に示す動作について説明する。

　図４において、時刻ｔ０から時刻ｔ２０までの期間ｄ１、ｄ２での動作は図３に示す期間ｄ１、ｄ２と同様である。

　時刻ｔ２０で制御部１９は、スイッチ４１、４３のうちスイッチ４１のみをオンにするとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の端１３Ａの出力電圧が経時的に徐々に単調に大きくなるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１３を制御する。その結果、図４に示すように、時刻ｔ２０から時刻ｔ３０までの期間ｄ３でのスタータ１７の回転数の変化率すなわち時刻に対するスタータ１７の回転数の傾きを任意に調整できる。図４に示す動作では、制御部１９は、期間ｄ３でスタータ１７の回転数の変化率すなわち時刻に対するスタータ１７の回転数の傾きを、時刻ｔ３０から時刻ｔ４０まで期間ｄ４でのスタータ１７が全速回転するまでの回転数の変化率すなわち時刻に対する回転数の傾きと合わせるように制御する。なお、時刻ｔ２０から時刻ｔ３０までの期間ｄ３での回転数の傾きは、あらかじめ実測データに基づいて求めておき、メモリ（制御部１９）に記憶しておく。制御部１９は、スタータ１７の回転数の傾きが記憶された傾きになるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧を制御する。その結果、時刻ｔ２０から時刻ｔ３０までの期間ｄ３でＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧は出力電圧Ｖ２から出力電圧Ｖ３まで直線的に徐々に単調に増大するように制御される。

　次に、時刻ｔ３０で制御部１９はスイッチ４３をオンにするとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧Ｖ３を維持する。その結果、図４に示すように、低電圧蓄電部１５のスタータ１７への出力がオンになり、高電圧蓄電部１１からの電力と低電圧蓄電部１５からの電力とがスタータ１７へ供給される。ここで、出力電圧Ｖ３はスタータ１７を全速回転させる際の電圧であるので、図４に示すように、時刻ｔ３０から時刻ｔ４０に向けてスタータ１７の回転数は増大し続ける。この際、時刻ｔ３０から時刻ｔ４０までの期間ｄ４における回転数の時刻に対する傾きが時刻ｔ２０から時刻ｔ３０までの期間ｄ３におけるそれと誤差範囲で実質的に同じになるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１３の端１３Ａの出力電圧が調整されているので、０から回転数Ｒ２まで直線的に回転数が増大する。このように、時刻ｔ１０から時刻ｔ４０までの期間ｄ２、ｄ３、ｄ４は高電圧蓄電部１１からの電力がＤＣ／ＤＣコンバータを介してスタータ１７に供給され、期間ｄ４では高電圧蓄電部１１からの電力に加えて低電圧蓄電部１５からの電力もスタータ１７に供給される。

　図４に示す時刻ｔ４０以降の動作は図３に示す動作と同じであるので、詳細な説明を省略する。

　以上の構成、動作により、図４に示す動作では図３に示す動作と基本的には同様にスタータ１７への電力供給を行っているので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の小型化が可能になるとともに、スタータ１７の回転数が急変しないようにＤＣ／ＤＣコンバータ１３で制御しているので、スタータ１７への負担が軽減されるエンジン始動装置１が得られる。

　なお、図４に示す動作では時刻ｔ２０から時刻ｔ３０までの期間ｄ３、すなわち、スイッチ４１、４３のうちのスイッチ４１のみがオンの期間に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の端１３Ａでの出力電圧を時刻とともに直線的に徐々に単調に増大させているが、これは、直線的に増大させる動作に限定されるものではなく、段階的に、または非直線的に出力電圧を増大させるようにしてもよい。この場合、たとえば二次関数的にスタータ１７の回転数を変化させることによっても、スタータ１７の回転数の急変を抑制することができる。

　図６に示す従来の車両用制御装置におけるエンジン始動装置１００では、温度などの環境要因によらずスタータ１０３に印加される電圧を可変設定し、スタータ１０３の回転速度を一定とすると特許文献１には記載されている。図６の構成上、スタータ１０３の駆動時に低電圧バッテリ１１１は常にスタータ１０３へ電力を供給するようになっている。その結果、ＤＣＤＣコンバータ１１３を介して高電圧バッテリ１０９からの電力がスタータ１０３へ１００％供給される場合に比べ、ＤＣＤＣコンバータ１１３に流れる電流は低減する。しかし、たとえば低温時で低電圧バッテリ１１１の内部抵抗が大きい状態であれば、低電圧バッテリ１１１の放電能力の低下を補うために、ＤＣＤＣコンバータ１１３は１００Ａ程度の大電流を流す必要がある。よって、ＤＣＤＣコンバータ１１３は大電流に対応して大型化せざるを得ない。

　図１から図４に示す実施の形態１におけるエンジン始動装置１では、制御部１９は、まず、スタータ１７を始動する際に、スイッチ４１、４３のうちスイッチ４１のみをオンにして、高電圧蓄電部１１の電力をスタータ１７へ出力するようにＤＣ／ＤＣコンバータ１３を制御する。スタータ１７が回転し始めた或る時刻から所定期間が経過するか、またはスタータ１７の回転数が所定回転数に至ると、制御部１９はスイッチ４３をオンにすることで低電圧蓄電部１５の電力もスタータ１７へ供給する。その結果、スタータ１７の予備回転を高電圧蓄電部１１の電力で行うが、この際の電力は小さくてよい。さらに、スタータ１７を全速回転させるときは、既に予備回転がなされているので、必要な電力は、スタータ１７の停止時から直ちに全速回転させる場合に比べて少なくて済む。さらに、高電圧蓄電部１１の電力に加え低電圧蓄電部１５の電力をスタータ１７へ供給するので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３に流れる電流も小さくてよい。

　これらのことから、小型のＤＣ／ＤＣコンバータ１３であってもスタータ１７を駆動し、エンジン２３を始動することができる２電源方式のエンジン始動装置１が得られる。

　（実施の形態２）
　図５は実施の形態２におけるエンジン始動装置１Ａのブロック回路図である。図５において、図１と図２に示す実施の形態１におけるエンジン始動装置１と同じ部分には同じ参照符号を付す。実施の形態２におけるエンジン始動装置１Ａは、図１と図２に示す実施の形態１におけるエンジン始動装置１の切替回路３０の代わりに切替回路３０Ａを備える。切替回路３０Ａは、図２に示す切替回路３０に、スイッチ４１の端４５とスイッチ４３の端５１との間に電気的に接続されたスイッチ５７をさらに有する。具体的には、スイッチ５７は、端５８、５９を有する。スイッチ５７の端５８はスイッチ４１の端４５に接続され、スイッチ５７の端５９はスイッチ４３の端５１に接続されている。制御部１９はスイッチ５７の端５８、５９の間を電気的に断接するようにスイッチ５７を制御する。

　実施の形態２におけるエンジン始動装置１Ａでは、制御部１９が、スタータ１７を始動する前にスイッチ５７をオンにするとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３を制御して、スタータ１７の始動が可能となるように高電圧蓄電部１１と低電圧蓄電部１５の間で電力の融通を行う。

　これにより、エンジン２３の始動時に２電源から電力を供給される確度を高めることができるので、高電圧蓄電部１１のみからＤＣ／ＤＣコンバータ１３を介してスタータ１７を始動する可能性が低減される。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３に大電流が流れる可能性が抑制され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の小型化が可能となる。

　以下、実施の形態２におけるエンジン始動装置１Ａの詳細について説明する。

　スイッチ５７は、スイッチ４１、４３と同じくリレーを用いている。なお、スイッチ５７もリレーに限定されるものではなく、半導体スイッチなどの他のスイッチであってもよい。

　なお、実施の形態２のエンジン始動装置１Ａでは、スイッチ４１、４３、５７は切替回路３０Ａを構成する。

　実施の形態２におけるエンジン始動装置１ＡのＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、上記したように高電圧蓄電部１１と低電圧蓄電部１５の間で電力の融通を行うために双方向型のものを用いている。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、高電圧蓄電部１１の電圧（端１３Ｂ）を下げて低電圧蓄電部１５（端１３Ａ）へ電力供給を行い、低電圧蓄電部１５の電圧（端１３Ａ）を上げて高電圧蓄電部１１（端１３Ｂ）へ電力供給を行うことができる。

　次に、エンジン始動装置１Ａの動作について説明する。制御部１９は、エンジン２３が始動しておらず、イグニションスイッチがオンになる前の段階、すなわち、車両２１Ａのドアキーが開錠されたとき、または車両２１Ａのドアが開いたときに、高電圧蓄電部１１と低電圧蓄電部１５がそれぞれ蓄積している電力の量である充電残量をメモリから取り出す。なお、充電残量は高電圧蓄電部１１と低電圧蓄電部１５の充放電電流積算などから制御部１９により求められ、メモリに記憶されている。

　もし、高電圧蓄電部１１と低電圧蓄電部１５のそれぞれの充電残量が、スタータ１７を高電圧蓄電部１１と低電圧蓄電部１５からの電力で駆動できるだけの量であれば、制御部１９はスイッチ５７をオフのままとし、イグニションスイッチがオンになるまで待つ。

　一方、スタータ１７を駆動するために、高電圧蓄電部１１と低電圧蓄電部１５のいずれか一方の充電残量が不十分で、他方の充電残量が十分にある場合、制御部１９は充電残量が十分な蓄電部から不十分な蓄電部へ電力を供給することで電力の融通を行う。その具体的な動作を以下に述べる。

　まず、高電圧蓄電部１１の充電残量が十分で、低電圧蓄電部１５の充電残量が不十分である場合の動作を説明する。この場合、高電圧蓄電部１１だけでスタータ１７を駆動することもできるが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３に大電流が流れるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３が大型化してしまう。エンジン始動装置１Ａでは、制御部１９は、スイッチ４１、４３がオフの状態でスイッチ５７をオンにする。その結果、高電圧蓄電部１１と低電圧蓄電部１５がＤＣ／ＤＣコンバータ１３を介して電気的に接続される。次に、制御部１９はＤＣ／ＤＣコンバータ１３により高電圧蓄電部１１の電力を低電圧蓄電部１５へ充電するようにＤＣ／ＤＣコンバータ１３を制御する。すなわち、制御部１９は、端１３Ｂの高電圧蓄電部１１の電圧を降圧して端１３Ａから出力して低電圧蓄電部１５に供給する。これにより、あらかじめスタータ１７を駆動するために十分な電力を高電圧蓄電部１１と低電圧蓄電部１５の両者に蓄えておくことができる。その後、制御部１９は、高電圧蓄電部１１と低電圧蓄電部１５によりスタータ１７を駆動できるように電力の融通が終了すれば、スイッチ５７をオフにして、イグニションスイッチがオンになるまで待つ。

　次に、高電圧蓄電部１１の充電残量が不十分で、低電圧蓄電部１５の充電残量が十分である場合の動作を説明する。この場合、低電圧蓄電部１５だけでスタータ１７を駆動することもできるが、その場合は低電圧蓄電部１５から大電流が流れ、充電残量が急激に減少するので、低電圧蓄電部１５の寿命が短くなる可能性がある。エンジン始動装置１Ａでは、制御部１９は、上記と同様に、まずスイッチ４１、４３がオフの状態でスイッチ５７をオンにする。その結果、高電圧蓄電部１１と低電圧蓄電部１５がＤＣ／ＤＣコンバータ１３を介して電気的に接続される。次に、制御部１９はＤＣ／ＤＣコンバータ１３により低電圧蓄電部１５の電力を高電圧蓄電部１１へ充電するようにＤＣ／ＤＣコンバータ１３を制御する。制御部１９は、端１３Ａの低電圧蓄電部１５の電圧を昇圧して端１３Ｂから出力して高電圧蓄電部１１に供給する。これにより、あらかじめスタータ１７を駆動するために十分な電力を高電圧蓄電部１１と低電圧蓄電部１５の両者に蓄えておくことができる。その後、制御部１９は、高電圧蓄電部１１と低電圧蓄電部１５によりスタータ１７を駆動できるような電力の融通が終了すれば、スイッチ５７をオフにして、イグニションスイッチがオンになるまで待つ。

　なお、高電圧蓄電部１１と低電圧蓄電部１５の充電残量の双方を合わせた充電残量でもスタータ１７を駆動するために不十分な場合は、高電圧蓄電部１１と低電圧蓄電部１５の充電残量が不足している旨を運転者に警告する。

　上記以降の動作（イグニションスイッチがオンになって以降の動作）は実施の形態１におけるエンジン始動装置１の図３または図４に示す動作と同様の動作を行う。

　以上のエンジン始動装置１Ａの構成、動作により、高電圧蓄電部１１と低電圧蓄電部１５のうちの一方の充電残量が不十分であっても他方から電力を融通することができるので、スタータ１７を高電圧蓄電部１１と低電圧蓄電部１５により駆動できる確度が高まり、その結果としてＤＣ／ＤＣコンバータ１３の小型化が可能となるとともに、低電圧蓄電部１５の長寿命化も可能となる。

　なお、実施の形態２のエンジン始動装置１Ａでは、ドアロックの開錠、またはドアが開いたときに電力融通を開始するが、高電圧蓄電部１１または低電圧蓄電部１５の一方の充電残量が相当に少ない場合は、ドアロックの開錠またはドアが開いたときからイグニションスイッチがオンになるまでの間に電力融通が終了しない場合がある。この場合は、制御部１９は、電力融通が終了していない旨を運転者に知らせて、電力融通が終了してからイグニションスイッチのオン操作を許可するようにすればよい。

　また、車両２１Ａを使用する時刻が決まっている場合は、タイマにより、その時刻よりも前の時刻から必要に応じて電力融通を開始するようにしてもよい。

　さらに、車両２１Ａを使用する時刻については、制御部１９が学習して記憶するようにしてもよい。

　また、実施の形態１、２のエンジン始動装置１、１Ａでは、エンジン２３のコールドスタート時における動作について説明したが、これはアイドリングストップ機能を有する車両２１Ａにエンジン始動装置１、１Ａを搭載し、アイドリングストップ後のエンジン２３のホットスタート時における動作に適用してもよい。

　また、実施の形態１、２におけるエンジン始動装置１、１Ａでは、スイッチ４３は、スタータ１７に内蔵されたマグネットスイッチで代用するようにしてもよい。これにより、エンジン始動装置１、１Ａの構成が簡単になる。

　本発明にかかるエンジン始動装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータの小型化ができるので、特に２電源方式のエンジン始動装置等として有用である。

１，１Ａ　　エンジン始動装置
１１　　高電圧蓄電部
１３　　ＤＣ／ＤＣコンバータ
１５　　低電圧蓄電部
１７　　スタータ
１９　　制御部
２３　　エンジン
４１　　スイッチ（第１スイッチ）
４３　　スイッチ（第２スイッチ）
５３　　接続点
５７　　スイッチ（第３スイッチ）

Claims

エンジンを始動するエンジン始動装置であって、
高電圧蓄電部と、
前記高電圧蓄電部と電気的に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータと電気的に接続された第１端と、第２端とを有する第１スイッチと、
前記第１スイッチの前記第２端と接続点で電気的に接続された第１端と、第２端とを有する第２スイッチと、
前記第２スイッチの前記第２端と電気的に接続された、前記高電圧蓄電部より電圧が低い低電圧蓄電部と、
前記接続点に電気的に接続されて、前記エンジンを始動させるスタータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記第１スイッチと前記第２スイッチと電気的に接続された制御部と、
を備え、
前記制御部は、
　　　前記スタータを始動する際に、前記第２スイッチをオフに維持した状態で前記第１スイッチをオンにして、前記高電圧蓄電部の電力を前記スタータへ出力して或る時刻に前記スタータを回転させ始めるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、
　　　前記或る時刻から所定期間が経過するか、または前記スタータの回転数が所定回転数に至ると、前記第２スイッチをオンにすることで前記低電圧蓄電部の電力も前記高電圧蓄電部の前記電力と共に前記スタータへ供給するように前記第２スイッチを制御し、
　　　前記エンジンが始動を完了すると、前記第１スイッチと前記第２スイッチをオフにする、
ように構成された、エンジン始動装置。
前記制御部は、前記第２スイッチがオフの状態で前記第１スイッチがオンの際に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を経時的に大きくするように構成されている、請求項１に記載のエンジン始動装置。
前記第１スイッチの前記第１端と前記第２スイッチの前記第２端との間に電気的に接続された第３スイッチをさらに備え、
前記制御部は、前記スタータを始動する前に、前記第３スイッチをオンにするとともに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して、前記スタータの始動が可能となるように前記高電圧蓄電部と前記低電圧蓄電部の間で電力の融通を行うように構成されている、請求項１に記載のエンジン始動装置。