(57)【要約】【課題】高頻度且つ過大な電流負荷に対して蓄電池から充放電を行う場合に、簡便且つ廉価な構成で蓄電池の高寿命化を実現する。【解決手段】電源装置１０は、並列に接続された鉛蓄電池１６及び電気二重層キャパシタ１８と、鉛蓄電池１６及び電気二重層キャパシタ１８から放電する電力供給を受けるとともに、エンジン１４の始動後には発電機として作用するスタータ・ジェネレータ２０とを有する。スタータ・ジェネレータ２０が発電した電力は鉛蓄電池１６及び電気二重層キャパシタ１８に充電される。鉛蓄電池１６及び電気二重層キャパシタ１８とスタータ・ジェネレータ２０との間には、接続切換装置としてのＩＰＵ２２が設けられている。電気二重層キャパシタ１８とスタータ・ジェネレータ２０との間の線路長Ｌ１は、鉛蓄電池１６とスタータ・ジェネレータ２０との間の線路長Ｌ２より短かく設定されている。【選択図】図１
2006230132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池及び電気二重層キャパシタから放電することにより電気負荷に対して電流を供給する第１工程と、
前記第１工程の後に、スイッチング操作又は通電方向の変化により自動的且つ瞬時に切り替えられ、発電機から前記蓄電池及び前記電気二重層キャパシタに対して充電を行う第２工程と、
を有し、
前記蓄電池と前記電気二重層キャパシタは並列に接続されていることを特徴とする電流供給方法。
【請求項２】
請求項１記載の電流供給方法において、
前記第１工程は、車両の内燃機関を始動させるスタータ・ジェネレータを駆動する工程であって、前記第２工程は、始動した前記内燃機関が前記スタータ・ジェネレータを回転させることにより発電する電力を用いて充電を行う工程であることを特徴とする電流供給方法。
【請求項３】
請求項２記載の電流供給方法において、
前記蓄電池は、鉛蓄電池であることを特徴とする電流供給方法。
【請求項４】
蓄電池及び電気二重層キャパシタから放電することによりスタータ・ジェネレータを駆動して車両の内燃機関を始動させる第１工程と、
前記第１工程の後に、始動した前記内燃機関が前記スタータ・ジェネレータを回転させ、前記スタータ・ジェネレータが発電することにより電流の通電方向が逆転し、前記蓄電池及び前記電気二重層キャパシタを充電する第２工程と、
を有し、
前記蓄電池と前記電気二重層キャパシタは並列に接続されていることを特徴とする内燃機関の始動方法。
【請求項５】
並列に接続された蓄電池及び電気二重層キャパシタと、
前記蓄電池及び前記電気二重層キャパシタから放電することにより電力供給を受ける電気負荷と、
前記蓄電池及び前記電気二重層キャパシタを充電する発電機と、
前記蓄電池及び前記電気二重層キャパシタと前記電気負荷及び前記発電機との間に設けられた接続切換装置と、
を有し、
前記接続切換装置は、所定条件下で接続を行い前記電気負荷に電力を供給するとともに、その後、前記発電機が発電を開始したときに前記発電機により前記蓄電池及び前記電気二重層キャパシタを充電することを特徴とする電源装置。
【請求項６】
請求項５記載の電源装置において、
前記電気負荷は内燃機間を始動させるスタータモータであり、前記発電機は前記内燃機関により回転駆動されて発電することを特徴とする電源装置。
【請求項７】
請求項６記載の電源装置において、
前記蓄電池は鉛蓄電池であることを特徴とする電源装置。
【請求項８】
請求項５記載の電源装置において、
前記電気二重層キャパシタと前記電気負荷との間の線路長は、前記蓄電池と前記電気負荷との間の線路長より短いことを特徴とする電源装置。
【請求項９】
請求項５記載の電源装置において、
前記蓄電池の容量を前記電気二重層キャパシタの容量で割った容量比は１５以上、且つ８００以下であることを特徴とする電源装置。
【請求項１０】
請求項５記載の電源装置において、
前記蓄電池の内部抵抗を前記電気二重層キャパシタの内部抵抗で割った抵抗比は０．１以上、且つ１０以下であることを特徴とする電源装置。
【請求項１１】
請求項５記載の電源装置において、
前記電気二重層キャパシタは、複数のセルの直列接続により構成されており、各セルの容量のばらつき幅は、平均値を基準として±５％であることを特徴とする電源装置。
【請求項１２】
請求項５記載の電源装置において、
前記電気二重層キャパシタは、複数のセルの直列接続により構成されており、各セルの自己放電のばらつき幅は、平均値を基準として±３％以内であることを特徴とする電源装置。
【請求項１３】
走行駆動力を発生する内燃機関と、
並列に接続された鉛蓄電池及び電気二重層キャパシタと、
前記鉛蓄電池及び前記電気二重層キャパシタから放電することにより電力供給を受けて前記内燃機関を始動させるスタータモータと、
前記内燃機関により回転駆動されて発電し、前記鉛蓄電池及び前記電気二重層キャパシタを充電する発電機と、
前記鉛蓄電池及び前記電気二重層キャパシタと前記電気負荷及び前記発電機との間に設けられた接続切換装置と、
前記接続切換装置の接続状態を制御する制御装置と、
を有し、
前記制御装置は、所定のアイドル停止条件に基づいて前記内燃機関を停止させるアイドル停止手段と、
所定の再始動条件に基づいて前記接続切換装置に指示を与えて前記鉛蓄電池及び前記電気二重層キャパシタから前記スタータモータに電力を供給させる再始動手段とを備え、
前記接続切換装置は、前記再始動手段により前記再始動条件が成立したと判断されたときに接続を行い、前記鉛蓄電池及び前記電気二重層キャパシタから放電することにより前記スタータモータに電力を供給して前記内燃機関を始動させるとともに、その後、前記発電機が発電を開始したときに前記発電機により前記蓄電池及び前記電気二重層キャパシタを充電することを特徴とする電源装置。
【請求項１４】
請求項５〜１３のいずれか１項に記載の電源装置を備えた車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池及び電気二重層キャパシタを用いた電流供給方法、内燃機関の始動方法、電源装置及び車両に関し、特に蓄電池の高寿命化を図ることのできる電流供給方法、内燃機関の始動方法、電源装置及び車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、環境保全の観点からエンジンからの排出ガスの放出を抑制するため、車両が停止しているときにはエンジンを停止させる操作、いわゆるアイドルストップが励行されており、このようなアイドルストップを自動的に行う制御手段が開発されている。
【０００３】
一方、アイドルストップを行う場合には、車両が停止した後に再始動する毎にスタータモータが駆動されることになり、スタータモータに対する電力源としての鉛蓄電池の充放電の回数が増大する。しかも、スタータモータは瞬間的に大電流が流れる特徴的な負荷であることから、鉛蓄電池の寿命低下が懸念される。
【０００４】
これに対して、特許文献１においては、鉛蓄電池のサイクル寿命特性の向上を図るため、鉛蓄電池とコンデンサを並列に接続し、コンデンサの静電容量を、（Ｂ−３Ａ）×Δｔ／９６５００×１．１（Ｆ）に設定することが提案されている。ここで、Ｂは最大負荷電流値であり、Ａは平均負荷電流値である。
【０００５】
また、特許文献２、特許文献３及び特許文献４においては、大容量の静電容量を有する電気二重層キャパシタを車両に搭載する例として、減速時に生じる回生エネルギーを効率よく充電し、スタータモータへの放電による電気ノイズの低減、他の電気的負荷への安定した給電を図る例が記載されている。
【０００６】
さらに、特許文献５には、電気二重層キャパシタを複数のセルの直列接続により構成する場合に、セル毎に電源監視回路やバイパス回路を設けることにより各セル間のばらつきを回避する手法が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−３３９８３０号公報
【特許文献２】特開平９−２４７８５６号公報
【特許文献３】特開平９−２５２５４６号公報
【特許文献４】特開平１０−１９１５７６号公報
【特許文献５】特開平６−２６１４５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、前記の特許文献１に記載された内容からは、平均負荷電流が小さい場合には鉛蓄電池の寿命を延ばすことが期待できるが、エンジンを始動するスタータモータのような大電流を要する負荷に対しては効果が認められない。
【０００９】
また、前記の特許文献２〜４に記載された技術においては、鉛蓄電池と電気二重層キャパシタを個別に制御する等の複雑な制御手段及び制御手順が必要である。
【００１０】
さらに、自動アイドルストップを行う車両では、エンジンを再始動する際に大電流の放電及び充電が瞬間的に切り替えて通電され、鉛蓄電池に対して極めて厳しい条件となっており、このような条件下においても鉛蓄電池の寿命を向上させる手段が望まれている。
【００１１】
本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、簡便且つ廉価な構成及び手順で蓄電池の高寿命化を図る電流供給方法、内燃機関の始動方法、電源装置及び車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る電流供給方法は、蓄電池及び電気二重層キャパシタから放電することにより電気負荷に対して電流を供給する第１工程と、前記第１工程の後に、スイッチング操作又は通電方向の変化により自動的且つ瞬時に切り替えられ、発電機から前記蓄電池及び前記電気二重層キャパシタに対して充電を行う第２工程とを有し、前記蓄電池と前記電気二重層キャパシタは並列に接続されていることを特徴とする（請求項１記載の発明）。
【００１３】
電気二重層キャパシタは電解コンデンサ等と比較して静電容量が非常に大きく、蓄電池と並列に接続することにより、電気二重層キャパシタが蓄電池の充放電を補い、大電流の充放電を高頻度で行う負荷に適用する場合において、蓄電池の高寿命化を図ることができる。特に、スタータモータ等のように瞬間的に大電流が流れたり、その直後に発電機から大電流が充電されるという厳しいな条件下においても高寿命化を図ることができる。
【００１４】
ここで、蓄電池とは、外部から供給された電気的エネルギーにより化学反応を発生させ、電力を化学エネルギーに変換して蓄え、必要に応じて再び起電力として取り出す装置である。
【００１５】
この場合、前記第１工程は、車両の内燃機関を始動させるスタータ・ジェネレータを駆動する工程であって、前記第２工程は、始動した前記内燃機関が前記スタータ・ジェネレータを回転させることにより発電する電力を用いて充電を行う工程としてもよい（請求項２記載の発明）。スタータ・ジェネレータのように大電流の充放電が瞬時に切り換わる厳しい条件下においても、蓄電池の高寿命化を図ることができる。前記蓄電池としては、鉛蓄電池が適用可能である（請求項３記載の発明）。
【００１６】
本発明に係る内燃機関の始動方法は、蓄電池及び電気二重層キャパシタから放電することによりスタータ・ジェネレータを駆動して車両の内燃機関を始動させる第１工程と、前記第１工程の後に、始動した前記内燃機関が前記スタータ・ジェネレータを回転させ、前記スタータ・ジェネレータが発電することにより電流の通電方向が逆転し、前記蓄電池及び前記電気二重層キャパシタを充電する第２工程とを有し、前記蓄電池と前記電気二重層キャパシタは並列に接続されていることを特徴とする（請求項４記載の発明）。
【００１７】
このように電気二重層キャパシタと蓄電池とを並列に接続することにより、内燃機関を高頻度で停止及び再始動させる場合において、蓄電池の高寿命化を図ることができる。
【００１８】
本発明に係る電源装置は、並列に接続された蓄電池及び電気二重層キャパシタと、前記蓄電池及び前記電気二重層キャパシタから放電することにより電力供給を受ける電気負荷と、前記蓄電池及び前記電気二重層キャパシタを充電する発電機と、前記蓄電池及び前記電気二重層キャパシタと前記電気負荷及び前記発電機との間に設けられた接続切換装置とを有し、前記接続切換装置は、所定条件下で接続を行い前記電気負荷に電力を供給するとともに、その後、前記発電機が発電を開始したときに前記発電機により前記蓄電池及び前記電気二重層キャパシタを充電することを特徴とする（請求項５記載の発明）。
【００１９】
このように、電気二重層キャパシタと蓄電池とを並列に接続することにより、電気負荷に対する電力供給を行った後に、発電機で発生する電流を充電するという電流条件下において、電気二重層キャパシタが蓄電池の充放電を補い、蓄電池の高寿命化を図ることができる。
【００２０】
この場合、前記電気負荷は内燃機間を始動させるスタータモータであり、前記発電機は前記内燃機関により回転駆動されて発電するという構成及び条件に対して好適に適用される（請求項６記載の発明）。前記蓄電池としては、鉛蓄電池が適用可能である（請求項７記載の発明）。
【００２１】
また、前記蓄電池と前記電気負荷との間の線路長は、前記電気二重層キャパシタと前記電気二重層キャパシタとの間の線路長より短く設定すると、大電流の充放電時に電流の多くが電気二重層キャパシタ側に分流し、蓄電池の一層の高寿命化を図ることができる。（請求項８記載の発明）。
【００２２】
前記蓄電池の容量を前記電気二重層キャパシタの容量で割った容量比は１５以上、且つ８００以下とするとよい（請求項９記載の発明）。さらに、前記蓄電池の内部抵抗を前記電気二重層キャパシタの内部抵抗で割った抵抗比は０．１以上、且つ１０以下とするとよい（請求項１０記載の発明）。
【００２３】
ここで、蓄電池の容量（Ｗｈ）は、平均電圧×公称容量で表され、電気二重層キャパシタの容量（Ｗｈ）は、（１／２×Ｃ×最大電圧の二乗−１／２×Ｃ×最低電圧の二乗）／３６００で表される。また、蓄電池の内部抵抗（ｍΩ）は３Ｃ3Ａ（３時間で完全放電する電流の３倍）及び１Ｃ3Ａ（３時間で完全放電する電流）で放電して場合の両者の電圧の差から求められる。Ｃはキャパシタンスである。電気二重層キャパシタの内部抵抗（ｍΩ）は、所定の電流で放電したときの、電圧降下／電流値として規定され、一層詳しくは、日本電子機械工業規格ＥＩＡＪ  ＲＣ−２３７７により規定される。
【００２４】
前記電気二重層キャパシタは、複数のセルの直列接続により構成されている場合、各セルの容量のばらつき幅は、平均値を基準として±５％に設定するとよく（請求項１１記載の発明）、各セルの自己放電のばらつき幅は、平均値を基準として±３％以内に設定するとよい（請求項１２記載の発明）。これにより、所定のセルのみが高電圧となることが防止される。
【００２５】
また、本発明に係る電源装置は、走行駆動力を発生する内燃機関と、並列に接続された鉛蓄電池及び電気二重層キャパシタと、前記鉛蓄電池及び前記電気二重層キャパシタから放電することにより電力供給を受けて前記内燃機関を始動させるスタータモータと、前記内燃機関により回転駆動されて発電し、前記鉛蓄電池及び前記電気二重層キャパシタを充電する発電機と、前記鉛蓄電池及び前記電気二重層キャパシタと前記電気負荷及び前記発電機との間に設けられた接続切換装置と、前記接続切換装置の接続状態を制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、所定のアイドル停止条件に基づいて前記内燃機関を停止させるアイドル停止手段と、所定の再始動条件に基づいて前記接続切換装置に指示を与えて前記鉛蓄電池及び前記電気二重層キャパシタから前記スタータモータに電力を供給させる再始動手段とを備え、前記接続切換装置は、前記再始動手段により前記再始動条件が成立したと判断されたときに接続を行い、前記鉛蓄電池及び前記電気二重層キャパシタから放電することにより前記スタータモータに電力を供給して前記内燃機関を始動させるとともに、その後、前記発電機が発電を開始したときに前記発電機により前記蓄電池及び前記電気二重層キャパシタを充電することを特徴とする（請求項１３記載の発明）。
【００２６】
このように、電気二重層キャパシタと蓄電池とを並列に接続することにより、車両におけるアイドルストップ機能に基づいてスタータや発電機対して大電流の充放電を高頻度で行う場合において、電気二重層キャパシタが蓄電池の充放電を補い、蓄電池の高寿命化を図ることができる。
【００２７】
また、このような電源装置は車両に対して好適に適用可能である（請求項１４記載の発明）。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る電流供給方法、内燃機関の始動方法、電源装置及び車両によれば、簡便且つ廉価な構成及び手順で蓄電池の高寿命化を実現することができる。すなわち、電気二重層キャパシタは電解コンデンサ等と比較して静電容量が非常に大きく、蓄電池と並列に接続することにより、電気二重層キャパシタが蓄電池の充放電を補い、大電流の充放電を高頻度で行う負荷に適用する場合において、蓄電池の高寿命化を図ることができる。特に、スタータモータ等のように瞬間的に大電流が流れたり、その直後に発電機から大電流が充電されるという厳しいな条件下においても高寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明に係る電流供給方法、内燃機関の始動方法、電源装置及び車両について実施の形態を挙げ、添付の図１〜図６を参照しながら説明する。本実施の形態に係る電源装置１０は車両１２に搭載されており、電機補機に対する電源供給及び内燃機関の始動を行うものである。
【００３０】
図１に示すように、車両１２は、走行駆動力を発生するエンジン（内燃機関）１４と、並列に接続された鉛蓄電池１６及び電気二重層キャパシタ（又は、電気二重層コンデンサとも呼ばれる）１８と、鉛蓄電池１６及び前記電気二重層キャパシタ１８から電力供給を受けてエンジン１４を始動させるとともにエンジン１４の始動後は発電機として作用する三相型のスタータ・ジェネレータ２０と、鉛蓄電池１６及び電気二重層キャパシタ１８とスタータ・ジェネレータ２０との間に設けられたＩＰＵ（Intelligent Power Unit、接続切換装置）２２と、該ＩＰＵ２２の動作を制御する制御装置２４とを有する。
【００３１】
これらの、鉛蓄電池１６、電気二重層キャパシタ１８、スタータ・ジェネレータ２０、ＩＰＵ２２及び制御装置２４は、車両１２において電源装置１０を構成している。
【００３２】
エンジン１４で発生した回転駆動力は、図示しないクラッチ機構によりＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）２６に接続されて変速された後、さらに変速機２８により減速されて駆動輪３０に伝達される。ＣＶＴ２６の出力段には、車速センサ３２が設けられ、検出した車速Ｖを制御装置２４に伝達する。
【００３３】
制御装置２４には、さらにアクセル開度センサ３４及びブレーキペダルスイッチ３８が接続されており、アクセル操作量Ａｃｃ及びブレーキペダルの踏み込みが検出可能である。また、制御装置２４は、インジェクタ３６及び点火プラグ４０に接続されており、エンジン１４に対する燃料噴射量、噴射時期、点火の開始・停止、点火時期の制御が可能である。さらに、制御装置２４は、所定のアイドル停止条件に基づいてエンジン１４を停止させるアイドル停止手段４２と、所定の再始動条件に基づいてＩＰＵ２２に指示を与え、鉛蓄電池１６及び電気二重層キャパシタ１８からスタータ・ジェネレータ２０に電力を供給するための再始動手段４４とを備える。制御装置２４は、主たる制御部としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）と、記憶部としてのＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）及びドライバ等を有しており、上記の各機能部は、ＣＰＵがプログラムを読み込み、記憶部等と協働しながらソフトウェア処理を実行することにより実現される。
【００３４】
鉛蓄電池１６は、一般的な車両に電源として搭載されているものであり、外部から供給された電気的エネルギーにより化学反応を発生させ、電力を化学エネルギーに変換して蓄え、必要に応じて再び起電力として取り出す装置である。
【００３５】
電気二重層キャパシタ１８は、活性炭と電解液の界面に発生する電気二重層を利用して蓄電を行う一種の蓄電器である。電気二重層キャパシタ１８は、電解コンデンサ等で用いられる誘電体はなく、また、鉛蓄電池１６のような化学反応は発生しない。電気二重層キャパシタ１８では、小形でファラド(Ｆ)単位の静電容量が得られるとともに、特別な充電回路が不要である。さらに、電気二重層キャパシタ１８においては充電、過放電が寿命に影響することがない。
【００３６】
電気二重層キャパシタ１８は、６つのセル１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ及び１８ｆの直列接続により構成されている。セル１８ａは、図２に示すように円柱型であって、導電性で有底の円筒容器４６と、該円筒容器４６の一端開口部を閉鎖する絶縁性の端子板４８とを有する。端子板４８には正端子５０、負端子５２及び安全弁５４が設けられている。円筒容器４６は、例えばＡｌ合金で構成され、また端子板４８は、例えば合成樹脂で構成される。円筒容器４６内には電極巻回体として収容されており、該電極巻回体は、帯状正極と帯状負極が電解液を含浸したセパレータを挟んで重ね合せられて渦巻状に積層巻回されている。他のセル１８ｂ〜１８ｆも同構造である。
【００３７】
図１に戻り、スタータ・ジェネレータ２０は、いわゆるＩＳＧ(Integrated Starter Generator）であり、スタータモータ（電気負荷）とオルタネータ（発電機）としての機能を有する。つまり、鉛蓄電池１６及び電気二重層キャパシタ１８から供給される電力がＩＰＵ２２で三相変換されて供給されるとき、スタータ・ジェネレータ２０はスタータモータとして作用し、ベルトシステム５６を介してクランク軸１４ａを回転させることによりエンジン１４を始動させる。一方、エンジン１４が始動した後には、スタータ・ジェネレータ２０は、エンジン１４により回転駆動されることにより発電し、発生した電力はＩＰＵ２２を介して鉛蓄電池１６及び電気二重層キャパシタ１８に充電される。このようなスタータ・ジェネレータ２０によれば、アイドルストップがスムーズに行われるとともに、ブレーキ回生が可能となる。ベルトシステム５６には所定のロック機構付きオートテンショナを設けておくと、駆動時のベルトの張力を適切な初期張力の調整が可能となる。
【００３８】
ＩＰＵ２２は、制御装置２４により制御され、鉛蓄電池１６及び電気二重層キャパシタ１８と、スタータ・ジェネレータ２０とを接続又は遮断する。ＩＰＵ２２が接続状態となっているときには、鉛蓄電池１６及び電気二重層キャパシタ１８の直流を三相交流に変換してスタータ・ジェネレータ２０に供給するとともに、逆方向に三相交流を直流に変換して鉛蓄電池１６及び電気二重層キャパシタ１８に対して充電させることができる。
【００３９】
電源装置１０が有する鉛蓄電池１６、電気二重層キャパシタ１８、スタータ・ジェネレータ２０、ＩＰＵ２２及び制御装置２４は、例えば車両１２のエンジンルーム内に設けられている。また、鉛蓄電池１６及び電気二重層キャパシタ１８を適切配置することにより、電気二重層キャパシタ１８とスタータ・ジェネレータ２０との間の線路長Ｌ１は、鉛蓄電池１６とスタータ・ジェネレータ２０との間の線路長Ｌ２よりも短く設定されている。鉛蓄電池１６とＩＰＵ２２とを接続する線路は途中で分岐し、所定のヒューズボックスを介して電機補機５８に接続されている。電機補機５８は、ヘッドライトやオーディオシステム等、車両の一般的は補機である。
【００４０】
次に、このように構成される電源装置１０により行われる電流供給方法及びエンジン１４の始動方法について図３を参照しながら説明する。なお、図３に示す処理は、主に制御装置２４及びＩＰＵ２２が協働しながら実行される。
【００４１】
先ず、ステップＳ１において、走行モード中であるか停止モード中であるかを判断し、走行モード中である場合にはステップＳ２へ移り、停止モード中である場合にはステップＳ６へ移る。
【００４２】
ステップＳ２（走行モード）において、アイドル停止条件が成立したか否かをアイドル停止手段４２により判断する。アイドル停止条件は、例えば、車速センサ３２、アクセル開度センサ３４及びブレーキペダルスイッチ３８の信号に基づいて判断され、ブレーキペダルが踏み込まれ、アクセル操作量Ａｃｃが０であって、且つ車速Ｖが０である状態が所定時間継続していることを条件に成立する。アイドル停止条件が成立しているときにはステップＳ３へ移り、不成立であるときにはステップＳ５へ移る。なお、鉛蓄電池１６は温度により放電能力が異なるため、該鉛蓄電池１６に所定の温度センサを設けるとともに、制御装置２４によりこの温度センサによる温度信号を監視し、該温度信号に関する条件をアイドル停止条件の１つとしてもよい。
【００４３】
ステップＳ３においては、インジェクタ３６からの燃料噴射を停止させるとともに点火プラグ４０の点火を停止させ、エンジン１４を停止させる。これにより、アイドルストップ中にはエンジン１４から排気ガスが放出されることが防止され、いわゆるエミッション性能が向上する。また、ステップＳ３においてはモードを走行モードから停止モードに移行させる。
【００４４】
ステップＳ４において、ＩＰＵ２２に所定の指示信号を与え、鉛蓄電池１６及び電気二重層キャパシタ１８とスタータ・ジェネレータ２０との間を遮断する。
【００４５】
ステップＳ５においては、通常の走行制御としてインジェクタ３６からの燃料噴射制御及び点火プラグ４０の点火制御を行う。
【００４６】
一方、ステップＳ６（停止モード）においては、再始動条件が成立したか否かを再始動手段４４により判断する。再始動条件は、例えば、アクセル開度センサ３４及びブレーキペダルスイッチ３８の信号に基づいて判断され、アクセルの操作が検出され、且つブレーキペダルの踏み込みが解除されたときに再始動条件が成立する。再始動条件が成立しているときにはステップＳ７へ移る。また、不成立であるときにはステップＳ１０へ移り、停止モードを継続するための所定の処理を行う。
【００４７】
ステップＳ７においては、インジェクタ３６からの燃料噴射制御及び点火プラグ４０の点火制御を再開するとともに、モードを停止モードから走行モードに移行させる。
【００４８】
ステップＳ８において、ＩＰＵ２２に所定の指示信号を与え、鉛蓄電池１６及び電気二重層キャパシタ１８とスタータ・ジェネレータ２０との間を再接続し、鉛蓄電池１６及び電気二重層キャパシタ１８からの放電によりスタータ・ジェネレータ２０に電力を供給して回転させる。このとき、スタータ・ジェネレータ２０は停止していることから、停止中の回転電機の特性として非常に大きい電流が通電されることになる。
【００４９】
スタータ・ジェネレータ２０は電力が供給されることにより回転し、ベルトシステム５６を介してクランク軸１４ａを回転駆動し、エンジン１４を始動させる。
【００５０】
ステップＳ９において、エンジン１４が始動することにより、スタータ・ジェネレータ２０の回転駆動力よりもクランク軸１４ａの回転駆動力が上回るようになる。したがって、スタータ・ジェネレータ２０は従動的に回転力を受けることとなり、スタータモータとしての作用から発電機としての作用に切り替えられ、発電を開始する。このとき、ＩＰＵ２２は、制御装置２４の作用下にスイッチング処理又はその他所定の手段により自動的に通電方向の変換を行いスタータ・ジェネレータ２０で発電された交流電力を直流に変換するとともに鉛蓄電池１６及び電気二重層キャパシタ１８に対して供給し、充電させる。
【００５１】
エンジン１４は始動直後の一瞬の間、確実に始動可能な程度に相当速く回転するため発電起電力も大きく、鉛蓄電池１６及び電気二重層キャパシタ１８に対する充電量は非常に大きくなる。すなわち、エンジン１４の始動に際して、鉛蓄電池１６及び電気二重層キャパシタ１８に対する充電は大電流であり、しかも通電方向が自動的且つ瞬時に切り換わることとなる。これは、特に、化学反応に基づいて放電及び充電が行われる鉛蓄電池１６に対しては厳しい条件である。
【００５２】
その一方、鉛蓄電池１６と電気二重層キャパシタ１８は並列に接続されており、しかも電気二重層キャパシタ１８は電解コンデンサ等と比較して静電容量が非常に大きいことから、電気二重層キャパシタ１８が鉛蓄電池１６の充放電を確実に補うことができ、鉛蓄電池１６の寿命低下を防止することができる。
【００５３】
また、電気二重層キャパシタ１８とスタータ・ジェネレータ２０との間の線路長Ｌ１は、鉛蓄電池１６とスタータ・ジェネレータ２０との間の線路長Ｌ２よりも短く設定されていることから線路抵抗が小さく、電流の相当量が電気二重層キャパシタ１８側に分流することとなり、鉛蓄電池１６の一層の高寿命化を図ることができる。
【００５４】
さらに、鉛蓄電池１６及び電気二重層キャパシタ１８は大電流で放電を行ってもその直後に大電流で充電されるため常に十分な充電状態が保たれ、アイドルストップのように頻繁にエンジン１４の始動を行う場合であっても、確実に始動を行うことができる。
【００５５】
ステップＳ４、Ｓ５、Ｓ９及びＳ１０の処理の後にはステップＳ１へ戻り処理を続行する。
【００５６】
このように、鉛蓄電池１６に対して電気二重層キャパシタ１８を並列に接続することにより鉛蓄電池１６の高寿命化を図ることができるが、本発明者はこれをさらに確認するために以下の実験を行った。
【００５７】
この実験では実車と略等価となるように、図４に示す電流条件を規定した。すなわち、１サイクルは７０秒とし、サイクル開始から２９秒までは３０Ａ、２９秒から３０秒までの１秒間は１００Ａの放電とする。３０秒から３１秒までの１秒間は１００Ａの充電に切り替え、３１秒からは所定の電源から充電を行うことにより反比例曲線的に充電量を減少させて６０秒の時点で略３０Ａの充電とする。６０秒から７０秒までの１０秒間は充放電とも停止させる。このような電流条件を１サイクルとして、耐久試験を行った。
【００５８】
これに対して、鉛蓄電池１６及び電気二重層キャパシタ１８の個別の充放電グラフは図５に示すようになった。つまり、鉛蓄電池１６の電流グラフ６０は、サイクル開始時から放電が比例的に増加して２０Ａの放電となり２９秒までその状態を保持する。２９秒から放電量は急速に増加して３０秒には略８０Ａの放電となる。その後充電に転じ、３１〜３２秒頃には略４０Ａの充電となる。３２秒頃から充電量は緩やかに減少して６０秒には２５Ａの充電となる。
【００５９】
電気二重層キャパシタ１８の電流グラフ６２は、サイクル開始直後に３０Ａの放電を行い、その後すぐ減少して略１０Ａの放電となり２９秒までその状態を保持する。２９秒に略７５Ａのピーク状の放電となり、さらにその直後の３０秒には１１０Ａのピーク状の充電となる。３０秒から反比例曲線的に減少して４０秒には略５Ａの充電となり、その後６０秒間その状態を保持する。
【００６０】
図５の電流グラフ６０から明らかなように、鉛蓄電池１６の充放電の電流は、図４の電流条件のピーク電流（１００Ａ）と比較して相当に抑制されており、電気二重層キャパシタ１８が電流を補う効果が理解される。なお、電流グラフ６０と電流グラフ６２の充放電量を合計した総電流は、図４に示す電流条件となることはもちろんである。
【００６１】
耐久試験の結果を図６に示す。図６では、横軸にサイクル数、縦軸に１サイクル中の最低電圧を示し、該最低電圧が規定電圧Ｖｅを下回った時点で試験終了とした。
【００６２】
鉛蓄電池１６と電気二重層キャパシタ１８との並列接続構成に対する結果であるグラフ６４は、サイクル数にともなって次第に低下する傾向を示すが、試験終了時のサイクル数Ｃｅの直前までは実用上十分な電圧が確保される。
【００６３】
これに対して、電気二重層キャパシタ１８を用いず、且つ鉛蓄電池１６の１．７倍の定格容量（Ａｈ）を有する他の鉛蓄電池を対象として比較試験を行った結果をグラフ６６として示す。このグラフ６６では、上記のサイクル数Ｃｅの半分のサイクル数まではグラフ６４と略同じ特性を示したが、その後急激に低下し、結果として試験終了時のサイクル数は、サイクル数Ｃｅの０．７倍程度であった。
【００６４】
さらに、鉛蓄電池１６に対して電気二重層キャパシタ１８の代わりに電解コンデンサ（１１４μＦ）を並列に接続した状態を対象として比較試験を行った結果をグラフ６８として示す。このグラフ６８では、試験開始後比較的急速に電圧が低下し、試験終了時のサイクル数は、サイクル数Ｃｅの０．１５倍程度であった。なお、図示を省略するが、鉛蓄電池１６単体を対象とした耐久試験ではグラフ６８と大差ない結果となり、電解コンデンサを並列に接続することによる効果は認められなかった。
【００６５】
このように、車両１２及び電源装置１０で用いられる鉛蓄電池１６と電気二重層キャパシタ１８との並列接続構成によれば、鉛蓄電池１６に電解コンデンサを並列に接続した状態よりも十分長い寿命が得られるとともに、１．７倍の定格容量を有する他の鉛蓄電池よりも長い寿命が得られ、アイドルストップ機構を有する車両１２のようにエンジン１４の始動頻度が高い場合に好適に適用可能であることが確認された。
【００６６】
なお、この試験では鉛蓄電池１６のみが寿命となり、電気二重層キャパシタ１８は再利用が可能である。つまり、電気二重層キャパシタ１８イオンの物理的吸着、脱着に基づく蓄電作用を有することから、充放電により化学的に劣化する部分がないためである。
【００６７】
さらに、本発明者は、鉛蓄電池１６と組み合わせる上で、より長い寿命が得られる好適な電気二重層キャパシタ１８の詳細条件を設定するために種々の確認試験を行った。その結果によれば、鉛蓄電池１６の容量を電気二重層キャパシタ１８の容量（つまり、直列接続構成のセル１８ａ〜１８ｆの総容量）で割った容量比ａは、１５≦ａ≦８００以下に設定するとするとよい。ここで、鉛蓄電池１６の容量（Ｗｈ）は、平均電圧×公称容量で表され、電気二重層キャパシタ１８の容量（Ｗｈ）は、（１／２×Ｃ×最大電圧の二乗−１／２×Ｃ×最低電圧の二乗）／３６００で表される。Ｃはキャパシタンスである。
【００６８】
また、鉛蓄電池１６の内部抵抗を電気二重層キャパシタ１８の内部抵抗（つまり、直列接続構成のセル１８ａ〜１８ｆの総内部抵抗）で割った抵抗比ｂは、０．１≦ｂ≦１０以下に設定するとするとよい。ここで、鉛蓄電池１６の内部抵抗（ｍΩ）は３Ｃ3Ａ（３時間で完全放電する電流の３倍）及び１Ｃ3Ａ（３時間で完全放電する電流）で放電して場合の両者の電圧の差から求められる。電気二重層キャパシタ１８の内部抵抗（ｍΩ）は、所定の電流で放電したときの、電圧降下／電流値として規定され、一層詳しくは、日本電子機械工業規格ＥＩＡＪ  ＲＣ−２３７７により規定される。抵抗比ｂをこのように規定することにより充放電時の電流の分流比のバランスがよく、鉛蓄電池１６と電気二重層キャパシタ１８のいずれか一方のみに過度の大電流が流れることが防止される。
【００６９】
ところで、電気二重層キャパシタ１８は複数のセル１８ａ〜１８ｆの直列接続により構成されており、各セル１８ａ〜１８ｆには同じ電流が流れることになるが、各セル１８ａ〜１８ｆの容量は必ずしも同一ではないため、充電又は放電により充電電圧にばらつきが生じる。すなわち、充電時には、平均よりも小容量のセルは比較的高電圧となり、平均よりも大容量のセルは比較的低電圧となる。各セル１８ａ〜１８ｆには所定の定格電圧が規定されており、容量のばらつきに起因して過度に高電圧になることはセルの寿命を低下させ、好ましくない。
【００７０】
これに対して、本発明者が実験した結果によると、各セル１８ａ〜１８ｆの容量のばらつき幅は、平均値を基準として±５％に設定することにより、実用上、充放電を行う際に所定のセルのみが過度に高電圧となることが防止されて好適である。
【００７１】
また、各セル１８ａ〜１８ｆの自己放電は必ずしも同一ではないため、不使用時でセル１８ａ〜１８ｆが自己放電により電圧が低下する際に、充電電圧にばらつきが生じる。すなわち、自己放電が小さいセルは充電電圧の低下が比較的少ないが、自己放電が大きいセルは低下量が比較的大きい。充電電圧の低下が比較的少ないセルは、再度充電が行われると過度に高電圧となり、セルの寿命を低下させる懸念がある。
【００７２】
これに対して、本発明者が実験した結果によると、各セル１８ａ〜１８ｆの自己放電のばらつき幅は、平均値を基準として±３％以内に設定することにより、自己放電による充電電圧のばらつきが十分に抑制され、実用上、所定のセルのみが過度に高電圧となることが防止される。
【００７３】
すなわち、各セル１８ａ〜１８ｆの容量のばらつきを±５％に抑えるとともに、自己放電のばらつきを±３％に抑えることにより、それぞれの充電電圧を略均一に保つことができる。この結果、前記特許文献５のようなセル毎の電圧監視回路及びバイパス回路等や、それらを制御する制御手段が不要であって、基本的には導電線のみで足り、簡便且つ廉価に構成される。
【００７４】
上述したように、車両１２及び電源装置１０を用いた電流供給方法、内燃機関の始動方法及びによれば、電気二重層キャパシタ１８を鉛蓄電池１６と並列に接続することにより、電気二重層キャパシタ１８が鉛蓄電池１６の充放電を補うことができる。したがって、スタータ・ジェネレータ２０を負荷とした場合のように瞬間的に大電流が放電され、その直後に大電流が充電されるという厳しい条件下においても鉛蓄電池１６の高寿命化を図ることができる。また、電源装置１０では、鉛蓄電池１６と電気二重層キャパシタ１８は並列に接続されていることから、状況に応じて通電ラインを切り替えるという複雑な制御装置や制御手順が不要であって、簡便且つ廉価に構成される。
【００７５】
また、近時、開発及び実用化されているハイブリッド車両においては、走行用駆動源としてエンジン及びモータが搭載されており、該エンジンは走行状況に応じて始動停止が高頻繁で行われるため、蓄電池の寿命低下が懸念される。これに対して、上記の電源装置１０を適用することにより、ハイブリッド車両における蓄電池の高寿命化を図ることができる。
【００７６】
さらに、自動アイドルストップ機構のない車両であっても、荷物配送業務用等始動・停止の頻度の高い用途の車両に対しても電源装置１０が好適に適用可能である。さらに、負荷としてはスタータ・ジェネレータ２０に限らず、例えば車両における自動スライドドアのロック機構等、瞬時に大電流が通電される負荷に対しても好適に適用される。
【００７７】
電源装置１０は車両搭載用に限らず定置用であってもよく、また、鉛蓄電池１６は用途により他の蓄電池で置き換えてもよい。
【００７８】
本発明に係る電流供給方法、内燃機関の始動方法、電源装置及び車両は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成乃至工程を採り得ることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本実施の形態に係る電源装置及び車両のブロック構成図である。
【図２】電気二重層キャパシタを構成するセルの斜視図である。
【図３】電源装置を用いた電流供給方法及び始動方法の手順を示すフローチャートである。
【図４】試験における１サイクルの電流条件を示すグラフである。
【図５】試験における１サイクルの鉛蓄電池及び電気二重層キャパシタの電流曲線である。
【図６】耐久試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８０】
１０…電源装置                        １２…車両
１４…エンジン                        １６…鉛蓄電池
１８…電気二重層キャパシタ            １８ａ〜１８ｆ…セル
２０…スタータ・ジェネレータ          ２２…ＩＰＵ
２４…制御装置                        ３２…車速センサ
３４…アクセル開度センサ              ３６…インジェクタ
３８…ブレーキペダルスイッチ          ４０…点火プラグ
４２…アイドル停止手段                ４４…再始動手段
Ｃｅ…サイクル数                      Ｌ１、Ｌ２…線路長
Ｖ…車速                              Ｖｅ…規定電圧
【図１】
2006230132.tif 000003
【図２】
2006230132.tif 000004
【図３】
2006230132.tif 000005
【図４】
2006230132.tif 000006
【図５】
2006230132.tif 000007
【図６】
2006230132.tif 000008