(57)【要約】  電気回路は、アイドリングストップ機能を有する車両に適用され、発電機の発電電力を充放電可能な鉛蓄電池と、鉛蓄電池と並列接続され、発電機の発電電力を充放電可能な非水電解質二次電池と、鉛蓄電池および非水電解質二次電池に接続され、自動再始動時にエンジンをクランキングさせるスタータと、スタータと鉛蓄電池との通電を遮断可能な切り替え手段とを備える。そして、切り替え手段は少なくとも半導体スイッチを含んで構成され、自動再始動時にはリレーがスタータと鉛蓄電池との通電を遮断し、切り替え手段がスタータと鉛蓄電池との通電を遮断し、スタータと非水電解質二次電池とが通電状態となる。
2015079522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンを自動停止及び自動再始動するアイドリングストップ機能を有する車両に適用される電気回路において、
発電機と、
前記発電機の発電電力を充放電可能な第一蓄電手段と、前記第一蓄電手段と並列接続され、前記発電電力を充放電可能であって前記第一蓄電手段よりも充放電の繰り返しに対する耐久性が高い第二蓄電手段と、
前記第一蓄電手段および前記第二蓄電手段に接続され、前記自動再始動時に前記エンジンをクランキングさせるエンジン再始動手段と、
前記エンジン再始動手段と前記第一蓄電手段との間に接続され、前記エンジン再始動手段と前記第一蓄電手段との通電を遮断可能な切り替え手段とを備え、
前記切り替え手段は少なくとも半導体スイッチを含んで構成され、
前記自動再始動時には、前記切り替え手段が前記エンジン再始動手段と前記第一蓄電手段との通電を遮断し、前記エンジン再始動手段が前記第二蓄電手段から供給された電力により駆動される電気回路。
【請求項２】
請求項１に記載の電気回路において、
前記半導体スイッチは寄生ダイオードを備え、前記寄生ダイオードの順方向が前記第二蓄電手段側から前記第一蓄電手段側へ向かう方向となるよう接続される電気回路。
【請求項３】
請求項２に記載の電気回路において、
前記車両の電装負荷が前記切り替え手段に対して前記第一蓄電手段側に接続され、
前記発電機が前記切り替え手段に対して前記第二蓄電手段側に接続され、
前記切り替え手段は、前記半導体スイッチの他に、前記半導体スイッチと並列に接続される第１のリレーを含んで構成され、
前記第二蓄電手段と前記エンジン再始動手段との間に、前記エンジン再始動手段と前記第二蓄電手段との通電を遮断可能な第２のリレーが接続され、
前記第１のリレーはコイルへの通電が遮断されると閉状態になるノーマルクローズタイプであり、
前記第２のリレーはコイルへの通電が遮断されると開状態になるノーマルオープンタイプであり、
前記エンジンが自動停止したら、前記半導体スイッチを閉じ、前記第１のリレーを開き、前記第２のリレーを閉じ、前記自動再始動時に前記半導体スイッチを開く電気回路。
【請求項４】
請求項３に記載の電気回路において、
前記電装負荷が、前記自動再始動時の瞬低電圧での作動を許容し得る第１負荷グループと、許容し得ない第２負荷グループと、に分割され、前記第１負荷グループが前記切り替え手段に対して前記第二蓄電手段側に、前記第２負荷グループが前記切り替え手段に対して前記第一蓄電手段側に、それぞれ接続される電気回路。
【請求項５】
請求項２に記載の電気回路において、
前記エンジン再始動手段は、駆動モータとしての機能を併せ持つ前記発電機であって、前記切り替え手段に対して前記第二蓄電手段側に接続され、
運転者の始動操作によるエンジン始動時に前記エンジンをクランキングするスタータモータ及び前記車両の電装負荷が前記切り替え手段に対して前記第一蓄電手段側に接続され、
前記切り替え手段は、前記半導体スイッチの他に、前記半導体スイッチと並列に接続される第１のリレーを含んで構成され、
前記第二蓄電手段と前記エンジン再始動手段との間には、前記エンジン再始動手段と前記第二蓄電手段との通電を遮断可能な第２のリレーが接続され、
前記第１のリレーはコイルへの通電が遮断されると閉状態になるノーマルクローズタイプであり、
前記第２のリレーはコイルへの通電が遮断されると開状態になるノーマルオープンタイプであり、
前記エンジンが自動停止したら、前記半導体スイッチを閉じ、前記第１のリレーを開き、前記第２のリレーを閉じ、前記自動再始動時には前記半導体スイッチを開く電気回路。
【請求項６】
請求項２に記載の電気回路において、
前記車両の電装負荷が前記切り替え手段に対して前記第一蓄電手段側に接続され、
前記発電機が前記切り替え手段に対して前記第二蓄電手段側に接続され、
前記切り替え手段は、前記半導体スイッチの他に、前記半導体スイッチと並列に接続される第１のリレーを含んで構成され、
前記第二蓄電手段と前記エンジン再始動手段との間に、前記エンジン再始動手段と前記第二蓄電手段との通電を遮断可能な第２のリレーが接続され、
前記第１のリレーはコイルへの通電が遮断されると開状態になるノーマルオープンタイプであり、
前記第２のリレーはコイルへの通電が遮断されると開状態になるノーマルオープンタイプであり、
前記エンジンが自動停止したら、前記半導体スイッチを閉じ、前記第１のリレーを開き、前記第２のリレーを閉じ、前記自動再始動時に前記半導体スイッチを開く電気回路。
【請求項７】
請求項２に記載の電気回路において、
前記車両の電装負荷が前記切り替え手段に対して前記第一蓄電手段側に接続され、
前記発電機が前記切り替え手段に対して前記第二蓄電手段側に接続され、
前記切り替え手段は、前記半導体スイッチの他に、前記半導体スイッチと並列に接続される第１のリレーを含んで構成され、
前記第二蓄電手段と前記発電機との間はリレーを介さず直接接続され、
前記第１のリレーはコイルへの通電が遮断されると開状態になるノーマルクローズタイプであり、
前記エンジンが自動停止したら、前記半導体スイッチを閉じ、前記第１のリレーを開き、前記自動再始動時に前記半導体スイッチを開く電気回路。
【請求項８】
請求項２に記載の電気回路において、
前記車両の電装負荷が前記切り替え手段に対して前記第一蓄電手段側に接続され、
前記発電機が前記切り替え手段に対して前記第一蓄電手段側に接続され、
前記切り替え手段は、前記半導体スイッチの他に、前記半導体スイッチと並列に接続される第１のリレーを含んで構成され、
前記第二蓄電手段と前記切り替え手段との間はリレーを介さず直接接続され、
前記第１のリレーはコイルへの通電が遮断されると開状態になるノーマルオープンタイプであり、
前記エンジンが自動停止したら、前記半導体スイッチを閉じ、前記第１のリレーを開き、前記自動再始動時に前記半導体スイッチを開く電気回路。
【請求項９】
請求項２に記載の電気回路において、
前記車両の電装負荷が前記切り替え手段に対して前記第一蓄電手段側に接続され、
前記発電機が前記切り替え手段に対して前記第二蓄電手段側に接続され、
前記切り替え手段は、前記半導体スイッチの他に、前記半導体スイッチと並列に接続される第１のリレーを含んで構成され、
前記第二蓄電手段と前記発電機との間はリレーを介さず直接接続され、
前記第１のリレーはコイルへの通電が遮断されると開状態になるノーマルオープンタイプであり、
前記エンジンが自動停止したら、前記半導体スイッチを閉じ、前記第１のリレーを開き、前記自動再始動時に前記半導体スイッチを開く電気回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充放電の繰り返しに対する耐久性の異なる二つの二次電池を備える電気回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＪＰ２０１１−２３４４７９Ａには、鉛酸電池とリチウムイオン電池とを備える車両の電気回路が開示されている。上記文献の電気回路は、アイドリングストップからのエンジン再始動の場合、スタータモータに流れる大電流により車両の電源電圧が瞬時低下するために、一部の車両電装負荷の保護の観点から、リチウムイオン電池とスタータモータとの通電を遮断し、鉛酸電池のみからスタータモータへ電力を供給する構成となっている。
【発明の概要】
【０００３】
上記文献の構成では、エンジン再始動時に放電した鉛酸電池は、エンジン再始動後の運転中に充電されることとなる。しかし、鉛酸電池はリチウムイオン電池やニッケル水素電池といった高性能蓄電池に比べて、充放電の繰り返しに対する耐久性が低く、アイドリングストップから再始動する度に鉛酸電池が充放電を行なう上記文献の構成では、アイドリングストップ専用の高性能な鉛酸電池を用いても劣化が促進されることとなる。
【０００４】
本発明の目的は、例えば鉛酸電池のような第一蓄電手段と、例えばリチウムイオン電池のように第一蓄電手段よりも充放電の繰り返しに対する耐久性が高い第二蓄電手段と、アイドリングストップを実行する車両の電気回路において、第一蓄電手段の劣化を抑制し得る電気回路を提供することである。
【０００５】
本発明のある態様によれば、エンジンを自動停止及び自動再始動するアイドリングストップ機能を有する車両に適用される電気回路が提供される。電気回路は、発電機と、発電機の発電電力を充放電可能な第一蓄電手段と、第一蓄電手段と並列接続され、発電電力を充放電可能であって第一蓄電手段よりも充放電の繰り返しに対する耐久性が高い第二蓄電手段と、第一蓄電手段および第二蓄電手段に接続され、自動再始動時にエンジンをクランキングさせるエンジン再始動手段と、エンジン再始動手段と第一蓄電手段との間に接続され、エンジン再始動手段と第一蓄電手段との通電を遮断可能な切り替え手段とを備える。そして、切り替え手段は少なくとも半導体スイッチを含んで構成され、自動再始動時には、切り替え手段がエンジン再始動手段と第一蓄電手段との通電を遮断し、エンジン再始動手段が第二蓄電手段から供給された電力により駆動される。
【０００６】
上記態様によれば、アイドリングストップ機能による自動再始動時にエンジン再始動手段を駆動するために非水電解質二次電池の電力を用いるので、アイドリングストップの実行による第一蓄電手段の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の前提となるシステムの概略図である。
【図２】図２は、第１実施形態の電気回路図である。
【図３】図３は、第２実施形態の電気回路図である。
【図４】図４は、第３実施形態の電気回路図である。
【図５】図５は、第４実施形態の電気回路図である。
【図６】図６は、第５実施形態の電気回路図である。
【図７】図７は、第６実施形態の電気回路図である。
【図８】図８は、第７実施形態の電気回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
（第１実施形態）
図１は、本発明の前提となるアイドリングストップ機能付きエンジンのシステム概略図である。
【００１０】
図１に示すように、エンジン１は一方の側面に発電機２を、他方の側面にエアコンコンプレッサ４を、それぞれ図示しないブラケット等を介して備えている。エンジン１のクランクシャフト先端に装着したクランクプーリ５と、発電機２の回転軸先端に装着した発電機プーリ６と、エアコンコンプレッサ４の回転軸先端に装着したコンプレッサプーリ７とにベルト８を巻掛けて、これらを機械的に連結する。
【００１１】
なお、図１ではクランクプーリ５、発電機プーリ６、及びコンプレッサプーリ７の３つのプーリを一本のベルト８で機械的に連結しているが、発電機プーリ６とコンプレッサプーリ７をそれぞれ別のベルト８でクランクプーリ５と機械的に連結してもよい。また、ベルトに代えてチェーンを用いてもよい。
【００１２】
エンジン１は自動変速機１１との連結部付近にスタータ９を備える。スタータ９は、一般的な始動用のスタータと同様に進退動するピニオンギヤを備え、作動時にはピニオンギヤがクランクシャフト基端部に装着されたドライブプレートの外周に設けたギヤに係合し、クランキングを行なう。スタータ９への電力供給については後述する。
【００１３】
自動変速機１１は、アイドリングストップ中の制御油圧確保の為、電動オイルポンプ１０を備える。電動オイルポンプ１０は自動変速機コントローラ２０の指令に応じて作動し、アイドリングストップからの発進時の応答性を向上している。
【００１４】
発電機２は、エンジン１の駆動力により駆動して発電し、発電する際に発電電圧をLIN通信またはハードワイヤーにより可変制御することが可能である。また、発電機２は、車両の減速時に車両の運動エネルギを電力として回生することもできる。これら発電や回生の制御はエンジンコントロールモジュール（以下、ＥＣＭと称する。）１９が行う。
【００１５】
ＥＣＭ１９は、クランク角センサ１２、バッテリセンサ、大気圧センサ等の各種検出信号や、ブレーキスイッチ等の各種信号を読み込み、燃料噴射量や点火時期等の制御の他、アイドリングストップ制御を実行する。また、ＥＣＭ１９は、ＡＢＳ・ＶＤＣユニット２１、エアコンアンプ２２、電動パワーステアリングユニット２５、車両制御コントローラ２６、電源分配コントローラ２３、メータユニット２４、及び運転支援システム（ＡＤＡＳ）ユニット２７と、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）を介して相互通信を行い、車両に最適な制御を行っている。なお、ＥＣＭ１９は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。ＥＣＭ１９を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。
【００１６】
本システムは、第一蓄電手段としての鉛蓄電池及び第二蓄電手段としての非水電解質二次電池の２つの二次電池を備える。以下、鉛蓄電池は鉛酸電池１５、非水電解質二次電池はリチウムイオン電池１６とする。なお、鉛酸電池１５の満充電状態での開放電圧は１２．７Ｖ、リチウムイオン電池１６の満充電状態での開放電圧は１３．１Ｖとする。
【００１７】
鉛酸電池１５とリチウムイオン電池１６とは並列接続されており、両者の間には後述するバッテリ間リレー１７が接続されている。バッテリ間リレー１７はＥＣＭ１９により制御される。
【００１８】
スタータ９は、バイパスリレー１８を介してリチウムイオン電池１６に接続されている。ＥＣＭ１９は、駆動リレー３を介してバイパスリレー１８を制御する。バイパスリレー１８はノーマルクローズタイプとする。
【００１９】
鉛酸電池１５は全電装負荷３０へ電力を供給する。アイドリングストップからのエンジン自動再始動時にスタータ９を駆動することによる瞬間的な電圧降下（以下、瞬低ともいう。）の影響を防止するため、バッテリ間リレー１７を遮断することで、全電装負荷３０の作動電圧を保証する。
【００２０】
発電機２の発電電力（回生による電力も含む。以下同様。）は、鉛酸電池１５及びリチウムイオン電池１６のいずれにも充電される。
【００２１】
なお、鉛酸電池１５及びリチウムイオン電池１６から全電装負荷３０へ電力を供給する際や、発電機２の発電電力を鉛酸電池１５又はリチウムイオン電池１６に充電する際には、発電機２の界磁電流制御によって電圧の調整が行われる。
【００２２】
次に、アイドリングストップからのエンジン自動再始動について説明する。本実施形態のアイドリングストップ制御は一般的なものと同様である。例えば、アクセルペダルが全閉、ブレーキペダルが踏み込まれた状態、及び車速が所定車速以下等の諸条件を満たす場合はエンジン１を自動停止し、ブレーキペダルの踏み込み量が所定量以下になった場合等にエンジン１を自動再始動する。
【００２３】
図２は、図１に示したシステムの、エンジン自動再始動に関連する部分の電気回路図である。
【００２４】
図２に示すように、鉛酸電池１５とリチウムイオン電池１６とは並列接続され、両者の間にはバッテリ間リレー１７が接続されている。バッテリ間リレー１７は、半導体スイッチとしてのＭＯＳＦＥＴ５０と、ＭＯＳＦＥＴ５０に並列接続された第１リレー５１とを含んで構成されている。また、リチウムイオン電池１６とバッテリ間リレー１７との間には第２リレー５２が接続されている。
【００２５】
ＭＯＳＦＥＴ５０は、寄生ダイオードの順方向とリチウムイオン電池１６側から鉛酸電池１５側へ向かう方向とが一致するように接続されている。第１リレー５１は、コイルに通電されていない状態で閉状態となる、いわゆるノーマルクローズタイプである。第２リレー５２は、コイルに通電されていない状態で開状態となる、いわゆるノーマルオープンタイプである。ここでいう開状態とは通電が遮断された状態をいい、閉状態とは通電状態をいう。
【００２６】
なお、実際の製品においては、リチウムイオン電池１６、第１リレー５１、第２リレー５２、及びＭＯＳＦＥＴ５０は一つにまとめられ、リチウム電池パックとして取り扱われる。
【００２７】
全電装負荷３０は、バッテリ間リレー１７に対して鉛酸電池１５側に接続されている。スタータ９及び発電機２は、バッテリ間リレー１７に対してリチウムイオン電池１６側に接続されている。
【００２８】
なお、本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴ５０の瞬時最大電流容量は１８０Ａ、第１リレー５１の瞬時最大電流容量は１２００Ａ、第２リレー５２の瞬時最大電流容量は８００Ａ、バイパスリレー１８の瞬時最大電流容量は１２００Ａとする。
【００２９】
上記の電気回路では、車両走行中は、ＥＣＭ１９が第１リレー５１を閉状態、ＥＣＭ１９または図中には記載のないリチウムイオンのバッテリーコントローラが第２リレー５２を閉状態、ＭＯＳＦＥＴ５０を開状態にする。これにより、発電機２の発電電力が鉛酸電池１５及びリチウムイオン電池１６に充電され得る状態となる。ただし、リチウムイオン電池１６は鉛酸電池１５に比べて発電機２の発電電力が充電され易く、鉛酸電池１５は満充電時では充電電圧が１３Ｖを超えるとほとんど充電されなくなる、という特性があるため、発電機２の発電電力は主にリチウムイオン電池１６に充電されることとなる。
【００３０】
アイドリングストップ制御による自動停止後（以下、アイドリングストップ中ともいう。）は、ＥＣＭ１９はＭＯＳＦＥＴ５０を閉状態にしてから、第１リレー５１を開状態、ＥＣＭ１９または図中には記載のないリチウムイオンのバッテリーコントローラが第２リレー５２を閉状態、ＥＣＭ１９はバイパスリレー１８を開状態にする。第１リレー５１が開状態であっても、ＭＯＳＦＥＴ５０を介してリチウムイオン電池１６と全電装負荷３０との通電が確保されるので、アイドリングストップ中に、鉛酸電池１５及びリチウムイオン電池１６のいずれからも全電装負荷３０へ電力供給が可能となる。
【００３１】
なお、発電機２の制御が不能になり発電電圧が過剰に高くなった場合には、ＥＣＭ１９または図中には記載のないリチウムイオンのバッテリーコントローラが第２リレー５２を開状態にする。これにより、リチウムイオン電池１６に過電圧がかかることを防止する。
【００３２】
また、リチウムイオン電池１６及び鉛酸電池１５の特性上、全電装負荷３０への電力供給は主にリチウムイオン電池１６から行われる。この特性、及び上述したように発電電力はリチウムイオン電池１６に充電され易いという特性から、後述するリチウムイオン電池１６の電力でスタータ９を駆動する自動再始動時を除き、リチウムイオン電池１６の電圧は鉛酸電池１５の電圧と同等またはそれ以上に維持される。
【００３３】
ところで、リチウムイオン電池１６は鉛酸電池１５に比べてエネルギ密度及び充放電エネルギ効率が高いという特徴がある。また、リチウムイオン電池１６は充放電時に電極材料の溶解析出反応を伴わないので、長寿命が期待できるという特徴も有する。これに対し鉛酸電池１５は、同じ容量であればリチウムイオン電池１６に比べて低コストであるが、放電することによって電極が劣化するため、繰り返しの充放電に対する耐久性ではリチウムイオン電池１６に劣る。
【００３４】
そこで本実施形態では、アイドリングストップからのエンジン再始動時には、第１リレー５１を開状態、第２リレー５２を閉状態、全電装負荷３０の電圧低下を防止するためＭＯＳＦＥＴ５０を開状態とする。すなわち、アイドリングストップ中の状態から、ＭＯＳＦＥＴ５０を開く。そして、リチウムイオン電池１６のみからスタータ９へ電力供給する。そして、スタータ９を駆動した１００〜１５０ｍｓ後にバイパスリレー１８を開状態から閉状態し、スタータ９の始動時のスパイク電流を大幅に低減させながら、始動性能を確保している。エンジン完爆後に、ある一定時間が経過したら、通常の走行時の状態へと戻す制御をそれぞれ行う。
【００３５】
一方、例えばキー操作やスタートボタン操作といった運転者の始動操作に応じてエンジン１を始動する場合（以下、初回始動時ともいう。）は、第１リレー５１は閉状態、第２リレー５２は開状態、ＭＯＳＦＥＴ５０は開状態のまま鉛酸電池１５のみからスタータ９に電力供給する。
【００３６】
なお、初回始動時に、第２リレー５２を閉状態として、鉛酸電池１５及びリチウムイオン電池１６の２つの電池からスタータ９に電力供給するようにしてもよい。
【００３７】
次に、上記のように構成した電気回路の作用効果について説明する。
【００３８】
仮にエンジン１の自動再始動に鉛酸電池１５の電力を用いるとすると、上述したようにリチウムイオン電池１６に比べて繰り返しの充放電に対する耐久性が低い鉛酸電池１５は、アイドリングストップを実行する度に劣化が促進されるので、交換サイクルが短くなる。これに対し本実施形態では、エンジン１の自動再始動時に鉛酸電池１５からスタータ９への電力供給通路を遮断して、リチウムイオン電池１６の電力を用いて自動再始動するので、鉛酸電池１５の交換サイクルを長期化することができる。
【００３９】
なお、図２ではＭＯＳＦＥＴ５０と第１リレー５１とでバッテリ間リレー１７を構成しているが、ＭＯＳＦＥＴ５０のみ、第１リレー５１のみ、又は他のスイッチを用いても鉛酸電池１５からスタータ９への電力供給通路を遮断することはできる。しかし、ＭＯＳＦＥＴ５０のみにすると、ＭＯＳＦＥＴ５０を連続駆動することになり熱発生による弊害が生じる。第１リレー５１のみにすると、リレースイッチの応答性の低さから、自動再始動条件が成立してから開状態に制御したのでは再始動までに時間を要することになり、一方、アイドリングストップ中に開状態にすると、アイドリングストップ中にリチウムイオン電池１６からの電力供給ができなくなる。また、商品性をより高めるために冗長回路とすることが望まれる。そこで、上述したようにＭＯＳＦＥＴ５０と第１リレー５１とを含む構成としている。そして、アイドリングストップ中は第１リレー５１を開状態、及びＭＯＳＦＥＴ５０を閉状態とし、自動再始動時には応答性に優れるＭＯＳＦＥＴ５０を閉状態から開状態にすることにより、全電装負荷３０に電圧低下を生じることなく速やかな自動再始動を可能としている。
【００４０】
本実施形態の電気回路では、自動再始動時を除き、リチウムイオン電池１６の電圧が鉛酸電池１５の電圧と同等またはそれ以上になるので、第１リレー５１及びＭＯＳＦＥＴ５０を開状態にすれば、鉛酸電池１５側からリチウムイオン電池１６側へ電流が流れることを防止できる。つまり、寄生ダイオードの順方向がＭＯＳＦＥＴ５０と反対向きのＭＯＳＦＥＴを配置することなく、鉛酸電池１５側からリチウムイオン電池１６側へ電流が流れることを防止できるので、ＭＯＳＦＥＴを使用することによるコストを抑制できる。
【００４１】
本実施形態の電気回路は、鉛酸電池１５と全電装負荷３０とを接続する部分（図２の枠Ａで囲った部分。）については、バッテリを１つだけ備える一般的な車両の電装回路と同様の構成になる。さらに、鉛酸電池１５を自動再始動に用いないので、鉛酸電池１５の容量を、アイドリングストップ機能を有しない車両に比べて大きくする必要がなく、同じ仕様を用いることができる。したがって、アイドリングストップシステムのコスト低減が可能となる。
【００４２】
本実施形態によれば、例えばリチウムイオン電池１６のマイナス端子が外れる等の原因によってリチウムイオン電池１６からスタータ９への電力供給が不可能な状態になっても、第１リレー５１を閉じることで鉛酸電池１５からスタータ９へ電力を供給できるので、自動再始動が可能である。
【００４３】
（第２実施形態）
図３は本発明の第２実施形態の電気回路図である。図２との相違点は、第１電装負荷群３１と第２電装負荷群３２とに分割され、第２電装負荷群３２がバッテリ間リレー１７に対してリチウムイオン電池１６側に接続されている点である。第１電装負荷群３１は、アイドリングストップ機能によるエンジン自動再始動時に瞬低を許容し得ない電装品群であり、例えば、ナビゲーションシステムやオーディオ等がこれに該当する。第２電装負荷群３２は、瞬低を許容し得る電装品群であり、例えば、ワイパー、ヘッドライト、エアバッグ等がこれに該当する。
【００４４】
上記の構成の相違点はあるが、ＭＯＳＦＥＴ５０、第１リレー５１、第２リレー５２、及びバイパスリレー１８の開閉制御については第１実施形態と同様である。
【００４５】
したがって、本実施形態によれば、アイドリングストップからのエンジン１の自動再始動はリチウムイオン電池１６の電力によって行われるので、アイドリングストップを実行することによる鉛酸電池１５の劣化を防止できる。
【００４６】
また、本実施形態によれば、電装負荷を第１電装負荷群３１と第２電装負荷群３２とに分割しているので、全電装負荷群を一体にする構成に比べて車載レイアウトの自由度が高まる。
【００４７】
（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態の電気回路図である。図２との相違点は、発電機２の代わりに電動機６０が用いられている点、及び、スタータ９が、バッテリ間リレー１７に対して鉛酸電池１５側に接続されている点である。電動機６０は発電機プーリ６に相当するプーリを備え、当該プーリとクランクプーリ５とがベルト等により機械的に連結されている。
【００４８】
電動機６０はインバータを備え、リチウムイオン電池１６から供給される電力により駆動するモータ機能と、エンジン１の駆動力により駆動して発電する発電機能を有する。また、電動機６０の発電機能を使用する際に、発電電圧を可変に制御することが可能である。
【００４９】
モータ機能と発電機能の切り換えは、ＥＣＭ１９が行う。モータ機能を使用するのは、主にアイドリングストップからの自動再始動時である。すなわち、本実施形態においては、電動機６０がエンジン再始動手段となる。
【００５０】
ＭＯＳＦＥＴ５０、第１リレー５１、第２リレー５２、及びバイパスリレー１８の開閉制御については、第１実施形態と同様である。すなわち、アイドリングストップからの自動再始動は、リチウムイオン電池１６から電力供給された電動機６０がエンジン１をクランキングさせることによって行われる。そして、スタータ９は初回始動時にのみ使用される。
【００５１】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様にアイドリングストップを実行することによる鉛酸電池１５の劣化を防止でき、さらにスタータ９はアイドリングストップ機能を有しない車両と同じ仕様を用いることができる。
【００５２】
また、本実施形態によれば、鉛酸電池１５及びスタータ９がバッテリ間リレー１７に対して同じ側にあるので、初回始動時に鉛酸電池１５からスタータ９へ電力供給する際に、第１リレー５１に電流は流れない。すなわち、第１リレー５１の瞬時最大電流容量を設定するにあたって、初回始動時にスタータ９を駆動するための大電流が流れることを考慮する必要がない。このため、第１実施形態では１２００Ａとしていた第１リレー５１の電流容量を８００Ａ程度まで低下させることができ、第１リレー５１のコストを低減できる。
【００５３】
（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態の電気回路図である。図２との相違点は、第１リレー５１がノーマルオープンタイプである点である。
【００５４】
車両走行中及びアイドリングストップ中のＭＯＳＦＥＴ５０、第１リレー５１、第２リレー５２、及びバイパスリレー１８の開閉状態は、第１実施形態と同様である。ただし、第１リレー５１が第１実施形態ではノーマルクローズタイプであるのに対し、本実施形態ではノーマルオープンタイプなので、第１リレー５１のコイルへの通電制御は第１実施形態と逆になる。
【００５５】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、アイドリングストップを実行することによる鉛酸電池１５の劣化防止、及びアイドリングストップシステムのコスト低減という効果が得られる。
【００５６】
また、バッテリ間リレー１７より鉛酸電池１５側の電圧を検出するセンサを設け、検出した電圧が過剰に高い場合には、ＥＣＭ１９は第１リレー５１を作動させない構成にしてもよい。この構成によれば、第１リレー５１はノーマルオープンタイプなので、例えば、鉛酸電池１５にさらにもう一つの鉛酸電池１５を直列に接続して始動操作を行なう、いわゆるジャンピングスタートのように過電圧がかかる状態でのエンジン始動が制限される。したがって、スタータ９を過電圧から保護することができる。
【００５７】
（第５実施形態）
図６は、本発明の第５実施形態の電気回路図である。図２との相違点は、第１リレー５１がノーマルオープンタイプである点、第２リレー５２を廃止した点、発電機２をバッテリ間リレー１７に対して鉛酸電池１５側に接続した点である。
【００５８】
車両走行中及びアイドリングストップ中のＭＯＳＦＥＴ５０、第１リレー５１、及びバイパスリレー１８の開閉状態は、第１実施形態と同様である。ただし、第１リレー５１が第１実施形態ではノーマルクローズタイプであるのに対し、本実施形態ではノーマルオープンタイプなので、第１リレー５１のコイルへの通電制御は第１実施形態と逆になる。
【００５９】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、アイドリングストップを実行することによる鉛酸電池１５の劣化防止、及びアイドリングストップシステムのコスト低減という効果が得られる。
【００６０】
また、リチウムイオン電池１６は、過電圧に対する耐久性が鉛酸電池１５より低いことが知られており、上述した各実施形態では第２リレー５２を開くことによってリチウムイオン電池１６に過電圧がかかることを防止している。これに対し、本実施形態では第２リレー５２を廃止しているが、第４実施形態と同様に過電圧を検出した場合に第１リレー５１を作動させない構成にすれば、リチウムイオン電池１６を過電圧から保護することができる。また、上記構成にすることで、第４実施形態と同様にジャンピングスタートからスタータ９を保護することができる。
【００６１】
（第６実施形態）
図７は、本発明の第６実施形態の電気回路図である。本実施形態の構成は、発電機２をバッテリ間リレー１７に対してリチウムイオン電池１６側に接続した点を除き、第５実施形態の構成と同様である。
【００６２】
本実施形態の構成では、発電機２とリチウムイオン電池１６との間にリレー等が存在しないので、発電機２からリチウムイオン電池１６に到達するまでの電圧降下が、上述した各実施形態の構成に比べて小さくなる。すなわち、上述した各実施形態の構成に比べて、車両減速時の回生効率が向上する。
【００６３】
また、本実施形態の構成では、初回始動時に鉛酸電池１５及びリチウムイオン電池１６からスタータ９へ電力供給することになる。したがって、第１リレー５１の電流容量及びリチウムイオン電池１６の容量の低減が可能となり、コスト低減を図ることができる。例えば、第１実施形態では１２００Ａであった第１リレー５１の電流容量を８００Ａ程度まで低減することができる。
【００６４】
（第７実施形態）
図８は、本発明の第７実施形態の電気回路図である。本実施形態の構成は、第１リレー５１がノーマルクローズタイプである点を除き、第６実施形態の構成と同様である。
【００６５】
本実施形態の構成によれば、第１リレー５１はノーマルクローズタイプなので、第１リレー５１が開状態で固着しない限り初回始動することができる。
【００６６】
なお、各実施形態では、初回始動時には鉛酸電池１５を用い、自動再始動時にはリチウムイオン電池１６を用いている。これは、リチウムイオン電池１６よりも低温始動性に優れる鉛酸電池１５を用いることによって、例えば氷点下で長時間駐車した後の初回始動のような、電池温度が低い状態での始動性を確保するためである。一方、アイドリングストップからの自動再始動時には、アイドリングストップするまでの運転により電池温度は上昇しているので、充放電特性が鉛酸電池１５より優れるリチウムイオン電池１６を使用する。
【００６７】
したがって、初回始動する際に、リチウムイオン電池１６の温度が始動性を悪化させる程度に低いか否かを判定し、始動性を悪化させるほど低くないと判定した場合には、初回始動にもリチウムイオン電池１６を用いる構成としてもよい。この構成によれば、鉛酸電池１５の劣化をさらに抑制することができる。
【００６８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。例えば、第一蓄電手段は鉛酸電池１５に限定されるものではなく、例えば、ニッケル水素電池等の鉛フリー二次電池であってもよい。また、各実施形態で用いた機械式リレーに代えて、半導体を用いたスイッチング素子を用いてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年3月14日(2014.3.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンを自動停止及び自動再始動するアイドリングストップ機能を有する車両に適用される電気回路において、
発電機と、
前記発電機の発電電力を充放電可能な第一蓄電手段と、前記第一蓄電手段と並列接続され、前記発電電力を充放電可能であって前記第一蓄電手段よりも充放電の繰り返しに対する耐久性が高い第二蓄電手段と、
前記第一蓄電手段および前記第二蓄電手段に接続され、前記自動再始動時に前記エンジンをクランキングさせるエンジン再始動手段と、
前記エンジン再始動手段と前記第一蓄電手段との間に接続され、前記エンジン再始動手段と前記第一蓄電手段との通電を遮断可能な切り替え手段とを備え、
前記切り替え手段は少なくとも半導体スイッチを含んで構成され、
前記自動再始動時には、前記切り替え手段が前記エンジン再始動手段と前記第一蓄電手段との通電を遮断し、前記エンジン再始動手段が前記第二蓄電手段から供給された電力により駆動され、
前記半導体スイッチは寄生ダイオードを備え、前記寄生ダイオードの順方向が前記第二蓄電手段側から前記第一蓄電手段側へ向かう方向となるよう接続され、
前記切り替え手段は、前記半導体スイッチの他に、前記半導体スイッチと並列に接続される第１のリレーを含んで構成され、
前記エンジンが自動停止したら、前記半導体スイッチを閉じ、前記第１のリレーを開き、前記自動再始動時に前記半導体スイッチを開く電気回路。
【請求項２】
請求項１に記載の電気回路において、
前記車両の電装負荷が前記切り替え手段に対して前記第一蓄電手段側に接続され、
前記発電機が前記切り替え手段に対して前記第二蓄電手段側に接続され、
前記第二蓄電手段と前記エンジン再始動手段との間に、前記エンジン再始動手段と前記第二蓄電手段との通電を遮断可能な第２のリレーが接続され、
前記第１のリレーはコイルへの通電が遮断されると閉状態になるノーマルクローズタイプであり、
前記第２のリレーはコイルへの通電が遮断されると開状態になるノーマルオープンタイプである電気回路。
【請求項３】
請求項２に記載の電気回路において、
前記電装負荷が、前記自動再始動時の瞬低電圧での作動を許容し得る第１負荷グループと、許容し得ない第２負荷グループと、に分割され、前記第１負荷グループが前記切り替え手段に対して前記第二蓄電手段側に、前記第２負荷グループが前記切り替え手段に対して前記第一蓄電手段側に、それぞれ接続される電気回路。
【請求項４】
請求項１に記載の電気回路において、
前記エンジン再始動手段は、駆動モータとしての機能を併せ持つ前記発電機であって、前記切り替え手段に対して前記第二蓄電手段側に接続され、
運転者の始動操作によるエンジン始動時に前記エンジンをクランキングするスタータモータ及び前記車両の電装負荷が前記切り替え手段に対して前記第一蓄電手段側に接続され、
前記第二蓄電手段と前記エンジン再始動手段との間には、前記エンジン再始動手段と前記第二蓄電手段との通電を遮断可能な第２のリレーが接続され、
前記第１のリレーはコイルへの通電が遮断されると閉状態になるノーマルクローズタイプであり、
前記第２のリレーはコイルへの通電が遮断されると開状態になるノーマルオープンタイプである電気回路。
【請求項５】
請求項１に記載の電気回路において、
前記車両の電装負荷が前記切り替え手段に対して前記第一蓄電手段側に接続され、
前記発電機が前記切り替え手段に対して前記第二蓄電手段側に接続され、
前記第二蓄電手段と前記エンジン再始動手段との間に、前記エンジン再始動手段と前記第二蓄電手段との通電を遮断可能な第２のリレーが接続され、
前記第１のリレーはコイルへの通電が遮断されると開状態になるノーマルオープンタイプであり、
前記第２のリレーはコイルへの通電が遮断されると開状態になるノーマルオープンタイプである電気回路。
【請求項６】
請求項１に記載の電気回路において、
前記車両の電装負荷が前記切り替え手段に対して前記第一蓄電手段側に接続され、
前記発電機が前記切り替え手段に対して前記第二蓄電手段側に接続され、
前記第二蓄電手段と前記発電機との間はリレーを介さず直接接続され、
前記第１のリレーはコイルへの通電が遮断されると閉状態になるノーマルクローズタイプである電気回路。
【請求項７】
請求項１に記載の電気回路において、
前記車両の電装負荷が前記切り替え手段に対して前記第一蓄電手段側に接続され、
前記発電機が前記切り替え手段に対して前記第一蓄電手段側に接続され、
前記第二蓄電手段と前記切り替え手段との間はリレーを介さず直接接続され、
前記第１のリレーはコイルへの通電が遮断されると開状態になるノーマルオープンタイプである電気回路。
【請求項８】
請求項１に記載の電気回路において、
前記車両の電装負荷が前記切り替え手段に対して前記第一蓄電手段側に接続され、
前記発電機が前記切り替え手段に対して前記第二蓄電手段側に接続され、
前記第二蓄電手段と前記発電機との間はリレーを介さず直接接続され、
前記第１のリレーはコイルへの通電が遮断されると開状態になるノーマルオープンタイプである電気回路。
【国際調査報告】
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