(57)【要約】【課題】自動車のエンジン始動を行うエンジン始動装置に関し、バッテリに掛かる負担が大きくて寿命を低下させるという課題を解決し、長期信頼性に優れたエンジン始動装置を提供することを目的とする。【解決手段】発電機２により充電されるバッテリ３とキャパシタバンク４とを有し、このキャパシタバンク４は主に制動エネルギにより充電され、このキャパシタバンク４にバッテリ３を直列接続してスタータモータ５を駆動するように構成されたエンジン始動装置において、車両休止時のキャパシタバンク４の蓄電量を車両稼動時の蓄電量の２４〜４８％とした構成により、キャパシタバンク４に加わる負担を軽減し、かつ、蓄電量がゼロでないためにバッテリ３も大きな負担が掛かることがなくなり、キャパシタバンク４ならびにバッテリ３の負担を軽減して長寿命化を図ることが可能になる。【選択図】図１
2008190322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車載発電機により充電されるバッテリと電気二重層コンデンサとを有し、この電気二重層コンデンサは主に制動エネルギにより充電され、この電気二重層コンデンサにバッテリを直列接続してスタータモータを駆動するように構成されたエンジン始動装置において、車両休止時の電気二重層コンデンサの蓄電量を車両稼動時の蓄電量の２４〜４８％としたエンジン始動装置。
【請求項２】
電気二重層コンデンサにバッテリを直列接続して行うスタータモータの駆動を、アイドリングストップ後のエンジン再起動用とした請求項１に記載のエンジン始動装置。
【請求項３】
バッテリの能力が所定の値以下に低下してスタータモータの初期駆動ができない場合、バッテリから電気二重層コンデンサを充電し、この充電された電気二重層コンデンサによりスタータモータの初期駆動を行うようにした請求項１または２に記載のエンジン始動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアイドリングストップ機能を備えた自動車に最適なエンジン始動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保護の流れを受け、特に自動車においてはその技術革新は顕著なものが見られ、既にハイブリッド自動車が市販されている。また、自動車が走行していない場合に、ある一定の条件が整えばエンジンを一時的に停止させてしまい、再び自動的に再起動させるアイドリングストップ機能を備えた自動車が開発され、これも既に市販されている。
【０００３】
このような技術を支える重要な部品の一つとして電気二重層コンデンサがあり、この電気二重層コンデンサは従来から用いられている鉛蓄電池と併用して使用されるのが一般的であり、この電気二重層コンデンサを充電する方法として制動エネルギを使用することが提案されている（特許文献１）。
【０００４】
また、電気二重層コンデンサに鉛蓄電池を直列接続してスタータを駆動してエンジンを始動させるようにすることにより、鉛蓄電池の負荷を軽減して長寿命化を図るということが提案されている（特許文献２）。
【特許文献１】特許第３４００３１９号公報
【特許文献２】特開平２−２５９２７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら上記従来のエンジン始動装置では、車両休止時の電気二重層コンデンサには車両稼動時に充電された電荷がそのまま残った状態であり、この状態で休止状態が続くと、電気二重層コンデンサ固有の性質上、電気二重層コンデンサに大きな負担が加わって寿命低下に繋がるという課題があった。
【０００６】
また、上記アイドリングストップ後の再起動に必要とされる電力は１２Ｖ、数十Ａにも及ぶため、このような再起動を頻繁に行うことによって鉛蓄電池に大きな負担を与え、結果として鉛蓄電池の寿命を大幅に低下させてしまうという課題もあった。
【０００７】
本発明はこのような従来の課題を解決し、電気二重層コンデンサならびに鉛蓄電池の負担を軽減して長寿命化を図ることが可能な、長期信頼性に優れたエンジン始動装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明は、車載発電機により充電されるバッテリと電気二重層コンデンサとを有し、この電気二重層コンデンサは主に制動エネルギにより充電され、この電気二重層コンデンサにバッテリを直列接続してスタータモータを駆動するように構成されたエンジン始動装置において、車両休止時の電気二重層コンデンサの蓄電量を車両稼動時の蓄電量の２４〜４８％とした構成のものである。
【０００９】
さらに、上記電気二重層コンデンサにバッテリを直列接続して行うスタータモータの駆動を、アイドリングストップ後のエンジン再起動用とした構成のものである。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように本発明によるエンジン始動装置は、車両休止時の電気二重層コンデンサの蓄電量を減少させるように制御することにより電気二重層コンデンサに加わる負担を軽減し、さらに、電気二重層コンデンサの使用をアイドリングストップ後のエンジン再起動用とし、かつ、電気二重層コンデンサの蓄電量をゼロとしないことによりバッテリにも大きな負担が掛かることがないことからバッテリの負担を大きく低減することができるようになり、電気二重層コンデンサならびにバッテリの負担を軽減して長寿命化を図ることが可能になるという効果が得られるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１、２に記載の発明について説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施の形態１によるエンジン始動装置の構成を示した回路図であり、図１において、１はエンジン、２はこのエンジン１と連動して駆動される発電機である。３は一般に鉛蓄電池と呼ばれるバッテリであり、定格１４Ｖのものである。４は電気二重層コンデンサを複数個連結して構成されたキャパシタバンクであり、定格２．５Ｖのものを５個直列接続して１ユニットとし、これを複数ユニット用いて構成されている。
【００１３】
５はエンジン１の始動を行うスタータモータ、６は通常走行時と後述するアイドリングストップ後の再起動時とによって回路の切替を行う切替スイッチ、７はＤＣ／ＤＣコンバータ、８はスタータリレー、９はリレーである。１０はエンジン制御部、１１は本実施の形態によるエンジン始動装置全体の制御を行う充放電制御部である。
【００１４】
このように構成された本実施の形態によるエンジン始動装置において、まず、エンジン始動について説明すると、リレー９をＯＮにし、スタータリレー８をＯＮする（イグニッションキーを回す）ことによりバッテリ３から電力が供給されてスタータモータ５が駆動し、これによりエンジン１が回転して稼動を続ける。なお、このエンジン始動時のスタータモータ５を駆動させるために必要なバッテリ３からの供給電力は約６００Ａである。
【００１５】
次に、エンジン１が稼動中に行われる充電動作について説明すると、切替スイッチ６は通常走行時は図中の下方向に接続された状態になっており、エンジン１の回転に連動して駆動される発電機２からの電力はＤＣ／ＤＣコンバータ７を介してバッテリ３に充電されると共に、キャパシタバンク４にも充電が行われる。
【００１６】
また、車両走行時にブレーキをかけて自動車を停止させる際に発生する制動エネルギは２００ＡMaxと極めて大きなエネルギであるためにバッテリ３では全てを充電するだけの能力がなく、このために、この大きな制動エネルギの殆どはキャパシタバンク４に充電されて回生されるようになるものである。
【００１７】
次に、自動車が走行していない場合に、エンジン制御部１０によって、アクセル、ブレーキ、車速、水温等の情報を基に、ある一定の条件が整ったと判断した場合にエンジン１を一時的に停止させるアイドリングストップを行った場合、このアイドリングストップ後のエンジン１の再起動時について説明すると、リレー９をＯＦＦにすると共に、切替スイッチ６を図中の上方向に接続した状態にすることによりキャパシタバンク４にバッテリ３を直列接続し、この状態でスタータリレー８をＯＮすることによって電圧が倍増した状態のキャパシタバンク４から電力が供給されてスタータモータ５が駆動し、これによりエンジン１が再起動して再び稼動を続けることができるようになるものである。
【００１８】
次に、エンジン１を停止させて自動車を休止状態にする際には、キャパシタバンク４の一端側を切替スイッチ６を介してグランドに落とし、キャパシタバンク４に充電されている電荷の５２〜７６％を放電させる。すなわち、キャパシタバンク４の蓄電量を車両稼動時の蓄電量の２４〜４８％にして休止させるようにしているものである。
【００１９】
この休止時のキャパシタバンク４の蓄電量制御は、電気二重層コンデンサの長期的な寿命から判断すると全て放電して蓄電量をゼロにすることが望ましいものである反面、蓄電量がゼロであるとバッテリ３からキャパシタバンク４に充電を行うように動作するためにバッテリ３に負担が掛かり、この点から見ると休止時のキャパシタバンク４の蓄電量は車両稼動時の蓄電量をそのまま維持した、言わばフル充電状態が望ましいものである。
【００２０】
（表１）はこのような休止時のキャパシタバンク４の蓄電量による寿命劣化の関係を示したものであり、キャパシタバンク４を構成する定格２．５Ｖの電気二重層コンデンサに１．８Ｖ（７２％）〜０．６Ｖ（２４％）の連続通電負荷試験を行った場合の容量変化率を測定したものであり、蓄電量を０．６Ｖ（２４％）と０．９Ｖ（３６％）に制御した場合には７０００時間後においても容量低下は認められないが、蓄電量を１．２Ｖ（４８％）に制御した場合においては７０００時間後に約６％の容量低下が現れることが分かる。
【００２１】
また、電気二重層コンデンサの寿命劣化のみを考えると休止時の蓄電量はゼロに近い方が好ましいが、キャパシタバンク４の蓄電量がゼロの時にはバッテリ３に与える負担の増加によってバッテリ３の寿命劣化が発生するために好ましくなく、従って、休止時のキャパシタバンク４の蓄電量を車両稼動時の蓄電量の２４〜４８％の範囲にすることが好ましく、より好ましくは２４〜３６％の範囲であると言える。
【００２２】
【表１】
2008190322.tif 000003
【００２３】
このように本実施の形態によるエンジン始動装置は、車両休止時のキャパシタバンク４の蓄電量を減少させるように制御することにより、キャパシタバンク４を構成する電気二重層コンデンサならびにバッテリ３に加わる負担を同時に軽減して両者の長寿命化を図り、しかも電気二重層コンデンサの使用をアイドリングストップ後のエンジン再起動用としたことによりバッテリ３の負担を大きく低減し、バッテリ３の更なる長寿命化を図ることが可能になるという格別の効果が得られるものである。
【００２４】
（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項３に記載の発明について説明する。
【００２５】
本実施の形態は、上記実施の形態１で説明したエンジン始動装置の初期のエンジン始動を行う構成が異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に説明する。
【００２６】
本実施の形態においては、バッテリ３の電圧が所定の値以下になり、スタータモータ５の初期駆動ができない場合に、バッテリ３によりキャパシタバンク４を充電し、この充電されたキャパシタバンク４によりスタータモータ５の初期駆動を行うようにしたものであり、この時のスタータモータ５の駆動はキャパシタバンク４単独で行っても良いし、実施の形態１で説明したアイドリングストップ後の再起動と同様にしても良いものである。
【００２７】
このように本実施の形態によるエンジン始動装置は、バッテリ３が劣化や異常等の要因で使用できなくなった際でも、キャパシタバンク４を利用してエンジン１を始動させることが可能になり、より信頼性の高いエンジン始動装置を提供することができるようになるという格別の効果を有するものである。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明によるエンジン始動装置は、バッテリならびに電気二重層コンデンサに与える負担を軽減し、長寿命化を図ることができるという効果を有し、ハイブリッド自動車や、アイドリングストップ機能を有した自動車用等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態１によるエンジン始動装置の構成を示した回路図
【符号の説明】
【００３０】
１  エンジン
２  発電機
３  バッテリ
４  キャパシタバンク
５  スタータモータ
６  切替スイッチ
７  ＤＣ／ＤＣコンバータ
８  スタータリレー
９  リレー
１０  エンジン制御部
１１  充放電制御部
【図１】
2008190322.tif 000004