(57)【要約】【課題】セルモータの寿命を縮めない電気回路を提供する。【解決手段】電気回路１１は、鉛電池１からエンジン始動用セルモータ３にＩＧＮスイッチ９を介して電力を供給し、発電機２に流れる電流値を検出する電流センサ６、コンパレータを使用した回路を用いた保護回路８で検出された電流値Ｉが所定電流値以上のときに鉛電池１からＩＧＮスイッチ９を介してエンジン始動用セルモータ３に流れる電流を遮断する保護スイッチ７を備えている。エンジンの２度がけを防止しセルモータ３の短寿命化を防止する。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリからエンジン始動用セルモータにイグニッションスイッチを介して電力を供給する電気回路であって、前記エンジン始動後に前記イグニッションスイッチから前記セルモータに流れる電流を遮断する保護スイッチを備えたことを特徴とする電気回路。
【請求項２】
前記エンジンの回転により発電する発電機の電流値又は電圧値を検知するセンサを更に備え、前記保護スイッチは、前記発電機の電流値又は電圧値が所定値以上のときに前記セルモータに流れる電流を遮断することを特徴とする請求項１に記載の電気回路。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電気回路を備えた電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気回路及び電気自動車に係り、特に、バッテリからエンジン始動用セルモータにイグニッションスイッチを介して電力を供給する電気回路及び該回路を備えた電気自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エンジン自動車による排気ガスの削減に対応するために、アイドルストップ・スタート（ＩＳＳ）が行われており、エンジン自動車をアイドルストップ可能な状態に保つ技術が望まれている。エンジン自動車は、ＩＳＳ時にエンジン始動用のセルモータにイグニッションスイッチを介して電力を供給するバッテリ（蓄電池）を備えている。アイドルストップ時、電気負荷は、バッテリによってまかなわれる。鉛電池は、この種の用途に対応できる代表的な電池である。セルモータは、クラッチ機構を介してエンジンの回転軸に回転駆動力の伝達が可能である。エンジン回転中は、別のクラッチ機構を介してエンジンの回転力が発電機に伝達される。バッテリは、ＩＳＳ可能な状態を保つために、常に充電状態（ＳＯＣ）が推定（検知）されており、推定されたバッテリの充電状態が一定値以下になると、エンジンの始動によりバッテリが充電される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、エンジンの動作状態を考慮して充電状態を推定していないので、エンジンが回転状態にあるにもかかわらず、バッテリの充電状態が一定値以下の場合にはバッテリを充電するためにエンジンを再始動する（セルモータに電流を流す）エンジンの２度がけが発生する。２度がけが発生すると、既に始動中のエンジンの回転駆動力がセルモータのギヤに伝達されるので、ギヤの摩耗によるセルモータの短寿命化を招くと共に、バッテリの不要な放電を生ずることとなる。
【０００４】
本発明は上記事案に鑑み、セルモータの寿命を縮めない電気回路及び該回路を備えた電気自動車を提供することを課題とする。
【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、本発明の第１の態様は、バッテリからエンジン始動用セルモータにイグニッションスイッチを介して電力を供給する電気回路であって、前記エンジン始動後に前記イグニッションスイッチから前記セルモータに流れる電流を遮断する保護スイッチを備えたことを特徴とする。
【０００６】
第１の態様では、エンジン始動時にバッテリからエンジン始動用セルモータに電流が供給され、エンジン始動後に保護スイッチによりイグニッションスイッチを介してエンジン始動用セルモータに流れる電流が遮断される。本態様によれば、保護スイッチがエンジンの再始動時にエンジン始動用セルモータに流れる電流を遮断することで、エンジンの２度がけを防止することができるので、ギヤの摩耗によるセルモータの短寿命化を招くことがない。この場合に、発電機の電流値又は電圧値を検知するセンサを更に備え、保護スイッチは、発電機の電流値又は電圧値が所定値以上のときにセルモータに流れる電流を遮断することが好ましい。
【０００７】
本発明の第２の態様は、第１態様の電気回路を備えた電気自動車である。本態様の電気自動車は、第１態様の電気回路によりセルモータの短寿命化及びバッテリの放電を招くことがない。
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、本発明を電気自動車に適用した第１の実施の形態について説明する。
【０００８】
＜構成＞
図１に示すように、本実施形態の電気自動車２０は、電気自動車２０の駆動源となるエンジン、エンジンを始動するセルモータ、エンジンの駆動力で発電し鉛電池を充電する発電機及び発電機の電流値又は電圧値を検知する電流又は電圧センサとセルモータに流れる電流を遮断する保護スイッチとを備えた電気回路を備えている。
【０００９】
鉛電池は、鉛電池の容器となる角形の電槽を有している。電槽の材質には、成形性、電気的絶縁性、耐腐食性及び耐久性等の点で優れる、例えば、アクリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等の高分子樹脂を選択することができる。また、電槽は、例えば、外周壁の内部を縦横に仕切る隔壁によって２行９列の合計１８個のセル室が画定され一体成形されたモノブロック電槽として構成することができる。電槽内に画定された各セル室には極板群（セル）がそれぞれ１組ずつ収容されており、電槽には合計１８組の極板群が収容されている。各極板群は、未化成負極板６枚及び未化成正極板５枚がガラス繊維からなるリテーナ（セパレータ）を介して積層されており、化成（初充電）後の公称電圧（セル電圧）は２．０Ｖとされている。従って、鉛電池の群電圧は３６Ｖである。電槽の上部は、電槽の上部開口部を密閉するＡＢＳ、ＰＰ、ＰＥ等の高分子樹脂製の上蓋に接着（又は溶着）されている。上蓋には、鉛電池を電源として外部へ電力を供給するためのロッド状正極外部出力端子及び負極外部出力端子が対角隅部に立設されている。
【００１０】
図２に示すように、電気回路１１は、イグニッションスイッチ（以下、ＩＧＮスイッチという。）９を有している。上述した鉛電池１の正極外部出力端子は、ＩＧＮスイッチ９の中央端子に接続されている。ＩＧＮスイッチ９は中央端子とは別にＯＦＦ端子、ＯＮ／ＡＣＣ端子及びＳＴＡＲＴ端子を有しており、中央端子とこれらＯＦＦ、ＯＮ／ＡＣＣ及びＳＴＡＲＴ端子のいずれかとは、ロータリー式に切り替え接続が可能である。
【００１１】
ＳＴＡＲＴ端子は、セルモータ３の一端に保護スイッチ７を介して接続されている。保護スイッチ７にはＦＥＴが用いられている。ＦＥＴのドレインはＳＴＡＲＴ端子に、ソースはセルモータ３の一端に、ゲートは後述する保護回路８の出力端子にそれそれ接続されている。セルモータ３のモータ軸には図示しないギヤが嵌着されており、クラッチ軸を軸芯とする大径のギヤに噛合している。セルモータ３の回転駆動力は、クラッチ機構を介してエンジン４の回転軸に伝達される。
【００１２】
また、ＯＮ／ＡＣＣ端子は、ランプやワイパー等の補機５及び一方向への電流の流れを許容するダイオードのカソードに接続されている。ダイオードのアノードはホール素子型電流センサ６を介してエンジン４の回転により発電する発電機２の一端に接続されている。電流センサ６は、リング・コアにギャップが形成されており、このギャップ内にホール素子が挿入されている。リング・コアに貫通電流が流れると、貫通電流はギャップに発生する磁束密度に比例し、ホール素子の電圧を計測することで、貫通電流の電流値の検出が可能である。電流センサ６の出力端子は、保護回路８に接続されている。
【００１３】
保護回路８には、例えば、コンパレータを使用した回路を用いることができる。すなわち、電流センサ６の出力端子はコンパレータの＋入力端子に接続されており、コンパレータの−入力端子には発電機２で発電された電流値Ｉが例えば０．１Ａに相当する基準電圧が印加されている。コンパレータの出力端子は、サイリスタ等で構成されるラッチ回路を介してＮＯＴゲートの入力端子に接続されており、ＮＯＴゲートの出力端子は上述したＦＥＴのゲートに接続されている。
【００１４】
エンジン４の回転軸は、別のクラッチ機構を介して発電機２に動力の伝達が可能である。このため、エンジン４が回転状態にあるときは、クラッチ機構を介して発電機２が作動し発電機２からの電力が補機５又は鉛電池１に供給（充電）される。なお、ＯＦＦ端子はいずれにも接続されていない。また、発電機２、セルモータ３及び補機５の他端及び鉛電池１の負極外部出力端子は、それぞれグランドに接続されており、保護回路８の作動電源は鉛電池１から供給される。
【００１５】
＜動作＞
次に、本実施形態の電気回路１１の動作等について説明する。
【００１６】
ＩＧＮスイッチ９が、ドライバにより、ＯＦＦ位置からＳＴＡＲＴ位置に切り換えられると、エンジン４は始動前の状態であり、発電機２は停止しており（電流値Ｉ：ほぼ０ｍＡ）、保護回路８のコンパレータの出力はローレベルである。このため、ＮＯＴ回路からはハイレベル信号が保護スイッチ７のゲートに出力され、保護スイッチ７はオン状態となる。このため、鉛電池１からＩＧＮスイッチ９を介してセルモータ３に電力が供給される。セルモータ３は、鉛電池１から供給された電力で回転し、回転力をギア、クラッチ機構を介してエンジン４に伝達する。これと同期して、エンジン４に燃料が供給され図示を省略した回路を介して鉛電池１からエンジン４の点火プラグへ大電流が供給され、エンジン４の始動がなされる。
【００１７】
エンジン４が始動し、ＩＧＮスイッチ９が、ドライバにより、ＳＴＡＲＴ位置からＯＮ／ＡＣＣ位置に切り換えられると、エンジン４の回転力はクラッチ機構を介して発電機２に伝達される。発電機２で発電された電力は、ダイオードを介して補機５及び鉛電池１に供給される。これにより、鉛電池１は充電される。このエンジン始動の当初において、発電機２からの電流値Ｉが０．１ｍＡを超えると、保護回路８のコンパレータの出力はハイレベルとなり、ラッチ回路をラッチ状態とさせ、ラッチ回路からの出力はハイレベルとなる。このため、ＮＯＴ回路からはローレベル信号が保護スイッチ７のゲートに出力され、保護スイッチ７はオフ状態となる。ラッチ回路によるラッチにより、保護スイッチ７のオフ状態はエンジン４が停止するまで継続される。
【００１８】
以上のように、本実施形態の電気回路１１では、エンジン始動時に、保護スイッチ７はオン状態にあり、ＩＧＮスイッチ９を介して鉛電池１からセルモータ３に電流が供給されので、エンジン４の始動を確保することができると共に、エンジン始動後に（発電機２の発電開始後に）、保護スイッチ７はオフ状態とされ鉛電池１からＩＧＮスイッチ９を介してセルモータ３に流れる電流が遮断されるので、エンジン始動後に（発電機２の発電開始後に）セルモータ３によるエンジンの２度がけが発生することがない。このため、本実施形態の電気回路１１によれば、従来のセルモータのように、ギヤの摩耗によるセルモータの寿命が短くなることがなく、２度がけによる鉛電池１からの無用な放電を防止することができる。
【００１９】
なお、本実施形態では、保護スイッチ７をＩＧＮスイッチ９及びセルモータ３の間に挿入した例を示したが、エンジンの再始動時にセルモータ３に流れる電流を遮断することができれば、例えば、セルモータ３及び鉛電池１の負極外部出力端子の間に保護スイッチ７を挿入するようにしてもよい。
【００２０】
また、本実施形態では、電気回路１１により、発電機２の電流値Ｉが０．１Ａ以上のときに保護スイッチ７がセルモータ３に流れる電流を遮断する例を示したが、電流値はこれに限定されるものではなく、発電機２の仕様に応じて変更されることは云うまでもない。
【００２１】
更に、本実施形態では、中央、ＯＦＦ、ＯＮ／ＡＣＣ及びＳＴＡＲＴ端子を有したＩＧＮスイッチ９を例示したが、少なくともＯＦＦ、ＯＮ／ＡＣＣ及びＳＴＡＲＴ端子に切り替え可能であれば、ＩＧＮスイッチの形状や各端子の数などは限定されるものではなく、ＯＮ端子とＡＣＣ端子とが分離されたＩＧＮスイッチを用いてもよい。
【００２２】
また、本実施形態では、鉛電池１に３６Ｖの鉛電池を例示したが、１２Ｖの鉛電池を用いる場合にも本発明は適用可能である。
【００２３】
（第２実施形態）
次に、本発明を電気自動車に適用した第２の実施の形態について説明する。
【００２４】
本実施形態の電気回路は、発電機の電圧に応じて保護スイッチを遮断するものである。なお、本実施形態以下の実施形態において、第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略し、異なる箇所のみ説明する。
【００２５】
図３に示すように、本実施形態では、電気回路１２は、第１実施形態の電流センサ６を欠いており、保護回路８を用いて発電機２の電圧Ｖを検出する。すなわち、コンパレータの＋入力端子は発電機２の一端（ダイオードのアノード及び発電機２間）に、−入力端子は例えば５Ｖの基準電圧を与える抵抗を介してグランドに接続されている。
【００２６】
ＩＧＮスイッチ９がＳＴＡＲＴ位置に切り換えられると、発電機２は停止しており（電圧値Ｖ：ほぼ０ｍＶ）、第１実施形態と同様に保護スイッチ７はオン状態となる。エンジン始動の当初において、発電機２の（発電）電圧値Ｖが５Ｖを超えると、第１実施形態と同様に保護スイッチ７はオフ状態となる。
【００２７】
従って、本実施形態の電気回路１２は、第１実施形態の電気回路１１と同様に、エンジン始動時に、保護スイッチ７はオン状態にあり、エンジン４の始動を確保できると共に、エンジン始動後にエンジンの２度がけが発生することがない。このため、電気回路１２によれば、セルモータの寿命が短くなることがなく、２度がけによる鉛電池１からの無用な放電を防止することができる。
【００２８】
（第３実施形態）
次に、本発明を電気自動車に適用した第３の実施の形態について説明する。
【００２９】
本実施形態の電気回路は、上記実施形態の保護回路を欠いており、後述するマイクロコンピュータ（以下、マイコンという。）を用いて保護スイッチを遮断するものである。
【００３０】
図４に示すように、本実施形態の電気回路１３では、電流センサ６の出力端子は、マイコン１８に内蔵されたＡ／Ｄコンバータに接続されている。このため、電流センサ６から出力されたホール電圧はＡ／Ｄコンバータでデジタル値に変換され、マイコン１８は発電機２に流れる電流値Ｉを取り込むことができる。また、マイコン１８は、出力ポートを介して保護スイッチ７のゲートに接続されている。マイコン１８は、所定値（例えば、０．１Ａ）以上の電流値Ｉを検出したときに、保護スイッチ７のゲートに接続された出力ポートの信号をローベルとし、所定値未満の電流値Ｉを検出したときは保護スイッチ７のゲート接続された出力ポートからハイレベル信号を出力する。なお、マイコン１８は、インターフェースを介して上位の車輌側マイコン１０と通信可能である。
【００３１】
マイコン１８は、中央演算処理装置として機能するＣＰＵ、基本制御プログラム及び種々の設定値等が格納されたＲＯＭ、ＣＰＵのワークエリアとして働くとともにデータを一時的に記憶するＲＡＭ等を含んで構成されている。
【００３２】
ＩＧＮスイッチ９がＳＴＡＲＴ位置に切り換えられると、発電機２は停止しており（電流値Ｉ：ほぼ０ｍＡ）、マイコン１８は、保護スイッチ７のゲートにハイレベル信号を出力することで、保護スイッチ７はオン状態となる。エンジン始動の当初において、所定値以上の電流値Ｉを検出すると、保護スイッチ７のゲートにローレベル信号を出力する。このため、保護スイッチ７はオフ状態となる。
【００３３】
従って、電気回路１３によれば、セルモータの寿命が短くなることがなく、２度がけによる鉛電池１からの無用な放電を防止することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、保護スイッチがエンジンの再始動時にエンジン始動用セルモータに流れる電流を遮断することで、エンジンの２度がけを防止することができるので、ギヤの摩耗によるセルモータの短寿命化を招くことがない、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用可能な実施形態の電気自動車の側面図である。
【図２】第１実施形態の電気自動車の電気回路を示すブロック図である。
【図３】第２実施形態の電気自動車の電気回路を示すブロック図である。
【図４】第３実施形態の電気自動車の電気回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
１　鉛電池（バッテリ）
２　発電機
３　セルモータ
４　エンジン
６　電流センサ（センサ）
７　保護スイッチ
８　保護回路（センサ）
９　イグニッションスイッチ
１１、１２、１３　電気回路
２０　電気自動車
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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