(57)【要約】【課題】幾つかの実施形態により、車両用の始動停止システムを提供すること。【解決手段】始動停止システムは、スタータモータに結合された第１のエネルギー貯蔵デバイスを含む。始動停止システムは、同様に、第１のエネルギー貯蔵デバイスに結合された第１のＤＣ−ＡＣインバータと、第１のＤＣ−ＡＣインバータに結合されたスタータ／オールタネータと、スタータ／オールタネータに結合された第２のＤＣ−ＡＣインバータとを含む。始動停止システムは、更に、第２のＤＣ−ＡＣインバータに結合された第２のエネルギー貯蔵デバイスを含む。始動停止システムは、最後に、第２のエネルギー貯蔵デバイスの充電率に基づいてスタータモータまたはスタータ／オールタネータが車両を始動させるよう２つのＤＣ−ＡＣインバータを制御するように構成されるコントローラを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用の始動停止システム（２００）であって、
スタータモータ（２０８）に結合された第１のエネルギー貯蔵デバイス（２０２）と、
前記第１のエネルギー貯蔵デバイス（２０２）に結合された第１のＤＣ−ＡＣインバータ（２１６）と、
前記第１のＤＣ−ＡＣインバータ（２１６）に結合されたスタータ／オールタネータ（２１８）と、
前記スタータ／オールタネータ（２１８）に結合された第２のＤＣ−ＡＣインバータ（２２０）と、
前記第２のＤＣ−ＡＣインバータ（２２０）に結合された第２のエネルギー貯蔵デバイス（２２２）と、
コントローラ（２２６）とを備え、前記コントローラ（２２６）は、前記第２のエネルギー貯蔵デバイス（２２２）の充電率に基づいて前記スタータモータ（２０８）または前記スタータ／オールタネータ（２１８）が前記車両を始動させるよう前記２つのＤＣ−ＡＣインバータ（２１６；２２０）を制御するように構成される、始動停止システム（２００）。
【請求項２】
前記第１のインバータ（２１６）と前記第２のインバータ（２２０）との間に結合されたスイッチ（２３２）を更に備える、請求項１記載の始動停止システム（２００）。
【請求項３】
前記スタータモータ（２０８）と前記スタータ／オールタネータ（２１８）の両方に結合されたエンジン（２１２）を更に備える、請求項１記載の始動停止システム（２００）。
【請求項４】
前記スタータモータ（２０８）と前記第１のエネルギー貯蔵デバイス（２０２）との間に結合されたスイッチ（２１０）を更に備える、請求項１記載の始動停止システム（２００）。
【請求項５】
前記第１のエネルギー貯蔵デバイス（２０２）に結合された補助負荷（２１４）を更に備える、請求項１記載の始動停止システム（２００）。
【請求項６】
前記第１のエネルギー貯蔵デバイス（２０２）は高比エネルギーエネルギー貯蔵デバイスであり、前記第２のエネルギー貯蔵デバイス（２２２）は高比電力エネルギー貯蔵デバイスである、請求項１記載の始動停止システム（２００）。
【請求項７】
前記２つのインバータ（２１６；２２０）はそれぞれ、３つの位相脚部（３１４、３１６、３１８；３３２、３３４、３３６）を形成するため対形成された６つの半位相モジュール（３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２；３２０、３２２、３２４、３２６、３２８、３３０）を備える、請求項１記載の始動停止システム（２００）。
【請求項８】
前記第１のインバータ（２１６）は、３つの位相脚部を備え、各位相脚部は、ダイオード（４０４、４０８、４１２；５０２、５０６、５１０）に結合された半位相モジュール（３０４、３０８、３１２；３０２、３０６、３１０）を備え、それにより、前記第１のインバータ（２１６）は半制御式コンバータになる、請求項１記載の始動停止システム（２００）。
【請求項９】
前記車両はハイブリッド電気車両である、請求項１記載の始動停止システム（２００）。
【請求項１０】
前記第２のエネルギー貯蔵デバイス（２２２）の電圧および／または電流を測定する少なくとも１つのセンサ（２２４）を更に備える、請求項１記載の始動停止システム（２００）。
【請求項１１】
車両用の始動停止システム（２００）を製造する方法であって、
第１のエネルギー貯蔵デバイス（２０２）をスタータモータ（２０８）に結合すること、
第１のＤＣ−ＡＣインバータ（２１６）を前記第１のエネルギー貯蔵デバイス（２０２）に結合すること、
スタータ／オールタネータ（２１８）を前記第１のＤＣ−ＡＣインバータ（２１６）に結合すること、
第２のＤＣ−ＡＣインバータ（２２０）を前記スタータ／オールタネータ（２１８）に結合すること、
第２のエネルギー貯蔵デバイス（２２２）を前記第２のＤＣ−ＡＣインバータ（２２０）に結合すること、
前記第２のエネルギー貯蔵デバイス（２２２）の充電率に基づいて前記スタータモータ（２０８）または前記スタータ／オールタネータ（２１８）が前記車両を始動させるよう前記２つのＤＣ−ＡＣインバータ（２１６；２２０）を制御するようにコントローラ（２２６）を構成することを含む、方法。
【請求項１２】
前記第１のインバータ（２１６）と前記第２のインバータ（２２０）との間にスイッチ（２３２）を結合することを更に含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記スタータモータ（２０８）と前記スタータ／オールタネータ（２１８）の両方にエンジン（２１２）を結合することを更に含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
前記スタータモータ（２０８）と前記第１のエネルギー貯蔵デバイス（２０２）との間にスイッチ（２１０）を結合することを更に含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
前記第１のエネルギー貯蔵デバイス（２０２）に補助負荷（２１４）を結合することを更に含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
前記第１のエネルギー貯蔵デバイス（２０２）は高比電力エネルギー貯蔵デバイスであり、前記第２のエネルギー貯蔵デバイス（２２２）は高比エネルギーエネルギー貯蔵デバイスである、請求項１１記載の方法。
【請求項１７】
前記２つのインバータ（２１６；２２０）はそれぞれ、３つの位相脚部（３１４、３１６、３１８；３３２、３３４、３３６）を形成するため対形成された６つの半位相モジュール（３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２；３２０、３２２、３２４、３２６、３２８、３３０）を備える、請求項１１記載の方法。
【請求項１８】
前記第１のインバータ（２１６）は、３つの位相脚部を備え、各位相脚部は、ダイオード（４０４、４０８、４１２；５０２、５０６、５１０）に結合された半位相モジュール（３０４、３０８、３１２；３０２、３０６、３１０）を備え、それにより、前記第１のインバータ（２１６）は半制御式コンバータになる、請求項１１記載の方法。
【請求項１９】
前記車両はハイブリッド電気車両である、請求項１１記載の方法。
【請求項２０】
前記第２のエネルギー貯蔵デバイス（２２２）の電圧および／または電流を測定する少なくとも１つのセンサ（２０４、２２４）を結合することを更に含む、請求項１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般的に、始動停止システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
始動停止システムは、車両が移動中でない間に、車両内のエンジンを自動的にシャットダウンし再始動させて、エンジンがアイドリングに費やす時間量を低減し、それにより、燃料消費および排気を低減する。始動停止システムは、交通信号を待ちながら大量の時間を費やす、または、交通渋滞で頻繁に停止する車両にとって有益である可能性がある。始動停止システムは、しばしば、従来のエンジン駆動式車両またはハイブリッド電気車両（ＨＥＶ）において見出される。
【０００３】
図１は、知られている始動停止システム１００を示す。始動停止システム１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６を通して２次電池１０４に接続された主電池１０２を含む。主電池１０２は、スタータモータ１０８および補助負荷１１０に接続される。スタータモータ１０８は、エンジン１１２に結合される。２次電池１０４は、ＤＣ−ＡＣインバータ１１６を通して発電機モータ１１４に結合される。発電機モータ１１４はエンジン１１２に結合される。
【０００４】
主電池１０２は、コールドスタートから（すなわち、ユーザがエンジンをターンオフした後）エンジン１１２を始動するため、モータ１０８を始動する電力を提供する。２次電池１０４は、一時的な停止後にエンジン１１２を始動するため、発電機モータ１１４のための必要な電力を提供する。２次電池１０４（例えば、４８ＶＤＣを提供する）内に不十分な充電量が存在する場合、２次電池１０４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６によって主電池１０２（例えば、１２ＶＤＣを提供する）から充電されてもよい。
【０００５】
始動停止システム１００が適切に機能するために、更なる回路要素が必要とされる場合がある。例えば、補助負荷１１０内のデバイスが始動停止動作中に働くことができるよう主電池１０２の電圧を維持する電圧安定器（図示せず）が必要である場合がある。更に、更なる予備充電およびバイパス回路（図示せず）が、２次電池１０４にエネルギーを貯蔵するために必要である場合がある。この配置構成は、システムに対してコストを付加する。更に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６は、十分な電力供給能力を提供しない場合がある変換ステージである。
【０００６】
そのため、より効率的な始動停止システムについての必要性が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７９５２２２３号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
幾つかの実施形態によれば、車両用の始動停止システムが開示される。始動停止システムは、スタータモータに結合された第１のエネルギー貯蔵デバイスを含む。始動停止システムは、同様に、第１のエネルギー貯蔵デバイスに結合された第１のＤＣ−ＡＣインバータと、第１のＤＣ−ＡＣインバータに結合されたスタータ／オールタネータと、スタータ／オールタネータに結合された第２のＤＣ−ＡＣインバータとを含む。始動停止システムは、更に、第２のＤＣ−ＡＣインバータに結合された第２のエネルギー貯蔵デバイスを含む。始動停止システムは、最後に、第２のエネルギー貯蔵デバイスの充電率に基づいてスタータモータまたはスタータ／オールタネータが車両を始動させるよう２つのＤＣ−ＡＣインバータを制御するように構成されるコントローラを含む。
【０００９】
幾つかの実施形態によれば、車両用の始動停止システムを製造する方法が開示される。方法は、第１のエネルギー貯蔵デバイスをスタータモータに結合すること、第１のＤＣ−ＡＣインバータを第１のエネルギー貯蔵デバイスに結合すること、スタータ／オールタネータを第１のＤＣ−ＡＣインバータに結合すること、第２のＤＣ−ＡＣインバータをスタータ／オールタネータに結合すること、第２のエネルギー貯蔵デバイスを第２のＤＣ−ＡＣインバータに結合すること、第２のエネルギー貯蔵デバイスの充電率に基づいてスタータモータまたはスタータ／オールタネータが車両を始動させるよう２つのＤＣ−ＡＣインバータを制御するようにコントローラを構成することを含む。
【００１０】
種々の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および図面から明らかになるであろう。
【００１１】
本発明の利点が容易に理解されるために、先に簡潔に述べられた本発明のより特定の説明が、添付図面に示す特定の実施形態を参照して行われる。これらの図面が、本発明の例示的な実施形態だけを示し、したがって、本発明の範囲を制限すると考えられないことを理解して、本発明は、添付図面を使用して更なる特異性および詳細と共に述べられ説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来の始動停止システムのブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による始動停止システムのブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態による始動停止システム内の２つのインバータおよびスタータ／オールタネータの構成の略図である。
【図４】本発明の一実施形態による始動停止システム内の２つのインバータおよびスタータ／オールタネータの代替の構成の略図である。
【図５】本発明の一実施形態による始動停止システム内の２つのインバータおよびスタータ／オールタネータの別の代替の構成の略図である。
【図６】本発明の一例示的実施形態による始動停止システムの動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態による始動停止システム２００のブロック略図である。種々の実施形態によれば、始動停止システム２００は、非制限的な例として、限定はしないが、自動車、バス、トラック、トラクタ、採鉱および建設機器、マリンクラフト、航空機およびオフロード車両等の商業用また工業用車両であって、採鉱操業におけるような地上と地下の両方での操業を可能にする材料輸送車両または個人用キャリア車両、或は、クレーン、エレベータ、またはリフト等の他のタイプの電気装置を含む、商業用また工業用車両を含む種々のタイプの車両に組込まれるように構成される。
【００１４】
始動停止システム２００は、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２を含む。種々の実施形態によれば、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２は、例として、電池、フライホイール、燃料電池、ウルトラキャパシタ、または、ウルトラキャパシタ、燃料電池、および／または電池の組合せである可能性がある。一実施形態において、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２は、高比エネルギー電池または高エネルギー密度電池等の高比エネルギーエネルギー貯蔵デバイスである。本明細書で使用するエネルギー電池という用語は、１００Ｗ−ｈｒ／ｋｇ以上のオーダの比エネルギーを達成することを立証された高比エネルギー電池（例えば、鉛電池、リチウムイオン電池、ナトリウム金属ハロゲン化物電池、ナトリウムニッケル塩化物電池、ナトリウム硫黄電池、リチウム空気電池、または亜鉛空気電池）を述べる。好ましい実施形態において、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２は、１２Ｖ鉛電池である。
【００１５】
第１のセンサ２０４は、始動停止システム２００内に設けられて、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２の充電率（ＳＯＣ：ｓｔａｔｅ−ｏｆ−ｃｈａｒｇｅ）をモニター／計算する。一実施形態によれば、センサ２０４は、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２の電圧および／または電流を測定するように構成される電圧および／または電流センサを含む。センサ２０４が、図２において第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２に結合して示されるが、代替の実施形態は、センサ２０４を他の所に設置してもよい、または、更なるセンサが他の所に設置されていてもよい。
【００１６】
第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２は、ＤＣバス２０６によってスタータモータ２０８およびスイッチ２１０に結合される。一実施形態において、スタータモータはエンジンを始動するために使用されるが、他の実施形態において、スタータモータ２０８は、同様に牽引力を提供してもよい。種々の実施形態によれば、スイッチ２１０は、例えば、コンタクタまたは半導体スイッチであってよい。
【００１７】
スタータモータ２０８はエンジン２１２に結合される。種々の実施形態によれば、エンジン２１２は、非制限的な例として、内燃ガソリンエンジン、内燃ディーゼルエンジン、天然ガスによって燃料供給される内燃エンジン、外燃エンジン、またはガスタービンエンジンであってよい。図示しないが、スタータモータ２０８は、トランスミッションを通してエンジン２１２に間接的に結合されてもよく、トランスミッションは、種々の実施形態によれば、ギアアセンブリ、ベルトアセンブリ、またはその組合せであってよい。一実施形態において、トランスミッションは、惑星間ギアおよびクラッチの配置構成を通してスタータモータ２０８の出力を結合する電気的可変トランスミッション（ＥＶＴ：ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ｖａｒｉａｂｌｅ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）として構成される。
【００１８】
補助負荷２１４は、ＤＣバス２０６によって第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２に結合される。補助負荷２１４は、加熱機器、空調機器、無線機器、ナビゲーション、および他の電気機器等の補助システムを含むが、それに限定されない。
【００１９】
双方向ＤＣ−ＡＣインバータ２１６は、図３、４、および５に示すように第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２に結合される。図３に示す実施形態において、インバータ２１６は、３つの位相を形成するために対形成される６つの半位相モジュールを含む。各半位相モジュールは、ダイオードに逆並列に結合されたスイッチを含む。スイッチは、例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ、ＧａＮデバイス、ＢＪＴ、またはＭＣＴであってよい。インバータ２１６は、複数の巻線によってスタータ／オールタネータ２１８に結合され、各巻線は、インバータ２１６のそれぞれの位相に結合される。スタータ／オールタネータ２１８はエンジン２１２に結合される。図示しないが、スタータ／オールタネータ２１８は、トランスミッションを通してエンジン２１２に間接的に結合されてもよく、トランスミッションは、種々の実施形態によれば、ギアアセンブリ、ベルトアセンブリ、またはその組合せであってよい。一実施形態において、トランスミッションは、惑星間ギアおよびクラッチの配置構成を通してスタータ／オールタネータ２１８の出力を結合する電気的可変トランスミッション（ＥＶＴ）として構成される。
【００２０】
スタータ／オールタネータ２１８は、複数の巻線によって、図３、４、および５に示すように第２の双方向ＤＣ−ＡＣインバータ２２０に更に結合される。一実施形態において、インバータ２２０は、３つの位相を形成するために対形成される６つの半位相モジュールを含む。各半位相モジュールは、ダイオードに逆並列に結合されたスイッチを含む。スイッチは、例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ、ＧａＮデバイス、ＢＪＴ、またはＭＣＴであってよい。スタータ／オールタネータ２１８の各巻線は、インバータ２２０のそれぞれの位相に結合される。
【００２１】
始動停止システム２００は、３相インバータ２１６、２２０および３相スタータ／オールタネータ２１８を含むものとして本明細書で述べられるが、任意の数の位相が、代替の実施形態において利用されてもよいことが企図される。
【００２２】
始動停止システム２００は、第２のインバータ２２０に結合された第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２を含む。種々の実施形態によれば、第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２は、例として、電池、フライホイール、燃料電池、ウルトラキャパシタ、または、ウルトラキャパシタ、燃料電池、および／または電池の組合せである可能性がある。一実施形態において、第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２は、高比電力エネルギー貯蔵デバイスである。例えば、第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２は、互いに結合した複数のキャパシタセルを有するウルトラキャパシタであってよく、キャパシタセルはそれぞれ、約５００ファラドより大きいキャパシタンスを有してもよい。代替的に、第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２は、約３５０Ｗ／ｋｇの比電力を有する大電力電池であってよい。第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２は、同様に、１つまたは複数のウルトラキャパシタおよび電池の組合せであってよい。好ましい実施形態において、第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２は、４８ＶＤＣの公称定格のウルトラキャパシタである。
【００２３】
第２のセンサ２２４は、始動停止システム２００内に含まれて、第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２の充電率（ＳＯＣ）をモニター／計算する。一実施形態によれば、センサ２２４は、第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２の電圧および／または電流を測定するように構成される電圧および／または電流センサを含む。センサ２２４が、図２において第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２に結合して示されるが、他の実施形態は、センサ２２４を他の所に設置してもよい、または、更なるセンサが他の所に設置されていてもよい。
【００２４】
始動停止システム２００は、制御ライン２２８を通して、第１および第２のインバータ２１６、２２０およびスイッチ２１０に結合されたコントローラ２２６を含む。コントローラ２２６は、第１および第２のインバータ２１６、２２０の半位相モジュールを制御して、ＤＣ電圧または電流をスタータ／オールタネータ２１８用のＡＣ電圧または電流に変換するように構成される。コントローラ２２６は、同様に、第１および第２のインバータ２１６、２２０の半位相モジュールを制御して、ＡＣ電圧または電流を第１および第２のエネルギー貯蔵デバイス２０２、２２２用のＤＣ電圧または電流に変換するように構成される。動作中、コントローラ２２６は、同様に、制御ライン２３０によってセンサ２０４、２２４からフィードバックを受信する。当業者が認識するように、更なるセンサが設けられて、コントローラ２２６が他の動作状態をモニターすることを可能してもよい。例えば、コントローラ２２６は、アクセルペダルに結合されて、一時的な停止後にエンジンを始動することがいつ所望されるかを決定してもよい。更に、コントローラ２２６が、例えば、エンジン２１２またはスイッチ２１０等の、始動停止システム２００内の他のコンポーネントからフィードバックを受信してもよいかつ／または他のコンポーネントに制御コマンドを送信してもよいことを当業者は認識するであろう。
【００２５】
ここで図３を参照すると、２つのインバータ２１６、２２０およびスタータ／オールタネータ２１８の略図が、本発明の一実施形態に従って示される。この実施形態において、インバータ２１６は、３つの位相脚部３１４、３１６、および３１８を形成するために対形成される６つの半位相モジュール３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、および３１２を含む。各モジュール３０２〜３１２は、ダイオードに逆並列に結合された電力スイッチを含む。同様に、インバータ２２０は、３つの位相脚部３３２、３３４、および３３６を形成するために対形成される６つの半位相モジュール３２０、３２２、３２４、３２６、３２８、および３３０を含む。各モジュール３２０〜３３０は、ダイオードに逆並列に結合された電力スイッチを備える。位相脚部３１４は、スタータ／オールタネータ２１８の巻線に結合され、その巻線は、その後、位相脚部３３２に結合される。位相脚部３１６は、スタータ／オールタネータ２１８の巻線に結合され、その巻線は、その後、位相脚部３３４に結合される。位相脚部３１８は、スタータ／オールタネータ２１８の巻線に結合され、その巻線は、その後、位相脚部３３６に結合される。
【００２６】
ここで図４を参照すると、２つのインバータ２１６、２２０およびスタータ／オールタネータ２１８の代替の構成の略図が、本発明の一実施形態に従って示される。この実施形態において、半位相モジュール３０４、３０８、および３１２は、インバータ２１６が半制御式コンバータになるためにダイオード４０４、４０８、および４１２でそれぞれ置換される。
【００２７】
ここで図５を参照すると、２つのインバータ２１６、２２０およびスタータ／オールタネータ２１８の別の代替の構成の略図が、本発明の一実施形態に従って示される。この実施形態において、半位相モジュール３０２、３０６、および３１０は、インバータ２１６が半制御式コンバータになるためにダイオード５０２、５０６、および５１０でそれぞれ置換される。
【００２８】
図４または５におけるように半制御式コンバータを使用することは、半位相モジュールの一部を除去することによってコストを節約するが、可制御性が低いという犠牲を払う。例えば、電流は、スタータ／オールタネータ２１８内の巻線からダイオード４０４、４０８、および４１２を通って第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２の負端子まで伝導することが可能でない。始動モード中に、半位相モジュール３０２、３０６、および３１０は、ターンオンし短絡し、したがって、スタータ／オールタネータ２１８用のニュートラル接続を形成する。発電モード中に、半制御式コンバータ２１６は、スタータ／オールタネータ２１８からの発生したＡＣ電力をＤＣ電力に変換して、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２を充電する。ここで、スタータ／オールタネータ２１８から第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２への電力の流れは一方向である。しかし、スタータ／オールタネータ２１８と第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２との間の電力の流れは、インバータ２２０内の６つの半位相モジュールによって双方向のままである。
【００２９】
戻って図２を参照すると、始動停止システム２００は、任意選択で、インバータ２１６と２２０との間にスイッチ２３２を含んで、第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２によって第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２を充電してもよい、または、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２によって第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２を充電してもよい。１つのエネルギー貯蔵デバイスを他のエネルギー貯蔵デバイスから充電するため、インバータ２１６および２２０を共に結合するスイッチ２３２が閉じる。スタータ／オールタネータ２１８（ここではインダクタとして使用される）およびインバータ２１６または２２０は、多相ＤＣ／ＤＣコンバータを形成する。そのため、第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２は、十分な貯蔵エネルギーを持たないとき、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２から充電される可能性がある。更に、第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２は、同様に、エネルギーを第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２内に放電してもよい。図３に示さないが、スイッチ２３２は、モジュール３１０と３２０との間でまたはモジュール３１２と３２２との間で結合されてもよい。図４において、スイッチ２３２は、ダイオード４１２とモジュール３２２との間で結合されてもよい。図５において、スイッチ２３２は、ダイオード５１０とモジュール３２０との間で結合されてもよい。充電量は、オンタイムおよびオフタイムを通してコントローラ２２６によって制御される。
【００３０】
再び図２を参照すると、エンジン２１２が、コールド状態、すなわち、車両が動作していないことからの初期始動にあるとき、スタータモータ２０８がエンジン２１２を始動することになる。この状況において、補助負荷２１４は、エネルギー貯蔵デバイス２０２からの不充分な電力が存在する場合があるため、機能しない場合がある。これは、スタータモータ２０８が第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２から大量の電力を引出すからであり、それは、補助負荷２１４が適切に動作しないレベルまで電圧を降下させる。車両が走行しているため、スタータ／オールタネータ２１８は、エンジン２１２から電力を発生させて、補助負荷２１４に供給し、第１のインバータ２１６を通して第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２を充電する。第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２は、同様に、スタータ／オールタネータ２１８によって第２のインバータ２２０を通して充電されて、一時的な停止後の始動動作に十分なエネルギーを貯蔵する。
【００３１】
車両が停止し、コントローラ２２６が、停止するようエンジン２１２に指令するとき、エンジン２１２は、第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２内のエネルギーが、次の始動動作においてエンジン２１２を始動するのに十分に充電される場合、シャットオフすることになる。この充足は、少なくともセンサ２２４による第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２の充電率（ＳＯＣ）に基づく。第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２内のエネルギーが、次の始動動作においてエンジン２１２を始動するのに不十分である場合、エンジン２１２は停止しないことになる。エンジン２１２は、第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２がエンジン２１２を始動するのに十分なエネルギーを有するまで第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２を充電し続けることになる。しかし、コントローラ２２６の制御下でＤＣ／ＤＣコンバータとしてスタータ／オールタネータ２１８の巻線を有する２つのインバータ２１６、２２０を使用して第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２から第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２を再充電することが同様に可能である。第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２内のエネルギーが十分であると仮定すると、コントローラ２２６が、再び始動するようエンジン２１２に指令するまで、エンジン２１２が停止したままであることになる。補助負荷２１４は、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２から動作し続けることになる。
【００３２】
コントローラ２２６が、始動するようエンジン２１２に指令すると、第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２は、エンジン２１２を始動するため、第２のインバータ２２０を通して電力を提供することになる。インバータ２１６、２２０は、エンジン始動のために必要とされる電力の全てが第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２から送出されるように制御される。インバータ２１６内の半位相モジュールは、伝導するようコントローラ２２６によって制御される。インバータ２１６が短絡されるため、インバータ２２０は、第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２からスタータ／オールタネータ２１８に電力を提供する。第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２および補助負荷２１４は、始動動作によって影響を受けない。第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２が、エンジン２１２を始動するため電力を提供していないため、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２の電圧は比較的一定のままである。結果として、補助負荷２１４は、エンジン始動中に動作し続けることになる。
【００３３】
車両の走行が終了すると、第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２に貯蔵されたエネルギーは、放電されて、その後、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２を充電する可能性がある。これは、エンジンが完全に停止した後にエネルギーを浪費することを回避することになる。
【００３４】
図６は、本発明の一例示的実施形態による始動停止システム２００の動作を示すフローチャート６００を示す。図６に示す動作の説明において、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２が、例えば、公称上、１２ＶＤＣを提供する電池であり、第２の貯蔵デバイス２２２が、例えば、４８ＶＤＣの公称定格のウルトラキャパシタであることが仮定される。
【００３５】
始動停止システム２００は、ドライバがスタンドバイボタンを押すまたはイグニッションキーを挿入して車両を始動させるステップ６０２で始まる。ステップ６０４にて、コントローラ２２６は、始動コマンドが生成されたかどうかを判定する。
【００３６】
ステップ６０６にて、コントローラ２２６は、始動がコールドであるかどうかを判定する。コールド始動である場合、エンジン２１２は、ステップ６０８にて、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２からのエネルギーを使用してスタータモータ２０８によって開始する。始動がコールドでない、すなわち、車両をターンオフすることなくドライバが一時的停止を行った場合、コントローラ２２６は、ステップ６１０にて、第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２が（充電率に基づいて）十分に充電されているかどうかを判定する。第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２が十分に充電されていない場合、エンジン２１２は、ステップ６０８にて、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２からのエネルギーを使用してスタータモータ２０８から始動する。第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２が十分に充電されている場合、エンジン２１２は、ステップ６１２にて、第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２からのエネルギーを使用してスタータ／オールタネータ２１８によって始動する。エンジン２１２が始動され、ステップ６１４にて車両が運転されている間に、スタータ／オールタネータ２１８は、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２を充電する。
【００３７】
車両が、ステップ６１６にて停止すると、コントローラ２２６は、エンジン２１２を停止するかどうかを判定する。これは、ステップ６１８にて、停止が一時的である、例えば、停止信号または交通渋滞によるかどうかに基づく。停止が一時的であるかどうかは、ユーザが、スタンドバイボタンを押して車両をターンオフしたまたはイグニッションキーを取外したかどうかに基づいて判定される。停止が一時的でない場合、コントローラ２２６は、ステップ６２０にてエンジン２１２をシャットダウンする。第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２は、ステップ６２２にて、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２内に放電し、車両は、ステップ６２４にてターンオフされる。停止が一時的である場合、コントローラ２２６は、ステップ６２６にて、第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２が十分に充電されているかどうかを判定する。はい、である場合、エンジン２１２は、ステップ６２８にてシャットダウンされ、コントローラ２２６が、再び始動するようエンジン２１２に指令すると再始動する。いいえ、である場合、第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２は、ステップ６３０にて、エンジン２１２によって駆動されるスタータ／オールタネータ２１８から充電され、その後、エンジン２１２はシャットダウンされ、コントローラ２２６が、再び始動するようエンジン２１２に指令すると再始動する。
【００３８】
車両がオンであるが、エンジンがまだ始動していないとき、コントローラ２２６は、ステップ６３２にて、第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２が充電されているかどうかを、その充電率を検査することによって判定する。第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２が充電されている場合、コントローラ２２６は、ステップ６０４に戻って、エンジン２１２用の始動コマンドが生成されたかどうかを判定してもよい。第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２が充電されていない場合、ステップ６３４にて、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２は、第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２を充電する。その後、コントローラ２２６は、ステップ６０４に戻って、エンジン２１２用の始動コマンドが生成されたかどうかを判定してもよい。
【００３９】
一貫性のある運転中に、スタータ／オールタネータ２１８は、機械的動力を電力に変換することによって、また、コントローラ２２６によってインバータ２１６、２２０を制御することによって、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２および／または第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２を充電してもよい。コントローラ２２６は、インバータ２１６、２２０のスイッチの伝導時間を制御することによってスタータ／オールタネータ２１８からの電圧を調整して、所望の電流および電圧を得て、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２と第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２の両方を充電するために使用される場合があるスタータ／オールタネータ２１８からの電力をもたらすことになる。
【００４０】
２つのインバータ２１６および２２０は、電流定格が始動停止システム２００全体を通して同じであるように大きさを決められ、その電流定格は、スタータ／オールタネータ２１８の電流定格と等しいことになる。第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２に関する側について、電圧は、第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２の電圧用に大きさを決められる必要があるだけである。第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２に関する側について、電圧は、第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２について許容可能な電圧であるどんな電圧によっても大きさを決められる。
【００４１】
スタータ／オールタネータ２１８が発電モードにあるとき、両方のインバータ２１６、２２０が電力を取出しているため、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２を充電する電力変換の更なるステージは存在しない（図１に示す従来の始動停止システム１００の場合と同様に）。更に、始動停止システム２００の効率は、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２に関する側の低い電圧定格デバイスを使用することによって伝導損失を低減することによって改善される可能性がある。これは、両方のインバータ２１６および２２０用のモジュールが、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２の電圧定格用に大きさを決められるからである。図１の従来の実施形態において、インバータ１１６およびＤＣ／ＤＣコンバータ１０６用のモジュールは、４８Ｖ２次電池用に大きさを決められた。更に、図１に示す始動停止システム１００等の、ＤＣ／ＤＣコンバータを使用する従来の始動停止システムと違って、第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２は、更なる高価な予備充電回路を必要とせずに、制御された方法で、スタータ／オールタネータ２１８を通して充電される可能性がある。
【００４２】
始動停止システム２００と従来の始動停止システム１００との比較が表１に再現される。表において、Ｖ1は、図２の配置構成における第２のエネルギー貯蔵デバイス２２２または図１の配置構成における２次電池１０４に関する側の電圧であり、Ｖ2は、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０２または主電池１０２に関する側の電圧である。Ｉmは、始動停止システム２００で使用されるスタータ／オールタネータ２１８用の電流であり、Ｉbは、始動停止システム１００で使用される主電池１０２の電流である。始動停止システム２００と始動停止システム１００との間の総合ｋＶＡ定格の差は、３Ｖ1Ｉm−２Ｖ2Ｉbである。更に、始動停止システム２００は、図１に示す従来の始動停止システム１００より低い総合アクティブスイッチ定格を有する。これは、始動停止システム１００内のＤＣ／ＤＣコンバータが４８Ｖ２次電池用に大きさを決められなければならないからである。減少した総合アクティブスイッチｋＶＡ定格によって、より大きな発生電力が、始動停止システム２００を使用して達成される可能性がある。これは、両方のインバータ２１６、２２０がスタータ／オールタネータ２１８から同時に電力を取出すからである。
【００４３】
【表１】
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上述した実施形態が、本発明の原理の適用形態を示すだけであることが理解される。本発明は、本発明の精神または本質的な特徴から逸脱することなく、他の特定の形態で具現化されてもよい。特許請求の範囲の均等物の意味および範囲内に入る全ての変更は、その範囲内に包含される。そのため、本発明の最も実用的でかつ好ましい実施形態であると現在のところ考えられるものに関連する特異性および詳細を伴って、本発明が完全に上述されたが、多数の修正が、特許請求の範囲で述べられる本発明の原理および概念から逸脱することなく、行われてもよいことが当業者に明らかになる。
【符号の説明】
【００４４】
２００  始動停止システム
２０２  第１のエネルギー貯蔵デバイス
２０４  センサ
２０６  ＤＣバス
２０８  スタータモータ
２１０  スイッチ
２１２  エンジン
２１４  補助負荷
２１６  第１のインバータ、半制御式コンバータ
２１８  スタータ／オールタネータ
２２０  第２のインバータ
２２２  第２のエネルギー貯蔵デバイス
２２４  センサ
２２６  コントローラ
２２８、２３０  制御ライン
２３２  スイッチ
３１４、３１６、３１８、３３２、３３４、３３６  位相脚部
３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２、３２０、３２２、３２４、３２６、３２８、３３０  半位相モジュール
４０４、４０８、４１２、５０２、５０６、５１０  ダイオード
【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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【外国語明細書】
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