JP2008190322A

JP2008190322A - Engine starting system

Info

Publication number: JP2008190322A
Application number: JP2005140919A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Aoki; 一郎青木; Norio Nakajima; 則夫中嶋; Toshiaki Shimizu; 俊明清水; Susumu Nishimoto; 進西本; Muneyoshi Noda; 宗良野田; Hiroyuki Jinbo; 裕行神保
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2008-08-21

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an engine starting system for starting an engine of an automobile and having excellent long-term reliability by solving a problem of a large burden applied to a battery and shortening a service life. <P>SOLUTION: The engine starting system is constituted to have the battery charged by a generator and a capacitor bank 4, wherein the capacitor bank 4 is mainly charged by braking energy and the battery 3 is connected in series to the capacitor bank 4 and drives a starter motor 5. An electricity storage amount of the capacitor bank 4 when a vehicle is at rest is set at 24% to 48% of an electricity storage amount when the vehicle is in operation. By this arrangement, the burden on the capacitor bank 4 is reduced, the battery 3 is also prevented from the large burden because the electricity storage amount is not zero and the service life is increased by the reduction of the burdens on the capacitor bank 4 and on the battery 3. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

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。 The present invention relates to an engine starting device that is optimal for an automobile having an idling stop function.

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。 In recent years, with the trend of protecting the global environment, especially in automobiles, the technological innovation has been remarkable, and hybrid cars are already on the market. In addition, when an automobile is not running, an automobile with an idling stop function has been developed that temporarily stops the engine when certain conditions are met, and then automatically restarts. Has been.

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）。 One of the important components that support such technology is the electric double layer capacitor. This electric double layer capacitor is generally used in combination with a lead-acid battery that has been used in the past. It has been proposed to use braking energy as a method of charging a double layer capacitor (Patent Document 1).

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）。
特許第３４００３１９号公報特開平２−２５９２７６号公報 In addition, it has been proposed that a lead storage battery is connected in series to an electric double layer capacitor to start the engine by driving a starter, thereby reducing the load of the lead storage battery and extending the life ( Patent Document 2).
Japanese Patent No. 3400319 JP-A-2-259276

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。 However, in the conventional engine starter described above, the electric charge charged when the vehicle is in operation remains in the electric double layer capacitor when the vehicle is inactive. In addition, there is a problem that a large burden is applied to the electric double layer capacitor, leading to a reduction in the life.

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。 Moreover, since the electric power required for restart after the idling stop reaches 12V and several tens of A, a large burden is given to the lead storage battery by frequently performing such restart, as a result of the lead storage battery. There was also a problem that the lifetime was significantly reduced.

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。 The present invention solves such a conventional problem, and provides an engine starter excellent in long-term reliability that can reduce the burden of the electric double layer capacitor and the lead storage battery and extend its life. It is the purpose.

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。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has a battery charged by an on-vehicle generator and an electric double layer capacitor, and this electric double layer capacitor is mainly charged by braking energy, and the electric double layer capacitor is connected to the battery. In the engine starter configured to drive the starter motor by connecting the two in series, the amount of electricity stored in the electric double layer capacitor when the vehicle is stopped is 24 to 48% of the amount of electricity stored when the vehicle is in operation. .

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。 Further, the starter motor driven by connecting a battery in series to the electric double layer capacitor is for restarting the engine after idling stop.

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。 As described above, the engine starter according to the present invention reduces the burden applied to the electric double layer capacitor by controlling so as to reduce the amount of electricity stored in the electric double layer capacitor when the vehicle is at rest. It can be used for restarting the engine after idling stop, and the battery charge can be greatly reduced because the electric charge of the electric double layer capacitor is not reduced to zero. Thus, the effect of reducing the burden on the electric double layer capacitor and the battery and extending the life can be obtained.

（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。 (Embodiment 1)
Hereinafter, the first and second aspects of the present invention will be described with reference to the first embodiment.

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。 FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of an engine starter according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, 1 is an engine, and 2 is a generator driven in conjunction with the engine 1. 3 is a battery generally called a lead acid battery, and has a rating of 14V. Reference numeral 4 denotes a capacitor bank configured by connecting a plurality of electric double layer capacitors. The capacitor bank is configured by using five units each having a rated voltage of 2.5 V connected in series to form one unit.

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。 5 is a starter motor for starting the engine 1, 6 is a changeover switch for switching the circuit between normal running and restart after idling stop described later, 7 is a DC / DC converter, 8 is a starter relay, 9 is It is a relay. Reference numeral 10 denotes an engine control unit, and 11 denotes a charge / discharge control unit that controls the entire engine starter according to the present embodiment.

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。 In the engine starting device according to this embodiment configured as described above, first, engine starting will be described. Electric power is supplied from the battery 3 by turning on the relay 9 and turning on the starter relay 8 (turning the ignition key). Then, the starter motor 5 is driven, whereby the engine 1 rotates and continues to operate. Note that the power supplied from the battery 3 required to drive the starter motor 5 when starting the engine is about 600 A.

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。 Next, the charging operation performed while the engine 1 is in operation will be described. The change-over switch 6 is connected in the downward direction in the drawing during normal running and is driven in conjunction with the rotation of the engine 1. The electric power from the generator 2 is charged to the battery 3 via the DC / DC converter 7 and the capacitor bank 4 is also charged.

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。 Further, since the braking energy generated when the vehicle is stopped by applying a brake while the vehicle is running is as large as 200 AMax, the battery 3 does not have the ability to charge all of the braking energy. Most of them are charged in the capacitor bank 4 to be regenerated.

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。 Next, when the vehicle is not running, the engine control unit 10 temporarily stops the engine 1 when it is determined that certain conditions are satisfied based on information such as accelerator, brake, vehicle speed, and water temperature. When the idling stop to be performed is performed, the restart of the engine 1 after the idling stop will be described. When the relay 9 is turned off and the changeover switch 6 is connected in the upward direction in the figure, the capacitor bank When the starter relay 8 is turned on in this state, power is supplied from the capacitor bank 4 whose voltage has been doubled to drive the starter motor 5, thereby restarting the engine 1. It will be possible to continue operation again.

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。 Next, when the engine 1 is stopped and the vehicle is put into a resting state, one end side of the capacitor bank 4 is dropped to the ground via the changeover switch 6, and 52 to 76% of the electric charge charged in the capacitor bank 4. Is discharged. That is, the amount of electricity stored in the capacitor bank 4 is set to 24 to 48% of the amount of electricity stored when the vehicle is in operation, and the capacitor bank 4 is stopped.

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。 It is desirable that the storage amount control of the capacitor bank 4 at the time of resting is desirably discharged to zero by judging from the long-term life of the electric double layer capacitor, while the storage amount is zero. Since the battery 3 operates to charge the capacitor bank 4 from the battery 3, the load is imposed on the battery 3. From this point of view, the amount of electricity stored in the capacitor bank 4 at the time of suspension maintains the amount of electricity stored during vehicle operation. A fully charged state is desirable.

（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。 (Table 1) shows the relationship of the life deterioration due to the amount of power stored in the capacitor bank 4 at the time of such rest, and the electric double layer capacitor of the rated 2.5V constituting the capacitor bank 4 is 1.8V (72 %) To 0.6V (24%), the rate of change in capacity when a continuous energization load test is performed, and the amount of stored electricity is controlled to 0.6V (24%) and 0.9V (36%) In this case, no decrease in capacity is observed even after 7000 hours, but it can be seen that a decrease in capacity of about 6% appears after 7000 hours when the charged amount is controlled to 1.2 V (48%).

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。 Considering only the life deterioration of the electric double layer capacitor, it is preferable that the storage amount at rest is close to zero. However, when the storage amount of the capacitor bank 4 is zero, the life deterioration of the battery 3 is caused by an increase in the burden applied to the battery 3. Therefore, it is preferable that the amount of electricity stored in the capacitor bank 4 at rest is in the range of 24 to 48% of the amount of electricity stored in the vehicle, more preferably in the range of 24 to 36%. It can be said.

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。 As described above, the engine starter according to the present embodiment controls the electric storage capacity of the capacitor bank 4 when the vehicle is at rest so as to reduce the load applied to the electric double layer capacitor and the battery 3 constituting the capacitor bank 4. At the same time, the life of both batteries is reduced and the electric double layer capacitor is used for restarting the engine after the idling stop, thereby greatly reducing the load on the battery 3 and further extending the life of the battery 3. The special effect that it becomes possible to obtain is obtained.

（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。 (Embodiment 2)
The second aspect of the present invention will be described below with reference to the second embodiment.

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。 In the present embodiment, the configuration for performing the initial engine start of the engine starter described in the first embodiment is different, and the other configurations are the same as those in the first embodiment, and thus the same. The same reference numerals are given to the portions, and detailed description thereof is omitted, and only different portions will be described below.

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。 In the present embodiment, when the voltage of the battery 3 becomes a predetermined value or less and the starter motor 5 cannot be initially driven, the capacitor bank 4 is charged by the battery 3, and the starter motor is charged by the charged capacitor bank 4. The starter motor 5 at this time may be driven by the capacitor bank 4 alone or similar to the restart after the idling stop described in the first embodiment. Is also good.

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。 As described above, the engine starter according to the present embodiment can start the engine 1 by using the capacitor bank 4 even when the battery 3 cannot be used due to deterioration or abnormality, and is more reliable. It has the special effect that it becomes possible to provide a highly efficient engine starting device.

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。 The engine starter according to the present invention has an effect of reducing the burden on the battery and the electric double layer capacitor and extending the life, and is useful for a hybrid vehicle or an automobile having an idling stop function. It is.

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1 is a circuit diagram showing a configuration of an engine starter according to Embodiment 1 of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

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
７ＤＣ／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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 2 Generator 3 Battery 4 Capacitor bank 5 Starter motor 6 Changeover switch 7 DC / DC converter 8 Starter relay 9 Relay 10 Engine control part 11 Charge / discharge control part

Claims

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。 It has a battery charged by an in-vehicle generator and an electric double layer capacitor. The electric double layer capacitor is mainly charged by braking energy, and a battery is connected in series to the electric double layer capacitor to drive a starter motor. The engine starter configured as described above in which the amount of electricity stored in the electric double layer capacitor when the vehicle is at rest is 24 to 48% of the amount of electricity stored when the vehicle is in operation.

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。 The engine starter according to claim 1, wherein driving of the starter motor performed by connecting a battery in series with the electric double layer capacitor is for restarting the engine after idling stop.

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。 When the capacity of the battery drops below a specified value and the initial drive of the starter motor cannot be performed, the electric double layer capacitor is charged from the battery, and the starter motor is initially driven by this charged electric double layer capacitor. The engine starter according to claim 1 or 2.