JP6040169B2 - 自動車両用のジャンプスタート装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車両用のジャンプスタート装置に関する。そこではこの自動車両（広義の自動車、原動機付き車両；以下、自動車という）が、エンジン制御装置とエンジン用のスターターを利用できるようになっており、少なくとも一つの電気的な切離し素子を介して互いにカップリングされている、それぞれが再充電式の電気エネルギ貯蔵器を少なくとも一つずつ有している、少なくとも二つの部分車載電源網がこの自動車に備えられている。

自動車のバッテリ電源網には通常、スターターが備えられたエンジンを始動し、電装品の機能をカバーするためには電気出力が不足する場合には、発電機により電装品に電力を供給するために、スターター用バッテリが備えられている。このスターター用バッテリの充電は、エンジンをただ単に始動するだけで行われるようになっているおり、このためこのスターター用バッテリは、車両開発現場においては、ベースバッテリ、または、スターティング（始動）、ライティング（照明）、およびイグニッション（点火）用のＳＬＩバッテリと呼ばれている。バッテリが失陥したり、これに不具合を来したりした場合は、車両のジャンプスタートおよび／またはバッテリの再充電を行うことができるようになっている。このジャンプスタートのためにも、また再充電のためにも、何らかの充電装置または別の車両（救援車）のベースバッテリ等の外部電流電圧源が、救援を受ける車両のバッテリにガルバニック接続されるようになっている。この電気接続は、ブースターケーブルをつなぐことにより行われる。ブースターケーブルセットは、規格バッテリ電極のサイズに合わせて設計されたクランプまたはワニグチクリップが両端に取り付けられている、二本一組の電線から成っている（例えば欧州規格ＥＮ５０３４２−２「スターター用鉛バッテリ。バッテリのサイズおよび端子のマーキング方法」およびドイツ工業規格ＤＩＮ７２５５３「エンジンを搭載した道路走行車両用の始動支援ケーブル；寸法、要求事項、試験方法」を参照）。ケーブルセットのプラス用電線は、プラスの電位同士を接続する、即ち例えば故障車と救援車のバッテリのプラスの電極同士を接続する、または故障車のバッテリのプラスの電極を充電装置のプラスの出力に接続する。マイナス用電線は、共通のアースを形成する。ジャンプスタートの際には（キロアンペア台に近い）高電流が流れるために、ケーブルセットの電線は相応に大きな導体断面積を有していなければならない。多くの車両モデルにおいて、例えばトランクルーム内に組み付けられている場合は、バッテリ電極に自由にアクセスするのは不可能となっている。この場合は、バッテリのプラスの電極ではなく、バッテリのプラス用電線、即ちパッテリのプラスの電極に直接取り廻されている電線にガルバニック接続されたターミナルとの接触が行われることになる。このターミナルは、ジャンプスタート支援ポイントと呼ばれるものであり、車両内および／または車両の附属説明書において再充電およびジャンプスタートという特定の目的用として指定されている、外部から簡単にアクセスできる端子である。通例これはエンジンルームの領域にあり、エンジンフードを開いた後、電極クリップを接続するために自由にアクセスできるようになっている。スターター用バッテリが備えられた車両用の、誤接続防止機構が備えられたジャンプスタート回路の一例が、特許文献１に説明されている。

１２ボルト・バッテリ電源網の電圧特性が備えられた当世の自動車は、エンジン・オート・ストップ／スタート機能を利用できるようになっている、即ちエンジンは、適切な走行状況においては走行運転の間に停止され、短時間後に改めて再始動されるようになっている。その例としては、赤信号や踏切での待機を挙げることができる。エンジンの回転が阻止されることにより、燃料の節減がもたらされる。ストップ／スタート機能が備えられない車両と比べると、エンジンの始動回数が増大する上に、走行運転においてエンジンが停止されている時間中は、電装品への給電をバッテリから行うことが不可欠となる関係で、車両のバッテリには著しい負荷がかかることになる。このため、スタート／ストップ機能が備えられた車両や、他にも公共車両や公用車等のように基本電流負荷が高い車両には、第２のバッテリ電源網が備えられることが多いが、これは、多くは追加始動用バッテリと呼ばれる専用のバッテリを利用できるようになっている。この追加始動用バッテリを有する部分車載電源網は、ベースバッテリとも呼ばれるメインバッテリを有する部分車載電源網から、バッテリ・カットオフリレーおよび／またはＤＣ−ＤＣコンバータにより切り離されている。機能およびコストに関して最適化された変形例では、バッテリ・カットオフリレーを用いずに、フォワード型ＤＣ−ＤＣコンバータが利用される。このＤＣ−ＤＣコンバータは、メインバッテリを有する部分車載電源網から電気の供給を受け、入力側のベースバッテリ電源網から出力側の追加始動用バッテリ電源網に電力を伝達する。多くの場合入力側のメインバッテリを有する車載電源網にはエンジン制御装置が配置され、出力側の追加始動用バッテリを有する車載電源網にはスターターが配置されている。特許文献２には、ＤＣ−ＤＣコンバータを介してカップリングされる二つの車載電源網用バッテリが備えられた車両を対象として、第３のバッテリを有するジャンプスタートデバイスが説明されている。

ＵＳ ６，２１１，５７７ Ｂ１

本発明の課題は、少なくとも二つの部分車載電源網を搭載した車両用の改良型ジャンプスタート装置を提示することにある。

この課題は、請求項１に記載のジャンプスタート装置により解決される。本発明の有利な実施形態および展開構成例は、それぞれの従属請求項により明らかにされる。
本発明によると、少なくとも二つの部分車載電源網は、一つのジャンプスタート支援ポイントを利用できるようになっている。それぞれのジャンプスタート支援ポイントは、互いにガルバニック分離されている。

本発明の長所は、それぞれのバッテリ電源網のエネルギ貯蔵器が、互いから独立して、外部から電気的にアクセス可能である点にある。全てのエネルギ貯蔵器について、外部からの電流および電圧の供給は、いずれも直接行われるようになっている、即ち、電気的な切離し素子のところでは電力が一切低下しないようになっている。

本発明の実施形態の一例においては、この電気的な切離し素子が、ＤＣ−ＤＣコンバータとして、および／またはリレーとして、もしくはスイッチとして実施されている。
本明細書においてＤＣ−ＤＣコンバータを主題としている場合も、その普遍性は、それにより制約されるものではない。

本発明の別の実施形態によると、再充電式の電気エネルギ貯蔵器に充電するために、それぞれのジャンプスタート支援ポイントが、外部電源と、ケーブルで結ばれた接続部を介して接触できるようになっている。

この実施形態には、全てのエネルギ貯蔵器を、例えば駐車期間が長期にわたった後の深放電状態にある場合に、素早く充電することができるという長所がある。所定の充電電圧において、電気エネルギ貯蔵器が受け取る電力には、このエネルギ貯蔵器の受電能力または外部電源の給電能力による制限を受ける。ＤＣ−ＤＣコンバータにこの制限効果はない。

ケーブルで結ばれた接続部が、エネルギ貯蔵器のうち少なくとも二つに同じ電位で充電するために、少なくとも二つの並列分岐を有している。
この実施形態においては、一つの外部電圧源を使用して少なくとも二つのエネルギ貯蔵器に充電可能である点で、非常に有利である。

本発明のさらにもう一つの変形例によると、エンジンのジャンプスタートを実行するために、部分車載電源網のうち少なくとも二つが、それぞれのジャンプスタート支援ポイントを介して外部電源に電気的に接続されている。

この変形例により、エネルギ貯蔵器が深放電状態にあり、ＤＣ−ＤＣコンバータに対して入力側に位置する車載電源網にあるエンジン制御装置への給電が行われ、さらにＤＣ−ＤＣコンバータに対して出力側に位置する第２の部分電源網にある車両のスターターへの給電が行われる場合は、外部電圧源を使用した自動車のジャンプスタート能力が保証されることになる。

本発明は、次に説明する考察方式に依拠したものである：
・緊急時およびディーラまたは工場でサービスを受ける際に、ジャンプスタートコンセプトの枠内で外部電圧源または外部バッテリを使用して始動および充電を行うためには、自動車に電気的にアクセスできることが要求される。
・将来のハイブリッドカーおよびプラグイン・ハイブリッドカー、およびエンジン・オート・スタート／ストップ・システム搭載車は、１２Ｖの電圧特性を持つ複数のバッテリを利用できるようになっているが、そこでは、ベースバッテリ電源網への給電とスターターへの給電とが、別の車載電源網にある別のバッテリにより行われることなる。これらの車載電源網はガルバニック分離されており、両者の電気的なカップリングは、多くのケースにおいてはフォワード型のＤＣ−ＤＣコンバータを使用して、稀有なケースにおいては双方向コンバータを使用して行われる。場合によってはさらにもう一つの直流チョッパを使用して、高ボルト車載電源網への結合が行われる。ジャンプスタートの場合は、ベースバッテリの障害も、またスターター用バッテリの障害も取り除かれるように、外部からのアクセスが行われなければならない。
・現在では車両がジャンプスタート支援ポイントを一つだけ利用できるようになっている。１２ボルトの電圧特性を持つ複数の車載電源網、例えばベースバッテリ電源網および追加始動用バッテリ電源網への、電力の外部からの供給は、中央ジャンプスタート支援ポイントが一つだけしか備えられないこのコンセプトを使用した場合は、不十分なものとならざるを得ない。
・第２のジャンプスタート支援ポイントの導入は、適切な対策例であるていえる。即ち、それぞれの部分車載電源網のバッテリはいずれも、ジャンプスタート支援ポイントを一つずつ利用できるようになっている。部分車載電源網が例えば二つある場合は、一つの電圧源または一つの外部バッテリを使用した外部からのこれらの部分車載電源網への給電が、一つのＹ形スターターケーブルを用いて行われるようになっている。このＹ形の形状については、ジャンプスタートケーブルのプラス用電線が、外部電源またはバッテリから出た後、分岐してそれぞれのジャンプスタート支援ポイント用の電気端子へと取り廻される、と言い換えることができる。ジャンプスタートの際には、一本のジャンプスタート・プラス用電線だけを使用して、即ち外部電圧源または外部バッテリを一つだけ使用して、給電を受ける車両の両方のバッテリ電源網に同時に給電することができる。
・接地型の部分車載電源網では、それぞれの部分車載電源網の接地点の接続は不要であるが、慣用の一本のストランドから成るジャンプスタート・アースケーブルを使用して、中央車両接地点への接続が行われるようにするとよい。
・浮動型の部分車載電源網では、ジャンプスタート・プラス用電線と同様に、Ｙ形のジャンプスタート・アースケーブルが使用される。
・これらの対策は、幾つかの長所を随伴する。切り離されている始動用バッテリ電源網を使用した車両のジャンプスタート能力が確保される。生産工場内での組付け時や、例えば修理のケースでディーラのサービスを受けるとき、または最終ユーザによる再充電の際には、全ての部分車載電源網へのエネルギ供給が保証される。これは、バッテリ上がりでいつまでも動かせない状態の回避や保証費用の回避に、大いに寄与するものである。

以下では、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施例を説明する。本発明のその他の細部、好ましい実施形態、および展開構成例は、以下の説明から明らかにされる。展開構成例についても、選択された幾つかの例について、解説を加えることとする。

二つの部分車載電源網が搭載される自動車用のジャンプスタートデバイスを示す概略図である。 三つの部分車載電源網が搭載される自動車用のジャンプスタートデバイスを示す概略図である。

図１には、第１の部分車載電源網である、１４ボルトの電圧特性を持つベースバッテリ電源網１を有している、自動車のバッテリ電源網のトポロジーが概略図で示されている。このベースバッテリ電源網は、エンジンにより駆動される発電機４を有しているが、この発電機４は、電装品６および特にエンジン制御装置７等の制御装置に電力を供給すると同時に、走行運転中には第１の電気エネルギ貯蔵５を充電するようになっている。この第１の電気エネルギ貯蔵器は、ベースバッテリと呼ばれる。自動車は、第２の部分車載電源網である、追加始動用バッテリと呼ばれる第２の電気エネルギ貯蔵器９を有する追加始動用バッテリ電源網２を有している。この追加始動用バッテリは、エンジンを始動するために、車両のスターター８に電力を供給する。追加始動用バッテリは、ベースバッテリ電源網により充電される。そのために、出力クラスが約１５０ワットであるＤＣ−ＤＣコンバータ３が利用されるが、これはベースバッテリ電源網からの給電を受けるようになっている。従って充電電圧が約１４ボルトである場合は、追加始動用バッテリは約１０アンペアで終電されることになる。ベースバッテリおよび追加始動用バッテリは、鉛／酸技術を応用した鉛バッテリとして実施されたものであるとよい。

図２には、さらにもう一つの第３の部分車載電源網１７が搭載される、図１に示される自動車の１４ボルト・バッテリ電源網が示されている。そこでは図１と同じ符号が適用される。第３の車載電源網は、ハイブリッドカーまたはプラグイン・ハイブリッドカー等の自動車の高ボルト車載電源網である。この高ボルト車載電源網は、例えばリチウムイオン技術を応用した高ボルト蓄電器２０、電気駆動機械１９、および高ボルト電装品２１を有している。この高ボルト車載電源網は、高ボルトＤＣチョッパ１８を介してベースバッテリ電源網に電気的にカップリングされている。

図１および図２において、ベースバッテリは、そのプラスの極性のところに第１のジャンプスタート支援ポイント１０を有しており、また追加始動用バッテリは、そのプラスの極性のところに第２のジャンプスタート支援ポイント１１を有しているが、これらのジャンプスタート支援ポイントは互いにガルバニック分離されている。例えば車両の生産工程の間、車両のサービスショップ入庫の間、または車両が長期間駐車していた後に、両バッテリのうちの一方または両方を再充電する必要がある場合は、電力の供給元として外部電源１２が利用される。この外部電源は、例えば何らかの充電装置または第３のバッテリであるとよい。この充電装置のプラス電位の出力に、またはこの第３のバッテリのプラス電極に、プラス用電線と呼ばれる充電ケーブル１４を使用して、ジャンプスタート支援ポイントが電気的に接触されるようになっている。この充電ケーブルは並列分岐を有しており、それにより、第１のジャンプスタート支援ポイントが第１のクランプ１５または第１のワニグチクリップに、第２のジャンプスタート支援ポイントが第２のクランプ１６または第２のワニグチクリップに接触できるようにしている。充電装置のマイナス電位の出力、または第３のバッテリのマイナス電極は、接地電線１３を使用して車体アースに接続されるが、そこには、ベースバッテリも、また追加始動用バッテリも接地されている。このジャンプスタートデバイスにより、一つの充電装置によりベースバッテリと追加始動用バッテリとを同時に充電することができる。選択により、第１のクランプだけ、または第２のクランプだけがつなげられるようにしてもよい。第１のクランプが第１のジャンプスタート支援ポイントに接続されている場合は、ベースバッテリの充電が行われて、フォワード型のＤＣ−ＤＣコンバータに動作電圧が供給される。従ってこのＤＣ−ＤＣコンバータを介して、追加始動用バッテリも充電されることになるが、その際には電力の流れがこのＤＣ−ＤＣコンバータにより制限されるようになっている。追加始動用バッテリが、エンジン始動のために必要とされる充電状態を有することによって、エンジン始動に必要な最大で１キロアンペアまでの高い始動電流を放出可能であるという条件下で、車両の始動を行うことができる。追加始動用バッテリが深放電状態にある場合は、ＤＣ−ＤＣコンバータを介して追加始動用バッテリを長時間にわたり充電した後に初めて、エンジン始動を行うことができる。

第２のクランプだけが第２のジャンプスタート支援ポイントに接続されている場合は、追加始動用バッテリの充電が行われる。ベースバッテリが十分な充電状態をゆうすることによって、エンジン制御装置にその動作電圧を供給可能であり、かつ、充電されなければならない追加始動用バッテリまたは外部電源のいずれかが、エンジン始動に必要な始動電流を放出可能であるという条件下で、車両のエンジン始動を行うことができる。ベースバッテリが深放電状態にある場合は、第２のクランプを接続しただけでは、長時間にわたり充電を行っても、車両を始動するのは不可能である。第１および第２のクランプがそれぞれのジャンプスタート支援ポイントに接続されている場合は、外部電源がエンジン始動に必要な始動電流を放出可能であるという条件下で、エンジンの即時始動をジャンプスタートとして実行することができる。その代替例においては、第１および第２のクランプが、二本の別々のプラス用電線にそれぞれ取り付けられているが、それにより二つの外部電源がジャンプスタートのために利用されることになる。その場合は、両方の電源が車両に取り廻される接地電線を一本ずつ有することになる。

１ ベースバッテリ電源網
２ 追加始動用バッテリ電源網
３ ＤＣ−ＤＣコンバータ
４ 発電機
５ ベースバッテリ
６ 電装品
７ エンジン制御装置
８ スターター
９ 追加始動用バッテリ
１０ 第１ジャンプスタート支援ポイント
１１ 第２ジャンプスタート支援ポイント
１２ 外部電源
１３ 接地電線
１４ プラス用電線
１５ 第１クランプ
１６ 第２クランプ
１７ 高ボルト車載電源網
１８ 高ボルトＤＣ−ＤＣコンバータ
１９ 電気機械
２０ 高ボルト蓄電器
２１ 高ボルト電装品

Claims (5)

1. 自動車用のジャンプスタート装置であって、
   前記自動車が、エンジン制御装置（７）およびエンジン用のスターター（８）を利用できるようになっており、
   少なくとも一つの電気的な切離し素子（３）を介して互いにカップリングされている、少なくとも二つの部分車載電源網（１，２）が前記自動車に備えられ、それぞれの部分車載電源網（１，２）が再充電式の電気エネルギ貯蔵器（５，９）を少なくとも一つずつ有している、ジャンプスタート装置において、
   ‐それぞれの前記部分車載電源網（１，２）の前記エネルギ貯蔵器（５，９）が、互いから独立して、外部から電気的にアクセス可能であるように、前記部分車載電源網（１，２）のうち少なくとも二つに、それぞれ一つのジャンプスタート支援ポイント（１０，１１）が接続されていること、及び、
   ‐ 前記各ジャンプスタート支援ポイント（１０，１１）が互いにガルバニック分離されていること、
   を特徴とする、ジャンプスタート装置。
2. 前記電気的な切離し素子（３）が、ＤＣ−ＤＣコンバータとして、および／またはリレーとして、もしくはスイッチとして実施されることを特徴とする、請求項１に記載のジャンプスタート装置。
3. ‐ 前記再充電式の電気エネルギ貯蔵器（５，９）に充電するために、前記各ジャンプスタート支援ポイント（１０，１１）が、外部電源（１２）と、ケーブルで結ばれた接続部を介して電気的に接触可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載のジャンプスタート装置。
4. ‐ 前記エネルギ貯蔵器（５，９）のうち少なくとも二つに同じ電位で充電するために、前記ケーブルで結ばれた接続部が、少なくとも二つの並列分岐を有することを特徴とする、請求項３に記載のジャンプスタート装置。
5. ‐ 前記エンジンのジャンプスタートを実行するために、前記部分車載電源網（１，２）のうち少なくとも二つが、前記各ジャンプスタート支援ポイント（１０，１１）を介して、一つの外部電源（１２）に電気的に接続されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のジャンプスタート装置。
   

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