JPH08158995A - 自動車用蓄電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 効率良くスタータモータの起動トルクを得る
ことが可能であるとともに、バッテリーの劣化を極力押
さえる自動車用蓄電装置を提供すること。 【構成】 バッテリー１１と、スタータモータ１２と、
スタータモータ１２の起動を制御する電磁スイッチ１４
と、バッテリー１１からの電力をスタータモータ１２に
放電するコンデンサ１５と、コンデンサ１５とバッテリ
ー１１の間に配設され、バッテリー１１からコンデンサ
１５への電流の流れのみを許容する第１電流制御手段１
６と、を備える自動車用蓄電装置１０であって、電磁ス
イッチ１４がオンになるとコンデンサ１５とスタータモ
ータ１２とを電気的に接続し、電磁スイッチ１４がオフ
になるとコンデンサ１５とスタータモータ１２とを切り
離すようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車用の蓄電装置に関
するものであり、特にエンジン始動時において蓄電装置
からの電流供給に伴い蓄電装置の劣化を防止するための
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の自動車用蓄電池は、スタータモー
タおよび電装品への電力供給を一つの蓄電池にて行って
いた。そのためにエンジン始動時におけるスタータモー
タの駆動時に蓄電池から大電流を流さなければならず、
これにより蓄電池の劣化に繋がっていた。

【０００３】そこで、このような蓄電池の劣化を防ぐた
めに、特開平６−６８９１０号公報に開示されている自
動車用蓄電装置がある。この自動車用蓄電装置を図４に
示す。上記公報に開示されている技術は、一般負荷とオ
ルタネータとに接続され、鉛合金性負極格子を有する負
荷用蓄電池と、点火装置とスタータとに接続され、銅合
金性負極格子を有する始動用蓄電池と、ダイオードとを
備え、負荷用蓄電池と始動用蓄電池とは、ダイオードの
正極側を始動用蓄電池の正極側とし、負荷用蓄電池の正
極側として接続されたダイオードを介して並列接続され
る。始動用蓄電池は常に充電状態に保たれるので格子は
劣化せずに高性能を維持するものである。

【０００４】

【本発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報に
開示されている技術では、パワー密度が低い蓄電池を用
いているために、エンジン始動用モータの起動トルクを
確保するためには蓄電池の重量が大きくなってしまう。

【０００５】そこで本発明は、スタータモータの起動ト
ルクを得ることが可能であるとともにバッテリーの劣化
を極力押さえ、且つ重量があまり大きくならない自動車
用蓄電装置を提供し、更にバッテリーの劣化時や低温時
においてもエンジンの始動を確保することを課題とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１の自動車用蓄電装置は、バッテリーと、スタ
ータモータと、該スタータモータと前記バッテリーとを
電気的に接続する接続回路と、該接続回路内で前記スタ
ータモータおよび前記バッテリーと並列に配設されるコ
ンデンサと、該コンデンサと前記スタータモータの間の
前記接続回路上に介挿され、両者間を電気的に接続・遮
断可能なスイッチ手段と、を備えるようにした。

【０００７】請求項１に加えて請求項２の発明は、前記
コンデンサの容量が１Ｆ以上であるようにした。

【０００８】請求項３の発明は、請求項１および請求項
２のいずれか一方に加えて、前記バッテリーの正極側と
前記コンデンサの間に介挿され、両者間を電気的に接続
・遮断可能な充電スイッチを備えるようにした。

【０００９】請求項４の発明は、請求項１から請求項３
のうちいずれか一つの自動車用蓄電装置において、前記
スイッチ手段および前記充電スイッチを介さずに前記バ
ッテリーの正極側と前記スタータモータの正極側との間
を接続する放電経路と、該放電経路上に配設され、前記
バッテリー側と前記スタータモータ側の間を電気的に接
続・遮断可能な放電スイッチと、を備えるようにした。

【００１０】請求項５の発明は、請求項１から請求項４
のうちいずれか一つの自動車用蓄電装置において、前記
バッテリーの電圧を昇圧する昇圧手段と、前記コンデン
サの正極側と前記バッテリーの正極側の間の前記接続回
路上に介挿され、前記バッテリーから前記コンデンサへ
の電流の流れのみを許容する第１ダイオードと、を備え
るようにした。

【００１１】請求項６は、請求項５の自動車用蓄電装置
において、前記スイッチ手段は、電磁コイルが励磁する
とバッテリーとスタータモータの間を接続する電磁スイ
ッチであり、前記電磁コイルはバッテリーの正極側とス
タータモータの正極側との間にスタータスイッチを介し
て介挿され、前記電磁コイルと前記スタータモータとの
間に前記スタータスイッチと前記電磁コイルから前記ス
タータモータへの電流の流れのみを許容する第２ダイオ
ードを直列に備えるようにした。

【００１２】請求項７は、請求項１から請求項６のうち
いずれか一つの自動車用蓄電装置において、前記バッテ
リーの正極側と前記コンデンサの正極側との間に形成さ
れる発熱体からなる電流制限抵抗を、前記コンデンサの
周りに巻きつけるようにした。

【００１３】

【作用】請求項１および請求項２の発明によると、常態
においてバッテリーの電力がコンデンサに蓄電され、ス
イッチ手段がオンになるとコンデンサおよびバッテリー
とスタータモータが電気的に接続されてスタータモータ
が駆動する。自動車用蓄電装置のスタータモータを始動
させるときには、自動車のエンジン内の静止摩擦を動摩
擦にするために大きなトルクが必要となり、大電流を要
する。ここで、コンデンサの内部抵抗はバッテリーの内
部抵抗より低いので、スタータモータへの突入電流をコ
ンデンサから供給し、コンデンサの蓄電量が少なくなる
と電流供給源はコンデンサからバッテリーに移るように
なっている。スタータモータが一旦始動するとエンジン
が駆動して、エンジン各部の動摩擦係数は静止摩擦係数
より小さいので、スタータモータに大電流を流さなくて
もスタータモータは駆動する。また、スタータモータの
始動後はエンジン回転数に応じた逆起電力が発生するこ
とから、スタータモータ自体が大電流を要求しなくな
る。即ち、コンデンサからスタータモータへの放電は、
スタータモータを起動させるために必要なエンジン各部
の静止摩擦に打ち勝つだけの始動トルクを確保する大電
流を流すために用いられる。そして、エンジンの始動後
はスタータモータを駆動させる必要はなくなるので、ス
イッチ手段はオフになる。コンデンサからスタータモー
タへ電力を供給してコンデンサの電力が少なくなると、
バッテリーから直接スタータモータへ電力を供給する。

【００１４】請求項３の発明によると、充電スイッチの
オン・オフをコンデンサの電圧に応じて切り換えること
で、コンデンサの蓄電量を最適な状態に保つようにする
ことが可能になる。

【００１５】例えば、漏れ電流が大きなコンデンサの場
合には、漏れ電流によってバッテリーの電圧が減少する
のを防ぐために車輌のエンジンが停止するとバッテリー
とコンデンサの間を遮断しておき、コンデンサの電圧が
所定値以下になったら、コンデンサの電圧がスタータモ
ータを始動させるために必要な電圧値になるまで充電ス
イッチがオンになるようにしておけばよい。また、漏れ
電流が小さなコンデンサでは、エンジンを停止してから
充電スイッチをオンし続けていてもバッテリー電圧が減
少する恐れがないので、充電スイッチはオンのままでも
よいが、バッテリーの漏電量よりコンデンサの漏電量が
少しでも大きければエンジンの停止時には充電スイッチ
をオフにしておいたほうがよい。

【００１６】請求項４の発明によると、スイッチ手段が
オンしてコンデンサとスタータモータが電気的に接続さ
れるとともに放電経路の放電スイッチもオンされること
で、コンデンサがスタータモータを起動させると同時に
バッテリーから放電経路を介してスタータモータに電流
が流れる。また、コンデンサの内部抵抗はバッテリーの
内部抵抗より低いので、スタータモータへの突入電流を
コンデンサから供給し、コンデンサの蓄電量が少なくな
ると電流供給源はコンデンサからバッテリーに移る。

【００１７】請求項５の発明によると、昇圧手段を用い
ることによりバッテリー電圧以上の電圧をコンデンサに
蓄電することができ、コンデンサのエネルギー利用効率
が向上する。また、第１ダイオードによりコンデンサの
電圧が上昇してもコンデンサからバッテリーに向かって
電流が流れることはない。

【００１８】請求項６の発明は、請求項５においてスイ
ッチ手段として電磁スイッチを用いてバッテリー電圧を
昇圧すると、コンデンサ電圧を昇圧したことでコンデン
サからバッテリーへ電流が流れるのを第２ダイオードに
て防いでいる。

【００１９】請求項７の発明によると、コンデンサ充電
時の電流制限時に発生する熱をコンデンサのヒータ熱に
利用することにより、低温時における放電特性を向上す
ることができる。ここで、バッテリーで同様のことを行
うと、熱容量が大きすぎるので、放電特性が向上すると
いう効果はあまり得られない。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明の第１実施例を示す構成図である。

【００２１】第１実施例の自動車用蓄電装置１０は、バ
ッテリー１１と、バッテリー１１とスタータモータ１２
の間に配設され、オン・オフによりスタータモータ１２
の起動を制御するスイッチ手段としての電磁スイッチ１
４と、バッテリー１１とスタータモータ１２との間で、
バッテリー１１と並列に配設され、バッテリー１１から
の電力を蓄放電可能なコンデンサ１５と、コンデンサ１
５とバッテリー１１の間に配設され、バッテリー１１か
らコンデンサ１５への電流の流れのみを許容する第１ダ
イオード１６と、バッテリー１１とコンデンサ１５の間
を電気的に連通、遮断する充電スイッチ１７と、を備え
ている。充電スイッチ１７は車輌のアクセサリスイッチ
（図示せず）に連動する電磁スイッチ３１のオン・オフ
により制御されるリレースイッチである。

【００２２】第１実施例で用いるコンデンサ１５の容量
は１Ｆである。また、スイッチ手段は、一般的に自動車
に使用される電磁スイッチ１４およびスタータスイッチ
１３とから構成され、電磁スイッチ１４は、スタータス
イッチ１３がオンになるとコンデンサ１５とスタータモ
ータ１２とを電気的に接続し、スタータスイッチ１３が
オフになるとコンデンサ１５とスタータモータ１２とを
切り離すようになっている。

【００２３】ここで、スタータモータ１２の起動時には
約３００Ａの突入電流が流れるので、コンデンサ１５と
スタータモータ１２の間には３００Ａの電流に耐え得る
大電流用のケーブルを用いている。また、第１ダイオー
ド１６と充電スイッチ１７を介してバッテリー１１とコ
ンデンサ１５を結ぶ電気回路間にはスタータモータ１２
が起動し始めてから約３０Ａの電流が流れるので、この
電流に耐え得るケーブルを用いている。

【００２４】本実施例の充電スイッチ１７は、スタータ
モータ１２を起動させた後はコンデンサ１５の電圧が所
定の値まで再び蓄電されるまでバッテリー１１とコンデ
ンサ１５を接続して、所定の値になると充電スイッチ１
７がオフになるように制御される。これによって、コン
デンサ１５の漏電がある場合にバッテリーの放電を防ぐ
ために設けられている。ここで、本実施例の充電スイッ
チ１７は、イグニッションスイッチのアクセサリの位置
と連動した電磁スイッチを用いている。長時間のエンジ
ンの停止によってバッテリー１１からの電力がコンデン
サ１５に長時間供給されないときにおいて、コンデンサ
１５からの漏電量が大きい場合には次回のエンジン始動
時にコンデンサ１５から十分な電流を供給できないこと
がある。

【００２５】上記の制御の他にも、充電スイッチ１７の
オン・オフの制御のタイミングには様々なパターンが考
えられる。例えば、漏れ電流の少ないコンデンサを用い
た場合には、エンジンの停止時は常に充電スイッチはオ
フになっているようにしておいてもよい。

【００２６】ここで、本実施例に用いられるバッテリー
１１は鉛蓄電池であり、スタータモータ１２はバッテリ
ー１１の電力によって回される電気モータで、トルクの
大きな直流直巻タイプのモータを使用している。モータ
シャフトの先端にはピニオンギアが取り付けられてお
り、これがフライホイール（図示せず）の外周のリング
ギアに噛み合ってフライホイールを回転させるようにな
っている。

【００２７】次に、作動について説明する。まず、イグ
ニッションスイッチ内部に形成されたスタータスイッチ
１３をオンにすることにより電磁スイッチ１４がオンに
なってコンデンサ１５とスタータモータ１２が電気的に
接続し、コンデンサ１５からスタータモータ１２へ電流
を流して起動させる。コンデンサ１５は前回の車輌の走
行中に充電されているので、エンジンの駆動中にはコン
デンサ１５が充電されるようになっている。

【００２８】ここで、スタータモータ１２を駆動させと
きには、静止しているフライホイールを回転させるので
大きな駆動トルクを要する。しかし、一旦フライホイー
ルを回転させるとフライホイールに慣性モーメントが働
くので、フライホイールの回転を持続するのには大きな
駆動トルクは必要ではなくなる。即ち、フライホイール
を静止状態から回転させるためにはスタータモータ１２
に大きな駆動トルクを与える必要がある。従ってスター
タモータ１２に大電流を供給しなければならない。

【００２９】スタータモータ１２を駆動させるのはエン
ジンを始動させるときの起動力を与えるときだけであ
る。スタータモータ１２が駆動するとフライホイールが
回転し、これによってクランクシャフトが回転してピス
トンが動きだすとともに燃料バルブが開閉する。このと
き点火プラグが最適な点火時期に点火して、その後は燃
料の爆発力によってエンジンが駆動する。そのため、点
火プラグの点火後にはスタータモータ１２の駆動力によ
ってフライホイールを回転させる必要はない。そこで、
スタータスイッチ１３が直ちにオフになるようにリター
ンスプリングが備えられており、それに伴ってピニオン
ギアとフライホイールの外周のリングギアの噛み合いが
解除されてスタータモータ１２に電力が供給されずに駆
動が停止するようになっている。また、充電スイッチ１
７はアクセサリスイッチと連動しているので、車輌の走
行中にコンデンサ１５は充電され、車輌が停車したとき
等のアクセサリスイッチがオフになっているときにのみ
コンデンサ１５の充電を停止している。

【００３０】本実施例では、昇圧手段であるＤＣ−ＤＣ
コンバータ１８を第１ダイオード１６と並列に配設し
て、コンデンサ１５に蓄電される電圧をバッテリー１１
の電圧以上にすることにより、例えばバッテリー１１の
電圧が１２Ｖ、コンデンサ１５の電圧２４Ｖのときに
は、コンデンサ１５のエネルギー利用率を９０％付近ま
で上げることができる。エンジン始動直後はコンデンサ
１５からスタータモータ１２へ突入電流を流し、バッテ
リー１１はスタータモータ１２に突入電流が流れてコン
デンサ１５の蓄電量が少なくなると、バッテリー１１か
らスタータモータ１２へ突入電流が流れた後の定常電流
が流れるだけなのでバッテリー１１には負担がかからな
い。

【００３１】また、このときコンデンサ１５からバッテ
リー１１へ電流が流れないようにスタータスイッチ１３
とスタータモータ１２との間にスタータスイッチ１３か
らスタータモータ１２への電流の流れのみを許容する第
２ダイオード１９を配設しているが、コンデンサ１５を
昇圧しない場合には第２ダイオード１９を用いる必要は
ない。。

【００３２】次に本発明の第２実施例について説明す
る。

【００３３】図２は本発明の第２実施例の自動車用蓄電
装置２０を示す構成図である。バッテリー２１と、バッ
テリー２１とスタータモータ２２の間に配設され、スタ
ータモータ２２の起動を制御可能なスタータスイッチ２
３およびスイッチ手段である電磁スイッチ２４と、バッ
テリー２１とスタータモータ２２との間で、バッテリー
２１と並列に配設され、バッテリー２１からの電力を蓄
放電可能なコンデンサ２５と、コンデンサ２５とバッテ
リー２１の間に配設され、バッテリー２１とコンデンサ
２５の間に配設される充電スイッチ２７と、を備えてい
る。電磁スイッチ２４は２接点同時作動であり、スター
タスイッチ２３がオンになるとコンデンサ２５とスター
タモータ２２とを電気的に接続するとともに放電スイッ
チ２９がオンになって放電スイッチ２９もオンになり、
バッテリー２１とスタータモータ２２の間の放電経路２
８が接続される。第２実施例のコンデンサ２５の容量は
１Ｆである。また、抵抗３２はコンデンサ２５の蓄放電
の際に大電流がコンデンサ２５に流れるのを防ぐための
電流制限のために設けられている。

【００３４】第２実施例の作動について、第１実施例と
構成の同じ部分は同様の作動となるので省略して、第１
実施例と異なる部分の構成に関しての作動についてのみ
説明する。

【００３５】スタータスイッチ２３がオンになると電磁
スイッチ２４はコンデンサ２５とスタータモータ２２と
を電気的に接続するとともに放電スイッチ２９がオンに
なり、コンデンサ２５からスタータモータ２２へ電流を
供給して、スタータモータ２２を起動させる。スタータ
モータ２２の起動後、コンデンサ２５の放電が進むにつ
れて徐々にバッテリー２１からスタータモータ２２へ電
流を供給する。

【００３６】第２実施例では、図３に示すように、コン
デンサ２５の充電用のケーブル３０をコンデンサ２５の
周りに巻きつけておいて、コンデンサ２５の充電時の電
流制限時に発生する熱をコンデンサ２５のヒータ熱に利
用することによって、低温時におけるコンデンサ２５の
放電特性を向上している。

【００３７】また、第２実施例によると、バッテリー２
１からコンデンサ２５を充電するときには電流制限抵抗
を用いて少しずつコンデンサ２５を充電することがで
き、充電スイッチ２７には３０Ａ以上の電流は流れない
ので、定格電流値が３０Ａより小さい安価な充電スイッ
チ，ダイオードを用いることができる。

【００３８】

【効果】請求項１および請求項２の自動車用蓄電装置
は、スタータモータの起動トルクを得るために必要な電
流をコンデンサから供給しているので、従来の蓄電装置
に較べて劣化を防ぎ、且つ、コンデンサは蓄電池に較べ
てパワー密度が高いので、始動用蓄電池と負荷用蓄電池
の２つの蓄電池を備えたものに較べて重量を大幅に軽減
することが可能になる。また、本発明の自動車用蓄電装
置はコンデンサに蓄えられた電力を全てスタータモータ
の始動のために使用しているので、車輌のエンジン始動
時においてバッテリーに負担がかからないためバッテリ
ーの寿命を長くすることができ、バッテリーが劣化して
いるときや低温時においても、スタータモータの安定し
た始動が可能になる。

【００３９】上記効果に加えて請求項３では、バッテリ
ーとコンデンサの間に充電スイッチを設けることによっ
て両者間を電気的に接続・遮断可能にしておけば、車輌
の駐車時等には充電スイッチをオフにしておくことによ
り、コンデンサからの漏れ電流の心配がなくなる。

【００４０】上記効果に加えて請求項４の発明では、放
電経路を設けて、スタータモータの起動後のスタータモ
ータの駆動のための電流経路とすることにより、バッテ
リーから直接スタータモータへ電力を供給することがで
きるので、余分な電力を消費することがない。

【００４１】上記効果に加えて請求項５の発明では、昇
圧手段を用いてバッテリー電圧を昇圧することによりコ
ンデンサに蓄えられる電圧を大きくして、コンデンサの
利用効率を向上させることができる。

【００４２】また、請求項６の発明では、スイッチ手段
として電磁スイッチを用いた場合において、第２ダイオ
ードにより電磁コイルからスタータモータへの電流の流
れのみを許容することで、バッテリー電圧を昇圧しても
確実にスタータモータへ電流が流れるようにしている。

【００４３】上記効果に加えて請求項７の発明では、コ
ンデンサ充電時の電流制限時に発生する熱をコンデンサ
を暖めるヒータ熱として利用することにより、低温時に
おける放電特性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の自動車用蓄電装置を示す
図である。

【図２】本発明の電流制限抵抗およびコンデンサを示す
図である。

【図３】本発明の第２実施例の自動車用蓄電装置を示す
図である。

【図４】従来の自動車用蓄電装置を示す図である。

【符号の説明】

１０、２０・・・自動車用蓄電装置 １１、２１・・・バッテリー １２、２２・・・スタータモータ １３、２３・・・スタータスイッチ １４、２４・・・電磁スイッチ（スイッチ手段） １５、２５・・・コンデンサ １６・・・第１ダイオード １７、２７・・・充電スイッチ １８・・・ＤＣ−ＤＣコンバータ（昇圧手段） １９・・・第２ダイオード ２８・・・放電経路 ２９・・・放電スイッチ ３０・・・コンデンサ充電用ケーブル ３１・・・電磁スイッチ ３２・・・抵抗

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バッテリーと、 スタータモータと、 該スタータモータと前記バッテリーとを電気的に接続す
   る接続回路と、 該接続回路内で前記スタータモータおよび前記バッテリ
   ーと並列に配設されるコンデンサと、 該コンデンサと前記スタータモータの間の前記接続回路
   上に介挿され、両者間を電気的に接続・遮断可能なスイ
   ッチ手段と、 を備える自動車用蓄電装置。
2. 【請求項２】 請求項１の自動車用蓄電装置において、 前記コンデンサの容量は１Ｆ以上であることを特徴とす
   る自動車用蓄電装置。
3. 【請求項３】 請求項１及び請求項２のうちいずれか一
   方の自動車用蓄電装置において、 前記バッテリーの正極側と前記コンデンサの間に介挿さ
   れ、両者間を電気的に接続・遮断可能な充電スイッチを
   備えることを特徴とする自動車用蓄電装置。
4. 【請求項４】 請求項１から請求項３のうちいずれか一
   つの自動車用蓄電装置において、 前記スイッチ手段および前記充電スイッチを介さずに前
   記バッテリーの正極側と前記スタータモータの正極側と
   の間を接続する放電経路と、 該放電経路上に配設され、前記バッテリー側と前記スタ
   ータモータ側の間を電気的に接続・遮断可能な放電スイ
   ッチと、 を備えることを特徴とする自動車用蓄電装置。
5. 【請求項５】 請求項１から請求項４のうちいずれか一
   つの自動車用蓄電装置において、 前記バッテリーの電圧を昇圧する昇圧手段と、 前記コンデンサの正極側と前記バッテリーの正極側の間
   の前記接続回路上に介挿され、前記バッテリーから前記
   コンデンサへの電流の流れのみを許容する第１ダイオー
   ドと、 を備えることを特徴とする自動車用蓄電装置。
6. 【請求項６】 請求項５の自動車用蓄電装置において、 前記スイッチ手段は、電磁コイルが励磁するとバッテリ
   ーとスタータモータの間を接続する電磁スイッチであ
   り、前記電磁コイルはバッテリーの正極側とスタータモ
   ータの正極側との間にスタータスイッチを介して介挿さ
   れ、前記電磁コイルと前記スタータモータとの間に前記
   スタータスイッチと前記電磁コイルから前記スタータモ
   ータへの電流の流れのみを許容する第２ダイオードを直
   列に備えることを特徴とする自動車用蓄電装置。
7. 【請求項７】 請求項１から請求項６のうちいずれか一
   つの自動車用蓄電装置において、 前記バッテリーの正極側と前記コンデンサの正極側との
   間に形成される発熱体からなる電流制限抵抗を、前記コ
   ンデンサの周りに巻きつけることを特徴とする自動車用
   蓄電装置。