JP2002266730A - エンジン起動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２次電池の負荷を軽減しつつ、エンジンの始
動性を向上させる。 【解決手段】 ＯＲ１、ＩＮＶ１〜ＩＮＶ３、ＢＦ１，
ＢＦ２、Ｔ１，Ｔ２、ＦＦ１，ＦＦ２、Ｍ１，Ｍ２、Ｒ
２〜Ｒ４、ＲＬ１〜ＲＬ４は、制御回路を構成してい
る。制御回路は、ハイパーコンデンサＣ１の電圧が１
１．５Ｖ以上の場合、リレーＲＬ４をオフにして２次電
池３とコンデンサＣ１とをインダクタＬ１を介して接続
する。制御回路は、コンデンサＣ１の電圧が６Ｖ以上１
１．５Ｖ未満の場合、セルモータ１の起動から所定時間
経過後にリレーＲＬ４をオンにしてインダクタＬ１を短
絡させる。制御回路はコンデンサＣ１の電圧が６Ｖ未満
の場合、リレーＲＬ４をオンにしてインダクタＬ１を短
絡させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両や船舶等のエ
ンジンを始動するエンジン起動装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来のエンジン起動装置の構成を
示す回路図である。エンジン（不図示）を始動させるた
めには、エンジンのクランク軸をある一定回転数以上で
回転させる必要があり、このようなエンジン始動の役割
を担うのがセルモータ（始動電動機）１である。このセ
ルモータ１の駆動用電流は、始動スイッチ６をオンにし
たとき、２次電池３から供給される。エンジンの始動後
は始動スイッチ６がオフ状態となり、照明装置などの車
体負荷５へは主として発電機４から電流が供給される。

【０００３】ところで、セルモータ１の始動時のピーク
電流は少なくとも数百Ａに達する大きなものであり、２
次電池３の充放電負荷も重くなる。鉛蓄電池等の２次電
池３は、大きい電流で充放電が繰り返されると、寿命劣
化が早くなるため、エンジンの停止／再始動を短時間で
繰り返す配送用車両などの車両では、２次電池３のメン
テナンスや交換を頻繁に行う必要がある。さらに、前述
のように、エンジンの始動時には２次電池３から大電流
が流れるため、２次電池３の電圧が低下し、その結果、
車体負荷５が誤作動を引き起こす可能性がある。

【０００４】このような問題を解決するため、図６のよ
うに、２次電池３と並列に電気２重層コンデンサ（以
下、ハイパーコンデンサと呼ぶ）７を設けることによ
り、２次電池３の負荷を軽減する方法が提案されている
（例えば、特開平２−１７５３５０号公報）。ハイパー
コンデンサは、充放電回数にほとんど制限がないため
に、メンテナンスフリーを実現でき、また構成材料に重
金属などの物質を使用しないため、環境負荷が少ないと
いう特徴がある。

【０００５】しかしながら、単に２次電池３とハイパー
コンデンサ７とを並列に接続した回路では、図７に示す
ように、エンジン始動時に２次電池３から供給されるピ
ーク電流を例えば２０％程度しか低減することができ
ず、２次電池３の負荷軽減効果が十分でないという問題
がある。この負荷軽減効果を増すには、２次電池３と並
列に接続するハイパーコンデンサ７の個数を増やせばよ
いが、起動装置の搭載スペースに制約がある車両等では
有効な解決策とはならない。

【０００６】そこで、２次電池３の負荷を軽くするた
め、エンジン始動時に図６のスイッチ８をオフにして、
ハイパーコンデンサ単独でエンジンを始動する方法が提
案されている（例えば、特開平３−１８６６５号公
報）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ハイパ
ーコンデンサ単独でエンジンを始動しようとした場合、
エンジンの状態や環境変化などのさまざまな要因によ
り、セルモータ１が動いても、エンジン点火まで至ら
ず、エンジンが始動できない場合があった。その理由
は、ハイパーコンデンサ７にはパワー密度は高いがエネ
ルギー密度が低いという特徴があり、２次電池３よりも
大きな電流を瞬間的に流すことができるが、放電電流が
短時間で低下してしまうため、エンジン始動に必要な電
流を必要な時間だけ流し続けることができないからであ
る。

【０００８】このようにエンジン負荷が重い状態では、
ハイパーコンデンサ７の端子電圧を上げたり、ハイパー
コンデンサ７の容量を増やしたりしても、セルモータ１
の動作時間が延びるだけで、エンジン始動まで至らない
ことが多い。図８に、エンジンの始動が良好なときとエ
ンジンが始動できないときのセルモータ電流を示す。エ
ンジンの始動性が良好な場合にはピーク値８１０Ａの電
流で良好にエンジンを始動できたにも拘わらず、エンジ
ン負荷が重い場合にはセルモータ１ヘ流れる電流が増え
ても、クランキングの回数が増えるだけでエンジンを始
動することができない。本発明は、上記課題を解決する
ためになされたもので、２次電池の負荷を軽減しつつ、
エンジンの始動性を向上させることができるエンジン起
動装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のエンジン起動装
置は、２次電池（３）と、この２次電池と並列に接続さ
れた電気２重層コンデンサ（Ｃ１）と、前記２次電池と
前記電気２重層コンデンサとの間に直列に設けられたイ
ンダクタ（Ｌ１）と、エンジン始動用の電動機（１）
と、エンジン始動時に前記電気２重層コンデンサと前記
電動機とを接続して前記電動機を起動するスイッチ（Ｒ
Ｌ３，ｒｌ３）と、前記インダクタを短絡することが可
能な短絡手段（ＲＬ４，ｒｌ４）と、前記電動機への電
源供給を制御する制御回路（ＯＲ１、ＩＮＶ１〜ＩＮＶ
３、ＢＦ１，ＢＦ２、ＦＦ１，ＦＦ２、Ｔ１，Ｔ２、Ｍ
１，Ｍ２、Ｒ２〜Ｒ４、ＲＬ１〜ＲＬ４）とを有し、前
記制御回路は、前記電気２重層コンデンサの電圧が第１
の所定値Ｖ１（例えばＶ１＝１１．５Ｖ）以上の場合、
前記短絡手段をオフにして前記２次電池と前記電気２重
層コンデンサとを前記インダクタを介して接続するもの
である。また、本発明のエンジン起動装置の１構成例に
おいて、前記制御回路は、前記電気２重層コンデンサの
電圧が第２の所定値Ｖ２（Ｖ１＞Ｖ２、例えばＶ２＝６
Ｖ）以上第１の所定値Ｖ１未満の場合、前記短絡手段を
オフにして前記２次電池と前記電気２重層コンデンサと
を前記インダクタを介して接続し、前記電動機の起動か
ら所定時間経過後に前記短絡手段により前記インダクタ
を短絡して前記２次電池と前記電気２重層コンデンサと
を直結するものである。また、本発明のエンジン起動装
置の１構成例において、前記制御回路は、前記電気２重
層コンデンサの電圧が第２の所定値Ｖ２未満の場合、前
記短絡手段により前記インダクタを短絡して前記２次電
池と前記電気２重層コンデンサとを直結するものであ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の実施
の形態となるエンジン起動装置の構成を示す回路図であ
る。図１において、１はセルモータ、２はエンジン起動
装置、３は２次電池、４は発電機、５は車体負荷、Ｓ１
はエンジン始動用のキースイッチである。エンジンの回
転軸と連結された発電機４は、２次電池３と並列に接続
される。

【００１１】論理和回路ＯＲ１、インバータＩＮＶ１〜
ＩＮＶ３、バッファＢＦ１，ＢＦ２、Ｄフリップフロッ
プＦＦ１、ＲＳフリップフロップＦＦ２、タイマーＴ
１，Ｔ２、電圧監視回路Ｍ１，Ｍ２、抵抗Ｒ２〜Ｒ４、
リレーＲＬ１〜ＲＬ４は、エンジン始動用の制御回路を
構成している。

【００１２】セルモータ１の起動用のハイパーコンデン
サＣ１としては、例えば８０ファラッドのコンデンサを
２個並列に接続したものを使用している。制御回路に制
御用電圧を供給するハイパーコンデンサＣ２としては、
制御回路を十分に動作させる容量があるものとして、例
えば８ファラッドのコンデンサを１個使用している。イ
ンダクタＬ１は、２次電池３の電流を抑制するためのも
ので、インダクタンス１ｍＨ、定格１００Ａのものを使
用している。

【００１３】抵抗Ｒ１は、ハイパーコンデンサＣ２への
充電電流を制限するための制限抵抗である。ダイオード
Ｄ１は、ハイパーコンデンサＣ２から２次電池３への逆
流を防止するために設けられている。スイッチＳ２は、
制御回路へ制御用電圧を供給するか否かを切り替えるス
イッチであり、キースイッチＳ１と連動し、キースイッ
チＳ１がＯＮ位置又はＳＴＡＲＴ位置にあるときオンす
るようになっている。

【００１４】リレーＲＬ１とその接点ｒｌ１は、キース
イッチＳ１のスタート信号をエンジン起動装置に読み込
むために設けられている、通常、結合用素子にはフォト
カプラ等を用いることが多いが、本装置において２次電
池３でセルモータ１を起動させた場合、セルモータ起動
中の２次電池３の電圧変動が大きく、読み込み電圧不足
によりフォトカプラ等が２次側オフしてしまう可能性が
ある。

【００１５】セルモータ起動中にリレーＲＬ１がオフす
ることはセルモータ１への電流供給が停止することを意
味するので、２次電池３の電圧変動が大きくてもリレー
ＲＬ１のオン状態を維持する必要がある。そこで、本実
施の形態では、リレーＲＬ１にフォトＭＯＳリレーを用
いることにより、２次電池３の電圧が３Ｖ程度であって
も、オン状態を維持することができる。

【００１６】リレーＲＬ２とその接点ｒｌ２は、エンジ
ン起動装置の不使用時にハイパーコンデンサＣ１の漏れ
電流を防止するために設けられている。リレーＲＬ３と
その接点ｒｌ３は、セルモータ１に通電し、セルモータ
１を起動させるために設けられている。

【００１７】電圧監視回路Ｍ１は、接点ｒｌ２が閉じて
いる状態で、ハイパーコンデンサＣ１の電圧（ハイパー
始動用電圧）が１１．５Ｖ以上の場合にハイレベルを出
力し、電圧監視回路Ｍ２は、ハイパー始動用電圧が６Ｖ
以上１１．５Ｖ未満の場合にハイレベルを出力する。抵
抗Ｒ２〜Ｒ４は、このような電圧監視回路Ｍ１，Ｍ２の
動作を決定するために、ハイパー始動用電圧を分圧す
る。

【００１８】ＤフリップフロップＦＦ１は、セルモータ
起動直前のハイパーコンデンサＣ１の電圧レベル（電圧
監視回路Ｍ１の出力）により、ハイパーコンデンサＣ１
単独でエンジン始動を行うか、ハイパーコンデンサＣ１
と２次電池３の共用でエンジン始動を行うかを決定す
る。ＲＳフリップフロップＦＦ２は、ハイパーコンデン
サＣ１の電圧レベルが非常に低いとき、ハイパーコンデ
ンサＣ１と共に２次電池３を用いてエンジン始動を行う
ために設けられている。

【００１９】リレーＲＬ４とその接点ｒｌ４は、ハイパ
ーコンデンサＣ１の電圧レベルが非常に低いとき、イン
ダクタＬ１を短絡するために設けられている。タイマー
Ｔ１は、フリップフロップＦＦ１へのクロック信号とリ
セット信号の入力同時切り替えによる誤動作を防止する
ため、クロック信号を遅延させる。タイマーＴ２は、ハ
イパーコンデンサＣ１にセルモータ起動直後のピーク電
流を賄うだけのパワーが残っている場合に、２次電池３
の接続を遅らせるためのタイマーである。本実施の形態
では、タイマーＴ２の遅延時間を１００ｍｓｅｃとして
いる。

【００２０】次に、以上のようなエンジン起動装置の動
作を説明する。最初に、キースイッチＳ１をＯＮ位置に
することで、スイッチＳ２をオンにする。スイッチＳ２
のオンに伴ってハイパーコンデンサＣ２から制御回路に
制御用電圧が供給され、リレーＲＬ２が付勢されて、接
点ｒｌ２が閉成する。接点ｒｌ２の閉成により、ハイパ
ーコンデンサＣ１からハイパー始動用電圧が抵抗Ｒ２の
一端に与えられ、抵抗Ｒ２〜Ｒ４によって分圧された電
圧が電圧監視回路Ｍ１，Ｍ２に与えられる。

【００２１】なお、スイッチＳ２がオフの場合は、接点
ｒｌ２を開状態とする。これにより、ハイパーコンデン
サＣ１の漏れ電流をなくし、未使用時のハイパーコンデ
ンサＣ１の不要な消費を防止している。エンジン始動前
は、キースイッチＳ１がＳＴＡＲＴ位置でないため、フ
リップフロップＦＦ１，ＦＦ２は出力リセット、リレー
ＲＬ１，ＲＬ３，ＲＬ４はオフ状態（接点ｒｌ１，ｒｌ
３，ｒｌ４が開状態）となる。

【００２２】エンジンを始動するには、キースイッチＳ
１をＳＴＡＲＴ位置にする。これに伴って２次電池３か
らリレーＲＬ１に電圧が供給されて、リレーＲＬ１が付
勢され、接点ｒｌ１が閉成する。接点ｒｌ１の閉成によ
り、インバータＩＮＶ１の出力がローレベルとなり、こ
の出力がフリップフロップＦＦ１，ＦＦ２のリセット端
子Ｒに与えられる。

【００２３】タイマーＴ１の出力は、接点ｒｌ１の閉成
からタイマーＴ１の遅延時間分だけ経過した後にハイレ
ベルに立ち上がり、この出力はフリップフロップＦＦ１
のクロック端子Ｃにクロックとして与えられる。フリッ
プフロップＦＦ１は、入力端子Ｄに入力されている値を
クロック端子Ｃに入力されたクロックの立ち上がりでラ
ッチする。この入力端子Ｄに入力されている値により、
ハイパーコンデンサＣ１単独でエンジン始動が行われる
か、ハイパーコンデンサＣ１と２次電池３の共用でエン
ジン始動が行われるかが決定される。

【００２４】ハイパーコンデンサＣ１に十分な電荷が蓄
えられていて、ハイパー始動用電圧が１１．５Ｖ以上の
場合、接点ｒｌ２の閉成に伴って、電圧監視回路Ｍ１，
Ｍ２は共にハイレベルを出力する。このとき、フリップ
フロップＦＦ１の入力端子ＤにはＩＮＶ２を介してロー
レベルが入力され、フリップフロップＦＦ２の入力端子
ＳにはＩＮＶ３を介してローレベルが入力される。

【００２５】したがって、フリップフロップＦＦ１は、
前述のクロックの立ち上がり後もリセットのままとなり
出力端子Ｑからローレベルを出力し続ける。また、フリ
ップフロップＦＦ２もリセット状態を維持する。フリッ
プフロップＦＦ１，ＦＦ２の出力が共にローレベルであ
ることから、論理和回路ＯＲ１の出力がローレベルとな
り、リレーＲＬ４はオフ状態を維持する。

【００２６】前述のように、タイマーＴ１の出力がハイ
レベルになると、この出力はバッファＢＦ１を通じてリ
レーＲＬ３に供給される。これにより、リレーＲＬ３が
付勢され、その接点ｒｌ３が閉成する。接点ｒｌ３の閉
成により、２次電池３からセルモータ１のＳ端子に電圧
が供給されて、セルモータ内部の接点が閉成し、この閉
成に伴ってハイパーコンデンサＣ１からセルモータ１の
Ｂ端子に電流が供給され、セルモータ内部のコイルに電
流が供給される。

【００２７】一方、リレーＲＬ４がオフ状態であること
から、その接点ｒｌ４が開状態となるため、２次電池３
とセルモータ１のＢ端子との間にはインダクタＬ１が介
在する。したがって、接点ｒｌ３の閉成直後にセルモー
タ１のＢ端子に流れる瞬間的な大電流は主にハイパーコ
ンデンサＣ１から供給され、２次電池３からの電流はイ
ンダクタＬ１によって抑制される。セルモータ１のＢ端
子に流れる電流が定常状態に落ち着いた後は、インダク
タＬ１の内部抵抗によって２次電池３からの電流が制限
される。

【００２８】以下、インダクタＬ１の働きをより詳細に
説明する。２次電池３からの電流は、インダクタＬ１の
インダクタンス成分Ｌを通ることになるが、純粋なるイ
ンダクタンスは存在せず、内部抵抗Ｒが存在する。した
がって、インダクタＬ１は、Ｌ−Ｒ直列回路と見なすこ
とができる。

【００２９】２次電池３の電圧をＥ_b 、２次電池３から
流れ出す電流をＩ_b としたとき、電流Ｉ_b は時間ｔに対
して次式のように得られる。 Ｌ（ｄＩ_b ／ｄｔ）＋ＲＩ_b ＝Ｅ_b ・・・（１） 一般解は次式となる。 Ｉ_b ＝（Ｅ_b ／Ｒ）＋Ｋε^-(R/L)t ・・・（２） 式（２）において、Ｋは積分定数である。

【００３０】また、ｔ＝０のとき、Ｉ_b ＝０と仮定した
場合の特殊解は次式のように得られる。 Ｉ_b ＝（Ｅ_b ／Ｒ）×（１−ε^-(R/L)t ） ・・・（３） 以上の式からも分かるように、接点ｒｌ３の閉成直後
（セルモータ１の起動直後）は、２次電池３からセルモ
ータ１のＢ端子に流れる電流を抑制できることになる。

【００３１】起動時にセルモータ１に流れ込む大電流の
ピークは、数ｍｓｅｃから２０数ｍｓｅｃ程度の継続時
間を有するので、この継続時間の間、２次電池３からの
電流を抑制できるように、時定数τ（＝Ｌ／Ｒ）を０．
０２以上とする。また、前記継続時間が経過した後の定
常状態においてセルモータ１に流れ込む電流は２００〜
４００Ａ程度である。このうち、２次電池３からは１０
０Ａ程度の電流を流すようにすると、インダクタＬ１の
内部抵抗Ｒを５０ｍΩ以下とすればよいので、内部抵抗
Ｒと時定数τとからインダクタンスＬを１ｍＨ以上とし
た。

【００３２】以上のように、ハイパーコンデンサＣ１に
十分な電荷が蓄えられている場合には、ハイパーコンデ
ンサＣ１をセルモータ１と直結して、セルモータ１の起
動直後に流れる大電流を主にハイパーコンデンサＣ１か
ら供給し、２次電池３からの電流はインダクタＬ１によ
って抑制する。そして、定常状態となった後はセルモー
タ１に流れ込む電流の一部を２次電池３から供給して、
エンジン始動を行う。２次電池３を補助的に使うことに
より、２次電池３の負荷を軽減しつつ、放電電流が短時
間で低下してしまうというハイパーコンデンサＣ１の弱
点を補うことができる。

【００３３】次に、頻繁な運転・停止の繰り返し等によ
り、ハイパーコンデンサＣ１の充電がやや不十分で、ハ
イパー始動用電圧が６Ｖ以上１１．５Ｖ未満の場合、接
点ｒｌ２の閉成に伴って、電圧監視回路Ｍ１はローレベ
ルを出力し、電圧監視回路Ｍ２はハイレベルを出力す
る。このとき、フリップフロップＦＦ１の入力端子Ｄに
はＩＮＶ２を介してハイレベルが入力され、フリップフ
ロップＦＦ２の入力端子ＳにはＩＮＶ３を介してローレ
ベルが入力される。

【００３４】したがって、フリップフロップＦＦ１は、
前述のクロックの立ち上がりでセットされて出力端子Ｑ
からハイレベルを出力する。一方、フリップフロップＦ
Ｆ２はリセット状態を維持する。フリップフロップＦＦ
１の出力がハイレベルとなったことにより、タイマーＴ
２の出力がその遅延時間経過後にハイレベルとなり、論
理和回路ＯＲ１の出力がハイレベルとなる。

【００３５】論理和回路ＯＲ１の出力は、バッファＢＦ
２を通じてリレーＲＬ４に供給される。これにより、Ｒ
Ｌ４が付勢され、接点ｒｌ４が閉成する。また、前述の
ようにタイマーＴ１の出力がハイレベルになると、この
出力はバッファＢＦ１を通じてリレーＲＬ３に供給され
る。これにより、リレーＲＬ３が付勢され、接点ｒｌ３
が閉成する。

【００３６】ここで、タイマーＴ２の遅延時間（例え
ば、１００ｍｓｅｃ）は、タイマーＴ１の遅延時間より
も長く設定されている。したがって、キースイッチＳ１
をＳＴＡＲＴ位置にした直後は、接点ｒｌ３のみが閉成
し、ハイパー始動用電圧が１１．５Ｖ以上の場合と同様
の状態となる。そして、タイマーＴ２の遅延時間が経過
した後、接点ｒｌ４が閉成し、これによりハイパーコン
デンサＣ１だけでなく、２次電池３からも接点ｒｌ４を
介してセルモータ１のＢ端子に電流が供給される。

【００３７】ハイパーコンデンサＣ１と２次電池３とを
直結してハイパーコンデンサＣ１と２次電池３でセルモ
ータ１を起動しようとすると、起動時に２次電池３から
５００〜６００Ａ程度の急峻なピーク電流が流れるた
め、２次電池３の負荷軽減が不十分となる。

【００３８】そこで、本実施の形態では、ハイパーコン
デンサＣ１に若干の余力がある場合、前述と同様にセル
モータ１の起動直後に流れる大電流を主にハイパーコン
デンサＣ１から供給し、２次電池３からの電流はインダ
クタＬ１によって抑制する。そして、定常状態となった
後（タイマーＴ２の遅延時間が経過した後）は、接点ｒ
ｌ４でインダクタＬ１をバイパスして、ハイパーコンデ
ンサＣ１と２次電池３とを直結し、ハイパーコンデンサ
Ｃ１と２次電池３とを共用してセルモータ１を駆動し、
エンジン始動を行う。

【００３９】次に、エンジン負荷が重い状態でハイパー
コンデンサＣ１単独でエンジンを始動しようとすると、
エンジン始動が不可能なままハイパーコンデンサＣ１が
放電してしまうことがある。この場合、ハイパー始動用
電圧が６Ｖ未満になった時点で、電圧監視回路Ｍ１，Ｍ
２は共にローレベルを出力する。フリップフロップＦＦ
１の入力端子ＤにはＩＮＶ２を介してハイレベルが入力
され、フリップフロップＦＦ２の入力端子ＳにはＩＮＶ
３を介してハイレベルが入力される。

【００４０】したがって、フリップフロップＦＦ１，Ｆ
Ｆ２は共にセットされて出力端子Ｑからハイレベルを出
力する。フリップフロップＦＦ２がハイレベルを出力す
ることから、タイマーＴ２の遅延時間経過を待つことな
く、論理和回路ＯＲ１の出力が直ちにハイレベルとな
る。したがって、ハイパー始動用電圧が６Ｖ未満の場合
には、リレーＲＬ３，ＲＬ４がほぼ同時に付勢されて、
接点ｒｌ３，ｒｌ４が閉成する。このように、ハイパー
コンデンサＣ１の充電が不十分な場合には、ハイパーコ
ンデンサＣ１と２次電池３とを共用してセルモータ１を
起動し、エンジン始動を行う。

【００４１】図２は本実施の形態のエンジン起動装置を
車両に搭載して、セルモータ電流、２次電池３の放電電
流及びハイパーコンデンサＣ１の放電電流を測定した結
果を示す図である。図２は、ハイパー始動用電圧が１
１．５Ｖ以上の場合にセルモータ１を起動したときの各
電流波形を示している。セルモータ起動直後のピーク電
流はハイパーコンデンサＣ１からの放電電流によって賄
われ、２次電池３からの電流はインダクタＬ１によって
抑えられる。

【００４２】また、セルモータ起動後のクランキングに
よる電流増加に対しても、ハイパーコンデンサＣ１が追
従し、２次電池３からはインダクタンス成分の自己誘導
作用により放電電流が抑えられ、ほぼ一定の電流が流れ
る。ハイパーコンデンサＣ１は、セルモータ１をクラン
クするための大電流を賄い、２次電池３はハイパーコン
デンサＣ１の放電電流の谷間を補うため、結果としてハ
イパーコンデンサ単独の場合と比べてエンジンの始動性
が向上する。

【００４３】図３は、ハイパー始動用電圧が６Ｖ以上１
１．５Ｖ未満の場合にセルモータ１を起動したときの各
電流波形を示している。ハイパーコンデンサＣ１が充電
不足でハイパー始動用電圧が低い場合でも、ハイパーコ
ンデンサＣ１のパワー密度が大きいため、電流を多く流
すことができる。そこで、セルモータ起動時は図２の場
合と同様にハイパーコンデンサＣ１でセルモータ１を起
動し、定常状態となったところでリレーＲＬ４をオンに
して、ハイパーコンデンサＣ１と２次電池３とを直結す
る。その結果、ハイパーコンデンサＣ１と２次電池３と
を共用するような場合でも、ハイパーコンデンサＣ１を
有効利用することで、２次電池３の負荷を軽減しつつ、
エンジンを始動することができる。

【００４４】図４は、例えば冬の朝等のエンジンが過負
荷な場合にセルモータ１を起動したときの各電流波形を
示している。エンジンが過負荷な場合、ハイパーコンデ
ンサＣ１でセルモータ１を起動しても、エンジン点火ま
で至らないことがある。このような場合は、ハイパーコ
ンデンサＣ１が持っていたエネルギーを消費するだけ
で、エンジンを始動できる見込みは無い。ハイパーコン
デンサＣ１でエンジンを始動できずに、ハイパー始動用
電圧が６Ｖ未満まで低下した場合、リレーＲＬ４をオン
にして、ハイパーコンデンサＣ１と２次電池３とを直結
して、エンジンを始動させる。

【００４５】図４から分かるように、セルモータ起動か
ら１．５秒までは主としてハイパーコンデンサＣ１がセ
ルモータ１に電流を供給しているが、エンジン始動まで
至っていない。セルモータ起動から１．５秒後、ハイパ
ーコンデンサＣ１と２次電池３とが並列となり、主とし
て２次電池３がクランク時の電流増加を賄って、エンジ
ンを始動させることができる。

【００４６】図５は、従来のエンジン起動装置により２
次電池単独でセルモータ１を起動した場合と本実施の形
態のエンジン起動装置を用いてセルモータ１を起動した
場合に、それぞれ２次電池３で消費されるエネルギー量
を示す図である。２次電池単独でセルモータ１を起動さ
せた場合、最高値で３６００Ｗ、セルモータ１を起動さ
せるのに要したエネルギー量は３６００ジュールとな
る。本実施の形態のエンジン起動装置を用いた場合、ハ
イパー始動用電圧が１１．５Ｖ以上であれば、最高値で
１６８０Ｗ、セルモータを起動させるのに要したエネル
ギー量は９７０ジュールとなり、２次電池単独でセルモ
ータ１を起動させた場合と比べて、２次電池３の消費エ
ネルギー量を５６％削減することができる。また、急激
なエネルギー消費もないため、２次電池３の負荷を軽減
することができる。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、２次電池と電気２重層
コンデンサとの間に直列に設けられたインダクタと、イ
ンダクタを短絡することが可能な短絡手段とを設け、電
気２重層コンデンサの電圧が第１の所定値Ｖ１以上の場
合、短絡手段をオフにして２次電池と電気２重層コンデ
ンサとをインダクタを介して接続することにより、電気
２重層コンデンサを電動機と直結して、電動機の起動直
後に流れるピーク電流を主として電気２重層コンデンサ
から供給し、２次電池からの電流はインダクタによって
抑制する。定常状態となった後は電動機に流れ込む電流
の一部を２次電池から供給して、エンジン始動を行う。
２次電池を補助的に使うことにより、電気２重層コンデ
ンサの弱点を補うことができる。その結果、２次電池の
負荷を軽減しつつ、電気２重層コンデンサ単独の場合と
比べてエンジンの始動性を向上させることができる。

【００４８】また、電気２重層コンデンサの電圧が第２
の所定値Ｖ２以上第１の所定値Ｖ１未満の場合、短絡手
段をオフにして２次電池と電気２重層コンデンサとをイ
ンダクタを介して接続し、電動機の起動から所定時間経
過後に短絡手段によりインダクタを短絡して２次電池と
電気２重層コンデンサとを直結することにより、電気２
重層コンデンサの充電が不十分で、２次電池と電気２重
層コンデンサとを共用するような場合でも、電気２重層
コンデンサのパワーが残っている場合には、電動機の起
動直後に流れるピーク電流を主として電気２重層コンデ
ンサから供給し、２次電池からの電流はインダクタによ
って抑制する。そして、電動機の起動から所定時間経過
後に２次電池と電気２重層コンデンサとを共用して、エ
ンジン始動を行う。その結果、２次電池の負荷を軽減し
つつ、電気２重層コンデンサ単独の場合と比べてエンジ
ンの始動性を向上させることができる。

【００４９】また、電気２重層コンデンサの電圧が第２
の所定値Ｖ２未満の場合、短絡手段によりインダクタを
短絡して２次電池と電気２重層コンデンサとを直結する
ことにより、電気２重層コンデンサのパワーが残り少な
い場合には、２次電池と電気２重層コンデンサとを共用
して、エンジン始動を行う。その結果、エンジン負荷が
重い場合でも、エンジンを始動させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態となるエンジン起動装置
の構成を示す回路図である。

【図２】 図１のエンジン起動装置を車両に搭載してセ
ルモータ電流、２次電池放電電流およびハイパーコンデ
ンサ放電電流を測定した１例を示す図である。

【図３】 図１のエンジン起動装置を車両に搭載してセ
ルモータ電流、２次電池放電電流およびハイパーコンデ
ンサ放電電流を測定した他の例を示す図である。

【図４】 図１のエンジン起動装置を車両に搭載してセ
ルモータ電流、２次電池放電電流およびハイパーコンデ
ンサ放電電流を測定した他の例を示す図である。

【図５】 ２次電池単独でセルモータを起動した場合と
図１のエンジン起動装置を用いてセルモータを起動した
場合に２次電池で消費されるエネルギー量を示す図であ
る。

【図６】 従来のエンジン起動装置の構成を示す回路図
である。

【図７】 図６のエンジン起動装置においてエンジン始
動時に流れる２次電池放電電流を示す図である。

【図８】 エンジンの始動が良好なときとエンジンが始
動できないときのセルモータ電流を示す図である。

【符号の説明】

１…セルモータ、２…エンジン起動装置、３…２次電
池、４…発電機、５…車体負荷、Ｃ１、Ｃ２…ハイパー
コンデンサ、Ｌ１…インダクタ、ＲＬ１〜ＲＬ４…リレ
ー、ｒｌ１〜ｒｌ４…リレー接点。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２次電池と、この２次電池と並列に接続
   された電気２重層コンデンサと、 前記２次電池と前記電気２重層コンデンサとの間に直列
   に設けられたインダクタと、 エンジン始動用の電動機と、 エンジン始動時に前記電気２重層コンデンサと前記電動
   機とを接続して前記電動機を起動するスイッチと、 前記インダクタを短絡することが可能な短絡手段と、 前記電動機への電源供給を制御する制御回路とを有し、 前記制御回路は、前記電気２重層コンデンサの電圧が第
   １の所定値Ｖ１以上の場合、前記短絡手段をオフにして
   前記２次電池と前記電気２重層コンデンサとを前記イン
   ダクタを介して接続することを特徴とするエンジン起動
   装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のエンジン起動装置におい
   て、 前記制御回路は、前記電気２重層コンデンサの電圧が第
   ２の所定値Ｖ２（Ｖ１＞Ｖ２）以上第１の所定値Ｖ１未
   満の場合、前記短絡手段をオフにして前記２次電池と前
   記電気２重層コンデンサとを前記インダクタを介して接
   続し、前記電動機の起動から所定時間経過後に前記短絡
   手段により前記インダクタを短絡して前記２次電池と前
   記電気２重層コンデンサとを直結することを特徴とする
   エンジン起動装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載のエンジン起動装置におい
   て、 前記制御回路は、前記電気２重層コンデンサの電圧が第
   ２の所定値Ｖ２未満の場合、前記短絡手段により前記イ
   ンダクタを短絡して前記２次電池と前記電気２重層コン
   デンサとを直結することを特徴とするエンジン起動装
   置。