JP3516361B2 - 車両用電源装置 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は車両用電源装置、特にエ
ンジンのスタート時にスタータに電流供給を行う電源装
置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】図１は、スタータによるエンジン始動シ
ステムの一般的構成例を示している。通常、エンジンの
始動はスタータで発生するトルクをピニオンギヤなどを
介してエンジンのクランク軸に伝達しエンジンの回転動
作を開始させるものである。 【０００３】図１のスタータ１０は、スイッチ部である
マグネット部１２及びスタータ本体部１４とから構成さ
れている。そして、バッテリ１６は、ヒュージブルリン
ク１８及びスタータスイッチ２０を介してマグネット部
１２のソレノイドコイル２２に接続されている。また、
バッテリ１６はスタータ本体部１４への電流供給を行う
ためのメインスイッチ２４の端子２４ａに接続されてい
る。 【０００４】スタータ本体部１４には、ピニオンギヤ２
６がアーマチャ３２のスラスト軸上に配置され、励磁コ
イル２８、電気子巻線３０、コンミテータ３４を供え、
全体として直列に接続された直流直巻電動機構造を有し
ている。 【０００５】スタータスイッチ２０がオンされるとバッ
テリ１６からの電流がソレノイドコイル２２に供給され
プランジャ３６が矢印１００方向に移動し、マグネット
部１２のメインスイッチ２４がオンされる。ここで、バ
ッテリ１６からの電流はメイン接続ライン２００により
スタータ本体部１４に供給される。このとき、プランジ
ャ３６の動作によってシフトフォーク３８が回動し、ピ
ニオンギヤ２６が矢印３００方向に移動しピニオンギヤ
２６がリングギヤ４０に噛み合わされる。 【０００６】従って、バッテリ１６からの電流供給によ
りピニオンギヤ２６がトルクをリングギヤ４０に伝達す
る。これにより、エンジンの初期回転動作が行われるこ
ととなる。 図２には、スタータ電流に対するスタータ
の種々の特性が示されている。 【０００７】ライン（イ）が出力特性、ライン（ロ）が
回転数特性、ライン（ハ）がトルク特性、ライン（ニ）
が電圧特性をそれぞれ示している。 【０００８】例えば、スタータ本体部１４の回転数が０
の時、電流は最大となり、トルクＭＡＸとなる。そし
て、回転数の上昇に従い、発生トルクは減少する（トル
クは電流の二乗に比例する）。大電流の範囲では、磁束
が飽和するため一定値に近づき、電流が小さい範囲で二
乗特性が顕著になる。 【０００９】一方、スタータ１２によりエンジンの初期
回転動作が行われ、始動が可能な回転数になるまでのス
タータ電流領域をロック電流領域と呼ぶ。 【００１０】スタータが特性通りの出力を発揮するため
には、バッテリの出力特性がスタータの電圧特性を満足
しなければならず、常にスタータ電圧特性ライン（ニ）
の傾きより小さいバッテリ電圧特性（例えば、ライン
（ホ））を満足しなければならない。 【００１１】図３は、エンジンが停止状態から始動を開
始する過程のスタータ電流Ｉｄの変化を示している。一
般的にスタータスイッチをオン動作させてからのスター
タ電流Ｉｄの変化は、エンジンの始動状態を顕著に示
し、３つの電流成分に分類される。まず、第１に停止状
態のエンジンを回転させるためのロック領域電流成分
（以下ロック電流という）５０、ピストンの吸入、圧
縮、排気のなど往復動作に従い電流が脈動を繰り返す交
流電流成分５２、エンジンを始めとしたメカニカル機構
のフリクションに相当する直流電流成分に分けられる。 【００１２】直流電流成分には、エンジンが停止状態か
ら始動が可能な回転数になるまでに乗り越えなければな
らない静的フリクションに相当する電流成分５４とエン
ジン回転時に発生する動的フリクションに相当する電流
成分５６があり、低温始動時にはより大きな静的フリク
ションに相当する電流成分が加算される。図３におい
て、ピニオンギヤとリングギヤが噛み合うまでの電流を
示す時間５８及び主として静的フリクションに相当する
電流を示す時間６０の双方を含めてロック電流領域時間
７０と呼ぶ。 【００１３】また、バッテリの放電特性は、バッテリの
寿命による性能劣化、低温時の性能低下により出力特性
が低下し、甚しい場合には、スタータの電圧特性以下に
なることがある。図３に示したようにエンジンを始動す
るには、まず最初にロック電流５０が供給されなければ
始動動作を行うことができない。ロック電流の形態は温
度に依存せず、動作時間に依存し、低温時では時間が長
く、温度が高ければ短くなるが始動時には必ず発生す
る。従って、ロック電流の大きさがシステム設計、管理
上以下のような大きな影響を与えるだけでなくコストダ
ウン、システムの小型軽量化などの障害となっている。 （１）始動時の静的フリクションを加算したロック電流
を考慮した余裕のあるバッテリサイズが必要になる。 （２）常に、始動時にはロック電流が流れ、深い放電状
態になるためバッテリの長寿命化が阻害される。 （３）バッテリが放電ぎみの場合には、ロック電流の必
要性からその始動性に大きな影響を受ける。 （４）配線抵抗によるロック電流供給時の電圧ドロップ
を低減することを考慮しなければならない。このため、
大口径（大容量）の配線が必要になる。 （５）スタータの大型化に伴いロック電流がより大きく
なり、バッテリ容量の大型化を招いている。 【００１４】このように、エンジン始動時にスタータに
おいて必要とされるロック電流により生じる種々の問題
を解決すべく、例えば特開平２−１７５３５０号公報や
実開平３−８２８７６号公報などに開示された技術が提
案されているが、未だ十分なものではない。 【００１５】本発明は、上記種々の事情に鑑みなされた
ものであり、その目的はエンジン始動時に必要なロック
電流によるバッテリへの負担を軽減し、かつエンジンの
始動性を向上させることのできる車両用電源装置を提供
することにある。 【００１６】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る車両用電源装置は、通常状態でメイ
ンスイッチが開状態にあるスタータ本体部と電流供給を
受け前記メインスイッチを閉じるスイッチ部とを有する
スタータと、前記スイッチ部及び前記スタータ本体部へ
の電流供給を行うバッテリと、該バッテリから前記スイ
ッチ部への電流供給のオンオフを行うキースイッチと、
前記スタータ本体部に対して前記バッテリと共に並列に
接続されたロック領域電流供給用の電気二重層コンデン
サと、前記バッテリ及び前記二重層コンデンサから前記
スタータ本体部への電流供給の共通ラインと前記電気二
重層コンデンサとの間に接続され前記キースイッチのオ
ン動作に基づいて閉じられる開閉手段とを備え、前記キ
ースイッチのオン動作により前記スイッチ部を作動さ
せ、前記バッテリ電流をスタータ本体部に供給する車両
用電源装置において、前記キースイッチに接続され、前
記キースイッチのオン動作の後、前記開閉手段の両端電
圧を検知し、前記電気二重層コンデンサ側の電圧が他方
側であるスタータ電圧より高い時には前記開閉手段の閉
状態を保ち、前記電気二重層コンデンサ側の電圧が他方
側であるスタータ電圧より低い時には前記開閉手段は開
とするように前記開閉手段を開閉制御する開閉手段制御
回路を設けたことを特徴とする。 【００１７】 【作用】上記のように、本発明は、種々の改良が提案さ
れ大容量かつ急速充電、放電が可能となった電気二重層
コンデンサの機能を有効に活用してエンジン始動を行わ
んとするものである。 【００１８】まず、請求項１に係る車両用電源装置によ
れば、電気二重層コンデンサが従来バッテリと並列に接
続されており、キースイッチがオンされスタータのスイ
ッチ部の動作によりスタータ本体部のメインスイッチが
オンされると電気二重層コンデンサが始動時のロック領
域電流の一部を供給する。従って、バッテリの電流負担
を低減させることができる。 【００１９】更に、キースイッチのオン動作の後、前記
開閉手段の両端電圧を検知し、この高低に基づいて前記
開閉手段を開閉制御する。すなわち、この高低により電
流方向をチェックすることができ、実際の電気二重層コ
ンデンサの起電圧に基づいた前記開閉手段の開閉制御が
可能である。これにより、より確実に接点保護効果を得
る事ができる。 【００２０】すなわち、これは、電気二重層コンデンサ
からのロック領域電流の供給中に電気二重層コンデンサ
の放電電圧の降下が生じることに着目し、この電圧の低
下に基づき開閉手段をオフするものである。更に、放電
電圧が十分に低下したときに開閉手段が開放されるの
で、開閉手段の接点が保護される。即ち、高電圧の通電
中に開閉がなされるときのような接点への負担を回避で
きる。 【００２１】 【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例につい
て詳細に説明する。 【００２２】図４は、本発明の基本的構成を有する回路
図を示している。スタータ１０と鉛蓄電池（以下Ｐｂバ
ッテリと言う）１６との接続は図１に示したものと同様
であり、Ｐｂバッテリ１６は、スタータスイッチ２０を
介してスタータ１０のスイッチ部１２のソレノイドコイ
ル２２に接続されている。 【００２３】本実施例では、さらに電気二重層コンデン
サ６２がＰｂバッテリ１６と並列に接続されそのメイン
接続ライン２００は、スタータ１０の本体部のメインス
イッチ２４の接点２４ａ（図１参照）に接続されてい
る。なお、本実施例では電気二重層コンデンサ６２の接
続位置は、配線抵抗を考慮してできるだけスタータ１０
に近接した位置とされている。 【００２４】ここで、スタータスイッチ２０がオンされ
ると図１で説明したようにスタータのスイッチ部１２の
動作によりスタータ本体部１４のメインスイッチ２４が
オンされる。これにより、上記図３に示したようなスタ
ータ電流が流れ、ロック電流がＰｂバッテリ１６及び電
気二重層コンデンサ６２からスタータ本体部１４に供給
される。この時、電気二重層コンデンサ６２の重量比パ
ワー密度は、Ｐｂバッテリ１６よりも飛躍的に大きく、
かつ内部抵抗が小さいためロック電流の多くは電気二重
層コンデンサ６２から供給される。 【００２５】図１１は、上記図４に示した電流供給回路
の等価回路の一例を示している。Ｐｂバッテリ１６の起
電圧をＥｂ、内部抵抗６４をＲ１、バッテリとスタータ
の接続ラインの抵抗６６をＲ２、電気二重層コンデンサ
６２の電圧をＥｃ、その内部抵抗６８をＲ４、さらに配
線抵抗７０をＲ５とし、スタータ１０の内部抵抗７２
は、Ｒ３と近似される。また、Ｐｂバッテリ１６の内部
抵抗は、バッテリ容量の大きさに反比例する関係にあ
る。 【００２６】一方、図１２に示すように、Ｐｂバッテリ
１６の起電圧Ｅｂは、ライン３０１にて示したように負
荷抵抗が一定で放電が短時間であれば電圧はほぼ一定と
なり、また電気二重層コンデンサ６２の電圧Ｅｃはライ
ン３０２で示したように時間に比例して低下する。ロッ
ク電流領域では、スタータ１０から見た電源の抵抗イン
ピーダンスは、Ｒ４＋Ｒ５とＲ１＋Ｒ２が並列に接続さ
れた状態で、Ｒ４＋Ｒ５＜Ｒ１＋Ｒ２の関係にある。 【００２７】Ｐｂバッテリ１６からの供給電流ｉｂは、
ｉｂ＝Ｅｂ／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）、電気二重層コンデ
ンサ６２からの供給電流ｉｃは、ｉｃ＝Ｅｃ／（Ｒ４＋
Ｒ５＋Ｒ３）と分担され、スタータ電流ｉｓが形成され
る。 【００２８】従って、ロック電流は、主に電気二重層コ
ンデンサ６２から供給されることとなる。Ｐｂバッテリ
１６の容量を小さくし、内部抵抗Ｒ１を大きくするか、
配線抵抗Ｒ２を大きくするか、あるいは電気二重層コン
デンサ６２の容量を大きくすればＰｂバッテリ１６の負
担は相対的に小さくなる。また、電気二重層コンデンサ
６２の内部抵抗をより小さくすることによってもＰｂバ
ッテリ１６の負担を小さくすることが可能である。 【００２９】Ｐｂバッテリ１６がフル充電していない
時、あるいは経時変化のために放電性能が低下している
と、Ｐｂバッテリ１６の放電性能は例えば図１２のライ
ン３０３のようになり、見掛け上の内部抵抗が増大し、
自動的に電気二重層コンデンサ６２の負担が大きくな
る。従って、Ｐｂバッテリ１６のより深い放電状態や放
電性能の低下した状態でもエンジン始動を確実に行うこ
とができる。 【００３０】さらに、図４の構成では、スタータ１０に
できるだけ近い場所に電気二重層コンデンサ６２が配線
されており、これによりＰｂバッテリ１６及び電気二重
層コンデンサ６２のスタータ１０への接続ライン２００
の配線径の小径化が可能となる。スタータ１０に近接し
た場所に電気二重層コンデンサ６２が搭載できないとき
には、逆にＰｂバッテリ１６により近い場所に搭載させ
ることにより、Ｐｂバッテリ１６の負担、例えば電気二
重層コンデンサ６２の充電時の負担を低減させることも
可能である。 【００３１】なお、スタータスイッチ１０がオフされる
と、スタータ本体部１４のメインスイッチ２４が開放さ
れ、電気二重層コンデンサ６２は、Ｐｂバッテリ１６か
らの電流供給により充電がなされる。 【００３２】次に、図５は、図４の回路についての改良
を行った実施例の回路構成が示されている。 【００３３】スタータスイッチ２０をオフすると、電気
二重層コンデンサ６２の内部抵抗がスタータ１０の内部
抵抗より小さい場合にはＰｂバッテリ１６から大電流が
電気二重層コンデンサ６２に流入する。これは、Ｐｂバ
ッテリ１６の負担を増加させるばかりでなく、これによ
りＰｂバッテリ１６が消費した電力を補うためにエンジ
ン始動後の発電量の急激な増加につながる。そして、こ
の部分的なエンジン負荷の増大に伴い排気ガス量の増大
と燃費の悪化を招来することにもなる。 【００３４】そこで、図５の構成では、電気二重層コン
デンサ６２とメイン接続ライン２００との間にリレース
イッチ７４を直列接続している。リレースイッチ７４
は、スタータスイッチ２０の開閉によってオンオフ制御
されるリレーコイル７６により制御される。 【００３５】更に、このリレースイッチ７４に並列に電
流調整用の抵抗７８が接続されている。スタータスイッ
チ２０がオンされると、リレースイッチ７４が作動しオ
ンになり、上述のように電気二重層コンデンサ６２から
ロック電流の分担分がスタータ１０に供給される。そし
て、スタータスイッチ２０がオフされると、リレースイ
ッチもオフとなる。この段階で、Ｐｂバッテリ１６によ
る電気二重層コンデンサ６２の充電が行われるが、本実
施例では、電流調整用の抵抗７８が設けられているの
で、上述のような大電流による急速充電が防止される。
本実施例ではロック電流以下の電流になるように抵抗７
８の抵抗値が設定され、良好な充電が行われる。 【００３６】図６は、実施例に係る回路構成が示されて
いる。 【００３７】本実施例では、キースイッチ８０の構成が
一般的な多段式の構成とされ、スタータスイッチ２０の
前段にイグニッションスイッチ８２を設け、キースイッ
チの一連の動作により前段がイグニッションスイッチ８
２、後段がスタータスイッチ２０でオン動作されるよう
になっている。 【００３８】そして、上記リレースイッチ７４を制御す
るリレーコイル７６を前段スイッチであるイグニッショ
ンスイッチ８２の開閉動作にて制御するように接続した
ことである。これにより、リレースイッチ７４の接点の
負担を軽減することができ接点の損傷を防止すると共に
長寿命化を図ることができる。 【００３９】すなわち、リレーコイル７６をスタータス
イッチ２０の動作に基づいてオンオフすると、リレース
イッチ７４がオンされると同時に電気二重層コンデンサ
６２からスタータ１０へ大電流が供給されることとな
る。従って、リレースイッチ７４の接点は過大な電流負
担となり、アークによる接点の損傷、焼損が発生し耐久
性の低下を加速するばかりでなく、接点の接触抵抗の数
ミリオームの増大がスタータ１０の始動性能を悪化させ
ることにもなる。そこで、リレースイッチ７４をスター
タスイッチ２０よりも常に前段階でオンされるイグニッ
ションスイッチ８２からリレーコイル７６への信号を送
るようにし、スタータスイッチ２０がオンされ、スター
タ本体部１４のメインスイッチ２４が閉じられる前にリ
レースイッチ７４を閉じるようにしたものである。 【００４０】図７は、上記図６とほぼ同様の機能を有す
る回路図であり、特徴的なことはキースイッチ８０を３
段階の連続動作スイッチとし、イグニッションスイッチ
８２のさらに前段にアクセサリースイッチ８４を設け、
このアクセサリースイッチ８４のオン動作に基づいてリ
レースイッチ７４をオン動作させるように接続したもの
である。 【００４１】これにより、図６に示した回路構成の機
能、すなわちスタータのメインスイッチ２４が閉じられ
る前にリレースイッチ７４をオンしておくという機能を
より確実なものとすることができる。すなわち、図６の
２段階スイッチにおいてはスタータスイッチ２０のオン
動作までが短時間に行われた場合には、スタータスイッ
チ２０がオンされた直後にリレースイッチ７４が閉じら
れるという事態も生じるので、このスタータスイッチ２
０のオン動作までの時間をより大きくするためにアクセ
サリースイッチ８４にてオン動作させるようにしたもの
である。 【００４２】このように電源との間に特別な制御装置を
設けることなしに配線だけによって確実な動作を可能と
しており、リレースイッチ７４の動作耐久性の向上並び
に確実なロック電流の供給が保証されている。 【００４３】一方、ロック電流領域以外の領域まで電気
二重層コンデンサ６２に負担させると、電気二重層コン
デンサ６２の容量が増大するばかりでなく、上述の各実
施例のようにＰｂバッテリ１６と電気二重層コンデンサ
６２を並列に直接接続し、負荷電流ｉｃを長時間流し続
けた場合、電気二重層コンデンサ６２の電圧が低下す
る。そして、上述の図１２に示したようにこの低下電圧
がＥｂ以下の場合には、Ｐｂバッテリ１６からの逆流電
流が電気二重層コンデンサ６２に流れるため、Ｐｂバッ
テリ１６の負担がその分増加する。 【００４４】特に、スタータスイッチ２０の前段階のイ
グニッションスイッチ８２やより前段のアクセサリース
イッチ８４でリレースイッチ７４を制御すると、スター
タスイッチ２０をオフしてもリレースイッチ７４は開さ
れないので、何等かの制御が望ましい。そこで、電気二
重層コンデンサ６２の電流負担をできるだけロック電流
領域のみに限定するという観点から、そのたの構成を付
加した実施例を以下に示す。 【００４５】図８に示した構成では、電気二重層コンデ
ンサ６２による放電の途中でリレースイッチ７４をオフ
するためにリレースイッチ７４のリレーコイル７６に通
電する電流を制御するリレー制御回路８６を設置してい
る。 【００４６】まず、その動作について説明する。イグニ
ッションスイッチあるいはアクセサリースイッチを意味
するスイッチ８８がオンされるとリレー制御回路８６が
動作し、リレーコイル７６が通電されリレースイッチ７
４がオンになり電気二重層コンデンサ６２とスタータ１
０が直結される。そして、スタータスイッチ２０がオン
されるとリレースイッチ７４には負担がかからずに電気
二重層コンデンサ６２からスタータ１０へロック電流が
放電される。 【００４７】そして、スタータスイッチ２０がオンとな
ってから所定時間経過後、あるいはエンジンが所定回転
数になったときにリレー制御回路８６が動作し、リレー
コイル７６の通電をオフしリレースイッチ７４を切る。
これにより、電気二重層コンデンサ６２からの放電が停
止し、並列に接続されている抵抗７８を介しＰｂバッテ
リ１６が電気二重層コンデンサ６２を充電する。 【００４８】図９は、上記リレー制御回路８６の一例を
示すものであり、スタータスイッチ２０がオンされてか
ら所定時間後にリレースイッチ７４をオフするようにし
た回路である。 【００４９】リレーコイル７６への電流をオンオフする
トランジスタ９０は、そのコレクタ側がスイッチ８８
に、エミッタ側がリレーコイル７６に接続されている。
そして、ベース側にはオペアンプ９２の出力ラインが接
続されている。トランジスタ９０は、オペアンプ９２か
らの出力がＨｉの時にオンとなり、Ｌｏのときにオフと
なる。 【００５０】オペアンプ９２の非反転側端子には、イグ
ニッションスイッチなどの前段スイッチ８８への接続ラ
インから供給された電圧を所定の回路電源電圧に調整す
る回路９６と、この電圧を基準に反転側電圧と比較する
比較電圧Ｖ１を発生させる分圧抵抗９４と９８が接続さ
れている。そして、分圧抵抗９６と９８との中間ライン
とオペアンプ９２の出力ラインとの間に抵抗１０１が接
続され、オペアンプ９２の動作がＬｏになり、トランジ
スタ９０がオフされた時にはさらに比較電圧を低下させ
反転入力電圧が変動しても確実にオペアンプ９２の出力
をＬｏにしておくヒステリシス回路が構成されている。 【００５１】オペアンプ９２の反転入力端子には、コン
デンサ１０２と充電抵抗１０４が直列に接続され、抵抗
１０４の一端はスタータスイッチ２０に接続されてい
る。そして、スタータスイッチ２０がオンになるとコン
デンサ１０２が充電され電圧が上昇し、所定時間経過後
にはこのコンデンサ１０２からの出力がツェナーダイオ
ード１０６で回路電源を越えないように制御されつつオ
ペアンプ９２の反転入力端子に抵抗１０８を介してバイ
アスされる。 【００５２】スタータスイッチ２０のオン動作の直後
は、反転入力端子の電圧は非反転入力電圧よりも低いた
めに、オペアンプ９２の出力はＨｉとなっており、トラ
ンジスタ９０をオン動作させリレースイッチ７４は閉じ
ている。 【００５３】そして、クランキングの持続により反転入
力電圧が非反転入力電圧を越えると、すなわちスタータ
スイッチ２０をオンして所定時間経過すると、オペアン
プ９２の出力はＬｏとなり、トランジスタ９０がオフさ
れる。これにより、リレースイッチ７４がオフとなる。 【００５４】このように、抵抗１０４とコンデンサ１０
２による時定数回路で発生する所定の時間だけ電気二重
層コンデンサ６２からの放電を行わせその所定時間経過
後に放電中であってもリレースイッチ７４を遮断し放電
を停止させる。従って、スタータスイッチがオンになっ
ている状態であっても、必要なロック電流供給時間を経
過した時には電気二重層コンデンサ６２からの放電が停
止されるので、この電気二重層コンデンサ６２を有効か
つ必要最小限に使うことが可能となり、ひいてはＰｂバ
ッテリ１６の負担の軽減を行うこともできる。 【００５５】図１０は、エンジン回転数によってリレー
スイッチ７４の開閉制御を行うようにした実施例の回路
構成が示されている。 【００５６】ロック電流の発生時間は外気温やバッテリ
液温などの温度変化、エンジンのフリクション、バッテ
リ放電特性、スタータ特性などの影響を受け一律に決定
することができない。また、ロック電流は、エンジンが
停止状態から動き始めるまでに大半が終了する。そこ
で、このエンジンの動きを検出し、放電停止信号とする
ようにしたのが本実施例である。 【００５７】上記図９の回路構成と異なる点は、オペア
ンプ９２の反転入力端子への入力信号であり、スタータ
スイッチ２０からの信号に代え、エンジン回転により発
生するエンジン回転パルス１１０を用いている。エンジ
ン回転パルス１１０は、充電抵抗１１２とコンデンサ１
１４で構成する積分回路に入力され、回転数が高くなる
と反転入力端子電圧は図上１１６で示したように平滑化
された電圧としてバイアスされる。 【００５８】所定の回転数を検出していない時には、オ
ペアンプ９２の出力はＨｉであり、リレースイッチ７４
はオン状態にある。そして、エンジンが所定回転数にな
りこれが検出されると反転入力電圧が非反転側入力電圧
よりも高くなりリレースイッチ７４がオフされる。 【００５９】回転検出は、例えばクランク軸の動きを検
出すれば良く、最低１回以上の回転信号でリレースイッ
チ７４をオフにできる積分回路時定数の設定も可能であ
る。また、図９及び図１０のスイッチ８８をイグニッシ
ョンスイッチより前段のアクセサリースイッチ８４とす
ることにより、スタータスイッチ２０が入る前にリレー
スイッチ７４を確実にオンさせておくことができるのは
上記図７の実施例で説明した通りである。 【００６０】図５及び図８に示す回路構成は、上述のよ
うな機能を奏するが、電気二重層コンデンサ６２が充放
電中にリレースイッチ７４を強制的に遮断する可能性の
ある構成となっている。そこで、電流容量が大きい場合
に接点面積を大きくすること、接点のギャップを拡大す
ること、接点動作を真空、不活性ガス中で動作させるこ
と、接点動作を速くすることなどが好ましいが、これで
はリレースイッチが大型装置化し、重量、容積、コスト
の大幅な増加を招くこととなり、車載用途には不向きで
ある。 【００６１】そこで、できるだけスタータ１０への放電
電流が流れている時に遮断動作を行わないようにすると
いう課題の下に、以下の構成を用いることとした。 【００６２】以下の実施例は、電気二重層コンデンサ６
２の放電電流が小さくなったときや流れ得なくなったこ
とを検出し、そのときに遮断を行うようにしたものであ
る。こうすることによってロック電流の供給に支障が生
じることはなく、結果として、スイッチ内の配線抵抗と
接点の接触抵抗による発熱だけを考慮したスイッチ容量
で足り、スイッチの定格容量の数分の１以下のスイッチ
で代用が可能になり、スタータなどの大電流負荷制御の
耐久性に十分耐えられるスイッチとなる。 【００６３】上述のように、図８の回路構成をモデル化
すると、図１１に示すようになり、また、Ｐｂバッテリ
１６と電気二重層コンデンサ６２の放電電圧特性は、上
述の図１２のようになる。負荷であるスタータに電流を
供給すると、ライン３０１の放電電圧特性を示し、一
方、電気二重層コンデンサ６２の放電電圧特性はライン
３０２のようになる。すなわち図示のようにＰｂバッテ
リ１６の放電電圧の減少は小さいが、電気二重層コンデ
ンサ６２の方は放電電荷量に比例して低下していく。 【００６４】そして、逆起電力を発生しない負荷で負荷
の大きさがあまり変化しない場合、バイアスされる電圧
は近似的に図１３（Ａ）、（Ｂ）に示すようになる。す
なわち、スタータ１０における最終電圧はＥｂｓ＝Ｅｂ
・Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）で表わされ、電気二重層
コンデンサ６２の電流３０４（同図（Ｂ）参照）は、所
定時間後に放電電流がゼロになる。また、Ｐｂバッテリ
１６からの放電電流であるライン３０６は最終的にＩｂ
＝Ｅｂ／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）となり、スタータ１０に
はライン３０８の負荷電流が供給される。これにスター
タ１０の内部抵抗Ｒ３を考慮すると上記図（Ａ）に示し
た最終電圧Ｅｂｓとなる。 【００６５】電気二重層コンデンサ６２の電圧Ｅｃ、Ｐ
ｂバッテリ１６の電圧Ｅｂは計測できないため、例えば
負荷電圧Ｅ１、最終電圧Ｅｂｓを検出し、これに基づい
て、図８に示すリレースイッチを遮断すれば、接点は保
護され、耐久上の問題が発生しない。 【００６６】まず、図１４の回路構成は、電気二重層コ
ンデンサ６２の放電電圧低下に基づく制御であり、上記
図８のリレースイッチ制御回路に用いる例を示してい
る。すなわち、図９又は図１０のオペアンプ９２の反転
入力端子側に入力される信号を供給する回路である。 【００６７】電気二重層コンデンサ６２の正極側が分圧
抵抗１２６及び１２８を介してオペアンプ１２０の反転
入力端子に接続されている。そして、オペアンプ１２０
の非反転入力端子には、基準電圧としてスタータ１０の
最終駆動電圧が分圧抵抗１２２及び１２４を介して入力
されるように接続され、オペアンプ１２０出力は、図９
又は図１０のオペアンプ９２の反転入力端子に接続され
ている。これにより、負荷電圧Ｅ１と最終電圧Ｅｂｓの
検知に基づき、リレースイッチ７４を電気二重層コンデ
ンサ６２からの電流がゼロ電流となったときに遮断する
ことができる。 【００６８】次に、図１５の回路構成は、電気二重層コ
ンデンサ６２とリレースイッチ７４との間の接続ライン
に接近した位置に電流を検出するホールセンサ１３２を
設置し、このホールセンサ１３２を入力抵抗Ｒ１３４と
帰還抵抗１３５を介してオペアンプ１３８に接続し、こ
のホールセンサ１３２の出力電圧を増幅し、比較用のオ
ペアンプ１４０の非反転入力端子に入力するように接続
している。一方、オペアンプ１４０の反転入力端子に
は、所定の基準電圧が分圧抵抗１４２、１４４を介して
入力されている。そして、オペアンプ１４０の出力が図
９又は図１０のオペアンプ９２の反転入力端子に接続さ
れていることは、図１４の場合と同様である。 【００６９】電気二重層コンデンサ６２からの電流がス
タータ１０側へ流れているとき（放電時）は、コンパレ
ータ１３８の出力はＬｏレベルであり、逆方向に流れる
ときはＨｉレベルとなる。そして、コンパレータ１４０
の比較電圧を分圧抵抗１４２、１４４による所定の電圧
に設定しておくと、コンパレータ１３８の出力がＨｉレ
ベルになった瞬間にコンパレータ１４０の出力がＨｉと
なり、これが図９又は図１０のオペアンプ９２の反転入
力端子に入力され、リレースイッチ７４がオフされる。 【００７０】負荷が逆起電力を発生したり、インピーダ
ンスが変化する場合には負荷電圧が変動するため、図１
１における電気二重層コンデンサ６２電圧Ｅｃが負荷電
圧Ｅ１より小さくなる場合が発生する。この時、電気二
重層コンデンサ６２へはＰｂバッテリ１６から電流が逆
流し、充電されることになる。 【００７１】本図の回路構成は、電流の方向が変わる時
には必ず電気二重層コンデンサ６２電流ｉｃがゼロ電流
になることに注目して、この電流変化により、リレース
イッチ７４をオフするようにしたものである。 【００７２】図１６の回路構成は、電気二重層コンデン
サ６２の正極側が抵抗１５１及び１５３を介してオペア
ンプ１５０の非反転入力端子に接続され、オペアンプ１
５０の反転入力端子には、キャパシタンスＣ１が抵抗１
５５を介して接続されている。また、オペアンプ１５０
の非反転入力側には、電気二重層コンデンサ６２の正極
側接続ラインからダイオード１５２が直列に接続されて
いる。 【００７３】この構成は、電気二重層コンデンサ６２の
キャパシタンスＣと内部抵抗との等価モデルを抵抗１５
５と漏洩電流の小さいキャパシタンスＣ１を直列に接続
し、電気二重層コンデンサ６２の正極側に並列に接続す
ることによって、電気二重層コンデンサ６２と等価な動
作をさせるようにしたものである。例えば、電気二重層
コンデンサ６２のキャパシタンスが２００ファッラド、
内部抵抗が５ミリオームであれば、電子部品としてＣ１
は２００マイクロファッラド、抵抗１５５は５メガオー
ムに設定し、構成される。 【００７４】この時、キャパシタンスＣ１の電圧が電気
二重層コンデンサ６２の起電圧と近似的に等価となるた
め、オペアンプ１５０の反転側に入力し、非反転側には
電気二重層コンデンサ６２の内部抵抗へのバイアス電圧
にあたる電圧として電気二重層コンデンサ６２の正極側
を接続している。従って、電気二重層コンデンサ６２が
放電状態、すなわちスタータ１０への電流供給状態にあ
れば電気二重層コンデンサ６２の起電圧はスタータ電圧
より高く、オペアンプ１５０の出力はＬｏレベルにあ
り、充電状態であれば逆に、電気二重層コンデンサ６２
の起電圧の方が、スタータ電圧より低く、オペアンプ１
５０の出力はＨｉレベルとなる。 【００７５】なお、電気二重層コンデンサ６２の端子電
圧と起電圧が等しければ電流は流れないが、オペアンプ
１５０の反転入力側に直列に接続したダイオード１５２
の順方向電圧低下により、オペアンプ１５０の出力はＨ
ｉレベルになり、出力は図９又は図１０のオペアンプ９
２の反転入力端子に入力されるので、リレースイッチ７
４の損傷を極めて最小限にとどめてオフすることができ
る。 【００７６】なお、図１１で示した電気二重層コンデン
サ６２の端子電圧Ｅ１は負荷Ｒ３の内部抵抗が変化する
と変動し、電気二重層コンデンサ６２の起電圧Ｅｃより
高くなった状態で電気二重層コンデンサ６２が充電され
る過程において、電気二重層コンデンサ６２への電流は
放電からゼロ電流、充電へとその方向、値が変化する。
しかし、電気二重層コンデンサ６２には内部抵抗がある
ので、電圧Ｅ１を検出、代用することは、真の起電圧に
基づく制御とは言えない。 【００７７】そこで、以下の図１７に示す回路構成は、
上記の各回路構成のように電流センサーや電気二重層コ
ンデンサ６２の等価モデルを使うことなく、直接リレー
スイッチ７４等に内包される接触抵抗による電圧変化を
捕える方法に基づくものである。 【００７８】すなわち、リレースイッチ７４の接点及び
配線には数ミリオーム以上の抵抗があり、電流が流れる
と逆電圧が発生し、電圧低下を招く。従って、電流の方
向が変わると接触抵抗による損失電圧の符号が逆転する
ことを利用したものである。 【００７９】その図１７の回路構成は、リレースイッチ
７４の両端ラインが、それぞれオペアンプ１６０、１６
２の非反転入力端子に接続され、オペアンプ１６２の反
転入力端子は、オペアンプ１６０及び１６２の出力側に
接続された抵抗１６４、１６６の中間ラインに接続され
ている。 【００８０】リレースイッチ７４の両端電圧Ｖ２、Ｖ３
をオペアンプ１６０、１６２で構成される差動増幅器に
入力すると、抵抗１６４（Ｒ６）と１６６（Ｒ７）で決
まる差動増幅出力電圧Ｖ０は、Ｖ０＝（１＋Ｒ７／Ｒ
６）・（Ｖ２−Ｖ３）となる。出力Ｖ０は、図９又は図
１０のオペアンプ９２の反転入力端子に入力される入力
される。 【００８１】電気二重層コンデンサ６２の電圧がスター
タ電圧より高い時には電気二重層コンデンサ６２から放
電されるため、Ｖ２＞Ｖ３の関係にあり、オペアンプ１
６２の出力は上記オペアンプ９２の出力をＬｏのままに
しておく信号を出力している。すなわち、リレースイッ
チ７４はオンの状態を保つ。一方、電気二重層コンデン
サ６２の電圧がスタータ電圧より低いときには充電中と
なり、Ｖ２＜Ｖ３となるため、オペアンプ１６２は上記
オペアンプ９２の出力をＨｉとする電圧信号を出力す
る。すなわち、リレースイッチ７４はオフされる。 【００８２】スタータスイッチ２０が投入されてから放
電、充電は連続して動作するので、電気二重層コンデン
サ６２への電流は放電からゼロ電流、充電と進行する。
そして、リレースイッチ７４は、ゼロ電流から充電電流
に切り替わる時点でオフとなるため、接点への負担は全
くなくなる。 【００８３】ところで、電気二重層コンデンサ６２のバ
イアス電圧の上限Ｖｐは電気二重層コンデンサ６２の電
解液の活性エネルギー電圧に等しく、これを越える電圧
をバイアスすると電気二重層コンデンサ６２の寿命低下
を招く。自動車のＰｂバッテリ電圧はバイアス電圧が管
理、制御されており、使用される負荷、温度により、バ
イアス電圧Ｖｂは変化する。Ｐｂバッテリ１６と電気二
重層コンデンサ６２を並列に接続するためには、図１８
に示したように単セルの電気二重層コンデンサ６２を直
列にｎ個接続した組電池で構成される。 【００８４】従って、上記Ｖｂとの関係は（電気二重層
コンデンサを保護するため）Ｖｂ＜＝ｎ・Ｖｐが絶対条
件となる。ｎは電気二重層コンデンサ６２の個数で整数
のため、Ｖｐのｎ倍がＶｂ＜＝ｎ・Ｖｐを満足しないと
きは、Ｖｂ＜（ｎ＋１）・Ｖｐを満足しなければならな
い。直列の個数が１個増えると、単セルのキャパシタン
スをＣ０とすると、組電池のＣはＣ＝Ｃ０／（ｎ＋１）
となりＣ０／ｎより容量は低下する。 【００８５】従って、蓄積できるエネルギーはキャパシ
タンスに比例するため、Ｖｂを共通にすればｎ個の組電
池のほうがｎ＋１個より小さくなり、組電池の出力性能
を低下させるばかりでなく、重量、容積、コストが１個
分以上、増える。 【００８６】図１８は、上記組電池式の電気二重層コン
デンサ６２とした場合に、充電用の抵抗７８に直列にダ
イオード１７０を接続した構成が示されている。これ
は、まずダイオード１７０が持つ、順方向電圧降下Ｖｄ
を利用し、Ｖｂ＜ｎ・Ｖｐ＋Ｖｄ＜（ｎ＋１）・Ｖｐと
なるように構成したものである。Ｖｂ＝ｎ・Ｖｐのとき
も、Ｐｂバッテリ１６のバイアス電圧の変化を考慮しフ
ェールセーフとしてダイオード１７０を接続することが
望ましい。 【００８７】Ｐｂバッテリ１６の電圧は負荷、温度、運
転状態により変化する。特に、エンジンが停止状態では
Ｐｂバッテリ電圧は運転状態より低く、運転状態でも、
バッテリがフル充電にないときや電装負荷が大きいと
き、エンジン房内温度が高い時には低くなる。電気二重
層コンデンサ６２に常に、エンジンの運転中の最大電圧
で充電を行い、エンジンが停止中には電気二重層コンデ
ンサ６２からＰｂバッテリ１６への放電を防止するため
に図１８のダイオード１７０を充電用の抵抗に直列に接
続し、常に、最大のパワーを電気二重層コンデンサ６２
に発揮させるようにしている。 【００８８】 【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る車両
用電源装置によれば、エンジン始動時に必要なスタータ
へのロック領域電流の供給時におけるバッテリの負担を
電気二重層コンデンサにより軽減し、かつエンジンの始
動性を向上させることのでき、かかる効果を複雑な制御
装置を用いることなく、配線構成により達成している。
ンジンのスタート時にスタータに電流供給を行う電源装
置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】図１は、スタータによるエンジン始動シ
ステムの一般的構成例を示している。通常、エンジンの
始動はスタータで発生するトルクをピニオンギヤなどを
介してエンジンのクランク軸に伝達しエンジンの回転動
作を開始させるものである。 【０００３】図１のスタータ１０は、スイッチ部である
マグネット部１２及びスタータ本体部１４とから構成さ
れている。そして、バッテリ１６は、ヒュージブルリン
ク１８及びスタータスイッチ２０を介してマグネット部
１２のソレノイドコイル２２に接続されている。また、
バッテリ１６はスタータ本体部１４への電流供給を行う
ためのメインスイッチ２４の端子２４ａに接続されてい
る。 【０００４】スタータ本体部１４には、ピニオンギヤ２
６がアーマチャ３２のスラスト軸上に配置され、励磁コ
イル２８、電気子巻線３０、コンミテータ３４を供え、
全体として直列に接続された直流直巻電動機構造を有し
ている。 【０００５】スタータスイッチ２０がオンされるとバッ
テリ１６からの電流がソレノイドコイル２２に供給され
プランジャ３６が矢印１００方向に移動し、マグネット
部１２のメインスイッチ２４がオンされる。ここで、バ
ッテリ１６からの電流はメイン接続ライン２００により
スタータ本体部１４に供給される。このとき、プランジ
ャ３６の動作によってシフトフォーク３８が回動し、ピ
ニオンギヤ２６が矢印３００方向に移動しピニオンギヤ
２６がリングギヤ４０に噛み合わされる。 【０００６】従って、バッテリ１６からの電流供給によ
りピニオンギヤ２６がトルクをリングギヤ４０に伝達す
る。これにより、エンジンの初期回転動作が行われるこ
ととなる。 図２には、スタータ電流に対するスタータ
の種々の特性が示されている。 【０００７】ライン（イ）が出力特性、ライン（ロ）が
回転数特性、ライン（ハ）がトルク特性、ライン（ニ）
が電圧特性をそれぞれ示している。 【０００８】例えば、スタータ本体部１４の回転数が０
の時、電流は最大となり、トルクＭＡＸとなる。そし
て、回転数の上昇に従い、発生トルクは減少する（トル
クは電流の二乗に比例する）。大電流の範囲では、磁束
が飽和するため一定値に近づき、電流が小さい範囲で二
乗特性が顕著になる。 【０００９】一方、スタータ１２によりエンジンの初期
回転動作が行われ、始動が可能な回転数になるまでのス
タータ電流領域をロック電流領域と呼ぶ。 【００１０】スタータが特性通りの出力を発揮するため
には、バッテリの出力特性がスタータの電圧特性を満足
しなければならず、常にスタータ電圧特性ライン（ニ）
の傾きより小さいバッテリ電圧特性（例えば、ライン
（ホ））を満足しなければならない。 【００１１】図３は、エンジンが停止状態から始動を開
始する過程のスタータ電流Ｉｄの変化を示している。一
般的にスタータスイッチをオン動作させてからのスター
タ電流Ｉｄの変化は、エンジンの始動状態を顕著に示
し、３つの電流成分に分類される。まず、第１に停止状
態のエンジンを回転させるためのロック領域電流成分
（以下ロック電流という）５０、ピストンの吸入、圧
縮、排気のなど往復動作に従い電流が脈動を繰り返す交
流電流成分５２、エンジンを始めとしたメカニカル機構
のフリクションに相当する直流電流成分に分けられる。 【００１２】直流電流成分には、エンジンが停止状態か
ら始動が可能な回転数になるまでに乗り越えなければな
らない静的フリクションに相当する電流成分５４とエン
ジン回転時に発生する動的フリクションに相当する電流
成分５６があり、低温始動時にはより大きな静的フリク
ションに相当する電流成分が加算される。図３におい
て、ピニオンギヤとリングギヤが噛み合うまでの電流を
示す時間５８及び主として静的フリクションに相当する
電流を示す時間６０の双方を含めてロック電流領域時間
７０と呼ぶ。 【００１３】また、バッテリの放電特性は、バッテリの
寿命による性能劣化、低温時の性能低下により出力特性
が低下し、甚しい場合には、スタータの電圧特性以下に
なることがある。図３に示したようにエンジンを始動す
るには、まず最初にロック電流５０が供給されなければ
始動動作を行うことができない。ロック電流の形態は温
度に依存せず、動作時間に依存し、低温時では時間が長
く、温度が高ければ短くなるが始動時には必ず発生す
る。従って、ロック電流の大きさがシステム設計、管理
上以下のような大きな影響を与えるだけでなくコストダ
ウン、システムの小型軽量化などの障害となっている。 （１）始動時の静的フリクションを加算したロック電流
を考慮した余裕のあるバッテリサイズが必要になる。 （２）常に、始動時にはロック電流が流れ、深い放電状
態になるためバッテリの長寿命化が阻害される。 （３）バッテリが放電ぎみの場合には、ロック電流の必
要性からその始動性に大きな影響を受ける。 （４）配線抵抗によるロック電流供給時の電圧ドロップ
を低減することを考慮しなければならない。このため、
大口径（大容量）の配線が必要になる。 （５）スタータの大型化に伴いロック電流がより大きく
なり、バッテリ容量の大型化を招いている。 【００１４】このように、エンジン始動時にスタータに
おいて必要とされるロック電流により生じる種々の問題
を解決すべく、例えば特開平２−１７５３５０号公報や
実開平３−８２８７６号公報などに開示された技術が提
案されているが、未だ十分なものではない。 【００１５】本発明は、上記種々の事情に鑑みなされた
ものであり、その目的はエンジン始動時に必要なロック
電流によるバッテリへの負担を軽減し、かつエンジンの
始動性を向上させることのできる車両用電源装置を提供
することにある。 【００１６】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る車両用電源装置は、通常状態でメイ
ンスイッチが開状態にあるスタータ本体部と電流供給を
受け前記メインスイッチを閉じるスイッチ部とを有する
スタータと、前記スイッチ部及び前記スタータ本体部へ
の電流供給を行うバッテリと、該バッテリから前記スイ
ッチ部への電流供給のオンオフを行うキースイッチと、
前記スタータ本体部に対して前記バッテリと共に並列に
接続されたロック領域電流供給用の電気二重層コンデン
サと、前記バッテリ及び前記二重層コンデンサから前記
スタータ本体部への電流供給の共通ラインと前記電気二
重層コンデンサとの間に接続され前記キースイッチのオ
ン動作に基づいて閉じられる開閉手段とを備え、前記キ
ースイッチのオン動作により前記スイッチ部を作動さ
せ、前記バッテリ電流をスタータ本体部に供給する車両
用電源装置において、前記キースイッチに接続され、前
記キースイッチのオン動作の後、前記開閉手段の両端電
圧を検知し、前記電気二重層コンデンサ側の電圧が他方
側であるスタータ電圧より高い時には前記開閉手段の閉
状態を保ち、前記電気二重層コンデンサ側の電圧が他方
側であるスタータ電圧より低い時には前記開閉手段は開
とするように前記開閉手段を開閉制御する開閉手段制御
回路を設けたことを特徴とする。 【００１７】 【作用】上記のように、本発明は、種々の改良が提案さ
れ大容量かつ急速充電、放電が可能となった電気二重層
コンデンサの機能を有効に活用してエンジン始動を行わ
んとするものである。 【００１８】まず、請求項１に係る車両用電源装置によ
れば、電気二重層コンデンサが従来バッテリと並列に接
続されており、キースイッチがオンされスタータのスイ
ッチ部の動作によりスタータ本体部のメインスイッチが
オンされると電気二重層コンデンサが始動時のロック領
域電流の一部を供給する。従って、バッテリの電流負担
を低減させることができる。 【００１９】更に、キースイッチのオン動作の後、前記
開閉手段の両端電圧を検知し、この高低に基づいて前記
開閉手段を開閉制御する。すなわち、この高低により電
流方向をチェックすることができ、実際の電気二重層コ
ンデンサの起電圧に基づいた前記開閉手段の開閉制御が
可能である。これにより、より確実に接点保護効果を得
る事ができる。 【００２０】すなわち、これは、電気二重層コンデンサ
からのロック領域電流の供給中に電気二重層コンデンサ
の放電電圧の降下が生じることに着目し、この電圧の低
下に基づき開閉手段をオフするものである。更に、放電
電圧が十分に低下したときに開閉手段が開放されるの
で、開閉手段の接点が保護される。即ち、高電圧の通電
中に開閉がなされるときのような接点への負担を回避で
きる。 【００２１】 【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例につい
て詳細に説明する。 【００２２】図４は、本発明の基本的構成を有する回路
図を示している。スタータ１０と鉛蓄電池（以下Ｐｂバ
ッテリと言う）１６との接続は図１に示したものと同様
であり、Ｐｂバッテリ１６は、スタータスイッチ２０を
介してスタータ１０のスイッチ部１２のソレノイドコイ
ル２２に接続されている。 【００２３】本実施例では、さらに電気二重層コンデン
サ６２がＰｂバッテリ１６と並列に接続されそのメイン
接続ライン２００は、スタータ１０の本体部のメインス
イッチ２４の接点２４ａ（図１参照）に接続されてい
る。なお、本実施例では電気二重層コンデンサ６２の接
続位置は、配線抵抗を考慮してできるだけスタータ１０
に近接した位置とされている。 【００２４】ここで、スタータスイッチ２０がオンされ
ると図１で説明したようにスタータのスイッチ部１２の
動作によりスタータ本体部１４のメインスイッチ２４が
オンされる。これにより、上記図３に示したようなスタ
ータ電流が流れ、ロック電流がＰｂバッテリ１６及び電
気二重層コンデンサ６２からスタータ本体部１４に供給
される。この時、電気二重層コンデンサ６２の重量比パ
ワー密度は、Ｐｂバッテリ１６よりも飛躍的に大きく、
かつ内部抵抗が小さいためロック電流の多くは電気二重
層コンデンサ６２から供給される。 【００２５】図１１は、上記図４に示した電流供給回路
の等価回路の一例を示している。Ｐｂバッテリ１６の起
電圧をＥｂ、内部抵抗６４をＲ１、バッテリとスタータ
の接続ラインの抵抗６６をＲ２、電気二重層コンデンサ
６２の電圧をＥｃ、その内部抵抗６８をＲ４、さらに配
線抵抗７０をＲ５とし、スタータ１０の内部抵抗７２
は、Ｒ３と近似される。また、Ｐｂバッテリ１６の内部
抵抗は、バッテリ容量の大きさに反比例する関係にあ
る。 【００２６】一方、図１２に示すように、Ｐｂバッテリ
１６の起電圧Ｅｂは、ライン３０１にて示したように負
荷抵抗が一定で放電が短時間であれば電圧はほぼ一定と
なり、また電気二重層コンデンサ６２の電圧Ｅｃはライ
ン３０２で示したように時間に比例して低下する。ロッ
ク電流領域では、スタータ１０から見た電源の抵抗イン
ピーダンスは、Ｒ４＋Ｒ５とＲ１＋Ｒ２が並列に接続さ
れた状態で、Ｒ４＋Ｒ５＜Ｒ１＋Ｒ２の関係にある。 【００２７】Ｐｂバッテリ１６からの供給電流ｉｂは、
ｉｂ＝Ｅｂ／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）、電気二重層コンデ
ンサ６２からの供給電流ｉｃは、ｉｃ＝Ｅｃ／（Ｒ４＋
Ｒ５＋Ｒ３）と分担され、スタータ電流ｉｓが形成され
る。 【００２８】従って、ロック電流は、主に電気二重層コ
ンデンサ６２から供給されることとなる。Ｐｂバッテリ
１６の容量を小さくし、内部抵抗Ｒ１を大きくするか、
配線抵抗Ｒ２を大きくするか、あるいは電気二重層コン
デンサ６２の容量を大きくすればＰｂバッテリ１６の負
担は相対的に小さくなる。また、電気二重層コンデンサ
６２の内部抵抗をより小さくすることによってもＰｂバ
ッテリ１６の負担を小さくすることが可能である。 【００２９】Ｐｂバッテリ１６がフル充電していない
時、あるいは経時変化のために放電性能が低下している
と、Ｐｂバッテリ１６の放電性能は例えば図１２のライ
ン３０３のようになり、見掛け上の内部抵抗が増大し、
自動的に電気二重層コンデンサ６２の負担が大きくな
る。従って、Ｐｂバッテリ１６のより深い放電状態や放
電性能の低下した状態でもエンジン始動を確実に行うこ
とができる。 【００３０】さらに、図４の構成では、スタータ１０に
できるだけ近い場所に電気二重層コンデンサ６２が配線
されており、これによりＰｂバッテリ１６及び電気二重
層コンデンサ６２のスタータ１０への接続ライン２００
の配線径の小径化が可能となる。スタータ１０に近接し
た場所に電気二重層コンデンサ６２が搭載できないとき
には、逆にＰｂバッテリ１６により近い場所に搭載させ
ることにより、Ｐｂバッテリ１６の負担、例えば電気二
重層コンデンサ６２の充電時の負担を低減させることも
可能である。 【００３１】なお、スタータスイッチ１０がオフされる
と、スタータ本体部１４のメインスイッチ２４が開放さ
れ、電気二重層コンデンサ６２は、Ｐｂバッテリ１６か
らの電流供給により充電がなされる。 【００３２】次に、図５は、図４の回路についての改良
を行った実施例の回路構成が示されている。 【００３３】スタータスイッチ２０をオフすると、電気
二重層コンデンサ６２の内部抵抗がスタータ１０の内部
抵抗より小さい場合にはＰｂバッテリ１６から大電流が
電気二重層コンデンサ６２に流入する。これは、Ｐｂバ
ッテリ１６の負担を増加させるばかりでなく、これによ
りＰｂバッテリ１６が消費した電力を補うためにエンジ
ン始動後の発電量の急激な増加につながる。そして、こ
の部分的なエンジン負荷の増大に伴い排気ガス量の増大
と燃費の悪化を招来することにもなる。 【００３４】そこで、図５の構成では、電気二重層コン
デンサ６２とメイン接続ライン２００との間にリレース
イッチ７４を直列接続している。リレースイッチ７４
は、スタータスイッチ２０の開閉によってオンオフ制御
されるリレーコイル７６により制御される。 【００３５】更に、このリレースイッチ７４に並列に電
流調整用の抵抗７８が接続されている。スタータスイッ
チ２０がオンされると、リレースイッチ７４が作動しオ
ンになり、上述のように電気二重層コンデンサ６２から
ロック電流の分担分がスタータ１０に供給される。そし
て、スタータスイッチ２０がオフされると、リレースイ
ッチもオフとなる。この段階で、Ｐｂバッテリ１６によ
る電気二重層コンデンサ６２の充電が行われるが、本実
施例では、電流調整用の抵抗７８が設けられているの
で、上述のような大電流による急速充電が防止される。
本実施例ではロック電流以下の電流になるように抵抗７
８の抵抗値が設定され、良好な充電が行われる。 【００３６】図６は、実施例に係る回路構成が示されて
いる。 【００３７】本実施例では、キースイッチ８０の構成が
一般的な多段式の構成とされ、スタータスイッチ２０の
前段にイグニッションスイッチ８２を設け、キースイッ
チの一連の動作により前段がイグニッションスイッチ８
２、後段がスタータスイッチ２０でオン動作されるよう
になっている。 【００３８】そして、上記リレースイッチ７４を制御す
るリレーコイル７６を前段スイッチであるイグニッショ
ンスイッチ８２の開閉動作にて制御するように接続した
ことである。これにより、リレースイッチ７４の接点の
負担を軽減することができ接点の損傷を防止すると共に
長寿命化を図ることができる。 【００３９】すなわち、リレーコイル７６をスタータス
イッチ２０の動作に基づいてオンオフすると、リレース
イッチ７４がオンされると同時に電気二重層コンデンサ
６２からスタータ１０へ大電流が供給されることとな
る。従って、リレースイッチ７４の接点は過大な電流負
担となり、アークによる接点の損傷、焼損が発生し耐久
性の低下を加速するばかりでなく、接点の接触抵抗の数
ミリオームの増大がスタータ１０の始動性能を悪化させ
ることにもなる。そこで、リレースイッチ７４をスター
タスイッチ２０よりも常に前段階でオンされるイグニッ
ションスイッチ８２からリレーコイル７６への信号を送
るようにし、スタータスイッチ２０がオンされ、スター
タ本体部１４のメインスイッチ２４が閉じられる前にリ
レースイッチ７４を閉じるようにしたものである。 【００４０】図７は、上記図６とほぼ同様の機能を有す
る回路図であり、特徴的なことはキースイッチ８０を３
段階の連続動作スイッチとし、イグニッションスイッチ
８２のさらに前段にアクセサリースイッチ８４を設け、
このアクセサリースイッチ８４のオン動作に基づいてリ
レースイッチ７４をオン動作させるように接続したもの
である。 【００４１】これにより、図６に示した回路構成の機
能、すなわちスタータのメインスイッチ２４が閉じられ
る前にリレースイッチ７４をオンしておくという機能を
より確実なものとすることができる。すなわち、図６の
２段階スイッチにおいてはスタータスイッチ２０のオン
動作までが短時間に行われた場合には、スタータスイッ
チ２０がオンされた直後にリレースイッチ７４が閉じら
れるという事態も生じるので、このスタータスイッチ２
０のオン動作までの時間をより大きくするためにアクセ
サリースイッチ８４にてオン動作させるようにしたもの
である。 【００４２】このように電源との間に特別な制御装置を
設けることなしに配線だけによって確実な動作を可能と
しており、リレースイッチ７４の動作耐久性の向上並び
に確実なロック電流の供給が保証されている。 【００４３】一方、ロック電流領域以外の領域まで電気
二重層コンデンサ６２に負担させると、電気二重層コン
デンサ６２の容量が増大するばかりでなく、上述の各実
施例のようにＰｂバッテリ１６と電気二重層コンデンサ
６２を並列に直接接続し、負荷電流ｉｃを長時間流し続
けた場合、電気二重層コンデンサ６２の電圧が低下す
る。そして、上述の図１２に示したようにこの低下電圧
がＥｂ以下の場合には、Ｐｂバッテリ１６からの逆流電
流が電気二重層コンデンサ６２に流れるため、Ｐｂバッ
テリ１６の負担がその分増加する。 【００４４】特に、スタータスイッチ２０の前段階のイ
グニッションスイッチ８２やより前段のアクセサリース
イッチ８４でリレースイッチ７４を制御すると、スター
タスイッチ２０をオフしてもリレースイッチ７４は開さ
れないので、何等かの制御が望ましい。そこで、電気二
重層コンデンサ６２の電流負担をできるだけロック電流
領域のみに限定するという観点から、そのたの構成を付
加した実施例を以下に示す。 【００４５】図８に示した構成では、電気二重層コンデ
ンサ６２による放電の途中でリレースイッチ７４をオフ
するためにリレースイッチ７４のリレーコイル７６に通
電する電流を制御するリレー制御回路８６を設置してい
る。 【００４６】まず、その動作について説明する。イグニ
ッションスイッチあるいはアクセサリースイッチを意味
するスイッチ８８がオンされるとリレー制御回路８６が
動作し、リレーコイル７６が通電されリレースイッチ７
４がオンになり電気二重層コンデンサ６２とスタータ１
０が直結される。そして、スタータスイッチ２０がオン
されるとリレースイッチ７４には負担がかからずに電気
二重層コンデンサ６２からスタータ１０へロック電流が
放電される。 【００４７】そして、スタータスイッチ２０がオンとな
ってから所定時間経過後、あるいはエンジンが所定回転
数になったときにリレー制御回路８６が動作し、リレー
コイル７６の通電をオフしリレースイッチ７４を切る。
これにより、電気二重層コンデンサ６２からの放電が停
止し、並列に接続されている抵抗７８を介しＰｂバッテ
リ１６が電気二重層コンデンサ６２を充電する。 【００４８】図９は、上記リレー制御回路８６の一例を
示すものであり、スタータスイッチ２０がオンされてか
ら所定時間後にリレースイッチ７４をオフするようにし
た回路である。 【００４９】リレーコイル７６への電流をオンオフする
トランジスタ９０は、そのコレクタ側がスイッチ８８
に、エミッタ側がリレーコイル７６に接続されている。
そして、ベース側にはオペアンプ９２の出力ラインが接
続されている。トランジスタ９０は、オペアンプ９２か
らの出力がＨｉの時にオンとなり、Ｌｏのときにオフと
なる。 【００５０】オペアンプ９２の非反転側端子には、イグ
ニッションスイッチなどの前段スイッチ８８への接続ラ
インから供給された電圧を所定の回路電源電圧に調整す
る回路９６と、この電圧を基準に反転側電圧と比較する
比較電圧Ｖ１を発生させる分圧抵抗９４と９８が接続さ
れている。そして、分圧抵抗９６と９８との中間ライン
とオペアンプ９２の出力ラインとの間に抵抗１０１が接
続され、オペアンプ９２の動作がＬｏになり、トランジ
スタ９０がオフされた時にはさらに比較電圧を低下させ
反転入力電圧が変動しても確実にオペアンプ９２の出力
をＬｏにしておくヒステリシス回路が構成されている。 【００５１】オペアンプ９２の反転入力端子には、コン
デンサ１０２と充電抵抗１０４が直列に接続され、抵抗
１０４の一端はスタータスイッチ２０に接続されてい
る。そして、スタータスイッチ２０がオンになるとコン
デンサ１０２が充電され電圧が上昇し、所定時間経過後
にはこのコンデンサ１０２からの出力がツェナーダイオ
ード１０６で回路電源を越えないように制御されつつオ
ペアンプ９２の反転入力端子に抵抗１０８を介してバイ
アスされる。 【００５２】スタータスイッチ２０のオン動作の直後
は、反転入力端子の電圧は非反転入力電圧よりも低いた
めに、オペアンプ９２の出力はＨｉとなっており、トラ
ンジスタ９０をオン動作させリレースイッチ７４は閉じ
ている。 【００５３】そして、クランキングの持続により反転入
力電圧が非反転入力電圧を越えると、すなわちスタータ
スイッチ２０をオンして所定時間経過すると、オペアン
プ９２の出力はＬｏとなり、トランジスタ９０がオフさ
れる。これにより、リレースイッチ７４がオフとなる。 【００５４】このように、抵抗１０４とコンデンサ１０
２による時定数回路で発生する所定の時間だけ電気二重
層コンデンサ６２からの放電を行わせその所定時間経過
後に放電中であってもリレースイッチ７４を遮断し放電
を停止させる。従って、スタータスイッチがオンになっ
ている状態であっても、必要なロック電流供給時間を経
過した時には電気二重層コンデンサ６２からの放電が停
止されるので、この電気二重層コンデンサ６２を有効か
つ必要最小限に使うことが可能となり、ひいてはＰｂバ
ッテリ１６の負担の軽減を行うこともできる。 【００５５】図１０は、エンジン回転数によってリレー
スイッチ７４の開閉制御を行うようにした実施例の回路
構成が示されている。 【００５６】ロック電流の発生時間は外気温やバッテリ
液温などの温度変化、エンジンのフリクション、バッテ
リ放電特性、スタータ特性などの影響を受け一律に決定
することができない。また、ロック電流は、エンジンが
停止状態から動き始めるまでに大半が終了する。そこ
で、このエンジンの動きを検出し、放電停止信号とする
ようにしたのが本実施例である。 【００５７】上記図９の回路構成と異なる点は、オペア
ンプ９２の反転入力端子への入力信号であり、スタータ
スイッチ２０からの信号に代え、エンジン回転により発
生するエンジン回転パルス１１０を用いている。エンジ
ン回転パルス１１０は、充電抵抗１１２とコンデンサ１
１４で構成する積分回路に入力され、回転数が高くなる
と反転入力端子電圧は図上１１６で示したように平滑化
された電圧としてバイアスされる。 【００５８】所定の回転数を検出していない時には、オ
ペアンプ９２の出力はＨｉであり、リレースイッチ７４
はオン状態にある。そして、エンジンが所定回転数にな
りこれが検出されると反転入力電圧が非反転側入力電圧
よりも高くなりリレースイッチ７４がオフされる。 【００５９】回転検出は、例えばクランク軸の動きを検
出すれば良く、最低１回以上の回転信号でリレースイッ
チ７４をオフにできる積分回路時定数の設定も可能であ
る。また、図９及び図１０のスイッチ８８をイグニッシ
ョンスイッチより前段のアクセサリースイッチ８４とす
ることにより、スタータスイッチ２０が入る前にリレー
スイッチ７４を確実にオンさせておくことができるのは
上記図７の実施例で説明した通りである。 【００６０】図５及び図８に示す回路構成は、上述のよ
うな機能を奏するが、電気二重層コンデンサ６２が充放
電中にリレースイッチ７４を強制的に遮断する可能性の
ある構成となっている。そこで、電流容量が大きい場合
に接点面積を大きくすること、接点のギャップを拡大す
ること、接点動作を真空、不活性ガス中で動作させるこ
と、接点動作を速くすることなどが好ましいが、これで
はリレースイッチが大型装置化し、重量、容積、コスト
の大幅な増加を招くこととなり、車載用途には不向きで
ある。 【００６１】そこで、できるだけスタータ１０への放電
電流が流れている時に遮断動作を行わないようにすると
いう課題の下に、以下の構成を用いることとした。 【００６２】以下の実施例は、電気二重層コンデンサ６
２の放電電流が小さくなったときや流れ得なくなったこ
とを検出し、そのときに遮断を行うようにしたものであ
る。こうすることによってロック電流の供給に支障が生
じることはなく、結果として、スイッチ内の配線抵抗と
接点の接触抵抗による発熱だけを考慮したスイッチ容量
で足り、スイッチの定格容量の数分の１以下のスイッチ
で代用が可能になり、スタータなどの大電流負荷制御の
耐久性に十分耐えられるスイッチとなる。 【００６３】上述のように、図８の回路構成をモデル化
すると、図１１に示すようになり、また、Ｐｂバッテリ
１６と電気二重層コンデンサ６２の放電電圧特性は、上
述の図１２のようになる。負荷であるスタータに電流を
供給すると、ライン３０１の放電電圧特性を示し、一
方、電気二重層コンデンサ６２の放電電圧特性はライン
３０２のようになる。すなわち図示のようにＰｂバッテ
リ１６の放電電圧の減少は小さいが、電気二重層コンデ
ンサ６２の方は放電電荷量に比例して低下していく。 【００６４】そして、逆起電力を発生しない負荷で負荷
の大きさがあまり変化しない場合、バイアスされる電圧
は近似的に図１３（Ａ）、（Ｂ）に示すようになる。す
なわち、スタータ１０における最終電圧はＥｂｓ＝Ｅｂ
・Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）で表わされ、電気二重層
コンデンサ６２の電流３０４（同図（Ｂ）参照）は、所
定時間後に放電電流がゼロになる。また、Ｐｂバッテリ
１６からの放電電流であるライン３０６は最終的にＩｂ
＝Ｅｂ／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）となり、スタータ１０に
はライン３０８の負荷電流が供給される。これにスター
タ１０の内部抵抗Ｒ３を考慮すると上記図（Ａ）に示し
た最終電圧Ｅｂｓとなる。 【００６５】電気二重層コンデンサ６２の電圧Ｅｃ、Ｐ
ｂバッテリ１６の電圧Ｅｂは計測できないため、例えば
負荷電圧Ｅ１、最終電圧Ｅｂｓを検出し、これに基づい
て、図８に示すリレースイッチを遮断すれば、接点は保
護され、耐久上の問題が発生しない。 【００６６】まず、図１４の回路構成は、電気二重層コ
ンデンサ６２の放電電圧低下に基づく制御であり、上記
図８のリレースイッチ制御回路に用いる例を示してい
る。すなわち、図９又は図１０のオペアンプ９２の反転
入力端子側に入力される信号を供給する回路である。 【００６７】電気二重層コンデンサ６２の正極側が分圧
抵抗１２６及び１２８を介してオペアンプ１２０の反転
入力端子に接続されている。そして、オペアンプ１２０
の非反転入力端子には、基準電圧としてスタータ１０の
最終駆動電圧が分圧抵抗１２２及び１２４を介して入力
されるように接続され、オペアンプ１２０出力は、図９
又は図１０のオペアンプ９２の反転入力端子に接続され
ている。これにより、負荷電圧Ｅ１と最終電圧Ｅｂｓの
検知に基づき、リレースイッチ７４を電気二重層コンデ
ンサ６２からの電流がゼロ電流となったときに遮断する
ことができる。 【００６８】次に、図１５の回路構成は、電気二重層コ
ンデンサ６２とリレースイッチ７４との間の接続ライン
に接近した位置に電流を検出するホールセンサ１３２を
設置し、このホールセンサ１３２を入力抵抗Ｒ１３４と
帰還抵抗１３５を介してオペアンプ１３８に接続し、こ
のホールセンサ１３２の出力電圧を増幅し、比較用のオ
ペアンプ１４０の非反転入力端子に入力するように接続
している。一方、オペアンプ１４０の反転入力端子に
は、所定の基準電圧が分圧抵抗１４２、１４４を介して
入力されている。そして、オペアンプ１４０の出力が図
９又は図１０のオペアンプ９２の反転入力端子に接続さ
れていることは、図１４の場合と同様である。 【００６９】電気二重層コンデンサ６２からの電流がス
タータ１０側へ流れているとき（放電時）は、コンパレ
ータ１３８の出力はＬｏレベルであり、逆方向に流れる
ときはＨｉレベルとなる。そして、コンパレータ１４０
の比較電圧を分圧抵抗１４２、１４４による所定の電圧
に設定しておくと、コンパレータ１３８の出力がＨｉレ
ベルになった瞬間にコンパレータ１４０の出力がＨｉと
なり、これが図９又は図１０のオペアンプ９２の反転入
力端子に入力され、リレースイッチ７４がオフされる。 【００７０】負荷が逆起電力を発生したり、インピーダ
ンスが変化する場合には負荷電圧が変動するため、図１
１における電気二重層コンデンサ６２電圧Ｅｃが負荷電
圧Ｅ１より小さくなる場合が発生する。この時、電気二
重層コンデンサ６２へはＰｂバッテリ１６から電流が逆
流し、充電されることになる。 【００７１】本図の回路構成は、電流の方向が変わる時
には必ず電気二重層コンデンサ６２電流ｉｃがゼロ電流
になることに注目して、この電流変化により、リレース
イッチ７４をオフするようにしたものである。 【００７２】図１６の回路構成は、電気二重層コンデン
サ６２の正極側が抵抗１５１及び１５３を介してオペア
ンプ１５０の非反転入力端子に接続され、オペアンプ１
５０の反転入力端子には、キャパシタンスＣ１が抵抗１
５５を介して接続されている。また、オペアンプ１５０
の非反転入力側には、電気二重層コンデンサ６２の正極
側接続ラインからダイオード１５２が直列に接続されて
いる。 【００７３】この構成は、電気二重層コンデンサ６２の
キャパシタンスＣと内部抵抗との等価モデルを抵抗１５
５と漏洩電流の小さいキャパシタンスＣ１を直列に接続
し、電気二重層コンデンサ６２の正極側に並列に接続す
ることによって、電気二重層コンデンサ６２と等価な動
作をさせるようにしたものである。例えば、電気二重層
コンデンサ６２のキャパシタンスが２００ファッラド、
内部抵抗が５ミリオームであれば、電子部品としてＣ１
は２００マイクロファッラド、抵抗１５５は５メガオー
ムに設定し、構成される。 【００７４】この時、キャパシタンスＣ１の電圧が電気
二重層コンデンサ６２の起電圧と近似的に等価となるた
め、オペアンプ１５０の反転側に入力し、非反転側には
電気二重層コンデンサ６２の内部抵抗へのバイアス電圧
にあたる電圧として電気二重層コンデンサ６２の正極側
を接続している。従って、電気二重層コンデンサ６２が
放電状態、すなわちスタータ１０への電流供給状態にあ
れば電気二重層コンデンサ６２の起電圧はスタータ電圧
より高く、オペアンプ１５０の出力はＬｏレベルにあ
り、充電状態であれば逆に、電気二重層コンデンサ６２
の起電圧の方が、スタータ電圧より低く、オペアンプ１
５０の出力はＨｉレベルとなる。 【００７５】なお、電気二重層コンデンサ６２の端子電
圧と起電圧が等しければ電流は流れないが、オペアンプ
１５０の反転入力側に直列に接続したダイオード１５２
の順方向電圧低下により、オペアンプ１５０の出力はＨ
ｉレベルになり、出力は図９又は図１０のオペアンプ９
２の反転入力端子に入力されるので、リレースイッチ７
４の損傷を極めて最小限にとどめてオフすることができ
る。 【００７６】なお、図１１で示した電気二重層コンデン
サ６２の端子電圧Ｅ１は負荷Ｒ３の内部抵抗が変化する
と変動し、電気二重層コンデンサ６２の起電圧Ｅｃより
高くなった状態で電気二重層コンデンサ６２が充電され
る過程において、電気二重層コンデンサ６２への電流は
放電からゼロ電流、充電へとその方向、値が変化する。
しかし、電気二重層コンデンサ６２には内部抵抗がある
ので、電圧Ｅ１を検出、代用することは、真の起電圧に
基づく制御とは言えない。 【００７７】そこで、以下の図１７に示す回路構成は、
上記の各回路構成のように電流センサーや電気二重層コ
ンデンサ６２の等価モデルを使うことなく、直接リレー
スイッチ７４等に内包される接触抵抗による電圧変化を
捕える方法に基づくものである。 【００７８】すなわち、リレースイッチ７４の接点及び
配線には数ミリオーム以上の抵抗があり、電流が流れる
と逆電圧が発生し、電圧低下を招く。従って、電流の方
向が変わると接触抵抗による損失電圧の符号が逆転する
ことを利用したものである。 【００７９】その図１７の回路構成は、リレースイッチ
７４の両端ラインが、それぞれオペアンプ１６０、１６
２の非反転入力端子に接続され、オペアンプ１６２の反
転入力端子は、オペアンプ１６０及び１６２の出力側に
接続された抵抗１６４、１６６の中間ラインに接続され
ている。 【００８０】リレースイッチ７４の両端電圧Ｖ２、Ｖ３
をオペアンプ１６０、１６２で構成される差動増幅器に
入力すると、抵抗１６４（Ｒ６）と１６６（Ｒ７）で決
まる差動増幅出力電圧Ｖ０は、Ｖ０＝（１＋Ｒ７／Ｒ
６）・（Ｖ２−Ｖ３）となる。出力Ｖ０は、図９又は図
１０のオペアンプ９２の反転入力端子に入力される入力
される。 【００８１】電気二重層コンデンサ６２の電圧がスター
タ電圧より高い時には電気二重層コンデンサ６２から放
電されるため、Ｖ２＞Ｖ３の関係にあり、オペアンプ１
６２の出力は上記オペアンプ９２の出力をＬｏのままに
しておく信号を出力している。すなわち、リレースイッ
チ７４はオンの状態を保つ。一方、電気二重層コンデン
サ６２の電圧がスタータ電圧より低いときには充電中と
なり、Ｖ２＜Ｖ３となるため、オペアンプ１６２は上記
オペアンプ９２の出力をＨｉとする電圧信号を出力す
る。すなわち、リレースイッチ７４はオフされる。 【００８２】スタータスイッチ２０が投入されてから放
電、充電は連続して動作するので、電気二重層コンデン
サ６２への電流は放電からゼロ電流、充電と進行する。
そして、リレースイッチ７４は、ゼロ電流から充電電流
に切り替わる時点でオフとなるため、接点への負担は全
くなくなる。 【００８３】ところで、電気二重層コンデンサ６２のバ
イアス電圧の上限Ｖｐは電気二重層コンデンサ６２の電
解液の活性エネルギー電圧に等しく、これを越える電圧
をバイアスすると電気二重層コンデンサ６２の寿命低下
を招く。自動車のＰｂバッテリ電圧はバイアス電圧が管
理、制御されており、使用される負荷、温度により、バ
イアス電圧Ｖｂは変化する。Ｐｂバッテリ１６と電気二
重層コンデンサ６２を並列に接続するためには、図１８
に示したように単セルの電気二重層コンデンサ６２を直
列にｎ個接続した組電池で構成される。 【００８４】従って、上記Ｖｂとの関係は（電気二重層
コンデンサを保護するため）Ｖｂ＜＝ｎ・Ｖｐが絶対条
件となる。ｎは電気二重層コンデンサ６２の個数で整数
のため、Ｖｐのｎ倍がＶｂ＜＝ｎ・Ｖｐを満足しないと
きは、Ｖｂ＜（ｎ＋１）・Ｖｐを満足しなければならな
い。直列の個数が１個増えると、単セルのキャパシタン
スをＣ０とすると、組電池のＣはＣ＝Ｃ０／（ｎ＋１）
となりＣ０／ｎより容量は低下する。 【００８５】従って、蓄積できるエネルギーはキャパシ
タンスに比例するため、Ｖｂを共通にすればｎ個の組電
池のほうがｎ＋１個より小さくなり、組電池の出力性能
を低下させるばかりでなく、重量、容積、コストが１個
分以上、増える。 【００８６】図１８は、上記組電池式の電気二重層コン
デンサ６２とした場合に、充電用の抵抗７８に直列にダ
イオード１７０を接続した構成が示されている。これ
は、まずダイオード１７０が持つ、順方向電圧降下Ｖｄ
を利用し、Ｖｂ＜ｎ・Ｖｐ＋Ｖｄ＜（ｎ＋１）・Ｖｐと
なるように構成したものである。Ｖｂ＝ｎ・Ｖｐのとき
も、Ｐｂバッテリ１６のバイアス電圧の変化を考慮しフ
ェールセーフとしてダイオード１７０を接続することが
望ましい。 【００８７】Ｐｂバッテリ１６の電圧は負荷、温度、運
転状態により変化する。特に、エンジンが停止状態では
Ｐｂバッテリ電圧は運転状態より低く、運転状態でも、
バッテリがフル充電にないときや電装負荷が大きいと
き、エンジン房内温度が高い時には低くなる。電気二重
層コンデンサ６２に常に、エンジンの運転中の最大電圧
で充電を行い、エンジンが停止中には電気二重層コンデ
ンサ６２からＰｂバッテリ１６への放電を防止するため
に図１８のダイオード１７０を充電用の抵抗に直列に接
続し、常に、最大のパワーを電気二重層コンデンサ６２
に発揮させるようにしている。 【００８８】 【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る車両
用電源装置によれば、エンジン始動時に必要なスタータ
へのロック領域電流の供給時におけるバッテリの負担を
電気二重層コンデンサにより軽減し、かつエンジンの始
動性を向上させることのでき、かかる効果を複雑な制御
装置を用いることなく、配線構成により達成している。
【図面の簡単な説明】
【図１】スタータの一般的構成を示す説明図である。
【図２】スタータの電気的特性を示すグラフ図である。
【図３】スタータの動作開始から動作中の電流特性を示
すグラフ図である。 【図４】電流供給回路の等価回路の構成図である。 【図５】図４に示した回路の改良に係わる回路の構成図
である。 【図６】キースイッチの構成を修正した回路の構成図で
ある。 【図７】キースイッチの構成を修正した回路の構成図で
ある。 【図８】リレー制御回路を設置した回路の構成図であ
る。 【図９】図８のリレー制御回路の具体例を示す構成図で
ある。 【図１０】リレー制御回路のたの構成例を示す構成図で
ある。 【図１１】図８の回路構成の等価回路説明図である。 【図１２】Ｐｂバッテリと電気二重層コンデンサのそれ
ぞれの出力電圧特性を示すグラフ図である。 【図１３】（Ａ）及び（Ｂ）はスタータへの付加電圧及
び供給電流特性を示すグラフ図である。 【図１４】リレー制御のための回路構成図である。 【図１５】リレー制御のための回路構成図である。 【図１６】リレー制御のための回路構成図である。 【図１７】実施例に係わるリレー制御のための回路構成
図である。 【図１８】組電池式の電気二重層コンデンサを用いた場
合の回路構成例を示す説明図である。 【符号の説明】 １０ スタータ １６ Ｐｂバッテリ ２０ スタータスイッチ ６２ 電気二重層コンデンサ ７４ リレースイッチ ８０ キースイッチ ８２ イグニッションスイッチ ８４ アクセサリスイッチ ８６ リレー制御回路
すグラフ図である。 【図４】電流供給回路の等価回路の構成図である。 【図５】図４に示した回路の改良に係わる回路の構成図
である。 【図６】キースイッチの構成を修正した回路の構成図で
ある。 【図７】キースイッチの構成を修正した回路の構成図で
ある。 【図８】リレー制御回路を設置した回路の構成図であ
る。 【図９】図８のリレー制御回路の具体例を示す構成図で
ある。 【図１０】リレー制御回路のたの構成例を示す構成図で
ある。 【図１１】図８の回路構成の等価回路説明図である。 【図１２】Ｐｂバッテリと電気二重層コンデンサのそれ
ぞれの出力電圧特性を示すグラフ図である。 【図１３】（Ａ）及び（Ｂ）はスタータへの付加電圧及
び供給電流特性を示すグラフ図である。 【図１４】リレー制御のための回路構成図である。 【図１５】リレー制御のための回路構成図である。 【図１６】リレー制御のための回路構成図である。 【図１７】実施例に係わるリレー制御のための回路構成
図である。 【図１８】組電池式の電気二重層コンデンサを用いた場
合の回路構成例を示す説明図である。 【符号の説明】 １０ スタータ １６ Ｐｂバッテリ ２０ スタータスイッチ ６２ 電気二重層コンデンサ ７４ リレースイッチ ８０ キースイッチ ８２ イグニッションスイッチ ８４ アクセサリスイッチ ８６ リレー制御回路
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フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F02N 11/08
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 通常状態でメインスイッチが開状態にあ
るスタータ本体部と電流供給を受け前記メインスイッチ
を閉じるスイッチ部とを有するスタータと、 前記スイッチ部及び前記スタータ本体部への電流供給を
行うバッテリと、 該バッテリから前記スイッチ部への電流供給のオンオフ
を行うキースイッチと、 前記スタータ本体部に対して前記バッテリと共に並列に
接続されたロック領域電流供給用の電気二重層コンデン
サと、 前記バッテリ及び前記二重層コンデンサから前記スター
タ本体部への電流供給の共通ラインと前記電気二重層コ
ンデンサとの間に接続され前記キースイッチのオン動作
に基づいて閉じられる開閉手段と、 を備え、前記キースイッチのオン動作により前記スイッ
チ部を作動させ、前記バッテリ電流をスタータ本体部に
供給する車両用電源装置において、 前記キースイッチに接続され、前記キースイッチのオン
動作の後、前記開閉手段の両端電圧を検知し、前記電気二重層コンデンサ側の電圧が他方側であるスタ
ータ電圧より高い時には前記開閉手段の閉状態を保ち、 前記電気二重層コンデンサ側の電圧が他方側であるスタ
ータ電圧より低い時には前記開閉手段は開とするように
前記開閉手段を開閉制御する開閉手段制御回路を設けた
ことを特徴とする車両用電源装置。
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