JP4862074B2 - How to start the engine - Google Patents
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Description
この発明は、エンジンの始動方法、特に電気二重層コンデンサを用いたエンジンの始動方法に関するものである。 The present invention relates to an engine starting method, and more particularly to an engine starting method using an electric double layer capacitor.
車両で使用される電力用蓄電装置として、回生時のエネルギー回収を主目的として、バッテリ電圧よりも高い電圧を蓄電し、それを利用する目的において電気二重層コンデンサが注目されている。(例えば特許文献1参照)。 As a power storage device for electric power used in a vehicle, an electric double layer capacitor has been attracting attention for the purpose of storing a voltage higher than a battery voltage for the purpose of recovering energy during regeneration and using it. (For example, refer to Patent Document 1).
電気二重層コンデンサは、カーボン(炭素)を主成分とする電極と、イオンを含む電解質とから構成され、炭素電極の表面に形成されるイオンの吸着層(電気二重層)に電気エネルギーを蓄えるもので、短時間に大電流での充放電が可能で、充電・放電を繰り返しても性能の劣化が少なく、電源として半永久的に使用可能な特徴を有している。 An electric double layer capacitor is composed of an electrode composed mainly of carbon and an electrolyte containing ions, and stores electric energy in an ion adsorption layer (electric double layer) formed on the surface of the carbon electrode. Therefore, charging / discharging with a large current is possible in a short time, and even when charging / discharging is repeated, there is little deterioration in performance, and it can be used as a power source semipermanently.
電気二重層コンデンサの従来の充電方法は、特許文献1に示されるように、定電流電源によって充電を行うものであったため、電気二重層コンデンサを車両に搭載した場合には大型かつ高額な充電用の電子装置が必要となり、小型及び廉価に構成することができないという問題点があった。 Since the conventional charging method of the electric double layer capacitor is to charge with a constant current power source as shown in Patent Document 1, when the electric double layer capacitor is mounted on a vehicle, it is large and expensive for charging. Therefore, there is a problem that the electronic device cannot be constructed in a small size and at a low price.
この発明は上記のような問題点に対処するためになされたもので、定電流電源を使用することなく、バッテリと初期充電回路によって車載用発電電動機を電動機として駆動し得る最低限のエネルギーを電気二重層コンデンサに充電し、これを電源として車載用発電電動機を駆動し、車載用発電電動機と結合されているエンジンを始動する方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to address the above-described problems. The minimum energy that can drive a vehicle-mounted generator motor as a motor by a battery and an initial charging circuit without using a constant current power source is provided. An object of the present invention is to provide a method of charging a double-layer capacitor, using this as a power source to drive an in-vehicle generator / motor, and starting an engine coupled to the in-vehicle generator / motor.
エンジンの始動後はエンジンによって車載用発電電動機が発電機として運転され、その出力電圧によって電気二重層コンデンサがバッテリ電圧より高い電圧に充電され、以後の車載用発電電動機の駆動電源及びその他の機器の電源として使用されることになる。 After the engine is started, the on-vehicle generator / motor is operated as a generator by the engine, and the electric double layer capacitor is charged to a voltage higher than the battery voltage by the output voltage. It will be used as a power source.
この発明に係るエンジンの始動方法は、エンジンに結合されると共に、上記エンジンの始動後に上記エンジンによって発電機として運転され、バッテリ電圧より高い電圧を発生する車載用発電電動機を有し、上記車載用発電電動機の発生電圧を整流した電圧によって容量数100Fの電気二重層コンデンサを充電するようにしたものにおいて、上記電気二重層コンデンサにバッテリと初期充電回路とを直列接続し、上記初期充電回路は、50〜500Ωの電流制限抵抗および逆流防止素子を直列接続して構成され、上記エンジンの始動前に上記電気二重層コンデンサをバッテリ電圧まで初期充電した後、初期充電された上記電気二重層コンデンサを電源として上記車載用発電電動機を電動機として駆動し、上記エンジンを始動させるようにしたものである。 An engine start method according to the present invention includes an in-vehicle generator / motor that is coupled to an engine and that is operated as a generator by the engine after the engine is started and generates a voltage higher than a battery voltage. In the case where an electric double layer capacitor having a capacity of several hundreds F is charged by a voltage obtained by rectifying the generated voltage of the generator motor, a battery and an initial charging circuit are connected in series to the electric double layer capacitor, and the initial charging circuit is: A 50-500Ω current limiting resistor and a backflow prevention element are connected in series, and the electric double layer capacitor is initially charged to the battery voltage before starting the engine, and then the initially charged electric double layer capacitor is powered. Drive the on-vehicle generator motor as a motor and start the engine. It is intended.
この発明に係るエンジンの始動方法は上記のように構成され、定電流電源を使用することなくバッテリと初期充電回路によって充電しているため、初期充電時間としては数時間〜数10時間が必要となるが、車両の組み付け完了から実際のエンジン始動に至るまでの保管期間を充電時間として有効利用できるので、充電時間の長さは問題にはならず、小型かつ廉価で機器内蔵化を容易に実現し得る構成の初期充電回路を含むエンジンの始動方法を提供することができる。 Since the engine starting method according to the present invention is configured as described above and is charged by the battery and the initial charging circuit without using the constant current power source, the initial charging time requires several hours to several tens of hours. However, since the storage period from the completion of vehicle assembly to the actual engine start can be used effectively as the charging time, the length of the charging time is not a problem, and it is small and inexpensive, and can easily be built into the equipment. An engine starting method including an initial charging circuit having a possible configuration can be provided.
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1によるエンジンの始動方法を図にもとづいて説明する。図1は、実施の形態1によるエンジンの始動方法を説明するためのブロック図、図2は、電気二重層コンデンサの初期充電の状況を説明するためのタイミングチャートである。
Embodiment 1 FIG.
The engine starting method according to Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram for explaining an engine starting method according to the first embodiment, and FIG. 2 is a timing chart for explaining an initial charging state of an electric double layer capacitor.
図1に示す三相の車載用発電電動機1が図示しないエンジンに結合されており、エンジンの始動後はエンジンによって発電機として運転され、バッテリ電圧の2〜3倍の交流電圧が発生されるようにされている。ブリッジ整流回路2は上記車載用発電電動機1の各相の電機子巻線に接続された複数の整流素子21〜26を有し、車載用発電電動機1の発生電圧を整流して電気二重層コンデンサ3を充電するようになっている。
A three-phase in-vehicle generator / motor 1 shown in FIG. 1 is coupled to an engine (not shown). After the engine is started, the engine is operated as a generator to generate an
電気二重層コンデンサ3は、上述のように、カーボン(炭素)を主成分とする電極と、イオンを含む電解質とから構成され、炭素電極の表面に形成されるイオンの吸着層(電気二重層)に電気エネルギーを蓄えるもので、短時間に大電流での充放電が可能で、充電・放電を繰り返しても性能の劣化が少なく、電源として半永久的に使用可能な手段として周知のものである。
As described above, the electric
この発明は、エンジンの始動前に電気二重層コンデンサ3を車載用発電電動機1の定常時における電圧よりは低いが、車載用発電電動機1を電動機として駆動し得る最低限の電圧であるバッテリ電圧にまで定電流電源を使用せずに初期充電し、初期充電された電気二重層コンデンサ3を電源として車載用発電電動機1を電動機として駆動することによりエンジンを始動させようとするものである。
In the present invention, before starting the engine, the electric
電気二重層コンデンサ3の初期充電回路5は、電流制限抵抗51と逆流防止素子52と経路遮断用スイッチ素子53とで構成され、初期充電装置5はバッテリ6と電気二重層コンデンサ3とに直列接続されている。
初期充電回路5の逆流防止素子52は電気二重層コンデンサ3からバッテリ6に向かう電流を阻止する方向に接続された整流素子によって構成されており、経路遮断用スイッチ素子53は常閉接点を有し、故障が検出された場合には上記常閉接点を開放して初期充電回路5をバッテリ6から遮断するように構成されている。
The
The
初期充電はバッテリ6から初期充電回路5を介して電気二重層コンデンサ3に通電することによって行われるが、充電が進行して電気二重層コンデンサ3の電圧がバッテリ6の電圧と同等またはそれ以上に上昇した場合には、逆流防止素子52の両端電圧が同等または電気二重層コンデンサ側電圧がバッテリ側電圧より高くなるため、充電が自動的に停止され、以後はバッテリ6から無効電力が消費されることはない。また、経時変化等による電気二重層コンデンサ3の自然放電などによる電圧降下に対しては、バッテリ6からの再充電が自動的に行われるため、メンテナンスフリーである。
Initial charging is performed by energizing the electric
電圧検出手段7は初期充電回路5の故障を検出する手段で、バッテリ6の電圧を検出する電圧検出1と、電気二重層コンデンサ3の電圧を検出する電圧検出2と、逆流防止素子52の電流制限抵抗51側の端子の電圧を検出する電圧検出3と、上記各電圧検出要素1、2、3の検出電圧にもとづいて故障の有無を判断し、故障信号を発生する故障検出回路71とから構成されている。
The voltage detection means 7 is a means for detecting a failure of the
故障検出回路71による故障検出は次のようにして行われる。即ち、電圧検出1と電圧検出2の検出結果を比較し、電圧検出1では所定の電圧が検出されているのに電圧検出2で所定の電圧が検出されていない場合には、経路遮断用スイッチ素子53が開放状態になっているかまたは初期充電回路5を構成する直列経路の故障を検出することができる。
また、電圧検出1と電圧検出2と電圧検出3の検出結果を比較し、電圧検出1よりも電圧検出2が高く、電圧検出2と電圧検出3とが同等電圧を検出した場合には、逆流防止素子52のショート故障を検出し判定することができ、それぞれの故障に対応した故障信号を発生する。
Failure detection by the failure detection circuit 71 is performed as follows. That is, the detection results of the voltage detection 1 and the
Further, the detection results of the voltage detection 1, the
スイッチ素子制御回路8は電圧検出手段7の故障検出回路71からの故障信号を受けて経路遮断用スイッチ素子53を開放するもので、故障信号を受け取る受信回路81と、受信回路81が故障信号を受けた時にオン動作するスイッチ素子82と、この素子がオン動作した時にオン動作して経路遮断用スイッチ素子53に開放信号を与えるスイッチ素子83とから構成されている。なお、図示していないが、受信回路81が故障信号を受けた時に経路遮断用スイッチ素子53の開放と共に、故障表示をするようにしてもよい。
The switch element control circuit 8 receives the failure signal from the failure detection circuit 71 of the voltage detection means 7 and opens the path interruption switch element 53. The
図2は、電気二重層コンデンサ3への初期充電時における充電状況を示すタイミングチャートで、横軸は時間(秒)、縦軸は充電率(%)を示す。なお、充電率(%)=(電気二重層コンデンサ3の電圧)/(バッテリ6の電圧)×100で示される。
横軸に示された記号τは,電流制限抵抗51の抵抗値と電気二重層コンデンサ3の容量値との積算値となる時定数を示し、2τ〜5τは上記時定数τの2〜5倍の時間を示す。
縦軸の充電率に記載している数値は、横軸のτ〜5τの時に到達する充電比率であり、この値は一般過渡現象理論より容易かつ確実に予測できる。
FIG. 2 is a timing chart showing a charging state at the time of initial charging of the electric
Symbol τ shown on the horizontal axis indicates a time constant that is an integrated value of the resistance value of the current limiting
The numerical value described in the charging rate on the vertical axis is the charging ratio reached when τ to 5τ on the horizontal axis, and this value can be easily and reliably predicted from the general transient phenomenon theory.
実線の曲線は、電気二重層コンデンサ3が未充電状態から初期充電回路5を経由してバッテリ6から充電される状態を示している。時間=0から充電が開始され、時刻τではバッテリ6の電圧の約63%に、時刻2τでは約86%に、時刻3τでは約95%に、時刻5τではほぼ100%に充電されることを示している。また、破線の曲線は、電流制限抵抗51の抵抗値と電気二重層コンデンサ3の容量値との積算値が実線時と異なる場合の充電状況を示している。時定数が大の場合に充電時間は長くなるが、τ〜5τ(秒)と充電率(%)との関係は同一である。
A solid curve indicates a state in which the electric
初期充電について更に詳しく説明する。電気二重層コンデンサ3の容量値は一般的に数100Fの容量値付近で設定される場合が多いため、ここでは電気二重層コンデンサ3の容量値を200Fとして説明する。次に、電流制限抵抗51の抵抗値を選定する。この抵抗値選定に関しては電気二重層コンデンサ3の容量値と電流制限抵抗51の抵抗値の積算値で決定される時定数τにより、充電時間と充電状態(充電率)とが決定されるが、これは図2で説明している。
The initial charging will be described in more detail. Since the capacitance value of the electric
また、電流制限抵抗51の発熱も抑制することが必要であるが、その抵抗値としては50〜500Ω程度の範囲に成立領域がある。電気二重層コンデンサ3の容量値を200F、電流制限抵抗51の抵抗値を100Ω、バッテリ電圧を12Vとした場合のデータを例示すると、
Moreover, although it is necessary to suppress the heat generation of the current limiting
充電電流は、(バッテリ電圧)/(抵抗値)=12V/100Ω≦120mA
時定数τは、(電気二重層コンデンサの容量値)×(抵抗値)=200×100
= 20,000秒・・・( 5.5hr)
従って 3τ= 60,000秒・・・(16.5hr)
5τ=100,000秒・・・(27.7hr)となる。
また、発熱量は、(バッテリ電圧/抵抗値)2×(抵抗値)=0.0144×100≦1.44W
となる。充電率が約95%となる時定数3τ時点は16.5hrとなる。
The charging current is (battery voltage) / (resistance value) = 12 V / 100Ω ≦ 120 mA
The time constant τ is (capacitance value of electric double layer capacitor) × (resistance value) = 200 × 100
= 20,000 seconds (5.5 hr)
Therefore, 3τ = 60,000 seconds (16.5 hr)
5τ = 100,000 seconds (27.7 hr).
The amount of heat generated is (battery voltage / resistance value) 2 × (resistance value) = 0.0144 × 100 ≤ 1.44W
It becomes. The time constant 3τ when the charging rate is about 95% is 16.5 hr.
上記のように、この発明によれば定電流電源を使用しないため電気二重層コンデンサ3の初期の充電時間が長くなるが、小型かつ廉価な初期充電方式を含むエンジンの始動方法を実現することができる。初期充電時間としては上述のように、数時間〜数10時間が必要となるが、車両の組み立て完了から実際のエンジン始動に至るまでの保管期間を充電時間として有効利用できるので、充電時間の長さは問題にはならない。
As described above, according to the present invention, since the constant current power source is not used, the initial charging time of the electric
1 車載用発電電動機、 2 ブリッジ整流回路、 3 電気二重層コンデンサ、
5 初期充電回路、 6 バッテリ、 7 電圧検出手段、 8 スイッチ素子制御回路、 21〜26 整流素子、 51 電流制限抵抗、 52 逆流防止素子、
53 経路遮断用スイッチ素子、 71 故障検出回路、 81 受信回路、
82、83 スイッチ素子。
1 onboard generator motor, 2 bridge rectifier circuit, 3 electric double layer capacitor,
DESCRIPTION OF
53 path switching switch element, 71 failure detection circuit, 81 reception circuit,
82, 83 Switch element.
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