JP5484582B2 - 内燃機関のスタートのための補助ユニットの作動回路 - Google Patents

Description

本発明は、スターターバッテリーを介した内燃機関の始動のための補助ユニットの作動のための回路に関している。この回路には、バッテリー管理システムからの、機能状態（state-of-function）信号、充電状態（state-of-charge）信号、及び／又は健常状態（state-of-health）信号を受信する回路が設けられており、前記機能状態信号は、スターターバッテリーが補助ユニットを作動させるだけの能力を有しているかどうかを示すものであり、前記充電状態信号はスターターバッテリーがどのような充電状態を有しているかを示すものであり、前記健常状態信号はスターターバッテリーに支障が起きていないかどうかを示すものである。また本発明は、スターターバッテリーを介した内燃機関のスタートのための補助ユニットの作動に適している電気的なエネルギーを受け入れるための方法にも関している。

大抵の車両用内燃機関は静止状態においてトルクを生み出すことができないため、自身で始動することも不可能である。それ故通常は、内燃機関の始動のために、吸気行程と圧縮行程をトリガーする必要がある。この課題は、従来方式によれば、いわゆるスターターや始動機といった補助ユニットが実現している。ここでの補助ユニットとは、車両における１２Ｖのバッテリーによって駆動される電気モーターのことである。

ＥＰ１１５１８９２Ａ２明細書からは、１２Ｖバッテリーの初期電圧が低すぎる場合に、内燃機関を始動する前に当該１２Ｖバッテリーが、高圧バッテリーから追充電されることが公知である。ＵＳ２００１ ０４１ ９５２明細書からは、１２Ｖバッテリーの初期電圧と、様々な基準電圧との比較に基づいて、高圧バッテリーから取り出せる電力が適応化されることが公知である。ＪＰ２００１ ３２０８０７Ａ明細書、ＵＳ６５２２９６０Ｂ２明細書、及びＪＰ３３８１７０８Ｂ２明細書からは、１２Ｖバッテリーの初期電圧が過度に低いことが識別された場合に、当該１２Ｖバッテリーを充電すると同時に、この１２Ｖバッテリーの現在の初期電圧が内燃機関を速やかに始動させるのに十分なレベルであるのかどうかが検査されることが公知である。

内燃機関の始動用補助ユニットが１２Ｖバッテリーから駆動されるハイブリッド車両またはアクスルスプリットハイブリッド車両の作動には、それらの一連の手順における手際の良さが強く求められている。例えば１２Ｖバッテリーの開路電圧が、長期間の駐車に起因して、あるいは高い回路電流と過度な放電とによって、過度に低くなっているときには、内燃機関を始動する前にまず当該バッテリーの追充電が必要とされ、それによって無駄な内燃機関の始動の試みが回避されるようになる。なぜならそのような始動の試みはさらなるバッテリーの過放電にしか結び付かないからである。

しかしながら、前述したような従来方式のシステムでは、内燃機関を始動させる補助ユニットの作動のための１２Ｖバッテリーの初期電圧が十分な高さであることが識別されたにもかかわらず、内燃機関の始動の試みが頻繁に失敗することが挙げられている。

発明の開示
そこで本発明の課題は、失敗に終わることが分かっている内燃機関の始動の無駄な試みを確実に回避することのできる、スターターバッテリーを介した補助ユニットの作動のための回路を提供することである。

それ故に本発明は、スターターバッテリーを介した内燃機関の始動のための補助ユニットの作動のための回路の改善から出発している。この回路は、バッテリー管理システムからの機能状態信号、充電状態信号及び／又は健常状態信号を受信するように構成されている。これらの個々の信号は、スターターバッテリーが補助ユニットを作動させるだけの能力を有しているかどうかと、スターターバッテリーがどのような充電状態を有しているかと、スターターバッテリーが損傷を受けていないかどうかを相応に示すものである。本発明によれば、機能状態信号によって、補助ユニットの作動がスターターバッテリーを用いても不可能であることが示された場合、充電状態信号によって、スターターバッテリーが補助ユニットを作動させるには低すぎる充電状態しか有していないことが示された場合、及び／又は、健常状態信号によって、バッテリーがダメージを受けていることが示された場合には、当該回路に接続されている高圧バッテリーからの電気的なエネルギーを受け入れるように構成されている。これまでは、スターターバッテリーが内燃機関を滞りなく始動させられるだけの能力を有しているか否かを表わす指標として、回路電圧ないしバッテリー電圧が単純に利用されてきたが、これについては非常に大ざっぱな充電状態の推定しか行われないことがわかっており、バッテリーの性能についてまで考慮されることは皆無であった。しかしながら前述したような本発明で取り上げているスターターバッテリーの特性は、滞りのないエンジン始動に対しては、むしろこれまでの単なるバッテリー電圧よりも重要である。本発明によれば、このような特性の少なくとも１つに基づいて、スターターバッテリーの性能が推定できるので、無駄な内燃機関の始動の試みは確実に回避されるようになる。このことはスターターバッテリーの過度な放電を回避させるだけでなく、その寿命も大幅に延ばすことにつながる。

それ故本発明の基本的な考察は、スターターバッテリーを用いた内燃機関の始動の試みに対して予知される結果を、スターターバッテリーの電圧のみに基づくのではなく、バッテリー管理システムから供給される、スターターバッテリーの充電状態に関する値、所定の機能を実施し得る能力に関する値、及び／又はバッテリーの経年劣化状態に関する値に基づいて推定することからなっている。本発明によって得られる大きな利点は、このようなスターターバッテリーを用いた内燃機関の始動の試みの予知される結果を推定するのに、単なるバッテリー電圧しか用いない場合に比べて遙かに優れた予知機能が備わることである。これについてはまず、内燃機関を始動させ得る能力があるのかどうかを示す、機能状態値を用いるのが理想であろう。

本発明の有利な実施形態が従属請求項に記載されている。

本発明の特に有利な実施例によれば、バッテリー管理システムからの状態信号が、補助ユニット作動のためのスターターバッテリーの充電状態が過度に少ないことを示した場合に、当該回路が受け取った電気的なエネルギーをスターターバッテリーの充電のために利用するように構成されている。このことは、スターターバッテリーが少なくとも内燃機関の始動を試みることのできる能力を備えているか否かと、スターターバッテリーの充電状態とに基づいて追充電がなされることを意味する。このことは大きな利点に結び付く。なぜなら内燃機関の始動能力に係わるスターターバッテリーの追充電の必要性を求めるにあたって、これらの値の方が、従来用いられてきたバッテリー電圧（開路電圧）よりもはるかに適確に判断できる能力を備えているからである。

有利には、前記回路において、補助ユニットを作動させるために、スターターバッテリーが十分に充電されるまでの残りの充電時間を示す表示部が設けられていてもよい。この表示部は、ドライバーにとって例えば指針として用いられてもよい。

代替的若しくは付加的に当該回路は、バッテリー管理システムからの健常状態信号によって、スターターバッテリーが補助ユニットを作動させるのに十分な電気的エネルギーの受け入れ能力を備える、スターターバッテリーのフル機能状態が示されている場合に、受け入れた電気的なエネルギーがスターターバッテリーの充電に使用される。このようにして、スターターバッテリーの何らかの支障にも係わらず、内燃機関の始動がまだ可能であるときには、追充電の実施は無駄ではないという判断ができるようになり、あるいは始動不能なことが明らかな時に、追充電の実施は無駄で不要であるということの適確な判断ができるようになる。

さらに別のあるいは付加的な改善例によれば、当該回路は受け入れたエネルギーを直接、補助ユニットの作動に用いる。それにより、スターターバッテリーと協働して総電力を用いた内燃機関の始動が可能となる。

付加的に、高電圧バッテリーから受け入れた電気的なエネルギーを補助ユニットの作動に適したエネルギーへ変換するエネルギー変換器が設けられていてもよい。

またこのエネルギー変換器は、補助ユニットに供給する電気的なエネルギーを制限するために設けられていてもよい。このようにして内燃機関始動後の補助ユニット投入の際の負荷遮断が考慮され、回路内での低電圧の極端な上昇が回避される。

別の有利な実施例によれば、高電圧バッテリーから受け入れたエネルギーが、補助ユニットに送出するエネルギーに基づいて制限される。それにより負荷遮断のケースにおける負の電圧上昇が補償される。

さらに別の有利な代替的実施例によれば、少なくとも１つのエネルギー変換器に供給するエネルギーを、予め定められたエンジン始動のための電力需要に基づいて設定調整するパイロット制御ユニットが設けられていてもよい。このことも負荷遮断が起きたときの低電圧の上昇を迅速に制限するのに役立つ。

本発明は、スターターバッテリーを介した内燃機関の始動のための補助ユニットを作動させるのに適している電気的なエネルギーを受け入れるための方法にも関している。この方法は、バッテリー管理システムから、スターターバッテリーが補助ユニットを作動させ得る能力を備えているか否かを相応に示す機能状態信号、スターターバッテリーがどの充電状態を有しているかを相応に示す充電状態信号、スターターバッテリーに支障が生じているか否かを相応に示す健常状態信号を受信するステップを含んでいる。さらにこの方法は、機能状態信号が、スターターバッテリーを用いた補助ユニットの作動が不可能であることを示した場合、充電状態信号が、スターターバッテリーの充電状態が補助ユニットを作動させるのには少なすぎることを示した場合、及び／又は健常状態信号が、スターターバッテリーに支障が生じていることを示した場合に、高圧バッテリーから電気的なエネルギーを受け入れるステップを含んでいる。

本発明による回路の改善構成における特徴部分は、本発明による方法への相応の置換えも可能であることを述べておく。

図面
以下では、添付の図面を参照して本発明の実施例を詳しく説明する。

本発明による回路の実施例としての１４Ｖ式のスタート・ストップシステムのブロック回路図

以下では、本発明の有利な実施形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１には、本発明による回路の実施例として、１４Ｖ式のスタート・ストップシステムの回路図が示してある。

この１４Ｖ式スタート・ストップシステム２は、車両の内燃機関の始動のための補助ユニットとしてのスターターを、作動させるための１２Ｖバッテリー４を有している。バッテリー管理システム８（以下ではＢＭＳ８とも称する）は、１２Ｖバッテリー４の端子電圧１０と端子電流１２を検出し、そこから時間に関して、機能状態値、充電状態値、及び健常状態値を確定する。機能状態値は、１２Ｖバッテリー４がスターター６を作動させる能力を完全に備えているか否かを示している。充電状態値は、１２Ｖバッテリー４の充電状態に関する情報を示す。健常状態値からは、１２Ｖバッテリー４が損なわれていないか、若しくは経年劣化していないかを推定することができる。

１４Ｖ方式のスタート・ストップシステム２を有している従来方式の車両では、バッテリー管理システム８は、１２Ｖバッテリー４の電力不足に基づいて内燃機関の始動がもはや不可能になる事態を回避するために用いられる。１２Ｖバッテリー４が過度に放電しているか、あるいはそれ以外の理由から電力不足であることがバッテリー管理システム８によって検知された場合には、内燃機関をもはや正常に遮断することが難しくなる。いずれにせよ１２Ｖバッテリー４は、駐車期間が長期に亘り、過度に高い回路電流需要によって過度に放電された場合には、もはや始動機構を介入させることができなくなる。

１４Ｖスタート・ストップシステム２がＤＣ／ＤＣ変換器１４を介して給電される車両においては、内燃機関の始動前に、１２Ｖバッテリー４がＤＣ／ＤＣ変換器１４を介して高圧バッテリー１６から追充電可能である。これに対しては電力の弱った１２Ｖバッテリー４を、高圧バッテリー制御器を給電するための電力供給にのみ使用するだけでよい。但し、この電力はスターター６の作動に必要とされる電力に比べれば遙かに低いものである。このようにして１２Ｖバッテリー４が追充電されたならば、内燃機関の始動が滞りなく実施され得る。

本発明によれば、１２Ｖバッテリー４の追充電は、その端子電圧１０に基づいてではなく、前述したように充電状態、健常状態値又は機能状態値に基づいて行われる。これらの値は既に説明したようにバッテリー管理システム８に供給される。

本発明の大きな利点は、追充電の必要性を求めるために用いられるこれらの値が、内燃機関の始動能力に関して、１２Ｖバッテリー４の端子電圧１０よりも遙かに適確な予知機能を備えていることにある。これについて理想的には機能状態値が優先的に用いられるとよい。この基準によって始動能力の否定が示され、充電状態値が１２Ｖバッテリー４の放電を示したときには、内燃機関を始動する前に、１２Ｖバッテリー４の追充電が行われる。健常状態値が１２Ｖバッテリー４の支障を示したときには、この健常状態値に基づいて、スターターバッテリーの支障にも係わらず、内燃機関をまだ始動させるための追充電の実施が無駄ではないか否かを判断ができるようになり、あるいは内燃機関が始動不能で、追充電の実施も結果的に不要になることの判断が的確にできるようになる。

追充電に基づく時間遅延は、ディスプレイを介して車両のドライバーに伝えられる。

ＤＣ／ＤＣ変換器１４が十分な電力能力を有し、かつ十分な絶縁耐力も備えているような場合には、内燃機関は、１２Ｖバッテリー４の事前の追充電の有無にかかわらず、ＤＣ／ＤＣ変換器１４と１２Ｖバッテリー４からの総合電力を用いて始動されてもよい。その場合には有利には、スターター６の投入の際の負荷遮断状態が監視され、低電圧の過度な上昇が避けられる。このようなことは例えば冷間時に又は支障を生じている１２Ｖバッテリー４のもとで起こり得る。なぜならそのような状況下では内部抵抗が高くなるからである。このようなケースにおいては有利には十分に迅速な閉ループ制御及び／又は事前制御１８が既知のモーター出力需要と共に負荷遮断の処理のために用いられる。ＤＣ／ＤＣ変換器１４が１２Ｖバッテリー４の支援に必要であるか否かの決定は、上述したように機能状態値、充電状態値及び／又は健常状態値に基づいて判断される。

本発明によれば、スターター６を用いた内燃機関の始動成功の見通しを推定するために、バッテリー管理システム８から供給される機能状態値、充電状態値及び／又は健常状態値が用いられる。

最後に本願では上記開示内容の他に、図面における開示内容も本願発明のよりよい理解のために参照され得ることを述べておく。

Claims (5)

1. スターターバッテリー（４）を介した内燃機関の始動のための補助ユニット（６）の作動のための回路（２）であって、
   前記回路（２）は、バッテリー管理システム（８）からの機能状態信号、充電状態信号及び／又は健常状態信号を受信し、
   前記機能状態信号は、スターターバッテリー（４）が補助ユニット（６）を作動させるだけの能力を有しているかどうかを示すものであり、前記充電状態信号はスターターバッテリー（４）がどのような充電状態を有しているかを示すものであり、前記健常状態信号はスターターバッテリー（４）に支障が起きていないかどうかを示すものである、回路（２）において、
   前記機能状態信号によって、補助ユニット（６）の作動がスターターバッテリー（４）を用いても不可能であることが示された場合、前記充電状態信号によって、スターターバッテリー（４）が補助ユニット（６）を作動させるには低すぎる充電状態しか有していないことが示された場合、及び／又は、前記健常状態信号によって、スターターバッテリー（４）に支障が生じていることが示された場合に、前記回路（２）が、当該回路（２）に接続されている高圧バッテリー（１６）からの電気的なエネルギーを受け入れ、
   さらに前記回路（２）は、
   前記バッテリー管理システム（８）からの前記充電状態信号が、補助ユニット（６）の作動のためのスターターバッテリー（４）の充電状態が過度に少ないことを示し、
   前記バッテリー管理システム（８）からの前記健常状態信号が、補助ユニット（６）を作動させるのに十分な電気的エネルギーを受け入れることのできるスターターバッテリー（４）の非損傷状態を示している場合に、
   前記受け取った電気的なエネルギーを、前記スターターバッテリー（４）の追充電のために利用するように構成されていることを特徴とする回路。
2. 前記スターターバッテリー（４）が補助ユニット（６）を作動させるのに十分な充電状態となるまでの残りの充電時間を表示するための表示部が設けられている、請求項１記載の回路。
3. 前記回路（２）は、受け入れた電気的エネルギーを補助ユニット（６）の直接の作動のために用いている、請求項１又は２記載の回路。
4. 高圧バッテリー（１６）から受け入れた電気的エネルギーを補助ユニット（６）の作動に適した電気的エネルギーに変換するエネルギー変換器（１４）が設けられている、請求項３記載の回路。
5. スターターバッテリー（４）を介した内燃機関の始動のための補助ユニット（６）の作動に適した電気的エネルギーを受け入れるための方法であって、
   前記方法は、
   バッテリー管理システム（８）から、スターターバッテリー（４）が補助ユニット（６）を作動させるだけの能力を有しているかどうかを示す機能状態信号、スターターバッテリー（４）がどのような充電状態を有しているかを示す充電状態信号、及び／又は、スターターバッテリー（４）に支障が生じていないかどうかを示す健常状態信号を受信するステップと、
   前記機能状態信号によって、補助ユニット（６）の作動がスターターバッテリー（４）を用いても不可能であることが示された場合、前記充電状態信号によって、スターターバッテリー（４）が補助ユニット（６）を作動させるのに低すぎる充電状態しか有していないことが示された場合、及び／又は、前記健常状態信号によって、スターターバッテリー（４）に支障が生じていることが示された場合に、高圧バッテリー（１６）からの電気的なエネルギーを受け入れるステップと、
   前記バッテリー管理システム（８）からの前記充電状態信号が、補助ユニット（６）の作動のためのスターターバッテリー（４）の充電状態が過度に少ないことを示し、
   前記バッテリー管理システム（８）からの前記健常状態信号が、補助ユニット（６）を作動させるのに十分な電気的エネルギーを受け入れることのできるスターターバッテリー（４）の非損傷状態を示している場合に、
   前記受け取った電気的なエネルギーを用いて前記スターターバッテリー（４）を追充電するステップと、
   を含んでいることを特徴とする方法。

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