JP5884674B2 - 車両用電源システム - Google Patents

Description

本発明は、第１蓄電池及び第２蓄電池と、これら両蓄電池を充電する発電機とを備える車両用電源システムに関する。

車両に搭載される車両用電源システムとして、鉛蓄電池（第１蓄電池）とリチウムイオン蓄電池（第２蓄電池）といった２つの蓄電池を用い、これら各蓄電池を使い分けながら車載の各種電気負荷に対して電力を供給する構成が知られている（例えば特許文献１参照）。具体的には、発電機及び鉛蓄電池に対して開閉手段としての半導体スイッチを介してリチウムイオン蓄電池を電気的に接続する構成とする。

回生発電時において、半導体スイッチをオンとすることで、発電機からリチウムイオン蓄電池への電力供給を可能としている。また、非回生発電時において、半導体スイッチをオフとすることで、半導体スイッチに対してリチウムイオン蓄電池側に接続された電気負荷に対して、リチウムイオン蓄電池から電力を供給するようにしている。半導体スイッチの制御を上記のように行うことで、回生発電時に発電された電気エネルギーを効率的に利用することが可能となる。

さらに、リチウムイオン蓄電池における過放電を抑制するために、リチウムイオン蓄電池の残存容量が所定値を下回った場合に、接続スイッチをオンにする制御を行っている。この制御により、リチウムイオン蓄電池側の電気負荷に対して発電機または鉛蓄電池から電力が供給され、リチウムイオン蓄電池の放電が抑制されることで、残存容量を所定値以上に保つことが可能になる。

特開２０１２−８０７０６号公報

ここで、リチウムイオン蓄電池が電気負荷に対して供給可能な最大の電力（放電可能電力）は、リチウムイオン蓄電池の温度が低下するほど低下する。このため、リチウムイオン蓄電池の残存容量を所定値以上に保つ制御を行っていたとしても、リチウムイオン蓄電池の放電可能電力が、リチウムイオン蓄電池側の電気負荷の消費電力を下回る可能性がある。リチウムイオン蓄電池の放電可能電力がリチウムイオン蓄電池側の電気負荷の消費電力を下回っている場合に、接続スイッチをオフにすると、電力不足が生じ、電気負荷の動作に異常が起こりうる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、第１蓄電池及び第２蓄電池とこれら両蓄電池を導通及び遮断する接続スイッチとを備える電源システムにおいて、接続スイッチを挟んで第２蓄電池側に接続される電気負荷に対する電力供給を好適に実施できること目的とする。

第１の構成は、車両用電源システムであって、発電機（１０）と、前記発電機に対して並列にそれぞれ接続される第１蓄電池（２０）及び前記第１蓄電池に比べて充放電のエネルギー効率が高い第２蓄電池（３０）と、これら両蓄電池を電気的に接続する接続線（１５）に設けられ、前記第１蓄電池及び前記発電機と前記第２蓄電池との導通及び遮断を切り替える接続スイッチ（５０）と、前記発電機の非回生発電時に、前記接続スイッチを遮断状態に制御して、前記接続線において前記接続スイッチを挟んで前記第２蓄電池側に接続される電気負荷（４３）に対して、前記第２蓄電池から電力を供給させ、また、前記発電機の回生発電時に、前記接続スイッチを導通状態に制御して、前記第２蓄電池に充電を行わせるスイッチ制御手段（７０）と、を備える。

さらに、前記第２蓄電池が前記電気負荷に対して供給可能な最大の電力である放電可能電力を前記第２蓄電池の出力電圧、出力電流、及び、温度を用いて算出する電力算出手段（７０）を備え、前記スイッチ制御手段は、前記電力算出手段により算出された前記第２蓄電池の放電可能電力が、前記電気負荷による消費電力に基づいて定められた電力閾値以下であると判断される場合に、前記接続スイッチを導通状態に制御することで、前記第２蓄電池単独での前記電気負荷に対する電力供給を禁止することを特徴とする。

上記構成によれば、非回生発電時に、接続スイッチを遮断状態にしているため、第２蓄電池単独で電気負荷に対して電力供給を行うことになる。このため、第２蓄電池の電力を積極的に利用でき、回生発電時における充電と併せて効率の良いエネルギ利用が可能となる。

加えて、第２蓄電池の出力電圧、出力電流、及び、温度を用いて、第２蓄電池が電気負荷に対して供給可能な最大の電力である放電可能電力を算出する。そして、算出された放電可能電力が、電気負荷の消費電力に基づいて定められる電力閾値以下となった場合に、回生発電時であるか否かに関わらず、接続スイッチを導通状態とする。接続スイッチが導通状態とされることで、接続スイッチを挟んで第２蓄電池側の電気負荷に対して、第１蓄電池または発電機から電力が供給されることとなる。

これにより、温度が低下している結果、第２蓄電池の放電可能電力が電気負荷の消費電力未満に低下している場合であっても、電気負荷に対して電力を供給することができ、電気負荷の電力不足に伴う動作不良を抑制することが可能となる。

実施形態における車両用電源システムの概略を示す構成図。 放電可能電力Ｗｏｕｔの算出処理を表すフローチャート。 充放電制御処理を表すフローチャート。 充放電制御を表すタイミングチャート。

以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の電源システムは車両に搭載される車載電源システムであり、車両は、エンジン（内燃機関）を駆動源として走行するものである。エンジンの始動時にはスタータの駆動によりエンジンに初期回転が付与されるものとなっている。

図１に示すように、本電源システムは、オルタネータ１０（発電機）、第１蓄電池としての鉛蓄電池２０、第２蓄電池としてのリチウムイオン蓄電池３０、各種の電気負荷４１，４２，４３、接続スイッチとしてのＭＯＳスイッチ５０及び蓄電池スイッチとしてのＳＭＲスイッチ６０を備えている。鉛蓄電池２０、リチウムイオン蓄電池３０及び電気負荷４１〜４３は、接続線としての給電線１５によりオルタネータ１０に対して並列に電気接続されている。この給電線１５により、上記の各電気要素について相互の給電経路が形成されている。

鉛蓄電池２０は周知の汎用蓄電池である。これに対し、リチウムイオン蓄電池３０は、鉛蓄電池２０に比べて充放電のエネルギー効率、出力密度、及びエネルギ密度の高い高密度蓄電池である。リチウムイオン蓄電池３０は、複数の単電池を直列に接続してなる組電池により構成されている。なお、鉛蓄電池２０の蓄電容量は、リチウムイオン蓄電池３０の蓄電容量よりも大きく設定されている。

ＭＯＳスイッチ５０は、ＭＯＳＦＥＴからなる半導体スイッチであり、オルタネータ１０及び鉛蓄電池２０と、リチウムイオン蓄電池３０との間に設けられている。ＭＯＳスイッチ５０は、オルタネータ１０及び鉛蓄電池２０に対するリチウムイオン蓄電池３０の導通（オン）と遮断（オフ）を切り替えるスイッチとして機能する。

ＭＯＳスイッチ５０のオン／オフは、ＥＣＵ７０（電子制御装置）により制御される。つまり、ＭＯＳスイッチ５０のオン作動（導通作動）とオフ作動（遮断作動）との切替はＥＣＵ７０により実施される。

また、ＳＭＲスイッチ６０は、ＭＯＳスイッチ５０と同様に、ＭＯＳＦＥＴからなる半導体スイッチにより構成されており、ＭＯＳスイッチ５０及び電気負荷４３の接続点（図のＸ）とリチウムイオン蓄電池３０との間に設けられている。ＳＭＲスイッチ６０は、ＭＯＳスイッチ５０及び電気負荷４３の接続点に対するリチウムイオン蓄電池３０の導通及び遮断を切り替えるスイッチとして機能する。

ＳＭＲスイッチ６０のオン作動（導通作動）とオフ作動（遮断作動）との切替はＥＣＵ７０により実施される。このＳＭＲスイッチ６０は非常時用の開閉手段であり、通常時には、ＥＣＵ７０からオン信号が常時出力されることでオン状態に保持される。そして、以下に例示する非常時に、オン信号の出力が停止されてＳＭＲスイッチ６０がオフ作動される。このＳＭＲスイッチ６０のオフ作動により、リチウムイオン蓄電池３０の過充電及び過放電の回避が図られている。

例えば、オルタネータ１０に設けられたレギュレータが故障して設定電圧Ｖｒｅｇが異常に高くなる場合には、リチウムイオン蓄電池３０が過充電の状態になることが懸念される。この場合にはＳＭＲスイッチ６０をオフ作動させる。また、オルタネータ１０の故障やＭＯＳスイッチ５０の故障によりリチウムイオン蓄電池３０への充電ができなくなる場合には、リチウムイオン蓄電池３０が過放電になることが懸念される。この場合にもＳＭＲスイッチ６０をオフ作動させる。

なお、ＳＭＲスイッチ６０をノーマリオープン式の電磁リレーを用いて構成してもよい。この場合、ＥＣＵ７０が故障してＳＭＲスイッチ６０の作動を制御できなくなったとしても、ＳＭＲスイッチ６０が自動的に開作動し、導通が遮断される。

リチウムイオン蓄電池３０と、スイッチ５０，６０と、ＥＣＵ７０とは筐体（収容ケース）に収容されることで一体化され、電池ユニットＵとして構成されている。電池ユニットＵ内のＥＣＵ７０は、リチウムイオン蓄電池３０の出力電流、出力電圧、及び、温度を検出する。また、ＥＣＵ７０は、電池ユニット外のＥＣＵ８０（電子制御装置）に接続されている。つまり、これらＥＣＵ７０，８０は、ＬＩＮ等の通信ネットワークにより接続されて相互に通信可能となっており、各ＥＣＵ７０，８０に記憶される各種データが互いに共有できるものとなっている。

電気負荷４１〜４３のうち符号４３に示す負荷は、供給電力の電圧が概ね一定であるか、又は電圧変動が所定範囲内であり安定していることが要求される定電圧要求電気負荷であり、ＭＯＳスイッチ５０に対してリチウムイオン蓄電池３０の側に電気接続されている。これにより、定電圧要求電気負荷である電気負荷４３への電力供給は、主にリチウムイオン蓄電池３０が分担することとなる。

電気負荷４３の具体例としてはナビゲーション装置やオーディオ装置が挙げられる。例えば、供給電力の電圧が一定ではなく大きく変動している場合、或いは前記所定範囲を超えて大きく変動している場合には、電圧が瞬時的に最低動作電圧よりも低下して、ナビゲーション装置等の作動がリセットする不具合が生じる。そこで、電気負荷４３へ供給される電力は、電圧が最低動作電圧よりも低下することのない一定の値に安定していることが要求される。

また、電気負荷４１〜４３のうち符号４１に示す負荷は、エンジンを始動させるスタータであり、符号４２に示す負荷は、電気負荷４３（定電圧要求電気負荷）及びスタータ４１以外の一般的な電気負荷である。電気負荷４２の具体例としてはヘッドライト、フロントウインドシールド等のワイパ、空調装置の送風ファン、リヤウインドシールドのデフロスタ用ヒータ等が挙げられる。これらのスタータ４１及び電気負荷４２は、ＭＯＳスイッチ５０に対して鉛蓄電池２０の側に電気接続されている。これにより、スタータ４１及び電気負荷４２への電力供給は主に鉛蓄電池２０が分担することとなる。

オルタネータ１０は、エンジンのクランク軸（出力軸）の回転エネルギにより発電するものである。オルタネータ１０の構成等は周知であるため、ここでは図示を省略し、簡単に説明する。オルタネータ１０のロータがクランク軸により回転すると、ロータコイルに流れる励磁電流に応じてステータコイルに交流電流が誘起され、整流器により直流電流に変換される。そして、ロータコイルに流れる励磁電流をレギュレータが調整することで、発電された直流電流の電圧を設定電圧Ｖｒｅｇとなるよう調整する。オルタネータ１０のレギュレータに対する制御はＥＣＵ８０により実施される。

オルタネータ１０で発電した電力は、各種電気負荷４１〜４３へ供給されるとともに、鉛蓄電池２０及びリチウムイオン蓄電池３０へ供給される。エンジンの駆動が停止してオルタネータ１０で発電が実施されていない場合には、鉛蓄電池２０及びリチウムイオン蓄電池３０から電気負荷４１〜４３へ電力供給される。鉛蓄電池２０及びリチウムイオン蓄電池３０から電気負荷４１〜４３への放電量、及びオルタネータ１０から各蓄電池２０，３０への充電量は、各蓄電池２０，３０のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ：満充電時の充電量に対する実際の充電量の割合）が過充放電とならない範囲（適正範囲）となるよう制御される。つまり、上記のとおり過剰な充放電とならないように、ＥＣＵ８０により設定電圧Ｖｒｅｇが調整されるとともに、ＥＣＵ７０によりＭＯＳスイッチ５０の作動が制御されるようになっている。

また、本実施形態では、車両の回生エネルギによりオルタネータ１０を発電させて両蓄電池２０，３０（主にはリチウムイオン蓄電池３０）に充電させる減速回生を行っている。この減速回生は、車両が減速状態であること、エンジンへの燃料噴射をカットしていること等の条件が成立した時に実施される。

ここで、両蓄電池２０，３０は並列接続されているため、オルタネータ１０により充電を実施する際には、ＭＯＳスイッチ５０をオン作動させていれば、端子電圧の低い側の蓄電池に対してオルタネータ１０の起電流が流れ込むこととなる。一方、電気負荷４２，４３へ電力供給（放電）する際には、非発電時にＭＯＳスイッチ５０をオン作動させていれば、端子電圧の高い側の蓄電池から電気負荷へ放電がなされることとなる。

ちなみに、回生充電時には、リチウムイオン蓄電池３０の端子電圧が鉛蓄電池２０の端子電圧より低くなる機会が多くなるようにして、鉛蓄電池２０よりも優先してリチウムイオン蓄電池３０に対する充電が実施されるようになっている。こうした設定は、両蓄電池２０，３０の開放電圧及び内部抵抗値を設定することで実現可能であり、開放電圧の設定は、リチウムイオン蓄電池３０の正極活物質、負極活物質及び電解液を選定することで実現可能である。

本実施形態の車両は、所定の自動停止条件を満たした場合にエンジンを自動停止させ、エンジンが自動停止された状態で所定の再始動条件を満たした場合にエンジンを自動で再始動させる、アイドリングストップ機能を有するものであり、ＥＣＵ８０によりアイドリングストップ制御が実施される。アイドルストップ機能による自動停止時には、ＭＯＳスイッチ５０をオフに切り替える。これにより、電気負荷４２は鉛蓄電池２０から電力を供給され、電気負荷４３はリチウムイオン蓄電池３０から電力を供給される。そして、ＭＯＳスイッチ５０をオフにした状態で、エンジンを自動再始動させる。スタータ４１とリチウムイオン蓄電池３０とは遮断しており、スタータ４１と鉛蓄電池２０とは通電しているので、スタータ４１は、鉛蓄電池２０から電力供給を受けて駆動される。

また、非回生発電時において、ＥＣＵ７０により、ＭＯＳスイッチ５０がオフ状態、ＳＭＲスイッチ６０がオン状態に操作される。オルタネータ１０及び鉛蓄電池２０と電気負荷４３との接続が遮断され、リチウムイオン蓄電池３０と電気負荷４３との接続が導通状態とされるため、リチウムイオン蓄電池３０が単独で電気負荷４３に対して電力供給がなされる。回生発電時には、ＥＣＵ７０により、ＭＯＳスイッチ５０がオン状態、ＳＭＲスイッチ６０がオン状態に操作される。これにより、発電された電力がリチウムイオン蓄電池３０に充電されることになる。リチウムイオン蓄電池３０は、鉛蓄電池２０と比べて、充放電時のエネルギ効率が高いため、電源システム全体としての充放電効率を向上させることができる。

さらに、リチウムイオン蓄電池における過放電を抑制するために、リチウムイオン蓄電池３０のＳＯＣが維持すべきＳＯＣ（維持ＳＯＣ）より低くなった場合に、ＥＣＵ７０は、ＭＯＳスイッチ５０をオン、ＳＭＲスイッチ６０をオンにする制御を行う。この制御により、オルタネータ１０及び鉛蓄電池２０とリチウムイオン蓄電池３０との接続が導通状態となり、オルタネータ１０または鉛蓄電池２０からリチウムイオン蓄電池３０に対して充電が行われる。

ここで、ＳＯＣは、ＥＣＵ７０によって、リチウムイオン蓄電池３０の開放端電圧、出力電流に基づいて算出される。なお、算出されたＳＯＣを、リチウムイオン蓄電池３０のＳＯＣ算出時の端子間電圧に基づいて、補正する構成としてもよい。また、維持ＳＯＣは、アイドリングストップ中において、鉛蓄電池２０とリチウムイオン蓄電池３０とが電気的に切り離された状態で、リチウムイオン蓄電池３０が単独で電気負荷４３に電力供給可能なように設定される。このため、アイドリングストップ期間において必要となる容量をリチウムイオン蓄電池３０に確保することが可能となる。さらに、維持ＳＯＣは、回生発電の電力を充電するための空き容量があるように設定される。これにより、通常走行時における発電などの回生発電以外の発電では、リチウムイオン蓄電池３０の充電を維持ＳＯＣまでに制限し、その制限により確保された空き容量分について、回生発電の電力をリチウムイオン蓄電池３０に充電することができる。これは、充放電効率の高いリチウムイオン蓄電池３０において、それを活用する上で有利な構成となっている。

ところで、リチウムイオン蓄電池３０が電気負荷に対して供給可能な最大の電力（放電可能電力：Ｗｏｕｔ）は、ＳＯＣと異なり、リチウムイオン蓄電池３０の温度が低下するほど低下する。このため、リチウムイオン蓄電池３０のＳＯＣを維持ＳＯＣ以上に保つ制御を行っており、残存容量が十分であったとしても、リチウムイオン蓄電池３０のＷｏｕｔが、リチウムイオン蓄電池３０側の電気負荷４３の消費電力を下回る可能性がある。このため、リチウムイオン蓄電池３０のＷｏｕｔが電気負荷４３の消費電力を下回っていれば、ＳＯＣが維持ＳＯＣ以上であったとしても、ＭＯＳスイッチ５０をオフにすると、電力不足が生じ、電気負荷４３の動作に異常が起こりうる。

そこで、本実施形態では、ＥＣＵ７０が、リチウムイオン蓄電池３０のＷｏｕｔを算出し、Ｗｏｕｔに基づいてリチウムイオン蓄電池３０単独での電気負荷４３への放電を禁止する放電禁止フラグのオン・オフを切り替える。そして、ＥＣＵ７０が、放電禁止フラグに基づいて、ＭＯＳスイッチ５０及びＳＭＲスイッチ６０を制御することで、上記電力不足を抑制する。

非回生発電時に、放電禁止フラグがオンにされていると、ＥＣＵ７０は、スイッチ５０，６０を放電禁止モード（ＭＯＳスイッチ５０：オン，ＳＭＲスイッチ６０：オフ）にする制御を行い、リチウムイオン蓄電池３０の放電を禁止する。また、回生発電時に、放電禁止フラグがオンにされていると、ＥＣＵ７０は、スイッチ５０，６０を充電モード（ＭＯＳスイッチ５０：オン，ＳＭＲスイッチ６０：オン）にする制御を行い、オルタネータ１０からリチウムイオン蓄電池３０への充電を行う。

放電禁止フラグがオフにされていると、ＥＣＵ７０はスイッチ５０，６０の制御について回生発電の実施の有無に応じた制御を行う。すなわち、ＥＣＵ７０は、非回生発電時において、スイッチ５０，６０を単独放電モード（ＭＯＳスイッチ５０：オフ，ＳＭＲスイッチ６０：オン）にする制御を行い、回生発電時において、スイッチ５０，６０を充電モード（ＭＯＳスイッチ５０：オン，ＳＭＲスイッチ６０：オン）にする制御を行う。ここで、放電禁止フラグのオン・オフに関わらず、リチウムイオン蓄電池３０のＳＯＣが維持ＳＯＣより低くなると、ＥＣＵ７０は、リチウムイオン蓄電池３０のＳＯＣを維持ＳＯＣまで上昇させるために、スイッチ５０，６０を充電モード（ＭＯＳスイッチ５０：オン，ＳＭＲスイッチ６０：オン）にする制御を行う。

ＥＣＵ７０は、電気負荷４３により消費される最大の電力に基づいて禁止閾値を定める。そして、ＥＣＵ７０は、放電禁止フラグがオフとされている場合に、Ｗｏｕｔと禁止閾値とを比較し、Ｗｏｕｔが禁止閾値より低くなっている場合に、放電禁止フラグをオンにする。また、ＥＣＵ７０は、放電禁止フラグがオンとされている場合に、Ｗｏｕｔと、禁止閾値より所定の値だけ高い許可閾値とを比較し、Ｗｏｕｔが許可閾値より高くなっている場合に、放電禁止フラグをオフにする。

放電可能電力Ｗｏｕｔは、リチウムイオン蓄電池３０の温度と、リチウムイオン蓄電池３０のＳＯＣからＥＣＵ７０によって算出される。禁止閾値は、電気負荷４３の保証電圧と、電気負荷４３を駆動状態にした時に電気負荷４３に流れる最大の電流とを積算して、算出される。

図２にＷｏｕｔの算出処理を表すフローチャートを示す。本処理は、ＥＣＵ７０により、所定時間周期で繰り返し実施される。

ステップＳ０１において、リチウムイオン蓄電池３０の温度を取得し、ステップＳ０２において、リチウムイオン蓄電池３０のＳＯＣを取得する。ステップＳ０３において、リチウムイオン蓄電池３０の開放端電圧（ＯＣＶ：Ｏｐｅｎ Ｃｅｌｌ Ｖｏｌｔａｇｅ）特性を用い、リチウムイオン蓄電池３０の温度と、ＳＯＣとに基づいてリチウムイオン蓄電池３０のＯＣＶを算出する。ここで、開放端電圧とは、電池の端子に電気負荷が接続されていない状態での電池電圧のことを言う。

ステップＳ０４において、リチウムイオン蓄電池３０の内部抵抗Ｒｂａｔ特性を用い、リチウムイオン蓄電池３０の温度と、リチウムイオン蓄電池３０のＳＯＣとに基づいて、リチウムイオン蓄電池３０の放電時における内部抵抗Ｒｂａｔを算出する。なお、リチウムイオン蓄電池３０のＯＣＶ及びＲｂａｔは、ＳＯＣから求めることの代わりに、リチウムイオン蓄電池３０の出力電流、及び、出力電圧から求めることも可能である。

ステップＳ０５において、リチウムイオン蓄電池３０の劣化状態に基づいて、内部抵抗Ｒｂａｔを補正する。リチウムイオン蓄電池３０の劣化状態は、リチウムイオン蓄電池３０の使用時間や、実際の抵抗値等に基づいて、ＥＣＵ７０によって算出される。

ステップＳ０６において、リチウムイオン蓄電池３０から電気負荷４３に対して放電可能な電流の最大値Ｉｍａｘを算出する。Ｉｍａｘは、「Ｉｍａｘ＝（ＯＣＶ―保証電圧）／（Ｒｂａｔ＋Ｒｐａｃｋ）」として算出することができる。ここで、Ｒｐａｃｋとは、電池ユニットＵ内部における電力損失の原因となる抵抗分であり、電池ユニットＵ内部の配線抵抗、ＳＭＲスイッチ６０のオン抵抗などから構成される。Ｒｐａｃｋは、電池ユニットＵの内部抵抗から、リチウムイオン蓄電池３０の内部抵抗Ｒｂａｔを除いた抵抗である。ステップＳ０７において、放電可能電力Ｗｏｕｔを算出する。Ｗｏｕｔは、「Ｗｏｕｔ＝Ｉｍａｘ×保証電圧」として算出される。ここで、保証電圧とは、電気負荷４３の動作が保証される電圧値のことである。

図３に充放電制御の処理を表すフローチャートを示す。本処理は、ＥＣＵ７０により、所定時間周期で繰り返し実施される。

ステップＳ１１において、放電禁止フラグがオフであるか否かの判断を行う。放電禁止フラグがオフである場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ステップＳ１２において、Ｗｏｕｔが禁止閾値より大きいか否かの判断を行う。放電可能電力が禁止閾値以下の場合（Ｓ１２：ＮＯ）、ステップＳ１３において、放電禁止フラグをオンとして処理を終了する。

放電可能電力が禁止閾値より大きい場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、ステップＳ１４において、リチウムイオン蓄電池３０のＳＯＣ（ＬｉＳＯＣ）が維持ＳＯＣより小さいか否かの判断を行う。ＬｉＳＯＣが維持ＳＯＣより小さい場合、ステップＳ１５において、スイッチ５０，６０を充電モード（ＭＯＳスイッチ５０：オン，ＳＭＲスイッチ６０：オン）に制御して、処理を終了する。

ＬｉＳＯＣが維持ＳＯＣ以上の場合（Ｓ１４：ＮＯ）、ステップＳ１６において、オルタネータ１０において回生発電が実施されているか否かを判断する。回生発電が実施されている場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、ステップＳ１５において、スイッチ５０，６０を充電モード（ＭＯＳスイッチ：オン，ＳＭＲスイッチ：オン）に制御して、処理を終了する。回生発電が実施されていない場合（Ｓ１６：ＮＯ）、ステップＳ１７において、スイッチ５０，６０を単独放電モード（ＭＯＳスイッチ５０：オフ，ＳＭＲスイッチ６０：オン）に制御し処理を終了する。

ステップＳ１１において、放電禁止フラグがオンである場合（Ｓ１１：ＮＯ）、ステップＳ１８において、Ｗｏｕｔが許可閾値以上か否かの判断を行う。Ｗｏｕｔが許可閾値以上である場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、ステップＳ１９において、ＬｉＳＯＣが、ＬｉＳＯＣがリチウムイオン蓄電池３０において定められている所定のＳＯＣ制御範囲の上限値（ＬｉＳＯＣ上限値）に達していないか否かの判断を行う。ここで、ＬｉＳＯＣ上限値とは、リチウムイオン蓄電池３０を充電して、この上限値よりＳＯＣを上昇させると、過充電が生じる値である。Ｗｏｕｔが許可閾値以上かつＬｉＳＯＣがＬｉＳＯＣ上限値に達している場合（Ｓ１９：ＮＯ）、ステップＳ２０において、放電禁止フラグをオフにして処理を終了する。

Ｗｏｕｔが許可閾値以上かつＬｉＳＯＣがＬｉＳＯＣ上限値に達していない場合（Ｓ１９：ＹＥＳ）、ステップＳ２１において、アイドリングストップ自動停止条件が成立し、アイドリングストップ制御が実施されているか否かの判断を行う。アイドリングストップ制御が実施されている場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、ステップＳ２０において、放電禁止フラグをオフにして処理を終了する。

Ｗｏｕｔが許可閾値より小さい場合（Ｓ１８：ＮＯ）、または、Ｗｏｕｔが許可閾値以上であるがアイドリングストップ制御が実施されていない場合（Ｓ２１：ＮＯ）、ステップＳ２３において、ＬｉＳＯＣが維持ＳＯＣより小さいか否かの判断を行う。ＬｉＳＯＣが維持ＳＯＣより小さい場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、ステップＳ２４において、スイッチを充電モード（ＭＯＳスイッチ５０：オン，ＳＭＲスイッチ６０：オン）に制御し処理を終了する。ＬｉＳＯＣが維持ＳＯＣ以上の場合（Ｓ２３：ＮＯ）、ステップＳ２５において、回生発電が実施されているか否かを判断する。回生発電が実施されている場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）、ステップＳ２４において、スイッチ５０，６０を充電モード（ＭＯＳスイッチ５０：オン，ＳＭＲスイッチ６０：オン）に制御し処理を終了する。回生発電が実施されていない場合（Ｓ２５：ＮＯ）、ステップＳ２６において、スイッチ５０，６０を単独放電禁止モード（ＭＯＳスイッチ５０：オン，ＳＭＲスイッチ６０：オフ）に制御し、処理を終了する。

図４に充放電制御の経過を表すタイミングチャートを示す。リチウムイオン蓄電池の温度が３０℃における制御を実線で、０℃における制御を一点鎖線で示している。

図４に基づいて本実施形態に関する充放電制御について説明を行う。最初に、リチウムイオン蓄電池３０の温度が３０℃の場合における説明を行う。時刻Ｔ０において、ＥＣＵ７０に電力が供給され、ＥＣＵ７０による制御が開始される。時刻Ｔ０より前では、ＥＣＵ７０による充放電制御が実施されておらず、リチウムイオン蓄電池３０のＷｏｕｔ及びＳＯＣ（ＬｉＳＯＣ）は、自然放電により低下した状態になっている。このため、時刻Ｔ０において、Ｗｏｕｔは禁止閾値を下回っており、ＬｉＳＯＣは維持ＳＯＣを下回っている。

Ｗｏｕｔが禁止閾値を下回っているため、ＥＣＵ７０はリチウムイオン蓄電池３０の単独放電を禁止する。さらに、ＬｉＳＯＣが維持ＳＯＣを下回っているため、ＥＣＵ７０は、スイッチを充電モード、すなわち、ＭＯＳスイッチ５０をオン状態、ＳＭＲスイッチ６０をオン状態とする。そして、オルタネータ１０または鉛蓄電池２０からリチウムイオン蓄電池３０に電力供給を実施して維持ＳＯＣに達するまで充電を行う。これにより、アイドリングストップ再始動時に電気負荷４３によって使用される残存容量をリチウムイオン蓄電池３０に充電することができる。

時刻Ｔ１において、ＬｉＳＯＣが、維持ＳＯＣに達するため、ＥＣＵ７０は、ＳＭＲスイッチ６０をオフ状態にして、オルタネータ１０または鉛蓄電池２０からリチウムイオン蓄電池３０への電力供給を停止する。ここで、Ｗｏｕｔが許可閾値より低く、リチウムイオン蓄電池３０の単独放電の禁止が解除されないため、ＭＯＳスイッチ５０のオン状態を継続して、オルタネータ１０または鉛蓄電池２０から電気負荷４３への電力供給を行わせる。

時刻Ｔ２において、ブレーキ操作がなされて車速が減速するとともに、回生発電が実施される。回生発電の実施に伴い、ＥＣＵ７０は、ＭＯＳスイッチ５０をオン状態、ＳＭＲスイッチ６０をオン状態とする制御を行い、オルタネータ１０からリチウムイオン蓄電池３０への充電を行う。リチウムイオン蓄電池３０の充電に伴い、時刻Ｔ３において、Ｗｏｕｔが許可閾値に達する。

時刻Ｔ４において、回生発電が停止され、アイドリングストップ制御におけるエンジンの自動停止制御が行われる。Ｗｏｕｔが許可閾値以上であり、かつ、アイドリングストップ制御の自動停止制御が行われているため、放電禁止を解除する。そして、放電禁止が解除されたため、ＥＣＵ７０は、ＭＯＳスイッチ５０をオフ状態、ＳＭＲスイッチ６０をオン状態として、リチウムイオン蓄電池３０から電気負荷４３へ単独で電力供給を行う。リチウムイオン蓄電池３０の放電に伴い、Ｗｏｕｔ及びＬｉＳＯＣが低下していく。その後、時刻Ｔ５において、回生発電が実施されるため、ＥＣＵ７０は、ＭＯＳスイッチ５０をオン状態、ＳＭＲスイッチ６０をオン状態とする制御を行い、オルタネータ１０からリチウムイオン蓄電池３０への充電を行う。

次に、リチウムイオン蓄電池３０の温度が０℃の場合における説明を行う。なお、時刻Ｔ０におけるＬｉＳＯＣは、上述した３０℃の場合と同じである。時刻Ｔ０〜Ｔ３までの制御は、温度が３０℃の場合と同様である。ここで、温度が０℃の場合では、温度が３０℃の場合と比較してＷｏｕｔが低いため、時刻Ｔ３において、Ｗｏｕｔが許可閾値に達せず、放電禁止フラグがオンのままである。

時刻Ｔ４において、回生発電が停止され、リチウムイオン蓄電池３０の単独放電が禁止されているため、ＥＣＵ７０は、ＭＯＳスイッチ５０をオン状態、ＳＭＲスイッチ６０をオフ状態として、オルタネータ１０及び鉛蓄電池２０から電気負荷４３へ電力供給を行う。このため、時刻Ｔ４〜Ｔ５において、ＬｉＳＯＣ及びＷｏｕｔが維持される。時刻Ｔ５において、回生発電が実施されるため、ＥＣＵ７０は、ＭＯＳスイッチ５０をオン状態のまま、ＳＭＲスイッチ６０をオフからオンに切り替える。これにより、リチウムイオン蓄電池３０に対して充電が行われ、ＬｉＳＯＣ及びＷｏｕｔが上昇する。そして、時刻Ｔ６において、Ｗｏｕｔが許可閾値に達する。そして、時刻Ｔ７において、アイドリングストップ制御におけるエンジンの自動停止制御が実施され、ＥＣＵ７０は放電禁止フラグをオフにする。

放電禁止フラグがオンとされている期間（温度３０℃：Ｔ０〜Ｔ４，温度０℃：Ｔ０〜Ｔ７）において、ＥＣＵ７０により、ＭＯＳスイッチ５０はオン状態とされている。このため、Ｗｏｕｔが電気負荷４３において消費される最大の電力を下回るおそれのある期間について、電気負荷４３には、オルタネータ１０または鉛蓄電池２０から電力が供給されることとなり、電気負荷４３における電力不足を抑制することが可能となる。また、温度０℃における制御と、温度３０℃における制御とを比較すると、高温である温度３０℃における制御において、放電禁止フラグが早くオフにされる。このため、Ｔ４〜Ｔ５において、リチウムイオン蓄電池３０の電力を消費し、回生発電を充電するための空き容量を確保することが可能となる。

時刻Ｔ１において、ＳＭＲスイッチ６０をオフにすることで、時刻Ｔ１〜Ｔ２の期間において、ＬｉＳＯＣが維持ＳＯＣを維持する。これにより、時刻Ｔ２〜Ｔ４における回生発電において、オルタネータ１０において発電された電力をリチウムイオン蓄電池３０に充電するための空き容量を確保することが可能となる。

時刻Ｔ４〜Ｔ５において、温度が０℃の場合、Ｗｏｕｔが禁止閾値以上、許可閾値未満である。Ｗｏｕｔが電気負荷４３において消費される最大の電力を下回ることはなく、リチウムイオン蓄電池３０単独で電気負荷４３に電力供給しても電力不足は生じない。さらに低温となっている場合、Ｗｏｕｔが禁止閾値未満になっていることも考えられる。この場合は、図３のステップＳ１９，Ｓ２１の判断は行われないため、放電禁止フラグがオフにされることはない。

以下、本実施形態の奏する効果を述べる。

（１）上記構成によれば、非回生発電時に、ＭＯＳスイッチ５０を遮断状態にしているため、リチウムイオン蓄電池３０単独で電気負荷４３に対して電力供給を行うことになる。このため、リチウムイオン蓄電池３０の電力を積極的に利用でき、回生発電時における充電と併せて効率の良いエネルギ利用が可能となる。

加えて、リチウムイオン蓄電池３０のＷｏｕｔが、電気負荷４３の消費電力に基づいて定められる電力閾値以下となった場合に、回生発電時であるか否かに関わらず、ＭＯＳスイッチ５０を導通状態とする。ＭＯＳスイッチ５０が導通状態とされることで、電気負荷４３に対して、オルタネータ１０または鉛蓄電池２０から電力が供給されることとなる。これにより、リチウムイオン蓄電池３０のＳＯＣや温度が低下している結果、リチウムイオン蓄電池３０のＷｏｕｔが電気負荷４３の消費電力未満に低下している場合であっても、電気負荷４３に対して電力を供給することができ、電気負荷４３の電力不足に伴う動作不良を抑制することが可能となる。

（２）非回生発電時において、ＭＯＳスイッチ５０が導通状態とされると、鉛蓄電池２０とリチウムイオン蓄電池３０との接続が可能となる。そして、鉛蓄電池２０からリチウムイオン蓄電池３０に対して、または、リチウムイオン蓄電池３０から鉛蓄電池２０に対して、充電が行われることになる。蓄電池から他の蓄電池に対して充電を行うということは、一方の蓄電池に充電された電力を放電して、他方の蓄電池に充電することになる。つまり、オルタネータ１０において発電された電力を直接的に蓄電池に充電する場合と比べて、蓄電池における充放電の回数が少なくとも１回多くなる。充放電の回数が増えることで、電力損失が発生し、電源システム全体として、電力の利用効率が低下する。

ここで、非回生発電時において、ＭＯＳスイッチ５０が導通状態とされると、ＳＭＲスイッチ６０を遮断状態とする。これにより、オルタネータ１０または鉛蓄電池２０から電気負荷４３に電力の供給を行いながら、鉛蓄電池２０からリチウムイオン蓄電池３０に対する充電を抑制することが可能になり、電源システム全体としての電力の利用効率を向上させることができる。

（３）ＳＯＣ維持値を設定することで、リチウムイオン蓄電池３０のＳＯＣがＳＯＣ維持値に達した状態ではそのＳＯＣが維持される。この場合、ＳＯＣがそれ以上上昇することがないため、現時点以降に回生発電が行われたとしても、その回生発電による充電をするための空き容量を確保しておくことができる。これは、リチウムイオン蓄電池３０として充放電効率の高い蓄電池を用いる本構成において有利な構成となる。

非回生発電時でかつリチウムイオン蓄電池３０単独での電力供給禁止の状態においてリチウムイオン蓄電池３０のＳＯＣとＳＯＣ維持値が等しいと判断されれば、ＭＯＳスイッチ５０を導通状態、ＳＭＲスイッチを遮断状態に制御することで、電気負荷４３を適正に駆動しつつ、リチウムイオン蓄電池３０の過放電を抑制できる。

同じく非回生発電時でかつリチウムイオン蓄電池３０単独での電力供給禁止の状態においてリチウムイオン蓄電池３０のＳＯＣがＳＯＣ維持値より少ないと判断されるとする。この場合に、ＭＯＳスイッチ５０を導通状態、ＳＭＲスイッチ６０を導通状態に制御することで、オルタネータ１０または鉛蓄電池２０から供給される電力を、電気負荷４３の駆動に加え、リチウムイオン蓄電池３０の充電にも使うことができる。ゆえに、リチウムイオン蓄電池３０のＳＯＣはＳＯＣ維持値にまで回復する。

また、上記構成では、Ｗｏｕｔに基づいてＭＯＳスイッチ５０が導通状態に制御され、そのＭＯＳスイッチ５０が導通状態の場合に、ＳＯＣに基づいてＳＭＲスイッチ６０の導通／遮断の切替が制御される。これにより、リチウムイオン蓄電池３０について温度条件を加味して過剰な放電を抑制しつつ、当該リチウムイオン蓄電池３０においてＳＯＣを適正に管理できる。

（４）ＭＯＳスイッチ５０及びＳＭＲスイッチ６０が頻繁に切り替わることとなる結果、電源システム全体に過渡的な電流・電圧変化が生じ、電力を供給される電気負荷４３の素子の劣化や電力効率の低下を招くこととなる。そこで、電力閾値として、第１電力閾値（禁止閾値）と第１電力閾値より高い第２電力閾値（許可閾値）とを設ける。そして、放電可能電力が禁止閾値より低くなったと判断される場合に、リチウムイオン蓄電池３０単独での電気負荷４３に対する電力供給の禁止を開始し、放電可能電力が許可閾値より高くなったと判断される場合に、リチウムイオン蓄電池３０単独での電気負荷４３に対する電力供給の禁止を解除する。これにより、放電可能電力が禁止閾値と許可閾値との間にある場合には、スイッチの切り替えが抑制され、素子の劣化や電力効率の低下を抑制することが可能となる。

（５）アイドリングストップ制御が実施される場合、スタータ４１の駆動に伴って鉛蓄電池２０の出力電圧が低下する。そこで、アイドリングストップ制御の実施時には、電気負荷４３に供給される電圧の低下を防ぐためにＭＯＳスイッチ５０を遮断状態として、リチウムイオン蓄電池３０は単独で電気負荷４３に電力を供給することが望ましい。

このため、リチウムイオン蓄電池３０の放電可能電力は高く保つことが望ましい。そこで、放電可能電力が許可閾値以上であることに加えて、アイドリングストップ制御におけるエンジンの自動停止の実施がなされたことを条件として、リチウムイオン蓄電池３０単独での放電禁止を解除する。これにより、アイドリングストップ制御が実施されていない場合に、リチウムイオン蓄電池３０単独での放電を禁止することでリチウムイオン蓄電池３０の放電を抑制し、リチウムイオン蓄電池の放電可能電力を高く保つことが可能になる。さらに、アイドリングストップ制御におけるエンジンの自動停止制御が実施されたことを条件として、リチウムイオン蓄電池３０単独での放電禁止を解除することで、ＭＯＳスイッチ５０を遮断状態として、スタータ４１の駆動に伴う電圧低下による電気負荷４３の動作不良を防ぐことができる。

以上の通り、放電禁止を解除する条件として、放電可能電力が放電許可閾値以上であること（図３、ステップＳ１８：ＹＥＳ）、かつ、アイドリングストップ制御が実施されていること（ステップＳ２１：ＹＥＳ）を条件としたため、放電可能電力は高いままで維持される。さらに、放電可能電力が放電許可閾値以上であること、かつ、ＬｉＳＯＣがＬｉＳＯＣ上限値に達したこと（Ｓ１９：ＮＯ）を条件に、放電禁止が解除されるため、ＬｉＳＯＣが過上昇することを抑制することができる。

（６）リチウムイオン蓄電池３０の内部抵抗Ｒｂａｔは、劣化が進行するほど増加する。これに伴い、リチウムイオン蓄電池３０の放電可能電力は、劣化が進行するほど、小さくなる。そこで、リチウムイオン蓄電池３０の劣化状態に基づいて内部抵抗Ｒｂａｔ、ひいては、放電可能電力を補正することで、より正確な放電可能電力を取得することができ、電気負荷４３に対する電力供給を確実に行うことが可能となる。

（他の実施形態）
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。

・ＥＣＵ７０とＥＣＵ８０は、一つのＥＣＵとして構成されていてもよい。一つのＥＣＵとして構成されることで、ＥＣＵ間の通信による遅延を解消することができる。これにより、オルタネータ１０の回生発電と非回生発電との切り替えに基づいて、素早くスイッチ５０，６０を制御することが可能になる。

・電力閾値の設定方法は、他の方法でも良い。例えば、電気負荷４３で消費される電力を監視して記憶し、実際に消費された電力の最大量に基づいて電力閾値を設定してもよい。これにより、リチウムイオン蓄電池３０に充電された電力をより利用できるようになり、電力の利用効率を向上させることが可能になる。また、電気負荷４３の稼働・非稼働状況をＣＡＮなどのネットワークにより取得し、稼働している電気負荷４３の消費する電力量を算出して、その算出結果に基づいて電力閾値を設定してもよい。

・電力閾値として第１電力閾値（禁止閾値）、第２電力閾値（許可閾値）の２つを設ける構成としたが、一つの電力閾値を設け、放電可能電力が当該電力閾値を超えた場合に、放電禁止フラグをオフ、放電可能電力が当該電力閾値以下となった場合に、放電禁止フラグをオンとする構成としてもよい。さらに、一度、放電禁止フラグのオン・オフが切り替わった後に、所定の時間放電禁止フラグのオン・オフを禁止する構成としてもよい。これにより、一つの電力閾値を用いた場合においても、スイッチの頻繁な切り替わりを抑制することが可能となる。

・上記実施形態では、第１蓄電池として鉛蓄電池２０を用い、第２蓄電池としてリチウムイオン蓄電池３０を用いたが、これを変更してもよい。例えば、第２蓄電池としてニカド蓄電池やニッケル水素蓄電池など、他の二次電池を用いる構成としてもよい。

・上記実施形態では、放電可能電力が許可閾値以上となり、かつ、アイドルストップ制御における自動停止条件が成立したことを条件として、リチウムイオン蓄電池３０単独での放電禁止を解除する構成とした。これに換えて、放電可能電力が許可閾値以上となり、かつ、アイドルストップ制御における再始動条件が成立したことを条件として、リチウムイオン蓄電池３０単独での放電禁止を解除する構成としてもよい。また、放電可能電力が許可閾値以上となった場合に、アイドリングストップ制御の実施・非実施に関わらず、放電禁止を解除する構成としてもよい。

１０…オルタネータ（発電機）、１５…給電線（接続線）、２０…鉛蓄電池（第１蓄電池）、３０…リチウムイオン蓄電池（第２蓄電池）、４３…電気負荷、５０…ＭＯＳスイッチ（接続スイッチ），７０…ＥＣＵ（スイッチ制御手段，電力算出手段）。

Claims (4)

1. 発電機（１０）と、
   前記発電機に対してそれぞれ並列に接続される第１蓄電池（２０）、及び前記第１蓄電池に比べて充放電のエネルギー効率が高い第２蓄電池（３０）と、
   これら両蓄電池を電気的に接続する接続線（１５）に設けられ、前記第１蓄電池及び前記発電機と前記第２蓄電池との導通及び遮断を切り替える接続スイッチ（５０）と、
   前記発電機の非回生発電時に、前記接続スイッチを遮断状態に制御して、前記接続線において前記接続スイッチを挟んで前記第２蓄電池側に接続される電気負荷（４３）に対して、前記第２蓄電池から電力を供給させ、また、前記発電機の回生発電時に、前記接続スイッチを導通状態に制御して、前記第２蓄電池に充電を行わせるスイッチ制御手段（７０）と、を備える車両用電源システムにおいて、
   前記接続線において前記電気負荷が接続される接続点と前記第２蓄電池との間に設けられ、前記接続点と前記第２蓄電池との導通及び遮断を切り替える蓄電池スイッチ（６０）と、
   前記第２蓄電池が前記電気負荷に対して供給可能な最大の電力である放電可能電力を前記第２蓄電池の出力電圧、出力電流、及び、温度を用いて算出する電力算出手段（７０）と、
   前記第２蓄電池の出力電圧及び出力電流に基づいて前記第２蓄電池の残存容量を算出する残存容量算出手段（７０）と、を備え、
   前記スイッチ制御手段は、前記電力算出手段により算出された前記第２蓄電池の放電可能電力が、前記電気負荷による消費電力に基づいて定められた電力閾値以下であると判断される場合に、前記接続スイッチを導通状態に制御することで、前記第２蓄電池単独での前記電気負荷に対する電力供給を禁止し、
   非回生発電時でかつ前記第２蓄電池単独での電力供給禁止の状態において、前記蓄電池スイッチを遮断状態に制御し、
   前記第２蓄電池の残存容量について当該残存容量の値を維持する残存容量維持値を定めておき、非回生発電時でかつ前記第２蓄電池単独での電力供給禁止の状態において前記第２蓄電池の残存容量が前記残存容量維持値以上であると判断されれば、前記蓄電池スイッチを遮断状態に制御し、回生発電時、または、前記第２蓄電池単独での電力供給禁止の状態において前記第２蓄電池の残存容量が残存容量維持値より少ないと判断されれば、前記蓄電池スイッチを導通状態に制御することを特徴とする車両用電源システム。
2. 前記電力閾値として、第１電力閾値と、第１電力閾値より高い第２電力閾値とを設け、
   前記スイッチ制御手段は、前記第２蓄電池の放電可能電力が前記第１電力閾値以下になったと判断される場合に、前記接続スイッチを導通状態とすることで前記第２蓄電池単独での前記電気負荷に対する電力供給の禁止を開始し、また、前記第２蓄電池の放電可能電力が前記第２電力閾値より高くなったと判断される場合に、非回生発電時において前記接続スイッチを遮断状態とすることで前記第２蓄電池単独での前記電気負荷に対する電力供給の禁止を解除することを特徴とする請求項１に記載の車両用電源システム。
3. 前記車両用電源システムは、車両の走行中においてエンジンを自動停止させるとともに、その後、スタータ（４１）によるクランキングを実施して前記エンジンを自動で再始動する自動停止始動機能を有する車両に搭載され、
   前記スタータは、前記接続線において前記接続スイッチを挟んで前記第１蓄電池側に接続され、
   前記スイッチ制御手段は、前記第２蓄電池の放電可能電力が前記第２電力閾値より高く、かつ、前記エンジンの自動停止再始動が実施される場合に、前記接続スイッチを遮断状態とすることで前記第２蓄電池単独での前記電気負荷に対する電力供給の禁止を解除することを特徴とする請求項２に記載の車両用電源システム。
4. 前記電力算出手段は、前記第２蓄電池の劣化状態に基づいて前記放電可能電力を補正することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用電源システム。

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