JP6072466B2 - 車両用電源システム - Google Patents

Description

本発明は、車両の回生エネルギによる回生発電が可能な発電機と、発電機により発電された電力を充電可能な第１蓄電池および第２蓄電池とを備える車両用電源システムに関する。

内燃機関を走行駆動源とする車両には、スタータモータ等の各種電気負荷へ電力供給する鉛蓄電池と、回生エネルギによる回生発電が可能なオルタネータ（発電機）と、オルタネータから出力される電力の電圧を調整電圧に可変制御するレギュレータ（発電制御手段）と、が搭載されているのが一般的である。

そして、レギュレータによる調整電圧の可変制御によって、回生発電していない通常時にはオルタネータの出力電圧を第１電圧（例えば１２Ｖ）にして内燃機関に対するオルタネータの駆動負荷を低減させて燃費向上を図り、回生発電時にはオルタネータの出力電圧を第１電圧より高い第２電圧（例えば１５Ｖ）にして回生電力増大を図る、といった電圧可変制御が従来より知られている。ここで、電気負荷のうちヘッドライトやワイパについては、供給電力の電圧が変化するとヘッドライトの明滅やワイパの作動速度変化が生じてしまうので、供給電力の電圧を一定にすることが要求される。そこで、回生発電時と非回生発電時の切り替えにおいて、オルタネータの出力電圧の変化速度を所定の速度以下にする制御が行われている。これによって、供給電力の電圧を一定にすることが要求される電気負荷について、その供給電力の電圧の変化速度を所定の速度以下にしている。

また、車両に搭載される車載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、オルタネータ及び鉛蓄電池に対して開閉手段としての接続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し、回生発電時には接続スイッチを導通状態にすることで、オルタネータ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。

特開２０１１−１７８３８４号公報

オルタネータによる回生発電時において、接続スイッチを導通させて両蓄電池に対する充電を実施している状態から、回生発電の終了に伴い接続スイッチを遮断状態に切り替えるには、その遮断切替を実施する時点で鉛蓄電池の出力電圧を所定の遮断許可電圧まで低下させておくことが望ましい。これにより、両蓄電池を接続する接続線にサージにより意図しない電圧変動が生じる等の不具合を抑制できる。

また、この場合、回生発電の終了後には、オルタネータの出力電圧が第２電圧からそれよりも低い第１電圧に変更されるが、その際、接続スイッチが遮断された時点（鉛蓄電池の出力電圧が遮断許可電圧まで低下した時点）で、オルタネータの出力電圧がいまだ高い電圧であると、その出力電圧により鉛蓄電池の出力電圧が急激に上昇し、ひいては供給電力の電圧を一定にすることが要求される電気負荷への供給電圧が急変し、その動作が不安定になるおそれがある。

本発明は、発電機および第１蓄電池と第２蓄電池とが接続スイッチを介して接続されている車両用電源システムにおいて、接続スイッチが遮断された時に電気負荷の動作が不安定になることを抑制することを主たる目的とするものである。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。

請求項１に記載の発明は、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、を備え、前記発電機の回生発電により前記両蓄電池が充電される車両用電源システムである。

さらに、前記第１蓄電池には、供給電圧の時間変化が所定の変化量以下であることが要求される電気負荷（４２）が接続されており、非回生発電時に前記発電機の出力電圧（Ｖｒｅｇ）を所定の非回生時電圧に制御するとともに、回生発電時に前記発電機の出力電圧を前記非回生時電圧よりも高い回生時電圧に制御する発電制御手段（８０）と、前記第１蓄電池の出力電圧を検出する電圧検出手段（８０）と、回生発電時に前記接続スイッチを導通状態に制御することで、前記両蓄電池に対する充電を実施するとともに、回生発電の終了後に、前記第１蓄電池の出力電圧が所定の遮断許可電圧まで低下した時に前記接続スイッチを遮断状態に制御するスイッチ制御手段（７０）と、を備え、前記発電制御手段は、回生発電時において、前記第１蓄電池の目標電圧を設定しその目標電圧と前記電圧検出手段により検出された検出電圧との偏差が所定量以下になるように、かつ前記目標電圧に対して所定の電圧幅以上高くならないようにして前記発電機の出力電圧を設定して、その設定電圧により前記発電機の出力電圧を制御することを特徴とする。

上記構成によれば、回生発電時において、第１蓄電池の目標電圧と検出電圧（第１蓄電池の出力電圧の検出値）との偏差が所定量以下になるように、かつ目標電圧に対して所定の電圧幅以上高くならないようにして発電機の出力電圧が設定されて、その設定電圧により発電機の出力電圧が制御される。これにより、目標電圧に対して過剰にかい離しないようにして第１蓄電池の出力電圧を制御できる。

また、こうして第１蓄電池の出力電圧が目標電圧に対して制御される一方で、発電機の出力電圧が、目標電圧に対して所定の電圧幅以上高くならないようにして制御されるため、結果として、第１蓄電池の出力電圧に対する発電機の出力電圧の電圧差（かい離量）の調整が可能となる。これにより、接続スイッチが遮断された時点（第１蓄電池の出力電圧が遮断許可電圧まで低下した時点）において、第１蓄電池の出力電圧と発電機の出力電圧との電圧差を小さくすることができ、第１蓄電池の出力電圧が急激に上昇することを抑制できる。つまり、電気負荷の動作が不安定になるといった不都合を抑制できる。その結果、第１蓄電池及び第２蓄電池の間に設けられた接続スイッチの遮断時における不都合を解消し、ひいては電気負荷の安定動作を実現できる。

本実施形態における電源システムの概略を示す構成図。 従来の調整電圧制御処理を表すフローチャート。 従来の調整電圧制御処理を表すタイミングチャート。 本実施形態における調整電圧制御処理に係る機能を表す機能ブロック図。 本実施形態における調整電圧制御処理を表すフローチャート。 本実施形態における調整電圧制御処理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モ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もあり、通常時には、ＥＣＵ７０からオン信号が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調整電圧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モータであり、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。

ここで、一般電気負荷４２のうち、上記ヘッドライト、ワイパ及び送風ファン等については、供給電力の電圧が変化するとヘッドライトの明滅、ワイパの作動速度変化、送風ファンの回転速度変化（送風音変化）が生じてしまうので、供給電力の電圧を一定にすることが要求される。以下、一般電気負荷４２のうち、このように電圧が一定であることが要求される負荷を、「電圧一定要求負荷」と記載する。

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調整電圧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により調整電圧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とＳＭＲスイッチ６０とをオン作動させていれば、出力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とＳＭＲスイッチ６０とをオン作動させていれば、出力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の出力電圧が鉛蓄電池２０の出力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。この設定は、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。このアイドリングストップ制御においてエンジンの自動停止時には、エンジン回転速度の減少過程でリチウムイオン蓄電池３０の充電（回生充電）を行うべく、ＥＣＵ７０によりＭＯＳスイッチ５０がオン（導通）状態に操作される。また、エンジンの再始動時には、鉛蓄電池２０とリチウムイオン蓄電池３０とを電気的に切り離した状態で、鉛蓄電池２０によりスタータ（電気負荷４１）を駆動させるべく、ＥＣＵ７０によりＭＯＳスイッチ５０がオフ（遮断）状態に操作される。

また、回生充電時以外の車両走行時において、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。これにより、回生発電時には、その発電電力をリチウムイオン蓄電池３０に積極的に充電させることができる。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。

従来より、ＥＣＵ８０によって、回生発電時における調整電圧Ｖｒｅｇを非回生発電時における調整電圧Ｖｒｅｇに比べて高くする制御が行われている。この制御によって、回生発電時におけるオルタネータ１０の発電量の増大と、非回生発電時におけるオルタネータ１０の発電に伴うエンジンの出力軸への負荷の低減とを図ることができる。

図２に、従来の調整電圧Ｖｒｅｇの制御を表すフローチャートを示す。この調整電圧制御処理は、ＥＣＵ８０において、所定時間周期で行われる。

図２のステップＳ０１において、回生発電が行われているか否かを判断する。回生発電が行われている場合（Ｓ０１：ＹＥＳ）、ステップＳ０２において、調整電圧Ｖｒｅｇを高い電圧（例えば、１５Ｖ）となるように制御する。そして、ステップＳ０３において、ＭＯＳスイッチ５０およびＳＭＲスイッチ６０をオン状態に制御して処理を終了する。また、回生発電が行われていない場合（Ｓ０１：ＮＯ）、ステップＳ０４において、調整電圧Ｖｒｅｇを低い電圧（例えば、１２Ｖ）に制御する。そして、ステップＳ０５において、ＭＯＳスイッチ５０をオフ状態、ＳＭＲスイッチ６０をオン状態に制御して処理を終了する。

図２に示す調整電圧制御を実施した場合における調整電圧およびＶ（Ｐｂ）の時間変化を表すタイミングチャートを図３に示す。

図３の時刻Ｔ０において、燃料カットフラグ（Ｆ／Ｃフラグ）がオン状態にされており、ＥＣＵ８０は、オルタネータ１０における回生発電を実施している。回生発電が実施されることで、ＥＣＵ８０は、調整電圧を高い値（１５Ｖ）に制御している。また、回生発電が実施されることで、ＥＣＵ７０は、ＭＯＳスイッチ５０をオン状態に制御している。ＭＯＳスイッチ５０がオン状態に制御されることで、鉛蓄電池２０とリチウムイオン蓄電池３０とが接続されて、鉛蓄電池２０の出力電圧Ｖ（Ｐｂ）が約１３Ｖの値となっている。

時刻Ｔ１において、Ｆ／Ｃフラグがオフ状態にされて、ＥＣＵ８０は、オルタネータ１０における回生発電を停止する。回生発電が停止されることで、ＥＣＵ８０は、オルタネータ１０のレギュレータを調整して、調整電圧Ｖｒｅｇを１５Ｖから低い電圧（１２Ｖ）に向かって低下させるように制御する。このとき、調整電圧Ｖｒｅｇは、所定の低下速度で徐々に低下する。

また、回生発電が停止されることで、ＥＣＵ７０は、ＭＯＳスイッチ５０をオフ状態に制御する。ＭＯＳスイッチ５０がオフ状態に制御されることで、オルタネータ１０および鉛蓄電池２０とリチウムイオン蓄電池３０との接続が遮断される。これにより、オルタネータ１０からリチウムイオン蓄電池３０に流れていた電流が、鉛蓄電池２０に対して流れることとなる。これによって、鉛蓄電池２０の出力電圧Ｖ（Ｐｂ）がオルタネータ１０の出力電圧である調整電圧Ｖｒｅｇに近づく。さらに、鉛蓄電池２０に過渡的な電流が流れることで、Ｖ（Ｐｂ）は、一時的に調整電圧Ｖｒｅｇを超える電圧となる。このため、時刻Ｔ１直後において、Ｖ（Ｐｂ）が１３．３Ｖから１５Ｖへと１．７Ｖ急増する。Ｖ（Ｐｂ）が急増することで、電気負荷４２（電圧一定要求負荷）に供給される電圧が急増することとなり、電圧一定要求負荷の動作が不安定になる。

そこで、本実施形態のＥＣＵ８０は、回生発電中において調整電圧ＶｒｅｇをＶ（Ｐｂ）の検出値に近づけるように制御し、回生発電停止時におけるＭＯＳスイッチ５０のオン状態からオフ状態への切り替えに伴うＶ（Ｐｂ）の変動を抑制する。これにより、電気負荷４２（電圧一定要求負荷）の動作を安定させる。

また、ＥＣＵ８０は、Ｖ（Ｐｂ）の目標値である目標電圧を設定し、回生発電時における目標電圧を非回生発電における目標電圧に比べて高く設定する。そして、非回生発電時から回生発電時に切り替わった場合には、目標電圧を徐々に上昇させ、回生発電時から非回生発電時に切り替わった場合には、目標電圧を徐々に低下させる。そして、ＥＣＵ８０は、目標電圧とＶ（Ｐｂ）の検出値との差を小さくするようにＶ（Ｐｂ）の検出値と目標電圧とに基づいて調整電圧Ｖｒｅｇを算出して、オルタネータ１０の出力電圧が算出された調整電圧Ｖｒｅｇとなるようにレギュレータを制御する。これにより、回生発電時におけるオルタネータ１０の発電量を上げるとともに、非回生発電時におけるオルタネータ１０の発電に伴うエンジン負荷を減少させることができる。

図４に、本実施形態におけるＥＣＵ８０が行う調整電圧Ｖｒｅｇ算出処理に係る機能を表す機能ブロック図を示す。ＥＣＵ８０の目標電圧上限値算出部Ｂ０１、目標電圧算出部Ｂ０２および目標電圧徐変部Ｂ０３は、Ｖ（Ｐｂ）の検出値に基づいて目標電圧を算出する。また、ＥＣＵ８０のかい離電圧算出部Ｂ０６、かい離電圧積分部Ｂ０８、第１積分上限値算出部Ｂ０４、第２積分上限値算出部Ｂ０５、積分上限値算出部Ｂ０７、調整電圧要求値算出部Ｂ０９、調整電圧徐変部Ｂ１０、調整電圧算出部Ｂ１１は、目標電圧および目標電圧とＶ（Ｐｂ）の検出値との差であるかい離電圧に基づいて調整電圧Ｖｒｅｇを算出する。

目標電圧上限値算出部Ｂ０１には、ＥＣＵ８０によって検出された鉛蓄電池２０の出力電圧Ｖ（Ｐｂ）とかい離許容電圧とが入力される。目標電圧上限値算出部Ｂ０１は、Ｖ（Ｐｂ）とかい離許容電圧とを加算して、目標電圧の上限値である目標電圧上限値を算出する。

目標電圧算出部Ｂ０２には、目標電圧上限値と、目標電圧下限値と、目標電圧要求値とが入力される。ここで、目標電圧要求値として、回生発電時には高い電圧（１４Ｖ）、非回生発電時には低い電圧（１２．５Ｖ）が入力される。目標電圧算出部Ｂ０２は、目標電圧要求値が目標電圧上限値より高い場合には、目標電圧として目標電圧上限値を出力する。また、目標電圧要求値が、目標電圧上限値以下で目標電圧下限値以上の場合には、目標電圧として目標電圧要求値を出力する。また、目標電圧要求値が、目標電圧下限値より低い場合には、目標電圧として目標電圧下限値を出力する。

目標電圧徐変部Ｂ０３には、目標電圧算出部Ｂ０２から出力される目標電圧と電圧変化速度制限値とが入力される。目標電圧徐変部Ｂ０３は、目標電圧の変化速度が電圧変化速度制限値より速い場合、目標電圧の変化速度が電圧変化速度制限値以下となるように徐変された目標電圧を出力する。

かい離電圧算出部Ｂ０６には、目標電圧徐変部Ｂ０３から出力される目標電圧とＶ（Ｐｂ）が入力される。かい離電圧算出部Ｂ０６は、目標電圧からＶ（Ｐｂ）を減算することで、目標電圧とＶ（Ｐｂ）とのかい離電圧を算出する。

かい離電圧積分部Ｂ０８には、かい離電圧算出部Ｂ０６から出力されるかい離電圧が入力される。かい離電圧積分部Ｂ０８は、かい離電圧の時間積分値を算出して、かい離電圧積分値として出力する。また、かい離電圧積分部Ｂ０８には、積分上限値算出部Ｂ０７から積分上限値が入力され、かい離電圧積分値が積分上限値を上回る場合、かい離電圧積分部Ｂ０８は、積分上限値をかい離電圧積分値として出力する。

ここで、積分上限値算出部Ｂ０７には、第１積分上限値算出部Ｂ０４によって算出される第１積分上限値と、第２積分上限値算出部Ｂ０５によって算出される第２積分上限値とが入力される。積分上限値算出部Ｂ０７は、第１積分上限値および第２積分上限値のうち低い値を積分上限値として出力する。

第１積分上限値算出部Ｂ０４には、目標電圧と調整電圧上限値とが入力される。第１積分上限値算出部Ｂ０４は、調整電圧上限値から目標電圧を減算した値を、第１積分上限値として出力する。第２積分上限値算出部Ｂ０５は、オルタネータ１０と鉛蓄電池２０との間の配線による配線抵抗と、回生発電時にオルタネータ１０から出力されるオルタ電流とが入力される。第２積分上限値算出部Ｂ０５は、配線抵抗と回生発電時のオルタ電流とを積算することで、オルタネータ１０と鉛蓄電池２０との間の配線におけるドロップ電圧の最大値を算出し、第２積分上限値として出力する。

調整電圧要求値算出部Ｂ０９には、目標電圧とかい離電圧積分値とが入力される。調整電圧要求値算出部Ｂ０９は、目標電圧にかい離電圧積分値を加算し、調整電圧要求値として出力する。調整電圧要求値は、調整電圧徐変部Ｂ１０によって、変化速度が電圧変化速度制限値以下となるように徐変される。

調整電圧算出部Ｂ１１は、調整電圧要求値と、調整電圧上限値と、調整電圧下限値とが入力される。調整電圧要求値が、調整電圧上限値を上回る場合、調整電圧算出部Ｂ１１は、調整電圧上限値を調整電圧として算出する。また、調整電圧要求値が、調整電圧上限値以下であり、調整電圧下限値以上である場合には、調整電圧算出部Ｂ１１は、調整電圧要求値を調整電圧として算出する。また、調整電圧要求値が、調整電圧下限値を下回る場合、調整電圧算出部Ｂ１１は、調整電圧下限値を調整電圧として算出する。調整電圧算出部は、算出された調整電圧の電圧値を調整電圧指令部に出力する。調整電圧指令部は、オルタネータ１０のレギュレータを調整して、オルタネータ１０から出力される電圧が調整電圧となるように制御する。

図５に、本実施形態におけるＥＣＵ８０が行う調整電圧Ｖｒｅｇの制御を表すフローチャートを示す。この調整電圧制御処理は、ＥＣＵ８０において、所定時間周期で行われる。

ステップＳ１１において、回生発電実施中であるか否かを判断する。回生発電が実施されている場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ステップＳ１２において、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とリチウムイオン蓄電池３０とを接続する。オルタネータ１０とリチウムイオン蓄電池３０との接続後、ステップＳ１３，Ｓ１６において、目標電圧を回生発電時における目標電圧（１４Ｖ）にまで上昇させる処理を行う。ステップＳ１３において、目標電圧が回生発電時における電圧値（１４Ｖ）まで上昇しているか否かの判断を行う。目標電圧≧１４Ｖの場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、ステップＳ１４において、そして、ステップＳ１５において、図４に示す調整電圧算出処理を用い、Ｖ（Ｐｂ）の検出値と目標電圧とに基づいて調整電圧Ｖｒｅｇを算出する。ステップＳ１５において、オルタネータ１０の出力電圧が調整電圧Ｖｒｅｇとなるようにレギュレータを制御し、処理を終了する。

また、ステップＳ１３において、目標電圧＜１４Ｖの場合（Ｓ１３：ＮＯ）、ステップＳ１６において、目標電圧を徐々に上昇させる処理を行う。そして、ステップＳ１４，Ｓ１５の処理を行い、処理を終了する。

ステップＳ１１において、回生発電が実施されていない場合（Ｓ１１：ＮＯ）、ステップＳ１７，Ｓ２０において、目標電圧を非回生発電時における目標電圧（１２．５Ｖ）にまで低下させる処理を行う。ステップＳ１７において、目標電圧が非回生発電時における電圧値（１２．５Ｖ）まで低下しているか否かの判断を行う。目標電圧≦１２．５Ｖの場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）、ステップＳ１８において、図４に示す調整電圧算出処理を用い、Ｖ（Ｐｂ）の検出値と目標電圧とに基づいて調整電圧Ｖｒｅｇを算出する。そして、ステップＳ１９において、オルタネータ１０の出力電圧が調整電圧Ｖｒｅｇとなるようにレギュレータを制御する。また、目標電圧＞１２．５Ｖの場合（Ｓ１７：ＮＯ）、ステップＳ２０において、目標電圧を徐々に低下させる処理を行った後、ステップＳ１８，Ｓ１９の処理を行う。

ステップＳ１９の処理の後、ステップＳ２１において、Ｖ（Ｐｂ）の検出値がＭＯＳ−ＯＦＦ電圧（１３Ｖ）以下に低下しているか否かの判断を行う。Ｖ（Ｐｂ）≦１３Ｖの場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、ステップＳ２２において、ＭＯＳスイッチ５０をオフ状態、ＳＭＲスイッチ６０をオン状態に制御して処理を終了する。また、Ｖ（Ｐｂ）＞１３Ｖの場合（Ｓ２１：ＮＯ）、そのまま処理を終了する。

図６に、本実施形態における調整電圧、目標電圧およびＶ（Ｐｂ）の時間変化を表すタイミングチャートを示す。調整電圧を二点鎖線、目標電圧を一点鎖線、Ｖ（Ｐｂ）を実線で表している。

図６の時刻Ｔ１０において、Ｆ／Ｃフラグがオフ状態とされており、回生発電は実施されていない。このため、ＥＣＵ８０は、目標電圧を低い値（１２．５Ｖ）に設定している。ＥＣＵ８０は、目標電圧と調整電圧Ｖｒｅｇとの差が、オルタネータ１０と鉛蓄電池２０との配線におけるドロップ電圧の最大値となるように調整電圧Ｖｒｅｇを算出する。そして、ＥＣＵ８０は、オルタネータ１０の出力電圧が算出された調整電圧Ｖｒｅｇとなるようにレギュレータを制御する。また、回生発電が実施されていないため、ＥＣＵ７０は、ＭＯＳスイッチ５０をオフ状態に制御している。これにより、Ｖ（Ｐｂ）は、調整電圧Ｖｒｅｇに近い値となっている。

時刻Ｔ１１において、Ｆ／Ｃフラグがオフ状態からオン状態に切り替わり、回生発電が実施される。このため、ＥＣＵ８０は、目標電圧を回生発電時の電圧（１４Ｖ）に向けて上昇させる。ＥＣＵ８０は、目標電圧の上昇速度を電圧変化速度制限値（１Ｖ／秒）となるように制御する。さらに、ＥＣＵ８０は、目標電圧の上昇に伴い、調整電圧Ｖｒｅｇを上昇させる制御を行う。

また、非回生発電状態から回生発電状態に切り替わることで、ＥＣＵ７０は、ＭＯＳスイッチ５０をオフ状態からオン状態に切り替える制御を行う。このとき、鉛蓄電池２０とリチウムイオン蓄電池３０とが接続されて、鉛蓄電池２０の出力電圧であるＶ（Ｐｂ）がリチウムイオン蓄電池３０の出力電圧に近い値に一時的に低下する。時刻Ｔ１１の後、調整電圧Ｖｒｅｇの上昇に伴い、Ｖ（Ｐｂ）は上昇する。

時刻Ｔ１２において、目標電圧とＶ（Ｐｂ）の検出値との差であるかい離電圧が、かい離許容電圧に達する。時刻Ｔ１２の後、ＥＣＵ８０は、「Ｖ（Ｐｂ）＋かい離許容電圧」を上限値として目標電圧を設定する。そして、目標電圧とＶ（Ｐｂ）との差が減少するように調整電圧Ｖｒｅｇを上昇させる制御を行う。

時刻Ｔ１３において、目標電圧が回生発電時の電圧値（１４Ｖ）に達する。ＥＣＵ８０は、引き続き、目標電圧とＶ（Ｐｂ）の検出値との差が減少するようにかい離電圧の積分値に基づいて調整電圧Ｖｒｅｇを上昇させる制御を行う。

時刻Ｔ１４において、目標電圧と調整電圧Ｖｒｅｇとの差が、オルタネータ１０と鉛蓄電池２０との配線におけるドロップ電圧の最大値に達するため、時刻Ｔ１４の後、ＥＣＵ８０は、「Ｖｒｅｇ＝目標電圧＋ドロップ電圧の最大値」となるように調整電圧Ｖｒｅｇを制御する。時刻Ｔ１４〜Ｔ１５において、オルタネータ１０において発電された電力が、鉛蓄電池２０に充電されることで、Ｖ（Ｐｂ）が徐々に上昇していく。

時刻Ｔ１５において、Ｆ／Ｃフラグがオフ状態とされて、回生発電が停止される。回生発電が停止されることで、ＥＣＵ８０は、目標電圧を非回生発電時の電圧（１２．５Ｖ）に向けて低下させる。ＥＣＵ８０は、目標電圧の低下速度を電圧変化速度制限値（１Ｖ／秒）となるように制御する。さらに、ＥＣＵ８０は、「Ｖｒｅｇ＝目標電圧＋ドロップ電圧の最大値」となるように調整電圧Ｖｒｅｇを制御するため、目標電圧の低下速度と同じ速度で調整電圧Ｖｒｅｇが低下する。調整電圧Ｖｒｅｇの低下に伴い、Ｖ（Ｐｂ）の検出値も低下していく。時刻Ｔ１５において、オルタネータ１０における回生発電が終了しているため、オルタネータ１０と鉛蓄電池２０との間の配線における電圧降下は減少していく。このため、時刻Ｔ１５以降において、Ｖ（Ｐｂ）の検出値は徐々に調整電圧Ｖｒｅｇに近づいていく。

時刻Ｔ１６において、Ｖ（Ｐｂ）の検出値が、ＭＯＳ―ＯＦＦ電圧（１３Ｖ）まで低下するため、ＥＣＵ８０は、ＭＯＳスイッチ５０をオフ状態、ＳＭＲスイッチ６０をオン状態と制御するようにＥＣＵ７０に指令を行う。ＭＯＳスイッチ５０がオン状態からオフ状態に切り替えられることで、オルタネータ１０からリチウムイオン蓄電池３０に流れていた電流が、鉛蓄電池２０に対して流れ込む。ここで、回生発電の停止に伴いオルタ電流は０Ａであり、オルタネータ１０と鉛蓄電池２０との間の配線におけるドロップ電圧は０Ｖである。このため、ＭＯＳスイッチ５０がオン状態からオフ状態に切り替えられる前後において、調整電圧ＶｒｅｇとＶ（Ｐｂ）とが、ほぼ等しい電圧値となる。よって、Ｖ（Ｐｂ）の電圧の急上昇は発生せず、電気負荷４２は安定して動作する。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

（１）上記構成によれば、回生発電時において、鉛蓄電池２０の目標電圧と出力電圧の検出値Ｖ（Ｐｂ）との偏差が所定量（かい離許容電圧）以下になるように、かつ目標電圧に対して所定の電圧幅（配線抵抗に伴うドロップ電圧）以上高くならないようにして調整電圧Ｖｒｅｇが設定されて、その調整電圧Ｖｒｅｇによりオルタネータ１０の出力電圧が制御される。これにより、目標電圧に対して過剰にかい離しないようにして鉛蓄電池２０の出力電圧を制御できる。

また、こうして鉛蓄電池２０の出力電圧が目標電圧に対して制御される一方で、オルタネータ１０の出力電圧が、目標電圧に対して所定の電圧幅以上高くならないようにして制御されるため、結果として、鉛蓄電池２０の出力電圧に対するオルタネータ１０の出力電圧の電圧差（かい離量）の調整が可能となる。これにより、ＭＯＳスイッチ５０が遮断された時点（鉛蓄電池２０の出力電圧が遮断許可電圧まで低下した時点）において、鉛蓄電池２０の出力電圧とオルタネータ１０の出力電圧との電圧差を小さくすることができ、鉛蓄電池２０の出力電圧が急激に上昇することを抑制できる。つまり、電気負荷４２の動作が不安定になるといった不都合を抑制できる。その結果、鉛蓄電池２０及びリチウムイオン蓄電池３０の間に設けられたＭＯＳスイッチ５０の遮断時における不都合を解消し、ひいては電気負荷４２の安定動作を実現できる。

（２）ＥＣＵ８０は、回生発電時における鉛蓄電池２０の目標電圧を非回生発電時における目標電圧より高く設定する。そして、ＥＣＵ８０は、目標電圧とＶ（Ｐｂ）の検出値とがかい離許容電圧以上かい離しないように調整電圧Ｖｒｅｇを制御することで、回生発電時におけるＶ（Ｐｂ）を非回生発電時におけるＶ（Ｐｂ）より高くすることができる。これにより、回生発電時において、鉛蓄電池２０に対して効率的に充電をするとともに、非回生時のオルタネータ１０による負荷を低減して燃費の向上を図ることができる。

（３）オルタネータ１０の出力電圧である調整電圧ＶｒｅｇとＶ（Ｐｂ）との差は、オルタネータ１０と鉛蓄電池２０との間の配線抵抗によるドロップ電圧に相当する。そこで、調整電圧Ｖｒｅｇと目標電圧との差をそのドロップ電圧に設定した上で、Ｖ（Ｐｂ）と目標電圧とを近づける制御を行うことで、調整電圧ＶｒｅｇとＶ（Ｐｂ）との差をそのドロップ電圧に近づける。これによって、ＭＯＳスイッチ５０がオフ状態とされた場合のＶ（Ｐｂ）の上昇を０Ｖに近づけることが可能となる。

（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。

・上記実施形態では、ドロップ電圧を配線抵抗とオルタ電流の最大値との積として求めているが、現在のオルタ電流を検出して、ドロップ電圧を算出する構成としてもよい。

・Ｖ（Ｐｂ）の検出値と目標電圧との差であるかい離電圧を積分し、その積分値に基づいて調整電圧を算出する構成としているが、例えば、目標電圧にかい離電圧を加算した値を調整電圧Ｖｒｅｇとして算出する構成としてもよい。

・Ｖ（Ｐｂ）の検出値と目標電圧とが、かい離許容電圧までかい離することを許容する構成としているが、Ｖ（Ｐｂ）と目標電圧値とが等しくなるように、調整電圧Ｖｒｅｇを算出する構成としてもよい。

１０…オルタネータ、１５…給電線、２０…鉛蓄電池、３０…リチウムイオン蓄電池、４２…電気負荷、５０…ＭＯＳスイッチ、７０，８０…ＥＣＵ。

Claims (3)

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、を備え、前記発電機の回生発電により前記両蓄電池が充電される車両用電源システムであって、
   前記第１蓄電池には、供給電圧の時間変化が所定の変化量以下であることが要求される電気負荷（４２）が接続されており、
   非回生発電時に前記発電機の出力電圧（Ｖｒｅｇ）を所定の非回生時電圧に制御するとともに、回生発電時に前記発電機の出力電圧を前記非回生時電圧よりも高い回生時電圧に制御する発電制御手段（８０）と、
   前記第１蓄電池の出力電圧を検出する電圧検出手段（８０）と、
   回生発電時に前記接続スイッチを導通状態に制御することで、前記両蓄電池に対する充電を実施するとともに、回生発電の終了後に、前記第１蓄電池の出力電圧が所定の遮断許可電圧まで低下した時に前記接続スイッチを遮断状態に制御するスイッチ制御手段（７０）と、
   を備え、
   前記発電制御手段は、回生発電時において、前記第１蓄電池の目標電圧を設定しその目標電圧と前記電圧検出手段により検出された検出電圧との偏差が所定量以下になるように、かつ前記目標電圧に対して所定の電圧幅以上高くならないようにして前記発電機の出力電圧を設定して、その設定電圧により前記発電機の出力電圧を制御することを特徴とする車両用電源システム。
2. 前記発電制御手段は、前記第１蓄電池の目標電圧として、非回生発電時に第１目標値を設定するとともに、回生発電時に前記第１目標値よりも高い電圧の第２目標値を設定し、回生発電状態と非回生発電状態との切替に伴い前記目標電圧を前記第１目標値から前記第２目標値に変更するとき、又は、前記目標電圧を前記第２目標値から前記第１目標値に変更するときに、当該目標電圧を徐変させ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. 前記発電制御手段は、前記所定の電圧幅として、前記発電機及び前記第１蓄電池の間の配線抵抗と前記発電機の出力電流とに基づいて、前記配線抵抗による電圧降下量を算出し、前記目標電圧に対して前記電圧降下量以上に高くならないようにして前記発電機の出力電圧を設定することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用電源システム。