JP2011230618A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鉛蓄電池に加え、高性能蓄電池（第２蓄電池）を備えることで鉛蓄電池の劣化抑制とコストダウンとの両立を図った電源装置において、発電機による発電の機会を減少させて内燃機関の燃費向上を図る。
【解決手段】オルタネータ（発電機）による発電電力を充電可能な鉛蓄電池と、鉛蓄電池に対して電気的に並列接続され、発電電力を充電するリチウム蓄電池（第２蓄電池）と、オルタネータ及び鉛蓄電池とリチウム蓄電池との間に電気接続されて通電及び遮断を切り替えるＭＯＳ−ＦＥＴ（スイッチ手段）と、を備える。そして、回生発電電力をリチウム蓄電池に回収させる回生時制御手段と、スイッチ手段に対してリチウム蓄電池の側の電圧Ｖ(Li)が鉛蓄電池の側の電圧Ｖ(Pb)より高い場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）には、回生発電していない時であってもＭＯＳ−ＦＥＴを通電作動させてリチウム蓄電池から鉛蓄電池の側へ放電させる放電制御手段Ｓ１４と、を備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は、鉛蓄電池と、鉛蓄電池に比べて出力密度又はエネルギ密度の高い第２蓄電池（例えばリチウム蓄電池）との両蓄電池を備えた電源装置に関する。

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が搭載されているのが一般的である。鉛蓄電池は、ニッケル蓄電池やリチウム蓄電池等の高出力・高エネルギ密度の蓄電池（高性能蓄電池）に比べて安価であるものの、頻繁な充放電（累積充放電量）に対する耐久性が低い。特にアイドルストップ機能を有した車両においては、鉛蓄電池が頻繁に放電されることとなり早期劣化が懸念される。

また、車両の回生エネルギによりオルタネータを発電させて充電する車両においては、以下に説明するように鉛蓄電池の充電受入性は低いので、回生エネルギを十分に活用できず、燃費向上の効果が十分に得られないということが懸念される。すなわち、鉛蓄電池の内部抵抗は高性能蓄電池の内部抵抗に比べて大きいので、充電電流が少なく、オルタネータの設定電圧を最大限に大きくしたとしても、回生エネルギによる鉛蓄電池への充電量を多くするには限界がある。

そして、これらの懸念に対し、鉛蓄電池を上記高性能蓄電池に替えただけでは、大幅なコストアップを招く。

そこで特許文献１〜５では、頻繁な充放電に対する耐久性の高い高性能蓄電池（第２蓄電池）と安価な鉛蓄電池との両方を、並列接続して搭載することが提案されている。すなわち、アイドルストップ中における電気負荷への電力供給や充電（特に回生充電）は、高性能蓄電池が優先的に実施することで、鉛蓄電池の劣化軽減を図る。一方、車両を駐車する場合等、長時間に亘って要求される電力供給（暗電流補給）に対しては、安価な鉛蓄電池を分担させることで、高性能蓄電池を小容量化してコストアップ抑制を図る。

特開２００７−４６５０８号公報 特開２００７−１３１１３４号公報 特開２００８−２９０５８号公報 特開２００８−１５５８１４号公報 特開２００９−１２６３９５号公報

ところで、本発明者らは、鉛蓄電池とリチウム蓄電池（高性能蓄電池）の間にＭＯＳ−ＦＥＴ等のスイッチ手段を設け、回生発電をしていない時には、スイッチ手段をオフさせてリチウム蓄電池が充電されないようにしておくことを検討した。これによれば、回生発電をしていない時にリチウム蓄電池の蓄電量を低下させておくことができ、ひいては、回生発電時におけるリチウム蓄電池による回生発電回収量の増大を図ることができる。

しかしながら、スイッチ手段のオフ作動中において、例えば鉛蓄電池から電力供給する電気負荷の電力消費が大きい場合には、鉛蓄電池の蓄電量を適正範囲に維持させるべく発電機を発電させる機会が増える。しかし、リチウム蓄電池の蓄電量に余裕があるにも拘わらず発電の機会を増大させることは、エンジン負荷を無駄に増大させて燃費が低下することを意味する。

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、鉛蓄電池に加え、高性能蓄電池（第２蓄電池）を備えることで鉛蓄電池の劣化抑制とコストダウンとの両立を図った電源装置において、発電機による発電の機会を減少させて内燃機関の燃費向上を図ることを第１の目的とする。また、高性能蓄電池（第２蓄電池）による回生発電回収量の低下を抑制させて内燃機関の燃費向上を図ることを第２の目的とする。

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記載する。

請求項１記載の発明では、内燃機関の出力軸により駆動して発電するとともに、回生エネルギによる回生発電が可能な発電機と、前記発電機による発電電力を充電可能な鉛蓄電池と、前記鉛蓄電池に対して電気的に並列接続されて前記発電電力を充電可能であり、かつ、前記鉛蓄電池に比べて出力密度又はエネルギ密度の高い第２蓄電池と、を備えることを前提とする。

そして、前記発電機及び前記鉛蓄電池と前記第２蓄電池との間に電気接続され、前記発電機及び前記鉛蓄電池と前記第２蓄電池との通電及び遮断を切り替えるスイッチ手段と、前記発電機が回生発電している時には前記スイッチ手段を通電作動させて、回生発電電力を前記第２蓄電池に回収させる回生時制御手段と、前記スイッチ手段に対して前記第２蓄電池の側の電圧が前記鉛蓄電池の側の電圧より高い場合には、回生発電していない時であっても前記スイッチ手段を通電作動させて、前記スイッチ手段に対して前記鉛蓄電池の側へ前記第２蓄電池から放電させる放電制御手段と、を備えることを特徴とする。

これによれば、放電制御手段によりスイッチ手段を通電作動させると、第２蓄電池の側の電圧（以下、Ｖ(Li)と記載）が鉛蓄電池の側の電圧（以下、Ｖ(Pb)と記載）より高い状態であるため、第２蓄電池の側から鉛蓄電池の側へ電流が流れることとなる。よって、スイッチ手段の遮断作動中において、例えば鉛蓄電池が電力供給するよう配置されている電気負荷の電力消費が大きい場合であっても、Ｖ(Li)がＶ(Pb)より高くなっていれば、例えば鉛蓄電池が分担する前記電気負荷や鉛蓄電池へ第２蓄電池から電力供給されるので、鉛蓄電池の蓄電量を適正範囲に維持させるべく発電機を発電させる機会が増えることを抑制でき、ひいては内燃機関の燃費向上を図ることができる。

ちなみに、放電制御手段によりスイッチ手段を通電作動させても、第２蓄電池が充電されてしまうことはないので、回生発電時における第２蓄電池による回生発電回収量の低下を招くことはない。

請求項２記載の発明では、前記放電制御手段は、前記第２蓄電池の蓄電量が所定量以上であることを条件として前記スイッチ手段を通電作動させることを特徴とする。

例えＶ(Li)がＶ(Pb)より高くても、その時の第２蓄電池の蓄電量が少なければ、放電制御手段によりスイッチ手段を通電作動させると、第２蓄電池の蓄電量が適正範囲よりも低下して過放電の状態となり第２蓄電池の劣化促進が懸念される。この点を鑑みた上記発明では、第２蓄電池の蓄電量が所定量以上であることを条件としてスイッチ手段を通電作動させるので、第２蓄電池が過放電の状態になるといった上記懸念を解消できる。

請求項３記載の発明では、前記放電制御手段により前記スイッチ手段を通電作動させている時に、前記第２蓄電池を流れる電流が所定値未満になった場合には、前記放電制御手段による前記スイッチ手段の通電作動を終了して前記スイッチ手段を遮断作動させることを特徴とする。

放電制御手段を長時間継続させて第２蓄電池の蓄電量が低下していくと、鉛蓄電池から第２蓄電池へ電流が流れ込んで鉛蓄電池の蓄電量低下が促進される状況に陥ることが懸念される。この点を鑑みた上記発明では、第２蓄電池を流れる電流が所定値未満になった場合には、放電制御手段によるスイッチ手段の通電作動を終了してスイッチ手段を遮断作動させるので、放電制御手段を長時間継続させることにより鉛蓄電池から第２蓄電池へ電流が流れ込んで鉛蓄電池の蓄電量低下が促進されるといった上記懸念を解消できる。

請求項４記載の発明では、前記スイッチ手段は半導体スイッチにより構成され、前記半導体スイッチに存在する寄生ダイオードの順方向が、前記鉛蓄電池の側から前記第２蓄電池の側へ電流を流す向きとなるよう、前記半導体スイッチを配置したことを特徴とする。

スイッチ手段の通電と遮断とは頻繁に切り替えるよう作動することが想定されるので、耐久性の低い機械式スイッチをスイッチ手段として用いると、スイッチ手段の早期損傷が懸念される。これに対し上記発明によれば、スイッチ手段に半導体スイッチを用いるので、早期損傷の懸念を解消できる。

ここで、ＭＯＳ−ＦＥＴ等の一般的な半導体スイッチは、その内部構造上必然的に寄生ダイオード（整流手段）を有するものであり、上記発明ではこの寄生ダイオードの順方向が、鉛蓄電池の側から第２蓄電池の側へ電流を流す向きとなるよう配置している。これによれば、半導体スイッチを遮断作動させておけば、第２蓄電池から鉛蓄電池の側へ放電することを確実に回避できる。

そのため、例えばスタータモータ等の消費電力の大きい電気負荷を鉛蓄電池から電力供給するよう配置した場合において、鉛蓄電池に比べて容量の小さい第２蓄電池からスタータモータへ放電してしまうことを確実に回避できる。よって、第２蓄電池から電力供給するよう配置された電気負荷の電圧が急激に低下してその電気負荷の作動が不安定になることを防止できる。

請求項５，６記載の発明では、前記半導体スイッチと前記第２蓄電池との間に電気接続されて通電及び遮断を切り替える第２スイッチ手段と、前記第２蓄電池への充電を回避させる充電回避要求が生じている場合において、前記半導体スイッチに対して前記鉛蓄電池の側の電圧が、前記第２蓄電池の側の電圧に前記寄生ダイオードによる障壁電圧を加算した値より高い場合には、前記第２スイッチ手段の通電作動を禁止させる充電回避制御手段と、を備えることを特徴とする。

ここで、上述の如くスイッチ手段に半導体スイッチを採用すると、第２蓄電池の蓄電量を低下させるべく半導体スイッチを遮断作動させていても、鉛蓄電池の側の電圧（Ｖ(Pb)）が上昇していくと、半導体スイッチが有する寄生ダイオードを通じて第２蓄電池に電流が流れ込んで第２蓄電池が充電されることとなる。すると、第２蓄電池による回生発電回収量が低下してしまい、ひいては内燃機関の燃費低下を招く。

この点を鑑みた上記発明では、第２蓄電池への充電を回避させる充電回避要求が生じている場合（例えば第２蓄電池の蓄電量が所定量以上になっている場合）において、Ｖ(Pb)が、寄生ダイオードによる障壁電圧（以下、Ｖｂａｒと記載）をＶ(Li)に加算した値より高い場合には、充電回避制御手段により第２スイッチ手段の通電作動を禁止させるので、充電回避要求時であるにも拘わらず寄生ダイオードを通じて第２蓄電池へ電流が流れ込むといった上記懸念を解消でき、その結果、第２蓄電池による回生発電回収量が低下することを回避でき、内燃機関の燃費低下を抑制できる。

請求項７記載の発明では、充電回避制御手段により前記第２スイッチ手段の通電作動を禁止させる場合には、前記半導体スイッチを通電作動させることを特徴とする。

Ｖ(Pb)≧Ｖｂａｒ＋Ｖ(Li)となっている場合には、上述の如く第２スイッチ手段の通電作動を禁止して遮断させれば第２蓄電池の充電を回避できるものの、この時に半導体スイッチを通電作動したままにしておくと、寄生ダイオードを電流が流れることにより半導体スイッチが発熱して劣化するとともに、寄生ダイオードでの発熱による電力損失により燃費低下を招くことが懸念される。

この点を鑑みた上記発明では、充電回避制御手段により第２スイッチ手段をの通電作動を禁止して遮断させる場合には半導体スイッチを通電作動させるので、寄生ダイオードを電流が流れることが回避され、半導体スイッチの発熱を抑制できる。よって、発熱による上記劣化及び燃費低下の懸念を解消できる。

本発明の第１実施形態にかかる車載電源装置を示す電気ブロック図。 第１実施形態において、（ａ）は鉛蓄電池の適正範囲を示し、（ｂ）はリチウム蓄電池の適正範囲を示す図。 第１実施形態によるＭＯＳ−ＦＥＴ及びリレーの作動状態を示す図。 第１実施形態による制御手順を示すフローチャート。 ＳＯＣと端子電圧との関係を示す、リチウム蓄電池又は鉛蓄電池の特性図。 本発明の第２実施形態によるＭＯＳ−ＦＥＴ及びリレーの作動状態を示す図。 第２実施形態による制御手順を示すフローチャート。 本発明の他の実施形態にかかる車載電源装置を示す電気ブロック図。

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。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

（第１実施形態）
本実施形態にかかる車載電源装置が搭載される車両は、内燃機関を走行駆動源とした車両であり、所定の自動停止条件を満たした場合に内燃機関を自動停止させ、所定の自動再始動条件を満たした場合に内燃機関を自動再始動させる、アイドルストップ機能を有する。なお、内燃機関の始動時にクランク軸を回転させるスタータモータは搭載されているものの、車両走行をアシストする走行用モータは搭載されていない。

図１に示すように、当該車両には、以下に説明するオルタネータ１０（発電機）、レギュレータ１１（発電制御手段）、鉛蓄電池２０、リチウム蓄電池３０（第２蓄電池）、各種の電気負荷４１，４２，４３、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０（半導体スイッチ（スイッチ手段））及びリレー６０（第２スイッチ手段）が搭載されており、これら鉛蓄電池２０、リチウム蓄電池３０及び電気負荷４１〜４３はオルタネータ１０に対して並列に電気接続されている。

ＭＯＳ−ＦＥＴ５０は、オルタネータ１０及び鉛蓄電池２０と、リチウム蓄電池３０との間に配置されており、オルタネータ１０及び鉛蓄電池２０に対するリチウム蓄電池３０の通電（オン）と遮断（オフ）を切り替えるスイッチ手段として機能する。

また、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０は、その内部構造上必然的に整流手段を有していると言える。すなわち、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０の内部回路は、半導体スイッチ部５２と寄生ダイオード５１とを並列接続した回路と等価であると言える。なお、半導体スイッチ部５２のゲートへの入力信号はマイコン７０により制御される。つまり、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０のオン作動（通電作動）とオフ作動（遮断作動）とは、マイクロコンピュータ（マイコン７０）により切り替えられるよう制御される。

これに対し、リレー６０は機械式接点を有する電磁リレーであり、整流手段を有することのないものである。そして、リレー６０のオン作動（通電作動）とオフ作動（遮断作動）とは、マイコン７０により切り替えられるよう制御される。このリレー６０は緊急時用であり通常は常時オン作動させる。そして、以下に例示する緊急時にはリレー６０をオフ作動させて、リチウム蓄電池３０の過充電及び過放電の回避を図る。

例えば、レギュレータ１１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。この場合にはリレー６０をオフ作動させる。また、オルタネータ１０の故障やＭＯＳ−ＦＥＴ５０の故障によりリチウム蓄電池３０へ充電ができなくなる場合には、リチウム蓄電池３０が過放電になることが懸念される。この場合にもリレー６０をオフ作動させる。

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、又は少なくとも所定範囲内で変動するよう安定であることが要求される定電圧要求電気負荷４３であり、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０に対してリチウム蓄電池３０の側に電気接続される。これにより、定電圧要求電気負荷４３への電力供給は、リチウム蓄電池３０が分担することとなる。

定電圧要求電気負荷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すると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、定電圧要求電気負荷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。

電気負荷４１〜４３のうち符号４１に示す負荷は内燃機関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、定電圧要求電気負荷４３及びスタータモータ４１以外の一般的な電気負荷である。一般電気負荷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。

これらのスタータモータ４１及び一般電気負荷４２は、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０に対して鉛蓄電池２０の側に電気接続される。これにより、スタータモータ４１及び一般電気負荷４２への電力供給は鉛蓄電池２０が分担することとなる。

オルタネータ１０は、クランク軸の回転エネルギにより発電するものである。具体的には、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１０ａ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、図示しない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１０ａに流れる励磁電流をレギュレータ１１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及びリチウム蓄電池３０へ供給される。内燃機関の駆動が停止してオルタネータ１０で発電されていない時には、鉛蓄電池２０及びリチウム蓄電池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からの充電量は、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）が過充電及び過放電とならない適正範囲となるよう、設定電圧Ｖｒｅｇを調整するとともにＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０の作動を制御している。

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、内燃機関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。

鉛蓄電池２０は周知の汎用蓄電池である。具体的には、正極活物質が二酸化鉛（ＰｂＯ_２）、負極活物質が鉛（Ｐｂ）、電解液が硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）である。そして、これらの電極から構成された複数の電池セルを直列接続して構成されている。なお、鉛蓄電池２０の蓄電容量は、リチウム蓄電池３０の蓄電容量よりも大きく設定している。

一方、リチウム蓄電池３０の正極活物質には、リチウムを含む酸化物（リチウム金属複合酸化物）が用いられており、具体例としては、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＦｅＰＯ_４等が挙げられる。リチウム蓄電池３０の負極活物質には、カーボン（Ｃ）やグラファイト、チタン酸リチウム（例えばＬｉ_ｘＴｉＯ_２）、Ｓｉ又はＳｕを含有する合金等が用いられている。リチウム蓄電池３０の電解液には有機電解液が用いられている。そして、これらの電極から構成された複数の電池セルを直列接続して構成されている。特に本実施形態では、リチウム蓄電池３０の負極活物質にチタン酸リチウムを採用している。

なお、図１中の符号２１，３１は、鉛蓄電池２０及びリチウム蓄電池３０の電池セル集合体を表し、符合２２，３２は鉛蓄電池２０及びリチウム蓄電池３０の内部抵抗を表している。また、以下の説明において、蓄電池の開放電圧Ｖ０とは、電池セル集合体２１，３１により生じた電圧のことであり、蓄電池の端子電圧Ｖｄ，Ｖｃとは、次の式１，２で表される電圧のことである。
Ｖｄ＝Ｖ０−Ｉｄ×Ｒ・・・（式１）
Ｖｃ＝Ｖ０＋Ｉｃ×Ｒ・・・（式２）
なお、放電電流をＩｄ、充電電流をＩｃ、蓄電池の内部抵抗をＲ、蓄電池の開放電圧をＶ０とする。これらの式１，２に示すように、放電時の端子電圧Ｖｄは内部抵抗Ｒが大きいほど小さい値となり、充電時の端子電圧Ｖｃは内部抵抗Ｒが大きいほど大きい値となる。

ここで、両蓄電池２０，３０は並列接続されているため、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０及びリレー６０のオン作動時においては次のように電流が流れる。すなわち、オルタネータ１０から充電する際には、端子電圧Ｖｃの低い側の蓄電池へオルタネータ１０の起電流が流れ込むこととなる。一方、電気負荷４０へ電力供給（放電）する際には、端子電圧Ｖｄの高い側の蓄電池から電気負荷へ放電されることとなる。

そして、回生充電時には、リチウム蓄電池３０の端子電圧Ｖｃ(Li)が鉛蓄電池２０の端子電圧Ｖｃ(Pb)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蓄電池３０に充電されるように設定している。また、放電時には、リチウム蓄電池３０の端子電圧Ｖｄ(Li)が鉛蓄電池２０の端子電圧Ｖｄ(Pb)（正確には、寄生ダイオード５１の障壁電圧ＶｂａｒをＶｄ(Pb)から差し引いた電圧）より高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蓄電池３０から定電圧要求電気負荷４３へ放電されるように設定している。

これらの設定は、両蓄電池２０，３０の開放電圧Ｖ０及び内部抵抗値Ｒを設定することで実現可能であり、開放電圧Ｖ０の設定は、リチウム蓄電池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。

以下、回生充電時にＶｃ(Li)＜Ｖｃ(Pb)、放電時にＶｄ(Li)＞Ｖｄ(Pb)−Ｖｂａｒとなる機会を多くする設定の詳細について、図２を用いて説明する。

図２（ａ）中の横軸は鉛蓄電池２０のＳＯＣを示し、図中の実線Ａ１は、鉛蓄電池２０のＳＯＣと開放電圧Ｖ０(Pb)との関係を示す電圧特性線である。充電量が増加してＳＯＣが上昇することに比例して開放電圧Ｖ０(Pb)も上昇する。図２（ｂ）中の横軸はリチウム蓄電池３０のＳＯＣを示し、図中の実線Ａ２は、リチウム蓄電池３０のＳＯＣと開放電圧Ｖ０(Li)との関係を示す電圧特性線である。充電量が増加してＳＯＣが上昇することに伴い開放電圧Ｖ０(Li)も上昇するが、変極点Ｐ１，Ｐ２（図２（ａ）参照）の間では上昇の傾きが小さくなっている。

蓄電池２０，３０が過充電や過放電の状態になると早期劣化が懸念される。したがって、過充放電とならない範囲（適正範囲）となるよう、蓄電池２０，３０の充放電量を管理しており、鉛蓄電池２０の適正範囲Ｗ１(Pb)は例えばＳＯＣ８８％〜９２％であり、リチウム蓄電池３０の適正範囲Ｗ２(Li)は例えばＳＯＣ３５％〜８０％である。適正範囲Ｗ２(Li)の上限は適正範囲Ｗ１(Pb)の上限より小さく、適正範囲Ｗ２(Li)の下限は適正範囲Ｗ１(Pb)の下限より小さい。

したがって、鉛蓄電池２０ではＳＯＣ０％〜８８％が早期劣化を招く範囲である。なお、図２（ｂ）は、図２（ａ）の点線部分（適正範囲Ｗ１(Pb)を示す部分）の拡大図でもあり、図２（ｂ）の横軸に示されるリチウム蓄電池３０のＳＯＣ＝０％の位置は、適正範囲Ｗ１(Pb)の８８％の値に相当する。

そして、以下の条件（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）を満たすリチウム蓄電池３０の電圧特性Ａ２となるよう、リチウム蓄電池３０は設定されている。具体的には、リチウム蓄電池３０の正極活物質、負極活物質及び電解液の組み合わせを選定することで、条件（ａ）〜（ｅ）を満たす電圧特性Ａ２を作りこむことができる。

＜条件（ａ）＞
鉛蓄電池２０の適正範囲Ｗ１(Pb)とリチウム蓄電池３０の適正範囲Ｗ２(Li)とで、鉛蓄電池２０の開放電圧Ｖ０(Pb)とリチウム蓄電池３０の開放電圧Ｖ０(Li)とが一致するポイントＶｄＳが存在する。なお、リチウム蓄電池３０の電圧特性線Ａ２のうち傾きが小さくなっている変極点Ｐ１，Ｐ２の間の領域（棚領域Ｐ１〜Ｐ２）に一致ポイントＶｄＳを存在させている。但し、障壁電圧Ｖｂａｒの分だけ、両電池２０，３０の開放電圧が一致するポイントは下限側にシフトする（図２（ｂ）中の符号Ｖｄｓ’参照）。換言すれば、鉛蓄電池２０の電圧特性線Ａ１は見かけ上、図２（ｂ）中の一点鎖線に示す如く低電圧側にシフトすることとなる。

＜条件（ｂ）＞
リチウム蓄電池３０の適正範囲Ｗ２(Li)のうち一致ポイントＶｄｓ’の上限側では、リチウム蓄電池３０の開放電圧Ｖ０(Li)が、鉛蓄電池２０の開放電圧Ｖ０(Pb)から障壁電圧Ｖｂａｒを差し引いた分の電圧よりも高い。より詳細に説明すると、棚領域Ｐ１〜Ｐ２に一致ポイントＶｄｓ’を存在させるにあたり、適正範囲Ｗ２(Li)の上限値（８０％）よりも下限側に一致ポイントＶｄｓ’を存在させている。そして、適正範囲Ｗ２(Li)のうち一致ポイントＶｄｓ’の上限側において、リチウム蓄電池３０の電圧特性線Ａ２の傾きが鉛蓄電池２０の電圧特性線Ａ１の傾きよりも大きい。

＜条件（ｃ）＞
リチウム蓄電池３０に最大充電電流が流れている時の端子電圧Ｖｃ(Li)が、レギュレータ１１により制御される設定電圧Ｖｒｅｇよりも小さい。換言すれば、充電時におけるリチウム蓄電池３０の端子電圧Ｖｃ(Li)（図２（ｂ）中の実線Ａ３参照）であって、適正範囲Ｗ２(Li)の上限値（８０％）における端子電圧Ｖｃ(Li)の値が、設定電圧Ｖｒｅｇよりも小さい。なお、図２（ｂ）中の符号ΔＶは、上限値（８０％）における内部抵抗３２による電圧降下分を示しており、上述した式２中の（Ｉｃ×Ｒ）の項に相当する。

＜条件（ｄ）＞
リチウム蓄電池３０の適正範囲Ｗ２(Li)のうち一致ポイントＶｄｓ’の下限側では、リチウム蓄電池３０の開放電圧Ｖ０(Li)が鉛蓄電池２０の開放電圧Ｖ０(Pb)よりも低い。より詳細に説明すると、棚領域Ｐ１〜Ｐ２に一致ポイントＶｄｓ’を存在させるにあたり、適正範囲Ｗ２(Li)の下限値（３５％）よりも上限側に一致ポイントＶｄｓ’を存在させている。そして、適正範囲Ｗ２(Li)のうち一致ポイントＶｄｓ’の下限側において、リチウム蓄電池３０の電圧特性線Ａ２の傾きが鉛蓄電池２０の電圧特性線Ａ１の傾きよりも大きい。

＜条件（ｅ）＞
リチウム蓄電池３０の適正範囲Ｗ２(Li)のうち一致ポイントＶｄｓ’より上限側の範囲が下限側の範囲よりも広い。より詳細に説明すると、棚領域Ｐ１〜Ｐ２に一致ポイントＶｄｓ’を存在させるにあたり、前記Ｐ１，Ｐ２の間の領域の中央よりもＳＯＣの下限側に一致ポイントＶｄｓ’を存在させる。そのため、適正範囲Ｗ２(Li)の大部分においてＶｄ(Li)＞Ｖｄ(Pb)−Ｖｂａｒとなる。

そして、鉛蓄電池２０及びリチウム蓄電池３０の実際のＳＯＣが、上述した適正範囲Ｗ１(Pb)，Ｗ２(Li)内となるよう、マイコン７０は、両蓄電池２０，３０への充電量を制限して過充電保護するとともに、両蓄電池２０，３０への放電量を制限して過放電保護するよう制御する。

より詳細に説明すると、マイコン７０は、両蓄電池２０，３０の端子電圧Ｖｃ，Ｖｄ又は開放電圧Ｖ０の検出値を常時取得するとともに、電流検出手段７１，７２（図１参照）により検出される、両蓄電池２０，３０を流れる電流値を常時取得する。そして、例えば、放電時におけるリチウム蓄電池３０の端子電圧Ｖｄが下限電圧よりも低下した場合に、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０及びリレー６０をオン作動させることで、オルタネータ１０やＳＯＣが低下していない鉛蓄電池２０から充電させることにより、リチウム蓄電池３０の過放電保護を図るようにすればよい。前記下限電圧は、図２（ｂ）のＳＯＣ下限値（３５％）に対応する電圧に基づき設定すればよい。また、リチウム蓄電池３０の端子電圧Ｖｃが上限電圧よりも上昇した場合に、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオフ作動させることで過充電保護を図るとともに、リレー６０をオン作動させることでリチウム蓄電池３０から定電圧要求電気負荷４３への放電促進を図るようにすればよい。前記上限電圧は、図２（ｂ）のＳＯＣ上限値（８０％）に対応する電圧に基づき設定すればよい。

さらにマイコン７０は、鉛蓄電池２０の電圧に応じて設定電圧Ｖｒｅｇの値を指令する指令信号をレギュレータ１１へ出力することで、レギュレータ１１の設定電圧Ｖｒｅｇの値を可変制御する。これにより、鉛蓄電池２０の過放電保護と過充電保護を図っている。すなわち、鉛蓄電池２０の電圧が下限電圧よりも低下した場合には、設定電圧Ｖｒｅｇを上昇させてリチウム蓄電池３０への充電量増大を図ることで、過放電保護を実施する。また、鉛蓄電池２０の電圧が上限電圧よりも上昇した場合には、設定電圧Ｖｒｅｇを低下させて鉛蓄電池２０への充電量抑制を図ることで、過充電保護を実施する。

次に、車両の運転状態に応じて、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０及びリレー６０のオンオフ切り替えを、車両の運転状態に応じてどのように制御するかを説明する。

＜スタータモータ駆動時＞
スタータモータ４１への供給電力は、他の電気負荷４２，４３への供給電力に比べて桁違いに大きい。そのため、スタータモータ４１へ電力供給すると鉛蓄電池２０の端子電圧Ｖｄ(Pb)が急激に低下することとなる。しかしながらリチウム蓄電池３０については、リチウム蓄電池３０からスタータモータ４１への通電と遮断を切り替えるＭＯＳ−ＦＥＴ５０を備えることで、端子電圧Ｖｄ(Li)の急激低下を回避している。

具体的には、鉛蓄電池２０からスタータモータ４１へ電力供給している期間中、マイコン７０によりＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオフ作動させることにより、リチウム蓄電池３０からスタータモータ４１へ電流が流れ込むことを回避して、リチウム蓄電池３０の電圧降下を回避する。そのため、リチウム蓄電池３０から定電圧要求電気負荷４３へは電圧変動の小さい安定した電力を供給できる。

なお、スタータモータ４１を起動させるに十分な蓄電量を鉛蓄電池２０が有していない場合には、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオン作動させてリチウム蓄電池３０からスタータモータ４１へ電力供給するようにしてもよい。要するに、鉛蓄電池２０のＳＯＣが低い場合には、定電圧要求電気負荷４３への電力供給よりも優先して、リチウム蓄電池３０からスタータモータ４１へ電力供給させる。

＜減速回生時＞
マイコン７０（回生時制御手段）は、通常時にはＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオフ作動させているが、減速時回生発電のような大きな電流はリチウム蓄電池３０に充電させるべく、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０及びリレー６０をオン作動させる。

ここで、車両の回生エネルギによりオルタネータ１０を発電させて充電する際にＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオフ作動させておくと、大電流が寄生ダイオード５１を通じてリチウム蓄電池３０へ流れ込むため、発電電流が寄生ダイオード５１を流れる際に生じるエネルギ損失（「障壁電圧Ｖｂａｒ×発電電流」に相当する電力）が極めて大きくなる。そこで本実施形態では、回生エネルギによりオルタネータ１０を発電させてリチウム蓄電池３０で充電させる場合には、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０及びリレー６０をオン作動させる。これにより、寄生ダイオード５１をバイパスして発電電流がリチウム蓄電池３０へ流れ込むこととなる。よって、障壁電圧Ｖｂａｒによる損失を無くすことができるので、オルタネータ１０で発電した電力の損失を低減できる。

ちなみに、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオフ作動させてリレー６０をオン作動させている時には、リチウム蓄電池３０から充放電される電流が寄生ダイオード５１により整流されるので、リチウム蓄電池３０からオルタネータ１０や鉛蓄電池２０へ電流が流れることはない。

＜過放電、過充電時＞
内燃機関の作動時において、リチウム蓄電池３０のＳＯＣが所定の上限値（例えば適正範囲Ｗ２の上限値）よりも高くなっている場合には、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオフ作動させてリチウム蓄電池３０の過充電を回避させる過充電回避制御を実施する。この時、リレー６０をオン作動させておけば、リチウム蓄電池３０から定電圧要求電気負荷４３へ放電されるので、ＳＯＣ(Li)低下を図る上で望ましい。なお、この過充電回避制御は、減速回生時にＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオフ作動させることよりも優先して実施する。つまり、減速回生時であっても、ＳＯＣ(Li)＞上限値であり、リチウム蓄電池３０への充電回避が要求されていれば、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオフ作動させる。

内燃機関の作動時において、リチウム蓄電池３０のＳＯＣが所定の下限値（例えば適正範囲Ｗ２の下限値）よりも低くなっている場合には、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０及びリレー６０をオン作動させて、リチウム蓄電池３０の過放電を回避させる過放電回避制御を実施する。なお、この過放電回避制御は、アイドルストップの実施よりも優先して実施する。つまり、アイドルストップの実施条件が成立しても、ＳＯＣ(Li)＜下限値であればアイドルストップを禁止させることが望ましい。

＜アイドルストップ時＞
アイドルストップ時において、仮に、鉛蓄電池２０の端子電圧Ｖ(Pb)がリチウム蓄電池３０の端子電圧Ｖ(Li)よりも高くなっている状況下でＭＯＳ−ＦＥＴ５０及びリレー６０をオン作動させると、鉛蓄電池２０からリチウム蓄電池３０へ電流が流れ込んでリチウム蓄電池３０が充電されることとなる。すると、リチウム蓄電池３０の蓄電量が増大するので、減速回生時におけるリチウム蓄電池による回生発電回収量が少なくなる。そのため、基本的には、アイドルストップ時にはＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオフ作動させるとともにリレー６０をオン作動させることにより、一般電気負荷４２へは鉛蓄電池２０から電力供給し、定電圧要求電気負荷４３へはリチウム蓄電池３０から電力供給する（図３（ａ）参照）。

但し、一般電気負荷４２の電力消費が大きい場合には鉛蓄電池のＳＯＣ低下が速くなるため、図３（ａ）の如くＭＯＳ−ＦＥＴ５０のオフ作動を継続させると適正範囲Ｗ１(Pb)よりも低くなり、鉛蓄電池２０への充電が要求されるようになる。その結果、アイドルストップを中止して内燃機関を始動させ、オルタネータ１０から鉛蓄電池２０へ充電されることとなる。つまり、アイドルストップできる期間が短くなり燃費が悪化する。

そこで本実施形態では、鉛蓄電池２０の端子電圧Ｖ(Pb)がリチウム蓄電池３０の端子電圧Ｖ(Li)よりも低くなっており、かつ、リチウム蓄電池３０の蓄電量に余裕がある状況であれば、アイドルストップ時において、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０及びリレー６０をオン作動させる。これによれば、図３（ｂ）に示すように、リチウム蓄電池３０及び鉛蓄電池２０から一般電気負荷４２へ電流が流れることとなる。よって、アイドルストップ中において、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０のオフ作動中に比べて鉛蓄電池２０の放電量が減少し、鉛蓄電池２０のＳＯＣ低下が抑制されるので、鉛蓄電池２０のＳＯＣを適正範囲Ｗ１に維持させるべくオルタネータ１０を起動（アイドルストップを中止）させる機会を減らすことができる。

ちなみに、上述の如くＶ(Pb)＜Ｖ(Li)の状況下でＭＯＳ−ＦＥＴ５０を通電作動させても、リチウム蓄電池３０へ電流が流れ込んでくることはないので、回生発電時におけるリチウム蓄電池３０の低下を招くことはない。

次に、上述したアイドルストップ時の制御手順について、図４を用いて説明する。図４は、アイドルストップ時において上述の如くＭＯＳ−ＦＥＴ５０を制御する処理手順を示すフローチャートである。この処理は、マイコン７０により所定周期で繰り返し実行されるものであり、車両の運転状態がアイドルストップになったことをトリガとして開始される。

先ず、図４のステップＳ１０において、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオフ作動させている時の鉛蓄電池２０の端子電圧Ｖ(Pb)及びリチウム蓄電池３０の端子電圧Ｖ(Li)と、リチウム蓄電池３０のＳＯＣ(Li)とを取得する。また、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオフ作動させている時のリチウム蓄電池３０の放電電流値Ｉｏｆｆ、つまり電流検出手段７２による検出値を取得する。

続くステップＳ１１では、リチウム蓄電池３０の蓄電量が所定量以上であるか否か、具体的には、ステップＳ１０で取得したＳＯＣ(Li)が所定値以上であるか否かを判定する。ＳＯＣ(Li)≧所定値であれば（Ｓ１１：ＹＥＳ）、リチウム蓄電池３０の蓄電量に余裕があるとみなして次のステップＳ１２へ進む。一方、ＳＯＣ(Li)＜所定値であれば（Ｓ１１：ＮＯ）、リチウム蓄電池３０の蓄電量に余裕がないとみなしてステップＳ１６に進み、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオフさせる。

リチウム蓄電池３０の蓄電量に余裕があると判定（Ｓ１１：ＹＥＳ）された後のステップＳ１２では、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０がオン状態であるか否かを判定する。ＭＯＳ−ＦＥＴ５０がオンであれば（Ｓ１２：ＹＥＳ）、Ｖ(Pb)＝Ｖ(Li)であるためステップＳ１５に進み、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０がオフであれば（Ｓ１２：ＮＯ）、次のステップＳ１３へ進む。

ステップＳ１３では、ステップＳ１０で取得したＶ(Pb)及びＶ(Li)について大小比較する。Ｖ(Pb)＜Ｖ(Li)であると判定されれば（Ｓ１３：ＹＥＳ）、続くステップＳ１４（放電制御手段）において、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０及びリレー６０をオン作動させる。これらのオン作動を実施すると、図３（ｂ）に示すように、リチウム蓄電池３０及び鉛蓄電池２０から一般電気負荷４２へ電流が流れることとなる。

続くステップＳ１５では、ステップＳ１４によりＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオン作動させている時のリチウム蓄電池３０の放電電流値Ｉｏｎを常時検出し、この放電電流値Ｉｏｎが、ステップＳ１０で取得した放電電流値Ｉｏｆｆよりも低くなったか否かを判定する。Ｉｏｎ＜Ｉｏｆｆであると判定された場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）には、続くステップＳ１６にてＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオフ作動させる。なお、リレー６０はオン作動させたままにする。

ステップＳ１３にてＶ(Pb)≧Ｖ(Li)と判定された場合（Ｓ１３：ＮＯ）には、ステップＳ１４によるＭＯＳ−ＦＥＴ５０のオン作動を実行させることなく、ステップＳ１７に進んで前回状態（この場合、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０のオフ作動状態）を保持させる。

また、ステップＳ１５にてＩｏｎ≧Ｉｏｆｆと判定された場合（Ｓ１５：ＮＯ）には、ステップＳ１６によるＭＯＳ−ＦＥＴ５０のオフ作動を実行させることなく、ステップＳ１７に進んで前回状態（この場合、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０のオン作動状態）を保持させる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果〔１〕〜〔１４〕が得られるようになる。

〔１〕アイドルストップの実施に伴いＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオフ作動させている時において、Ｖ(Pb)＜Ｖ(Li)であればＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオン作動させて、リチウム蓄電池３０から一般電気負荷４２へ電力供給させる。よって、アイドルストップ時における鉛蓄電池２０のＳＯＣ低下を抑制できる。そのため、「鉛蓄電池２０の蓄電量を適正範囲Ｗ１に維持させるべく、アイドルストップを中止してエンジン始動させてオルタネータ１０を発電させて鉛蓄電池２０を充電させる」といった機会を低減でき、ひいては内燃機関の燃費向上を図ることができる。

〔２〕本実施形態では、両電圧Ｖ(Pb)，Ｖ(Li)を検出し、これらの電圧Ｖ(Pb)，Ｖ(Li)の大小関係に基づいて、アイドルストップ時にＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオン作動させるか否かを決定している。これに対し、ＳＯＣと端子電圧とは図５に示す如く相関があることを利用して、両ＳＯＣ(Pb)，ＳＯＣ(Li)からＶ(Pb)，Ｖ(Li)を推定し、その推定値の大小関係に基づいて上記決定を実施しようとすると、次の理由により高精度で制御できない。すなわち、充電時と放電時とで相関特性は変化する（図５中の点線及び一点鎖線参照）。しかも、その充放電時に流れる電流の大きさに応じて特性が変動する幅Ｗｃ，Ｗｄも変化するため上記推定の精度は低く、高精度で制御できない。

これに対し本実施形態では、電圧Ｖ(Pb)，Ｖ(Li)を直接検出し、その検出値に基づいてアイドルストップ時にＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオン作動させるか否かを決定するので、リチウム蓄電池３０及び鉛蓄電池２０の充放電状態を高精度で制御できる。

〔３〕リチウム蓄電池３０の蓄電量が所定量以上であることを条件として、アイドルストップ時にＭＯＳ−ＦＥＴ５０を通電作動させるので、リチウム蓄電池３０が過放電の状態になるといった懸念を解消できる。

〔４〕アイドルストップ時にＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオン作動させた後、リチウム蓄電池３０を流れる電流ＩｏｎがＩｏｆｆ（所定値）未満になった場合には、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０を遮断作動に切り替えるので、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０を長時間オン作動させることにより鉛蓄電池２０からリチウム蓄電池３０へ電流が流れ込んで、アイドルストップ時の鉛蓄電池２０のＳＯＣ低下が促進されるといった懸念を解消できる。

〔５〕鉛蓄電池２０の電圧特性Ａ１に対して上記条件（ａ）（一致ポイントＶｄｓが存在する（ＭＯＳ−ＦＥＴ５０のオフ作動時にはＶｄｓ’が存在する））を満たすようリチウム蓄電池３０電圧特性Ａ２を作り込んでいる。これにより、放電時において、鉛蓄電池２０の適正範囲Ｗ１での端子電圧Ｖｄ(Pb)と、リチウム蓄電池３０の適正範囲Ｗ２での端子電圧Ｖｄ(Li)とは、図２（ａ）に示すようにほぼ一致し、両蓄電池間にて大きな電位差は生じなくなる。よって、従来必要となっていた、鉛蓄電池２０とリチウム蓄電池３０の間にＤＣＤＣコンバータを設ける構成を廃止し、かつ、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオン作動させたとしても、両蓄電池２０，３０のうち電圧の高い電池から低い電池へ流れ込む電流量を極少量にできるので、従来必須となっていたＤＣＤＣコンバータを不要にしつつも、それぞれの電池２０，３０が過充電状態や過放電状態になるおそれを抑制できる。よって、ＤＣＤＣコンバータを廃止できる分、十分なコストダウンを実現できる。

〔６〕電圧特性Ａ１に対して上記条件（ｂ）（一致ポイントＶｄｓ’の上限側でＶｄ(Li)＞Ｖｄ(Pb)−Ｖｂａｒ）を満たすよう電圧特性Ａ２を作りこむことにより、リチウム蓄電池３０を適正範囲Ｗ２内で一致ポイントＶｄｓ’よりも多く充電した状態では、鉛蓄電池２０よりも開放電圧が高くなっているリチウム蓄電池３０から定電圧要求電気負荷４３へ放電されることとなる。よって、鉛蓄電池２０よりも優先してリチウム蓄電池３０から定電圧要求電気負荷４３へ放電される機会が増えるため、頻繁な放電（累積放電量）に対する耐久性の低い鉛蓄電池２０からの累積放電量を低減できるので、鉛蓄電池２０の劣化を抑制できる。

〔７〕電圧特性Ａ１に対して上記条件（ｃ）（最大充電電流時にＶｃ(Li)＜Ｖｒｅｇ）を満たすよう電圧特性Ａ２を作りこむことにより、以下の理由によって、鉛蓄電池２０よりも優先してリチウム蓄電池３０で充電される機会を増やすことができる。よって、回生電力の回収量を増大できる。

仮に、リチウム蓄電池３０を廃止して鉛蓄電池２０で回生電力を充電しようとすると、図３に示すように鉛蓄電池２０の内部抵抗２２はリチウム蓄電池３０の内部抵抗３２より大きいので、充電電流がＩａにまで上昇した時点で端子電圧Ｖｃ(Pb)は設定電圧Ｖｒｅｇに達してしまい、充電できなくなってしまう。これに対し、本実施形態にかかるリチウム蓄電池３０は、充電電流が最大になった時であってもＶｃ(Li)＜Ｖｒｅｇを満たすので、充電が可能である。図３の例では、充電電流が最大充電電流Ｉｍａｘよりも大きいＩｂにまで上昇した時点で端子電圧Ｖｃ(Li)が設定電圧Ｖｒｅｇに達する。

〔８〕電圧特性Ａ１に対して上記条件（ｄ）（一致ポイントＶｄｓ’の下限側でＶｄ(Li)＜Ｖｄ(Pb)−Ｖｂａｒ）を満たすよう電圧特性Ａ２を作りこむ。これによれば、リチウム蓄電池３０から優先的に電気負荷４０へ放電した結果、リチウム蓄電池３０のＳＯＣが一致ポイントＶｄｓ’よりも低下してくると、リチウム蓄電池３０に替わって鉛蓄電池２０から電気負荷４０へ放電されることとなる。しかも、鉛蓄電池２０からリチウム蓄電池３０へ電流が流れ込むこととなり、リチウム蓄電池３０が充電されてＳＯＣが一致ポイントＶｄｓ’に向けて引き上げられることとなる。よって、リチウム蓄電池３０が過放電になることを抑制できる。

〔９〕電圧特性Ａ１に対して上記条件（ｅ）（一致ポイントＶｄｓ’より上限側の範囲が下限側の範囲よりも広い）を満たすよう電圧特性Ａ２を作りこむ。これによれば、上記条件（ｂ）によるＶｄ(Li)＞Ｖｄ(Pb)−Ｖｂａｒとなる範囲を十分に広く確保できるので、リチウム蓄電池３０から優先的に放電される機会を十分に増やすことができ、鉛蓄電池２０の劣化抑制の効果を向上できる。

〔１０〕本実施形態では、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０を備えることにより、その寄生ダイオード５１の障壁電圧Ｖｂａｒの分だけ、両電池２０，３０の開放電圧が一致するポイントが下限側にシフトする（Ｖｄｓ→Ｖｄｓ’）。換言すれば、鉛蓄電池２０の電圧特性線Ａ１は見かけ上、図２（ｂ）中の一点鎖線に示す如く低電圧側にシフトすることとなる。そのため、リチウム蓄電池３０の適正範囲Ｗ２(Li)のうちポイントＶｄｓ’より上限側の領域（放電領域Ｗ２ｄ）を符号Ｗ２ｄ’に示すように拡大することができ、ひいては、鉛蓄電池２０よりも優先してリチウム蓄電池３０から定電圧要求電気負荷４３へ放電される機会を増やすことができる。

〔１１〕ここで、車両に搭載される各種電気負荷４１〜４３の中でも、スタータモータ４１が要する電力は桁違いに大きい。このように電力の大きい電気負荷に対してリチウム蓄電池３０から電力供給しようとすると、鉛蓄電池２０に比べて高価なリチウム蓄電池３０の小容量化の妨げとなる。そこで本実施形態では、消費電力の大きいスタータモータ４１への電力供給を鉛蓄電池２０に分担させて、リチウム蓄電池３０の小容量化を図っている。そして、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０の寄生ダイオード５１の向きを、鉛蓄電池２０からリチウム蓄電池３０へ電流を流す向きが順方向となるよう配置するので、リチウム蓄電池３０からスタータモータ４１へ電流が流れ込むことを阻止できる。しかも、スタータモータ４１の作動期間中にはＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオフ作動させるので、リチウム蓄電池３０からスタータモータ４１へ電流が流れ込むことを確実に阻止できる。

〔１２〕オルタネータ１０からリチウム蓄電池３０へ充電させる場合には、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオン作動させるので、寄生ダイオード５１をバイパスして発電電流をリチウム蓄電池３０へ流して充電させることとなる。よって、寄生ダイオード５１の障壁電圧Ｖｂａｒによる損失を無くすことができるので、オルタネータ１０で発電した電力の損失を低減できる。特に、回生電力によりリチウム蓄電池３０へ充電させる時にオン作動させるので、回生時の大電流が寄生ダイオード５１を流れることによる電力ロスを低減できる点で優れている。

〔１３〕リチウム蓄電池３０の正極材料及び負極材料の組み合わせとして、正極にリン酸鉄リチウム、負極にグラファイトを採用することによって上記条件（ａ）（ｂ）（ｃ）を満たすようにすると、正極材料であるリン酸鉄リチウムの内部抵抗が他の材料に比べて大きいため、上記条件（ａ）（ｂ）（ｃ）を満たすようにするためには電極面積を大きくせざるを得ない。この問題に対し本実施形態では、正極材料にはコバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム化合物等を用い、負極材料にはチタン酸リチウムを採用するので、電極面積を小さくしつつ条件（ａ）（ｂ）（ｃ）を満たすようにでき、リチウム蓄電池３０の小型化及びコストダウンを図ることができる。

但し、負極材料にチタン酸リチウムを用いると、負極材料にグラファイトを用いた場合に比べて、両電池の開放電圧が一致するポイントＶｄｓが上限側に位置してしまうといった問題が新たに生じるが、この問題に対しては、上述の如くＭＯＳ−ＦＥＴ５０を備えることによりポイントを下限側にずらす（Ｖｄｓ→Ｖｄｓ’）ことで解消できる。したがって、本実施形態によれば、ポイントＶｄｓが上限側に位置してしまうといった問題を解消することと、電極面積を小さくできることとの両立を図ることができる。

〔１４〕定電圧要求電気負荷４３への電力供給はリチウム蓄電池３０が分担し、スタータモータ４１への電力供給は鉛蓄電池２０が分担する。そして、鉛蓄電池２０からスタータモータ４１へ電力供給している期間中、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオフ作動させるので、定電圧要求電気負荷４３へは電圧変動の小さい安定した電力を供給できる。

（第２実施形態）
ところで、リチウム蓄電池３０のＳＯＣを低下させたい場合には、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０を遮断作動させてオルタネータ１０とリチウム蓄電池３０とを遮断させるとともに、リレー６０（第２スイッチ手段）をオン作動させてリチウム蓄電池３０から定電圧要求電気負荷４３への放電促進を図る（図６（ａ）参照）。しかし、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０を遮断作動させていても、鉛蓄電池２０の端子電圧Ｖ(Pb)が、リチウム蓄電池３０の端子電圧Ｖ(Li)に障壁電圧Ｖｂａｒを加算した値よりも高くなると、寄生ダイオード５１を通じてリチウム蓄電池３０に電流が流れ込んでリチウム蓄電池３０が充電されることとなる（図６（ｂ）参照）。すると、リチウム蓄電池３０による回生発電回収量が低下してしまい、ひいては内燃機関の燃費低下を招く。

例えば、鉛蓄電池２０のＳＯＣが大きく低下していなければレギュレータ１１の設定電圧Ｖｒｅｇを１２．５〜１３Ｖ程度に制御するためＶ(Pb)＞Ｖ(Li)＋Ｖｂａｒとなる可能性は低い（図６（ａ）参照）。しかし、設定電圧Ｖｒｅｇを１３〜１４Ｖ程度に上昇させている時にはＶ(Pb)＞Ｖ(Li)＋Ｖｂａｒとなる可能性が高くなる（図６（ｂ）参照）。

この点を鑑みた本実施形態では、リチウム蓄電池３０への充電を回避させる充電回避要求が生じている場合において、Ｖ(Pb)＞Ｖ(Li)＋Ｖｂａｒとなった場合には、リレー６０を通電作動させずに（通電作動を禁止して遮断させて）リチウム蓄電池３０が充電されることを回避する。

具体的な制御手順を、図７を参照しつつ説明する。

先ず、ステップＳ２０において、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオフ作動させている時の鉛蓄電池２０の端子電圧Ｖ(Pb)及びリチウム蓄電池３０の端子電圧Ｖ(Li)を取得する。そして、スタータモータ４１をオン作動させている最中であれば（Ｓ２１：ＹＥＳ）、ステップＳ３１に進み、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオフ作動させるとともにリレー６０をオン作動させて、定電圧要求電気負荷４３に対する電圧の安定化を図る。また、減速回生発電を行っている最中であれば（Ｓ２２：ＹＥＳ）、ステップＳ２４に進み、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０及びリレー６０をオン作動させて、リチウム蓄電池３０により回生エネルギを回収させる。

一方、スタータモータ４１の作動及び減速回生のいずれも実施されていなければ（Ｓ２１：ＮＯ，Ｓ２２：ＮＯ）、続くステップＳ２３において、ステップＳ１０で取得したＶ(Pb)及びＶ(Li)について大小比較する。

Ｖ(Pb)＜Ｖ(Li)であると判定されれば（Ｓ２３：ＹＥＳ）、続くステップＳ２４においてＭＯＳ−ＦＥＴ５０及びリレー６０をオン作動させる。これらのオン作動を実施すると、図３（ｂ）に示すように、リチウム蓄電池３０から鉛蓄電池２０及び一般電気負荷４２へ電流が流れることとなる。

Ｖ(Pb)≧Ｖ(Li)と判定された場合（Ｓ２３：ＮＯ）には、ステップＳ２５に進み、リレー６０がオンかオフかを判定する。リレー６０がオンであると判定されれば（Ｓ２５：ＹＥＳ）ステップＳ２８へ進みリチウム蓄電池３０の電流判定を行う。

リレー６０がオフであると判定されれば（Ｓ２５：ＮＯ）、ステップＳ２６に進み、Ｖ(Pb)＞Ｖ(Li)＋Ｖｂａｒであるか否かを判定する。Ｖ(Pb)＞Ｖ(Li)＋Ｖｂａｒであると判定されれば（Ｓ２６：ＹＥＳ）、ステップＳ３０（充電回避制御手段）において、前回状態（この場合、リレー６０をオフ作動）に保持させることで、リチウム蓄電池３０が充電されることを回避させる。また、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオン作動させることで、寄生ダイオード５１に電流が流れることによるＭＯＳ−ＦＥＴ５０の発熱を抑制させる。

Ｖ(Pb)＞Ｖ(Li)＋Ｖｂａｒでないと判定されれば（Ｓ２６：ＮＯ）、次のステップＳ２７において、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオフ作動させることでリチウム蓄電池３０が充電されることを回避させる。また、リレー６０をオン作動させることで、リチウム蓄電池３０から定電圧要求電気負荷４３への放電を促進させる。

続くステップＳ２８ではステップＳ２７によりリレー６０をオン作動させている時のリチウム蓄電池３０の放電電流値Ｉ(Li)を常時検出し、この電流値Ｉ(Li)が、所定値（例えばゼロ）よりも低くなったか否かを判定する。Ｉ(Li)＜所定値であると判定された場合（Ｓ２８：ＹＥＳ）には、リチウム蓄電池３０の放電電流が減少、またはリチウム蓄電池３０が充電されていることとなるので、続くステップＳ２９にてリレー６０をオフ作動させる。また、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０はオン作動させる。

ステップＳ２８にてＩ(Li)≧所定値であると判定された場合（Ｓ２８：ＮＯ）には、ステップＳ２９よるリレー６０のオフ作動を実行させることなく、ステップＳ３０に進んで前回状態（この場合、リレー６０のオン作動状態）を保持させる。

以上により、本実施形態によれば、ステップＳ２６にてＶ(Pb)＞Ｖ(Li)＋Ｖｂａｒであるか否かを判定し、肯定判定されればリレー６０をオフ作動させるので、リチウム蓄電池３０が充電されることを回避できる。さらにこの時、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオン作動させるので、寄生ダイオード５１に電流が流れることによるＭＯＳ−ＦＥＴ５０の発熱を抑制できる。

また、上記第１実施形態と同様にして、ステップＳ２３にてＶ(Pb)及びＶ(Li)を大小比較して、Ｖ(Pb)＜Ｖ(Li)であると判定されればＭＯＳ−ＦＥＴ５０及びリレー６０をオン作動させるので、リチウム蓄電池３０から一般電気負荷４２へ電力供給させることにより、アイドルストップ時における鉛蓄電池２０のＳＯＣ低下を抑制できる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

・上記第１実施形態では、鉛蓄電池２０とリチウム蓄電池３０との通電及び遮断を切り替えるスイッチ手段を１つのＭＯＳ−ＦＥＴ５０で構成しているが、図８（ａ）に示す如く、複数のＭＯＳ−ＦＥＴ５０（半導体スイッチ）を、当該半導体スイッチに存在する寄生ダイオード５１が逆向きになるよう直列に接続して構成してもよい。

この場合、全てのＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオフ作動させればスイッチ手段は遮断作動し、全てをオン作動させればスイッチ手段は通電作動することとなる。また、この場合には、「オフ作動しているにも拘わらず寄生ダイオード５１を通じてリチウム蓄電池３０へ電流が流れ込む」といった問題は生じなくなるので、図７のステップＳ２５〜Ｓ３０は不要となる。

・上記各実施形態では、スイッチ手段に半導体スイッチを採用しているが、図８（ｂ）に例示されるように、機械式の接点を有するリレー等の機械式スイッチを採用してもよい。

・上記各実施形態では、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０とリチウム蓄電池３０との間に電気接続されて通電及び遮断を切り替える第２スイッチ手段に、リレー６０（機械式スイッチ）を採用しているが、図８（ｃ）に例示されるように、第２スイッチ手段に半導体スイッチを採用してもよい。この場合、複数のＭＯＳ−ＦＥＴ６０ａ（半導体スイッチ）を、当該半導体スイッチに存在する寄生ダイオード６１ａが逆向きになるよう直列に接続して構成することが望ましい（図８（ｃ）参照）。

・上記第１実施形態においては、緊急時用に備えられたリレー６０は廃止してもよい。

・上記各実施形態では、電圧特性Ａ２となる第２蓄電池として非水電解液系のリチウム蓄電池３０を採用しているが、本発明の第２蓄電池はリチウム蓄電池３０に限定されるものではなく、例えば、電極にニッケル化合物を用いたニッケル蓄電池を採用してもよい。但し、上記条件（ａ）〜（ｅ）を満たすものであることが望ましい。

１０…オルタネータ（発電機）、２０…鉛蓄電池、３０…リチウム蓄電池（第２蓄電池）、５０…ＭＯＳ−ＦＥＴ（半導体スイッチ、スイッチ手段）、５１…寄生ダイオード、６０…リレー（第２スイッチ手段）、７０…マイコン（回生時制御手段）、Ｓ１４…放電制御手段、Ｓ３０…充電回避制御手段。

Claims (7)

1. 内燃機関の出力軸により駆動して発電するとともに、回生エネルギによる回生発電が可能な発電機と、
   前記発電機による発電電力を充電可能な鉛蓄電池と、
   前記鉛蓄電池に対して電気的に並列接続されて前記発電電力を充電可能であり、かつ、前記鉛蓄電池に比べて出力密度又はエネルギ密度の高い第２蓄電池と、
   前記発電機及び前記鉛蓄電池と前記第２蓄電池との間に電気接続され、前記発電機及び前記鉛蓄電池と前記第２蓄電池との通電及び遮断を切り替えるスイッチ手段と、
   前記発電機が回生発電している時には前記スイッチ手段を通電作動させて、回生発電電力を前記第２蓄電池に回収させる回生時制御手段と、
   前記スイッチ手段に対して前記第２蓄電池の側の電圧が前記鉛蓄電池の側の電圧より高い場合には、回生発電していない時であっても前記スイッチ手段を通電作動させて、前記スイッチ手段に対して前記鉛蓄電池の側へ前記第２蓄電池から放電させる放電制御手段と、
   を備えることを特徴とする電源装置。
2. 前記放電制御手段は、前記第２蓄電池の蓄電量が所定量以上であることを条件として前記スイッチ手段を通電作動させることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記放電制御手段により前記スイッチ手段を通電作動させている時に、前記第２蓄電池を流れる電流が所定値未満になった場合には、前記放電制御手段による前記スイッチ手段の通電作動を終了して前記スイッチ手段を遮断作動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置。
4. 前記スイッチ手段は半導体スイッチにより構成され、
   前記半導体スイッチに存在する寄生ダイオードの順方向が、前記鉛蓄電池の側から前記第２蓄電池の側へ電流を流す向きとなるよう、前記半導体スイッチを配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電源装置。
5. 前記半導体スイッチと前記第２蓄電池との間に電気接続されて通電及び遮断を切り替える第２スイッチ手段と、
   前記第２蓄電池への充電を回避させる充電回避要求が生じている場合において、前記半導体スイッチに対して前記鉛蓄電池の側の電圧が、前記第２蓄電池の側の電圧に前記寄生ダイオードによる障壁電圧を加算した値より高い場合には、前記第２スイッチ手段の通電作動を禁止させる充電回避制御手段と、
   を備えることを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
6. 回生エネルギによる回生発電が可能な発電機と、
   前記発電機による発電電力を充電可能な鉛蓄電池と、
   前記鉛蓄電池に対して電気的に並列接続されて前記発電電力を充電可能であり、かつ、前記鉛蓄電池に比べて出力密度又はエネルギ密度の高い第２蓄電池と、
   前記発電機及び前記鉛蓄電池と前記第２蓄電池との間に電気接続され、前記発電機及び前記鉛蓄電池と前記第２蓄電池との通電及び遮断を切り替える半導体スイッチと、
   前記半導体スイッチと前記第２蓄電池との間に電気接続されて通電及び遮断を切り替える第２スイッチ手段と、
   を備え、
   前記半導体スイッチに存在する寄生ダイオードの順方向が、前記鉛蓄電池から前記第２蓄電池へ電流を流す向きとなるよう前記半導体スイッチは配置されており、
   前記第２蓄電池への充電を回避させる充電回避要求が生じている場合において、前記半導体スイッチに対して前記鉛蓄電池の側の電圧が、前記第２蓄電池の側の電圧に前記寄生ダイオードによる障壁電圧を加算した値より高い場合には、前記第２スイッチ手段の通電作動を禁止させる充電回避制御手段を備えることを特徴とする電源装置。
7. 前記充電回避制御手段により前記第２スイッチ手段の通電作動を禁止させる場合には、前記半導体スイッチを通電作動させることを特徴とする請求項５又は６に記載の電源装置。

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