JP2014177213A - 車載電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】回転機の適正なる駆動を実現しつつ、車載の各電気負荷を好適に駆動させる。
【解決手段】車両の内燃機関の出力軸に接続され、発電機能と、始動機能と、内燃機関の出力を補助する出力補助機能と、を有する回転機１０と、回転機１０に対してそれぞれ並列に接続される鉛蓄電池２０及びリチウムイオン蓄電池３０と、これら両蓄電池を電気的に接続する給電線１５に設けられ、鉛蓄電池２０及び回転機１０とリチウムイオン蓄電池３０との導通及び遮断を切り替えるＭＯＳスイッチ５０と、鉛蓄電池２０とＭＯＳスイッチ５０との間であって回転機１０が接続される第１接続点（Ｘ）と、鉛蓄電池２０との導通及び遮断を切り替えるＰＢスイッチ６０と、を備え、第１接続点にはスタータ４１及び電気負荷４２が接続され、リチウムイオン蓄電池３０とＭＯＳスイッチ５０との間の第２接続点（Ｙ）には電気負荷４３が接続されている車載電源システムである。
【選択図】 図１

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能を有する回転機とを備える車載電源システムに関する。

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、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している。

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。

特開２０１２−８０７０６号公報

近年、車両の内燃機関の出力軸からトルクが付与されることで発電を行う発電機能と、出力軸に初期回転を付与することで内燃機関を始動する始動機能と、出力軸にトルクを付与することで内燃機関の出力を補助する出力補助機能と、を兼ね備える回転機が実用化されている。

上記の車載電源システムにおいて、従来の発電機に代えて、発電機能、始動機能及び出力補助機能を有する上記の回転機を接続することが考えられる。なお、内燃機関の自動停止及び再始動を実施する、いわゆるアイドリングストップ制御機能を有する車両では、車両走行時において回転機による繰り返しの始動が行われると考えられる。この場合、始動時及び出力補助時に回転機が駆動される際には回転機の駆動電力として比較的大きな電力が必要となるが、蓄電池の電力不足が生じると回転機の駆動に支障が生じ、ひいては車両を所望のとおりに走行させることができないといった不都合が生じると考えられる。

また、始動時及び出力補助時には、回転機に電力を供給する蓄電池に大きな電流が流れ、その蓄電池の出力電圧が低下する。ここで、蓄電池の出力電圧の低下により、その蓄電池から電力を供給される他の電気負荷の動作が不安定になるおそれが生じる。

本発明の車載電源システムは、上記課題を解決するためになされたものであり、回転機の適正なる駆動を実現しつつ、車載の各電気負荷を好適に駆動させることを目的とする。

請求項１に記載の発明は、車両の内燃機関の出力軸に接続され、前記出力軸からトルクが付与されることで発電を行う発電機能と、前記出力軸にトルクを付与することで前記内燃機関を始動する始動機能と、前記内燃機関の始動後において前記出力軸にトルクを付与することで前記内燃機関の出力を補助する出力補助機能と、を有する回転機（１０）と、前記回転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蓄電池及び前記回転機と前記第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、前記接続線において、前記第１蓄電池と前記接続スイッチとの間であって前記回転機が接続される第１接続点（Ｘ）と、前記第１蓄電池との間に設けられ、それら第１接続点と第１蓄電池との導通及び遮断を切り替える第１蓄電池スイッチ（６０）と、を備え、前記第１接続点には第１電気負荷（４１，４２）が接続され、前記接続線において前記第２蓄電池と前記接続スイッチとの間の第２接続点（Ｙ）には第２電気負荷（４３）が接続されていることを特徴とする車載電源システムである。

第１蓄電池及び第２蓄電池が回転機に対して並列接続されているため、回転機において発電された電力を第１蓄電池及び第２蓄電池に充電することができる。また、接続スイッチ（両蓄電池の間のスイッチ）と第１蓄電池スイッチ（第１接続点と第１蓄電池との間のスイッチ）とを備え、これらを個別にオン／オフすることにより、回転機を好適に駆動することができることに加え、接続スイッチを挟んで両側に設けられる第１電気負荷及び第２電気負荷を好適に駆動することができる。

つまり、接続スイッチをオフ（遮断状態）、第１蓄電池スイッチをオン（導通状態）にした場合には、回転機及び第１電気負荷に対して第１蓄電池から必要に応じて電力供給が行われるとともに、第２電気負荷に対して第２蓄電池から必要に応じて電力供給が行われる。かかる場合、回転機が出力軸に付与するトルクに応じて第１蓄電池の出力電圧が変動しても、第２電気負荷の動作が不安定になることを抑制できる。したがって、第２電気負荷の安定動作を実現できる。また、第１電気負荷が駆動される場合にも同様に、第２電気負荷の安定動作を実現できる。車両には定常的に安定動作が要求される電気負荷（定電圧要求負荷）が搭載されており、こうした電気負荷の駆動に好適な構成を実現できる。

また、接続スイッチをオン（導通状態）、第１蓄電池スイッチをオフ（遮断状態）にした場合には、第１蓄電池の電力を消費することなく、第２蓄電池からの供給電力により第１電気負荷を駆動させることが可能となる。この場合、始動時や出力補助時に回転機の駆動電力が必要になることを見越して第１蓄電池の充電量を確保でき、ユーザの意に則した車両の運転及び走行を実現できる。

実施形態における車載電源システムの概略を示す構成図。 スイッチ制御処理を表すフローチャート。 スイッチ制御の経過を具体的に説明するためのタイミングチャート。

以下、本発明を具体化した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。

エンジンには、スタータが設けられている。スタータは、始動指令に伴うエンジンの始動時においてエンジンのクランク軸（出力軸）に歯車機構によって機械的に噛み合わされ、クランク軸に対して外部よりトルクを与えてエンジンを始動させる。

更に、クランク軸には、従来のオルタネータに代えて、クランク軸によって駆動されて発電を行う発電機能に加えてエンジン始動機能及び出力補助機能を有する回転機が接続されている。回転機は、エンジン始動機能として、アイドリングストップ再始動などの暖機後であってエンジンの燃焼が停止されている始動時に、クランク軸に対して外部よりトルクを与えてエンジンを始動させる。また、回転機は、出力補助機能として、エンジンの始動において車両の走行中にクランク軸に対して外部よりトルクを与えてクランク軸の駆動を補助する。

回転機は、ベルトを介してクランク軸に接続されるベルト駆動のＩＳＧ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｔａｒｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）を想定している。なお、回転機は、エンジンのクランク軸と変速機との間に挟み込まれ、クランク軸によって直接駆動され又クランク軸を直接駆動するものであってもよい。回転機はクランク軸に常に接続されているため、クランク軸が完全停止していない状態でもトルクを与えてエンジン始動を開始することができる。このため、回転機はアイドリングストップ再始動において、好適にエンジン始動を行うことができる。更に、スタータのトルク出力特性を冷間始動に、回転機のトルク出力特性を暖機後の始動にそれぞれ適合させることで、始動指令に伴うエンジンの始動及びアイドリングストップ再始動をそれぞれ好適に行うことができる。

図１に示すように、本電源システムは、回転機１０、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、スタータ４１、各種の電気負荷４２，４３、接続スイッチとしてのＭＯＳスイッチ５０、第１蓄電池スイッチとしてのＰＢスイッチ６０及び第２蓄電池スイッチとしてのＳＭＲスイッチ７０を備えている。鉛蓄電池２０、リチウムイオン蓄電池３０、スタータ４１、電気負荷４２，４３は、接続線としての給電線１５により回転機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。

ＭＯＳスイッチ５０は、ＭＯＳＦＥＴからなる半導体スイッチであり、回転機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、回転機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。また、給電線１５には、ＭＯＳスイッチ５０と並列にバイパスリレー５１が設けられている。バイパスリレー５１は、ノーマリクローズ式の電磁リレーであり、鉛蓄電池２０又はリチウムイオン蓄電池３０が電力供給を行う通常時においてはオフ状態とされ、ＭＯＳスイッチ５０が常時オフ状態となる異常が発生した場合などにおいてオン状態とされることで電力をバイパスさせる。

ＰＢ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、回転機１０、スタータ４１、電気負荷４２及びＭＯＳスイッチ５０が接続される第１接続点（図のＸ）と鉛蓄電池２０との間に設けられている。ＰＢスイッチ６０は、回転機１０、スタータ４１、電気負荷４２及びＭＯＳスイッチ５０の接続点に対する鉛蓄電池２０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７０は、ＭＯＳスイッチ５０及びＰＢスイッチ６０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が接続される第２接続点（図のＹ）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７０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。

ＭＯＳスイッチ５０、ＰＢスイッチ６０及びＳＭＲスイッチ７０のオン作動（導通作動）とオフ作動（遮断作動）との切替はスイッチ制御手段としてのＥＣＵ８０（電子制御装置）により実施される。

リチウムイオン蓄電池３０と、スイッチ５０，７０と、ＥＣＵ８０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。ＥＣＵ８０は、電池ユニット外のＥＣＵ９０（電子制御装置）に接続されている。つまり、これらＥＣＵ８０，９０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ＥＣＵ８０，９０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４３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の具体例としては車載ナビゲーション装置や車載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、又は、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、車載ナビゲーション装置等の動作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。

電気負荷４２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。また、電気負荷４２には、所定の駆動条件が成立すると駆動する駆動負荷が含まれる。駆動負荷は例えば、パワーステアリングや、パワーウィンドウなどである。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。

回転機１０は、エンジンのクランク軸の回転エネルギにより発電するものである。回転機１０で発電した電力は、電気負荷４２，４３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回転機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から回転機１０、スタータ４１及び電気負荷４２，４３へ電力が供給される。鉛蓄電池２０及びリチウムイオン蓄電池３０から回転機１０、スタータ４１及び電気負荷４２〜４３への放電量、及び、回転機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：充電状態、即ち、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。

ＥＣＵ８０は、リチウムイオン蓄電池３０の温度、出力電圧及び充放電電流を検出し、その検出値に基づいてリチウムイオン蓄電池３０のＳＯＣを算出する。また、ＥＣＵ９０は、鉛蓄電池２０の温度、出力電圧及び充放電電流を検出し、その検出値に基づいて鉛蓄電池２０のＳＯＣを算出する。ＥＣＵ８０は、各蓄電池のＳＯＣに基づいてスイッチ５０，６０，７０を開閉し、そのＳＯＣが適正範囲となるように制御を行う。

また、回転機１０は蓄電池から電力を供給されてクランク軸を駆動する。回転機１０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、回転機１０への電力供給は主に鉛蓄電池２０が分担することとなる。

本実施形態では、車両の回生エネルギにより回転機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ＥＣＵ９０の制御により実施される。ここで、両蓄電池２０，３０は並列接続されている。このため、回転機１０により発電された電力を充電する際には、スイッチ５０，６０，７０を全てオン状態に制御していれば、端子電圧の低い方の蓄電池に対して優先的に充電がなされることになる。

回生発電時には、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の開放端電圧及び内部抵抗値を設定することで実現可能であり、開放端電圧の設定は、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。

また、本実施形態では、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回転機１０を制御してエンジンを自動で再始動させる、アイドリングストップを行っている。アイドリングストップは、ＥＣＵ９０の制御により実施される。

更に、アイドリングストップ再始動を実施した後、車両の速度が所定速度に達するまで、回転機１０によってクランク軸にトルクを付与する出力補助（発進アシスト）を実施する。また、車両の走行中において、ドライバによりアクセルペダルが踏み込まれて車両の加速を実施する際、回転機１０によってクランク軸にトルクを付与する出力補助（中間アシスト）を実施する。中間アシストは、登り急斜面を走行するときのように、クランク軸に高出力が要求される状況下においても実施される。発進アシスト及び中間アシストは共にＥＣＵ９０の制御により実施される。発進アシスト及び中間アシストを実施することで、車両の燃費を向上させることができる。

始動時、発進アシスト時、及び、中間アシスト時において、回転機１０の駆動に伴い、回転機１０がクランク軸に対して付与するトルクの量に応じた電流が回転機１０に対して電力を供給する蓄電池に流れる。この電流及び蓄電池の内部抵抗によって蓄電池の出力電圧が低下する。この回転機１０が付与するトルクに応じた蓄電池の出力電圧の低下により、定電圧要求電気負荷４３に供給される電力の電圧も一時的に低下し、予期せぬ動作のリセットが発生するおそれがある。

そこで、本実施形態では、ＥＣＵ８０がスイッチ５０，６０，７０の状態を車両の走行状態に応じて適切に制御することで、車両の走行中に定電圧要求電気負荷４３の動作がリセットされる不具合を抑制する。

スイッチ５０，６０，７０の状態について、ＭＯＳスイッチ５０のみがオフ、他の二つのスイッチがオンとされている状態をＭＯＳオフ状態と呼ぶ。また、ＰＢスイッチ６０のみがオフ、他の二つのスイッチがオンとされている状態をＰＢオフ状態と呼ぶ。また、ＳＭＲスイッチ７０のみがオフ、他の二つのスイッチがオンとされている状態をＳＭＲオフ状態と呼ぶ。また、ＭＯＳスイッチ５０、ＰＢスイッチ６０、ＳＭＲスイッチ７０の全てのスイッチがオンとされている状態を全オン状態と呼ぶ。

本実施形態におけるスイッチ制御処理を図２に示す。このスイッチ制御処理は、ＥＣＵ８０において、所定周期毎に実施される。

ステップＳ０１において、スタータ４１による始動が実施中か否かを判定する。スタータ４１による始動が実施中であると判定される場合（Ｓ０１：ＹＥＳ）、ステップＳ０２において、スイッチ５０，６０，７０の状態をＳＭＲオフ状態に制御する。

スタータ４１による始動が実施中でないと判定される場合（Ｓ０１：ＮＯ）、ステップＳ０３において、回転機１０による始動が実施中であるか否かを判定する。回転機１０による始動が実施中であると判定される場合（Ｓ０３：ＹＥＳ）、ステップＳ０４において、スイッチ５０，６０，７０の状態をＭＯＳオフ状態に制御する。

回転機１０による始動が実施中でないと判定される場合（Ｓ０３：ＮＯ）、ステップＳ０５において、鉛蓄電池２０及びリチウムイオン蓄電池３０のそれぞれのＳＯＣが算出されているか否かを判定する。鉛蓄電池２０又はリチウムイオン蓄電池３０のＳＯＣが算出されていない場合（Ｓ０５：ＮＯ）、ステップＳ０６において、スイッチ５０，６０，７０の状態をＳＭＲオフ状態に制御する。

次に、ステップＳ０７において、鉛蓄電池２０及びリチウムイオン蓄電池３０のうちＳＯＣが算出されていない蓄電池について、そのＳＯＣの算出を開始するためにそのＳＯＣの初期値を取得する処理を行った後、処理を終了する。ここで、リチウムイオン蓄電池３０においては、その開放端電圧を検出し、その開放端電圧の検出値に基づいてＳＯＣを算出することで、そのＳＯＣの初期値を取得することができる。また、鉛蓄電池２０においては、回転機１０から所定電圧の電力を充電し、鉛蓄電池２０に流れる電流が所定値まで減少した時点で、ＳＯＣが所定値（例えば９０％）に達したと判定する。これにより、鉛蓄電池２０のＳＯＣの初期値を取得することができる。

鉛蓄電池２０及びリチウムイオン蓄電池３０のＳＯＣが算出されている場合（Ｓ０５：ＹＥＳ）、ステップＳ０８において、回転機１０による出力補助又は駆動負荷の駆動が実施されているか否かを判定する。回転機１０による出力補助又は駆動負荷の駆動が実施されている場合（Ｓ０８：ＹＥＳ）、ステップＳ０９において、スイッチ５０，６０，７０の状態をＭＯＳオフ状態に制御する。電気負荷４２に含まれる駆動負荷が駆動する際に、スイッチ５０，６０，７０の状態をＭＯＳオフ状態に設定することで、駆動負荷の駆動に伴う電圧変動によって生じる、ＭＯＳスイッチ５０よりリチウムイオン蓄電池３０側の給電線１５の電圧変動を抑制することができる。

回転機１０による出力補助及び駆動負荷の駆動が実施されていない場合（Ｓ０８：ＮＯ）、ステップＳ１０において、回転機１０における回生発電が実施されているか否かを判定する。回生発電が実施されていると判定される場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、ステップＳ１１において、スイッチ５０，６０，７０の状態を全オン状態に制御して、鉛蓄電池２０及びリチウムイオン蓄電池３０に対する充電を実施する。

回転機１０における回生発電が実施されていないと判定される場合（Ｓ１０：ＮＯ）、エンジンがアイドリングストップ中、又は、通常走行中であるため、ステップＳ１２において、スイッチ５０，６０，７０の状態をＰＢオフ状態に制御する。

図３にスイッチ制御の経過を表すタイミングチャートを示す。

時刻Ｔ０において、始動指令に伴い初回始動が行われる。ここで、初回始動においては、スタータ４１からクランク軸に対してトルクが付与される。また、ＥＣＵ８０，９０に対する電力供給が開始されて、ＥＣＵ８０，９０は各種処理を開始する。ＥＣＵ８０は、スイッチ５０，６０，７０の状態をＳＭＲオフ状態に制御する。スタータ４１による始動の実施中において、スイッチ５０，６０，７０の状態がＳＭＲオフ状態とされることで、スタータ４１及び各電気負荷への電力供給は鉛蓄電池２０から行われ、リチウムイオン蓄電池３０の放電は禁止される。初回始動時においてリチウムイオン蓄電池３０のＳＯＣは不明である。そこで、ＳＯＣが不明なままリチウムイオン蓄電池３０から放電を行うことを禁止することで、リチウムイオン蓄電池３０の過放電を抑制できる。

エンジンの初回始動後、車両は通常走行を行う。初回始動直後において、鉛蓄電池２０及びリチウムイオン蓄電池３０のＳＯＣの初期値は取得されていない。このため、ＥＣＵ８０は、スイッチ５０，６０，７０の状態をＳＭＲオフ状態で継続する。

ＳＭＲスイッチ７０がオフ状態とされているため、リチウムイオン蓄電池３０の出力電圧は開放端電圧と等しい。このため、ＥＣＵ８０は、リチウムイオン蓄電池３０の出力電圧を開放端電圧として取得し、その取得した開放端電圧に基づき、開放端電圧−ＳＯＣマップを用いて、リチウムイオン蓄電池３０のＳＯＣの初期値を取得する。

また、ＰＢスイッチ６０がオン状態とされているため、回転機１０と鉛蓄電池２０とは電気的に接続されている。そこで、回転機１０はクランク軸によって駆動されることで発電を行い、その発電された電力によって鉛蓄電池２０に対して所定の電圧を印加して充電を行い、鉛蓄電池２０のＳＯＣの初期値を取得する。

時刻Ｔ１において、鉛蓄電池２０及びリチウムイオン蓄電池３０のＳＯＣの初期値が取得されるため、ＥＣＵ８０は、スイッチ５０，６０，７０の状態をＰＢオフ状態に制御する。鉛蓄電池２０及びリチウムイオン蓄電池３０のＳＯＣの初期値を取得した後の通常走行時である時刻Ｔ１〜Ｔ２において、ＰＢスイッチ６０がオフ状態にされることで、鉛蓄電池２０から電気負荷４２，４３への電力供給は禁止される。また、ＭＯＳスイッチ５０及びＳＭＲスイッチ７０がオン状態にされることで、リチウムイオン蓄電池３０から電気負荷４２，４３へ電力供給が行われる。

時刻Ｔ２において、ドライバによってブレーキペダルが踏まれることで、車速が減速し回生発電の実施条件が成立することで、回生発電が開始される。回生発電の開始に伴い、ＥＣＵ８０は、スイッチ５０，６０，７０の状態を全オン状態に制御する。ＰＢスイッチ６０がオン状態とされることで、回転機１０と鉛蓄電池２０とが接続される。また、ＭＯＳスイッチ５０及びＳＭＲスイッチ７０がオン状態にされることで、回転機１０とリチウムイオン蓄電池３０とが接続される。このため、回生発電が行われている時刻Ｔ２〜Ｔ３において、回転機１０において発電された電力が鉛蓄電池２０及びリチウムイオン蓄電池３０に対して充電される。

時刻Ｔ３において、車速が所定速度（例えば、１０ｋｍ／ｈ）より低下して自動停止条件が成立し、アイドリングストップが実施される。アイドリングストップの実施に伴い、ＥＣＵ８０は、スイッチ５０，６０，７０の状態をＰＢオフ状態に制御する。アイドリングストップの実施中である時刻Ｔ３〜Ｔ４において、スイッチ５０，６０，７０の状態がＰＢオフ状態とされることで、リチウムイオン蓄電池３０が電気負荷４２，４３に対する電力供給を単独で行う。

時刻Ｔ４において、ドライバによりアクセルペダルが踏まれることで、再始動条件が成立し、ＥＣＵ９０は、回転機１０を駆動してクランク軸へトルクを付与することでエンジンを自動で再始動させる。アイドリングストップ再始動において、ＥＣＵ８０は、スイッチ５０，６０，７０の状態をＭＯＳオフ状態に制御する。このため、アイドリングストップ再始動中である時刻Ｔ４〜Ｔ５において、回転機１０及び電気負荷４２への電力供給は鉛蓄電池２０から、定電圧要求電気負荷４３への電力供給はリチウムイオン蓄電池３０から、それぞれ独立して行われる。

時刻Ｔ５において、エンジンが完爆状態となり、クランク軸の回転速度が所定値以上となる。ＥＣＵ９０は、回転機１０からクランク軸へのトルクの付与を継続させることで、回転機１０による発進アシストを実施する。ここで、ＥＣＵ８０は、スイッチ５０，６０，７０の状態をＭＯＳオフ状態のままで継続する。このため、回転機１０による発進アシストの実施中である時刻Ｔ５〜Ｔ６において、回転機１０及び電気負荷４２への電力供給は鉛蓄電池２０から、定電圧要求電気負荷４３への電力供給はリチウムイオン蓄電池３０から、それぞれ独立して行われる。

始動中に比べて、発進アシスト中においてクランク軸に外部から付与する必要のあるトルクは小さい。このため、発進アシスト中である時刻Ｔ５〜Ｔ６において回転機１０からクランク軸へ付与されるトルクは、アイドリングストップ再始動中である時刻Ｔ４〜Ｔ５において回転機１０からクランク軸へ付与されるトルクに比べて小さくなる。

時刻Ｔ６において、車速が所定速度（例えば、３０ｋｍ／ｈ）を超え、ＥＣＵ９０は、回転機１０による発進アシストを停止させる。ＥＣＵ８０は、発進アシストの停止に伴い、スイッチ５０，６０，７０の状態をＰＢオフ状態に制御する。

時刻Ｔ７において、ドライバによりアクセルペダルが強く踏まれることで中間アシストの実施条件が満たされ、ＥＣＵ９０は回転機１０を駆動させてクランク軸へトルクを付与し中間アシストを実施する。ＥＣＵ８０は、中間アシストの実施に伴い、スイッチ５０，６０，７０の状態をＭＯＳオフ状態に制御する。このため、回転機１０による中間アシストの実施中である時刻Ｔ７〜Ｔ８において、回転機１０及び電気負荷４２への電力供給は鉛蓄電池２０から、定電圧要求電気負荷４３への電力供給はリチウムイオン蓄電池３０から、それぞれ独立して行われる。

中間アシストにおいて回転機１０からクランク軸へ付与されるトルクは、アクセルペダルの踏み込み量などに応じて変動する。また、発進アシストと同じく、始動中に比べて、中間アシスト中においてクランク軸に外部から付与する必要のあるトルクは小さい。このため、中間アシスト中である時刻Ｔ７〜Ｔ８において回転機１０からクランク軸へ付与されるトルクは、アイドリングストップ再始動中である時刻Ｔ４〜Ｔ５において回転機１０からクランク軸へ付与されるトルクに比べて小さくなる。

時刻Ｔ８において、ドライバによるアクセルペダルの踏み込みが弱くなることで中間アシストの実施条件が非成立となり、ＥＣＵ９０は回転機１０による中間アシストを停止させる。ＥＣＵ８０は、中間アシストの停止に伴い、スイッチ５０，６０，７０の状態をＰＢオフ状態に制御する。

時刻Ｔ９において、減速回生の実施条件が成立し、ＥＣＵ９０は回転機１０を制御して回生発電を実施する。ＥＣＵ８０は、回生発電の実施に伴い、スイッチ５０，６０，７０を全オン状態に制御する。そして、時刻Ｔ１０において、アイドリングストップ条件が成立し、ＥＣＵ９０は、アイドリングストップを実施する。アイドリングストップの実施に伴い、ＥＣＵ８０は、スイッチ５０，６０，７０の状態をＰＢオフ状態に制御する。

以下、本実施形態の奏する効果を以下に述べる。

鉛蓄電池２０及びリチウムイオン蓄電池３０が回転機１０に対して並列接続されているため、回転機１０において発電された電力を鉛蓄電池２０及びリチウムイオン蓄電池３０に充電することができる。また、ＭＯＳスイッチ５０とＰＢスイッチ６０とを備え、これらを個別にオン／オフすることにより、回転機１０を好適に駆動することができることに加え、ＭＯＳスイッチ５０を挟んで両側に設けられるスタータ４１、電気負荷４２及び電気負荷４３を好適に駆動することができる。

つまり、ＭＯＳスイッチ５０をオフ（遮断状態）、ＰＢスイッチ６０をオン（導通状態）にした場合には、回転機１０及びスタータ４１及び電気負荷４２に対して鉛蓄電池２０から必要に応じて電力供給が行われるとともに、電気負荷４３に対してリチウムイオン蓄電池３０から必要に応じて電力供給が行われる。かかる場合、回転機１０がクランク軸に付与するトルクに応じて鉛蓄電池２０の出力電圧が変動しても、電気負荷４３の動作が不安定になることを抑制できる。したがって、電気負荷４３の安定動作を実現できる。また、スタータ４１又は電気負荷４２が駆動される場合にも同様に、電気負荷４３の安定動作を実現できる。車両には定常的に安定動作が要求される電気負荷４２（定電圧要求負荷）が搭載されており、こうした電気負荷の駆動に好適な構成を実現できる。

また、ＭＯＳスイッチ５０をオン（導通状態）、ＰＢスイッチ６０をオフ（遮断状態）にした場合には、鉛蓄電池２０の電力を消費することなく、リチウムイオン蓄電池３０からの供給電力によりスタータ４１及び電気負荷４２を駆動させることが可能となる。この場合、始動時や出力補助時に回転機１０の駆動電力が必要になることを見越して鉛蓄電池２０の充電量を確保でき、ユーザの意に則した車両の運転及び走行を実現できる。

駆動条件が成立し駆動負荷が駆動されると、蓄電池に電流が流れ、その蓄電池の出力電圧が低下する。駆動負荷は、例えば、スタータ４１や、一般電気負荷４２としてのパワーステアリングや、パワーウィンドウなどである。例えば、スタータ４１はドライバによるキースイッチの操作により駆動され、パワーステアリングはドライバによるステアリング操作により駆動され、パワーウィンドウはユーザによるスイッチ操作により駆動される。これらのドライバやユーザによる操作は事前に予測することが困難である。駆動負荷が第１接続点に接続されることで、これらの駆動負荷に対する電力供給は鉛蓄電池２０が行う。これにより、定電圧要求負荷に供給される電力の電圧変動を抑制することができる。

アイドリングストップ再始動制御機能を備える車両では、車両走行時において道路状況やユーザの都合などに応じて、不定期にエンジンの自動停止及び再始動が行われると考えられる。この点、上記構成によれば、アイドリングストップ再始動に伴う回転機１０の駆動が不意に必要になったとしても、鉛蓄電池２０の電力を確保できているため、回転機１０を適正に駆動させることができる。

リチウムイオン蓄電池３０において、過充電が生じると、膨張するおそれがある。また、過放電が生じると、劣化が著しく進行する。このため、リチウムイオン蓄電池３０はそのＳＯＣに基づいて適切に充放電管理を行う必要がある。本実施形態においては、リチウムイオン蓄電池３０のＳＯＣの初期値が取得され、リチウムイオン蓄電池３０の充電状態が算出されるまでの間において、ＳＭＲスイッチ７０をオフ状態にすることで、リチウムイオン蓄電池３０に対する充放電を禁止する。また、ＭＯＳスイッチ５０及びＰＢスイッチ６０をオン状態にすることで、電気負荷４２，４３に対して鉛蓄電池２０から電力を供給する。これにより、電気負荷４２，４３の駆動を実施しつつ、リチウムイオン蓄電池３０において、過充電及び過放電が生じることを抑制することができる。

（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。

・上記構成では、出力補助時において回転機１０への電力供給を鉛蓄電池２０単独で行うことになる。この出力補助時における電力消費に伴い、鉛蓄電池２０に充電されている電力がアイドリングストップ再始動に必要な電力を下回るおそれがある。そこで、回転機１０による出力補助を実施する際に、回転機１０の付与するトルクが所定値より低いことを条件として、ＥＣＵ８０がスイッチ５０，６０，７０の状態を全オン状態に制御する構成としてもよい。

このように制御することで、鉛蓄電池２０のＳＯＣを高く保つことができ、アイドリングストップ再始動時における回転機１０への電力供給を鉛蓄電池２０単独で行うことができる。なお、回転機１０による出力補助を実施する際に、回転機１０の付与するトルクが所定値より低く、且つ、鉛蓄電池２０のＳＯＣが所定値より低いことを条件として、ＥＣＵ８０がスイッチ５０，６０，７０の状態を全オン状態に制御する構成としてもよい。

・ＳＭＲスイッチ７０を省略する構成としてもよい。この構成においても、ＥＣＵ８０が、回転機１０の駆動時に、ＭＯＳスイッチ５０をオフ状態、ＰＢスイッチ６０をオン状態とすることで、定電圧要求電気負荷４３の動作の不安定化を抑制することができる。また、通常走行時において、ＭＯＳスイッチ５０をオン状態、ＰＢスイッチ６０をオフ状態とすることで、鉛蓄電池２０の充電量を確保できる。

・スタータ４１を省略する構成としてもよい。この構成においては、回転機１０がクランク軸に初期回転を付与することで、初回始動を行う。

・ＭＯＳスイッチ５０よりリチウムイオン蓄電池３０側の給電線１５には、定電圧要求電気負荷４３の他に、一般電気負荷が接続されていてもよい。ＭＯＳスイッチ５０よりリチウムイオン蓄電池３０側は、鉛蓄電池２０側に比べて電圧変動が抑制される。このため、例えば、リチウムイオン蓄電池３０側に一般電気負荷としてヘッドライトが接続されている場合、ヘッドライトの明るさが変動することを抑制できる。

・上記実施形態では、第１蓄電池として鉛蓄電池２０、第２蓄電池としてリチウムイオン蓄電池３０を備える構成としたが、それぞれ他の電池を用いてもよい。例えば、第１蓄電池及び第２蓄電池として、それぞれニッケル水素蓄電池やニッケルカドミウム蓄電池を用いてもよい。また、第１蓄電池と第２蓄電池として同じ種類の蓄電池を用いてもよい。

１０…回転機、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）、４１…スタータ（第１電気負荷）、４２…電気負荷（第１電気負荷）、４３…電気負荷（第２電気負荷）、５０…ＭＯＳスイッチ（接続スイッチ）、６０…ＰＢスイッチ（第１蓄電池スイッチ）。

Claims (4)

1. 車両の内燃機関の出力軸に接続され、前記出力軸からトルクが付与されることで発電を行う発電機能と、前記出力軸にトルクを付与することで前記内燃機関を始動する始動機能と、前記内燃機関の始動後において前記出力軸にトルクを付与することで前記内燃機関の出力を補助する出力補助機能と、を有する回転機（１０）と、
   前記回転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蓄電池及び前記回転機と前記第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、
   前記接続線において、前記第１蓄電池と前記接続スイッチとの間であって前記回転機が接続される第１接続点（Ｘ）と、前記第１蓄電池との間に設けられ、それら第１接続点と第１蓄電池との導通及び遮断を切り替える第１蓄電池スイッチ（６０）と、
   を備え、
   前記第１接続点には第１電気負荷（４１，４２）が接続され、前記接続線において前記第２蓄電池と前記接続スイッチとの間の第２接続点（Ｙ）には第２電気負荷（４３）が接続されていることを特徴とする車載電源システム。
2. 前記第２電気負荷は、所定の定電圧が供給されることにより定常的に駆動される定電圧要求負荷であり、
   前記第１電気負荷には、所定の駆動条件に応じて駆動され、その駆動期間が前記第２電気負荷の駆動期間に比べて短い期間となっている駆動負荷が含まれていることを特徴とする請求項１に記載の車載電源システム。
3. 前記車両は、所定の自動停止条件が成立した場合に前記内燃機関を自動停止させるとともに、前記自動停止条件の成立後、所定の再始動条件が成立した場合に前記回転機から前記出力軸にトルクを付与することで前記内燃機関を再始動させる自動停止再始動手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の車載電源システム。
4. 前記第１蓄電池は、鉛蓄電池であり、
   前記第２蓄電池は、リチウムイオン蓄電池であり、
   前記接続線において前記第２接続点と前記第２蓄電池との間に設けられ、前記第２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第２蓄電池スイッチ（７０）を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項に記載の車載電源システム。

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