JP2016067142A - 電源システムおよび自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストでエネルギ密度等に優れ燃費向上可能な電源システムを提供する。【解決手段】電源システムは、オルタネータから供給される回生電力を受け入れ可能な複合蓄電デバイス（Ｐｂ電池、ＮｉＺｎ電池）と、蓄電デバイスの充放電電流を切り替えるセレクタと、ＮｉＺｎ電池のＳＯＣを推定し推定したＮｉＺｎ電池のＳＯＣに基づいてセレクタを制御する制御部とを備えている。オルタネータは、ＮｉＺｎ電池を充電するための第１の電圧とＰｂ電池を充電するための第２の電圧とで出力電圧が可変であり、制御部は、回生電力を受け入れる際、ＮｉＺｎ電池を使用上限ＳＯＣまで充電した後（Ｓ１０２〜１１２）Ｐｂ電池を充電し（Ｓ１２２）、放電負荷に放電する際、ＮｉＺｎ電池を第２のＳＯＣまで放電した後（Ｓ２０２〜２０８）Ｐｂ電池から放電するようにセレクタを制御する（Ｓ２１０）。【選択図】図４

Description

本発明は電源システムおよび自動車に係り、特に、車両に搭載され、オルタネータから供給される回生電力を受入可能かつ放電負荷に放電可能な蓄電デバイスを備えた電源システムおよび該電源システムを備えた自動車に関する。

従来、自動車等の移動体（車両）では、普通ガソリン車に見られるように、制動時を除く走行中にオルタネータから供給される電力を鉛蓄電池等の蓄電デバイスに充電し、蓄電デバイスをほぼ満充電状態に保っていた。近年、二酸化炭素排出抑制の観点から、このようなガソリン車において、アイドリングストップ・システム（ＩＳＳ）機能を有する車両（ＩＳＳ車）も徐々に増加している。

ＩＳＳ車では、車両停止時にエンジンを停止し（従って、オルタネータから蓄電デバイスへの充電も停止し）、その間のランプや電装機器等の補機への電力供給はすべて蓄電デバイスで賄い、さらに、アイドリングストップ後のスタート時には蓄電デバイスに蓄電された電力でスタータ（セルモータ）を駆動させてエンジンを始動する。従って、ＩＳＳ車では、車両停止時にエンジンを停止するため、普通ガソリン車と比べて燃費も向上する。

近時、ガソリンの小売価格の上昇も手伝って燃費改善のニーズはとりわけ高く、燃費効率の高い車両が大幅に販売台数を伸ばしている。このような実情に則して、自動車（製造）会社では、オルタネータから供給される回生電力で蓄電デバイスを充電するオルタネータ回生車両の開発が進められている。このようなオルタネータ回生車両の中には、上述したＩＳＳ機能を有する車両も含まれ、そのような車両はμＨＥＶまたはマイクロハイブリッドと呼ばれることもある。

オルタネータ回生車両では、普通ガソリン車で熱消費されていた、オルタネータから供給される回生電力で蓄電デバイスを充電し、制動時等を除く走行中は原則的にオルタネータの動作を停止して（蓄電デバイスへの充電を停止して）オルタネータを作動させるためのエンジンによるガソリン消費を低減させ燃費を改善する。オルタネータ停止中の放電負荷への電力供給はすべて蓄電デバイスで賄われる。なお、μＨＥＶでは、蓄電デバイスの充電状態（ＳＯＣ）が予め定めた設定値以下となったときは、蓄電デバイスの過放電等を防止するために、走行中または走行前にオルタネータを作動させて蓄電デバイスを充電する。

このようなオルタネータ回生車両に搭載される電源システムでは、オルタネータから供給される回生電力を受け入れるために、蓄電デバイス自体や制御技術を始めとする種々の研究・開発がなされている。例えば、非特許文献１には、鉛蓄電池において、充放電特性の改善や長寿命化を図る技術が開示されている。また、特許文献１には、水系の鉛蓄電池（Ｐｂ電池）と非水系のリチウムイオン電池とで構成される複合蓄電デバイスを備えた電源システムが開示されている。さらに、本願出願時において、ともに水系のＰｂ電池とニッケル水素蓄電池（ＮｉＭＨ電池）とで構成される複合蓄電デバイスを備えた電源システムが車載されている。

特開２００３−１３４６８９号公報

近藤 隆文ほか、オルタネータ回生車両用バッテリの開発、新神戸テクニカルレポートＮｏ．１８（２００８−２）

ところで、特許文献１の技術では、Ｐｂ電池単独では充電可能な電流（１２０Ａ程度）が小さく（充電受け入れ性が低く）制動時の回生電力をすべて回収することが困難なことから、Ｐｂ電池と充電受け入れ性に優れるリチウムイオン電池を組み合わせた複合蓄電デバイスが用いられている。しかしながら、複合蓄電デバイスを構成するリチウムイオン電池はコスト面や、非水電解液を用いることから安全面での課題がある。これに対し、Ｐｂ電池とＮｉＭＮ電池を組み合わせた複合蓄電デバイスはこの点で優れるが、ＮｉＭＮ電池はエネルギ密度が低く自己放電が大きいという別の課題がある。

一方、従来、充電受け入れ性に優れエネルギ密度が高く自己放電の小さい電池としてニッケル亜鉛蓄電池（ＮｉＺｎ電池）が知られている。また、ＮｉＺｎ電池はＮｉＭＮ電池と同様にリチウムイオン電池よりコスト面で優位にあり、水系電解液が用いられるため安全面でも優れている。ＮｉＺｎ電池はデンドライトによりサイクル寿命の点で遜色するという理由で蓄電池としての普及が遅れていたが、近時、デンドライトを抑え高サイクル寿命のＮｉＺｎ電池の研究・開発が急速に進められている。このため、Ｐｂ電池とＮｉＺｎ電池との複合蓄電デバイスを備えた電源システムを提供できれば、燃費向上の他に上述した種々の課題も解決することができる。

本発明は上記事案に鑑み、低コストでエネルギ密度や安全性に優れ燃費向上が可能な電源システムおよび該電源システムを備えた自動車を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、車両に搭載され、オルタネータから供給される回生電力を受入可能かつ放電負荷に放電可能な蓄電デバイスを備えた電源システムにおいて、鉛蓄電池（Ｐｂ電池）と、ニッケル亜鉛蓄電池（ＮｉＺｎ電池）と、前記Ｐｂ電池および前記ＮｉＺｎ電池の充放電電流を切り替えるスイッチ手段と、前記ＮｉＺｎ電池の充電状態（ＳＯＣ）を推定するＳＯＣ推定手段と、前記ＳＯＣ推定手段で推定された前記ＮｉＺｎ電池のＳＯＣに基づいて前記スイッチ手段による電流切り替え動作を制御する制御手段と、を備え、前記オルタネータは、前記ＮｉＺｎ電池を充電するための第１の電圧と前記Ｐｂ電池を充電するための第２の電圧とで出力電圧が可変であり、前記制御手段は、前記回生電力を受け入れる際、（ａ）前記ＮｉＺｎ電池を使用上限ＳＯＣまで充電した後前記Ｐｂ電池を充電するか、（ｂ）前記ＮｉＺｎ電池を予め定められた第１のＳＯＣまで充電した後前記ＮｉＺｎ電池および前記Ｐｂ電池をともに充電し前記ＮｉＺｎ電池を使用上限ＳＯＣまで充電した後前記Ｐｂ電池を充電するか、または、（ｃ）前記ＮｉＺｎ電池および前記Ｐｂ電池をともに充電し前記ＮｉＺｎ電池を使用上限ＳＯＣまで充電した後前記Ｐｂ電池を充電するように前記スイッチ手段を制御し、前記放電負荷に放電する際、前記ＮｉＺｎ電池を予め定められた第２のＳＯＣまで放電した後、前記Ｐｂ電池から放電するように前記スイッチ手段を制御する、ことを特徴とする。

第１の態様において、オルタネータを制御する車両側制御部と通信する通信手段を備え、車両側制御部は、回生電力の出力当初に第１の電圧の回生電力を出力するようにオルタネータを制御し、制御手段は、ＮｉＺｎ電池を使用上限ＳＯＣまで充電したときに、オルタネータの出力電圧を第１の電圧から第２の電圧に変更することを表し通信手段を介して車両側制御部から報知される電圧変更情報に従ってＰｂ電池を第２の電圧の回生電力で充電するようにスイッチ手段を制御するようにしてもよい。このとき、車両側制御部は、制御手段から通信手段を介して所定時間ごとにＮｉＺｎ電池のＳＯＣの報知を受けてＮｉＺｎ電池が使用上限ＳＯＣに到達すると判断したとき、または、制御手段から通信手段を介してオルタネータから第２の電圧の回生電力を出力するように要求されたときに、第２の電圧の回生電力を出力するようにオルタネータを制御し制御手段に電圧変更情報を報知するようにしてもよい。

また、蓄電デバイスの劣化を抑えるために、ＮｉＺｎ電池は複数の単電池を直列に接続することで構成されており、制御手段は、放電負荷に放電する際、ＮｉＺｎ電池を構成する複数の単電池のいずれかが第２のＳＯＣとなるまで放電した後、Ｐｂ電池から放電するように前記スイッチ手段を制御し、第２のＳＯＣが１０％以上に設定されていてもよい。さらに、Ｐｂ電池はエンジン始動用の蓄電池であり、ＳＯＣ推定手段はＰｂ電池の充電状態（ＳＯＣ）も推定し、制御手段は、Ｐｂ電池を予め定められた第３のＳＯＣまで放電したときに、Ｐｂ電池を充電するようにスイッチ手段を制御し、第３のＳＯＣが７０％以上に設定されていてもよい。

さらに、車両側からオルタネータによる回生電力の供給が開始することを表す回生開始情報およびオルタネータによる回生電力の供給が終了することを表す回生終了情報を取得する取得手段を備え、制御手段は、取得手段が回生開始情報を取得したときに、回生電力によるＮｉＺｎ電池ないしＰｂ電池への充電を開始するようにスイッチ手段を制御し、取得手段が回生終了情報を取得したときに、回生電力によるＮｉＺｎ電池ないしＰｂ電池への充電を打ち切るとともにＮｉＺｎ電池から放電負荷に放電するようにスイッチ手段を制御するようにしてもよい。そして、ＮｉＺｎ電池は、単電池が７直列または８直列に接続された組電池であってもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の第２の態様は、第１の態様の電源システムを備えた自動車である。

本発明によれば、Ｐｂ電池とＮｉＺｎ電池とで蓄電デバイスを構成したので、低コストでエネルギ密度や安全性に優れ、制御手段は、回生電力を受け入れる際、出力電圧が可変のオルタネータを用いてＮｉＺｎ電池を使用上限ＳＯＣまで充電した後Ｐｂ電池を充電し、放電負荷に放電する際、ＮｉＺｎ電池が第２のＳＯＣとなるまで放電した後、Ｐｂ電池から放電するようにスイッチ手段を制御するので、充放電休止時を待つことなくＮｉＺｎ電池に蓄えられた電力を放電負荷に放電可能なため、蓄電デバイス全体の利用効率を高め車両の燃費改善率を向上させることができる、という効果を得ることができる。

本発明が適用可能な第１実施形態の電源システムのブロック回路図である。 オルタネータ回生車両における第１実施形態の電源システムの搭載位置を模式的に示す説明図である。 セレクタの接続状態を模式的に示す説明図であり、（Ａ）は状態「０」、（Ｂ）は状態「１」、（Ｃ）は状態「２」、（Ｄ）は状態「３」を示す。 第１実施形態の電源システムの制御部のマイクロコントローラのＣＰＵが実行する充放電制御ルーチンのフローチャートである。 図４のステップ２１６の詳細を示すメイン電池充電処理サブルーチンのフローチャートである。 第１実施形態の電源システムを構成する蓄電デバイスの充電状態を模式的に示す説明図であり、（Ａ）はサブ電池の充電状態、（Ｂ）はメイン電池の充電状態を示す。 第２実施形態の電源システムの制御部のマイクロコントローラのＣＰＵが実行する充放電制御ルーチンのフローチャートである。 第３実施形態の電源システムの制御部のマイクロコントローラのＣＰＵが実行する充放電制御ルーチンのフローチャートである。

［第１実施形態］
以下、図面を参照して、本発明を、オルタネータ回生車両に搭載可能な電源システムに適用した第１の実施の形態について説明する。

（車両側の構成）
まず、本実施形態の電源システムに言及する前に、電源システムに関連するオルタネータ回生車両（μＨＥＶ）の主要構成について簡単に説明する。なお、μＨＥＶとは、ＩＳＳ機能を有し、オルタネータから供給される回生電力を受け入れ可能かつ放電負荷に放電可能な蓄電デバイスを備えたガソリン車またはディーゼル車をいう。

＜車両制御部１６＞
図１に示すように、オルタネータ回生車両２０は、オルタネータ回生車両２０全体の動作を制御する車両制御部（ＥＣＵ）１６を備えている。車両制御部１６は、図示しないイグニッションスイッチ（以下、ＩＧＮと略称する。）が、ＯＦＦ位置、ＯＮ／ＡＣＣ位置、ＳＴＡＲＴ位置のいずれに位置しているかを把握するとともに、アクセル、ブレーキ、エンジン等の作動状態、速度、加速度その他の車両状態を把握し、把握した状態に応じた走行制御を行う。また、車両制御部１６は、電源システムの制御部と通信線１８を介して通信し、電源システムを構成する蓄電デバイスの状態情報の報知を受けるとともに、電源システムの制御部に車両の状態情報（ＩＧＮの位置情報、オルタネータの作動情報）を報知する。なお、オルタネータの作動情報には、後述するように、回生開始情報、回生終了情報、電圧変更情報およびオルタネータ始動情報が含まれる。

＜オルタネータ１２＞
また、オルタネータ回生車両２０は、制動時やアクセルオフ時に図示を省略したエンジンの回転力を（回生）電力に変換する可変オルタネータ１２を備えている。オルタネータ１２は、ＮｉＺｎ電池（後述するサブ電池２）を充電するための第１の電圧（例えば、１３．３Ｖ）とＰｂ電池（後述するメイン電池１）を充電するための第２の電圧（例えば、１４Ｖ）とで出力電圧が可変であり、回生電力の出力当初は第１の電圧の回生電力を出力する。オルタネータ１２は車両制御部１６で制御され、車両制御部１６からの出力電圧変更指令に応じて回生電力の出力電圧を第１の電圧から第２の電圧に変更するとともに、車両制御部１６からの作動指令に応じて、Ｐｂ電池が予め定められたＳＯＣ（後述する第３のＳＯＣ）となったときに第２の電圧の回生電力を出力する。

オルタネータ１２は、ステータおよびロータで構成される発電部と、発電部で発電された交流電力を直流電力に変換する整流部と、整流部で変換された直流電力の電圧を第１または第２の電圧とするためのボルテージレギュレータと、車両制御部１６からの出力電圧変更指令や作動指令に応じてボルテージレギュレータを制御するための制御部とを有して構成されている。なお、オルタネータ１２の一端はグランド（車両のシャーシと同電位。以下、ＧＮＤと略称する。）に接続されており、他端は後述する放電負荷１４の一端およびセレクタ５の一側端に接続されている。

＜放電負荷１４＞
さらに、オルタネータ回生車両２０は、図示を省略したスタータ（セルモータ）および補機で構成される放電負荷１４を有している。補機には、例えば、ランプ（ライト）、エンジンポンプ（スパークプラグ）、エアコン、ファン、ラジオ、テレビ、ＣＤプレーヤー、カーナビゲーション等を挙げることができる。放電負荷１４の他端はＧＮＤに接続されている。上記補機は、作動するための最低電圧（例えば８Ｖ）をメイン電池またはサブ電池から供給されればよい。

なお、オルタネータ回生車両２０のエンジン始動時には、ＩＧＮがＳＴＡＲＴ位置に位置付けられると、蓄電デバイス（後述するメイン電池１）からスタータへ電力が供給されスタータが回転し、エンジンの回転軸には図示しないクラッチ機構を介してスタータの回転駆動力が伝達されエンジンが始動する。

（電源システムの構成）
次に、本実施形態の電源システム１０について説明する。電源システム１０は、例えば、図２に示すように、オルタネータ回生車両２０のエンジンルームに搭載されるが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１に示すように、本実施形態の電源システム１０は、オルタネータ１２から供給される回生電力を受け入れ可能かつ放電負荷１４に放電可能な蓄電デバイスを備えている。蓄電デバイスは、メイン電池１（Ｐｂ電池）と、サブ電池２（ＮｉＺｎ電池）との複合蓄電デバイスとして構成されており、１４Ｖ系電源システムを構成している。なお、本実施形態で「メイン電池」とはエンジンを始動させるための電池をいい、「サブ電池」とはそれ以外の電池をいう。

＜メイン電池１＞
メイン電池１の電槽には、内部を仕切る隔壁によって６個のセル室を画定するモノブロック電槽が用いられている。モノブロック電槽の中央部の隔壁には上部側から略中央部までセンサ挿入孔が形成されている。センサ挿入孔にはメイン電池１の中央部の温度を検出するサーミスタ等の温度センサが挿入されており、温度センサは接着剤でセンサ挿入孔内に固定されている。

メイン電池１の各セル室には、複数の正極板と負極板とをセパレータを介して積層した極板群が１組ずつ収容されており、水系電解液である希硫酸が注液されている。メイン電池１の正極活物質には二酸化鉛、負極活物質には海綿状鉛を用いることができる。また、回生電力を受け入れやすい構造とするために、非特許文献１にも開示されているように、負極活物質合剤には、上述した負極活物質の他にリグニンおよびカーボン等を含む負極添加剤が混入されている。各セル室はモノブロック電槽の開口を一体に覆う蓋で密閉化されており、各セル室間は導電性の接続部材により直列に接続されている。メイン電池１の上部対角位置には、外部出力端子となる正極端子および負極端子が立設されている。各セルの公称電圧は例えば２Ｖであり、メイン電池１の公称電圧は例えば１２Ｖである。なお、メイン電池１の負極端子はＧＮＤに接続されている。

＜サブ電池２＞
一方、サブ電池２は、ニッケル亜鉛単電池（例えば、公称電圧１．６５Ｖ、満充電電圧１．９Ｖ）を７個直列に接続した組電池で、最上位電位側に正極端子、最下位電位側に負極端子を有して構成されており、負極端子はＧＮＤに接続されている。また、これに代えて、単電池を８個直列に接続した組電池で構成するようにしてもよい。サブ電池２の満充電電圧がメイン電池１の満充電電圧に対して±１０％程度の範囲内であれば、セレクタ５によるサブ電池２・メイン電池１間の切り替えがあっても、例えば、ラジオの音量変化やライトの明るさ変化による違和感を防止できる。サブ電池２を構成する単電池の個数は、ＮｉＺｎ電池の仕様とオルタネータ１２の出力電圧とで定められる（例えば、サブ電池２を単電池７個で構成した場合には、オルタネータ１２から出力される第１の電圧は１．９Ｖ／単電池×７個＝１３．３Ｖに設定される。）。これらの単電池のうち中央部に配された１本の単電池の電池缶表面には、接着剤によりサーミスタ等の温度センサが固着されている。

各単電池は、亜鉛を主成分とした負極と水酸化ニッケルを主成分とした正極とを微多孔性セパレータを介して積層または捲回した電極群を有しており、電極群は、水酸化カリウム等の水系電解液に浸潤されて角型または円筒型、扁平円筒型の電池缶内に収容されている。このような単電池の詳細は、例えば、特開平７−６７５８号公報、特表２００８−５３９５５９号公報、特表２０１３−５０７７５２号公報等に開示されている。サイクル寿命を延ばすためには、負極の形態変化、凝集、デンドライトの抑制、負極の導電性の向上等が必要であるが、例えば、形態変化、凝集、デンドライトの抑制に対しては負極活物質にカルシウム、水酸化物、フッ化物、リン酸を添加したり電解液にリン酸、フッ化物、炭酸塩を添加したりセパレータにポリオレフィン微多孔膜を使用したりすることで対処でき、負極の導電性の向上に対しては負極活物質にビスマス、鉛、カーボン等を添加することで対処できる。なお、本実施形態のサブ電池２の公称電圧は１１．５５Ｖ（（１．６５Ｖ／単電池）×７個）、満充電電圧は１３．３Ｖ（（１．９Ｖ／単電池）×７個）である。

＜セレクタ５＞
図１に示すように、電源システム１０は、メイン電池１およびサブ電池２の充放電電流を切り替えるセレクタ５（スイッチ手段）を備えており、セレクタ５の他側一端および他端はそれぞれメイン電池１およびサブ電池２の正極端子に接続されている。セレクタ５は、大電流が通電可能な複数のスイッチング素子（例えば、パワーＭＯＳＦＥＴ）で構成されている。

ここで、セレクタ５の機能について説明すると、オルタネータ１２から供給される回生電力を蓄電デバイスで受け入れる際に、オルタネータ１２からメイン電池１およびサブ電池２のいずれか一方（本実施形態）または双方（後述する第２、第３実施形態）に接続するスイッチの役割を果たすとともに、蓄電デバイスから放電負荷１４に放電する際に、メイン電池１およびサブ電池２のいずれか一方から放電負荷１４に接続するスイッチの役割を果たす。なお、セレクタ５は、オルタネータ１２／放電負荷１４がメイン電池１およびサブ電池２のいずれにも接続されない状態「０」（図３（Ａ）参照）、オルタネータ１２／放電負荷１４がメイン電池１に接続される状態「１」（図３（Ｂ）参照）、オルタネータ１２／放電負荷１４がサブ電池２に接続される状態「２」（図３（Ｃ）参照）のいずれかを採る。

メイン電池１およびサブ電池２のいずれにも接続されない状態「０」の場合は、放電負荷１４へ電力供給されない状態が一瞬生じる。メイン電池１およびサブ電池２のいずれにも接続されない状態「０」の場合であっても電力供給できる方法としては、例えば以下の（１）〜（３）が挙げられる。（１）メイン電池１と並列にキャパシタを配置する。（２）メイン電池１およびサブ電池２を一瞬同時接続する状態「３」を設ける（図３（Ｄ）参照）。（３）メイン電池１およびサブ電池２以外の一次電池または二次電池を配置する。

上記（１）の方法を採用する場合、メイン電池１およびサブ電池２の電圧は、補機が作動するための最低電圧以上とする。ここで、使用するキャパシタの静電容量は、例えば以下のようにして算出される値よりも大きいものを用いることが好ましい。例えば、メイン電池１およびサブ電池２が切り替わる時間（マイクロコントローラによる制御時間＋セレクタ切り替え時間）＝Ｘ［μs］とし、負荷電流＝Ｙ［Ａ］とすると、
Ｉ×t＝Ｙ×Ｘ×10⁻⁶[Ｃ]
Ｑ＝ＣＶより、
Ｙ×Ｘ×10⁻⁶＝Ｃ(メイン電池１またはサブ電池２（切り替え前に接続されていた電池）の電圧−補機が作動するため最低電圧)
Ｃ＝Ｙ×Ｘ×10⁻⁶／(メイン電池１またはサブ電池２（切り替え前に接続されていた電池）の電圧−補機が作動するため最低電圧)[Ｆ]以上のキャパシタを使用することが好ましい。

＜コントローラ３、４＞
また、図１に示すように、電源システム１０は、メイン電池１、サブ電池２の電池状態をそれぞれ検出するメイン電池コントローラ３、サブ電池コントローラ４（以下、両者を総称する場合はコントローラ３、４という。）を備えている。コントローラ３、４は、充放電中（車両走行中および車両走行前）にそれぞれメイン電池１、サブ電池２の温度、電圧、電流等の電池状態を検出する。

すなわち、本実施形態では、上述したメイン電池１の温度センサはメイン電池コントローラ３に接続されており、メイン電池コントローラ３は所定時間毎に（例えば、１０ｍｓ間隔で）温度センサの電圧をサンプリングし、サンプリング結果をＲＡＭに格納する。また、メイン電池１の総電圧を検知するために、メイン電池１の正極端子および負極端子はメイン電池コントローラ３に接続されている。さらに、メイン電池１に流れる充放電電流を検出するために、メイン電池１およびセレクタ５間にはホール素子またはシャント抵抗等の電流センサ７が配されており、電流センサ７はメイン電池コントローラ３に接続されている。メイン電池コントローラ３は、メイン電池１の電圧およびメイン電池１に流れる電流を所定時間毎に（例えば、２ｍｓ間隔で）サンプリングし、サンプリング結果をＲＡＭに格納する。また、メイン電池コントローラ３は、充放電休止時（車両駐車時）に、メイン電池１の開回路電圧（以下、ＯＣＶと略称する。）およびそのときの温度を検出する。

一方、サブ電池コントローラ４も上述したメイン電池コントローラ３と同様の構成を有しているが（サブ電池２に流れる充放電電流を電流センサ８で検出）、サブ電池２の総電圧の検出に加え、過放電・過充電を監視するために各単電池の電圧も検出する点で、メイン電池コントローラ３が検出する以外の電圧検出も行う。また、サブ電池コントローラ４は、サブ電池２を構成する各単電池の容量を調整する容量調整回路を有していてもよい。

コントローラ３、４は、制御部６（状態把握部６Ａ）に接続されており、充放電時に、ＲＡＭに格納したメイン電池１およびサブ電池２の温度、電圧、電流、サブ電池２を構成する各単電池の電圧を制御部６に出力し、充放電休止時に、検出したＯＣＶおよびそのときの温度を制御部６に出力する。

＜制御部６＞
図１に示すように、電源システム１０は、メイン電池１およびサブ電池２の電池状態を演算するとともに、セレクタ５による電流切り替え動作を制御する制御部６（制御手段）を備えている。制御部６は、マイクロコントローラ（以下、マイコンという。）、通信ＩＣ、Ｉ／Ｏ、入力ポート、出力ポートを有するマイクロプロセッサとして構成されており、図１では、制御部６の役割を明確にするために機能別に細部を表している。

すなわち、マイコンはメイン電池１およびサブ電池２の電池状態を把握（演算）するＣＰＵ、基本制御プログラムおよび後述するテーブル等のプログラムデータを記憶したＲＯＭ、ＣＰＵのワークエリアとして働くとともに種々のデータを一時的に記憶するＲＡＭおよびこれらを接続する内部バスで構成されている。内部バスは外部バスに接続されており、外部バスは入力ポートを介して上述したコントローラ３、４に接続されている。また、外部バスには、セレクタ５に信号を出力するための出力ポート、および、Ｉ／Ｏ、通信線１８を介して車両制御部１６と通信するための通信ＩＣが接続されている。

従って、制御部６のマイコンおよび入力ポートは図１の状態把握部６Ａに、マイコンおよび出力ポートはセレクタ制御部６Ｂに、通信ＩＣおよびＩ／Ｏは通信部６Ｃにそれぞれ対応する。制御部６はその他の機能（例えば、後述する省エネモードへ移行させるための機能）も有しているが、図１では捨象している。セレクタ５と出力ポートとは制御線で接続されており、制御部６を構成するマイコンの破損を防止するために制御線には抵抗が挿入されている。なお、制御線には出力ポートを介してハイレベル信号（Ｈ）またはローレベル信号（Ｌ）が出力される。

図１に沿って制御部６の各部の機能を説明すると、状態把握部６Ａは、コントローラ３、４から出力された検出データをＲＡＭに一旦格納し、メイン電池１およびサブ電池２の現在の電池状態等を演算（推定）する。通信部６Ｃは、状態把握部６Ａが演算したメイン電池１およびサブ電池２の現在の電池状態を所定時間（例えば、２ｍｓ）毎に車両制御部１６に報知するとともに、車両制御部１６から車両の状態情報（ＩＧＮの位置情報、オルタネータの作動情報）の報知を受ける。車両制御部１６は、上述した電磁クラッチを作動させるときとほぼ同じタイミングでオルタネータ１２の作動情報を通信部６Ｃに報知する。セレクタ制御部６Ｂは、車両制御部１６から報知されたオルタネータ１２の作動情報および状態把握部６Ａで演算したメイン電池１およびサブ電池２の電池状態に従ってセレクタ５を制御する。

なお、本実施形態では、コントローラ３、４、セレクタ５、制御部６および車両制御部１６等はメイン電池１から供給される電力で作動する。

（動作）
次に、本実施形態の電源システム１０の動作について、制御部６のマイコンのＣＰＵ（以下、ＣＰＵと略称する。）を主体として説明する。

＜充放電休止時（車両駐車時）＞
車両走行後の車両駐車開始時には、ドライバによりＩＧＮがＯＮ／ＡＣＣ位置からＯＦＦ位置に位置付けられ、イグニッションキーがＩＧＮから引き抜かれる。車両制御部１６はＩＧＮを監視しており、ＩＧＮがＯＦＦ位置に位置付けられると、制御部６にその旨を報知する。

車両制御部１６からＩＧＮがＯＦＦ位置に位置付けられた旨の報知を受けたＣＰＵは、コントローラ３、４および制御部６をスリープ状態（省エネモード）とする制御を行う。すなわち、セレクタ５を上述した状態「０」とし、コントローラ３、４にメイン電池１、サブ電池２の温度、電圧、電流等の検出・出力を停止させ、ＣＰＵ自体もメイン電池１、サブ電池２の電池状態の演算および車両制御部１６への報知を停止して、車両制御部１６からＩＧＮがＯＦＦ位置に位置付けられた旨の報知を受けたときから所定時間が経過したか否かを判断する計時処理のみ行う。この所定時間は、例えば、メイン電池１の負極の分極状態が解消したとみなされる６時間に設定することができる。

ＣＰＵは、車両制御部１６からＩＧＮがＯＦＦ位置に位置付けられた旨の報知を受けたときから所定時間が経過したと判断すると、コントローラ３、４をアウェーク（作動状態に移行）させ、上述したように、メイン電池１およびサブ電池２のＯＣＶおよびそのときの温度を検出・出力させた後、コントローラ３、４を再度スリーブ状態とする。

次いで、ＣＰＵは、メイン電池１およびサブ電池２のＯＣＶからメイン電池１およびサブ電池２の充電状態（以下、ＳＯＣと略称する。）を演算し、プログラムデータとして予めＲＯＭに格納されＲＡＭに展開されたテーブルまたは数式を参照して演算したＳＯＣを基準温度（例えば、２５°Ｃ）におけるＳＯＣに温度補正してメイン電池１およびサブ電池２の基準ＳＯＣを演算（算出）する。この場合に、メイン電池１およびサブ電池２の健康状態（以下、ＳＯＨと略称する。）も併せて演算し、ＳＯＨに応じてＳＯＣを補正するようにしてもよい。なお、上述した所定時間が経過しない場合には、メイン電池１の分極状態が解消されず基準ＳＯＣが不正確となるため、このような状態でのコントローラ３、４によるＯＣＶの検出やＣＰＵによる基準ＳＯＣの演算は行わず、直近に取得していた基準ＳＯＣを基準ＳＯＣとして取り扱う。

次に、ＣＰＵは、基準ＳＯＣおよび電圧値を車両制御部１６に報知し、その後、制御部６を再度スリープ状態とする。言い直すと、制御部６は、コントローラ３、４によるＯＣＶおよび温度の検出・出力時、基準ＳＯＣの演算時および車両制御部１６への報知時のみ作動状態となる。なお、車両走行後にＩＧＮがＯＦＦ位置に位置付けられたときは車両制御部１６も所定の処理（データ保存等）を行った後スリープ状態となり、制御部６からのＯＣＶおよび温度の報知時のみ作動状態となる。

＜充放電時（車両走行中および車両走行前）＞
１．充放電時の一般制御
車両駐車後の車両走行前には、ドライバによりＩＧＮにイグニッションキーが挿入され、ＩＧＮはＯＦＦ位置からＯＮ／ＡＣＣ位置に位置付けられ、さらにＯＮ／ＡＣＣ位置からＳＴＡＲＴ位置に位置付けられた後、再度ＯＮ／ＡＣＣ位置に位置付けられる。車両制御部１６はＩＧＮが最初にＯＮ／ＡＣＣ位置に位置付けられると、制御部６にその旨を報知する。報知を受けたＣＰＵは、コントローラ３、４および制御部６を作動状態に移行させる。

ＣＰＵは、充放電中（車両走行中および車両走行前）は、コントローラ３、４で所定時間毎に検出されたメイン電池１およびサブ電池２の電圧値（サブ電池２を構成する各単電池の電圧値を含む。）を取得するとともに、上述した基準ＳＯＣおよびメイン電池１、サブ電池２の電池容量（既知）に基づいて、コントローラ３、４で所定時間毎に検出された電流値を積算してメイン電池１およびサブ電池２の現在のＳＯＣを推定（演算）する。なお、電圧値、電流値は上述した基準温度に温度補正される。そして、所定時間毎に、メイン電池１およびサブ電池２の現在のＳＯＣおよび電圧値を車両制御部１６に報知する。

一方、この報知を受けた車両制御部１６は、メイン電池１およびサブ電池２の現在のＳＯＣおよび電圧値を参照して、上述した電磁クラッチを作動させ図示しないエンジンの回転力をオルタネータ１２に伝達させるか（オルタネータ１２を作動させ蓄電デバイスを充電するか）否かを判断する。すなわち、例えば、メイン電池１が使用上限ＳＯＣ（および／または使用上限電圧値）に近い場合には過充電状態に陥るおそれがあるためオルタネータ１２を作動させないように電磁クラッチを制御し、逆に、メイン電池１の劣化が促進されるようなＳＯＣ（および／または使用下限電圧値）の場合には、ドライバのブレーキ操作やアクセル操作による回生充電を待たずに、車両走行中または車両走行前にオルタネータ１２を作動させてメイン電池１を充電するように電磁クラッチを制御する。なお、この具体的な制御内容については後述する。

２．回生充放電制御
本発明の充放電制御は、オルタネータ１２からの回生電力を蓄電デバイスで受け入れる際に、（ａ）サブ電池２を使用上限ＳＯＣまで充電した後メイン電池１を充電するか、（ｂ）サブ電池２を後述する第１のＳＯＣまで充電した後サブ電池２およびメイン電池１をともに充電しサブ電池２を使用上限ＳＯＣまで充電した後メイン電池１を充電するか、（ｃ）サブ電池２およびメイン電池１をともに充電しサブ電池２を使用上限ＳＯＣまで充電した後メイン電池１を充電するようにセレクタ５を制御し、放電負荷１４に放電する際に、サブ電池２を後述する第２のＳＯＣとなるまで放電した後メイン電池１から放電するようにセレクタ５を制御する。このうち、本実施形態の電源システム１０は（ａ）の充放電制御を行うものであるが、詳しくは以下のとおりである。

２−１．回生充電時の制御
ＣＰＵは、車両制御部１６からオルタネータ１２による回生電力の供給が開始することを表す回生開始情報の報知を受ける（受信する）と、原則として、サブ電池２を使用上限ＳＯＣまで充電するようにセレクタ５を制御する（セレクタ５に状態「２」を選択させる。）。オルタネータ１２は上述したように回生電力の出力当初は第１の電圧を出力するため、サブ電池２は使用上限ＳＯＣまで第１の電圧で定電圧充電される。ただし、サブ電池２が使用上限ＳＯＣとなる前に、車両制御部１６からオルタネータ１２による回生電力の供給が終了することを表す回生終了情報の報知を受けた（受信した）場合には、回生電力が供給されないため、その時点でサブ電池２への充電は打ち切られ直ちにサブ電池２から放電負荷１４に放電するようにセレクタ５を制御する（セレクタ５に状態「２」を選択させたままの状態とする。）。

なお、車両制御部１６は、ブレーキが踏まれたとき、または、アクセルが開放されたとき（アクセルオフとなったとき）に第１の電圧の回生電力を出力するようにオルタネータ１２を制御し制御部６（ＣＰＵ）に通信線１８を介して回生開始情報を報知し、ブレーキが開放されたとき、または、アクセルオフの結果車両の加速度が０となったときにオルタネータ１２の作動を停止させ制御部６（ＣＰＵ）に通信線１８を介して回生終了情報を報知する。

また、サブ電池２が使用上限ＳＯＣまで充電されると、原則として、メイン電池１を使用上限ＳＯＣまで充電するようにセレクタ５を制御する（セレクタ５に状態「１」を選択させる。）。これにより、メイン電池１は第２の電圧の回生電力で使用上限ＳＯＣまで定電圧充電される。ただし、メイン電池１が使用上限ＳＯＣとなる前に、車両制御部１６から回生終了情報を受信した場合には、回生電力が供給されないため、その時点でメイン電池１への充電は打ち切られ直ちにサブ電池２から放電負荷１４に放電するようにセレクタ５を制御する（セレクタ５に状態「２」を選択させる。）。

ＣＰＵは、サブ電池２が使用上限ＳＯＣまで充電されると、メイン電池１を充電するために、通信線１８を介して車両制御部１６にオルタネータ１２の出力電圧を第１の電圧から第２の電圧に変更するように要求する。この要求を受けた車両制御部１６は、第２の電圧の回生電力を出力するようにオルタネータ１２を制御し制御部６に通信線１８を介してオルタネータ１２の出力電圧を第１の電圧から第２の電圧に変更することを表す電圧変更情報を報知する。電圧変更情報の報知を受けたＣＰＵは、メイン電池１を第２の電圧の回生電力で充電するようにセレクタ５を制御する。

さらに、メイン電池１が使用上限ＳＯＣまで充電されると、メイン電池１の過充電を避けるために、メイン電池１への充電を打ち切るようにセレクタ５を制御する（セレクタ５に状態「０」を選択させる。）。

２−２．回生放電時の制御
ＣＰＵは、車両制御部１６から回生終了情報を受信すると、サブ電池２から放電負荷１４に、原則として、サブ電池２が予め定められた第２のＳＯＣ（図６（Ａ）参照）となるまで放電するようにセレクタ５を制御する（セレクタ５に状態「２」を選択させる。）。ただし、サブ電池２が第２のＳＯＣとなる前に、車両制御部１６から回生開始情報を受信した場合には、回生電力が供給されるため、その時点でサブ電池２から放電負荷１４への放電は打ち切られ直ちに回生電力でサブ電池２を充電するようにセレクタ５を制御する（セレクタ５に状態「２」を選択させたままの状態とする。）。

上述した第２のＳＯＣは、回生電力の利用効率を高め、かつ、サブ電池２の劣化を抑えることができる範囲に設定することが好ましい（例えば、１０％〜８０％）。本実施形態では、第２のＳＯＣは１０％に設定されており、サブ電池２を構成する単電池のいずれかが第２のＳＯＣとなるまで放電する。従って、本実施形態では、第２のＳＯＣがサブ電池２の実質的な使用下限ＳＯＣとなる。なお、第２のＳＯＣは理論的には０％以上に設定できるが、本実施形態で第２のＳＯＣが１０％に設定されている理由は、ＳＯＣ推定の誤差（例えば、直近の車両駐車時に上述した基準ＳＯＣが取得できない場合）があっても過放電によるサブ電池２の劣化を抑えるためである。一方、サブ電池２の使用上限ＳＯＣは、サブ電池２の容量等により大きく変動するが、一般に、９０％〜９８％の範囲の任意の値を選択することができる。

また、サブ電池２（を構成する単電池のいずれか）が第２のＳＯＣまで放電されると、原則として、メイン電池１を予め定められた第３のＳＯＣ（図６（Ｂ）参照）まで放電するようにセレクタ５を制御する（セレクタ５に状態「１」を選択させる。）。ただし、メイン電池１が第３のＳＯＣとなる前に、車両制御部１６から回生開始情報を受信した場合には、その時点でメイン電池１への充電は打ち切られ直ちにサブ電池２を第１の電圧の回生電力で充電するようにセレクタ５を制御する（セレクタ５に状態「２」を選択させる。）。

この第３のＳＯＣは、メイン電池１（Ｐｂ電池）の劣化を防止するためのＳＯＣに設定することができる。Ｐｂ電池では一般にＳＯＣが７０％を下回ると劣化が加速すると考えられるため、第３のＳＯＣは、例えば、ＳＯＣ７０〜９０％の範囲の任意の値を選択することができる。以下では、第３のＳＯＣが７０％に設定されているものとして説明する。なお、本実施形態では、第３のＳＯＣがメイン電池１の実質的な使用下限ＳＯＣとなる。

２−３．ＩＳＳとの関係（メイン電池１の充電制御）
回生電力でメイン電池１を充電する際には、メイン電池１に回生電力をできるだけ多く蓄電するために、メイン電池１を使用上限ＳＯＣまで充電することが好ましい。一方、メイン電池１を第３のＳＯＣ（７０％）まで放電した際、劣化を防止するためにメイン電池１を充電するときは、オルタネータ１２を作動させる必要がある。このオルタネータ１２の作動には図示しないエンジンの動力をオルタネータ１２に接続するためガソリン消費を伴う。このため、第３のＳＯＣから使用上限ＳＯＣまで充電してもよいが、予め定められた第４のＳＯＣ（図６（Ｂ）参照、（第３のＳＯＣ）＜（第４のＳＯＣ）＜（使用上限ＳＯＣ））まで充電すれば、その後回生電力によりメイン電池１がさらに充電されることもあるため、燃費向上を図ることができる。

アイドリングストップ後のエンジン再始動の際はメイン電池１からスタータへ大電流が供給されるが、その際にもメイン電池１の劣化を防止するためには、第３のＳＯＣより大きな値に保たれている必要がある。このため、上述した第４のＳＯＣは、例えば、（第４のＳＯＣ）＝（第３のＳＯＣ）＋｛（アイドリングストップ時の放電負荷１４への電力供給分のＳＯＣ＋アイドリングストップ後のエンジン再始動分のＳＯＣ）｝に設定される。

ＣＰＵは、メイン電池１が第３のＳＯＣまで放電されると、メイン電池１の劣化を防止するために、上述したように車両制御部１６との協調制御により、メイン電池１を第２の電圧で第４のＳＯＣまで充電するようにセレクタ５を制御する（セレクタ５を状態「１」を選択させる。）。

次に、上述した充放電制御について、ＣＰＵを主体に、フローチャートを参照してさらに説明する。なお、既に述べた充放電制御の内容と重複する内容（処理）についてはできるだけ簡潔に説明する。

図４に示すように、充放電制御ルーチンでは、車両制御部１６から回生開始情報（ステップ１０２）または回生終了情報（ステップ２０２）を受信するまで待機する。

ステップ１０２で肯定判断のときは（回生開始情報を受信すると）、ステップ１０４においてセレクタ５に状態「２」を選択させる。これにより、サブ電池２は第１の電圧の回生電力で定電圧充電される。次にステップ１１２では、回生終了情報を受信したか否かを判断し、肯定判断のときはステップ２０４に進み（サブ電池２への充電は打ち切られ）、否定判断のときは、次のステップ１１４においてサブ電池２が使用上限ＳＯＣとなったかを判断する。ステップ１１４での判断が否定のときはステップ１１２に戻り、肯定のときは、次のステップ１１６で車両制御部１６にオルタネータ１２から第２の電圧の回生電力を出力するように要求する。この要求を受信した車両制御部１６は、第２の電圧の回生電力を出力するようにオルタネータ１２を制御し制御部６に通信線１８を介して上述した電圧変更情報を報知する。

次のステップ１１８では、回生終了情報を受信したか否かを判断し、肯定判断のときはステップ２０４に進み（サブ電池２への充電は打ち切られ）、否定判断のときは、ステップ１２０において電圧変更情報を受信したか否かを判断し、この判断が否定のときはステップ１１８に戻り、肯定のときは、次のステップ１２２においてメイン電池１を第２の電圧の回生電力で充電するようにセレクタ５に状態「１」を選択させる。これにより、メイン電池１は第２の電圧の回生電力で定電圧充電される。

次にステップ１２４では、回生終了情報を受信したか否かを判断し、肯定判断のときはステップ２０４に進み（メイン電池１への充電は打ち切られ）、否定判断のときは、次のステップ１２６においてメイン電池１が使用上限ＳＯＣとなったかを判断する。ステップ１２６での判断が否定のときはステップ１２４に戻り、肯定のときは次のステップ１２８においてセレクタ５に状態「０」を選択させ、ステップ１０２に戻る。これにより、メイン電池１は回生電力による充電が打ち切られる。

一方、ステップ２０２で肯定判断のときは（回生終了情報を受信すると）、ステップ２０４においてセレクタ５に状態「２」を選択させる。これにより、サブ電池２の電力が放電負荷１４に供給される。次にステップ２０６では、回生開始情報を受信したか否かを判断し、肯定判断のときはステップ１０４に戻り（サブ電池２から放電負荷１４への放電は打ち切られ）、否定判断のときは、次のステップ２０８においてサブ電池２が第２のＳＯＣとなったかを判断する。ステップ２０８での判断が否定のときはステップ２０６に戻り、肯定のときは次のステップ２１０においてセレクタ５に状態「１」を選択させる。これにより、メイン電池１の電力が放電負荷１４に供給される。

次にステップ２１２では、回生終了情報を受信したか否かを判断し、肯定判断のときはステップ１０４に戻り（メイン電池１から放電負荷１４への放電は打ち切られ）、否定判断のときは、次のステップ２１４においてメイン電池１が第３のＳＯＣとなったかを判断する。ステップ２１４での判断が否定のときはステップ２１２に戻り、肯定のときは次のステップ２１６においてメイン電池１を充電するためのメイン電池充電処理を実行する。なお、充放電制御ルーチンは車両制御部１６からＩＧＮがＯＦＦ位置に位置付けられた旨の報知を受け制御部６がスリープ状態となったときに終了するが、その際、セレクタ５は状態「０」に戻される。

図５に示すように、メイン電池充電処理サブルーチンでは、ステップ２３２において、車両制御部１６にメイン電池１が第３のＳＯＣに至った旨を報知する。この報知を受けた車両制御部１６は、上述した電磁クラッチを作動させ図示しないエンジンの回転力をオルタネータ１２に伝達させることでオルタネータ１２を始動させオルタネータ１２が始動することを表すオルタネータ始動情報を制御部６（ＣＰＵ）に報知する。このとき、オルタネータ１２は第２の出力電圧を出力するように車両制御部１６により制御される。一方、ＣＰＵは、車両制御部１６からオルタネータ始動情報を受信するまで待機する（ステップ２３４）。この間、メイン電池１はなおも放電負荷１４に放電されるため、メイン電池１のＳＯＣは上述した第３のＳＯＣより小さくなる。メイン電池１のＳＯＣが第３のＳＯＣより小さくなることを避けるためには、メイン電池１が第３のＳＯＣに到達する前に車両制御部１６にメイン電池１が第３のＳＯＣに至る旨を報知すればよい。

ＣＰＵは、ステップ２３４で肯定判断のときは（車両制御部１６からオルタネータ始動情報を受信すると）、次のステップ２３６においてセレクタ５に状態「１」を選択させる。これにより、メイン電池１は第２の電圧で定電圧充電されるが、上述したようにこの充電は回生電力によるものではなく、従来のガソリン車等と同様の充電方式である。

次のステップ２３８では、メイン電池１が第４のＳＯＣに充電されるまで待機する。メイン電池１が第４のＳＯＣまで充電されると、次のステップ２４０において、車両制御部１６にメイン電池１が第４のＳＯＣまで充電された旨を報知してメイン電池充電処理サブルーチンを終了し、図４のステップ１０２へ戻る。これにより、車両制御部１６は、上述した電磁クラッチよる図示しないエンジンの回転力のオルタネータ１２への伝達を停止させる。

なお、上記では、制御内容を分かりやすく説明するために、ステップ１１６において車両制御部１６に電圧変更を要求し（図４参照）、ステップ２３２、２４０においてメイン電池１が第３、第４のＳＯＣに至った旨を報知する例を示したが（図５参照）、上述したように制御部６は車両制御部１６に所定時間毎にメイン電池１およびサブ電池２のＳＯＣを報知しているため、必ずしもこのような要求や報知を行う必要はない。例えば、車両制御部１６は所定時間毎に報知されるメイン電池１やサブ電池２のＳＯＣを監視し、サブ電池２が使用上限ＳＯＣに至ったときにまたはその直前に第２の電圧を出力するようにオルタネータ１２を制御し制御部６に電圧変更情報を報知したり、メイン電池１が第３のＳＯＣに至ったときまたはその直前に第２の電圧を出力するようにオルタネータ１２を制御し制御部６にオルタネータ始動情報を報知したりするようにしてもよい。

また、メイン電池１の充電については、車両走行前にも図４のステップ２１４、２１６と同様の処理が行われる。ただし、車両走行中はステップ２１４においてメイン電池１が第３のＳＯＣに至ったかを判断するのに対し、車両走行前は、ＣＰＵがアウェークした直後のため、メイン電池１が自己放電等により第３のＳＯＣ以下となったか否かを判断する点で異なる。

さらに、上記では、充放電制御を簡潔に説明するために、ＳＯＣを中心に説明したが、本実施形態では、サブ電池２の使用上限ＳＯＣ等の他に、サブ電池２の使用上限電圧Ｖ_Ｕ、使用下限電圧Ｖ_Ｌ、サブ電池２を構成する各単電池の使用上限電圧、使用下限電圧も予め設定されており、サブ電池２が使用上限電圧Ｖ_Ｕに達した場合には、回生電力によるサブ電池２への充電を打ち切りメイン電池１を充電し、サブ電池２が使用下限電圧Ｖ_Ｌ、各単電池の使用下限電圧、さらに、第２のＳＯＣに対応して予め定められた電圧に達した場合には、サブ電池２から放電負荷１４への放電を打ち切りメイン電池１から放電負荷１４に放電する制御も行っている。また、メイン電池１もサブ電池２と同様に、使用上限電圧、使用下限電圧が設定されており、サブ電池２と同様に、使用上限電圧、使用下限電圧に応じて、さらには第３のＳＯＣに対応して予め定められた電圧に応じてメイン電池１の充放電制御も行っている。

３．異常処理
ＣＰＵは、メイン電池１の電圧や温度が所定範囲にあるか、サブ電池２を構成する各単電池の電圧が所定範囲にあるか否やサブ電池２の温度も監視する。電圧や温度が予め設定された所定範囲から外れた場合にはその旨も車両制御部１６に報知する。このような異常は段階別に処理を異ならせることが好ましく、車両制御部１６は必要に応じてインストールメントパネルにその旨を表示する。ＣＰＵは、異常状態に応じて、メイン電池１およびサブ電池２のいずれか一方を使用せず、いずれか他方のみを使用するようにセレクタ５に状態を選択させるようにしてもよい。

［第２実施形態］
次に、本発明を、オルタネータ回生車両に搭載可能な電源システムに適用した第２の実施の形態について説明する。本実施形態は、回生電力を受け入れる際、（ｂ）サブ電池２を第１のＳＯＣまで充電した後サブ電池２およびメイン電池１をともに充電しサブ電池２を使用上限ＳＯＣまで充電した後メイン電池１を充電するようにセレクタ５を制御し、放電負荷１４に放電する際、サブ電池２を第２のＳＯＣとなるまで放電した後メイン電池１から放電するようにセレクタ５を制御するものである。なお、本実施形態以下の実施形態において、上述した第１実施形態と同一の構成および動作には同一の符号を付してその説明を省略する。

第２実施形態では、図３（Ｄ）に示すように、セレクタ５は上述した状態「０」〜「２」に加え、オルタネータ１２がメイン電池１およびサブ電池２に並列接続される状態「３」を採る。ただし、放電負荷１４に放電する際、メイン電池１がサブ電池２より電池電圧が高く両者を並列接続するとサブ電池２がメイン電池１で充電されてしまう事態が生じるため、メイン電池１とサブ電池２とをともに放電負荷１４に接続する状態は採らない。この点は、後述する第３の実施形態についても同じである。

次に、第２実施形態の電源システム１０の充放電制御について、図７を参照して説明する。図７は、図４のステップ１０４とステップ１１２との間にステップ１０６〜ステップ１１０が挿入されている点で異なるため、以下ではこの相違点についてのみ説明する。

ステップ１０４に続くステップ１０６では回生終了情報を受信した否かを判断し、肯定判断のときはステップ２０４に進み（サブ電池２への充電は打ち切られ）、否定判断のときは、次のステップ１０８においてサブ電池２が第１のＳＯＣとなったかを判断する。この第１のＳＯＣは、例えば、７０％〜９０％の範囲の任意の値を選択することができる（図６（Ａ）も参照）。本実施形態では、第１のＳＯＣが８０％に設定されている。ステップ１０８での判断が否定のときはステップ１０６に戻り、肯定のときは次のステップ１１０においてセレクタ５に状態「３」を選択させ、ステップ１１２に進む。これにより、サブ電池２およびメイン電池１は並列接続（並列充電）され、ともに第１の電圧の回生電力により定電圧充電される。

［第３実施形態］
次に、本発明を、オルタネータ回生車両に搭載可能な電源システムに適用した第３の実施の形態について説明する。本実施形態は、回生電力を受け入れる際、（ｃ）サブ電池２およびメイン電池１をともに充電しサブ電池２を使用上限ＳＯＣまで充電した後メイン電池１を充電するようにセレクタ５を制御し、放電負荷１４に放電する際、サブ電池２を第２のＳＯＣとなるまで放電した後メイン電池１から放電するようにセレクタ５を制御するものである。

第３実施形態の電源システム１０の充放電制御について、図８を参照して説明する。図８は、図４のステップ１０４に代えてステップ１０５を実行する点で異なっている。すなわち、ステップ１０２で肯定判断のときは、ステップ１０５においてセレクタ５に状態「３」を選択させ、ステップ１１２に進む。これにより、サブ電池２およびメイン電池１は並列接続（並列充電）され、ともに第１の電圧の回生電力により定電圧充電される。

（作用効果等）
次に、上記第１〜第３実施形態の電源システム１０の作用効果等について説明する。

上記実施形態の電源システム１０では、Ｐｂ電池のメイン電池１とＮｉＺｎ電池のサブ電池２とで複合蓄電デバイスを構成したので、従来技術として挙げたＰｂ電池とリチウムイオン電池の複合蓄電デバイスやＰｂ電池とＮｉＭＨ電池の複合蓄電デバイスを用いる場合と比べ、低コストでエネルギ密度や安全性に優れた電源システムを提供することができる。

また、上記実施形態の電源システム１０では、回生電力を受け入れる際、上記（ａ）〜（ｃ）のいずれかでサブ電池２ないしメイン電池１を充電するようにセレクタ５を制御し、放電負荷１４に放電する際、サブ電池２を第２のＳＯＣとなるまで放電した後メイン電池１から放電するようにセレクタ５を制御する。このため、例えば特許文献１の電源システムのように充放電休止時を待つことなくサブ電池２に蓄えられた回生電力を直ちに放電負荷１４に放電可能なため、蓄電デバイス全体の利用効率を高め車両の燃費改善率を向上させることができる。

また、上記実施形態の電源システム１０では、制御部６が、蓄電デバイスから放電負荷１４に放電する際に、サブ電池２を構成する各単電池のいずれかが第２のＳＯＣとなるまで放電した後に、メイン電池１から放電するようにセレクタ５を制御する。第２のＳＯＣでサブ電池２の放電を抑えるため、サブ電池２の劣化を防止できるとともに、サブ電池２に蓄えられた、使用上限ＳＯＣから第２のＳＯＣの範囲の電力を放電負荷１４に放電できるため、オルタネータ１２で発電された回生電力に対し高い利用効率を確保することができる。

また、第２、第３実施形態の電源システム１０では、サブ電池２およびメイン電池１を回生電力で並列充電するので、サブ電池２の利用効率を高めつつ、メイン電池１をほぼ第３のＳＯＣ以上のＳＯＣに保つことができるため、ガソリン消費による燃費効率の低下を防止することができる。なお、第２実施形態では先にサブ電池２を第１のＳＯＣ（８０％）まで充電した後サブ電池２およびメイン電池１を並列充電するため、サブ電池２の利用効率を第３実施形態より高めることができる。

さらに、上記実施形態の電源システム１０では、メイン電池１はエンジン始動用の蓄電デバイスであり、制御部６は、メイン電池１のＳＯＣも推定し、メイン電池１が第２のＳＯＣ（７０％）まで放電したときに、メイン電池１を充電するようにセレクタ５を制御するので、メイン電池１の劣化も防止することができる。このとき、ＣＰＵは、メイン電池１を使用上限ＳＯＣ未満の第４のＳＯＣまで充電するようにセレクタ５を制御するので、上述したように燃費向上を図ることができる。

なお、上記実施形態では、ＯＣＶから基準ＳＯＣを算出しこの基準ＳＯＣに対し充放電電流を積算することでメイン電池１およびサブ電池２の現在のＳＯＣを推定する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、公知のＳＯＣ推定手段を用いることができる。

また、上記実施形態では、電源システム１０の構成を把握しやすいように、メイン電池コントローラ３、サブ電池コントローラ４、制御部６に分けて説明したが、これらを一体に構成するようにしてもよい。さらに、上記実施形態では、コントローラ３、４から出力されたメイン電池１、サブ電池２の検出データに応じて制御部６でメイン電池１、サブ電池２の電池状態を演算する例を示したが、このような演算は車両制御部１６で行うようにしてもよい。このような態様では、制御部６の主機能はセレクタ制御部６Ｂと通信部６Ｃとになる。

さらに、上記実施形態では、エンジン始動をメイン電池１で行う例を示したが、本発明はこれに制限されず、エンジン始動をサブ電池２で行うようにしてもよい。また、上記実施形態では、コントローラ３、４、制御部６、車両制御部１６の作動電力がメイン電池１から供給される例を示したが、サブ電池２から供給されるようにしてもよく、また、コントローラ３、４、制御部６、車両制御部１６への作動電力をメイン電池１、サブ電池２が協働ないし分担して供給するようにしてもよい。従って、本発明では、メイン電池１の電池容量がサブ電池２の電池容量より大きくても、小さくても、または同じであってもよい。

また、上記実施形態では、メイン電池１を構成するＰｂ電池に合わせて車両駐車の６時間後にメイン電池１やサブ電池２のＯＣＶの測定を行う例を示したが、本発明はこれに制限されるものではない。また、上記実施形態では、制御部６のＣＰＵが６時間を計時する例を示したが、車両制御部１６が計時し、制御部６、コントローラ３、４をスリープ状態からアウェークさせるようにしてもよい。

さらに、上記実施形態では、制御部６は、車両制御部１６を介してオルタネータの作動情報を取得する例を示したが、本発明はこれに限らず、例えば、ブレーキを制御するブレーキ制御部やオルタネータを制御するオルタネータ制御部から直接ブレーキの作動情報やオルタネータの作動情報を取得するようにしてもよい。

そして、本実施形態では１４Ｖ系電源システム１０を例示したが、本発明はこれに制限されることなく、例えば、４２Ｖ系電源システム等の１４Ｖ系電源システム以外の電源システムにも適用可能である。

本発明は低コストでエネルギ密度や安全性に優れ燃費向上が可能な電源システムおよび該電源システムを備えた自動車を提供するものであるため、電源システムや自動車の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。

１ メイン電池（Ｐｂ電池）
２ サブ電池（ＮｉＺｎ電池）
５ セレクタ（スイッチ手段）
６ 制御部（制御手段、ＳＯＣ推定手段、取得手段）
６Ｃ 通信部（通信手段）
１０ 電源システム
１２ 可変オルタネータ（オルタネータ）
１４ 放電負荷
１６ 車両制御部（車両側制御部）
２０ オルタネータ回生車両（車両、自動車）

Claims (8)

1. 車両に搭載され、オルタネータから供給される回生電力を受入可能かつ放電負荷に放電可能な蓄電デバイスを備えた電源システムにおいて、
   鉛蓄電池（Ｐｂ電池）と、
   ニッケル亜鉛蓄電池（ＮｉＺｎ電池）と、
   前記Ｐｂ電池および前記ＮｉＺｎ電池の充放電電流を切り替えるスイッチ手段と、
   前記ＮｉＺｎ電池の充電状態（ＳＯＣ）を推定するＳＯＣ推定手段と、
   前記ＳＯＣ推定手段で推定された前記ＮｉＺｎ電池のＳＯＣに基づいて前記スイッチ手段による電流切り替え動作を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記オルタネータは、前記ＮｉＺｎ電池を充電するための第１の電圧と前記Ｐｂ電池を充電するための第２の電圧とで出力電圧が可変であり、
   前記制御手段は、
   前記回生電力を受け入れる際、（ａ）前記ＮｉＺｎ電池を使用上限ＳＯＣまで充電した後前記Ｐｂ電池を充電するか、（ｂ）前記ＮｉＺｎ電池を予め定められた第１のＳＯＣまで充電した後前記ＮｉＺｎ電池および前記Ｐｂ電池をともに充電し前記ＮｉＺｎ電池を使用上限ＳＯＣまで充電した後前記Ｐｂ電池を充電するか、または、（ｃ）前記ＮｉＺｎ電池および前記Ｐｂ電池をともに充電し前記ＮｉＺｎ電池を使用上限ＳＯＣまで充電した後前記Ｐｂ電池を充電するように前記スイッチ手段を制御し、
   前記放電負荷に放電する際、前記ＮｉＺｎ電池を予め定められた第２のＳＯＣまで放電した後、前記Ｐｂ電池から放電するように前記スイッチ手段を制御する、
   ことを特徴とする電源システム。
2. 前記オルタネータを制御する車両側制御部と通信する通信手段を備え、
   前記車両側制御部は、前記回生電力の出力当初に前記第１の電圧の回生電力を出力するように前記オルタネータを制御し、
   前記制御手段は、前記ＮｉＺｎ電池を前記使用上限ＳＯＣまで充電したときに、前記オルタネータの出力電圧を前記第１の電圧から前記第２の電圧に変更することを表し前記通信手段を介して前記車両側制御部から報知される電圧変更情報に従って前記Ｐｂ電池を前記第２の電圧の回生電力で充電するように前記スイッチ手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
3. 前記車両側制御部は、前記制御手段から前記通信手段を介して所定時間ごとに前記ＮｉＺｎ電池のＳＯＣの報知を受けて前記ＮｉＺｎ電池が前記使用上限ＳＯＣに到達すると判断したとき、または、前記制御手段から前記通信手段を介して前記オルタネータから前記第２の電圧の回生電力を出力するように要求されたときに、前記第２の電圧の回生電力を出力するように前記オルタネータを制御し前記制御手段に前記電圧変更情報を報知することを特徴とする請求項２に記載の電源システム。
4. 前記ＮｉＺｎ電池は複数の単電池を直列に接続することで構成されており、
   前記制御手段は、前記放電負荷に放電する際、前記ＮｉＺｎ電池を構成する複数の単電池のいずれかが前記第２のＳＯＣとなるまで放電した後、前記Ｐｂ電池から放電するように前記スイッチ手段を制御し、
   前記第２のＳＯＣが１０％以上に設定された、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電源システム。
5. 前記Ｐｂ電池はエンジン始動用の蓄電池であり、前記ＳＯＣ推定手段は前記Ｐｂ電池の充電状態（ＳＯＣ）も推定し、
   前記制御手段は、前記Ｐｂ電池を予め定められた第３のＳＯＣまで放電したときに、前記Ｐｂ電池を充電するように前記スイッチ手段を制御し、
   前記第３のＳＯＣが７０％以上に設定された、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電源システム。
6. 前記車両側から前記オルタネータによる回生電力の供給が開始することを表す回生開始情報および前記オルタネータによる回生電力の供給が終了することを表す回生終了情報を取得する取得手段を備え、
   前記制御手段は、前記取得手段が前記回生開始情報を取得したときに、前記回生電力による前記ＮｉＺｎ電池ないし前記Ｐｂ電池への充電を開始するように前記スイッチ手段を制御し、前記取得手段が前記回生終了情報を取得したときに、前記回生電力による前記ＮｉＺｎ電池ないし前記Ｐｂ電池への充電を打ち切るとともに前記ＮｉＺｎ電池から前記放電負荷に放電するように前記スイッチ手段を制御することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の電源システム。
7. 前記ＮｉＺｎ電池は、単電池が７直列または８直列に接続された組電池であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の電源システム。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の電源システムを備えた自動車。

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