JP5387383B2 - In-vehicle power supply - Google Patents

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Description

本発明は、回生エネルギによる回生発電が可能な発電機を備える車両に適用された車載電源装置に関する。   The present invention relates to an in-vehicle power supply device applied to a vehicle including a generator capable of regenerative power generation by regenerative energy.

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、車両の減速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、鉛蓄電池が頻繁に充電されることにもなるため、早期劣化が懸念される。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。   In general, a vehicle using an internal combustion engine as a driving source is equipped with a lead storage battery for supplying electric power to various electric loads such as a starter motor. A lead storage battery is less expensive than a high output / high energy density storage battery (high performance storage battery) such as a nickel storage battery or a lithium storage battery, but has low durability against frequent charging / discharging (cumulative charging / discharging amount). Particularly in a vehicle having an idle stop function, the lead storage battery is frequently discharged, and there is a concern about early deterioration. In addition, in a vehicle in which an alternator is generated by charging with deceleration regenerative energy of the vehicle and charged, the lead storage battery is frequently charged. In response to these concerns, simply replacing the lead-acid battery with the above-described high-performance battery results in a significant cost increase.

そこで近年では、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（特許文献１等参照）。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、安価な鉛蓄電池が実施することで、高性能蓄電池を小容量化してコストアップ抑制を図る。   Therefore, in recent years, it has been proposed to mount both a high-performance storage battery (second storage battery) with high durability against frequent charge and discharge and an inexpensive lead storage battery in parallel connection (see Patent Document 1, etc.). . That is, power supply and charging (especially regenerative charging) to the electric load during idle stop are performed preferentially by the high-performance storage battery, thereby reducing the deterioration of the lead storage battery. On the other hand, when powering a vehicle (dark current supply) required for a long time, such as when parking a vehicle, an inexpensive lead-acid battery is used to reduce the capacity of the high-performance battery and reduce costs. Plan.

特開平１０−２７１６１１号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-271611

ところで、蓄電池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、充電状態を表す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（ＳＯＣ使用範囲）となるよう蓄電池を使用することが望ましい。そして、ＳＯＣに応じて蓄電池の開放電圧は異なる値となるが、鉛蓄電池のＳＯＣ使用範囲における開放電圧（例えば１２．７Ｖ〜１２．８Ｖ）と、高性能蓄電池のＳＯＣ使用範囲における開放電圧とは一致しないのが通常である。すると、これらの蓄電池と並列に電気接続された電気負荷へは、その時の開放電圧が高くなっている側の蓄電池から電気負荷へ電力供給（放電）されることとなり、両蓄電池のうち所望する蓄電池から放電されるとは限らない。   By the way, if the storage battery is overcharged or overdischarged, there is a concern about early deterioration. Therefore, it is desirable to use the storage battery so that the SOC (State of charge: the ratio of the actual charge amount with respect to the charge amount at the time of full charge) is in a range (SOC use range) that does not cause overcharge / discharge. And although the open circuit voltage of a storage battery becomes a different value according to SOC, the open circuit voltage (for example, 12.7V-12.8V) in the SOC use range of a lead storage battery and the open circuit voltage in the SOC use range of a high performance storage battery are Usually it does not match. Then, the electric load electrically connected in parallel with these storage batteries is supplied (discharged) to the electric load from the storage battery having the higher open-circuit voltage at that time, and the desired storage battery of both storage batteries It is not always discharged from.

そこで、上記特許文献１記載の如く両蓄電池の間にＤＣＤＣコンバータを設ければ、低い電圧となっている側の蓄電池（例えば高性能蓄電池）の端子電圧を昇圧して、高性能蓄電池から電気負荷へ放電させるようにできる。しかしこの場合、ＤＣＤＣコンバータを増設することに伴うコストアップが問題となる。   Therefore, if a DCDC converter is provided between both storage batteries as described in Patent Document 1, the terminal voltage of the storage battery (for example, a high performance storage battery) on the low voltage side is boosted, and the electric load is supplied from the high performance storage battery. Can be discharged. However, in this case, the cost increase associated with the addition of the DCDC converter becomes a problem.

また、上述の如く鉛蓄電池の劣化軽減を図るべく第２蓄電池へ回生充電するにあたり、回生充電を開始する時の第２蓄電池のＳＯＣが十分に低くなっていないと、第２蓄電池による回生充電量を十分に多くすることができない。つまり、回生していない通常運転時に、第２蓄電池から電気負荷へ積極的に放電させて第２蓄電池のＳＯＣを低下させておくことで、回生充電量を十分に多くすることが期待されている。   Further, as described above, when regenerative charging to the second storage battery to reduce the deterioration of the lead storage battery, if the SOC of the second storage battery at the time of starting the regenerative charging is not sufficiently low, the regenerative charge amount by the second storage battery Can't be enough. That is, during normal operation that is not being regenerated, it is expected that the regenerative charge amount will be sufficiently increased by actively discharging the second storage battery to the electrical load to lower the SOC of the second storage battery. .

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、その目的は、鉛蓄電池及び第２蓄電池を備えた車載電源装置において、小型のＤＣＤＣコンバータを選定可能にしてコストダウンを図るとともに、第２蓄電池への回生充電量を十分に多くすることを図った車載電源装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to reduce the cost by selecting a small DCDC converter in an in-vehicle power supply device including a lead storage battery and a second storage battery, It is providing the vehicle-mounted power supply device aiming at fully increasing the regenerative charge amount to a 2nd storage battery.

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。   Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effects thereof will be described.

構成１では、回生エネルギによる回生発電が可能な発電機を備えた車両に適用され、前記発電機に電気接続された鉛蓄電池と、前記鉛蓄電池に対して電気的に並列接続され、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、前記発電機と前記第２蓄電池との通電及び遮断を切り替える開閉手段と、前記開閉手段に対して電気的に並列接続されたＤＣＤＣコンバータと、を備え、前記回生発電により前記第２蓄電池を充電する時（回生充電時）には、前記開閉手段を通電作動させる状態を維持し、前記第２蓄電池から放電する時には、前記第２蓄電池から放電される電力を前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧させて前記鉛蓄電池の側へ供給させることを特徴とする。 In the configuration 1 , the lead storage battery is applied to a vehicle including a generator capable of performing regenerative power generation by regenerative energy, and is electrically connected in parallel to the lead storage battery, and the lead storage battery The second storage battery having a higher output density or energy density than that of the second storage battery is electrically connected between the generator and the lead storage battery and the second storage battery, and switching between energization and disconnection between the generator and the second storage battery is performed. An opening / closing means and a DCDC converter electrically connected in parallel to the opening / closing means, and when the second storage battery is charged by regenerative power generation (during regenerative charging), the opening / closing means is energized. to remain Ru is, the when the discharged from the second battery, especially that the power discharged from the second battery by the booster in the DCDC converter is supplied to the side of the lead-acid battery To.

ここで、ＤＣＤＣコンバータの仕様（要求能力）を選定するにあたり、ＤＣＤＣコンバータへ入力される電力の最大値（入力最大値）が重要な選定条件の１つとなり、前記入力最大値を小さくできれば小型のＤＣＤＣコンバータを選定することができ、ひいてはＤＣＤＣコンバータのコストダウンを図ることができる。   Here, in selecting the specifications (required capacity) of the DCDC converter, the maximum value (input maximum value) of the power input to the DCDC converter is one of the important selection conditions. A DCDC converter can be selected, and thus the cost of the DCDC converter can be reduced.

そして、回生発電した電力（例えば２ｋＷ）は、第２蓄電池から放電される電力（例えば数百Ｗ）に比べて桁違いに大きい。そのため、上記発明に反し、回生発電した電力をＤＣＤＣコンバータへ入力させるよう構成すると、回生発電電力が前記入力最大値となるので、ＤＣＤＣコンバータへ要求される能力が高くなる。よって、大型のＤＣＤＣコンバータを選定しなければならなくなり、大幅なコストアップを招く。   And the electric power (for example, 2 kW) regeneratively generated is orders of magnitude larger than the electric power (for example, several hundred W) discharged from the second storage battery. Therefore, contrary to the above-described invention, when the regenerated power is input to the DCDC converter, the regenerative power becomes the input maximum value, so that the capability required of the DCDC converter is increased. Therefore, a large DC / DC converter must be selected, resulting in a significant cost increase.

上記構成１はこの点に着目して為されたものであり、発電機と第２蓄電池との間にてＤＣＤＣコンバータ及び開閉手段を並列に電気接続し、回生充電時には開閉手段を通電作動させる。そのため、回生発電した大電力は、ＤＣＤＣコンバータへ入力されることなく、開閉手段を通じて第２蓄電池へ入力されることとなる。よって、ＤＣＤＣコンバータへの入力最大値を小さくできるので、小型のＤＣＤＣコンバータを選定することができ、ひいては車載電源装置のコストダウンを図ることができる。 The above-described configuration 1 has been made paying attention to this point. The DCDC converter and the switching means are electrically connected in parallel between the generator and the second storage battery, and the switching means is energized during regenerative charging. Therefore, the large electric power generated by regenerative power is input to the second storage battery through the switching means without being input to the DCDC converter. Therefore, since the maximum input value to the DCDC converter can be reduced, a small DCDC converter can be selected, and the cost of the in-vehicle power supply device can be reduced.

さらに上記構成１では、第２蓄電池から放電する時には、第２蓄電池から放電される電力をＤＣＤＣコンバータで昇圧させて鉛蓄電池の側へ供給させる。そのため、第２蓄電池の開放電圧が鉛蓄電池の開放電圧より低くなっている場合であっても、ＤＣＤＣコンバータで昇圧させて第２蓄電池から鉛蓄電池の側へ放電させることができるので、回生充電を開始する時の第２蓄電池のＳＯＣを十分に低下させておくことができる。よって、第２蓄電池への回生充電量を十分に多くすることができる。 Furthermore, in the said structure 1 , when discharging from a 2nd storage battery, the electric power discharged from a 2nd storage battery is pressure | voltage-risen with a DCDC converter, and it is made to supply to the lead storage battery side. Therefore, even if the open voltage of the second storage battery is lower than the open voltage of the lead storage battery, it can be boosted by the DCDC converter and discharged from the second storage battery to the lead storage battery side. The SOC of the second storage battery at the start can be sufficiently reduced. Therefore, the regenerative charge amount to the second storage battery can be sufficiently increased.

構成２では、前記ＤＣＤＣコンバータに対して前記鉛蓄電池の側には、前記内燃機関を始動させるスタータモータが前記鉛蓄電池に対して電気的に並列接続されており、前記ＤＣＤＣコンバータは、当該ＤＣＤＣコンバータから電力を出力するオン状態と前記出力を停止させるオフ状態とに切り替えるオンオフ切替機能を有しており、前記スタータモータを駆動させる時には、前記開閉手段を遮断作動させるとともに、前記ＤＣＤＣコンバータをオフ状態にすることを特徴とする。 In Configuration 2 , a starter motor for starting the internal combustion engine is electrically connected in parallel to the lead storage battery on the lead storage battery side with respect to the DCDC converter, and the DCDC converter is connected to the DCDC converter. An on / off switching function for switching between an on state in which power is output from and an off state in which the output is stopped. When the starter motor is driven, the open / close means is shut off and the DCDC converter is in an off state. It is characterized by.

ここで、車両に搭載される各種電気負荷の中でも、スタータモータ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第２蓄電池から電力供給しようとすると、鉛蓄電池に比べて高価な第２蓄電池の小容量化の妨げとなる。また、第２蓄電池から電力供給されるよう割り当てられた電気負荷が存在する場合には、第２蓄電池からスタータモータへ電力供給すると、内燃機関の始動直後において第２蓄電池に割り当てられた電気負荷への電力供給ができなくなることが懸念される。   Here, among the various electric loads mounted on the vehicle, the power required by the starter motor is extremely large. Thus, if it is going to supply electric power from a 2nd storage battery with respect to an electric load with large electric power, compared with a lead storage battery, it will become the hindrance of the small capacity reduction of a 2nd storage battery. In addition, when there is an electric load assigned to be supplied with power from the second storage battery, if power is supplied from the second storage battery to the starter motor, the electric load assigned to the second storage battery immediately after the start of the internal combustion engine. There is a concern that it will be impossible to supply power.

これらの点を鑑みた上記構成２では、スタータモータを駆動させる時には、開閉手段を遮断作動させるとともにＤＣＤＣコンバータをオフ状態にするので、第２蓄電池からスタータモータへ放電されることを回避できる。よって、高価な第２蓄電池の小容量化を実現できるとともに、スタータモータ駆動直後において第２蓄電池に割り当てられた電気負荷へ電力供給できなくなることを回避できる。なお、スタータモータのように消費電力の大きい電気負荷については鉛蓄電池から電力供給させるよう割り当てることが望ましい。 In the above-described configuration 2 in view of these points, when the starter motor is driven, the opening / closing means is shut off and the DCDC converter is turned off, so that the discharge from the second storage battery to the starter motor can be avoided. Therefore, it is possible to reduce the capacity of the expensive second storage battery, and it is possible to avoid the situation where power cannot be supplied to the electrical load assigned to the second storage battery immediately after the starter motor is driven. In addition, it is desirable to allocate so that electric load with large power consumption like a starter motor may supply electric power from a lead acid battery.

構成３では、前記ＤＣＤＣコンバータは、当該ＤＣＤＣコンバータから電力を出力するオン状態と前記出力を停止させるオフ状態とに切り替えるオンオフ切替機能を有しており、前記内燃機関を自動停止させている時には、前記開閉手段を遮断作動させるとともに、前記ＤＣＤＣコンバータをオフ状態にすることを特徴とする。 In Configuration 3 , the DCDC converter has an on / off switching function for switching between an on state in which power is output from the DCDC converter and an off state in which the output is stopped, and when the internal combustion engine is automatically stopped, The open / close means is shut off and the DCDC converter is turned off.

上記構成３によれば、内燃機関を自動停止させている時には、開閉手段を遮断作動させるとともにＤＣＤＣコンバータをオフ状態にするので、第２蓄電池から鉛蓄電池に割り当てられた電気負荷へ放電されることを回避できる。よって、自動停止直後において第２蓄電池に割り当てられた電気負荷へ電力供給できなくなることを回避できる。 According to the configuration 3 , when the internal combustion engine is automatically stopped, the switching means is shut off and the DCDC converter is turned off, so that the second storage battery is discharged to the electric load assigned to the lead storage battery. Can be avoided. Therefore, it is possible to avoid the situation where power cannot be supplied to the electric load assigned to the second storage battery immediately after the automatic stop.

構成４では、前記ＤＣＤＣコンバータは、当該ＤＣＤＣコンバータから電力を出力するオン状態と前記出力を停止させるオフ状態とに切り替えるオンオフ切替機能を有しており、前記回生発電により前記第２蓄電池を充電する時（回生充電時）には、前記開閉手段を通電作動させるとともに前記ＤＣＤＣコンバータをオフ状態にすることを特徴とする。 In Configuration 4 , the DCDC converter has an on / off switching function for switching between an on state in which power is output from the DCDC converter and an off state in which the output is stopped, and the second storage battery is charged by the regenerative power generation. At the time (regenerative charging), the opening / closing means is energized and the DCDC converter is turned off.

上記構成４に反し、回生充電時にＤＣＤＣコンバータをオン状態にすると、ＤＣＤＣコンバータと開閉手段とは並列接続されているため、ＤＣＤＣコンバータと開閉手段との間を回生電力が循環して流れてしまい、第２蓄電池に回生電力が充電されなくなることが懸念される。これに対し上記構成４によれば、回生充電時に開閉手段を通電作動させるとともに、ＤＣＤＣコンバータをオフ状態にするので、上記の如く回生電力が循環することを回避でき、第２蓄電池へ回生電力が確実に充電されるようにできる。 Contrary to the above configuration 4 , when the DCDC converter is turned on during regenerative charging, the DCDC converter and the opening / closing means are connected in parallel, so that the regenerative power circulates between the DCDC converter and the opening / closing means, There is a concern that the regenerative power will not be charged in the second storage battery. On the other hand, according to the configuration 4 , since the switching means is energized during regenerative charging and the DCDC converter is turned off, the regenerative power can be prevented from circulating as described above, and the regenerative power is supplied to the second storage battery. It can be reliably charged.

構成５では、車両に搭載された電気負荷のうち前記鉛蓄電池及び前記第２蓄電池から電力供給される全ての電気負荷は、前記ＤＣＤＣコンバータに対して前記鉛蓄電池の側へ電気接続されていることを特徴とする。 In Configuration 5 , all the electrical loads supplied from the lead storage battery and the second storage battery among the electrical loads mounted on the vehicle are electrically connected to the lead storage battery side with respect to the DCDC converter. It is characterized by.

これによれば、第２蓄電池を備えておらず鉛蓄電池で回生する車両に対し、後付で、第２蓄電池、ＤＣＤＣコンバータ及び開閉手段を車両に搭載させるにあたり、既存の電気負荷の配線変更を不要にできる。つまり、上記構成５に反し、ＤＣＤＣコンバータに対して既存の電気負荷を第２蓄電池の側へ電気接続させる場合には、当該電気負荷の電気接続箇所を、ＤＣＤＣコンバータに対して第２蓄電池の側に変更することが必要となる。これに対し、上記構成５によれば、既存の電気負荷の電気接続箇所を変更することを不要にできる。特に、アイドルストップ機能を有しない車両に対して後付で第２蓄電池等を搭載させる場合に、上記配線変更を不要にできる効果が好適に発揮される。 According to this, when mounting the second storage battery, the DCDC converter, and the opening / closing means on the vehicle retrofit to a vehicle that does not include the second storage battery and regenerates with the lead storage battery, the wiring change of the existing electrical load is changed. It can be made unnecessary. That is, contrary to the above-described configuration 5, when an existing electrical load is electrically connected to the second storage battery side with respect to the DCDC converter, the electrical connection location of the electrical load is on the second storage battery side with respect to the DCDC converter. It is necessary to change to On the other hand, according to the said structure 5 , it can make unnecessary to change the electrical connection location of the existing electrical load. In particular, when a second storage battery or the like is mounted later on a vehicle that does not have an idle stop function, the effect of making the wiring change unnecessary can be favorably exhibited.

構成６では、前記ＤＣＤＣコンバータは、一方向へのみ電流を流す単方向コンバータであるとともに、前記第２蓄電池から前記鉛蓄電池の側へのみ電流を流す向きに設けられていることを特徴とする。また、構成７では、前記ＤＣＤＣコンバータは、前記第２蓄電池から前記鉛蓄電池の側へ電流を流すことが可能であるとともに、前記鉛蓄電池から前記第２蓄電池へも電流を流すことが可能である双方向コンバータであることを特徴とする。 In Configuration 6 , the DCDC converter is a unidirectional converter that allows a current to flow only in one direction, and is provided in a direction that allows a current to flow only from the second storage battery to the lead storage battery. Moreover, in the structure 7 , while the said DCDC converter can flow an electric current from the said 2nd storage battery to the said lead storage battery side, it can also flow an electric current from the said lead storage battery to the said 2nd storage battery. It is a bidirectional converter.

ここで、回生充電時以外のエンジン運転時（通常時）において、第２蓄電池から放電する時にＤＣＤＣコンバータで昇圧させることは先述した通りであるが、この時、開閉手段を遮断作動させておくことで、ＤＣＤＣコンバータと開閉手段との間を放電電力が循環して流れてしまう懸念を解消させておくことが望ましい。   Here, during engine operation other than during regenerative charging (normal time), boosting by the DCDC converter when discharging from the second storage battery is as described above, but at this time, the switching means is shut off. Therefore, it is desirable to eliminate the concern that the discharge power circulates between the DCDC converter and the opening / closing means.

しかしながら、上記通常時に放電している状態から、第２蓄電池のＳＯＣが低下して発電機からの充電を要する状態に移行すると、上記単方向コンバータを用いた場合には、単方向コンバータを通じて発電機から第２蓄電池へ充電させることはできないので、開閉手段を通電作動させる必要がある。そして、開閉手段を通電作動させるとともに単方向コンバータをオフ状態に切り替えて、ＤＣＤＣコンバータと開閉手段との間を充電電力が循環して流れてしまう懸念を解消させておくことが望ましい。   However, when the SOC of the second storage battery is reduced from the normal discharging state to a state where charging from the generator is required, when the unidirectional converter is used, the generator is passed through the unidirectional converter. Since it is not possible to charge the second storage battery, it is necessary to energize the opening / closing means. Then, it is desirable to energize the opening / closing means and switch the unidirectional converter to the OFF state to eliminate the concern that the charging power circulates between the DCDC converter and the opening / closing means.

要するに、通常時に放電状態から充電要求状態に切り替わった場合において、単方向コンバータを用いた場合には、開閉手段を遮断作動から通電作動に切り替えるとともに、単方向コンバータをオン状態からオフ状態に切り替えることが必要となる。これに対し、上記双方向コンバータを用いれば、開閉手段を遮断作動にさせたまま双方向コンバータでの電流の向き（送電の向き）を切り替えるだけで済むので、煩雑な開閉手段の切り替え制御を不要にできる。但し、上記単方向コンバータは双方向コンバータに比べて安価であるため、単方向コンバータを用いた場合には上記開閉手段の切替制御が必要となるものの、車載電源装置のコストダウンを促進できる。   In short, when the unidirectional converter is used when switching from the discharge state to the charge request state during normal operation, the switching means is switched from the cutoff operation to the energization operation, and the unidirectional converter is switched from the on state to the off state. Is required. On the other hand, if the bidirectional converter is used, it is only necessary to switch the direction of the current (transmission direction) in the bidirectional converter while the switching means is in the shut-off operation, so that complicated switching control of the switching means is unnecessary. Can be. However, since the unidirectional converter is less expensive than the bidirectional converter, when the unidirectional converter is used, the switching control of the opening / closing means is required, but the cost reduction of the in-vehicle power supply device can be promoted.

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であって、回生充電時及び通常充電時の作動を示す図。It is an electrical block diagram which shows the vehicle-mounted power supply device concerning 1st Embodiment of this invention, Comprising: The figure which shows the action | operation at the time of regenerative charge and normal charge. 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であって、（ａ）は通常放電時の作動、（ｂ）はスタータモータ作動時及びアイドルストップ時の作動を示す図。It is an electrical block diagram which shows the vehicle-mounted power supply device concerning 1st Embodiment, Comprising: (a) is the operation | movement at the time of normal discharge, (b) is a figure which shows the operation | movement at the time of starter motor operation and idle stop. （ａ）は鉛蓄電池のＳＯＣ使用範囲を示し、（ｂ）はリチウム蓄電池のＳＯＣ使用範囲を示す図。(A) shows the SOC use range of a lead acid battery, (b) is a figure which shows the SOC use range of a lithium storage battery. 第１実施形態において、ＤＣＤＣコンバータ及び開閉手段の動作状態の変化を示すタイミングチャート。4 is a timing chart showing changes in operating states of the DCDC converter and the opening / closing means in the first embodiment. 本発明の第２実施形態にかかる車載電源装置を示す電気ブロック図。The electric block diagram which shows the vehicle-mounted power supply device concerning 2nd Embodiment of this invention. 第２実施形態において、ＤＣＤＣコンバータ及び開閉手段の動作状態の変化を示すタイミングチャート。The timing chart which shows the change of the operating state of a DCDC converter and an opening-and-closing means in 2nd Embodiment. 本発明の第３実施形態にかかる車載電源装置を示す電気ブロック図。The electric block diagram which shows the vehicle-mounted power supply device concerning 3rd Embodiment of this invention.

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。   Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are denoted by the same reference numerals in the drawings, and the description of the same reference numerals is used.

（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。 (First embodiment)
A vehicle on which the in-vehicle power supply device according to the present embodiment is mounted is a vehicle that uses an internal combustion engine as a travel drive source. When a predetermined automatic stop condition is satisfied, the internal combustion engine is automatically stopped, and a predetermined automatic restart condition is established. The engine has an idle stop function that automatically restarts the internal combustion engine when the condition is satisfied. Although a starter motor that rotates the crankshaft at the start of the internal combustion engine is mounted, a travel motor that assists vehicle travel is not mounted.

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（定電圧制御手段）、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（開閉手段）及びＤＣＤＣコンバータ６０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。   As shown in FIG. 1, the vehicle includes an alternator 10 (generator), a regulator 11 (constant voltage control means), a lead storage battery 20, a lithium storage battery 30 (second storage battery), and various electric loads 41 described below. , 42, 43, a MOS-FET 50 (opening / closing means) and a DCDC converter 60 are mounted, and the lead storage battery 20, the lithium storage battery 30, and the electric loads 41 to 43 are electrically connected in parallel to the alternator 10.

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との間に電気接続されており、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）を切り替える開閉手段として機能する。   The MOS-FET 50 is electrically connected between the alternator 10 and the lead storage battery 20 and the lithium storage battery 30, and is an opening / closing means for switching energization (on) and shutoff (off) of the lithium storage battery 30 with respect to the alternator 10 and the lead storage battery 20. Function as.

ちなみに、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。そのため、鉛蓄電池２０とリチウム蓄電池３０との間にＭＯＳ−ＦＥＴ５０を１つだけ設けた場合には、半導体スイッチ部５２をオフにしても寄生ダイオード５１のアノード側からカソード側に電流が流れてしまう。そこで本実施形態では、寄生ダイオード５１の向きを逆にした１対のＭＯＳ−ＦＥＴ５０を、鉛蓄電池２０とリチウム蓄電池３０との間に直列に設けている。そして、鉛蓄電池２０に対するリチウム蓄電池３０の通電をオンさせる時には、１対のＭＯＳ−ＦＥＴ５０の両方の半導体スイッチ部５２をオフにし、前記通電をオフさせる時には両方の半導体スイッチ部５２をオフにする。   Incidentally, it can be said that the MOS-FET 50 inevitably has a rectifying means due to its internal structure. That is, it can be said that the internal circuit of the MOS-FET 50 is equivalent to a circuit in which the semiconductor switch unit 52 and the parasitic diode 51 are connected in parallel. Therefore, when only one MOS-FET 50 is provided between the lead storage battery 20 and the lithium storage battery 30, a current flows from the anode side to the cathode side of the parasitic diode 51 even if the semiconductor switch unit 52 is turned off. . Therefore, in this embodiment, a pair of MOS-FETs 50 in which the directions of the parasitic diodes 51 are reversed are provided in series between the lead storage battery 20 and the lithium storage battery 30. When the energization of the lithium storage battery 30 to the lead storage battery 20 is turned on, both the semiconductor switch portions 52 of the pair of MOS-FETs 50 are turned off, and when the energization is turned off, both the semiconductor switch portions 52 are turned off.

なお、半導体スイッチ部５２のゲートへの入力信号はマイクロコンピュータ（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）とはマイコン７０により切り替えられるよう制御される。   An input signal to the gate of the semiconductor switch unit 52 is controlled by a microcomputer (microcomputer 70). That is, the microcomputer 70 is controlled to be switched between the on operation (energization operation) and the off operation (shut-off operation) of the MOS-FET 50.

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（図２（ａ）中の実線矢印参照）。   The load indicated by reference numeral 43 among the electric loads 41 to 43 is a constant voltage required electric load 43 that is required to be stable so that the voltage of the supplied power is substantially constant or at least fluctuates within a predetermined range. The FET 50 is electrically connected to the lithium storage battery 30 side. Thereby, the power supply to the constant voltage request | requirement electric load 43 will be shared by the lithium storage battery 30 (refer the continuous line arrow in Fig.2 (a)).

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。   Specific examples of the constant voltage demand electric load 43 include a navigation device and an audio device. For example, when the voltage of the supplied power is not constant but fluctuates greatly, or fluctuates greatly beyond the predetermined range, the navigation device or the like is activated when the voltage instantaneously drops below the minimum operating voltage. Causes a problem of resetting. Therefore, the power supplied to the constant voltage required electrical load 43 is required to be stable at a constant value that does not drop below the minimum operating voltage.

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（例えば、リヤウインドシールドのデフロスタ用ヒータ、空調装置の送風ファン等）である。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（図２（ｂ）中の実線矢印参照）。但し、後に詳述するように、一般電気負荷４２への電力供給は、ＤＣＤＣコンバータ６０を通じてリチウム蓄電池３０からも為される（図２（ａ）中の実線矢印参照）。   The load indicated by reference numeral 41 among the electric loads 41 to 43 is a starter motor that starts the internal combustion engine, and the load indicated by reference numeral 42 is a general electric load other than the constant voltage required electric load 43 and the starter motor 41 (for example, A defroster heater for a rear windshield, a blower fan for an air conditioner, and the like. The starter motor 41 and the general electric load 42 are electrically connected to the lead storage battery 20 side with respect to the MOS-FET 50. As a result, the lead storage battery 20 shares power supply to the starter motor 41 and the general electric load 42 (see the solid line arrow in FIG. 2B). However, as will be described in detail later, power is supplied to the general electric load 42 from the lithium storage battery 30 through the DCDC converter 60 (see the solid line arrow in FIG. 2A).

ＤＣＤＣコンバータ６０は、オルタネータ１０及び鉛蓄電池２０と、リチウム蓄電池３０との間に電気接続されるとともに、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０に対して並列に電気接続されている。そして、リチウム蓄電池３０から放電される電力を昇圧させて鉛蓄電池２０の側へ供給させる昇圧回路として機能する。   The DCDC converter 60 is electrically connected between the alternator 10 and the lead storage battery 20 and the lithium storage battery 30 and is also electrically connected in parallel to the MOS-FET 50. And it functions as a booster circuit that boosts the electric power discharged from the lithium storage battery 30 and supplies it to the lead storage battery 20 side.

また、ＤＣＤＣコンバータ６０は、リチウム蓄電池３０から鉛蓄電池２０の側へのみ電流を流す単方向コンバータである。ＤＣＤＣコンバータ６０はオンオフ切替機能を有しており、そのオンオフ状態はマイコン７０により制御される。例えば、マイコン７０からＤＣＤＣコンバータ６０へオンオフを指令する信号が出力されると、その指令信号に基づいて、ＤＣＤＣコンバータ６０内のスイッチング素子（図示しないオンオフ切替機能）が通電作動することに伴って、ＤＣＤＣコンバータ６０から昇圧した電力を出力するオン状態となる。一方、前記スイッチング素子が遮断作動するよう制御されると、ＤＣＤＣコンバータ６０からの電力出力が為されないオフ状態となる。   The DCDC converter 60 is a unidirectional converter that allows current to flow only from the lithium storage battery 30 to the lead storage battery 20 side. The DCDC converter 60 has an on / off switching function, and the on / off state is controlled by the microcomputer 70. For example, when an on / off command signal is output from the microcomputer 70 to the DCDC converter 60, a switching element (on / off switching function (not shown)) in the DCDC converter 60 is energized based on the command signal. The DC / DC converter 60 is turned on to output the boosted power. On the other hand, when the switching element is controlled to be cut off, the power output from the DCDC converter 60 is not turned off.

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。   The power supplied to the starter motor 41 is orders of magnitude greater than the power supplied to the other electric loads 42 and 43. For this reason, when power is supplied to the starter motor 41, the terminal voltage Vd (Pb) of the lead storage battery 20 rapidly decreases. However, the lithium storage battery 30 is provided with the MOS-FET 50 that switches between energization and interruption from the lithium storage battery 30 to the starter motor 41, thereby avoiding a rapid decrease in the terminal voltage Vd (Li). Specifically, during the period when power is supplied from the lead storage battery 20 to the starter motor 41, the MOS-FET 50 is turned off by the microcomputer 70, thereby preventing current from flowing from the lithium storage battery 30 to the starter motor 41. The voltage drop of the lithium storage battery 30 is avoided. Therefore, stable electric power with small voltage fluctuation can be supplied from the lithium storage battery 30 to the constant voltage required electrical load 43.

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。また、図１の例では一般電気負荷４２を、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０に対して鉛蓄電池２０の側に電気接続しているが、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０に対してリチウム蓄電池３０の側に電気接続して、一般電気負荷４２への電力供給をリチウム蓄電池３０が分担するようにしてもよい。   In addition, when the lead storage battery 20 does not have a sufficient storage amount for starting the starter motor 41, the MOS-FET 50 may be turned on to supply power from the lithium storage battery 30 to the starter motor 41. . In short, when the SOC of the lead storage battery 20 is low, power is supplied from the lithium storage battery 30 to the starter motor 41 in preference to the power supply to the constant voltage required electrical load 43. Further, in the example of FIG. 1, the general electric load 42 is electrically connected to the side of the lead storage battery 20 with respect to the MOS-FET 50, but is electrically connected to the side of the lithium storage battery 30 with respect to the MOS-FET 50, The lithium storage battery 30 may share power supply to the electric load 42.

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一定の設定電圧（定電圧Ｖｒｅｇ）となるよう調整し、発電電力の電圧変動を抑制する。本実施形態では、回生時の定電圧Ｖｒｅｇを１４．５Ｖに設定している。   The alternator 10 generates electric power using the rotational energy of the crankshaft. Specifically, when the rotor of the alternator 10 is rotated by the crankshaft, an alternating current is induced in the stator coil according to the exciting current flowing through the rotor coil 10a, and is converted into a direct current by a rectifier (not shown). And the regulator 11 adjusts the exciting current which flows into the rotor coil 10a, and adjusts the voltage of the direct current generated so that it may become a fixed setting voltage (constant voltage Vreg), and suppresses the voltage fluctuation of generated electric power. In this embodiment, the constant voltage Vreg at the time of regeneration is set to 14.5V.

オルタネータ１０で発電した電力は、各種電気負荷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）が過充放電とならない範囲（ＳＯＣ使用範囲）となるよう、マイコン７０（保護制御手段）により制御されている。   The electric power generated by the alternator 10 is supplied to various electric loads 42 to 43 and also supplied to the lead storage battery 20 and the lithium storage battery 30. When the drive of the internal combustion engine is stopped and the alternator 10 is not generating power, electric power is supplied from the lead storage battery 20 and the lithium storage battery 30 to the electric loads 41 to 43. The discharge amount from the lead storage battery 20 and the lithium storage battery 30 to the electric loads 41 to 43 and the charge amount from the alternator 10 are overcharged by SOC (State of charge: the ratio of the actual charge amount to the full charge amount). It is controlled by the microcomputer 70 (protection control means) so as to be in a range that does not discharge (SOC usage range).

また、本実施形態では、車両の減速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。   Moreover, in this embodiment, the deceleration regeneration which performs the electric power generation of the alternator 10 with the deceleration regeneration energy of a vehicle and makes both storage batteries 20 and 30 (mainly lithium storage battery 30) charge is performed. This deceleration regeneration is performed when a condition such as that the vehicle is in a decelerating state or that the fuel injection to the internal combustion engine is cut is satisfied.

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（ＰｂＯ２）、負極活物質が鉛（Ｐｂ）、電解液が硫酸（Ｈ２ＳＯ４）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。 The lead storage battery 20 is a well-known general-purpose storage battery. Specifically, the positive electrode active material is lead dioxide (PbO 2 ), the negative electrode active material is lead (Pb), and the electrolytic solution is sulfuric acid (H 2 SO 4 ). And the some battery cell comprised from these electrodes is connected in series, and is comprised. The storage capacity of the lead storage battery 20 is set larger than the storage capacity of the lithium storage battery 30.

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、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４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ＬｉｘＴｉＯ２）、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。 On the other hand, an oxide containing lithium (lithium metal composite oxide) is used for the positive electrode active material of the lithium storage battery 30, and specific examples include LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiFePO 4, and the like. Can be mentioned. As the negative electrode active material of the lithium storage battery 30, carbon (C), graphite, lithium titanate (for example, Li x TiO 2 ), an alloy containing Si or Su, or the like is used. An organic electrolyte is used as the electrolyte of the lithium storage battery 30. And the some battery cell comprised from these electrodes is connected in series, and is comprised. In particular, in the present embodiment, lithium titanate is adopted as the negative electrode active material of the lithium storage battery 30.

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。 In addition, the codes | symbols 21 and 31 in FIG. 1 represent the battery cell aggregate | assembly of the lead storage battery 20 and the lithium storage battery 30, and the codes | symbols 22 and 32 represent the internal resistance of the lead storage battery 20 and the lithium storage battery 30. In the following description, the open voltage V0 of the storage battery is a voltage generated by the battery cell assemblies 21 and 31, and the terminal voltages Vd and Vc of the storage battery are expressed by the following expressions 1 and 2. Voltage.
Vd = V0−Id × R (Formula 1)
Vc = V0 + Ic × R (Formula 2)
The discharge current is Id, the charging current is Ic, the internal resistance of the storage battery is R, and the open voltage of the storage battery is V0. As shown in these equations 1 and 2, the terminal voltage Vd during discharge becomes smaller as the internal resistance R increases, and the terminal voltage Vc during charging becomes larger as the internal resistance R increases.

図３（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３（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３（ａ）参照）の間では上昇の傾きが小さくなっている。   The horizontal axis in FIG. 3A shows the SOC of the lead storage battery 20, and the solid line A1 in the figure is a voltage characteristic line showing the relationship between the SOC of the lead storage battery 20 and the open circuit voltage V0 (Pb). The open circuit voltage V0 (Pb) also increases in proportion to the increase in the amount of charge and the SOC. The horizontal axis in FIG. 3B represents the SOC of the lithium storage battery 30, and the solid line A2 in the figure is a voltage characteristic line showing the relationship between the SOC of the lithium storage battery 30 and the open circuit voltage V0 (Li). As the amount of charge increases and the SOC increases, the open circuit voltage V0 (Li) also increases. However, the gradient of increase is small between the inflection points P1 and P2 (see FIG. 3A).

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（ＳＯＣ使用範囲）となるよう、マイコン７０（保護制御手段）により蓄電池２０，３０の充放電量を規制しており、鉛蓄電池２０のＳＯＣ使用範囲Ｗ１(Pb)はＳＯＣ８８％〜１００％であり、リチウム蓄電池３０のＳＯＣ使用範囲Ｗ２(Li)は例えばＳＯＣ１０％〜９０％である。使用範囲Ｗ２(Li)の上限は１００％より小さく、下限は０％より大きい。   When the storage batteries 20, 30 are overcharged or overdischarged, there is a concern about early deterioration. Therefore, the charge / discharge amount of the storage batteries 20 and 30 is regulated by the microcomputer 70 (protection control means) so that the overcharge / discharge range (SOC use range) is reached. The SOC use range W1 (Pb) of the lead storage battery 20 SOC is 88% to 100%, and the SOC usage range W2 (Li) of the lithium storage battery 30 is, for example, SOC 10% to 90%. The upper limit of the use range W2 (Li) is smaller than 100%, and the lower limit is larger than 0%.

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３（ｂ）は、図３（ａ）の点線部分（使用範囲Ｗ１(Pb)を示す部分）の拡大図でもあり、図３（ｂ）の横軸に示されるリチウム蓄電池３０のＳＯＣ＝０％の位置は、使用範囲Ｗ１(Pb)の８８％の値に相当する。   Therefore, in the lead storage battery 20, SOC 0% to 88% is a range that causes early deterioration. FIG. 3B is also an enlarged view of a dotted line portion (portion indicating the use range W1 (Pb)) of FIG. 3A, and the SOC of the lithium storage battery 30 shown on the horizontal axis of FIG. 3B. The position of 0% corresponds to a value of 88% of the use range W1 (Pb).

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。   And the lithium storage battery 30 is set so that it may become the voltage characteristic A2 of the lithium storage battery 30 which satisfy | fills the following conditions (a) (b) (c) (d) (e). Specifically, by selecting a combination of the positive electrode active material, the negative electrode active material, and the electrolyte solution of the lithium storage battery 30, the voltage characteristic A2 that satisfies the conditions (a) to (e) can be created.

＜条件（ａ）＞
鉛蓄電池２０のＳＯＣ使用範囲Ｗ１(Pb)とリチウム蓄電池３０のＳＯＣ使用範囲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。 <Condition (a)>
The open-circuit voltage V0 (Pb) of the lead storage battery 20 and the open-circuit voltage V0 (Li) of the lithium storage battery 30 are the same in the SOC use range W1 (Pb) of the lead storage battery 20 and the SOC use range W2 (Li) of the lithium storage battery 30. There is a point VdS to be performed. In addition, the coincidence point VdS is present in a region (shelf regions P1 to P2) between the inflection points P1 and P2 where the inclination is small in the voltage characteristic line A2 of the lithium storage battery 30.

＜条件（ｂ）＞
リチウム蓄電池３０のＳＯＣ使用範囲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)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、ＳＯＣ使用範囲Ｗ２(Li)の上限値（９０％）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、ＳＯＣ使用範囲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。 <Condition (b)>
In the SOC usage range W2 (Li) of the lithium storage battery 30, the open circuit voltage V0 (Li) of the lithium storage battery 30 is higher than the open circuit voltage V0 (Pb) of the lead storage battery 20 on the upper side of the coincidence point Vds. More specifically, when the coincidence point Vds is present in the shelf areas P1 to P2, the coincidence point Vds is present on the lower limit side of the upper limit value (90%) of the SOC usage range W2 (Li). The slope of the voltage characteristic line A2 of the lithium storage battery 30 is larger than the slope of the voltage characteristic line A1 of the lead storage battery 20 on the upper limit side of the coincidence point Vds in the SOC usage range W2 (Li).

＜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３（ｂ）中の実線Ａ３参照）であって、ＳＯＣ使用範囲Ｗ２(Li)の上限値（９０％）における端子電圧Ｖｃ(Li)の値が、定電圧Ｖｒｅｇよりも小さい。なお、図３（ｂ）中の符号ΔＶは、上限値（９０％）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。 <Condition (c)>
The terminal voltage Vc (Li) when the maximum charging current flows through the lithium storage battery 30 is smaller than the constant voltage Vreg controlled by the regulator 11. In other words, the terminal voltage Vc (Li) of the lithium storage battery 30 at the time of charging (see the solid line A3 in FIG. 3B), and the terminal voltage at the upper limit (90%) of the SOC usage range W2 (Li) The value of Vc (Li) is smaller than the constant voltage Vreg. 3B indicates the voltage drop due to the internal resistance 32 at the upper limit (90%), and corresponds to the term (Ic × R) in the above-described equation 2.

＜条件（ｄ）＞
リチウム蓄電池３０のＳＯＣ使用範囲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、ＳＯＣ使用範囲Ｗ２(Li)の下限値（１０％）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、ＳＯＣ使用範囲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。 <Condition (d)>
In the SOC usage range W2 (Li) of the lithium storage battery 30, the open circuit voltage V0 (Li) of the lithium storage battery 30 is lower than the open circuit voltage V0 (Pb) of the lead storage battery 20 on the lower limit side of the coincidence point Vds. More specifically, when the coincidence point Vds is present in the shelf areas P1 to P2, the coincidence point Vds is present on the upper limit side of the lower limit value (10%) of the SOC use range W2 (Li). The slope of the voltage characteristic line A2 of the lithium storage battery 30 is larger than the slope of the voltage characteristic line A1 of the lead storage battery 20 on the lower limit side of the coincidence point Vds in the SOC usage range W2 (Li).

＜条件（ｅ）＞
リチウム蓄電池３０のＳＯＣ使用範囲Ｗ２(Li)のうち一致ポイントＶｄｓより下限側の範囲が上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の上限側に一致ポイントＶｄｓを存在させる。そのため、ＳＯＣ使用範囲Ｗ２(Li)の大部分においてＶｄ(Li)＜Ｖｄ(Pb)、Ｖｃ(Li)＜Ｖｃ(Pb)となる。 <Condition (e)>
In the SOC usage range W2 (Li) of the lithium storage battery 30, the range on the lower limit side from the coincidence point Vds is wider than the range on the upper limit side. More specifically, when the coincidence point Vds exists in the shelf areas P1 to P2, the coincidence point Vds is present on the upper limit side of the SOC from the center of the area between the P1 and P2. Therefore, Vd (Li) <Vd (Pb) and Vc (Li) <Vc (Pb) are satisfied in most of the SOC use range W2 (Li).

なお、鉛蓄電池２０及びリチウム蓄電池３０の実際のＳＯＣが、上述した使用範囲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前記第２蓄電池への放電量を制限して過放電保護するよう制御する保護制御手段としても機能する。   Note that the microcomputer 70 limits the amount of charge to both the storage batteries 20 and 30 so that the actual SOC of the lead storage battery 20 and the lithium storage battery 30 is within the above-described use ranges W1 (Pb) and W2 (Li). In addition to overcharge protection, both storage batteries 20 and 30 also function as protection control means for controlling overdischarge protection by limiting the amount of discharge to the second storage battery.

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(Li)の検出値を常時取得するとともに、電流検出手段７１，７２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３（ｂ）のＳＯＣ下限値（１０％）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（電圧上昇抑制作動）させることで、過充電保護を図るようにすればよい。前記上限電圧は、図３（ｂ）のＳＯＣ上限値（９０％）に対応する電圧に基づき設定すればよい。   More specifically, the microcomputer 70 always obtains the detected values of the terminal voltages Vc, Vd or the open voltage V0 (Li) of both the storage batteries 20, 30, and is detected by the current detection means 71, 72. The current value flowing through 20, 30 is always acquired. For example, when the terminal voltage Vd of the lithium storage battery 30 at the time of discharge is lower than the lower limit voltage, the MOS-FET 50 is turned on to charge the alternator 10 or the lead storage battery 20 where the SOC is not reduced. Thus, the overdischarge protection of the lithium storage battery 30 may be achieved. The lower limit voltage may be set based on a voltage corresponding to the SOC lower limit value (10%) in FIG. Further, when the terminal voltage Vc of the lithium storage battery 30 rises above the upper limit voltage, the overcharge protection may be achieved by turning off the MOS-FET 50 (voltage rise suppression operation). The upper limit voltage may be set based on a voltage corresponding to the SOC upper limit value (90%) in FIG.

さらにマイコン７０は、リチウム蓄電池３０の電圧に応じて定電圧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の定電圧Ｖｒｅｇの値を可変制御する。これにより、リチウム蓄電池３０の過放電保護と過充電保護を図っている。すなわち、リチウム蓄電池３０の電圧が下限電圧よりも低下した場合には、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、リチウム蓄電池３０の電圧が上限電圧よりも上昇した場合には、定電圧Ｖｒｅｇを低下させてリチウム蓄電池３０への充電量抑制を図ることで、過充電保護を実施する。   Further, the microcomputer 70 variably controls the value of the constant voltage Vreg of the regulator 11 by outputting a command signal for instructing the value of the constant voltage Vreg to the regulator 11 according to the voltage of the lithium storage battery 30. Thereby, overdischarge protection and overcharge protection of the lithium storage battery 30 are achieved. That is, when the voltage of the lithium storage battery 30 falls below the lower limit voltage, the constant voltage Vreg is increased to increase the amount of charge to the lithium storage battery 30 to implement overdischarge protection. Further, when the voltage of the lithium storage battery 30 rises above the upper limit voltage, overcharge protection is implemented by reducing the constant voltage Vreg and suppressing the amount of charge to the lithium storage battery 30.

次に、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０及びＤＣＤＣコンバータ６０の作動をマイコン７０で制御するにあたり、車両の運転状態に応じた制御内容を、図１及び図２を用いて説明する。   Next, when the operation of the MOS-FET 50 and the DCDC converter 60 is controlled by the microcomputer 70, the control contents according to the driving state of the vehicle will be described with reference to FIGS.

＜回生充電時＞
図１は、車両の減速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へ充電させる時（回生充電時）の作動を示す。このような回生充電時には、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオン作動させるとともにＤＣＤＣコンバータ６０をオフ状態にする。これにより、回生発電した大電力は、オルタネータ１０からＤＣＤＣコンバータ６０へ入力されることなく、オルタネータ１０からＭＯＳ−ＦＥＴ５０を通じてリチウム蓄電池３０へ入力されることとなる。 <During regenerative charging>
FIG. 1 shows an operation when the alternator 10 is generated by the deceleration regenerative energy of the vehicle to charge the lithium storage battery 30 (during regenerative charging). During such regenerative charging, the MOS-FET 50 is turned on and the DCDC converter 60 is turned off. Thereby, the large electric power generated by regenerative power is input from the alternator 10 to the lithium storage battery 30 through the MOS-FET 50 without being input from the alternator 10 to the DCDC converter 60.

ここで、ＤＣＤＣコンバータ６０へ入力される電力の最大値（入力最大値）を小さくできれば、小型で安価なＤＣＤＣコンバータ６０を選定することができる。そして、回生発電した電力（例えば２ｋＷ）は、リチウム蓄電池３０から放電される電力（例えば数百Ｗ）に比べて桁違いに大きい。そのため、本実施形態に反し、回生電力をＤＣＤＣコンバータ６０へ入力させるよう構成すると、回生発電電力が前記入力最大値となるので、ＤＣＤＣコンバータ６０へ要求される能力が高くなる。   Here, if the maximum value (input maximum value) of power input to the DCDC converter 60 can be reduced, a small and inexpensive DCDC converter 60 can be selected. The regeneratively generated power (for example, 2 kW) is much larger than the power discharged from the lithium storage battery 30 (for example, several hundred watts). Therefore, contrary to the present embodiment, when the regenerative power is input to the DCDC converter 60, the regenerative power generation becomes the input maximum value, so that the capability required of the DCDC converter 60 is increased.

これに対し本実施形態では、上述の如く回生電力を、ＤＣＤＣコンバータ６０へ入力させることなくＭＯＳ−ＦＥＴ５０を通じてリチウム蓄電池３０へ入力させる。そのため、後述する図２（ａ）の如くリチウム蓄電池３０から放電してＤＣＤＣコンバータ６０へ入力した時の電力が、前記入力最大値となる。よって、ＤＣＤＣコンバータ６０への入力最大値を小さくできるので、小型で安価なＤＣＤＣコンバータ６０を選定することができる。   In contrast, in the present embodiment, the regenerative power is input to the lithium storage battery 30 through the MOS-FET 50 without being input to the DCDC converter 60 as described above. Therefore, the electric power when discharged from the lithium storage battery 30 and inputted to the DCDC converter 60 as shown in FIG. Therefore, since the maximum input value to the DCDC converter 60 can be reduced, a small and inexpensive DCDC converter 60 can be selected.

なお、回生充電は、鉛蓄電池２０及びリチウム蓄電池３０の両蓄電池にされ得るが、その時の端子電圧Ｖｃ(Pb)，Ｖｃ(Li)が低くなっている方の蓄電池へ優先して充電される。本実施形態では、ＳＯＣ使用範囲Ｗ２(Li)の大部分においてＶｃ(Li)＜Ｖｃ(Pb)となるようリチウム蓄電池３０を作りこんでいるので、鉛蓄電池２０よりも優先してリチウム蓄電池３０へ回生充電される機会が多くなっている。   The regenerative charging can be performed for both the lead storage battery 20 and the lithium storage battery 30, but the storage battery with the lower terminal voltages Vc (Pb) and Vc (Li) at that time is preferentially charged. In the present embodiment, since the lithium storage battery 30 is built so that Vc (Li) <Vc (Pb) in most of the SOC usage range W2 (Li), the lithium storage battery 30 is given priority over the lead storage battery 20. Opportunities for regenerative charging are increasing.

＜通常放電時＞
図２（ａ）は、回生充電時以外のエンジン運転時（通常時）において、リチウム蓄電池３０から放電させる時（通常放電時）の作動を示す。回生されていない通常時にリチウム蓄電池３０の端子電圧Ｖｄが下限電圧以上であれば、リチウム蓄電池３０のＳＯＣが十分に高いとみなされ、マイコン７０は、リチウム蓄電池３０から一般電気負荷４２及び定電圧要求電気負荷４３へ放電（通常放電）させるべく、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオフ作動させるとともにＤＣＤＣコンバータ６０をオン状態にする。 <During normal discharge>
FIG. 2A shows the operation when discharging from the lithium storage battery 30 (normal discharge) during engine operation (normal time) other than during regenerative charging. If the terminal voltage Vd of the lithium storage battery 30 is not less than the lower limit voltage during normal regeneration, the SOC of the lithium storage battery 30 is considered sufficiently high, and the microcomputer 70 requests the general electric load 42 and the constant voltage request from the lithium storage battery 30. In order to discharge the electric load 43 (normal discharge), the MOS-FET 50 is turned off and the DCDC converter 60 is turned on.

これによれば、リチウム蓄電池３０から定電圧要求電気負荷４３へ端子電圧Ｖｄ(Li)の電力が供給されると同時に、ＤＣＤＣコンバータ６０により端子電圧Ｖｄ(Li)から昇圧された電力が、ＤＣＤＣコンバータ６０を通じて一般電気負荷４２へも供給されることとなる。なお、この通常放電時においてはＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオフ作動させるので、ＤＣＤＣコンバータ６０により昇圧した電力がＤＣＤＣコンバータ６０とＭＯＳ−ＦＥＴ５０との間を循環して流れてしまうことを回避できる。   According to this, the power of the terminal voltage Vd (Li) is supplied from the lithium storage battery 30 to the constant voltage required electric load 43, and at the same time, the power boosted from the terminal voltage Vd (Li) by the DCDC converter 60 is converted into the DCDC converter. It is also supplied to the general electric load 42 through 60. Since the MOS-FET 50 is turned off during the normal discharge, the power boosted by the DCDC converter 60 can be prevented from circulating between the DCDC converter 60 and the MOS-FET 50.

このように、リチウム蓄電池３０から、ＤＣＤＣコンバータ６０を通じて一般電気負荷４２へも電力供給させるので、通常時においてリチウム蓄電池３０のＳＯＣ(Li)低下を促進させることができる。そのため、リチウム蓄電池３０が充電できる量（空き容量）を通常時に十分に大きくさせておくこととなるので、次回、回生電力をリチウム蓄電池３０へ充電させる際に、その回生充電量を十分に多くすることができる。   As described above, since the electric power is also supplied from the lithium storage battery 30 to the general electric load 42 through the DCDC converter 60, the SOC (Li) reduction of the lithium storage battery 30 can be promoted in the normal time. For this reason, since the amount (free capacity) that can be charged by the lithium storage battery 30 is made sufficiently large during normal times, when the regenerative power is charged to the lithium storage battery 30 next time, the regenerative charge amount is sufficiently increased. be able to.

＜通常充電時＞
前記通常時において、オルタネータ１０からリチウム蓄電池３０へ充電させる時（通常充電時）の作動を以下に説明する。回生されていない通常時にリチウム蓄電池３０の端子電圧Ｖｄが下限電圧未満であれば、リチウム蓄電池３０のＳＯＣは充電を要する状態であるとみなされ、マイコン７０は、オルタネータ１０又は鉛蓄電池２０からリチウム蓄電池３０へ充電（通常充電）させるべく、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオン作動させるとともにＤＣＤＣコンバータ６０をオフ状態にする（図１参照）。 <Normal charging>
The operation at the time of charging the lithium storage battery 30 from the alternator 10 in the normal time (during normal charging) will be described below. If the terminal voltage Vd of the lithium storage battery 30 is less than the lower limit voltage during normal regenerative operation, the SOC of the lithium storage battery 30 is considered to be in a state that requires charging. In order to charge 30 (normal charge), the MOS-FET 50 is turned on and the DCDC converter 60 is turned off (see FIG. 1).

これによれば、オルタネータ１０で発電された電力及び鉛蓄電池２０のうち電圧の高い側から、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０を通じてリチウム蓄電池３０へ電力供給されて、リチウム蓄電池３０は充電（通常充電）されることとなる。なお、この通常充電時においてはＤＣＤＣコンバータ６０をオフ作動させるので、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０を通じてリチウム蓄電池３０の側へ流れる電流がＤＣＤＣコンバータ６０とＭＯＳ−ＦＥＴ５０との間を循環して流れてしまうことを回避できる。   According to this, power is supplied to the lithium storage battery 30 through the MOS-FET 50 from the higher voltage side of the power generated by the alternator 10 and the lead storage battery 20, and the lithium storage battery 30 is charged (normally charged). Become. Since the DCDC converter 60 is turned off during the normal charging, the current flowing to the lithium storage battery 30 side through the MOS-FET 50 is prevented from circulating between the DCDC converter 60 and the MOS-FET 50. it can.

＜アイドルストップ時及びスタータモータ作動時＞
スタータモータ４１を作動させているエンジン始動時及びエンジンを自動停止させてアイドルストップさせている時には、マイコン７０は、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオフ作動させるとともにＤＣＤＣコンバータ６０をオフ状態にする（図２（ｂ）参照）。よって、リチウム蓄電池３０及び定電圧要求電気負荷４３は、ＤＣＤＣコンバータ６０に対してオルタネータ１０の側の電源ラインから切り離されることとなる。 <During idle stop and starter motor operation>
The microcomputer 70 turns off the MOS-FET 50 and turns off the DCDC converter 60 when starting the engine that operates the starter motor 41 and when the engine is automatically stopped to stop idling (FIG. 2B). )reference). Therefore, the lithium storage battery 30 and the constant voltage required electric load 43 are disconnected from the power supply line on the alternator 10 side with respect to the DCDC converter 60.

これによれば、リチウム蓄電池３０からスタータモータ４１へ放電されることを回避できる。よって、高価なリチウム蓄電池３０の小容量化を実現できるとともに、スタータモータ４１駆動直後においてリチウム蓄電池３０の端子電圧Ｖｄ(Li)が急激に低下することが回避される。よって、リチウム蓄電池３０から定電圧要求電気負荷４３へ、安定した電圧の電力を供給することができる。   According to this, discharge from the lithium storage battery 30 to the starter motor 41 can be avoided. Therefore, the capacity of the expensive lithium storage battery 30 can be reduced, and the terminal voltage Vd (Li) of the lithium storage battery 30 can be prevented from rapidly decreasing immediately after the starter motor 41 is driven. Therefore, it is possible to supply power with a stable voltage from the lithium storage battery 30 to the constant voltage required electric load 43.

また、アイドルストップ時にリチウム蓄電池３０から一般電気負荷４２へ放電することが回避される。よって、アイドルストップを終了してエンジンを自動再始動させる直後においてリチウム蓄電池３０の蓄電量が下限値未満となり、始動時に定電圧要求電気負荷４３が作動できないといった不具合を回避できる。   Further, discharging from the lithium storage battery 30 to the general electric load 42 during idle stop is avoided. Therefore, it is possible to avoid the problem that the charged amount of the lithium storage battery 30 becomes less than the lower limit value immediately after the idle stop is ended and the engine is automatically restarted, and the constant voltage requesting electric load 43 cannot be operated at the time of starting.

以上により、本実施形態によれば上述した各種効果が発揮されるが、これらの効果を、図４のタイミングチャートに沿って以下に説明する。図４は、本実施形態による作動の一例を示すタイミングチャートであり、図４中の（ａ）は車速変化、（ｂ）はリチウム蓄電池３０のＳＯＣ(Li)変化、（ｃ）はＭＯＳ−ＦＥＴ５０の動作状態変化、（ｄ）はＤＣＤＣコンバータ６０の動作状態変化を示す。   As described above, according to the present embodiment, the various effects described above are exhibited. These effects will be described below along the timing chart of FIG. FIG. 4 is a timing chart showing an example of operation according to the present embodiment, where (a) in FIG. 4 is a change in vehicle speed, (b) is a change in SOC (Li) of the lithium storage battery 30, and (c) is a MOS-FET 50. (D) shows a change in the operating state of the DCDC converter 60.

先ず、図中のｔ１〜ｔ３において加速走行及び定常走行している間（通常時）、ＳＯＣ(Li)は使用範囲Ｗ２内となっているため、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオフ作動させるとともにＤＣＤＣコンバータ６０をオン状態に制御している。これにより、リチウム蓄電池３０からは定電圧要求電気負荷４３への電力供給のみならず、ＤＣＤＣコンバータ６０を通じて一般電気負荷４２へも電力供給する。そのため、ｔ３〜ｔ４において車両の減速エネルギを回生して充電するに先立ち、ＳＯＣ(Li)の低下を促進して（図４（ｂ）参照）、ＳＯＣ(Li)が十分に低下されている。   First, during acceleration running and steady running from t1 to t3 in the figure (normal time), SOC (Li) is within the use range W2, so the MOS-FET 50 is turned off and the DCDC converter 60 is turned on. Controlled to ON state. As a result, the lithium storage battery 30 not only supplies power to the constant voltage demand electric load 43 but also supplies power to the general electric load 42 through the DCDC converter 60. Therefore, before the vehicle deceleration energy is regenerated and charged at t3 to t4, the decrease in SOC (Li) is promoted (see FIG. 4B), and the SOC (Li) is sufficiently decreased.

続くｔ３〜ｔ４の回生充電時には、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオン作動させるとともにＤＣＤＣコンバータ６０をオフ状態に制御している。これにより、回生電力がＤＣＤＣコンバータ６０へ入力されることなくリチウム蓄電池３０へ入力されて充電される。この時、ｔ１〜ｔ３においてＳＯＣ(Li)を十分に低下できているので、ｔ３〜ｔ４におけるリチウム蓄電池３０への充電量を大きくすることができる。   During the subsequent regenerative charging from t3 to t4, the MOS-FET 50 is turned on and the DCDC converter 60 is controlled to be in the off state. Thus, the regenerative power is input to the lithium storage battery 30 and charged without being input to the DCDC converter 60. At this time, since the SOC (Li) can be sufficiently reduced at t1 to t3, the amount of charge to the lithium storage battery 30 at t3 to t4 can be increased.

続くｔ４〜ｔ５において自動停止させている時、及びｔ５時点にてスタータモータ４１を駆動させる時には、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオフ作動させるとともにＤＣＤＣコンバータ６０をオフ状態に制御している。これにより、停車時及びエンジン始動時にリチウム蓄電池３０からの放電を抑制して、次回のエンジン始動直後においてＳＯＣ(Li)が下限値を下回ってしまい定電圧要求電気負荷４３へ電力供給できなくなることの回避を図る。   During the subsequent automatic stop at t4 to t5 and when the starter motor 41 is driven at time t5, the MOS-FET 50 is turned off and the DCDC converter 60 is controlled to be turned off. As a result, the discharge from the lithium storage battery 30 is suppressed when the vehicle is stopped and when the engine is started, and immediately after the next engine start, the SOC (Li) falls below the lower limit value, making it impossible to supply power to the constant voltage demand electric load 43. Try to avoid it.

以降のｔ５〜ｔ１４においても、基本的にはｔ１〜ｔ５と同様の制御を実施する。但し、回生充電中にＳＯＣ(Li)が使用範囲Ｗ２の上限値に達したｔ８時点では、リチウム蓄電池３０の過充電を回避すべく、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオフ作動させるとともにＤＣＤＣコンバータ６０をオン状態に制御している。これにより、リチウム蓄電池３０からはＤＣＤＣコンバータ６０を通じて一般電気負荷４２へも電力供給させることで、リチウム蓄電池３０の放電を促進させ、リチウム蓄電池３０の過充電が回避される。   Also in subsequent t5-t14, the same control as t1-t5 is fundamentally implemented. However, at time t8 when SOC (Li) reaches the upper limit of the use range W2 during regenerative charging, the MOS-FET 50 is turned off and the DCDC converter 60 is turned on to avoid overcharging of the lithium storage battery 30. I have control. As a result, by supplying power from the lithium storage battery 30 to the general electric load 42 through the DCDC converter 60 as well, discharge of the lithium storage battery 30 is promoted, and overcharging of the lithium storage battery 30 is avoided.

また、回生させていない通常走行時にＳＯＣ(Li)が使用範囲Ｗ２の下限値に達したｔ１２時点では、リチウム蓄電池３０の過放電を回避すべく、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオン作動させるとともにＤＣＤＣコンバータ６０をオフ状態に制御している。これにより、オルタネータ１０又は鉛蓄電池２０のうち電圧が高くなっている側から、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０を通じてリチウム蓄電池３０へ電力供給させることで、リチウム蓄電池３０の過放電が回避される。   In addition, at the time t12 when the SOC (Li) reaches the lower limit value of the use range W2 during normal driving without regeneration, the MOS-FET 50 is turned on and the DCDC converter 60 is turned on to avoid overdischarge of the lithium storage battery 30. Controlled to off state. Thereby, the overdischarge of the lithium storage battery 30 is avoided by supplying electric power to the lithium storage battery 30 through the MOS-FET 50 from the side of the alternator 10 or the lead storage battery 20 where the voltage is high.

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、ＤＣＤＣコンバータ６０に単方向コンバータを用いている。これに対し、図５に示す本実施形態のＤＣＤＣコンバータ６００には、リチウム蓄電池３０から鉛蓄電池２０の側へ電流を流すことが可能であるとともに、鉛蓄電池２０からリチウム蓄電池３０へも電流を流すことが可能である双方向コンバータが用いられている。なお、ＤＣＤＣコンバータ６００以外の他のハード構成は第１実施形態と同じである。また、通常充電時以外については、マイコン７０による制御内容は第１実施形態と同じである。 (Second Embodiment)
In the first embodiment, a unidirectional converter is used as the DCDC converter 60. On the other hand, in the DCDC converter 600 of the present embodiment shown in FIG. 5, it is possible to flow current from the lithium storage battery 30 to the lead storage battery 20 side, and also flow current from the lead storage battery 20 to the lithium storage battery 30. Bidirectional converters are used that are possible. The hardware configuration other than the DCDC converter 600 is the same as that of the first embodiment. Further, the control content by the microcomputer 70 is the same as in the first embodiment except during normal charging.

図６は、本実施形態を示すタイミングチャートであり、図４との違いは、ｔ１２〜ｔ１３の期間における通常充電時の作動である。すなわち、本実施形態での通常充電時には、マイコン７０は、オルタネータ１０又は鉛蓄電池２０からリチウム蓄電池３０へ充電（通常充電）させるべく、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオフ作動させるとともにＤＣＤＣコンバータ６０をオン状態にする（図５参照）。   FIG. 6 is a timing chart showing this embodiment, and the difference from FIG. 4 is the operation during normal charging in the period from t12 to t13. That is, during normal charging in the present embodiment, the microcomputer 70 turns off the MOS-FET 50 and turns on the DCDC converter 60 in order to charge (normally charge) the alternator 10 or the lead storage battery 20 to the lithium storage battery 30. (See FIG. 5).

これによれば、オルタネータ１０で発電された電力及び鉛蓄電池２０のうち電圧の高い側から、ＤＣＤＣコンバータ６０を通じてリチウム蓄電池３０へ電力供給されて、リチウム蓄電池３０は充電（通常充電）されることとなる。なお、この通常充電時においてはＭＯＳ−ＦＥＴ５０をオフ作動させるので、ＤＣＤＣコンバータ６０を通じてリチウム蓄電池３０の側へ流れる電流がＭＯＳ−ＦＥＴ５０とＤＣＤＣコンバータ６０との間を循環して流れてしまうことを回避できる。   According to this, power is supplied to the lithium storage battery 30 through the DCDC converter 60 from the higher voltage side of the electric power generated by the alternator 10 and the lead storage battery 20, and the lithium storage battery 30 is charged (normally charged). Become. Since the MOS-FET 50 is turned off during the normal charging, the current flowing to the lithium storage battery 30 side through the DCDC converter 60 is prevented from circulating between the MOS-FET 50 and the DCDC converter 60. it can.

以上により、本実施形態によれば、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０のオンオフを切り替える回数を減らすことができるので、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０に対するマイコン７０の制御を簡素にできる。但し、単方向コンバータは双方向コンバータに比べて安価であるため、コストの点では第１実施形態にかかる単方向コンバータの方が有利である。   As described above, according to the present embodiment, the number of times of switching on / off of the MOS-FET 50 can be reduced, so that the control of the microcomputer 70 with respect to the MOS-FET 50 can be simplified. However, since the unidirectional converter is less expensive than the bidirectional converter, the unidirectional converter according to the first embodiment is more advantageous in terms of cost.

（第３実施形態）
上記第１及び第２実施形態では、アイドルストップ機能を有する車両に本発明を適用させたものであるが、本実施形態では、アイドルストップ機能を有していない車両に本発明を適用させたものである。 (Third embodiment)
In the first and second embodiments, the present invention is applied to a vehicle having an idle stop function. In the present embodiment, the present invention is applied to a vehicle having no idle stop function. It is.

そして、上記第１及び第２実施形態では、定電圧要求電気負荷４３を、ＤＣＤＣコンバータ６０に対してリチウム蓄電池３０の側に電気接続しているが、図７に示す本実施形態では、定電圧要求電気負荷４３を、ＤＣＤＣコンバータ６０に対して鉛蓄電池２０の側に電気接続している。これにより、車両に搭載された電気負荷４１，４２，４３のうち鉛蓄電池２０及びリチウム蓄電池３０から電力供給される全ての電気負荷が、ＤＣＤＣコンバータ６０に対して鉛蓄電池２０の側へ電気接続されることとなる。   And in the said 1st and 2nd embodiment, although the constant voltage request | requirement electric load 43 is electrically connected to the lithium storage battery 30 side with respect to the DCDC converter 60, in this embodiment shown in FIG. The required electrical load 43 is electrically connected to the lead-acid battery 20 side with respect to the DCDC converter 60. Thereby, all the electric loads supplied with electric power from the lead storage battery 20 and the lithium storage battery 30 among the electric loads 41, 42, 43 mounted on the vehicle are electrically connected to the DCDC converter 60 to the lead storage battery 20 side. The Rukoto.

これによれば、オルタネータ１０、レギュレータ１１、各種電気負荷４１，４２，４３及び鉛蓄電池２０を備えて構成される既存の車載電源装置（図７中の１点鎖線に示す構成）に、リチウム蓄電池３０、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０、ＤＣＤＣコンバータ６０を追加するだけで、鉛蓄電池２０にリチウム蓄電池３０を並列接続した車載電源装置であって、小型で安価なＤＣＤＣコンバータ６０を採用可能にした装置に変更することができる。   According to this, a lithium storage battery is added to an existing in-vehicle power supply device (configuration shown by a one-dot chain line in FIG. 7) configured to include the alternator 10, the regulator 11, various electric loads 41, 42, 43, and the lead storage battery 20. 30. By simply adding a MOS-FET 50 and a DCDC converter 60, an in-vehicle power supply device in which a lithium storage battery 30 is connected in parallel to a lead storage battery 20, and a small and inexpensive DCDC converter 60 can be adopted. Can do.

つまり、上記第１実施形態にかかる車載電源装置の場合には、既存の定電圧要求電気負荷４３の電力供給配線を付け替える作業を要するが、本実施形態にかかる車載電源装置の場合には、前記配線の付け替え作業を不要にできる。よって、既存の車載電源装置に対してハード的に設計変更が要求される変更点を少なくできる。   That is, in the case of the in-vehicle power supply device according to the first embodiment, it is necessary to replace the power supply wiring of the existing constant voltage required electric load 43. In the case of the in-vehicle power supply device according to the present embodiment, Wiring replacement work can be made unnecessary. Therefore, it is possible to reduce the number of changes that require a hardware design change with respect to the existing in-vehicle power supply device.

（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。 (Other embodiments)
The present invention is not limited to the description of the above embodiment, and may be modified as follows. Moreover, you may make it combine the characteristic structure of each embodiment arbitrarily, respectively.

・上記第１〜第３実施形態では、オルタネータ１０とリチウム蓄電池３０との通電及び遮断を切り替える開閉手段としてＭＯＳ−ＦＥＴ５０を採用しているが、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０に替えて、ＩＧＢＴ等の他の半導体スイッチ（電界効果トランジスタ）を採用してもよいし、スイッチと電磁コイルから構成される電磁リレーを採用してもよい。   In the first to third embodiments, the MOS-FET 50 is employed as an opening / closing means for switching between energization and interruption between the alternator 10 and the lithium storage battery 30. However, instead of the MOS-FET 50, other semiconductors such as IGBTs are used. A switch (field effect transistor) may be employed, or an electromagnetic relay composed of a switch and an electromagnetic coil may be employed.

・上記各実施形態では、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等を採用してもよい。   In each of the above embodiments, the non-aqueous electrolyte lithium storage battery 30 is adopted as the second storage battery, but the second storage battery of the present invention is not limited to the lithium storage battery 30; You may employ | adopt the nickel storage battery etc. which used the compound.

・図１及び図５に示す第１及び第２実施形態では、アイドルストップ機能を有する車両に本発明を適用させているが、図１及び図５に示す車載電源装置を、アイドルストップ機能を有していない車両に適用させてもよい。また、図７に示す第３実施形態ではアイドルストップ機能を有していない車両に本発明を適用させているが、図７に示す車載電源装置を、アイドルストップ機能を有する車両に適用させてもよい。   In the first and second embodiments shown in FIGS. 1 and 5, the present invention is applied to a vehicle having an idle stop function. However, the in-vehicle power supply device shown in FIGS. 1 and 5 has an idle stop function. You may make it apply to the vehicle which is not. Further, in the third embodiment shown in FIG. 7, the present invention is applied to a vehicle that does not have an idle stop function. However, even if the in-vehicle power supply device shown in FIG. 7 is applied to a vehicle that has an idle stop function. Good.

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）、４１…スタータモータ、５０…ＭＯＳ−ＦＥＴ（開閉手段）、６０，６００…ＤＣＤＣコンバータ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Alternator (generator), 20 ... Lead storage battery, 30 ... Lithium storage battery (2nd storage battery), 41 ... Starter motor, 50 ... MOS-FET (opening-closing means), 60, 600 ... DCDC converter.

Claims (8)

回生エネルギによる回生発電が可能な発電機を備えた車両に適用され、
前記発電機に電気接続された鉛蓄電池と、
前記鉛蓄電池に対して電気的に並列接続され、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、前記発電機と前記第２蓄電池との通電及び遮断を切り替える開閉手段と、
前記開閉手段に対して電気的に並列接続されたＤＣＤＣコンバータと、
を備え、
前記回生発電により前記第２蓄電池を充電する時には、前記開閉手段を通電作動させる状態を維持し、
前記第２蓄電池から放電する時には、前記第２蓄電池から放電される電力を前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧させて前記鉛蓄電池の側へ供給させることを特徴とする車載電源装置。 Applied to vehicles equipped with a generator that can generate regenerative power using regenerative energy,
A lead-acid battery electrically connected to the generator;
A second storage battery that is electrically connected in parallel to the lead storage battery and has a higher output density or energy density than the lead storage battery;
Opening / closing means that is electrically connected between the generator and the lead storage battery and the second storage battery, and switches between energization and disconnection of the generator and the second storage battery;
A DCDC converter electrically connected in parallel to the switching means;
With
Wherein when charging the second battery by the regenerative power generation is to remain the closing means Ru is energized actuated,
When discharging from the second storage battery, the on-vehicle power supply apparatus is characterized in that the electric power discharged from the second storage battery is boosted by the DCDC converter and supplied to the lead storage battery side. 回生エネルギによる回生発電が可能な発電機を備えた車両に適用され、Applied to vehicles equipped with a generator that can generate regenerative power using regenerative energy,
前記発電機に電気接続された鉛蓄電池と、A lead-acid battery electrically connected to the generator;
前記鉛蓄電池に対して電気的に並列接続され、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、A second storage battery that is electrically connected in parallel to the lead storage battery and has a higher output density or energy density than the lead storage battery;
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、前記発電機と前記第２蓄電池との通電及び遮断を切り替える開閉手段と、Opening / closing means that is electrically connected between the generator and the lead storage battery and the second storage battery, and switches between energization and disconnection of the generator and the second storage battery;
前記開閉手段に対して電気的に並列接続されたＤＣＤＣコンバータと、A DCDC converter electrically connected in parallel to the switching means;
を備え、With
前記第２蓄電池には、過充電とならないよう、充電量の上限値が定められており、In the second storage battery, an upper limit value of the charge amount is determined so as not to overcharge,
前記回生発電により前記第２蓄電池を充電する時には、前記上限値に達するまで前記開閉手段を通電作動させ、When charging the second storage battery by the regenerative power generation, the energizing operation of the opening and closing means until the upper limit value is reached,
前記第２蓄電池から放電する時には、前記第２蓄電池から放電される電力を前記ＤＣＤＣコンバータで昇圧させて前記鉛蓄電池の側へ供給させることを特徴とする車載電源装置。When discharging from the second storage battery, the on-vehicle power supply apparatus is characterized in that the electric power discharged from the second storage battery is boosted by the DCDC converter and supplied to the lead storage battery side. 前記ＤＣＤＣコンバータに対して前記鉛蓄電池の側には、前記車両に搭載された内燃機関を始動させるスタータモータが前記鉛蓄電池に対して電気的に並列接続されており、
前記ＤＣＤＣコンバータは、当該ＤＣＤＣコンバータから電力を出力するオン状態と前記出力を停止させるオフ状態とに切り替えるオンオフ切替機能を有しており、
前記スタータモータを駆動させる時には、前記開閉手段を遮断作動させるとともに、前記ＤＣＤＣコンバータをオフ状態にすることを特徴とする請求項１又は２に記載の車載電源装置。 A starter motor for starting an internal combustion engine mounted on the vehicle is electrically connected in parallel to the lead storage battery on the lead storage battery side with respect to the DCDC converter,
The DCDC converter has an on / off switching function for switching between an on state in which power is output from the DCDC converter and an off state in which the output is stopped,
3. The on-vehicle power supply device according to claim 1, wherein when the starter motor is driven, the open / close means is shut off and the DCDC converter is turned off. 内燃機関を自動停止及び自動再始動するアイドルストップ機能を有する車両に適用され、
前記ＤＣＤＣコンバータは、当該ＤＣＤＣコンバータから電力を出力するオン状態と前記出力を停止させるオフ状態とに切り替えるオンオフ切替機能を有しており、
前記内燃機関を自動停止させている時には、前記開閉手段を遮断作動させるとともに、前記ＤＣＤＣコンバータをオフ状態にすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の車載電源装置。 Applied to a vehicle having an idle stop function for automatically stopping and restarting an internal combustion engine;
The DCDC converter has an on / off switching function for switching between an on state in which power is output from the DCDC converter and an off state in which the output is stopped,
The in-vehicle power supply device according to any one of claims 1 to 3 , wherein when the internal combustion engine is automatically stopped, the open / close means is shut off and the DCDC converter is turned off. 前記ＤＣＤＣコンバータは、当該ＤＣＤＣコンバータから電力を出力するオン状態と前記出力を停止させるオフ状態とに切り替えるオンオフ切替機能を有しており、
前記回生発電により前記第２蓄電池を充電する時には、前記開閉手段を通電作動させるとともに前記ＤＣＤＣコンバータをオフ状態にすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の車載電源装置。 The DCDC converter has an on / off switching function for switching between an on state in which power is output from the DCDC converter and an off state in which the output is stopped,
The in-vehicle power supply device according to any one of claims 1 to 4 , wherein when the second storage battery is charged by the regenerative power generation, the switching means is energized and the DCDC converter is turned off. . 車両に搭載された電気負荷のうち前記鉛蓄電池及び前記第２蓄電池から電力供給される全ての電気負荷は、前記ＤＣＤＣコンバータに対して前記鉛蓄電池の側へ電気接続されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の車載電源装置。 Of the electrical loads mounted on the vehicle, all the electrical loads supplied with power from the lead storage battery and the second storage battery are electrically connected to the lead storage battery side with respect to the DCDC converter. The in-vehicle power supply device according to any one of claims 1 to 5 . 前記ＤＣＤＣコンバータは、一方向へのみ電流を流す単方向コンバータであるとともに、前記第２蓄電池から前記鉛蓄電池の側へのみ電流を流す向きに設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の車載電源装置。 The DCDC converter, together with a unidirectional converter to flow a current only in one direction, claim, characterized in that provided in the direction of flow a current only to the second storage battery of the lead-acid battery side 1-6 The vehicle-mounted power supply device as described in any one of these. 前記ＤＣＤＣコンバータは、前記第２蓄電池から前記鉛蓄電池の側へ電流を流すことが可能であるとともに、前記鉛蓄電池から前記第２蓄電池へも電流を流すことが可能である双方向コンバータであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の車載電源装置。 The DCDC converter is a bidirectional converter capable of flowing a current from the second storage battery to the lead storage battery and also allowing a current to flow from the lead storage battery to the second storage battery. The in-vehicle power supply device according to any one of claims 1 to 6 .
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