JP5434879B2 - バッテリシステム制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉛蓄電池と、鉛蓄電池に比べて出力密度又はエネルギ密度の高い第２蓄電池（例えばリチウム蓄電池）との両蓄電池を備えたバッテリシステムの制御装置に関する。

内燃機関を走行駆動源とする車両には、スタータモータ等の各種電気負荷へ電力供給する鉛蓄電池が搭載されているのが一般的である。鉛蓄電池は、ニッケル蓄電池やリチウム蓄電池等の高出力・高エネルギ密度の蓄電池（高性能蓄電池）に比べて安価であるものの、頻繁な充放電（累積充放電量）に対する耐久性が低い。特にアイドルストップ機能を有した車両においては、鉛蓄電池が頻繁に放電されることとなり早期劣化が懸念される。また、車両の回生エネルギによりオルタネータを発電させて充電する車両においては、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。

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

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

ところで、リチウム蓄電池（高性能蓄電池）が回生充電を優先的に実施する旨は上述した通りであるが、回生充電を開始する時のリチウム蓄電池の充電量が少ないほど（つまり空き容量が大きいほど）、回生充電量の増大を図ることができる。そこで本発明者らは、発電機及び鉛蓄電池とリチウム蓄電池との間に半導体スイッチ（図１の符号５０，６０参照）を設け、回生せずに内燃機関を運転させている通常運転時にはリチウム蓄電池の充電量をできるだけ少なくするように半導体スイッチを作動させることを検討した。

例えば、通常運転時には半導体スイッチをオフさせることにより、発電機からリチウム蓄電池への充電及び発電機から電気負荷への電力供給を遮断させる。これにより、リチウム蓄電池が充電されないようにするとともに、リチウム蓄電池から電気負荷への放電量を増大させる。これにより、リチウム蓄電池の空き容量を大きくしておく。そして、回生運転時には半導体スイッチをオンさせることにより、空き容量の大きいリチウム蓄電池へ回生電力を充電させる。

しかしながら、このように空き容量を大きくさせておくと、回生充電量の増大を図ることができるものの、その背反として以下の問題が生じることを本発明者らは見出した。

すなわち、回生充電を開始すべく半導体スイッチをオン作動させた時（通電切替時）に、リチウム蓄電池の空き容量が大きくなっているほど、発電機からリチウム蓄電池へ大電流が流れるようになり、発電機による発電量が急激に増大することとなる。すると、発電機の駆動源となっている内燃機関のトルク変動が大きくなり、ドライバビリティが悪くなるといった問題が生じる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、第２蓄電池の空き容量を大きくして回生充電量の増大を図ることと、ドライバビリティ悪化抑制との両立を実現したバッテリシステム制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明では、内燃機関の出力軸により駆動して発電するとともに、回生エネルギによる回生発電が可能な発電機と、前記発電機による発電電力を充電可能な鉛蓄電池と、前記鉛蓄電池に対して電気的に並列接続され、前記発電電力を充電可能であり、かつ、前記鉛蓄電池に比べて出力密度又はエネルギ密度の高い第２蓄電池と、を備えるバッテリシステムに適用されることを前提とする。そして、前記発電機及び前記鉛蓄電池と前記第２蓄電池との間に電気接続され、前記発電機及び前記鉛蓄電池と前記第２蓄電池との通電及び遮断を切り替える開閉手段と、前記内燃機関の駆動中に前記開閉手段を通電状態に切り替えた通電切替時に、前記発電機による発電量が徐々に上昇するよう発電量の増加速度を制限させる発電制限手段と、を備えることを特徴とする。

上記発明によれば、発電制限手段を備えることにより、通電切替時に発電量が徐々に上昇するよう発電が抑制され、通電切替時に発電量が急上昇することが回避される。よって、第２蓄電池の空き容量を大きくして回生充電量の増大を図るにあたり、回生充電を開始する通電切替時に発電量が急激に増加することを抑制して、内燃機関のトルク変動を抑制できる。したがって、回生充電量の増大とドライバビリティの悪化抑制との両立を図ることができる。

請求項２記載の発明では、前記発電制限手段は、前記発電機を構成するコイルに流れる励磁電流を制御する励磁電流制御手段であって、前記通電切替時における前記励磁電流が徐々に上昇するよう前記励磁電流を制御することにより、前記発電量を徐々に上昇させることを特徴とする。

上記発明は、発電機の作動を制御すれば通電切替時の発電量急上昇を回避できることに着目し、通電切替時における励磁電流の上昇を抑制させている。これによれば、励磁電流を制御するだけで通電切替時の発電量急上昇を回避できるので、「通電切替時に発電量が徐々に上昇するよう発電量の増加速度を制限させる」といった発電制限手段を容易に実現できる。

請求項３記載の発明では、前記通電切替時の前後で生じる発電変動量であって、前記発電制限手段による発電制限制御を実施しないと想定した場合の発電変動量を推定する発電変動量推定手段を備え、前記励磁電流制御手段は、推定した前記発電変動量が大きいほど、前記通電切替時における前記励磁電流の上昇を低速にすることを特徴とする。

ここで、上記発明に反して発電制限手段による発電制限制御を実施しない場合であっても、通電切替前後での発電変動量が大きくならない場合がある。例えば、電気負荷が大きい場合や鉛蓄電池への充電量が多い場合には、通電切替時の直前で既に発電量が多くなっており、この場合には開閉手段を通電状態に切り替えても発電量は大きく増加しない。或いは、第２蓄電池の空き容量を大きく確保できていない場合には、開閉手段を通電状態に切り替えても発電量は大きく増加しない。そして、このように通電切替時に発電量が大きく増加しない場合であれば、そもそも内燃機関のトルク変動が小さくドライバビリティの悪化が許容範囲内となるため、発電制限制御の実施は不要である。

そして厳密には、発電制限制御を実施すると、発電が抑制された分だけ回生充電量が少なくなってしまう。したがって、ドライバビリティ悪化が許容範囲内であることを条件として発電抑制量（制限量）を低下させれば、回生充電量の増加を図ることができる。

この点を鑑みた上記発明によれば、発電制限手段による発電制限制御を実施しないと想定した場合の、通電切替時の前後で生じる発電変動量を推定し、推定した変動量が小さいほど励磁電流の上昇速度を速くするので発電抑制量が少なくなる。よって、ドライバビリティ悪化を許容範囲内に維持させつつ、発電抑制量を少なくして回生充電量の増加を図ることができる。要するに、ドライバビリティ悪化抑制と回生充電量増加とを最適なバランスにできる。

請求項４記載の発明では、前記開閉手段は、複数の半導体スイッチを、当該半導体スイッチに存在する寄生ダイオードが逆向きになるよう直列に接続して構成され、前記発電制限手段は、前記複数の半導体スイッチの通電状態を制御するスイッチ制御手段であり、前記複数の半導体スイッチのうち、前記発電機の側から前記第２蓄電池の側へ電流を流す向きが前記寄生ダイオードの順方向となるよう配置された半導体スイッチを順方向スイッチとし、前記第２蓄電池の側から前記発電機の側へ電流を流す向きが前記寄生ダイオードの順方向となるよう配置された半導体スイッチを逆方向スイッチとした場合において、前記通電切替時には、前記順方向スイッチを遮断させつつ前記逆方向スイッチを通電させ、その後、前記逆方向スイッチとともに前記順方向スイッチを通電させることにより、前記スイッチ制御手段は前記発電量を徐々に上昇させることを特徴とする。

ここで、複数の半導体スイッチ５０，６０（図１参照）を逆向きに直列接続した構成の場合には、回生発電させている時に逆方向スイッチ６０を通電させれば、順方向スイッチ５０を遮断させていても順方向スイッチ６０の寄生ダイオード６１を通じて電流が流れる。但し、両スイッチ５０，６０を通電させた場合に比べて通電量は少なくなる。このことは、順方向スイッチ５０を遮断させつつ逆方向スイッチ６０を通電させれば、両スイッチ５０，６０を通電させた場合に比べて第２蓄電池３０への回生充電量を少なくでき、ひいては発電量を少なくできることを意味する。

この点に着目した上記発明では、通電切替時には、順方向スイッチを遮断させつつ逆方向スイッチを通電させ、その後、両スイッチを通電させている。これによれば、段階的に充電量（つまり発電量）が増加することとなるので、通電切替時の当初から両スイッチを通電させる場合に比べて、通電切替時の発電量急上昇を抑制できる。このように、上記発明によれば半導体スイッチの通電を制御するだけで通電切替時の発電量急上昇を回避できるので、「通電切替時に発電量が徐々に上昇するよう発電量の増加速度を制限させる」といった発電制限手段を容易に実現できる。

請求項５記載の発明では、前記開閉手段は半導体スイッチであり、前記発電制限手段は、前記半導体スイッチの通電状態を制御するスイッチ制御手段であり、前記通電切替時には、前記半導体スイッチのゲート電圧上昇に伴いドレイン電流が上昇していく非飽和領域で通電させ、その後、ゲート電圧の大きさに拘わらずドレイン電流が安定する飽和領域で通電させることにより、前記スイッチ制御手段は前記発電量を徐々に上昇させることを特徴とする。

ここで、半導体スイッチのゲート電圧を徐々に上昇させていくと、ゲート電圧が閾値を超えた時点で、ソース及びドレイン間で電流（ドレイン電流）が流れ始め、ゲート電圧の上昇に伴ってドレイン電流も増大していく。但し、ゲート電圧が低い領域（非飽和領域）ではゲート電圧の上昇に伴ってドレイン電流が増大するのに対し、ゲート電圧が高い領域（飽和領域）ではゲート電圧の値に拘わらずドレイン電流は一定の値となる。このことは、非飽和領域の範囲で通電させれば、飽和領域の範囲で通電させた場合に比べて第２蓄電池への回生充電量を少なくでき、ひいては発電量を少なくできることを意味する。

この点に着目した上記発明では、通電切替時には非飽和領域で通電させ、その後、飽和領域で通電させている。これによれば、段階的に充電量（つまり発電量）が増加することとなるので、通電切替時の当初から飽和領域で通電させる場合に比べて、通電切替時発電量急上昇を抑制できる。このように、上記発明によれば半導体スイッチの通電状態を制御するだけで通電切替時の発電量急上昇を回避できるので、「通電切替時に発電量が徐々に上昇するよう発電量の増加速度を制限させる」といった発電制限手段を容易に実現できる。

なお、上述の如く非飽和領域で通電させるにあたり、ゲート電圧を一定値に維持させて、ステップ状に発電量を増大させてもよいし、非飽和領域の範囲内でゲート電圧を徐々に増大させて、リニアに発電量を増大させてもよい。

請求項６記載の発明では、前記開閉手段は、複数の半導体スイッチを、当該半導体スイッチに存在する寄生ダイオードが逆向きになるよう直列に接続して構成され、前記複数の半導体スイッチのうち少なくとも１つの半導体スイッチについては、前記通電切替時の当初から飽和領域で通電させることを特徴とする。

ここで、非飽和領域で通電させる場合には、飽和領域で通電させる場合に比べて半導体スイッチで生じる電力損失が大きい。この点を鑑みた上記発明では、少なくとも１つの半導体スイッチについては通電切替時の当初から飽和領域で通電させるので、半導体スイッチで生じる電力損失を低減して回生充電量の増大を図ることができる。なお、他の半導体スイッチについては非飽和領域で通電させた後に飽和領域で通電させるので、通電切替時の発電を制限して発電量急上昇を回避できるといった効果が損なわれることはない。

請求項７記載の発明では、前記通電切替時の前後で生じる発電変動量であって、前記発電制限手段による発電制限制御を実施しないと想定した場合の発電変動量を推定する発電変動量推定手段を備え、前記スイッチ制御手段は、推定した前記発電変動量が小さいほど、前記非飽和領域での通電時における前記ゲート電圧の上昇速度を速くすることを特徴とする。

ここで、上記発明に反して発電制限手段による発電制限制御を実施しない場合であっても、通電切替前後での発電変動量が小さければ発電制限制御の実施が不要であることは、先述した通りである。そして、発電制限制御を実施すると、発電が抑制された分だけ回生充電量が少なくなってしまう。したがって、ドライバビリティ悪化が許容範囲内であることを条件として発電抑制量を低下させれば、回生充電量の増加を図ることができる。

この点を鑑みた上記発明によれば、発電制限手段による発電制限制御を実施しないと想定した場合の、通電切替時の前後で生じる発電変動量を推定し、推定した変動量が小さいほど非飽和領域での通電時におけるゲート電圧の上昇速度を速くするので、発電抑制量が少なくなる。よって、ドライバビリティ悪化を許容範囲内に維持させつつ、発電抑制量を少なくして回生充電量の増加を図ることができる。要するに、ドライバビリティ悪化抑制と回生充電量増加とを最適なバランスにできる。

請求項８記載の発明では、前記通電切替時の前後で生じる発電変動量であって、前記発電制限手段による発電制限制御を実施しないと想定した場合の発電変動量を推定する発電変動量推定手段を備え、推定した前記発電変動量が所定値以上であることを条件として前記発電制限制御を実施し、推定した前記発電変動量が所定値未満であれば前記発電制限制御を禁止することを特徴とする。

ここで、上記発明に反して発電制限手段による発電制限制御を実施しない場合であっても、通電切替前後での発電変動量が小さければ発電制限制御の実施が不要であり、発電制限制御を実施すると、発電が抑制された分だけ回生充電量が少なくなってしまうことは、先述した通りである。

この点を鑑みた上記発明によれば、発電制限手段による発電制限制御を実施しないと想定した場合の、通電切替時の前後で生じる発電変動量を推定し、推定した変動量が所定値未満であれば前記発電制限制御を禁止するので、不必要に発電制限制御が実施されることを回避でき、回生充電量が少なくなることを抑制できる。

本発明の第１実施形態にかかるバッテリシステムを示す電気ブロック図。 図１のバッテリシステムにおいて、回生充電時の作動を示す図。 図１のバッテリシステムにおいて、自動再始動時の作動を示す図。 図１のバッテリシステムにおいて、アイドルストップ時（Ｖｄ(Pb)＞Ｖｄ(Li)）の作動を示す図。 図１のバッテリシステムにおいて、アイドルストップ時（Ｖｄ(Pb)≦Ｖｄ(Li)）の作動を示す図。 第１実施形態にかかる回生発電漸増制御（発電制限制御）の手法を説明するタイムチャート。 第１実施形態にかかる回生発電漸増制御の処理手順を説明するフローチャート。 第１実施形態の変形例１による回生発電漸増制御の処理手順を説明するフローチャート。 第１実施形態の変形例２による回生発電漸増制御の処理手順を説明するフローチャート。 本発明の第２実施形態にかかる回生発電漸増制御の手法を説明するタイムチャート。 第２実施形態にかかる回生発電漸増制御の処理手順を説明するフローチャート。 本発明の第３実施形態にかかる回生発電漸増制御の手法を説明するタイムチャート。 第３実施形態にかかる回生発電漸増制御の処理手順を説明するフローチャート。 第３実施形態の変形例２による回生発電漸増制御の手法を説明するタイムチャート。 第３実施形態の変形例２による回生発電漸増制御の処理手順を説明するフローチャート。

以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

（第１実施形態）
本実施形態にかかる電源装置が搭載される車両は、内燃機関（エンジン）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。また、回生エネルギにより発電して充電する回生充電機能を有する。なお、内燃機関の始動時にクランク軸を回転させるスタータモータは搭載されているものの、車両走行をアシストする走行用モータは搭載されていない。

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

ＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０は、オルタネータ１０及び鉛蓄電池２０と、リチウム蓄電池３０との間に配置されており、オルタネータ１０及び鉛蓄電池２０に対するリチウム蓄電池３０の通電（オン）と遮断（オフ）を切り替える開閉手段として機能する。

また、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０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−ＦＥＴ５０，６０の内部回路は、半導体スイッチ部５２，６２と寄生ダイオード５１，６１（整流手段）とを並列接続した回路と等価であると言える。なお、半導体スイッチ部５２，６２のゲートへの入力信号は電子制御装置（ＥＣＵ８０）により制御される。つまり、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０のオン作動（通電作動）とオフ作動（遮断作動）とは、ＥＣＵ８０により切り替えられるよう制御される。

２つのＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０は、寄生ダイオード５１，６１が互いに逆向きになるよう直列に接続されている。そのため、２つのＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオフ作動させた場合において、２つの寄生ダイオード５１，６１を通じて電流が流れることを完全に遮断できる。よって、２つのＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオフ作動させれば、リチウム蓄電池３０から鉛蓄電池２０の側に放電されることも回避でき、鉛蓄電池２０の側からリチウム蓄電池３０へ充電されることも回避できる。

電気負荷４１〜４３のうち符号４３に示す負荷は、供給電力の電圧が概ね一定、又は少なくとも所定範囲内で変動するよう安定であることが要求される定電圧要求電気負荷４３であり、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０に対してリチウム蓄電池３０の側に電気接続される。これにより、定電圧要求電気負荷４３への電力供給は、リチウム蓄電池３０が分担することとなる。

定電圧要求電気負荷４３の具体例としてはナビゲーション装置やオーディオ装置が挙げられる。例えば、供給電力の電圧が一定ではなく大きく変動している場合、或いは前記所定範囲を超えて大きく変動している場合には、電圧が瞬時的に最低動作電圧よりも低下するとナビゲーション装置等の作動がリセットする不具合が生じる。そこで、定電圧要求電気負荷４３へ供給される電力は、電圧が最低動作電圧よりも低下することのない一定の値に安定していることが要求される。

電気負荷４１〜４３のうち符号４１に示す負荷は内燃機関を始動させるスタータモータであり、符号４２に示す負荷は、定電圧要求電気負荷４３及びスタータモータ４１以外の一般的な電気負荷である。一般電気負荷４２の具体例としてはヘッドライト、フロントウインドシールド等のワイパ、空調装置の送風ファン、リヤウインドシールドのデフロスタ用ヒータ等が挙げられる。

これらのスタータモータ４１及び一般電気負荷４２は、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０に対して鉛蓄電池２０の側に電気接続される。これにより、スタータモータ４１及び一般電気負荷４２への電力供給は鉛蓄電池２０が分担することとなる。

オルタネータ１０は、クランク軸の回転エネルギにより発電するものである。具体的には、オルタネータ１０のロータがクランク軸により回転すると、ロータコイル１０ａに流れる励磁電流に応じてステータコイルに交流電流が誘起され、図示しない整流器により直流電流に変換される。そして、ロータコイル１０ａに流れる励磁電流をレギュレータ１１が調整することで、発電された直流電流の電圧を目標電圧Ｖｔｒｇとなるよう調整する。例えば、オルタネータ１０の出力電圧（調整電圧Ｖｒｅｇ）が目標電圧Ｖｔｒｇよりも低くなっていれば、励磁電流を増大させるよう制御して調整電圧Ｖｒｅｇを上昇させ、調整電圧Ｖｒｅｇが目標電圧Ｖｔｒｇよりも高くなっていれば、励磁電流を減少させるよう制御して調整電圧Ｖｒｅｇを低下させる。

オルタネータ１０で発電した電力は、各種電気負荷４１〜４３へ供給されるとともに、鉛蓄電池２０及びリチウム蓄電池３０へ供給される。内燃機関の駆動が停止してオルタネータ１０で発電されていない時には、鉛蓄電池２０及びリチウム蓄電池３０から電気負荷４１〜４３へ電力供給される。鉛蓄電池２０及びリチウム蓄電池３０から電気負荷４１〜４３への放電量、及びオルタネータ１０からの充電量は、ＳＯＣ（State of charge：満充電時の充電量に対する実際の充電量の割合）が過充放電とならない範囲（適正範囲）となるよう、目標電圧Ｖｔｒｇを調整する制御（Ｖｒｅｇ通常制御）、及びＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０の作動制御を実施している。

また、本実施形態では、車両の回生エネルギによりオルタネータ１０を発電させて両蓄電池２０，３０（主にはリチウム蓄電池３０）に充電させる減速回生を行っている。この減速回生は、車両が減速状態であること、内燃機関への燃料噴射をカットしていること、等の条件が成立した時に実施される。

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

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

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

ここで、両蓄電池２０，３０は並列接続されているため、オルタネータ１０から充電する際には、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオン作動させていれば、端子電圧Ｖｃの低い側の蓄電池へオルタネータ１０の起電流がより多く流れ込むこととなる。一方、電気負荷４２，４３へ電力供給（放電）する際には、非発電時にＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオン作動させていれば、端子電圧Ｖｄの高い側の蓄電池から電気負荷へ放電されることとなる。

そして、回生充電時には、リチウム蓄電池３０の端子電圧Ｖｃ(Li)が鉛蓄電池２０の端子電圧Ｖｃ(Pb)より低くなる機会が多くなるようにして、鉛蓄電池２０よりも優先してリチウム蓄電池３０に充電されるように設定している。また、放電時には、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオフ作動させ、リチウム蓄電池３０から定電圧要求電気負荷４３へ放電されるように設定している。

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

鉛蓄電池２０のＳＯＣの適正範囲(Pb)は例えばＳＯＣ８８％〜９２％であり、リチウム蓄電池３０のＳＯＣ適正範囲(Li)は例えばＳＯＣ３５％〜８０％である。適正範囲(Li)の上限は適正範囲(Pb)の上限より小さく、適正範囲(Li)の下限は適正範囲(Pb)の下限より小さい。そして、以下の条件（ａ）〜（ｃ）を満たすリチウム蓄電池３０の電圧特性（開放電圧とＳＯＣとの関係）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）〜（ｃ）を満たす電圧特性を作りこむことができる。

条件（ａ）：鉛蓄電池２０の適正範囲(Pb)とリチウム蓄電池３０の適正範囲(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。

条件（ｂ）：リチウム蓄電池３０の適正範囲(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。

条件（ｃ）：リチウム蓄電池３０の適正範囲(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。

次に、エンジンの運転状態に応じてＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０のオンオフをどのように切り替えるのかを説明する。

図２に示すように、減速回生によりオルタネータ１０を発電させている場合には、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオン作動させる。これにより、減速回生による発電電力はリチウム蓄電池３０へ充電される。また、回生エネルギの一部は、電気負荷４２，４３及び鉛蓄電池２０へ供給される。

図３に示すように、アイドルストップ機能による自動再始動時には、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオフ作動させる。これにより、スタータモータ４１への電力供給は鉛蓄電池２０から為されることとなり、リチウム蓄電池３０からスタータモータ４１への放電は回避される。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、鉛蓄電池２０に比べて容量の小さいリチウム蓄電池３０からスタータモータ４１へ電力供給すると、リチウム蓄電池３０のＳＯＣ（Ｌｉ）は直ぐに過放電の状態となってしまう。そこで、上述の如くリチウム蓄電池３０からスタータモータ４１への放電を回避することで、リチウム蓄電池３０の過放電を防止している。なお、一般電気負荷４２へは鉛蓄電池２０から電力供給され、定電圧要求電気負荷４３へはリチウム蓄電池３０から電力供給される。

図４に示すように、アイドルストップ機能によるアイドルストップ時（自動停止時）であって、鉛蓄電池２０の端子電圧Ｖｄ(Pb)がリチウム蓄電池３０の端子電圧Ｖｄ(Li)より高い時には、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオフ作動させる。これにより、鉛蓄電池２０からリチウム蓄電池３０へ電流が流れ込むことを回避して、リチウム蓄電池３０の過充電が回避される。なお、一般電気負荷４２へは鉛蓄電池２０から電力供給され、定電圧要求電気負荷４３へはリチウム蓄電池３０から電力供給される。

一方、図５に示すように、アイドルストップ機能によるアイドルストップ時であって、Ｖｄ(Pb)≦Ｖｄ(Li)である時には、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオン作動させる。これにより、一般電気負荷４２へリチウム蓄電池３０から優先的に電力供給される。また、鉛蓄電池２０はリチウム蓄電池３０から充電され、定電圧要求電気負荷４３へはリチウム蓄電池３０から電力供給される。

減速回生によりオルタネータ１０を発電させていない非回生時（例えばアイドル運転時、加速走行時、定常走行時等）には、リチウム蓄電池３０のＳＯＣ(Li)に応じてＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０のオンオフを切り替えることで、ＳＯＣ(Li)が最適範囲となるよう制御する。

具体的には、非回生時であってＳＯＣ(Li)が第１閾値ＴＨ１（上限閾値）よりも大きい時には、図４に示すようにＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオフ作動させる。これにより、定電圧要求電気負荷４３へはリチウム蓄電池３０から電力供給させる。また、オルタネータ１０又は鉛蓄電池２０からリチウム蓄電池３０への充電が禁止され、リチウム蓄電池３０の過充電回避を図ることができる。一方、非回生時であってＳＯＣ(Li)が第２閾値ＴＨ２（下限閾値）以下である時には、図２に示すようにＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオン作動させる。これにより、定電圧要求電気負荷４３へは鉛蓄電池２０又はオルタネータ１０から電力供給させる。

ところで、先述した通り、回生充電を実施していない放電時には、リチウム蓄電池３０から優先して定電圧要求電気負荷４３へ放電されるように設定している。そのため、非回生時において、リチウム蓄電池３０からの放電が促されて、ＳＯＣ(Li)が最適範囲内において充電量をできるだけ少なくできる。つまり、リチウム蓄電池３０の空き容量を大きくできる。これにより、回生時におけるリチウム蓄電池３０への回生充電量を増大できる。

しかしながら、回生充電を開始すべくＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオン作動させた時（通電切替時）に、リチウム蓄電池３０の空き容量が大きくなっているほど、オルタネータ１０からリチウム蓄電池３０へ大電流が流れるようになり、オルタネータ１０による発電量が急激に増大することとなる。すると、オルタネータ１０の駆動源となっているエンジンのトルク変動が大きくなり、車両のドライバビリティが悪くなるといった問題が生じる。

そこで本実施形態では、以下に説明する手法により、通電切替時には発電量が徐々に上昇するよう発電を抑制させている。

図６（ａ）は、ＥＣＵ８０から２つのＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０へ出力される通電指令の信号を示すタイムチャートであり、図６（ｂ）は、目標電圧Ｖｔｒｇを指令するようＥＣＵ８０からレギュレータ１１へ出力される指令信号である。この指令信号によりロータコイル１０ａに流れる励磁電流が制御されることとなるので、図６（ｂ）は励磁電流の指令値Ｉｃｏｍを示していると言える。図６（ｃ）は、オルタネータ１０による発電量を示す。

そして、先述した減速回生の条件が成立したｔ１時点（通電切替時）において、２つのＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオン作動させるよう通電指令を出力している。この時、励磁電流指令値Ｉｃｏｍを、ｔ１時点以前の値のまま維持させる。図６（ｂ）の例では、通電切替時ｔ１の直前における励磁電流指令値Ｉｃｏｍがゼロであり発電を停止させているため、ｔ１時点から所定時間が経過したｔ２時点までの期間、励磁電流指令値Ｉｃｏｍをゼロに維持させて発電停止状態を継続させている。

なお、励磁電流指令値Ｉｃｏｍをｔ１時点以前の値のまま維持させることに替え、ｔ１時点で強制的にＩｃｏｍ＝０として発電停止させてもよいし、調整電圧Ｖｒｅｇが鉛蓄電池２０の端子電圧Ｖ（Ｐｂ）よりも低くなるようにｔ１時点でのＩｃｏｍの値を制限させてもよい。

そして、ｔ２時点から所定時間が経過するｔ３時点までの期間に、励磁電流指令値Ｉｃｏｍを徐々に上昇させていく。ｔ３時点以降は、先述したＶｒｅｇ通常制御を実施する。つまり、ＳＯＣ（Ｌｉ）及びＳＯＣ（Ｐｂ）が適正範囲となるように目標電圧Ｖｔｒｇ（励磁電流指令値Ｉｃｏｍ）を調整する。要するに、ｔ１時点でＶｒｅｇ通常制御を実施する際の目標電圧Ｖｔｒｇの最適値にまで一気に上昇させる（図６（ｂ）中の点線参照）のではなく、ｔ２時点からｔ３時点までの所定時間をかけて、目標電圧Ｖｔｒｇを徐々に上昇させていく（図６（ｂ）中の実線参照）。

このように、励磁電流指令値Ｉｃｏｍを徐々に上昇させることにより、回生発電量も徐々に上昇していくこととなる（図６（ｃ）中の実線参照）。一方、図６（ｂ）中の点線に示す如くｔ１時点で励磁電流指令値Ｉｃｏｍを一気に上昇させる場合には、回生発電量も一気に上昇することとなる（図６（ｃ）中の点線参照）。

なお、図６（ｂ）の例ではｔ１時点から所定時間が経過したｔ２時点で励磁電流指令値Ｉｃｏｍの上昇を開始させているが、ｔ１時点から上昇を開始させるようにしてもよい。また、図６（ｂ）の実線に示す例では励磁電流指令値Ｉｃｏｍをゼロから上昇させているが、一点鎖線Ｌ１に示す如く、励磁電流指令値Ｉｃｏｍを流した状態から上昇させるようにしてもよい。また、一点鎖線Ｌ２に示す如く、ｔ２時点までは励磁電流指令値Ｉｃｏｍの値を所定の制限値Ｉａに制限し、ｔ２時点以降は制限値Ｉａから徐々に上昇させるようにしてもよい。なお、前記制限値Ｉａは、調整電圧ＶｒｅｇがＶ（Ｐｂ）よりも低くなるような値に設定して、ｔ２時点で発電量が急上昇しないようにすることが要求される。また、図６（ｂ）の実線に示す例では励磁電流指令値Ｉｃｏｍをリニアに上昇させているが、図６（ｂ）の二点鎖線Ｌ３に示す如くステップ状に上昇させるようにしてもよい。

図７は、上述の如く励磁電流指令値Ｉｃｏｍを徐々に増加させる回生発電漸増制御（発電制限制御）の手順を示すフローチャートであり、このフローチャートに示す処理は、ＥＣＵ８０（励磁電流制御手段）が有するマイコンにより所定周期で繰り返し実行される。

先ず、図７のステップＳ１０，Ｓ２０において、エンジン運転中であり、かつ、減速回生の条件が成立して回生充電指令が発生しているか否か判定する。回生充電指令が発生していると判定（Ｓ１０：ＹＥＳ、Ｓ２０：ＹＥＳ）された場合には、続くステップＳ３０において、２つのＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオン作動させるよう指令信号を出力する。具体的には、２つの半導体スイッチ部５２，６２のゲートへゲート電圧を印加させ、ドレイン電流が流れるよう制御する。

続くステップＳ４０では、ｔ１時点から所定時間が経過したｔ２時点に達したか否かを判定し、所定時間が経過していなければ（Ｓ４０：ＮＯ）、励磁電流指令値Ｉｃｏｍを現状維持させる。つまり、図６の例ではＩｃｏｍ＝０を維持させる。所定時間が経過していれば（Ｓ４０：ＹＥＳ）、続くステップＳ６０において、調整電圧Ｖｒｅｇが目標電圧Ｖｔｒｇに達しているか否かを判定する。Ｖｒｅｇ＜Ｖｔｒｇであれば（Ｓ６０：ＹＥＳ）、続くステップＳ７０において、励磁電流指令値Ｉｃｏｍを徐々に増加させる回生発電漸増制御を実施する。具体的には、励磁電流指令値Ｉｃｏｍを前回値よりも所定量だけ増加させていく。

励磁電流指令値Ｉｃｏｍを徐々に増加させていくことに伴い調整電圧Ｖｒｅｇも徐々に増加していくことが想定され、調整電圧Ｖｒｅｇが目標電圧Ｖｔｒｇに達したと判定されれば（Ｓ６０：ＮＯ）、ステップＳ７０による回生発電漸増制御を終了してステップＳ８０に進み、ＳＯＣ（Ｌｉ），ＳＯＣ（Ｐｂ）が適正範囲となるよう目標電圧Ｖｔｒｇを調整する先述したＶｒｅｇ通常制御を実施する。図６の例ではＶｒｅｇがＶｔｒｇに達したｔ３時点で励磁電流指令値Ｉｃｏｍの増加が終了し、Ｖｒｅｇ通常制御に切り替わっている。

以上により、本実施形態によれば、回生充電させるべくＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオン作動させる通電切替時には、発電量が急上昇することを抑制して徐々に上昇させている。そのため、通電切替時に、空き容量を大きく確保させているリチウム蓄電池３０へオルタネータ１０から大電流が流れることを抑制して、オルタネータ１０による発電量が急激に増大することを回避できる。よって、オルタネータ１０の駆動源となっているエンジンのトルク変動を抑制でき、車両のドライバビリティ悪化を回避できる。

（第１実施形態の変形例１）
図７のステップＳ７０における回生発電漸増制御では、Ｉｃｏｍの上昇速度（図６（ｂ）中のｔ２からｔ３までの傾き）を一定の値に設定しているが、前記上昇速度を、以下に説明する発電変動量ΔＰの推定結果に応じて可変設定させてもよい。

図８は、本変形例１にかかる回生発電漸増制御の処理手順を示すフローチャートであり、図７と同一の処理を実施するステップについては、同じ符号を付してその説明を援用する。

図８のステップＳ２０において、減速回生の条件が成立して回生充電指令が発生していると判定（Ｓ２０：ＹＥＳ）されれば、ステップＳ３０にてＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオン作動させるに先立ち、ステップＳ２１（発電変動量推定手段）において、前記オン作動の前後で生じる発電の変動量ΔＰを推定する。具体的には、オン作動の直前における調整電圧Ｖｒｅｇ（＝Ｖ（Ｐｂ））とリチウム蓄電池３０の端子電圧Ｖ（Ｌｉ）との電圧差が大きいほど発電の変動量ΔＰが大きくなることに着目し、前記電圧差を演算して、当該電圧差に基づき変動量ΔＰを推定する。

続くステップＳ２２では、推定した発電変動量ΔＰに基づき、後のステップＳ７１にて励磁電流指令値Ｉｃｏｍを徐々に増加させる速度ΔＩｃｏｍを算出する。具体的には、発電変動量ΔＰが小さいほど増加速度ΔＩｃｏｍを大きくする。そして、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオン作動させてから所定時間が経過したｔ２時点で、ステップＳ７１の処理により、ステップＳ２２で算出した速度ΔＩｃｏｍで励磁電流指令値Ｉｃｏｍを徐々に増加させる。具体的には、励磁電流指令値Ｉｃｏｍを前回値よりも所定量だけ増加させていくにあたり、前記所定量を、ΔＩｃｏｍに応じて可変設定する。

ここで、回生発電漸増制御を実施するにあたり、励磁電流指令値Ｉｃｏｍの増加速度を遅くするほど発電変動量を小さくでき、ドラビリ悪化抑制の効果を向上できる。しかしその背反として、発電量を漸増させている期間（図６のｔ２〜ｔ３の期間）における回生発電量が、通電切替時に発電量を一気に上昇させる（図６（ｂ）（ｃ）中の点線参照）場合に比べて少なくなる。この点を鑑みた本変形例１では、推定した発電変動量ΔＰが小さいほど、通電切替時における発電増大速度を速くするので、ドラビリ悪化抑制の効果と回生発電量増大の効果とのバランスを最適にできる。

（第１実施形態の変形例２）
図８の制御では、推定した発電変動量ΔＰに応じてＩｃｏｍ上昇速度を可変設定させているが、推定した発電変動量ΔＰが所定の閾値ΔＰｔｈ未満である場合には、ステップＳ７０による回生発電漸増制御を禁止させてもよい。

図９は、本変形例２にかかる回生発電漸増制御の処理手順を示すフローチャートであり、図８と同一の処理を実施するステップについては、同じ符号を付してその説明を援用する。

図９のステップＳ２０において、減速回生の条件が成立して回生充電指令が発生していると判定（Ｓ２０：ＹＥＳ）されれば、ステップＳ３０にてＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオン作動させるに先立ち、ステップＳ２１において、前記オン作動の前後で生じる発電の変動量ΔＰを推定する。

そして、続くステップＳ２３において、推定した発電変動量ΔＰが所定の閾値ΔＰｔｈ以上であるか否かを判定する。ΔＰ≧ΔＰｔｈと判定された場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）には、ステップＳ７０による回生発電漸増制御を実施しなければ発電変動量が許容範囲を超えて大きくなるとみなし、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオン作動させてから所定時間が経過したｔ２時点で、ステップＳ７０による回生発電漸増制御を実施する。一方、ΔＰ＜ΔＰｔｈと判定された場合（Ｓ２３：ＮＯ）には、回生発電漸増制御を実施しなくても発電変動量は許容範囲内であるとみなし、ステップＳ７０による回生発電漸増制御を禁止してステップＳ８０に進み、Ｖｒｅｇ通常制御を実施する。

以上により、本変形例２によれば、ΔＰ≧ΔＰｔｈの場合には回生発電漸増制御を実施して発電変動によるドラビリ悪化の抑制を図り、ΔＰ＜ΔＰｔｈの場合には回生発電漸増制御を禁止して回生充電量の増大を図るので、ドラビリ悪化抑制の効果と回生発電量増大の効果とのバランスを最適にできる。

（第１実施形態の変形例３）
図６（ｂ）に示す第１実施形態の処理では、励磁電流指令値Ｉｃｏｍを制御することで、回生発電の急増を回避させる回生発電漸増制御を実施しているが、調整電圧Ｖｒｅｇを制御することで回生発電漸増制御を実施するようにしてもよい。具体的には、図７のステップＳ７０において、目標電圧Ｖｔｒｇを徐々に増加させることで、回生発電の急増を回避させる回生発電漸増制御を実施してもよい。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、調整電圧Ｖｒｅｇに対する目標電圧Ｖｔｒｇ或いはオルタネータ１０の励磁電流を制御することにより、回生発電量が漸増するよう制御（回生発電漸増制御）している。これに対し本実施形態では、２つのＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０の通電状態をＥＣＵ８０（スイッチ制御手段）が以下の如く制御することにより、回生発電量が漸増するよう制御（回生発電漸増制御）している。

本実施形態にかかる以下の説明では、２つのＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０のうち、オルタネータ１０の側からリチウム蓄電池３０の側へ電流を流す向きが寄生ダイオード５１の順方向となるよう配置されたＭＯＳ−ＦＥＴ５０を順ＭＯＳ５０（順方向スイッチ）と呼び、順ＭＯＳの寄生ダイオード５１と逆向きに接続されたＭＯＳ−ＦＥＴ６０（逆方向スイッチ）を逆ＭＯＳ６０と呼ぶ。

そして、回生発電させている時に逆ＭＯＳ６０をオンさせれば、順ＭＯＳ５０をオフさせていても順ＭＯＳ５０の寄生ダイオード５１を通じて電流が流れる。但し、寄生ダイオード５１の抵抗（障壁抵抗）による電圧降下が生じるため、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオンさせた場合に比べて通電量は少なくなる。このことは、順ＭＯＳ５０をオフさせつつ逆ＭＯＳ６０をオンさせれば、両ＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオンさせた場合に比べて第２蓄電池３０への回生充電量を少なくでき、ひいては発電量を少なくできることを意味する。

この点を鑑みた本実施形態では、回生充電を開始させるべくＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオン作動させる通電切替時（ｔ１時点）に、図１０（ａ）（ｂ）に示す如く、先ず順ＭＯＳ５０をオフ作動させつつ逆ＭＯＳ６０をオン作動させる。その後、所定時間が経過したｔ２時点に、逆ＭＯＳ６０とともに順ＭＯＳ５０をオン作動させる。なお、レギュレータ１１については、励磁電流指令値Ｉｃｏｍ（又は調整電圧Ｖｒｅｇ）の急上昇を抑制することなくＶｒｅｇ通常制御を実施する（図１０（ｃ）参照）。

したがって、順ＭＯＳ５０をオフ作動させつつ逆ＭＯＳ６０をオン作動させるｔ１〜ｔ２期間でのＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０の通電量は、逆ＭＯＳ６０とともに順ＭＯＳ５０をオン作動させるｔ２時点以降での通電量に比べて少なくなる。よって、ｔ１〜ｔ２期間での回生発電量はｔ２時点以降での回生発電量より少なくなる（図１０（ｄ）参照）。つまり、通電切替時の発電量急上昇を回避して、発電量が徐々に上昇するよう発電が抑制される。

図１１は、本実施形態にかかる回生発電漸増制御の処理手順を示すフローチャートであり、図７と同一の処理を実施するステップについては、同じ符号を付してその説明を援用する。図１１のステップＳ２０において、減速回生の条件が成立して回生充電指令が発生していると判定（Ｓ２０：ＹＥＳ）されれば、続くステップＳ３１において、順ＭＯＳ５０のオフ作動を維持させつつ逆ＭＯＳ６０をオン作動させるよう指令信号を出力する。具体的には、半導体スイッチ部６２のゲートへゲート電圧を印加させ、逆ＭＯＳ６０についてドレイン電流が流れるよう制御する。続くステップＳ４１では、ｔ１時点から所定時間が経過したｔ２時点に達したか否かを判定し、所定時間が経過していなければ（Ｓ４１：ＮＯ）、次のステップＳ５１にて順ＭＯＳ５０のオフ作動を維持させる。所定時間が経過していれば（Ｓ４１：ＹＥＳ）、続くステップＳ７２にて順ＭＯＳ５０をオン作動させる。

以上により、本実施形態によれば、回生充電させるべくＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオン作動させる通電切替時には、逆ＭＯＳ６０をオン作動させた後に、所定時間が経過してから順ＭＯＳ５０をオン作動させるので、段階的に回生充電量（つまり回生発電量）が増加することとなる。よって、通電切替時の当初から両ＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０を同時に通電させる場合に比べて、通電切替時の発電を抑制して発電量急上昇を回避できる。よって、オルタネータ１０の駆動源となっているエンジンのトルク変動を抑制でき、車両のドライバビリティ悪化を回避できる。

（第２実施形態の変形例１）
上記第２実施形態を実施するにあたり、図９の制御と同様にして発電変動量ΔＰを推定し、推定した発電変動量ΔＰが所定の閾値ΔＰｔｈ未満である場合には、図１１の処理による回生発電漸増制御を禁止させるようにしてもよい。これによれば、ΔＰ≧ΔＰｔｈの場合には回生発電漸増制御を実施して発電変動によるドラビリ悪化の抑制を図り、ΔＰ＜ΔＰｔｈの場合には回生発電漸増制御を禁止して回生充電量の増大を図るので、ドラビリ悪化抑制の効果と回生発電量増大の効果とのバランスを最適にできる。

（第３実施形態）
上記第２実施形態では、回生充電を開始させるべくＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオン作動させる通電切替時に、逆ＭＯＳ６０をオン作動させた後に順ＭＯＳ５０を遅れてオン作動させることにより、回生発電量が漸増するよう制御（回生発電漸増制御）している。これに対し本実施形態では、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオン作動させるにあたり、以下に説明する如くＥＣＵ８０（スイッチ制御手段）がゲート電圧Ｖｇを調整することで、回生発電量が漸増するよう制御（回生発電漸増制御）している。

すなわち、ＭＯＳ−ＦＥＴのゲートへ印加するゲート電圧Ｖｇを徐々に上昇させていくと、ゲート電圧Ｖｇが閾値を超えた時点でドレイン電流が流れ始め、ゲート電圧Ｖｇの上昇に伴ってドレイン電流も増大していく。但し、ゲート電圧Ｖｇが低い領域（非飽和領域）ではゲート電圧Ｖｇの上昇に伴ってドレイン電流が増大するのに対し、ゲート電圧Ｖｇが高い領域（飽和領域）ではゲート電圧Ｖｇの値に拘わらずドレイン電流は一定の値となる。

そして本実施形態では、回生充電を開始させるべくＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオン作動させるにあたり、先ずは非飽和領域で所定時間通電させ、その後に飽和領域で通電させている。図１２を用いてより詳細に説明すると、先ず、回生充電を開始させるべくＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオン作動させる指令が発生したｔ１時点（通電切替時）に、２つのＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０に印加するゲート電圧Ｖｇを、非飽和領域の範囲内で所定時間をかけて徐々に上昇させていく（図１２（ｂ）中の実線参照）。そして、所定時間が経過したｔ２時点でゲート電圧Ｖｇが飽和領域に達するように、ゲート電圧Ｖｇの上昇速度を制御する。

なお、レギュレータ１１については、励磁電流指令値Ｉｃｏｍ（又は調整電圧Ｖｒｅｇ）の急上昇を抑制することなくＶｒｅｇ通常制御を実施する（図１２（ｃ）参照）。また、図１２の例では２つのＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０に対して共通の指令信号を出力しており、２つのＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０のゲート電圧Ｖｇが同じ変化となるよう制御している。

したがって、非飽和領域でオン作動させるｔ１〜ｔ２期間でのＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０の通電量は、飽和領域でオン作動させるｔ２時点以降での通電量に比べて少なくなる。よって、ｔ１〜ｔ２期間での回生発電量はｔ２時点以降での回生発電量より少なくなる（図１２（ｄ）参照）。つまり、通電切替時の発電量急上昇を回避して、発電量が徐々に上昇するよう発電が抑制される。

図１３は、本実施形態にかかる回生発電漸増制御の処理手順を示すフローチャートであり、図７と同一の処理を実施するステップについては、同じ符号を付してその説明を援用する。図１３のステップＳ２０において、減速回生の条件が成立して回生充電指令が発生していると判定（Ｓ２０：ＹＥＳ）されて、続くスステップＳ３０にてＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオン作動させるよう指令信号が出力されると、調整電圧Ｖｒｅｇが目標電圧Ｖｔｒｇに達しているか否かを判定する。Ｖｒｅｇ＜Ｖｔｒｇであれば（Ｓ６０：ＹＥＳ）、続くステップＳ７３において、非飽和領域のゲート電圧Ｖｇで通電させる回生発電漸増制御を実施する。具体的には、ゲート電圧Ｖｇを前回値よりも所定量だけ増加させていくことで、非飽和領域の範囲内でゲート電圧Ｖｇが徐々に上昇するよう制御する。

ゲート電圧Ｖｇが徐々に上昇させていくことに伴い調整電圧Ｖｒｅｇも徐々に増加していくことが想定され、調整電圧Ｖｒｅｇが目標電圧Ｖｔｒｇに達したと判定されれば（Ｓ６０：ＮＯ）、ステップＳ７３による回生発電漸増制御を終了してステップＳ８０に進み、ＳＯＣ（Ｌｉ），ＳＯＣ（Ｐｂ）が適正範囲となるよう目標電圧Ｖｔｒｇを調整する先述したＶｒｅｇ通常制御を実施するとともに、ゲート電圧Ｖｇを飽和領域内に設定された所定値に維持させる。或いは、ゲート電圧Ｖｇが前記所定値にまで上昇した場合に、ステップＳ６０で否定判定してステップＳ８０に進むようにしてもよい。

ここで、本実施形態に反して通電切替時のｔ１時点でゲート電圧Ｖｇを一気に飽和領域にまで上昇させる場合には回生発電量が急上昇する（図１２（ｂ）（ｄ）中の点線参照）。これに対し本実施形態によれば、回生充電させるべくＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオン作動させる通電切替時には、先ずは非飽和領域のゲート電圧Ｖｇで通電させ、その後に飽和領域で通電させている。そのため、回生発電量が徐々に上昇することとなる（図１２（ｂ）（ｄ）中の実線参照）。つまり、通電切替時に、空き容量を大きく確保させているリチウム蓄電池３０へオルタネータ１０から大電流が流れることを抑制して、オルタネータ１０による発電量が急激に増大することを回避できる。よって、オルタネータ１０の駆動源となっているエンジンのトルク変動を抑制でき、車両のドライバビリティ悪化を回避できる。

なお、図１２に示す例では、非飽和領域で通電させるｔ１〜ｔ２期間において、ゲート電圧Ｖｇを徐々に増加させているが（図１２（ｂ）中の実線参照）、図１２（ｂ）中の一点鎖線に示すように、ゲート電圧Ｖｇを非飽和領域の一定値に維持させて、その後に飽和領域の一定値に維持させるようステップ状にゲート電圧Ｖｇを増大させてもよい。この場合、発電量もステップ状に上昇することとなる（図１２（ｄ）中の一点鎖線参照）。

（第３実施形態の変形例１）
上記第３実施形態では、２つのＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０へ同一のゲート信号を出力しており、２つのＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０を非飽和領域で通電させた後に飽和領域で通電させる。これに対し本変形例１では、図１４に示すように、減速回生の条件が成立したｔ１時点（通電切替時）において、逆ＭＯＳ６０については、図１２（ｂ）と同様にして非飽和領域で通電させた後に飽和領域で通電させる（図１４（ａ）参照）。一方、順ＭＯＳ５０については、通電切替時の当初から飽和領域のゲート電圧で通電させる（図１４（ｂ）参照）。

ここで、非飽和領域で通電させる場合には、飽和領域で通電させる場合に比べてＭＯＳ−ＦＥＴで生じる電力損失が大きい。この点を鑑みた本実施形態では、順ＭＯＳ５０については、通電切替時の当初から飽和領域のゲート電圧で通電させるので、順ＭＯＳ５０で生じる電力損失を低減して回生充電量の増大を図ることができる。なお、逆ＭＯＳ６０については非飽和領域で通電させた後に飽和領域で通電させるので、通電切替時の発電を抑制して発電量急上昇を回避できるといった効果が損なわれることはない。

なお、図１４の例では、逆ＭＯＳ６０について回生発電漸増制御を実施して順ＭＯＳ５０については実施していないが、順ＭＯＳ５０について回生発電漸増制御を実施して逆ＭＯＳ６０については実施しないようにしてもよい。

（第３実施形態の変形例２）
図１３のステップＳ７３における回生発電漸増制御では、ゲート電圧Ｖｇの上昇速度（図１２（ｂ）中のｔ１からｔ２までの傾き）を一定の値に設定しているが、前記上昇速度を、以下に説明する発電変動量ΔＰの推定結果に応じて可変設定させてもよい。

図１５は、本変形例２にかかる回生発電漸増制御の処理手順を示すフローチャートであり、図８と同一の処理を実施するステップについては、同じ符号を付してその説明を援用する。

図１５のステップＳ２０において、減速回生の条件が成立して回生充電指令が発生していると判定（Ｓ２０：ＹＥＳ）されれば、ステップＳ３０にてＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオン作動させるに先立ち、ステップＳ２１において、前記オン作動の前後で生じる発電の変動量ΔＰを推定する。具体的には、オン作動の直前における調整電圧Ｖｒｅｇ（＝Ｖ（Ｐｂ））とリチウム蓄電池３０の端子電圧Ｖ（Ｌｉ）との電圧差が大きいほど発電の変動量ΔＰが大きくなることに着目し、前記電圧差を演算して、当該電圧差に基づき変動量ΔＰを推定する。

続くステップＳ２３では、推定した発電変動量ΔＰに基づき、後のステップＳ７４にてゲート電圧Ｖｇを徐々に増加させる速度ΔＶｇを算出する。具体的には、発電変動量ΔＰが小さいほど増加速度ΔＶｇを大きくする。そして、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオン作動させるｔ１時点で、ステップＳ７４の処理により、ステップＳ２３で算出した速度ΔＶｇでゲート電圧Ｖｇを徐々に増加させる。具体的には、ゲート電圧Ｖｇを前回値よりも所定量だけ増加させていくにあたり、前記所定量を、ΔＶｇに応じて可変設定する。

ここで、回生発電漸増制御を実施するにあたり、ゲート電圧Ｖｇの増加速度を遅くするほど発電変動量を小さくでき、ドラビリ悪化抑制の効果を向上る。しかしその背反として、発電量を漸増させている期間（図１２のｔ１〜ｔ２の期間）における回生発電量が、通電切替時に発電量を一気に上昇させる（図１２（ｂ）（ｄ）中の点線参照）場合に比べて少なくなる。この点を鑑みた本変形例２では、推定した発電変動量ΔＰが小さいほど、通電切替時における発電増大速度を速くするので、ドラビリ悪化抑制の効果と回生発電量増大の効果とのバランスを最適にできる。

（第３実施形態の変形例３）
上記第３実施形態を実施するにあたり、図９の制御と同様にして発電変動量ΔＰを推定し、推定した発電変動量ΔＰが所定の閾値ΔＰｔｈ未満である場合には、図１３〜図１５の処理による回生発電漸増制御を禁止させるようにしてもよい。これによれば、ΔＰ≧ΔＰｔｈの場合には回生発電漸増制御を実施して発電変動によるドラビリ悪化の抑制を図り、ΔＰ＜ΔＰｔｈの場合には回生発電漸増制御を禁止して回生充電量の増大を図るので、ドラビリ悪化抑制の効果と回生発電量増大の効果とのバランスを最適にできる。

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

・上記各実施形態では、回生充電を実施する時に回生発電漸増制御（発電制限制御）を実施させているが、エンジン運転中にＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０をオフ作動からオン作動に切り替える通電切替時であれば、回生充電開始時に限らず発電漸増制御（発電制限制御）を実施してもよい。

・上記各実施形態では、２つのＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０のソース端子を互いに接続させているが、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０及びＭＯＳ−ＦＥＴ６０の位置を入れ替えて、ドレイン端子を互いに接続させるようにしてもよい。また、ＭＯＳ−ＦＥＴ５０，６０の数は２つに限らず３つ以上でもよい。

・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を採用してもよい。但し、上記条件（ａ）〜（ｃ）を満たすものであることが望ましい。

１０…オルタネータ（発電機）、１１…レギュレータ（励磁電流制御手段）、２０…鉛蓄電池、３０…リチウム蓄電池（第２蓄電池）、５０…ＭＯＳ−ＦＥＴ（開閉手段、半導体スイッチ、順方向スイッチ）、５１，６１…ＭＯＳ−ＦＥＴの寄生ダイオード、６０…ＭＯＳ−ＦＥＴ（開閉手段、半導体スイッチ、逆方向スイッチ）、８０…ＥＣＵ（発電制限手段、励磁電流制御手段、スイッチ制御手段）、
Ｓ２１…発電変動量推定手段。

Claims (8)

1. 内燃機関の出力軸により駆動して発電するとともに、回生エネルギによる回生発電が可能な発電機と、
   前記発電機による発電電力を充電可能な鉛蓄電池と、
   前記鉛蓄電池に対して電気的に並列接続され、前記発電電力を充電可能であり、かつ、前記鉛蓄電池に比べて出力密度又はエネルギ密度の高い第２蓄電池と、
   を備えるバッテリシステムに適用され、
   前記発電機及び前記鉛蓄電池と前記第２蓄電池との間に電気接続され、前記発電機及び前記鉛蓄電池と前記第２蓄電池との通電及び遮断を切り替える開閉手段と、
   前記内燃機関の駆動中に前記開閉手段を通電状態に切り替えた通電切替時に、前記発電機の発電量が徐々に上昇するよう発電量の増加速度を制限させる発電制限手段と、
   を備えることを特徴とするバッテリシステム制御装置。
2. 前記発電制限手段は、前記発電機を構成するコイルに流れる励磁電流を制御する励磁電流制御手段であって、前記通電切替時における前記励磁電流が徐々に上昇するよう前記励磁電流を制御することにより、前記発電量を徐々に上昇させることを特徴とする請求項１に記載のバッテリシステム制御装置。
3. 前記通電切替時の前後で生じる発電変動量であって、前記発電制限手段による発電制限制御を実施しないと想定した場合の発電変動量を推定する発電変動量推定手段を備え、
   前記励磁電流制御手段は、推定した前記発電変動量が小さいほど、前記通電切替時における前記励磁電流の上昇速度を速くすることを特徴とする請求項２に記載のバッテリシステム制御装置。
4. 前記開閉手段は、複数の半導体スイッチを、当該半導体スイッチに存在する寄生ダイオードが逆向きになるよう直列に接続して構成され、
   前記発電制限手段は、前記複数の半導体スイッチの通電状態を制御するスイッチ制御手段であり、
   前記複数の半導体スイッチのうち、前記発電機の側から前記第２蓄電池の側へ電流を流す向きが前記寄生ダイオードの順方向となるよう配置された半導体スイッチを順方向スイッチとし、前記第２蓄電池の側から前記発電機の側へ電流を流す向きが前記寄生ダイオードの順方向となるよう配置された半導体スイッチを逆方向スイッチとした場合において、
   前記通電切替時には、前記順方向スイッチを遮断させつつ前記逆方向スイッチを通電させ、その後、前記逆方向スイッチとともに前記順方向スイッチを通電させることにより、前記スイッチ制御手段は前記発電量を徐々に上昇させることを特徴とする請求項１に記載のバッテリシステム制御装置。
5. 前記開閉手段は半導体スイッチであり、
   前記発電制限手段は、前記半導体スイッチの通電状態を制御するスイッチ制御手段であり、
   前記通電切替時には、前記半導体スイッチのゲート電圧上昇に伴いドレイン電流が上昇していく非飽和領域で通電させ、その後、ゲート電圧の大きさに拘わらずドレイン電流が安定する飽和領域で通電させることにより、前記スイッチ制御手段は前記発電量を徐々に上昇させることを特徴とする請求項１に記載のバッテリシステム制御装置。
6. 前記開閉手段は、複数の半導体スイッチを、当該半導体スイッチに存在する寄生ダイオードが逆向きになるよう直列に接続して構成され、
   前記複数の半導体スイッチのうち少なくとも１つの半導体スイッチについては、前記通電切替時の当初から飽和領域で通電させることを特徴とする請求項５に記載のバッテリシステム制御装置。
7. 前記通電切替時の前後で生じる発電変動量であって、前記発電制限手段による発電制限制御を実施しないと想定した場合の発電変動量を推定する発電変動量推定手段を備え、
   前記スイッチ制御手段は、推定した前記発電変動量が小さいほど、前記非飽和領域での通電時における前記ゲート電圧の上昇速度を速くすることを特徴とする請求項５又は６に記載のバッテリシステム制御装置。
8. 前記通電切替時の前後で生じる発電変動量であって、前記発電制限手段による発電制限制御を実施しないと想定した場合の発電変動量を推定する発電変動量推定手段を備え、
   推定した前記発電変動量が所定値以上であることを条件として前記発電制限制御を実施し、推定した前記発電変動量が所定値未満であれば前記発電制限制御を禁止することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のバッテリシステム制御装置。

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