JP6380171B2 - 電源システム - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される電源システムに関するものである。

車両に搭載される電源システムでは、複数の蓄電池（例えば鉛蓄電池、リチウムイオン蓄電池）を用い、これら各蓄電池を使い分けながら車載の各種電気負荷に電力を供給している。

例えば特許文献１に記載の技術では、鉛蓄電池とリチウムイオン蓄電池とがスイッチを介して接続されている。また、各種電気負荷のうち、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な安定であることが要求される定電圧要求電気負荷が、リチウムイオン蓄電池側に電気接続されている。これにより、定電圧要求負荷への電力供給はリチウムイオン蓄電池が分担している。一方、各種電気負荷のうち、スタータモータと、これ以外の一般負荷（ヘッドライト等）が、鉛蓄電池側に電気接続されている。これにより、スタータモータ及び一般負荷への電力供給は鉛蓄電池が分担している。

特開２０１２−１３０１０８号公報

しかし上記の構成において、鉛蓄電池の失陥が発生した場合には、鉛蓄電池から一般負荷への電力供給ができなくなる。また、リチウムイオン蓄電池に異常が生じた場合、リチウムイオン蓄電池から定電圧要求負荷への電力供給が絶たれることに伴う不都合が生じうる。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、各種電気負荷に対する電力供給を安定して継続できる電源システムを提供することを主たる目的とするものである。

本発明は、電力供給により駆動されてエンジンを始動する始動手段（１０）を備える車両に搭載される電源システムであって、発電機（１０）に対して並列接続された鉛蓄電池（１１）及び第２蓄電池（１２）と、前記鉛蓄電池と前記第２蓄電池とを電気接続する電気経路において、前記鉛蓄電池と前記第２蓄電池との間に接続された開閉手段（１５）と、前記電気経路において前記開閉手段を挟んで前記鉛蓄電池側と前記第２蓄電池側とのうち前記鉛蓄電池側に接続された電気負荷（１４ａ〜１４ｃ）と、前記車両の電源オン後において、前記始動手段による前記エンジンの始動時以外は、前記開閉手段を閉状態で保持する開閉制御手段（２０）と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、鉛蓄電池及び第２蓄電池を備える車両の電源システムにおいて、それら両蓄電池の間に開閉手段を設けるとともに、その開閉手段よりも鉛蓄電池側に電気負荷を接続する構成とした。この場合、蓄電池として鉛蓄電池のみを備える電源システムと対比すると、電気負荷に関する接続の構成が同様になっているため、鉛蓄電池のみを備える電源システムをベースに、鉛蓄電池及び第２蓄電池を備える電源システムを構築する場合において、負荷配線の変更等を少なくすることができ、２電池システムを構築する上で有利な構成を実現できる。

また、車両の電源オン後は、エンジンの始動時は開閉手段を開状態とし、それ以外は開閉手段を閉状態で保持する構成にした。そのため、始動手段によるエンジン始動に伴う電圧変動の影響が鉛蓄電池側に及ぶことを抑えつつ、電気負荷に対しては鉛蓄電池及び第２蓄電池の両方を用いて電力を供給することが可能となる。したがって、仮に鉛蓄電池に失陥が生じたとしても、第２蓄電池により電気負荷への電力供給を継続できる。以上により、電気負荷への電力供給に関して適正なシステムを構築できる。

本実施形態の電源システムを示す電気回路図。 鉛蓄電池、リチウムイオン蓄電池のＳＯＣ使用範囲を示す図。 鉛蓄電池とリチウムイオン蓄電池とのＩＶ特性の違いを示す図。 スイッチの開閉制御に関するフローチャート。 電力制限処理に関するフローチャート。 車両走行状態での電力供給の様子を示すタイムチャート。 車両走行状態での電力供給の様子を示すタイムチャート。 他の実施形態の電源システムを示す電気回路図。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の電源システムが搭載される車両は、エンジン（内燃機関）を駆動源として走行するものであり、いわゆるアイドリングストップ機能、コースト走行機能を有している。

図１に示すように、本電源システムは、回転機１０、鉛蓄電池１１、リチウムイオン蓄電池１２、スタータ１３、各種の電気負荷１４ａ〜１４ｃ、ＭＯＳスイッチ１５、ＳＭＲスイッチ１６を備えている。このうち、リチウムイオン蓄電池１２と各スイッチ１５，１６とは、図示しない筐体（収容ケース）に収容されることで一体化され、電池ユニットＵとして構成されている。また、電池ユニットＵは、電池制御手段を構成する制御部２０を有しており、各スイッチ１５，１６と制御部２０とは同一の基板に実装された状態で筐体内に収容されている。

電池ユニットＵには外部端子として第１端子Ｔ１、第２端子Ｔ２が設けられており、第１端子Ｔ１には鉛蓄電池１１とスタータ１３と電気負荷１４ａ〜１４ｃとが接続され、第２端子Ｔ２には回転機１０が接続されている。なお、端子Ｔ１，Ｔ２はいずれも回転機１０の入出力の電流が流れる大電流入出力端子となっている。

回転機１０の回転軸は、図示しないエンジン出力軸に対してベルト等により駆動連結されており、エンジン出力軸の回転によって回転機１０の回転軸が回転する一方、回転機１０の回転軸の回転によってエンジン出力軸が回転する。この場合、回転機１０は、エンジン出力軸や車軸の回転により発電（回生発電）を行う発電機能と、エンジン出力軸に回転力を付与する動力出力機能とを備え、ＩＳＧ（Integrated Starter Generator）を構成するものとなっている。

鉛蓄電池１１とリチウムイオン蓄電池１２とは回転機１０に対して並列に電気接続されており、回転機１０の発電電力により各蓄電池１１，１２の充電が可能となっている。また、回転機１０は、各蓄電池１１，１２からの給電により駆動されるものとなっている。

鉛蓄電池１１は周知の汎用蓄電池である。これに対し、リチウムイオン蓄電池１２は、鉛蓄電池１１に比べて、充放電における電力損失が少なく、出力密度、及びエネルギ密度の高い高密度蓄電池である。この場合、リチウムイオン蓄電池１２は第２蓄電池に相当し、これは鉛蓄電池１１よりも出力密度又はエネルギ密度の高い蓄電池であるとよい。

鉛蓄電池１１の構成として具体的には、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。なお本実施形態では、鉛蓄電池１１の蓄電容量がリチウムイオン蓄電池１２の蓄電容量よりも大きくなるような設定がなされている。

一方、リチウムイオン蓄電池１２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。リチウムイオン蓄電池１２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。リチウムイオン蓄電池１２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。

なお、図１中の符号１１ａ，１２ａは、鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２の電池セル集合体を表し、符号１１ｂ，１２ｂは鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２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１１ａ，１２ａ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、蓄電池の内部抵抗値をＲ、蓄電池の開放電圧をＶ０としている。これらの式１，２に示すように、放電時の端子電圧Ｖｄは内部抵抗値Ｒが大きいほど小さい値となり、充電時の端子電圧Ｖｃは内部抵抗値Ｒが大きいほど大きい値となる。

ここで、電気負荷１４ａ，１４ｂは、車載の電気負荷のうち、常に動作可能な電圧が印加されるべき被保護負荷である。言い換えると、電気負荷１４ａ，１４ｂ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負荷であり、所定の電圧範囲において駆動し、所定の電圧範囲外では停止する（リセットされる）。

電気負荷１４ａは、車両走行に関連する定電圧要求負荷である。電気負荷１４ａの具体例としては、例えばブレーキ装置、自動変速機のオイルポンプ、燃料ポンプ、電動パワーステアリング等が挙げられる。つまり、電気負荷１４ａは、車両走行時の走行挙動の制御に用いられる走行用負荷である。

電気負荷１４ｂは、走行用負荷以外の定電圧要求負荷である。電気負荷１４ｂの具体例としてはナビゲーション装置、メータ等を表示するディスプレイ装置、オーディオ装置が挙げられる。この場合、電圧変動が抑えられていることで、上記各電気負荷１４ａ、１４ｂの安定動作が実現可能となる。

電気負荷１４ｃは、スタータ１３及び定電圧要求負荷（電気負荷１４ａ，１４ｂ）以外の一般負荷であり、定電圧要求負荷に比べて動作可能な電圧範囲が比較的に広い負荷である。一般負荷の具体例としては、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。これらヘッドライト、ワイパ及び送風ファン等については、供給電力の電圧が変化すると、ヘッドライトの明滅、ワイパの作動速度変化、送風ファンの回転速度変化（送風音変化）が生じてしまうので、供給電力の電圧を一定にすることが要求される。

電池ユニットＵには、ユニット内電気経路として、各端子Ｔ１，Ｔ２及びリチウムイオン蓄電池１２を相互に接続する接続経路２１，２２が設けられている。そして、このうち第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２とを接続する第１接続経路２１に開閉手段としてのＭＯＳスイッチ１５が設けられ、第１接続経路２１上の接続点Ｎ１（電池接続点）とリチウムイオン蓄電池１２とを接続する第２接続経路２２にＳＭＲスイッチ１６が設けられている。これら各スイッチ１５，１６は、いずれも２×ｎ個のＭＯＳＦＥＴ（半導体スイッチ）を備え、その２つ一組のＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードが互いに逆向きになるように直列に接続されている。この寄生ダイオードによって、各スイッチ１５，１６をオフ状態とした場合にそのスイッチが設けられた経路に流れる電流が完全に遮断される。

また、本電源システムでは、ＭＯＳスイッチ１５を介さずに鉛蓄電池１１と回転機１０とを接続可能にするバイパス経路２３が設けられている。具体的には、バイパス経路２３は、電池ユニットＵを迂回して、第１端子Ｔ１に接続される電気経路（鉛蓄電池１１等に接続される経路）と第２端子Ｔ２に接続される電気経路（回転機１０に接続される経路）とを電気接続するように設けられており、そのバイパス経路２３上には、鉛蓄電池１１側と回転機１０側との間の接続を遮断状態又は導通状態にする電力給電手段としてのバイパススイッチ２４が設けられている。バイパススイッチ２４は常閉式のリレースイッチである。なお、バイパス経路２３及びバイパススイッチ２４を、電池ユニットＵ内においてＭＯＳスイッチ１５を迂回するように設けることも可能である。

また、制御部２０には、電池ユニット外のＥＣＵ３０が接続されている。これら制御部２０及びＥＣＵ３０は、ＣＡＮ等の通信ネットワークにより接続されて相互に通信可能となっており、制御部２０及びＥＣＵ３０に記憶される各種データが互いに共有できるものとなっている。ＥＣＵ３０は、アイドリングストップ制御、コースト走行制御を実施する機能を有する電子制御装置である。アイドリングストップ制御とは、周知のとおり所定の自動停止条件の成立によりエンジンを自動停止させ、かつその自動停止状態下で所定の再始動条件の成立によりエンジンを再始動させるものである。コースト走行制御とは、例えばエンジンへの燃料供給を停止した状態で走行する惰性走行をさせるものである。惰性走行とは、燃費改善などを目的として、車両走行中のアクセルオフ時に、エンジンと変速機との間に設けたクラッチ装置を遮断状態にして車両を惰性走行状態にさせるものである。

アイドリングストップ制御及びコースト走行制御では、いずれもアクセルオフ等の所定条件の成立時にエンジンを自動停止させ、その後の解除条件（再始動条件）の成立に伴い回転機１０によるエンジン再始動を行わせるようになっている。

回転機１０は、エンジン出力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、回転機１０においてロータがエンジン出力軸により回転すると、ロータコイル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、回転機１０においてロータコイルに流れる励磁電流がレギュレータにより調整されることで、発電された直流電流の電圧が所定の調整電圧Ｖｒｅｇとなるよう調整される。

回転機１０で発電した電力は、電気負荷１４ａ〜１４ｃに供給されるとともに、鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２に供給される。エンジンの駆動が停止して回転機１０で発電されていない時には、鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２から電気負荷１４ａ〜１４ｃに電力供給がされる。鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２から電気負荷１４ａ〜１４ｃへの放電量、及び回転機１０からの充電量は、ＳＯＣ（残存容量、満充電時の充電量に対する実際の充電量の割合でもある）が過充放電とならない範囲（ＳＯＣ使用範囲）となるよう適宜調整される。

制御部２０は、リチウムイオン蓄電池１２のＳＯＣを所定の使用範囲（後述する図２（ｂ）のＳＯＣ使用範囲Ｗ２）にすべく、リチウムイオン蓄電池１２への充電量を制限して過充電保護するとともにリチウムイオン蓄電池１２からの放電量を制限して過放電保護するよう保護制御を実施する。保護制御について補足しておくと、制御部２０は、リチウムイオン蓄電池１２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、図示しない電流検出部により検出される、リチウムイオン蓄電池１２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イオン蓄電池１２の端子電圧Ｖｄが下限電圧よりも低下した場合に、回転機１０からの充電により、リチウムイオン蓄電池１２の過放電保護を図るようにする。下限電圧は、ＳＯＣ使用範囲の下限値（１０％）に対応する電圧に基づき設定されるとよい。また、制御部２０は、調整電圧Ｖｒｅｇの可変設定を指示することにより、リチウムイオン蓄電池１２の端子電圧Ｖｃが上限電圧よりも上昇しないようにして過充電保護を実施する。上限電圧は、ＳＯＣ使用範囲の上限値（９０％）に対応する電圧に基づき設定されるとよい。

なお、鉛蓄電池１１については、図示しない別の電池制御部により同様の保護制御が実施される。

また、本実施形態では、車両の回生エネルギにより回転機１０を発電させて両蓄電池１１，１２（主にはリチウムイオン蓄電池１２）に充電させる減速回生を行っている。この減速回生は、車両が減速状態であること、エンジンへの燃料噴射をカットしていること、等の条件が成立した時に実施される。

本実施形態では、両蓄電池１１，１２のうちリチウムイオン蓄電池１２を優先的に用いて充放電を行うようにしており、そのための構成として各蓄電池１１，１２の特性を以下のように定めている。詳細を図２及び図３を用いて説明する。

図２（ａ）中の横軸は鉛蓄電池１１のＳＯＣを示し、図中の実線Ａ１は、鉛蓄電池１１のＳＯＣと開放電圧Ｖ０(Pb)との関係を示す電圧特性線である。充電量が増加してＳＯＣが上昇することに比例して開放電圧Ｖ０(Pb)も上昇する。図２（ｂ）中の横軸はリチウムイオン蓄電池１２のＳＯＣを示し、図中の実線Ａ２は、リチウムイオン蓄電池１２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、電圧特性線Ａ２の傾きを急変させる変曲点Ｐ１，Ｐ２の間では上昇の傾きが小さくなっている。

蓄電池１１，１２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、上述した保護制御により蓄電池１１，１２の充放電量を規制しており、鉛蓄電池１１のＳＯＣ使用範囲Ｗ１(Pb)は例えばＳＯＣ８８％〜１００％であり、リチウムイオン蓄電池１２のＳＯＣ使用範囲Ｗ２(Li)は例えばＳＯＣ１０％〜９０％である。ＳＯＣ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。

鉛蓄電池１１ではＳＯＣ０％〜８８％が早期劣化を招く範囲である。なお、図２（ｂ）は、図２（ａ）の一点鎖線部分（ＳＯＣ使用範囲Ｗ１(Pb)を示す部分）の拡大図でもあり、図２（ｂ）の横軸に示されるリチウムイオン蓄電池１２のＳＯＣ＝０％の位置は、ＳＯＣ使用範囲Ｗ１(Pb)の８８％の値に相当する。

そして、以下の条件（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）を満たすリチウムイオン蓄電池１２の電圧特性となるよう、リチウムイオン蓄電池１２の電池特性が設定されている。これらの設定は、両蓄電池１１，１２の開放電圧Ｖ０及び内部抵抗値Ｒを設定することで実現可能であり、開放電圧Ｖ０の設定は、リチウムイオン蓄電池１２の正極活物質、負極活物質及び電解液を選定することで実現可能である。

＜条件（ａ）＞
リチウムイオン蓄電池１２の全ＳＯＣ範囲（０〜１００％）内においてＳＯＣ使用範囲Ｗ２(Li)よりも低ＳＯＣ側の領域である特定領域に、リチウムイオン蓄電池１２の開放電圧Ｖ０(Li)と鉛蓄電池１１の開放電圧Ｖ０(Pb)とが一致するポイントＶｄｓが存在し、かつＳＯＣ使用範囲Ｗ２(Li)では、その全域で「開放電圧Ｖ０(Li)＞の開放電圧Ｖ０(Pb)」となっている。なお、図２（ｂ）の特性では、各変曲点Ｐ１，Ｐ２は、ＳＯＣ使用範囲Ｗ２(Li)よりも低ＳＯＣ側、及び高ＳＯＣ側にそれぞれ定められている。また、電圧特性線Ａ２において変曲点Ｐ１よりも高ＳＯＣ側にポイントＶｄｓが定められている。ただしこれに代えて、変曲点Ｐ１よりも低ＳＯＣ側にポイントＶｄｓを定めることも可能である。

＜条件（ｂ）＞
リチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗値Ｒ(Li)と鉛蓄電池１１の内部抵抗値Ｒ(Pb)とを、充電時には「Ｒ(Li)＜Ｒ(Pb)」となり、放電時には「Ｒ(Li)≦Ｒ(Pb)」となるよう設定する。この場合、蓄電池１１，１２のＩＶ特性の違いは図３に示すとおりである。図３中の実線Ｂ１は鉛蓄電池１１のＩＶ特性を、実線Ｂ２はリチウムイオン蓄電池１２のＩＶ特性を、実線Ｂ３は調整電圧Ｖｒｅｇを示しており、図３の横軸は電流値Ｉｃ，Ｉｄ、縦軸は端子電圧Ｖｃ，Ｖｄを示す。なお、充電時の電流Ｉｃをプラスで表し、放電時の電流Ｉｄをマイナスで表している。

これらのＩＶ特性Ｂ１，Ｂ２は、充電電流Ｉｃの上昇に比例して端子電圧Ｖｃが上昇（ＳＯＣが増大）し、放電電流Ｉｄの下降に比例して端子電圧Ｖｄが低下（ＳＯＣが減少）する様子を表している。そして、ＩＶ特性Ｂ１，Ｂ２の傾きが内部抵抗値Ｒを示しており、リチウムイオン蓄電池１２については充電時と放電時とで内部抵抗値Ｒ(Li)は同じであるが、鉛蓄電池１１については充電時の内部抵抗値Ｒ(Pb)が放電時の内部抵抗値Ｒ(Pb)よりも大きくなっている。これにより、充電時においてはＲ(Li)＜Ｒ(Pb)、放電時においてはＲ(Li)≦Ｒ(Pb)となるよう設定している。

補足すると、電気負荷１４ａ〜１４ｃの駆動時（放電時）においてはＶｄ(Li)＞Ｖｄ(Pb)となるよう設定し、回転機１０による充電時においては、Ｉｃがゼロ近傍の範囲ではＶｃ(Li)＞Ｖｃ(Pb)となるものの、それ以外の範囲ではＶｃ(Li)＜Ｖｃ(Pb)となるよう設定している。このような設定は、充電時におけるリチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗値Ｒ(Li)が鉛蓄電池１１の内部抵抗値Ｒ(Pb)よりも小さいことで実現可能となっている。

＜条件（ｃ）＞
リチウムイオン蓄電池１２に最大充電電流が流れている時の端子電圧Ｖｃ(Li)が、回転機１０による発電時の調整電圧Ｖｒｅｇよりも小さい。換言すれば、充電時におけるリチウムイオン蓄電池１２の端子電圧Ｖｃ(Li)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、調整電圧Ｖｒｅｇよりも小さいものとなっている。

＜条件（ｄ）＞
リチウムイオン蓄電池１２のＳＯＣ使用範囲Ｗ２(Li)に中間点Ｐ３が定められており、その中間点Ｐ３よりも低ＳＯＣ側と高ＳＯＣ側とで電圧特性線Ａ２の傾き（ＳＯＣに対する開放電圧の変化の傾き）が相違している。換言すると、電圧特性線Ａ２が上に凸の曲線よりなる特性となっている。この場合、低ＳＯＣ側では、高ＳＯＣ側に比べて電圧特性線Ａ２の傾き（平均の傾き）が大きいものとなっている。なお、中間点Ｐ３は、ＳＯＣ使用範囲Ｗ２(Li)の中央位置でなくてもよく、上限値寄り又は下限値寄りに定められていてもよい。

＜条件（ｅ）＞
リチウムイオン蓄電池１２の電圧特性線Ａ２において、変曲点Ｐ１，Ｐ２の間の領域は比較的傾きの小さい領域とし、Ｐ１よりも低ＳＯＣ側、Ｐ２よりも高ＳＯＣ側の各領域はＰ１−Ｐ２間よりも傾きの大きい領域としている。

また制御部２０は、各スイッチ１５，１６のオン（閉鎖）とオフ（開放）とを切り替える。すなわち、制御部２０は、イグニッションスイッチがオフの状態では、各スイッチ１５，１６をオフ（開放）状態にする。イグニッションスイッチのオン後は、基本的には、ＭＯＳスイッチ１５及びＳＭＲスイッチ１６を、オン（閉鎖）状態に維持し、回転機１０によるエンジンの始動時に、ＭＯＳスイッチ１５をオフ（開放）状態にする。すなわち、アイドリングストップ制御におけるエンジンの再始動時、コースト走行制御におけるエンジンの再始動時に、ＭＯＳスイッチ１５をオフにする。

以上により、車両の電源オン後においてエンジンの始動時以外は、電気負荷１４ａ〜１４ｃに対して常に２つの蓄電池１１，１２を接続した状態とすることができる。一方、エンジンの始動時にＭＯＳスイッチ１５をオフ状態にすることで、回転機１０の駆動に伴う電圧変動が、鉛蓄電池１１及び各種電気負荷１４ａ〜１４ｃに及ぶことを回避できる。

ところで、鉛蓄電池１１に何等かの欠陥（例えば端子が外れる等）が生じている場合には、ＭＯＳスイッチ１５をオフ状態とした際に、各電気負荷１４ａ〜１４ｃに対する電力供給を継続できなくなるおそれがある。

そこで制御部２０は、鉛蓄電池１１側に失陥があるか否かを判定する。鉛蓄電池１１が正常であれば（欠陥が生じていなければ）、エンジンの始動時にＭＯＳスイッチ１５をオフ状態とする。一方、鉛蓄電池１１側に欠陥が生じていれば、エンジンの始動時にＭＯＳスイッチ１５をオン状態のままとし、リチウムイオン蓄電池１２から電気負荷１４ａ〜１４ｃへの電力供給が継続されるようにする。

また、エンジンが自動停止されており、かつ鉛蓄電池１１に失陥が生じている場合には、その後の車両走行の安全性を担保する為に要する電力確保のために、リチウムイオン蓄電池１２の電力消費が抑えられることが好ましい。そこで本実施形態では、エンジンが自動停止しており、且つ鉛蓄電池１１に失陥が生じている場合には、リチウムイオン蓄電池１２から電気負荷１４ａ〜１４ｃに対する電力供給を制限する。

この際、コースト走行制御によりエンジンが自動停止されている場合には、車両が走行状態となっているため、車両走行の安全性を確保しつつ、リチウムイオン蓄電池１２の電力消費が抑えられることが好ましい。そこで、制御部２０は、エンジンの自動停止状態での車速が所定値Ｔｈよりも大きい場合、すなわちコースト走行制御によるエンジンの自動停止状態の際には、走行用の電気負荷１４ａへの電力供給を制限せず、非走行用負荷である電気負荷１４ｂ，１４ｃへの電力供給を制限する。これにより、運転者が安全確保の為の退避走行は確実に実施することができる。

また、エンジンの自動停止状態で車速が所定値Ｔｈ未満となる場合、すなわちアイドリングストップ制御による自動停止状態の場合には、走行用負荷及び非走行用負荷に関わらず、各電気負荷１４ａ〜１４ｃへの電力供給を制限する。これにより、リチウムイオン蓄電池１２の電力消費ができるだけ抑えられるようにする。

次に図４，５に制御部２０が実施する各処理手順の例を示す。図４はＭＯＳスイッチ１５の開閉制御の処理手順を示すフローチャートである。図５は電力制限の処理手順を示すフローチャートである。図４、５の各処理は、車両の電源オン後に、制御部２０が所定周期で繰り返し実施する。また以下の説明において、ＳＭＲスイッチ１６は常時オンであるとする。

まず図４の処理について説明する。ステップＳ１０では、回転機１０によるエンジンの始動時であるか否かを判定する。ステップＳ１０で肯定した場合には、ステップＳ１１で、鉛蓄電池１１が正常であるか否か、すなわち鉛蓄電池１１に欠陥が生じていないか否かを判定する。本処理は、鉛蓄電池１１の電圧又は電流の検出値に基づき判定する。ステップＳ１１で鉛蓄電池１１が正常と判定した場合には、ステップＳ１２に進み、ＭＯＳスイッチ１５をオフ状態にする。ステップＳ１１で鉛蓄電池１１に欠陥があると判定した場合には、ステップＳ１３に進み、ＭＯＳスイッチ１５をオン状態にする。この場合には、鉛蓄電池１１に欠陥がある場合には、リチウムイオン蓄電池１２により電気負荷１４への電力供給が継続された状態で、エンジンが始動されることとなる。

ステップ１０で否定判定した場合、すなわちエンジンの始動時以外の場合には、ステップＳ１３に進み、ＭＯＳスイッチ１５をオン状態にする。これにより、エンジンの始動時以外は、電気負荷１４に鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２の両方が接続された状態となる。

次に図５の処理を説明する。まずステップＳ２０で、エンジンが自動停止中であるか否かを判定する。アイドリングストップ制御又はコースト走行制御でエンジンが自動停止している場合にはステップＳ２０を肯定し、ステップＳ２１に進む。ステップＳ２１では、鉛蓄電池１１に失陥が生じているか否かを判定する。ステップＳ２１で鉛蓄電池１１が正常であると判定した場合には処理を終了する。ステップＳ２１で鉛蓄電池に欠陥が生じていると判定した場合には、ステップＳ２２に進む。

ステップＳ２２では、車速が所定値Ｔｈ以上であるか否かを判定する。所定値Ｔｈは、今回のエンジン自動停止がアイドリングストップ制御により行われたか、コースト走行制御により行われたかを判定する閾値であり、例えば２０ｋｍ／ｈに設定される。

ステップＳ２２で車速が所定値Ｔｈ以上と判定した場合には、ステップＳ２３に進み、第１電力制限を実施する。第１電力制限では、走行用負荷以外の電気負荷１４ｂ，１４ｂへの電力供給を制限する。ステップＳ２２で車速が所定値Ｔｈ未満と判定した場合には、ステップＳ２４に進み、第２電力制限を実施する。第２電力制限では、各電気負荷１４ａ〜１４ｃへの電力供給を制限する。

ステップＳ２０を否定した場合はステップＳ２５に進み、エンジンの再始動直後であり、かつ第１電力制限又は第２電力制限のいずれかが実施されているか否かを判定する。ステップＳ２５で肯定されると、ステップＳ２６に進み、電力制限を解除する。

次に図６，図７を用いて、上記処理の実行例を説明する。図６は、鉛蓄電池１１が正常の場合の処理の実行例である。図７は、鉛蓄電池１１に欠陥がある場合の処理の実行例である。

図６において、車両の走行中に、タイミングｔ１でアイドリングストップ制御の自動停止条件が成立すると、エンジンが自動停止される。この自動停止条件としての車速は例えば１０ｋｍ／ｈであり、タイミングｔ１後において車速が０になる。このとき、鉛蓄電池１１が正常であるため、電力制限は実施されない。

その後、タイミングｔ２で、アクセルオン等により再始動条件が成立すると、回転機１０によるエンジン再始動が行われる。そしてこのタイミングで、ＭＯＳスイッチ１５が一旦オフ状態となり、回転機１０のエンジン始動に伴う電力変動の影響が鉛蓄電池１１側に及ぶことが抑えられる。

その後、ＭＯＳスイッチ１５がオン状態に復帰した状態で、車両が走行状態となり、タイミングｔ３でコースト走行制御によるエンジンの自動停止条件が成立すると、車速が所定値Ｔｈ以上の状態で、エンジンが自動停止される。この場合にも、鉛蓄電池１１が正常であるため電力制限は実施されない。そして、タイミングｔ４で再始動条件が成立すると、ＭＯＳスイッチ１５が一旦オフ状態となった状態で、エンジン再始動がされるため、回転機１０の駆動に伴う電力変動の影響が抑えられる。

次に図７において、車両の走行中に、タイミングｔ１１でアイドリングストップ制御の自動停止条件が成立すると、エンジンが自動停止される。この際の車速が所定値Ｔｈ未満であり、鉛蓄電池１１に欠陥が生じていることで、リチウムイオン蓄電池１２から各電気負荷１４ａ〜１４ｃへの電力供給が制限される（第２電力制限）。

その後、タイミングｔ１２で、再始動条件が成立すると、回転機１０によるエンジン再始動が行われる。この際、鉛蓄電池１１に失陥があるため、ＭＯＳスイッチ１５はオン状態のままとされ、電気負荷１４ａ〜１４ｃに対してはリチウムイオン蓄電池１２から電力供給される。その後、エンジンの再始動が完了すると、第２電力制限が解除される。

再び車両が走行状態となり、タイミングｔ１３でコースト走行制御によるエンジンの自動停止条件が成立すると、エンジンが自動停止される。この際、車速が所定値Ｔｈ以上であり、鉛蓄電池１１に失陥が生じていることで、リチウムイオン蓄電池１２から非走行用負荷である電気負荷１４ｂ，１４ｃへの電力供給が制限される（第１電力制限）。タイミングｔ１４で再始動条件が成立すると、ＭＯＳスイッチ１５のオン状態が維持された状態で、エンジンが再始動されるとともに、第１電力制限が解除される。

上記によれば、以下の優れた効果を奏することができる。

・鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２を備える車両の電源システムにおいて、両蓄電池１１，１２の間に開閉手段としてのＭＯＳスイッチ１５を設けるとともに、ＭＯＳスイッチ１５よりも鉛蓄電池１１側に電気負荷１４ａ〜１４ｃを接続する構成とした。この場合、蓄電池として鉛蓄電池のみを備える電源システムと対比すると、電気負荷に関する接続の構成が同様になっているため、鉛蓄電池のみを備える電源システムをベースに、鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２を備える電源システムを構築する場合において、負荷配線の変更等を少なくすることができ、２電池システムを構築する上で有利な構成を実現できる。

・車両の電源オン後は、エンジンの始動時はＭＯＳスイッチ１５を開状態とし、それ以外はＭＯＳスイッチ１５を閉状態で保持する構成にした。そのため、回転機１０によるエンジン始動に伴う電圧変動の影響が鉛蓄電池１１側に及ぶことを抑えつつ、各電気負荷１４ａ〜１４ｃに対しては鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２の両方を用いて電力を供給することが可能となる。したがって、鉛蓄電池１１に失陥が生じたとしても、リチウムイオン蓄電池１２により電気負荷１４ａ〜１４ｃへの電力供給を継続できる。以上により、電気負荷１４ａ〜１４ｃへの電力供給に関して適正なシステムを構築できる。

・鉛蓄電池１１に失陥が生じている場合において、エンジン始動時にＭＯＳスイッチ１５がオフ状態となると、各電気負荷１４ａ〜１４ｃへの電力供給ができなくなる恐れがある。この点、鉛蓄電池に失陥が生じていることを条件に、エンジンの始動時に、ＭＯＳスイッチ１５をオン状態にすることとしたため、鉛蓄電池１１の失陥時にも、各電気負荷１４ａ〜１４ｃに対する適正な電力供給を実現できる。

・回転機１０によるエンジン再始動が行われるのは、アイドリングストップ制御によるエンジン自動停止後である場合、又はコースト走行制御によるエンジン自動停止後である場合が考えられる。ここで、これら２つの場合のエンジン再始動時を比べると、アイドリングストップ制御での再始動時には車速が極低速又は０になっていると想定されるのに対し、コースト走行制御での再始動時には車速が比較的高いと想定される。かかる場合、前者よりも後者の方が、電源電圧の変動により車両走行上の支障が生じる可能性が高いと考えられる。この点、鉛蓄電池に失陥が生じている状況下、エンジン再始動時に、車速が所定値以上であれば非走行用負荷への電力制限を実施する構成にしたため、現実の車両走行の状態を加味して適正な電力制限を実施できる。

・回転機１０としてＩＳＧを用いる構成では、回転機１０が発電状態と始動状態（駆動状態）とで切り替えられ、回転機１０によるエンジン再始動時は発電不可の状態になっている。したがって、上記のとおりエンジン再始動時の電力制限（特にＰｂ失陥時の電力制限）が有効になると考えられる。

本発明は、上記の構成に限定されず以下のように実施してもよい。なお以下の説明において上記と同じ構成には同じ図番号を付し詳細な説明は省略する。

・上記の図５の処理において、Ｓ２１で鉛蓄電池１１に失陥が生じていると判定し、ステップＳ２２で車速が所定値Ｔｈ以上であると判定した際、その際の車速の大きさに応じて、非走行用負荷（電気負荷１４ｂ，１４ｃ）に対する電力制限の度合いを変更してもよい。すなわち、車速が大きいほど電力制限の度合いを高め、車速が小さいほど電力制限の度合いを抑えるようにする。例えば、非走行用負荷において電力制限の対象とする電気負荷の数を変更してもよい。

・上記の図５の処理では、ステップＳ２１の鉛蓄電池１１の欠陥が生じているか否かの判定処理を省略してもよい。すなわち、ステップＳ２０で、エンジンの自動停止状態であると判定した場合には、鉛蓄電池１１の失陥の有無に関わらず、車速に基づき、言い換えると、アイドリングストップ制御による自動停止であるか、コースト走行制御による自動停止であるかに応じて、Ｓ２３，Ｓ２４による電気負荷の電力制限を実施してもよい。

・上記の図５の処理において、ステップＳ２２の車速が所定値Ｔｈ以上であるか否かの判定処理を省略してもよい。例えば、ステップＳ２０でエンジンが自動停止したと判定した際、鉛蓄電池１１に失陥が生じていれば、電気負荷（例えば非走行用負荷のみ）の電力制限を実施し、鉛蓄電池１１に失陥が生じていなければ、電気負荷の電力制限を実施しないようにしてもよい。

・上記では、コースト走行制御の自動停止条件が成立した際に、エンジンを自動停止することを前提としているが、コースト走行制御の自動停止条件が成立した際に、エンジンが自動停止されなくてもよい。

・上記では、第１接続経路２１上の接続点Ｎ１とリチウムイオン蓄電池１２とを接続する第２接続経路２２にＳＭＲスイッチ１６を設ける構成としたが、第２接続経路２２におけるＳＭＲスイッチ１６の構成は省略してもよい。

・上記では、鉛蓄電池１１に失陥が生じた場合に、ＭＯＳスイッチ１５がオン状態となるようにすることで、電気負荷１４に対して２電源による給電経路を確保している。これ以外にも、例えば図８に示すように、ＭＯＳスイッチ１５が設けられた第１接続経路２１を迂回するバイパス経路Ｌを接続する。そして、アノードがリチウムイオン蓄電池１２側、カソードが電気負荷１４ａ〜１４ｃ側となるように、バイパス経路Ｌにダイオード１７を設ける。以上の構成により、ＭＯＳスイッチ１５が開状態でかつ、鉛蓄電池１１が失陥した場合においても、には、バイパス経路Ｌを経由して、リチウムイオン蓄電池１２から電気負荷１４への給電が行われるようにしてもよい。なお図８の構成の場合、バイパス経路Ｌに設けられたダイオード１７により、アイドリングストップやコースト走行制御からの再始動時に、鉛蓄電池１１が失陥した場合でも、リチウムイオン蓄電池１２から電気負荷１４に給電できる。

・上記の図８の構成においても図４の処理を実施してもよい。この場合、鉛蓄電池１１に失陥が生じている場合には、ＭＯＳスイッチ１５が設けられた第１接続経路２１及びダイオード１７が設けられたバイパス経路Ｌの少なくともいずれかの電気径路を介して、リチウムイオン蓄電池１２から電気負荷１４への給電を継続できる。

・上記において、スタータ１３によるエンジンの始動時に、ＭＯＳスイッチ１５が開状態とされてもよい。

１０…回転機、１１…鉛蓄電池、１２…リチウムイオン蓄電池、１４ａ〜１４ｃ…電気負荷、１５…ＭＯＳスイッチ、２０…制御部。

Claims (7)

1. 電力供給により駆動されてエンジンを始動する始動手段（１０）を備える車両に搭載される電源システムであって、
   発電機（１０）に対して並列接続された鉛蓄電池（１１）及び第２蓄電池（１２）と、
   前記鉛蓄電池と前記第２蓄電池とを電気接続する電気経路において、前記鉛蓄電池と前記第２蓄電池との間に接続された開閉手段（１５）と、
   前記電気経路において前記開閉手段を挟んで前記鉛蓄電池側と前記第２蓄電池側とのうち前記鉛蓄電池側に接続された電気負荷（１４ａ〜１４ｃ）と、
   前記鉛蓄電池の失陥が生じているか否かを判定する失陥判定手段（２０）と、
   前記車両の電源オン後において、前記始動手段による前記エンジンの始動時以外は、前記開閉手段を閉状態で保持する開閉制御手段（２０）と、を備え、
   前記開閉制御手段は、前記鉛蓄電池の失陥があると判定された場合には、前記始動手段によるエンジンの始動時に、前記開閉手段を閉状態とすることを特徴とする電源システム。
2. 前記開閉手段を迂回して前記電気経路に接続された迂回経路に設けられ、前記鉛蓄電池の失陥が生じていると判定された場合に、前記第２蓄電池から前記電気負荷に対して給電をする電力給電手段（１７，２４）を備える請求項１に記載の電源システム。
3. 前記電力給電手段として、前記第２蓄電池から前記電気負荷に電力を供給する向きを順方向として前記開閉手段に並列接続されたダイオード（１７）を備える請求項２に記載の電源システム。
4. 車速が所定値以上であるか否かを判定する車速判定手段（３０）を備え、
   前記電気負荷は、車両走行時の走行挙動の制御に用いられる走行用負荷（１４ａ）と、それ以外の非走行用負荷（１４ｂ，１４ｃ）とを有しており、
   前記鉛蓄電池に失陥が生じていると判定されており、かつ車速が前記所定値以上である場合に、前記非走行用負荷への電力供給を制限する電力制限手段（３０）を備える請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源システム。
5. 前記鉛蓄電池に失陥が生じていると判定されており、かつ車速が前記所定値未満の場合には、前記走行用負荷及び前記非走行用負荷の少なくともいずれかへの電力供給を制限する請求項４に記載の電源システム。
6. 前記電力制限手段は、前記車速判定手段による車速の判定結果に応じて、前記非走行用負荷又は前記非走行用負荷の制限の度合いを設定する請求項４又は５に記載の電源システム。
7. 前記発電機は、発電機能に加えて、前記始動手段としての始動機能を有する電動発電機であり、前記電気経路において前記開閉手段よりも前記第２蓄電池側に接続されている請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電源システム。

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