JP6384601B2 - 電源システム - Google Patents

Description

本発明は、二つの二次電池を備える車両の電源システムに関する。

ＪＰ２０１１−２３４４７９Ａには、鉛酸電池とリチウムイオン二次電池とを備える車両の電源システムが開示されている。この電源システムでは、アイドリングストップからのエンジン自動再始動の場合、スタータモータに流れる大電流により車両の電源電圧が瞬時低下するために、リチウムイオン二次電池側に設けられている一部の車両電装負荷の保護の観点から、リチウムイオン二次電池とスタータモータとの通電を遮断し、鉛酸電池のみからスタータモータへ電力を供給する構成となっている。

上記文献の構成では、エンジン自動再始動の開始段階に放電した鉛酸電池は、エンジン自動再始動後の運転中に充電されることとなる。しかし、一般に鉛酸電池はリチウムイオン二次電池やニッケル水素電池といった高性能蓄電池に比べて、充放電の繰り返しに対する耐久性が低い。したがって、アイドリングストップから自動再始動する度に鉛酸電池が充放電を行なう上記文献の構成では、アイドリングストップ専用の高性能な鉛酸電池を用いても劣化が促進されることとなる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、鉛酸電池等の蓄電手段の劣化を抑制し得る電源システムを提供することにある。

本発明のある態様によれば、エンジンを自動停止及び自動再始動するアイドリングストップ機能を有する車両に適用される電源システムが提供される。電源システムは、発電機と、発電機の発電電力を充放電可能な第１蓄電手段と、発電電力を充放電可能な第２蓄電手段と、第１蓄電手段と第２蓄電手段とを繋ぐ２つの経路と、一の経路の導通状態と非導通状態を切り替える第１スイッチと、他方の経路の導通状態と非導通状態を切り替える第２スイッチと、を有する切り替え手段と、切り替え手段に対して第１蓄電手段側又は第２蓄電手段側に接続され、自動再始動の際にエンジンを始動させるエンジン再始動手段と、切り替え手段に対して第１蓄電手段側に接続された車両の電装負荷と、第１スイッチ及び第２スイッチのオン・オフ制御を行う制御手段と、を備える。そして、制御手段は、自動再始動の開始段階を除いたエンジンの運転中及びアイドルストップ中において第１スイッチ及び第２スイッチの双方を導通状態とする。

図１は、本発明に係る実施形態の前提となるエンジンシステムの概略図である。 図２は、第１の電源システムの構成を説明する図である。 図３は、第２の電源システムの構成を説明する図である。 図４は、第３の電源システムの構成を説明する図である。 図５は、第１実施形態に係るスイッチング制御を示したタイムチャートである。 図６は、第２実施形態に係るスイッチング制御を示したタイムチャートである。 図７は、第３実施形態に係るスイッチング制御を示したタイムチャートである。 図８は、参考例に係るスイッチング制御を示したタイムチャートである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の前提となるアイドリングストップ機能付きエンジンのシステム概略図である。

図１に示すように、エンジン１は一方の側面に発電機２を、他方の側面にエアコンコンプレッサ４を、それぞれ図示しないブラケット等を介して備えている。エンジン１のクランクシャフト先端に装着したクランクプーリ５と、発電機２の回転軸先端に装着した発電機プーリ６と、エアコンコンプレッサ４の回転軸先端に装着したコンプレッサプーリ７とが、ベルト８に巻掛けられ、これらが機械的に連結されている。

なお、図１ではクランクプーリ５、発電機プーリ６、及びコンプレッサプーリ７の３つのプーリが一本のベルト８で機械的に連結されているが、発電機プーリ６とコンプレッサプーリ７をそれぞれ別のベルト８でクランクプーリ５と機械的に連結してもよい。また、ベルトに代えてチェーンを用いてもよい。

エンジン１は自動変速機１１との連結部付近にスタータ９を備える。スタータ９は、一般的な始動用のスタータと同様に進退動するピニオンギヤを備える。そして、スタータ９の作動時には、ピニオンギヤがクランクシャフト基端部に装着されたドライブプレートの外周に設けたギヤに係合することで、クランキングが行なわれる。スタータ９への電力供給については後述する。

自動変速機１１は、アイドリングストップ中の制御油圧を確保するための電動オイルポンプ１０を備える。電動オイルポンプ１０は自動変速機コントローラ２０の指令に応じて作動し、アイドリングストップからの発進時の応答性を向上している。

発電機２は、エンジン１の駆動力により駆動して発電し、発電する際に発電電圧をＬＩＮ（Ｌｏｃａｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信またはハードワイヤーにより可変制御することが可能である。また、発電機２は、車両の減速時に車両の運動エネルギを電力として回生することもできる。これら発電や回生の制御はエンジンコントロールモジュール（以下、ＥＣＭと称する。）１９が行う。

ＥＣＭ１９は、クランク角センサ１２、バッテリセンサ、大気圧センサ等の各種センサの検出信号や、ブレーキスイッチ等の各種スイッチ類の信号を読み込み、燃料噴射量や点火時期等の制御の他、アイドリングストップ制御を実行する。また、ＥＣＭ１９は、ＡＢＳ・ＶＤＣユニット２１、エアコンアンプ２２、電動パワーステアリングユニット２５、車両制御コントローラ２６、電源分配コントローラ２３、メータユニット２４、及び運転支援システム（ＡＤＡＳ）ユニット２７と、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を介して相互通信を行い、車両に最適な制御を行っている。

なお、ＥＣＭ１９は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。ＥＣＭ１９を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。

図１に示すシステムは、第１蓄電手段としての鉛蓄電池及び第２蓄電手段としての非水電解質二次電池の２つの二次電池を備える。以下、鉛蓄電池は鉛酸電池１５、非水電解質二次電池はリチウムイオン二次電池１６とする。なお、鉛酸電池１５の満充電状態での開放電圧は１２．７Ｖ、リチウムイオン二次電池１６の満充電状態での開放電圧は１３．１Ｖとする。

後述するが、鉛酸電池１５とリチウムイオン二次電池１６とは２つの経路Ｃ１、Ｃ２を介して相互に並列接続されており、これら２つの経路にはそれぞれ、切り替え手段として機能するＭＯＳＦＥＴ５０と鉛酸電池経路リレー５１が接続されている。

鉛酸電池１５は全電装負荷３０へ電力を供給する。特に、本システムでは、アイドリングストップからのエンジン自動再始動の開始段階において、スタータ９を駆動することによる瞬間的な電圧降下（以下、瞬低ともいう。）の影響を防止するために、鉛酸電池経路リレー５１がオフ状態（非導通状態）とされる。これにより、全電装負荷３０の作動電圧が保証される。

発電機２の発電電力（回生による電力も含む。以下同様）は、鉛酸電池１５及びリチウムイオン二次電池１６のいずれにも充電される。

なお、鉛酸電池１５及びリチウムイオン二次電池１６から全電装負荷３０へ電力を供給する際や、発電機２の発電電力を鉛酸電池１５又はリチウムイオン二次電池１６に充電する際には、発電機２の界磁電流制御によって電圧の調整が行われる。

また、上記システムにおいては一般的なアイドリングストップ制御が実行される。具体的には、例えば、アクセルペダルが全閉、ブレーキペダルが踏み込まれた状態、及び車速が所定車速以下等の諸条件を満たす場合はエンジン１を自動停止し、ブレーキペダルの踏み込み量が所定量以下になった場合等にエンジン１を自動再始動する。

図２は、スタータ９や電装負荷３０への電力供給を行う電源システムの第１構成（以下、タイプ１の電源システムとも称する）を説明する図である。

図２に示すように、本実施形態にかかる電源システム１００には、鉛酸電池１５とリチウムイオン二次電池１６とは２つの経路Ｃ１及び経路Ｃ２により、相互に並列に繋がれている。そして、一の経路である経路Ｃ２には該経路Ｃ２の導通状態と非導通状態を切り替える第１スイッチとしての鉛酸電池経路リレー５１が接続されている。また、他の経路である経路Ｃ１には該経路Ｃ１の導通状態と非導通状態を切り替える第２スイッチとしてのＭＯＳＦＥＴ５０が接続されている。これら鉛酸電池経路リレー５１及びＭＯＳＦＥＴ５０により切り替え手段が構成される。

すなわち、鉛酸電池経路リレー５１は、リチウムイオン二次電池１６から鉛酸電池１５へ至る経路Ｃ２に配置されている。そして、ＭＯＳＦＥＴ５０は、リチウムイオン二次電池１６から鉛酸電池１５へ至る経路Ｃ１に配置されている。

ＭＯＳＦＥＴ５０は、その寄生ダイオードの順方向とリチウムイオン二次電池１６側から鉛酸電池１５側へ向かう方向とが一致するように接続されている。これにより、ＭＯＳＦＥＴ５０のオン・オフ状態に依らず、経路Ｃ１において鉛酸電池１５からリチウムイオン二次電池１６への通電が防止される。また、鉛酸電池経路リレー５１としては、コイルに通電されていない状態でオン状態（導通状態）となる、いわゆるノーマルクローズタイプのリレーが用いられる。なお、ＭＯＳＦＥＴ５０の瞬時最大電流容量は、例えば１８０Ａであり、鉛酸電池経路リレー５１の瞬時最大電流容量は、例えば１２００Ａである。

また、リチウムイオン二次電池１６には、リチウムイオン二次電池付属リレー５２が直列に接続されている。リチウムイオン二次電池付属リレー５２は、コイルに通電されていない状態でオフ状態（非導通状態）となる、いわゆるノーマルオープンタイプのリレーにより構成される。ここで、リチウムイオン二次電池付属リレー５２の瞬時最大電流容量は例えば８００Ａである。

なお、本実施形態ではリチウムイオン二次電池１６、リチウムイオン二次電池付属リレー５２、ＭＯＳＦＥＴ５０、及びバッテリーコントローラ６０が一つにまとめられ、リチウム電池パックＰとして構成されている。ここでバッテリーコントローラ６０は、ＥＣＭ１９から、エンジン１の運転状態に応じたスタータ９や全電装負荷３０への放電指令又は充電指令に係る信号を受信し、この信号に基づいてリチウムイオン二次電池付属リレー５２とＭＯＳＦＥＴ５０のオン・オフ制御を行う。

そして、タイプ１の電源システム１００では、全電装負荷３０は、鉛酸電池経路リレー５１に対して鉛酸電池１５側に接続されている。スタータ９及び発電機２は、鉛酸電池経路リレー５１に対してリチウムイオン二次電池１６側に接続されている。

図３は、スタータ９や電装負荷３０への電力供給を行う電源システムの第２構成（以下、タイプ２の電源システムとも称する）を説明する図である。なお、図２で示した各要素と同様の要素には同一の符号を付している。

本タイプ２の電源システム１００´は、図２に示したタイプ１の電源システム１００に対して、発電機２の代わりに電動機７０が用いられている点、及びスタータ９が鉛酸電池経路リレー５１に対して鉛酸電池１５側に接続されている点で相違する。なお、電動機７０は発電機プーリ６に相当するプーリを備え、当該プーリとクランクプーリ５とがベルト等により機械的に連結されている。

電動機７０はインバータを備え、リチウムイオン二次電池１６から供給される電力により駆動するモータ機能と、エンジン１の駆動力により駆動して発電する発電機能を有する。また、電動機７０の発電機能を使用する際に、発電電圧を可変に制御することが可能である。

モータ機能と発電機能の切り換えは、ＥＣＭ１９が行う。モータ機能を使用するのは、主にアイドリングストップからの自動再始動の開始段階である。すなわち、本タイプ２の電源システム１００´では、電動機７０がエンジン再始動手段となる。なお、スタータ９は初回始動時（自動再始動ではない始動時）にのみ使用される。このスタータ９はアイドリングストップ機能を有しない車両と同じ仕様を用いることができる。

また、本タイプ２の電源システム１００´によれば、鉛酸電池１５及びスタータ９が鉛酸電池経路リレー５１に対して同じ側にあるので、エンジン１の初回始動時に鉛酸電池１５からスタータ９へ電力供給する際に、鉛酸電池経路リレー５１に電流は流れない。

すなわち、鉛酸電池経路リレー５１の瞬時最大電流容量を設定するにあたって、エンジン１の初回始動時にスタータ９を駆動するための大電流が流れることを考慮する必要がない。このため、鉛酸電池経路リレー５１の電流容量を、タイプ１の電源システム１００において用いた鉛酸電池経路リレー５１と比較してより小さくすることができ、鉛酸電池経路リレー５１を構成するコストを低減できる。

図４は、スタータ９や電装負荷３０への電力供給を行う電源システムの第３の構成（以下、タイプ３の電源システムとも称する）を説明する図である。なお、本タイプ３の電源システム１００´´は、図２に示したタイプ１の電源システム１００に対し、発電機２を鉛酸電池経路リレー５１に対して鉛酸電池１５側に接続した点で相違する。

以下では、上記タイプ１〜３の各電源システムにおいて、エンジンの始動状況に応じた鉛酸電池経路リレー５１、リチウムイオン二次電池付属リレー５２、及びＭＯＳＦＥＴ５０のオン・オフ制御制御について説明する。

（参考例）
図８は、参考例に係る鉛酸電池経路リレー５１、リチウムイオン二次電池付属リレー５２、及びＭＯＳＦＥＴ５０のオン・オフ制御を示したタイムチャートである。当図には、それぞれ、イグニションキー（図示せず）のオン・オフ状態及びエンジン速度の大きさと対比して、鉛酸電池経路リレー５１、リチウムイオン二次電池付属リレー５２、及びＭＯＳＦＥＴ５０のオン・オフ状態が経時的に示されている。

なお、以下では、鉛酸電池経路リレー５１、リチウムイオン二次電池付属リレー５２、及びＭＯＳＦＥＴ５０がオンされている状態とはこれらが導通状態であることを意味し、鉛酸電池経路リレー５１、リチウムイオン二次電池付属リレー５２、及びＭＯＳＦＥＴ５０がオフされている状態とはこれらが非導通状態であることを意味する。また、図８のタイムチャートは、図２に示した電源システム１００の構成に適用したものとして説明するが、図３に示した電源システム１００´、及び図４に示した電源システム１００´´の構成に対しても同様に適用が可能である。

図示のように、例えばイグニションキー操作やスタートボタン操作といった運転者の始動操作に応じてエンジン１を初回始動する時刻ｔ０〜時刻ｔ１の間においては、ノーマルクローズタイプである鉛酸電池経路リレー５１はオン状態であり、ＭＯＳＦＥＴ５０はオフ状態であり、ノーマルオープンタイプのリチウムイオン二次電池付属リレー５２はオフ状態である。

これにより、経路Ｃ２を介して鉛酸電池１５のみからスタータ９への電力供給が行われる。なお、初回始動時に、バッテリーコントローラ６０がリチウムイオン二次電池付属リレー５２をオン状態とすることで、鉛酸電池１５及びリチウムイオン二次電池１６の２つの電池からスタータ９に電力供給するようにしても良い。

そして、エンジン初回始動が終了した後の運転中である時刻ｔ１〜時刻ｔ２の間においては、バッテリーコントローラ６０が、リチウムイオン二次電池付属リレー５２をオン状態に切り替える。

これにより、発電機２の発電電力が鉛酸電池１５だけでなく、経路Ｃ２を介してリチウムイオン二次電池１６にも充電され得る状態となる。

ここで、リチウムイオン二次電池１６は鉛酸電池１５に比べて発電機２の発電電力が充電され易い上に、鉛酸電池１５は満充電時では充電電圧が１３Ｖを超えるとほとんど充電されなくなるという特性がある。したがって、発電機２の発電電力は主にリチウムイオン二次電池１６に充電されることとなる。

そして、アイドルストップに移行する前の減速回生段階が開始される時刻ｔ２では、バッテリーコントローラ６０がＭＯＳＦＥＴ５０をオン状態に切り替える。そして、ＥＣＭ１９は、時刻ｔ２から所定時間Δｔ経過した後に鉛酸電池経路リレー５１をオフ状態に切り替える。

このようにＭＯＳＦＥＴ５０がオン状態に切り替えられてから所定時間経過後に鉛酸電池経路リレー５１がオフ状態に切り替えられることで、鉛酸電池経路リレー５１をその両端電位差を減少した状態でオフにすることができるので、遮断時アークの発生を防止することができる。

なお、上記所定時間Δｔは、鉛酸電池経路リレー５１の両端電位差をある程度解消できる程度の時間として適宜設定することができる。

さらに、減速回生段階が終了した後の時刻ｔ３から時刻ｔ４のアイドルストップ中においても、鉛酸電池経路リレー５１はオフ状態に維持され、バッテリーコントローラ６０は、ＭＯＳＦＥＴ５０及びリチウムイオン二次電池付属リレー５２もオン状態に維持されたままである。

したがって、時刻ｔ３から時刻ｔ４のアイドルストップ中においては、鉛酸電池経路リレー５１がオフ状態であっても、リチウムイオン二次電池１６と全電装負荷３０の通電が経路Ｃ１により確保されている。したがって、鉛酸電池１５及びリチウムイオン二次電池１６のいずれからも全電装負荷３０へ電力供給が可能である。

なお、例えば発電機２の制御が不能になり発電電圧が過剰に高くなった場合には、バッテリーコントローラ６０によりリチウムイオン二次電池付属リレー５２をオフ状態とすることが好ましい。これにより、リチウムイオン二次電池１６に過電圧がかかることが防止される。

また、リチウムイオン二次電池１６及び鉛酸電池１５の特性上、全電装負荷３０への電力供給は主にリチウムイオン二次電池１６から行われる。さらに、上述したように発電電力はリチウムイオン二次電池１６に充電され易いという特性を有するので、後述するリチウムイオン二次電池１６の電力でスタータ９を駆動する自動再始動の開始段階を除き、リチウムイオン二次電池１６の電圧は鉛酸電池１５の電圧以上に維持される。

ところで、リチウムイオン二次電池１６は鉛酸電池１５に比べてエネルギ密度及び充放電エネルギ効率が高いという特性を有する。また、リチウムイオン二次電池１６は充放電時に電極材料の溶解析出反応を伴わないので、長寿命が期待できるという特徴も有する。これに対し鉛酸電池１５は、同じ容量であればリチウムイオン二次電池１６に比べて低コストであるが、放電することによって電極が劣化するため、繰り返しの充放電に対する耐久性ではリチウムイオン二次電池１６に劣る。

そこで本参考例では、アイドリングストップが終了する直前である再始動開始段階（時刻ｔ４〜ｔ５）において、バッテリーコントローラ６０は、ＭＯＳＦＥＴ５０をオフ状態に切り替える。

これにより、鉛酸電池経路リレー５１及びＭＯＳＦＥＴ５０がともにオフ状態であるので、スタータ９側（リチウムイオン二次電池１６）と全電装負荷３０側（鉛酸電池１５）との間の通電が完全に遮断される。したがって、スタータ９のモータに流れる大電流により全電装負荷３０の電圧が瞬時低下することが防止される。一方で、リチウムイオン二次電池付属リレー５２はオン状態に維持されているので、リチウムイオン二次電池１６とスタータ９との間の通電は確保されており、リチウムイオン二次電池１６の放電によるスタータ９の始動を行うことは可能である。

なお、リチウムイオン二次電池１６とスタータ９の間に、所定の抵抗とこれに並列接続されたバイパスリレーを介在させても良い。この構成の下、リチウムイオン二次電池１６からの電力供給によりスタータ９を駆動して１００〜１５０ｍｓ程度経過した後に、バイパスリレーを非導通状態から導通状態とすることにより、スタータ９の始動時のスパイク電流を大幅に低減させることができ、始動性能が確保される。この場合、エンジン完爆後に所定時間が経過したら、通常の走行時の状態へと戻す制御を行う。

次に、再始動開始段階が終了した後には、再始動初期段階（時刻ｔ５〜時刻ｔ６）に突入する。ここで、再始動初期段階の突入時である時刻ｔ５において、バッテリーコントローラ６０はＭＯＳＦＥＴ５０をオン状態に切り替える。一方、ＥＣＭ１９は、ＭＯＳＦＥＴ５０がオン状態に切り替えられた所定時間（図のΔｔ´）後に、鉛酸電池経路リレー５１をオン状態に切り替える。

このように、先ず、ＭＯＳＦＥＴ５０がオン状態に切り替えられた後に、所定時間（ディレイ）Δｔをもって鉛酸電池経路リレー５１がオン状態に切り替えられる。これにより、再始動初期段階の開始時（時刻ｔ５）において、鉛酸電池経路リレー５１よりも応答速度の速いＭＯＳＦＥＴ５０によって遅延なく経路Ｃ１を導通させて鉛酸電池１５及びリチウムイオン二次電池１６の双方による全電装負荷３０への放電を可能とすることができる。また、ＭＯＳＦＥＴ５０をオン状態していることで鉛酸電池経路リレー５１の両端間の電位差が減少する。したがって、この状態で鉛酸電池経路リレー５１がオン状態に切り替えられることで、突入電流の発生が防止される。

そして、再始動初期段階が終了した後におけるエンジン運転中の状態（時刻ｔ６〜時刻ｔ７）では、バッテリーコントローラ６０は、ＭＯＳＦＥＴ５０をオフ状態に切り替える。

その後、時刻ｔ７においてイグニションキーをオフ状態とするエンジンの停止段階が開始される。時刻ｔ７〜時刻ｔ８はエンジンが停止に至るまでの停止開始段階である。図からわかるように、本参考例においては、エンジンの回転数がゼロとなる時刻ｔ８において、ノーマルオープンタイプのリチウムイオン二次電池付属リレー５２がオフ状態に切り替わる。一方で、ノーマルクローズタイプの鉛酸電池経路リレー５１はオン状態のままである。したがって、次回のエンジン初期始動時（時刻ｔ０）においては、鉛酸電池１５とスタータ９が導通した状態で初期始動を行うことができる。

次に、上述した電源システム１００における参考例についての作用効果を説明する。

上記参考例において、仮にエンジン１の自動再始動開始時（時刻ｔ４）に鉛酸電池１５の電力を用いるとすると、上述したようにリチウムイオン二次電池１６に比べて繰り返しの充放電に対する耐久性が低い鉛酸電池１５は、アイドリングストップを実行する度に劣化が促進されるので、交換サイクルが短くなる。

これに対し本参考例では、エンジン１の自動再始動の開始段階に鉛酸電池経路リレー５１及びＭＯＳＦＥＴ５０がオフ状態であり、鉛酸電池１５からスタータ９への電力供給通路が遮断されている。したがって、自動再始動にリチウムイオン二次電池１６の電力のみが用いられるので、鉛酸電池１５の交換サイクルを長期化することができる。

なお、図２ではＭＯＳＦＥＴ５０及び鉛酸電池経路リレー５１の双方により、鉛酸電池１５とスタータ９との通電と遮断を切り替えている。しかしながら、この通電と遮断を、ＭＯＳＦＥＴ５０または鉛酸電池経路リレー５１のいずれか一方のみ又は他のスイッチを用いて行うようにしても良い。

しかしながら、鉛酸電池１５とスタータ９との通電と遮断をＭＯＳＦＥＴ５０のみで行うと、ＭＯＳＦＥＴ５０が頻繁にオン・オフされることとなり熱発生による弊害が生じる。また、鉛酸電池１５とスタータ９との通電と遮断を鉛酸電池経路リレー５１のみで行うと、リレースイッチの応答性が低いため、自動再始動条件が成立してからオフ状態に制御したのでは自動再始動までに時間を要することになる。一方、アイドリングストップ中に鉛酸電池経路リレー５１をオフ状態にすると、ＭＯＳＦＥＴ５０もオフ状態であることから、アイドリングストップ中にリチウムイオン二次電池１６からの電力供給ができなくなる。

さらに、製品としての安全性や耐久性をより高めるという観点からも、鉛酸電池１５とスタータ９との通電と遮断をＭＯＳＦＥＴ５０または鉛酸電池経路リレー５１のいずれか一方のみに構成するのではなく、これら両方を含む冗長回路とすることが好ましい。

そして、本参考例では、アイドリングストップ中（時刻ｔ３〜時刻ｔ４）に、鉛酸電池経路リレー５１がオフ状態、及びＭＯＳＦＥＴ５０がオン状態とされ、自動再始動の開始時（時刻ｔ４）には応答性に優れるＭＯＳＦＥＴ５０をオン状態からオフ状態に切り替えることにより、鉛酸電池１５からスタータ９への電力供給通路を確実に遮断して、全電装負荷３０の電圧低下を引き起こすことなく速やかな自動再始動が可能となる。

特に、本参考例では、再始動開始段階（時刻ｔ４〜時刻ｔ５）を除いて、リチウムイオン二次電池１６の電圧は鉛酸電池１５の電圧以上の値をとる。逆に言えば、再始動開始段階（時刻ｔ４〜時刻ｔ５）にのみ鉛酸電池１５の電圧がリチウムイオン二次電池１６の電圧を超えて鉛酸電池１５側からリチウムイオン二次電池１６側へ電流が流れる可能性がある。したがって、再始動開始段階（時刻ｔ４〜時刻ｔ５）に鉛酸電池経路リレー５１及びＭＯＳＦＥＴ５０をオフ状態にすれば、鉛酸電池１５側からリチウムイオン二次電池１６側へ電流が流れることを防止できる。

これにより、ＭＯＳＦＥＴ５０の寄生ダイオードの順方向と反対方向を順方向とする寄生ダイオードを備えたＭＯＳＦＥＴを配置することなく、鉛酸電池１５側からリチウムイオン二次電池１６側へ電流が流れることを防止できる。したがって、使用するＭＯＳＦＥＴの数を削減してコストを抑制することができる。

本参考例における電源システム１００は、鉛酸電池１５と全電装負荷３０とを接続した部分については、バッテリを１つだけ備える一般的な車両の電装回路と同様の構成になる。

さらに、本参考例では、上述のように自動再始動にリチウムイオン二次電池１６のみを用いて鉛酸電池１５を用いていない。したがって、本参考例に係る電源システム１００をアイドリングストップ機能を有する車両に実装する場合においても、鉛酸電池１５の容量を、アイドリングストップ機能を有しない車両に比べて大きくする必要がなく、同じ仕様とすることができる。したがって、アイドリングストップシステムを車両に導入するコストを低減することができる。

また、本参考例によれば、例えばリチウムイオン二次電池１６のマイナス端子が外れる等の原因によってリチウムイオン二次電池１６からスタータ９への電力供給が不可能な状態になっても、鉛酸電池経路リレー５１を閉じることで鉛酸電池１５からスタータ９へ電力を供給できるので、自動再始動が可能である。すなわち、自動再始動に係るシステムに対する冗長化が実現される。

なお、本参考例では、リチウムイオン二次電池パックＰが、リチウムイオン二次電池１６、ＭＯＳＦＥＴ５０、リチウムイオン二次電池付属リレー５２、及びバッテリーコントローラ６０を有し、鉛酸電池経路リレー５１がリチウムイオン二次電池パックＰ外に配置される構成をとっている。

しかしながら、この構成は電源システム１００の回路による作用を変えない範囲で任意に変更が可能である。例えば、鉛酸電池経路リレー５１を、ＭＯＳＦＥＴ５０に対して並列な状態のままリチウム電池パックＰ内に配置するようにしても良い。また、バッテリーコントローラ６０は、リチウムイオン二次電池パックＰ外に設けても良い。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について説明する。なお、下記の各実施形態においては、上記参考例と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。また、本実施形態に係る制御では、図２に示した構成の電源システム１００が前提として用いられる。

図５は、本実施形態に係る鉛酸電池経路リレー５１、リチウムイオン二次電池付属リレー５２、及びＭＯＳＦＥＴ５０のスイッチング制御を示したタイムチャートである。なお、参考のため、図８に示した参考例に係る鉛酸電池経路リレー５１及びＭＯＳＦＥＴ５０のオン・オフ制御のチャートを図中に破線で示している。

また、当図においては、充電／放電指示のチャートを示している。この充電／放電指示のチャートでは、減速回生中である時刻ｔ２〜時刻ｔ３においてのみ正の値をとっており、この時刻ｔ２〜時刻ｔ３において鉛酸電池１５やリチウムイオン二次電池１６への充電指示が発せられている。

一方で、上記減速回生中（時刻ｔ２〜時刻ｔ３）以外では、鉛酸電池１５やリチウムイオン二次電池１６からの放電指示が発せられている。特に、本実施形態では、後に詳細に説明するが、上記放電指示が発せられている状態で、鉛酸電池１５とリチウムイオン二次電池１６の放電量の割合を好適に調整することができる。

本実施形態に係る制御では、エンジン１の初期始動から運転状態に移行する時（時刻ｔ１）にバッテリーコントローラ６０がＭＯＳＦＥＴ５０をオフ状態からオン状態に切り替える。

さらに、本実施形態に係る電源システム１００の制御では、アイドルストップが終了する時刻ｔ４の所定時間Δｔ４前までの間において、鉛酸電池経路リレー５１がオン状態に維持されている。そして、ＥＣＭ１９は時刻ｔ４の所定時間Δｔ４前に鉛酸電池経路リレー５１をオフ状態に切り替える。その後、再始動開始段階が終了して再始動初期段階に移行し（時刻ｔ５）、その所定時間Δｔ５経過後に、ＥＣＭ１９が再び鉛酸電池経路リレー５１をオン状態に切り替える。

すなわち、本実施形態においては、エンジン１の初期始動の後は、再始動開始段階（時刻ｔ４〜時刻ｔ５）及びその所定時間前後を除いて、鉛酸電池経路リレー５１及びＭＯＳＦＥＴ５０が常にオン状態に維持されることとなる。

これにより、本実施形態では、上記再始動開始段階（時刻ｔ４〜時刻ｔ５）及びその所定時間前後を除き、放電指令が発せられている全過程において、経路Ｃ１及び経路Ｃ２の双方を介して、リチウムイオン二次電池１６から鉛酸電池１５側の全電装負荷３０へ放電が行われることとなる。

したがって、リチウムイオン二次電池１６から全電装負荷３０への放電に際して一つの経路しか用いない場合と比較してハーネス抵抗を減少させることができ、リチウムイオン二次電池１６から全電装負荷３０への放電量を増加させて、鉛酸電池１５から全電装負荷３０への放電量を抑制することができる。

以上、説明した本実施形態に係る制御が適用された電源システム１００によれば以下の作用効果を奏する。

本実施形態の制御が適用された電源システム１００では、エンジンを自動停止及び自動再始動するアイドリングストップ機能を有する車両に適用される。そして、電源システム１００は、発電機２と、発電機２の発電電力を充放電可能な鉛酸電池１５と、発電電力を充放電可能なリチウムイオン二次電池１６と、鉛酸電池１５とリチウムイオン二次電池１６とを繋ぐ２つの経路Ｃ１、Ｃ２と、鉛酸電池１５又はリチウムイオン二次電池１６に接続され、自動再始動開始の際にエンジン１を始動させるエンジン再始動手段９と、鉛酸電池１５に接続された車両の電装負荷３０と、一の経路Ｃ２の導通状態と非導通状態を切り替える鉛酸電池経路リレー５１と、他方の経路Ｃ１の導通状態と非導通状態を切り替えるＭＯＳＦＥＴ５０と、鉛酸電池経路リレー５１及びＭＯＳＦＥＴ５０のオン・オフ制御を行うＥＣＭ１９及びバッテリーコントローラ６０と、を備える。そして、制御手段１９、６０は、アイドルストップからの自動再始動の開始段階を除いたエンジン１の運転中及びアイドルストップ中において鉛酸電池経路リレー５１及びＭＯＳＦＥＴ５０の双方を導通状態とする。なお、ここで「自動再始動の開始段階」には、図５及び上述した再始動開始段階である時刻ｔ４〜時刻ｔ５に加えて、上述した時刻ｔ４の所定時間Δｔ４前から時刻ｔ５の所定時間Δｔ５経過後までの区間が含まれるものとする。すなわち、「自動再始動の開始段階」とは、図５における時刻ｔ４−Δｔ４〜時刻ｔ５＋Δｔ５の区間を意味する。

本実施形態の制御が適用された電源システム１００によれば、エンジン１の初期始動以降、すなわち時刻ｔ０以降においては、自動再始動の開始段階（時刻ｔ４−Δｔ４〜時刻ｔ５＋Δｔ５）を除いて、ＭＯＳＦＥＴ５０及び鉛酸電池経路リレー５１が常に導通状態に維持されることとなる。したがって、第２蓄電手段であるリチウムイオン二次電池１６から第１蓄電手段である鉛酸電池１５への２つの経路Ｃ１、Ｃ２が双方とも導通した状態となる。

したがって、放電時におけるリチウムイオン二次電池１６から鉛酸電池１５側への全電装負荷３０への電力供給が、経路Ｃ１及び経路Ｃ２の双方を用いて行われるので、リチウムイオン二次電池１６から全電装負荷３０への放電に際して一つの経路しか用いない場合と比較してリチウムイオン二次電池１６から全電装負荷３０へ至るまでのハーネス抵抗を減少させることができる。結果として、リチウムイオン二次電池１６から全電装負荷３０への放電量を増加させて、鉛酸電池１５の放電量を抑制することができる。

なお、本発明者らの鋭意研鑽の結果、本実施形態の制御が適用された電源システム１００では、鉛酸電池１５の放電分担率が、上記参考例の制御の場合と比較して８％程度小さくなることがわかっている。

なお、本実施形態の制御は、図２に示したタイプ１の電源システム１００に限られず、図３に示したタイプ２の電源システム１００´や図４に示したタイプ３の電源システム１００´´に適用することが可能である。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。なお、本実施形態に係る制御では、図４に示した構成の電源システム１００´´が前提として用いられる。

図６は、本実施形態に係る鉛酸電池経路リレー５１、リチウムイオン二次電池付属リレー５２、及びＭＯＳＦＥＴ５０のスイッチング制御を示したタイムチャートである。本実施形態では、充電指令が発せられる減速回生段階（時刻ｔ２〜時刻ｔ３）において、バッテリーコントローラ６０がＭＯＳＦＥＴ５０をオフ状態とする点で図５に示す第１実施形態に係る制御と相違する（図中の丸囲み部分を参照）。

本実施形態の制御が適用された電源システム１００´´によれば以下の作用効果を奏する。

本実施形態の制御が適用された電源システム１００´´では、バッテリーコントローラ６０が、自動車の減速回生中に、第２スイッチであるＭＯＳＦＥＴ５０を非導通状態にする。これにより、減速回生中、すなわち充電指令が発生られている状態では、経路Ｃ１が非通電状態となるので、発電機２からリチウムイオン二次電池１６へ至る経路が経路Ｃ２のみとなる。

したがって、発電機２からリチウムイオン二次電池１６へ至るまでのハーネス抵抗が経路Ｃ１及び経路Ｃ２が利用できる場合に比べて増加することとなるので、リチウムイオン二次電池１６への充電量が抑制され、必然的に鉛酸電池１５への充電量が増加することとなる。すなわち、充電時には鉛酸電池１５への充電分担率を向上させることができるので、鉛酸電池１５の充電残量（ＳＯＣ）を高くすることができる。

なお、本実施形態の制御は、図４に示したタイプ３の電源システム１００´´に限られず、図２に示したタイプ１の電源システム１００や図３に示したタイプ２の電源システム１００´に適用することが可能である。

（第３実施形態）
以下、第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施形態に係る制御では、図３に示した構成の電源システム１００´が前提として用いられる。特に、本実施形態では、発電機として機能する電動機７０が、第２蓄電手段であるリチウムイオン二次電池１６側に配置されていることが重要である。

図７は、本実施形態に係る鉛酸電池経路リレー５１、リチウムイオン二次電池付属リレー５２、及びＭＯＳＦＥＴ５０のスイッチング制御を示したタイムチャートである。本実施形態では、充電指令が発せられる減速回生段階（時刻ｔ２〜時刻ｔ３）において、鉛酸電池経路リレー５１をオフ状態とする点で図５に示す第１実施形態と異なる（図中の丸囲み部分を参照）。

本実施形態の制御が適用された電源システム１００によれば以下の作用効果を奏する。

本実施形態の制御が適用された電源システム１００では、発電機である電動機７０が、リチウムイオン二次電池１６側に配置される。そして、バッテリーコントローラ６０が、自動車の減速回生中に鉛酸電池経路リレー５１を非導通状態にする。これにより、充電指令が発せられている減速回生中（時刻ｔ２〜時刻ｔ３）では、経路Ｃ２が非通電状態となるので、電動機７０から第１蓄電手段である鉛酸電池１５へ至るために経路Ｃ１を必ず通過することとなる。したがって、発電電力が電動機７０から鉛酸電池１５へ至る過程で第２蓄電手段であるリチウムイオン二次電池１６が経由される。したがって、電動機７０の電力は、リチウムイオン二次電池１６に優先的に充電されることとなる。これにより、リチウムイオン二次電池１６への充電分担率を向上させることができるので、リチウムイオン二次電池１６の充電残量（ＳＯＣ）を高くすることができる。

さらに、本実施形態に係る電源システム１００では、上述のように、発電電力が電動機７０から鉛酸電池１５へ至る過程で、リチウムイオン二次電池１６に優先的に充電されることで、鉛酸電池１５へ実際に供給される電圧が降下することとなり、鉛酸電池１５への充電電圧が過剰となることが防止される。特に、本実施形態では、鉛酸電池１５側に配置されている全電装負荷３０に対する供給電力も抑制することができ、全電装負荷３０が過電圧になることを確実に防止することができる。

なお、本実施形態の制御は、図３に示したタイプ２の電源システム１００´に限られず、図２に示したタイプ２の電源システム１００に適用することが可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。例えば、第１蓄電手段は鉛酸電池１５に限定されるものではなく、例えば、ニッケル水素電池等の鉛フリー二次電池であってもよい。また、各実施形態で用いた機械式リレーに代えて、半導体を用いたスイッチング素子を用いてもよい。

Claims (3)

1. エンジンを自動停止及び自動再始動するアイドリングストップ機能を有する車両に適用される電源システムにおいて、
   発電機と、
   前記発電機の発電電力を充放電可能な第１蓄電手段と、
   前記発電電力を充放電可能な第２蓄電手段と、
   前記第１蓄電手段と前記第２蓄電手段とを繋ぐ２つの経路と、
   前記２つの経路のうちの一の経路の導通状態と非導通状態を切り替える第１スイッチと、前記２つの経路のうちの他方の経路の導通状態と非導通状態を切り替える第２スイッチと、を有する切り替え手段と、
   前記切り替え手段に対して前記第１蓄電手段側又は前記第２蓄電手段側に接続され、前記自動再始動の際にエンジンを始動させるエンジン再始動手段と、
   前記切り替え手段に対して前記第１蓄電手段側に接続された車両の電装負荷と、
   前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのオン・オフ制御を行う制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記自動再始動の開始段階を除いた前記エンジンの運転中及びアイドルストップ中において前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの双方を導通状態とし、前記一の経路及び前記他方の経路の双方を用いて前記第２蓄電手段から前記電装負荷への放電を行う電源システム。
2. 請求項１に記載の電源システムにおいて、
   前記制御手段は、前記車両の減速回生中に前記第２スイッチを非導通状態とする電源システム。
3. 請求項１に記載の電源システムにおいて、
   前記発電機は、前記切り替え手段に対して前記第２蓄電手段側に配置され、
   前記制御手段は、前記車両の減速回生中に前記第１スイッチを非導通状態とする電源システム。

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