JP6481483B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される電源装置に関するものである。

車両に搭載される電源装置として、発電機に対して並列接続された複数の蓄電池（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する構成が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１１−２３０６１８号公報

複数の蓄電池を同時に充電する場合に、各蓄電池において使用可能な電圧範囲が異なる場合には、一方の蓄電池が使用可能な電圧範囲の上限電圧に達した場合には、蓄電池を過電圧から保護するために充電が停止されることとなる。そのため、他方の蓄電池においては、使用可能な電圧範囲の上限電圧に達していない状態で、充電状態が制限される場合があった。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、複数の蓄電池の状態をより適切に制御できる電源装置を提供することを主たる目的とするものである。

第１の発明は、発電機能を備えた回転電機（１０、１０ａ）に対して並列接続された第１蓄電池（１１）及び第２蓄電池（１２）と、前記第２蓄電池と前記回転電機との間の、前記第１蓄電池との分岐点（N1、Ｎ２）よりも前記第２蓄電池側に設けられ、互いのダイオード成分のアノードが向かい合うように接続された第１スイッチ（３１）及び第２スイッチ（３２）の直列接続体で構成された第１スイッチ部（３０）と、前記第１スイッチと前記第２スイッチとを個別にオンオフするスイッチ制御手段（４０）と、を備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、互いのダイオード成分のアノードが向かい合うように接続された第１スイッチと第２スイッチとを個別にオン、オフするようにしたため、ダイオードを経由による充電電流を制限した状態での充電や、充電電流を遮断した状態で第２蓄電池から放電したりする等、より細やかな充放電制御を行うことが可能となる。

第２の発明は、前記スイッチ制御手段は、前記第２蓄電池の電圧に基づいて、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのオンオフを制御することを特徴とする。

第２の発明によれば、第２蓄電池の電圧の検出結果に基づいて、第１スイッチ及び第２スイッチのオンオフが制御されるため、第２蓄電池の状態を適切に管理しながら、充放電を制御することが可能となる。

第３の発明は、前記第２蓄電池に印加可能な電圧の上限値である第２上限電圧が定められており、前記スイッチ制御手段は、前記第２蓄電池の電圧が前記第２上限電圧に達していない場合には、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの両方をオンとし、前記第２蓄電池の電圧が前記第２上限電圧に達する場合には、前記第１スイッチをオフ、前記第２スイッチをオンにすることを特徴とする。

第３の発明によれば、第２蓄電池が第２上限電圧に達していない場合には、第１スイッチ及び第２スイッチの両方をオンにすることで、両蓄電池を同様に充電できる。一方、第２蓄電池が第２上限電圧に達する場合には、第１スイッチをオフ、第２体スイッチをオンにして第２蓄電池の充電を停止する（電圧上昇を停止する）。この状態では、第１蓄電池に対しては第２蓄電池の第２上限電圧よりも高い電圧を印加することができ、より所望の充電状態にすることができる。また、第１スイッチがオフ、第２スイッチがオンの状態では、第１スイッチのダイオードと第２スイッチとを介して、第２蓄電池の放電が可能となるため、第２蓄電池への充電は制限されるものの電気負荷等への放電を実施することができる。

第４の発明は、前記スイッチ制御手段は、前記第２蓄電池の温度と電圧とに基づいて前記第１スイッチと前記第２スイッチのオンオフを制御することを特徴とする。

第４の発明によれば、第２蓄電池の温度と電圧との検出結果に基づいて、第１スイッチ及び第２スイッチの各々をオンオフするため、第２蓄電池の状態を適切に管理しながら、充放電を制御することが可能となる。

第５の発明は、前記スイッチ制御手段は、前記第２蓄電池の温度が所定未満であり、かつ電圧が前記第２上限電圧に達していない場合には、前記第１スイッチをオン、前記第２スイッチをオフにすることを特徴とする。

第５の発明によれば、第２蓄電池の温度が所定未満に低温であり、且つ電圧が第２上限電圧に達していない状態で、第１スイッチをオン、第２スイッチをオフにすることで、第２蓄電池における電圧上昇を抑えつつ、第２蓄電池の充電を継続できる。またこの場合には、ダイオード経由で第２蓄電池が充電されるため、ダイオードの通電による発熱により、第２蓄電池の温度上昇が促され、第２蓄電池の電圧上昇が抑えられることも期待される。

第６の発明は、前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池に並列接続され、前記第１スイッチ部のオンオフに関わらず前記第１蓄電池から電力が給電される電気負荷（１４）を備え、前記スイッチ制御手段は、前記第２蓄電池が前記第２上限電圧に達しない場合には、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの両方をオンとし、前記第２蓄電池が前記第２上限電圧に達した場合には、前記第１スイッチをオフ、前記第２スイッチをオンすることを特徴とする。

第６の発明によれば、第１スイッチのダイオード成分と、第２スイッチ３２とを経由して、第２蓄電池から第１電気負荷１４に給電できる。つまり、第２蓄電池の充電を停止した状態で、第１電気負荷１４に対しては両蓄電池１１，１２による放電が可能な状態とすることができる。

第７の発明は、前記第２蓄電池と前記回転電機との間の、前記第１蓄電池との分岐点（N1、Ｎ２）よりも前記第１蓄電池側に設けられ、互いのダイオード成分のアノードが向かい合うように接続された第３スイッチ（２１）及び第４スイッチ（２２）の直列接続体で構成された第２スイッチ部（２０）を備え、前記スイッチ制御手段は、前記第３スイッチと前記第４スイッチとを個別にオンオフすることを特徴とする。

第７の発明によれば、互いのダイオード成分のアノードが向かい合うように接続された第３スイッチと第４スイッチとを個別にオン、オフするようにしたため、ダイオードを経由による充電電流を制限した状態での充電や、充電電流を遮断した状態で第１蓄電池から放電したりする等、より細やかな充放電制御を行うことが可能となる。

第８の発明は、前記スイッチ制御手段は、前記第１蓄電池の電圧に基づいて、前記第３スイッチ及び前記第４スイッチのオンオフを制御することを特徴とする。

第８の発明によれば、第１蓄電池の電圧の検出結果に基づいて、第３スイッチ及び第４スイッチのオンオフが制御されるため、第１蓄電池の状態を適切に管理しながら、充放電を制御することが可能となる。

第９の発明は、前記第１蓄電池に印加可能な電圧の上限値である第１上限電圧が定められており、前記スイッチ制御手段は、前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池の充電に際し、前記第１蓄電池の電圧が前記第１上限電圧に達していない場合には、前記第３スイッチ及び前記第４スイッチの両方をオンとし、前記第１蓄電池の電圧が前記第１上限電圧に達する場合には、前記第３スイッチをオフ、前記第４スイッチをオンにすることを特徴とする。

第９の発明によれば、第１蓄電池が第１上限電圧に達していない場合には、第３スイッチ及び第４スイッチの両方をオンにすることで、両蓄電池を同様に充電できる。一方、第１蓄電池が第１上限電圧に達する場合には、第３スイッチをオフ、第４スイッチをオンにして第１蓄電池の充電を停止する（電圧上昇を停止する）。この状態では、第２蓄電池に対しては第１蓄電池の第１上限電圧よりも高い電圧を印加することができ、より所望の充電状態にすることができる。また、このとき第１電気負荷１４ｂに対しては両蓄電池１１，１２による放電が可能な状態とすることができる。

第１０の発明は、前記スイッチ制御手段は、前記第１蓄電池の温度と電圧とに基づいて前記第３スイッチと前記第４スイッチとのオンオフを制御することを特徴とする。

第１０の発明によれば、第１蓄電池の温度と電圧との検出結果に基づいて、第３スイッチと第４スイッチの各々をオンオフするため、第１蓄電池の状態を適切に管理しながら、充放電を制御することが可能となる。

第１１の発明は、前記スイッチ制御手段は、前記第１蓄電池の温度が所定未満であり、かつ電圧が前記第１上限電圧に達していない場合には、前記第３スイッチをオン、前記第４スイッチをオフにすることを特徴とする。

第１１の発明によれば、第１蓄電池の温度が所定未満に低温であり、且つ電圧が第１上限電圧に達していない状態で、第３スイッチをオン、第４スイッチをオフにすることで、第１蓄電池における電圧上昇を抑えつつ、第１蓄電池の充電を継続できる。またこの場合には、ダイオード経由にて第１蓄電池が充電されるため、ダイオードの通電による発熱により、第１蓄電池の温度上昇が促され、第１蓄電池の電圧上昇が抑えられることも期待される。

第１実施形態の電源システムを示す電気回路図。 第１実施形態の充電制御のフローチャート。 第２実施形態の電源システムを示す電気回路図。 第２実施形態の充電制御のフローチャート。 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は、エンジン（内燃機関）を駆動源として走行する車両に搭載される。

（第１実施形態）
図１に示すように、本電源システムは、回転電機１０、鉛蓄電池１１、リチウムイオン蓄電池１２、第１電気負荷１４ａ，１４ｂ、第２電気負荷１３、第１スイッチ部３０、第２スイッチ部２０を備えている。このうち、リチウムイオン蓄電池１２、第２スイッチ部２０及び第１スイッチ部３０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。

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が設けられている。第１端子Ｔ１には鉛蓄電池１１、第２電気負荷１３及び第１電気負荷１４ｂが接続されている。第２端子Ｔ２には回転電機１０及び第１電気負荷１４ａが接続されている。端子Ｔ１，Ｔ２はいずれも回転電機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。

回転電機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電機１０の回転軸が回転する一方、回転電機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、回転電機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ている。なお回転電機１０には、例えばＩＳＧ（Integrated Starter Generator）等が使用される。

鉛蓄電池１１とリチウムイオン蓄電池１２とは回転電機１０に対して並列に電気接続されており、回転電機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、回転電機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，１２ｂにより生じた電圧のことである。

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を相互に接続する第１接続経路Ｌ１，第２接続経路Ｌ２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Ｌ１に第２開閉手段としての第２スイッチ部２０が設けられ、第１接続経路Ｌ１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Ｌ２にスイッチ部としての第１スイッチ部３０が設けられている。

これら第２スイッチ部２０，第１スイッチ部３０は、いずれも半導体スイッチの直列接続体として構成されている。各半導体スイッチには逆並列接続されたダイオード成分が含まれている。なお本実施形態では、半導体スイッチとして、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。

詳しくは、第２スイッチ部２０は、２つの半導体スイッチ（以下スイッチ２１，２２）の直列接続体として構成されている。各スイッチ２１，２２は、互いのソース端子同士が向かい合わせに接続されている。これにより、スイッチ２１側のダイオード成分のアノードと、スイッチ２２側のダイオード成分のアノードとが互いに向か合わせとなっている。

第１スイッチ部３０は、２つの半導体スイッチ（スイッチ３１，３２）の直列接続体として構成されている。各スイッチ３１，３２は、互いのソース端子同士が向かい合わせに接続されている。これにより、スイッチ３１側のダイオード成分のアノードと、スイッチ３２側のダイオード成分のアノードとが互いに向かい合わせとなっている。

このように２つの半導体スイッチを互いのアノードが向かい合うように接続した場合、一対の半導体スイッチの両方をオフとすることで、当該半導体スイッチの経路に流れる電流を遮断する効果が高められる。

第１電気負荷１４ａ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る。第１電気負荷１４ｂは、定電圧負荷以外の一般負荷である。

第１電気負荷１４ａ，１４ｂについて詳しく説明すると、第１電気負荷１４ａ（定電圧要求負荷）には、車両走行に関連する走行用負荷と、走行用以外の負荷とが含まれる。走行用負荷としては、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。走行用以外の負荷としては、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、オーディオ装置等が挙げられる。第１電気負荷１４ｂ（一般負荷）には、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り、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。

制御部４０は、電源システムにおける各種処理を実施する。制御部４０は、電池ユニット外のＥＣＵ５０と接続されている。これら制御部４０及びＥＣＵ５０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４０及びＥＣＵ５０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。例えばＥＣＵ５０には、図示を略すアクセル開度センサ、ブレーキセンサ等の車両の走行状態を示す各種センサからの信号が入力され、これら各種センサの検出信号が制御部４０と共有される。

回転電機１０は、エンジン出力軸の回転エネルギにより発電する発電機を兼用するものである。具体的には、回転電機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、回転電機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電圧となるよう調整される。

回転電機１０で発電した電力は、第１電気負荷１４ａ，１４ｂ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電機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から第１電気負荷１４ａ，１４ｂに電力供給される。鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２から第１電気負荷１４ａ，１４ｂへの放電量、及び回転電機１０からの充電量は、ＳＯＣ（State of charge：充電状態、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。

この場合、制御部４０は、鉛蓄電池１１、リチウムイオン蓄電池１２のＳＯＣを所定の使用範囲にすべく、各蓄電池１１，１２への充電量を制限して過充電保護するとともに鉛蓄電池１１，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４０は、鉛蓄電池１１、リチウムイオン蓄電池１２の端子電圧又は開放電圧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手段により検出される鉛蓄電池１１、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、放電時における各蓄電池１１，１２の端子電圧がＳＯＣ使用範囲の下限値に対応する電圧（下限電圧）よりも低下する場合には、回転電機１０からの充電により、各蓄電池１１，１２の過放電保護を図るようにする。また、制御部４０は、各蓄電池１１，１２の端子電圧がＳＯＣ使用範囲の上限値に対応する電圧（上限電圧）よりも上昇しないようにして過充電保護（過電圧保護）を実施する。

以上により、制御部４０は、各蓄電池１１，１２の電圧が、それぞれ使用可能な所定の電圧範囲（所定の下限電圧と上限電圧の範囲）となるように制御する。例えば、鉛蓄電池１１の電圧が所定の電圧範囲Ｅ１内となるように制御する。リチウムイオン蓄電池１２の電圧が所定の電圧範囲Ｅ２内となるように制御する。

ところで、上述したように各蓄電池１１，１２の電池特性が異なり、各蓄電池１１，１２の電圧範囲Ｅ１，Ｅ２が異なる場合には、両蓄電池１１，１２の充電を同時に行った際に、一方の蓄電池が先に上限電圧に達することが生じる。この場合、当該一方の蓄電池の過充電保護（過電圧保護）のために充電が停止されると、他方の蓄電池においては、まだ充電可能な状態で（使用可能な電圧範囲内で）、充電が停止されてしまう。

そこで、本実施形態では、電圧範囲Ｅ１，Ｅ２（電圧範囲Ｅ１，Ｅ２の上限電圧）が異なる蓄電池１１，１２を同時に充電する場合に、一方の蓄電池が上限電圧に達していなければ、両蓄電池１１，１２を同様に充電する。一方の蓄電池が上限電圧に達する場合には、他方の蓄電池の充電を優先して実施する。

また、上限電圧の低い蓄電池の電圧が上限電圧に達していない場合において、当該蓄電池が低温状態であると、電池の内部抵抗が大きくなり、充電に伴って蓄電池の電圧が上昇しやすいため、上限電圧に達しやすくなる。そこで、上限電圧の低い蓄電池が上限電圧に達しておらず、かつ低温状態の場合には、当該蓄電池の充電を制限する。詳しくは、上限電圧の低い蓄電池をダイオード経由で充電することで、上限電圧の低い蓄電池の電圧上昇を抑えつつ、両蓄電池１１，１２を充電する。なお、ダイオード経由で充電を行う場合、ダイオードによる電圧降下が生じるため、上限電圧の低い蓄電池における使用可能な電圧範囲を広げる効果を奏することもできる。

次に、制御部４０による充電制御について図２を用いて説明する。ここではリチウムイオン蓄電池１２の上限電圧よりも鉛蓄電池１１の上限電圧が低いことを前提としている。また図２の処理では、第１スイッチ部３０は基本的にオン状態で維持され、第２スイッチ部２０のオンオフが制御されることで、各蓄電池１１，１２の充電を制御している。また図２の処理は制御部４０が所定周期で繰り返し実施する。

まず、各蓄電池１１，１２の充電時であるか否かを判定する（Ｓ１１）。本処理は、各蓄電池１１，１２の電流、端子電圧の検出結果に基づき判定する。

Ｓ１１で充電時であると判定した場合には、鉛蓄電池１１の電圧（Ｐｂ電圧）が、所定の閾値Ｖ１以上であるか否かを判定する（Ｓ１２）。なお、閾値Ｖ１は、鉛蓄電池１１の使用可能な電圧範囲Ｅ１の上限電圧よりも所定値低い値に予め設定されている。Ｓ１２で鉛蓄電池１１の電圧（Ｐｂ電圧）が閾値Ｖ１以上と判定した場合には、スイッチ２１をオフ、スイッチ２２をオンにする（Ｓ１３）。この場合、スイッチ２１がオフであることで、鉛蓄電池１１の充電が停止される。これにより、鉛蓄電池１１の電圧上昇を停止した状態で、リチウムイオン蓄電池１２については、鉛蓄電池１１の上限電圧以上の電圧を印加して、更に充電することができる。

また、この場合には、スイッチ２１のダイオード成分と、スイッチ２２とを経由して、鉛蓄電池１１から第１電気負荷１４ａに給電できる。すなわち鉛蓄電池１１の充電の停止状態で、第１電気負荷１４ａに対しては両蓄電池１１，１２による放電が可能な状態とすることができる。

Ｓ１２で鉛蓄電池１１の電圧（Ｐｂ電圧）が閾値Ｖ１未満と判定した場合には、鉛蓄電池１１の温度が所定未満（低温度）であるか否かを判定する（Ｓ１４）。本処理は、鉛蓄電池１１の図示を略す温度センサによる温度の検出値に基づき判定できる。

鉛蓄電池１１が低温度でない場合には、スイッチ２１，２２の両方をオンにする（Ｓ１５）。この場合、回転電機１０の発電電力で両蓄電池１１，１２が同様に充電される。鉛蓄電池１１の温度が低温度の場合には、スイッチ２１をオン、スイッチ２２をオフにする（Ｓ１６）。この場合、スイッチ２２のダイオード成分で鉛蓄電池１１への通電が制限され、電圧上昇が抑えられる。そのため、リチウムイオン蓄電池１２を優先的に充電しつつ、両蓄電池１１，１２を充電できる。

なおＳ１１で否定判定した場合、すなわち充電時でない場合には、車両の走行状態に応じて各蓄電池１１，１２から第１電気負荷１４に対して電力供給すべく、第２スイッチ部２０，第１スイッチ部３０の各スイッチのオンオフを制御する通常処理を行う（Ｓ１７）。例えば、Ｓ１７の通常処理では、車両が定常走行状態の場合やアイドリングストップ制御によるエンジンの自動停止状態の場合には、第２スイッチ部２０，第１スイッチ部３０の各スイッチをオン状態とする。回転電機１０によるエンジン再始動時、又は回転電機１０による動力アシスト時（すなわち加速時）には、第２スイッチ部２０の各スイッチをオフ、第１スイッチ部３０の各スイッチをオンにする。

上記によれば以下の優れた効果を奏することができる。

・リチウムイオン蓄電池１２の上限電圧よりも鉛蓄電池１１の上限電圧が低い場合において、リチウムイオン蓄電池１２との接続点Ｎ１よりも鉛蓄電池１１側に、互いのダイオード成分のアノードが向かい合うように接続したスイッチ２１，２２の直列接続体を設けた。なおスイッチ２１は回転電機１０側、スイッチ２２は鉛蓄電池１１側となるように電気径路に設けた。

以上の構成により、鉛蓄電池１１が上限電圧に達していない場合には、スイッチ２１，２２の両方をオンにすることで、両蓄電池１１，１２を同様に充電できる。一方、鉛蓄電池１１が上限電圧に達する場合には、スイッチ２１をオフ、スイッチ２２をオンにして鉛蓄電池１１の充電を停止する（電圧上昇を停止する）。この状態では、リチウムイオン蓄電池１２に対しては鉛蓄電池１１の上限電圧よりも高い電圧を印加することができ、より所望の充電状態にすることができる。

また、スイッチ２１がオフ、スイッチ２１がオンの状態では、スイッチ２１のダイオードと、スイッチ２２とを介して、鉛蓄電池１１の放電が可能となる。そのため鉛蓄電池１１への充電は制限されるものの第１電気負荷１４ａ等への放電を実施することができる。

・鉛蓄電池１１が低温の場合には、充電に伴う電圧上昇により上限電圧に達しやすくなる。そこで鉛蓄電池１１が低温であり、かつ所定の上限電圧に達していない場合には、スイッチ２１、スイッチ２２をオフにすることとした。この場合、鉛蓄電池１１の充電がダイオードで制限されることとなり、鉛蓄電池１１の電圧上昇を抑えた状態で、両蓄電池１１，１２を充電できる。

上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。なお以下の説明において上述の構成を同様の構成については同じ図番号を付し詳述は省略する。

（第２実施形態）
上記の第１実施形態では、電池ユニットＵが第２スイッチ部２０及び第１スイッチ部３０の両方を備える構成を例に挙げて説明したが、これを変更してもよい。例えば、図３に示すように、図１の第２端子Ｔ２と第２スイッチ部２０の構成を省略するとともに、第２端子Ｔ２に接続されていた回転電機１０に代えて、回転電機１０ａを設けて電池ユニットＵを構成してもよい。例えば回転電機１０ａには、オルタネータ等が用いられる。

詳しくは、回転電機１０ａに対して鉛蓄電池１１とリチウムイオン蓄電池１２とを並列接続する。そして、回転電機１０ａとリチウムイオン蓄電池１２との間の電気経路において、鉛蓄電池１１との接続点Ｎ２よりもリチウムイオン蓄電池１２側に、スイッチ部としての第１スイッチ部３０を設ける。また各蓄電池１１，１２に第１電気負荷１４を並列接続する。ここでの第１電気負荷１４は、定電圧要求負荷と一般負荷との両方を含むものとする。

次に、以上の構成の第２実施形態の電源システムの充電制御について説明する。なお、図４の処理は、図３の構成において、鉛蓄電池１１の上限電圧よりも、リチウムイオン蓄電池１２の上限電圧が低いことを前提としている。また、図４の処理は制御部４０が所定周期で繰り返し実施する。

まず、各蓄電池１１，１２の充電時であるか否かを判定する（Ｓ２１）。Ｓ２１で充電時と判定した場合には、リチウムイオン蓄電池１２の電圧（Ｌｉ電圧）が所定の閾値Ｖ２以上であるか否かを判定する（Ｓ２２）。なお、閾値Ｖ２は、リチウムイオン蓄電池１２の電圧範囲Ｅ２の上限電圧よりも所定値低い値に予め設定されている。

リチウムイオン蓄電池１２の電圧（Ｌｉ電圧）が閾値Ｖ２以上と判定した場合には、スイッチ３１をオフ、スイッチ３２をオンにする（Ｓ２３）。この場合、スイッチ３１がオフであることで、リチウムイオン蓄電池１２の充電が停止される。これにより、リチウムイオン蓄電池１２の電圧上昇を停止した状態で、鉛蓄電池１１については、リチウムイオン蓄電池１２の上限電圧以上の電圧を印加して、更に充電することができる。

また、この場合には、スイッチ３２と、スイッチ３１のダイオード成分とを経由して、リチウムイオン蓄電池１２から第１電気負荷１４に給電できる。すなわち、リチウムイオン蓄電池１２の充電の停止状態で、第１電気負荷１４に対しては両蓄電池１１，１２による放電が可能な状態とすることができる。

Ｓ２２で、リチウムイオン蓄電池１２の電圧が閾値Ｖ２未満と判定した場合には、リチウムイオン蓄電池１２の温度が所定未満（低温度）であるか否かを判定する（Ｓ２４）。本処理は、例えばリチウムイオン蓄電池１２の図示を略す温度センサによる温度の検出値に基づき判定する。

リチウムイオン蓄電池１２が低温度でない場合には、スイッチ３１，３２の両方をオンにする（Ｓ２３）。この場合、両蓄電池１１，１２が同様に充電される。リチウムイオン蓄電池１２が低温度の場合には、スイッチ３１をオン、スイッチ３２をオフにする（Ｓ２６）。この場合、スイッチ３２のダイオード成分でリチウムイオン蓄電池１２への通電が制限され、電圧上昇が抑えられる。そのため、鉛蓄電池１１を優先して充電しつつ、両蓄電池１１，１２を充電できる。Ｓ２１で充電時でないと判定した場合には、上述と同様の通常処理を行う（Ｓ２７）。

上記によれば、鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２を同時に充電する場合において、鉛蓄電池１１よりもリチウムイオン蓄電池１２の上限電圧が低い場合に、リチウムイオン蓄電池１２が上限電圧以上となることを回避しつつ、鉛蓄電池１１については、リチウムイオン蓄電池１２の上限電圧以上の電圧を印加して、より所望の充電状態にすることができる。また、鉛蓄電池１１の充電を停止した場合にも、第１電気負荷１４に対しては、両蓄電池１１，１２が接続された状態とすることができ、第１電気負荷１４に対する２電源での電力供給を可能として状態で、各蓄電池１１，１２の充電を制御できる。

（他の実施形態）
・上記の第１，２実施形態において、図２，図４の各処理は、鉛蓄電池１１（リチウムイオン蓄電池１２）が低温度であるか否かの判定と、鉛蓄電池１１（リチウムイオン蓄電池１２）の電圧が上限電圧よりも低い所定の閾値以上であるか否かの両方の判定を行っているが、いずれか一方の判定処理のみが行われるものであってもよい。

・上記の第１，第２実施形態において、図１，図３では、第２スイッチ部２０，第１スイッチ部３０における各スイッチを半導体スイッチで構成している。これ以外にも図５の変容例に示すように、第２スイッチ部２０，第１スイッチ部３０の各々は周知のスイッチと、ダイオードとの並列接続体で構成してもよい。例えば、各スイッチ２０，３０は、半導体スイッチ以外の機械式スイッチとダイオードとの並列接続体として構成してもよい。

・上記の図１，図３では、第２スイッチ部２０，第１スイッチ部３０の各々を一対の半導体スイッチの直列接続体にて構成しているが、図５に示すように、各スイッチ２０，３０は、複数の半導体スイッチの直列接続体を並列に接続して構成したものであってもよい。図５では、第２スイッチ部２０を、スイッチ２１ａ及び２２ａの直列接続と、スイッチ２１ｂ及び２２ｂの直列接続とを並列接続して構成している。第１スイッチ部３０を、スイッチ３１ａ及び３２ａの直列接続と、スイッチ３１ｂ及び３２ｂの直列接続とを並列接続して構成している。

この場合にも、上記と同様に、各蓄電池１１，１２の上限電圧の大小関係に基づいて、上限電圧の低い側の蓄電池が低温度であるか、上限電圧の低い蓄電池が所定の電圧の閾値に達するか否かに応じて、各スイッチのオンオフを切り替えればよい。例えば、図５において、鉛蓄電池１１の上限電圧よりもリチウムイオン蓄電池１２の上限電圧が低い場合において、リチウムイオン蓄電池１２の電圧が閾値Ｖ１以上と判定した際には、スイッチ３１ａ，３１ｂをオフ、スイッチ３２ａ，３２ｂをオンにする。一方、リチウムイオン蓄電池１２が低温度であり、かつリチウムイオン蓄電池１２の電圧が閾値Ｖ２未満と判定した場合には、スイッチ３１ａ，３１ｂをオン、スイッチ３２ａ，３２ｂをオフにする。

・上記の第２実施形態の図３において、回転電機１０ａと第１スイッチ部３０との間に、第２スイッチ部２０が設けられていてもよい。この場合には、第２スイッチ部２０は正常状態で常にオン状態とされればよい。

・上記の第１実施形態では、第１電気負荷１４ａを定電圧要求負荷、第１電気負荷１４ｂを一般負荷としたが、第１電気負荷１４ａが一般負荷、第１電気負荷１４ａが定電圧要求負荷であってもよい。また、第１電気負荷１４ａ，１４ｂの双方において定電圧要求負荷及び一般負荷の両方が接続されてもよい。

・上記では、鉛蓄電池１１とリチウムイオン蓄電池１２の両蓄電池の充電を同時に行うことを前提に説明したが、これに限定されない。すなわち、鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２のいずれか一方の充放電が行われる場合には、当該充放電が行われる鉛蓄電池１１又はリチウムイオン蓄電池１２の温度及び電圧の少なくともいずれかに基づいて、第２スイッチ部２０又は第１スイッチ部３０における各スイッチのオンオフが制御されればよい。例えば、図３の構成において、リチウムイオン蓄電池１２のみの充放電を行う場合には、リチウムイオン蓄電池１２の温度及び電圧の検出結果に基づいて、各スイッチ３１，３２のオンオフが制御されればよい。

・上記において、電池ユニットＵは、第２スイッチ部２０及び第１スイッチ部３０の少なくともいずれかが収容されるものであってもよく、上記構成に限定されるものではない。

１０…回転電機、１０ａ…オルタネータ、２０…第２スイッチ部、３０…第１スイッチ部、４０…制御部、Ｎ１…接続点、Ｎ２…接続点。

Claims (7)

1. 発電機能を備えた回転電機（１０，１０ａ）に対して並列接続された第１蓄電池（１１）及び第２蓄電池（１２）と、
   前記第２蓄電池と前記回転電機との間の、前記第１蓄電池との分岐点（Ｎ１，Ｎ２）よりも前記第２蓄電池側に設けられ、互いのダイオード成分のアノードが向かい合うように接続された第１スイッチ（３１）及び第２スイッチ（３２）の直列接続体で構成された第１スイッチ部（３０）と、
   前記第１スイッチと前記第２スイッチとを個別にオンオフするスイッチ制御手段（４０）と、を備え、
   前記第２スイッチのダイオード成分のカソードは、前記第２蓄電池に接続されており、
   前記第１蓄電池に印加可能な電圧の上限値であって、該第１蓄電池のＳＯＣ使用範囲の上限値に対応する電圧である第１上限電圧が定められており、
   前記第２蓄電池に印加可能な電圧の上限値であって、該第２蓄電池のＳＯＣ使用範囲の上限値に対応する電圧である第２上限電圧が定められており、
   前記第２上限電圧は、前記第１上限電圧よりも低くなっており、
   前記スイッチ制御手段は、前記第２蓄電池の電圧が前記第２上限電圧に達していない場合には、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの両方をオンとし、前記第２蓄電池の電圧が前記第２上限電圧に達する場合には、前記第１スイッチをオフ、前記第２スイッチをオンにする電源装置。
2. 前記スイッチ制御手段は、前記第２蓄電池の温度と電圧とに基づいて前記第１スイッチと前記第２スイッチのオンオフを制御する請求項１に記載の電源装置。
3. 前記スイッチ制御手段は、前記第２蓄電池の温度が所定未満であり、かつ電圧が前記第２上限電圧に達していない場合には、前記第１スイッチをオン、前記第２スイッチをオフにする請求項２に記載の電源装置。
4. 前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池に並列接続され、前記第１スイッチ部のオンオフに関わらず前記第１蓄電池から電力が給電される電気負荷（１４）を備える請求項1乃至３のいずれか１項に記載の電源装置。
5. 発電機能を備えた回転電機（１０）に対して並列接続された第１蓄電池（１１）及び第２蓄電池（１２）と、
   前記第２蓄電池と前記回転電機との間の、前記第１蓄電池との分岐点（Ｎ１）よりも前記第２蓄電池側に設けられ、互いのダイオード成分のアノードが向かい合うように接続された第１スイッチ（３１）及び第２スイッチ（３２）の直列接続体で構成された第１スイッチ部（３０）と、
   前記第２蓄電池と前記回転電機との間の、前記第１蓄電池との分岐点（Ｎ1，Ｎ２）よりも前記第１蓄電池側に設けられ、互いのダイオード成分のアノードが向かい合うように接続された第３スイッチ（２１）及び第４スイッチ（２２）の直列接続体で構成された第２スイッチ部（２０）と、
   前記第１スイッチと前記第２スイッチと前記第３スイッチと前記第４スイッチとを個別にオンオフするスイッチ制御手段（４０）と、を備え、
   前記第４スイッチのダイオード成分のカソードは、前記第１蓄電池に接続されており、
   前記第１蓄電池に印加可能な電圧の上限値であって、該第１蓄電池のＳＯＣ使用範囲の上限値に対応する電圧である第１上限電圧が定められており、
   前記第２蓄電池に印加可能な電圧の上限値であって、該第２蓄電池のＳＯＣ使用範囲の上限値に対応する電圧である第２上限電圧が定められており、
   前記第１上限電圧は、前記第２上限電圧よりも低くなっており、
   前記スイッチ制御手段は、前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池の充電に際し、前記第１蓄電池の電圧が前記第１上限電圧に達していない場合には、前記第１スイッチと前記第２スイッチと前記第３スイッチと前記第４スイッチとをオンとし、前記第１蓄電池の電圧が前記第１上限電圧に達する場合には、前記第３スイッチをオフ、前記第１スイッチと前記第２スイッチと前記第４スイッチをオンにする電源装置。
6. 前記スイッチ制御手段は、前記第１蓄電池の温度と電圧とに基づいて前記第３スイッチと前記第４スイッチとのオンオフを制御する請求項５に記載の電源装置。
7. 前記スイッチ制御手段は、前記第１蓄電池の温度が所定未満であり、かつ電圧が前記第１上限電圧に達していない場合には、前記第３スイッチをオン、前記第４スイッチをオフにする請求項６に記載の電源装置。

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