JP6487059B2 - ターボ回生システム - Google Patents

Description

本発明は、ターボ回生システムに関する。

エンジンに接続される回生発電機（オルタネータ）と、この回生発電機によって回収される回生電力を用いて充電可能な蓄電装置（バッテリ）を含むエンジンに適用される過給装置が知られている（特許文献１参照）。この過給装置は、エンジンの排気により回転させられるタービン要素により圧縮機要素を回転駆動し、この圧縮機要素によって吸入空気を圧縮する。この過給装置は、圧縮機要素を回転駆動可能な電動機部と、蓄電装置が満充電状態にある場合に、回生発電機によって回収される回生電力によって電動機部を駆動させる制御手段を備えている。

日本国特開２００４−２７０６０２号公報

回生発電機（オルタネータ）が接続されたエンジンを備える車両においては、回生発電機によるエンジン負荷を低減して、燃費の向上を図ることが要望されている。

本発明の一態様によるターボ回生システムは、エンジンの排気により回転するタービン、および前記タービンにより駆動されて電力を発生するターボ回生発電機を有するタービンシステムと、前記タービンシステムで発生した電力により充電される第１蓄電装置を有する蓄電システムと、前記タービンシステムで発生した電力により駆動される電動機部、および前記電動機部により回転し、前記エンジンへの吸入空気を圧縮する圧縮機構部を有する圧縮機システムと、補機、および前記補機に電気的に並列に接続されて前記タービンシステムで発生した電力により充電される第２蓄電装置を有する補機電装システムと、前記第１蓄電装置と前記ターボ回生発電機とを接続状態とするかまたは非接続状態とするかを切り換える第１切換部と、前記第２蓄電装置と前記ターボ回生発電機とを接続状態とするかまたは非接続状態とするかを切り換える第２切換部と、を備え、前記タービンシステム、前記圧縮機システム、前記蓄電システム、および前記補機電装システムが、電気的に並列に接続されており、前記第１切換部および前記第２切換部は、前記第１蓄電装置の充電率、放電可能電力および電流と、前記第２蓄電装置の充電率、放電可能電力および電流と、前記ターボ回生発電機による充電電力と、に基づいて切り換え制御される。

本発明によれば、エンジン負荷を低減して、燃費の向上を図ることができる。

第１の実施の形態に係るターボ回生システムの概略構成を示す図。 第１の実施の形態に係るターボ回生システムの構成を示す図。 第２の実施の形態に係るターボ回生システムの構成を示す図。 車両に搭載されるコントローラの機能ブロック図。 （ａ）は要充電判定部、および充電率判定部による判定結果の組み合わせにより定められた並列接続検討フラグのオン／オフ制御を説明するテーブル、（ｂ）は要充電判定部、および充電率判定部による判定結果の組み合わせにより定められた第１スイッチおよび第２スイッチのオン／オフ制御を説明するテーブル（第１テーブル）。 「ターボ回生発電機の発電電力ＰＧ−電動機部の消費電力ＰＣ」と、「エンジン回転速度」との関係を示す図。 横流判定部、充電電力判定部、および要充電判定部による判定結果の組み合わせにより定められた第１スイッチおよび第２スイッチのオン／オフ制御を説明するテーブル（第２テーブル）。 第２の実施の形態に係るコントローラにより実行されるスイッチ切換処理プログラムによる処理内容の一例を示すフローチャート。 充電モードが設定された場合のコントローラによる処理内容の一例を示すフローチャート。 放電モードが設定された場合のコントローラによる処理内容の一例を示すフローチャート。 第３の実施の形態に係るターボ回生システムの構成を示す図。 第３の実施の形態に係るコントローラの機能ブロック図。 第３の実施の形態に係るコントローラにより実行されるエンジン回転速度制御および電圧調整制御処理プログラムによる処理内容の一例を示すフローチャート。 第４の実施の形態に係るターボ回生システムの構成を示す図。 第５の実施の形態に係るターボ回生システムの構成を示す図。 第５の実施の形態に係るコントローラの機能ブロック図。 第５の実施の形態に係るコントローラにより実行されるターボ回生と減速回生の共存制御プログラムによる処理内容の一例を示すフローチャート。 第６の実施の形態に係るターボ回生システムの構成を示す図。 第６の実施の形態に係るコントローラの機能ブロック図。 第６の実施の形態に係るコントローラにより実行されるエンジン回転速度制御および電圧調整制御処理プログラムによる処理内容の一例を示すフローチャート。

−第１の実施の形態−
図１は、第１の実施の形態に係るターボ回生システム１Ａの概略構成を示す図である。図１に示すように、本実施の形態に係るターボ回生システム１Ａは、ハイブリッド自動車（以下、単に車両１０と記す）に適用される。ターボ回生システム１Ａは、エンジン１１、圧縮機システム１２、タービンシステム１３、蓄電システム１７、補機電装システム１８、および電力バス１６を備えている。タービンシステム１３と、圧縮機システム１２と、蓄電システム１７と、補機電装システム１８とは、電力バス１６により電気的に並列に接続されている。

エンジン１１は、吸気管１４を介して外部から空気を吸入し、燃焼させた後の排気を排気管１５を介して外部に排出する。タービンシステム１３は、排気管１５に排出される排気のエネルギーによって発電した電気エネルギーを、電力バス１６を介して、蓄電システム１７、圧縮機システム１２、および補機電装システム１８に供給する。

圧縮機システム１２は、圧縮した空気を、吸気管１４を介してエンジン１１に供給する。蓄電システム１７は、タービンシステム１３で発生した高出力電力により充電され、圧縮機システム１２および補機電装システム１８へ電力を供給する。補機電装システム１８は、１４Ｖ系の電装系で構成されている。

図２は、第１の実施の形態に係るターボ回生システム１Ａの構成を示す図であり、エンジンの図示は省略している。図２に示すように、タービンシステム１３は、タービン１３１とターボ回生発電機１３２とを備えている。タービン１３１は、複数のタービン翼が回転軸に放射状に設けられており、排気管１５（図１参照）に配置され、エンジン１１の排気のエネルギーによって回転駆動される。ターボ回生発電機１３２は、ステータと、タービン１３１の回転軸に連結されたロータとを備えており、タービン１３１の回転により駆動されて回生電力を発生する。

圧縮機システム１２は、圧縮機構部１２１と、ターボ回生発電機１３２で発生した電力により駆動される電動機部１２２とを備えている。電動機部１２２は、ステータと、圧縮機構部１２１の回転軸に連結されたロータとを備えている。圧縮機構部１２１は、複数の圧縮機インペラが回転軸に放射状に設けられており、吸気管１４（図１参照）に配置され、電動機部１２２により回転駆動されることで、外部から吸入された空気を圧縮して、エンジンシリンダに供給する（すなわち、過給する）。

補機電装システム１８は、ライト、ナビゲーションシステム、スタータ（セルモータ）等の複数の１４Ｖ系の補機１８２と、１４Ｖ系の第２電池装置１８１を備え、補機１８２と第２電池装置１８１とが電気的に並列に接続されている。第２電池装置１８１は、蓄電素子として、安価で大容量の鉛蓄電池を備えている。

蓄電システム１７は、少なくとも第１電池装置１７１を備えている。第１電池装置１７１は、蓄電素子として、鉛蓄電池よりも充電抵抗が小さい、すなわち充電受け入れ性のよいリチウムイオン電池を備えている。本明細書において、充電抵抗とは、充電時の蓄電素子の内部抵抗のことを指す。

第１電池装置１７１は、第２電池装置１８１に比べてエネルギー密度が高く、サイズを小さくできる。第１電池装置１７１の容量は、第２電池装置１８１の容量に比べて小さい。たとえば、第１電池装置１７１の容量（たとえば５[Ａｈ]程度）は、第２電池装置１８１の容量（たとえば５０[Ａｈ]程度）の１／１０程度である。第２電池装置１８１は、長期間に亘る駐車中の保安装置等の電力を確保し、長期駐車後にエンジン１１を始動できるだけの容量[Ａｈ]を備えている。

図２に示すように、第１電池装置１７１と第２電池装置１８１とが並列に接続される構成では、回路理論により、短期間では、鉛蓄電池を備える第２電池装置１８１に比べ、リチウムイオン電池を備える第１電池装置１７１の電力が補機１８２や電動機部１２２に優先して供給される。つまり、本実施の形態では、第１電池装置１７１による充放電が主に行われることになる。たとえば、車両１０が停止状態にあるときや減速状態にあるときには、第１電池装置１７１による電力により補機１８２が駆動され、車両１０が加速状態にあるときには、ターボ回生発電機１３２で発生した電力により第１電池装置１７１が充電される。

ターボ回生発電機１３２は三相交流発電機であり、発電した交流電力は図示しない整流回路により全波整流されて、直流電力となる。ターボ回生発電機１３２の電圧は、図示しない電圧レギュレータにより、１４Ｖに制限される。本実施の形態に係るターボ回生システム１Ａでは、補機電装システム１８、タービンシステム１３、圧縮機システム１２、および蓄電システム１７の上限電圧は１４Ｖとなる。
なお、本実施の形態では、タービン１３１と圧縮機構部１２１とは機械的に接続されていない。また、本実施の形態では、エンジン１１に接続され、エンジン１１により回転駆動されて電力を発生する回生発電機（以下、オルタネータと記す）を備えていない。

本実施の形態に係る車両１０は、燃費を向上させるために、車両１０が停止状態にあるときにはエンジン１１を停止させ（アイドリングストップ）、車両１０が減速状態にあるときには燃料噴射を停止する。つまり、車両１０が停車中もしくは減速中にあるときには、ターボ回生システム１Ａは停止しており、補機１８２の電力は蓄電システム１７から供給されることになる。車両１０が一定走行または加速中にあるときには、ターボ回生システム１Ａが動いており、ターボ回生発電機１３２で発生した電力によって補機１８２、電動機部１２２が駆動され、余剰電力により第１電池装置１７１や第２電池装置１８１が充電される。なお、圧縮機システム１２の制御は、図２において不図示のコントローラからの制御信号により制御される。

第１の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）ターボ回生システム１Ａは、エンジン１１の排気により回転するタービン１３１により回転駆動されて電力を発生するターボ回生発電機１３２を有するタービンシステム１３と、タービンシステム１３で発生した電力により充電される第１電池装置１７１を有する蓄電システム１７と、タービンシステム１３で発生した電力により回転駆動される電動機部１２２により回転し、エンジン１１への吸入空気を圧縮する圧縮機構部１２１を有する圧縮機システム１２と、複数の補機１８２を有する補機電装システム１８と、を備えている。ターボ回生システム１Ａは、タービンシステム１３、圧縮機システム１２、蓄電システム１７、および補機電装システム１８が、電気的に並列に接続されている。

このような第１の実施の形態によれば、タービンシステム１３で発生した電力を補機電装システム１８に供給できる。これにより、エンジン１１に接続され、エンジン１１により回転駆動されて電力を発生するオルタネータの省略や、オルタネータの小型化を図ることができる。その結果、オルタネータによるエンジン負荷を低減することができる。

（２）補機電装システム１８は、補機１８２に電気的に並列に接続される第２電池装置１８１を有している。第１電池装置１７１は、第２電池装置１８１よりも充電抵抗が小さい。上述したように、第１電池装置１７１と第２電池装置１８１とは電気的に並列に接続されている。このような第１の実施の形態によれば、車両１０の減速時や停止時など、主に第１電池装置１７１の電力により補機１８２が駆動し、車両１０の加速時にはターボ回生発電機１３２で発生した電力により第１電池装置１７１が充電される。充電抵抗の小さい第１電池装置１７１が頻繁に使用される構成であるので、充電抵抗の大きい第２電池装置１８１が頻繁に使用される構成に比べて効率が良く、燃費を向上できる。

−第２の実施の形態−
図３〜図１０を参照して第２の実施の形態に係るターボ回生システム１Ｂについて説明する。図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号を付し、相違点を主に説明する。図３は、第２の実施の形態に係るターボ回生システム１Ｂの構成を示す図である。第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、第１電池装置１７１と第２電池装置１８１とを接続状態とするかまたは非接続状態とするかを切り換える切換装置が設けられている点である。

第２の実施の形態に係る切換装置は、蓄電システム１７Ｂに設けられた第１スイッチ１７３と、補機電装システム１８Ｂに設けられた第２スイッチ１８３を備えている。第１スイッチ１７３および第２スイッチ１８３のそれぞれが接続状態である場合、第１電池装置１７１と第２電池装置１８１とが接続状態となる。第１スイッチ１７３および第２スイッチ１８３のうち、少なくともいずれか一方が非接続状態である場合、第１電池装置１７１と第２電池装置１８１とが非接続状態となる。

第１スイッチ１７３は、電力バス１６と第１電池装置１７１との間に設けられ、第１電池装置１７１と、タービンシステム１３、圧縮機システム１２および補機電装システム１８Ｂとを接続状態とするかまたは非接続状態とするかを切り換える。第２スイッチ１８３は、電力バス１６と第２電池装置１８１との間に設けられ、第２電池装置１８１と、タービンシステム１３、圧縮機システム１２および蓄電システム１７Ｂとを接続状態とするかまたは非接続状態とするかを切り換える。第１スイッチ１７３および第２スイッチ１８３のオンとオフ、すなわち接続状態と非接続状態（切断状態）は、コントローラ２００により制御される。なお、第１スイッチ１７３および第２スイッチ１８３は、総称してスイッチとも記す。

図４は、車両１０に搭載されるコントローラ２００の機能ブロック図である。コントローラ２００にはエンジンコントローラ３００が接続されている。コントローラ２００およびエンジンコントローラ３００は、ＣＰＵや記憶装置であるＲＯＭおよびＲＡＭ、その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成されている。

エンジンコントローラ３００には、エンジン回転速度センサ３０１が接続されている。エンジン回転速度センサ３０１は、エンジン１１の実回転速度を検出し、検出信号をエンジンコントローラ３００に出力する。エンジンコントローラ３００は、エンジン回転速度センサ３０１で検出されたエンジン１１の実回転速度と、コントローラ２００からのエンジン１１の目標回転速度（指示値）とを比較して、エンジン１１の実回転速度を目標回転速度に近づけるように燃料噴射装置（不図示）を制御する。なお、エンジン１１の実回転速度の情報は、車両１０のＬＡＮ（Local Area Network）を介して、コントローラ２００にも入力される。

コントローラ２００には、第１電圧センサ４０１および第２電圧センサ４０２が接続されている。第１電圧センサ４０１は、第１電池装置１７１の端子電圧を検出し、検出信号をコントローラ２００に出力する。第２電圧センサ４０２は、第２電池装置１８１の端子電圧を検出し、検出信号をコントローラ２００に出力する。

コントローラ２００には、第１電流センサ４０３および第２電流センサ４０４が接続されている。第１電流センサ４０３は、第１電池装置１７１に流れる電流を検出し、検出信号をコントローラ２００に出力する。第２電流センサ４０４は、第２電池装置１８１に流れる電流を検出し、検出信号をコントローラ２００に出力する。

コントローラ２００には、車速センサ４０５が接続されている。車速センサ４０５は、車両１０の速度を検出し、検出信号をコントローラ２００に出力する。

コントローラ２００は、要充電判定部２０１と、停止判定部２０２と、エンジン制御部２０３と、モード設定部２０４と、充電率判定部２１１と、スイッチ制御部２１２と、充電電力推定部２１３と、電池電流推定部２１４と、充電電力判定部２１５と、出力アップ判定部２１６とを機能的に備えている。

要充電判定部２０１は、以下の（条件１Ａ）および（条件１Ｂ）のいずれかが成立している場合に、第１電池装置１７１の充電が必要であると判定する。要充電判定部２０１は、（条件１Ａ）および（条件１Ｂ）のいずれも成立していない場合に、第１電池装置１７１の充電が不要であると判定する。
（条件１Ａ） 第１電池装置の充電率Ｃｐ ＜ 下限値Ｃｐ１
（条件１Ｂ） 第１電池装置の放電可能電力Ｄｐ ＜ 下限値Ｄｐ１

下限値Ｃｐ１は、長期駐車において第１電池装置１７１の蓄電素子が劣化しないように実験で求められた数値であり、予め記憶装置に記憶されている。本実施の形態では、下限値Ｃｐ１を３０％程度とした。なお、第１電池装置１７１の蓄電素子をリチウムイオン電池に代えて、リチウムイオンキャパシタとした場合には、キャパシタは劣化しないため、下限値Ｃｐ１を０％とする。第１電池装置１７１の蓄電素子をニッケル水素電池とした場合には、３０％程度とすることが好ましい。

充電率の推定方法には、任意の方法を用いることができる。たとえば、特開２００５−８３７９８号公報や特開２００２−１８９０６６号公報に記載の充電率の推定方法を利用することができる。参考文献「足立修一・丸太一朗：カルマンフィルタの基礎, 東京電機大出版局, ２０１３年３月１０日第一版二刷発行」に記載されたカルマンフィルタを用いた手法により、充電率を推定してもよい。

下限値Ｄｐ１は、圧縮機システム１２の電動機部１２２を起動するための電力、および、複数の補機１８２のうち、起動に際し、必要な電力が最も高いもの（たとえばスタータ）を起動するための電力のうち、大きい方を採用する。

要充電判定部２０１は、以下の（条件２Ａ）および（条件２Ｂ）のいずれかが成立している場合に、第２電池装置１８１の充電が必要であると判定する。要充電判定部２０１は、（条件２Ａ）および（条件２Ｂ）のいずれも成立していない場合に、第２電池装置１８１の充電が不要であると判定する。
（条件２Ａ） 第２電池装置の充電率Ｃｃ ＜ 下限値Ｃｃ１
（条件２Ｂ） 第２電池装置の放電可能電力Ｄｃ ＜ 下限値Ｄｃ１

下限値Ｃｃ１は、長期駐車において第２電池装置１８１の蓄電素子が劣化しないように実験で求められた数値であり、予め記憶装置に記憶されている。本実施の形態では、下限値Ｃｃ１を８０％程度とした。なお、第２電池装置１８１の蓄電素子を鉛蓄電池に代えて、ニッケル亜鉛電池とした場合には、下限値Ｃｃ１を７０％程度とすることが好ましい。

下限値Ｄｃ１は、たとえば、複数の補機１８２にスタータが含まれている場合、スタータを駆動させるために必要な電力（たとえば３［ｋＷ］）が設定される。

なお、放電可能電力Ｄｐ，Ｄｃは、電池保護の観点より、連続して電池が流せる電力として、予め設定され、記憶装置に記憶されている。たとえば、１秒間放電ならば２［ｋＷ］、５秒間放電なら１［ｋＷ］、１０秒放電なら０．５［ｋＷ］、それ以降なら３００［Ｗ］として設定される。

なお、第２電池装置１８１の放電可能電力Ｄｃについては、次式（１）により設定してもよい。
Ｄｃ＝Ｖｍ×Ｖ２／（ｒｄ＋Ｒ） ・・・（１）
ここで、Ｖｍは、補機１８２を駆動させるのに必要な最低電圧［Ｖ］であり、たとえば、クランキングできる最低電圧として７．２［Ｖ］が予め設定される。Ｖ２は、第２電池装置１８１の開回路電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）である。ｒｄは、第２電池装置１８１の内部抵抗[Ω]である。

Ｒは、補機１８２（たとえば、スタータ）の抵抗最小値[Ω]である。Ｒは、予め測定した値が記憶装置に記憶されている。なお、コントローラ２００により、何回かスタータを駆動させ、スタータが駆動する前の電圧および電流、スタータが駆動しているときの電圧および電流の情報を取得し、電圧差／電流差−ｒｄを演算し、その平均値をＲとして記憶（学習）させてもよい。

停止判定部２０２は、車両１０が停止しているか否か、すなわち車両１０が走行していない状態であるか否かを判定する。停止判定部２０２は、車両１０の速度（以下、車速ｖと記す）が閾値ｖ０以下であるか否かを判定する。停止判定部２０２は、車速ｖが閾値ｖ０以下の場合、車両１０は停止していると判定し、車速ｖが閾値ｖ０よりも大きい場合、車両１０は走行していると判定する。閾値ｖ０は、車両１０が停止しているか否かを判定するための閾値であり、たとえば、０、あるいは０近傍の値（たとえば、０．５ｋｍ／ｈ）が採用され、予め記憶装置に記憶されている。

エンジン制御部２０３は、要充電判定部２０１により、第１電池装置１７１および第２電池装置１８１のうち、少なくともいずれかの充電が必要と判定された場合、すなわち、条件１Ａ、条件１Ｂ、条件２Ａおよび条件２Ｂのうち、少なくともいずれかが成立した場合、エンジンオン信号をエンジンコントローラ３００に出力する。エンジンコントローラ３００は、エンジンオン信号が入力されると、エンジン１１を始動する。

エンジン制御部２０３は、要充電判定部２０１により、第１電池装置１７１および第２電池装置１８１のうち、いずれも充電が不要と判定され、かつ、停止判定部２０２により、車両１０が停止していると判定された場合、エンジンオフ信号（アイドリングストップ信号）をエンジンコントローラ３００に出力する。エンジンコントローラ３００は、エンジンオフ信号が入力されると、エンジン１１を停止する。

モード設定部２０４は、充電電力Ｐが０以上であるか否かを判定し、充電電力Ｐが０以上の場合（Ｐ≧０）は充電モードを設定し、充電電力Ｐが０未満の場合（Ｐ＜０）は放電モードを設定する。充電電力Ｐは、後述の充電電力推定部２１３により演算される。

充電率判定部２１１は、第１電池装置１７１の充電率Ｃｐが上限値Ｃｐ２に達しているか否かを判定する。充電率判定部２１１は、第２電池装置１８１の充電率Ｃｃが上限値Ｃｃ２に達しているか否かを判定する。上限値Ｃｐ２，Ｃｃ２は、予め記憶装置に記憶されている。

スイッチ制御部２１２は、充電モードが設定されると、第１スイッチ１７３および第２スイッチ１８３のオン／オフを制御する。以下、詳細に説明する。

図５（ａ）は、要充電判定部２０１、および充電率判定部２１１による判定結果の組み合わせにより定められた並列接続検討フラグのオン／オフ制御を説明するテーブルである。スイッチ制御部２１２は、スイッチの切換制御に先立って、要充電判定部２０１による判定結果、および充電率判定部２１１による判定結果に基づいて、並列接続検討フラグをオンするか否かを判定する。

スイッチ制御部２１２は、要充電判定部２０１により、第１電池装置１７１および第２電池装置１８１のいずれも充電が必要であると判定された場合、並列接続検討フラグをオンする。スイッチ制御部２１２は、要充電判定部２０１により、第１電池装置１７１および第２電池装置１８１のいずれか一方のみの充電が必要であると判定された場合、並列接続検討フラグをオフする。

スイッチ制御部２１２は、要充電判定部２０１により、第１電池装置１７１および第２電池装置１８１のいずれも充電が不要であると判定された場合、以下の（条件３）が満たされているときには並列接続検討フラグをオンし、（条件３）が満たされていないときには並列接続検討フラグをオフする。
（条件３）第１電池装置１７１の充電率Ｃｐが上限値Ｃｐ２未満であり、かつ、第２電池装置１８１の充電率Ｃｃが上限値Ｃｃ２未満である。

図５（ｂ）は、要充電判定部２０１、および充電率判定部２１１による判定結果の組み合わせにより定められた第１スイッチ１７３および第２スイッチ１８３のオン／オフ制御を説明するテーブル（以下、第１テーブルと記す）である。なお、スイッチを接続状態とさせる制御信号をスイッチオン信号と記し、スイッチを切断、すなわちスイッチを非接続状態とさせる制御信号をスイッチオフ信号と記す。

スイッチ制御部２１２は、並列接続検討フラグがオフである場合、図５（ｂ）に示す第１テーブルに基づいて、スイッチのオン／オフ制御を行う。なお、並列接続検討フラグがオンである場合のスイッチのオン／オフ制御については、後述する。

スイッチ制御部２１２は、第１電池装置１７１の充電は不要であり、第２電池装置１８１の充電は必要であると判定されている場合、第１スイッチ１７３にスイッチオフ信号を出力し、第２スイッチ１８３にスイッチオン信号を出力する。

スイッチ制御部２１２は、第１電池装置１７１の充電は必要であり、第２電池装置１８１の充電は不要であると判定されている場合、第１スイッチ１７３にスイッチオン信号を出力し、第２スイッチ１８３にスイッチオフ信号を出力する。

第１電池装置１７１および第２電池装置１８１のいずれも充電は不要であると判定されている場合のスイッチ制御部２１２の制御内容について、以下、説明する。

スイッチ制御部２１２は、第１電池装置１７１の充電率Ｃｐが上限値Ｃｐ２未満であり、かつ、第２電池装置１８１の充電率が上限値Ｃｃ２以上であるとき、第１スイッチ１７３にスイッチオン信号を出力し、第２スイッチ１８３にスイッチオフ信号を出力する。

スイッチ制御部２１２は、第１電池装置１７１の充電率Ｃｐが上限値Ｃｐ２以上である場合、第２電池装置１８１の充電率Ｃｃにかかわらず、第１スイッチ１７３にスイッチオフ信号を出力し、第２スイッチ１８３にスイッチオン信号を出力する。

並列接続検討フラグがオンである場合のスイッチのオン／オフ制御について、以下、説明する。並列接続検討フラグがオンされると、充電電力推定部２１３により充電電力Ｐが推定演算され、充電電力判定部２１５により充電電力Ｐが閾値Ｐ１以下であるか否かが判定される。さらに、電池電流推定部２１４により第１電池装置１７１および第２電池装置１８１の電池電流が推定演算され、この演算結果に基づいて、横流判定部２１９により、横流が発生するか否かが判定される。スイッチ制御部２１２は、要充電判定部２０１、横流判定部２１９、および充電電力判定部２１５による判定結果に基づいて、スイッチのオン／オフ制御を行う。

充電電力推定部２１３は、次式（２）により、充電電力Ｐ［Ｗ］を推定する。
Ｐ＝ＰＧ−ＰＣ−ＰＡ ・・・（２）
ここで、ＰＧはターボ回生発電機１３２の発電電力であり、ＰＣは圧縮機構部１２１を駆動する電動機部１２２の消費電力であり、ＰＡは複数の補機１８２のそれぞれの消費電力の総和である。

充電電力推定部２１３は、エンジン１１の回転速度に基づいて、式（２）の「ターボ回生発電機の発電電力ＰＧ−電動機部の消費電力ＰＣ」を推定する。図６は、「ターボ回生発電機の発電電力ＰＧ−電動機部の消費電力ＰＣ」と、「エンジン回転速度」との関係を示す図である。図６のテーブルＤｔは、予めエンジン１１のベンチテストにて、所定のエンジン回転速度における、ターボ回生発電機１３２の発電電力ＰＧと圧縮機構部１２１を駆動する電動機部１２２の消費電力ＰＣとの差の計測結果に基づいて作成される。テーブルＤｔは、予めコントローラ２００の記憶装置に記憶されている。

充電電力推定部２１３は、テーブルＤｔを参照し、エンジン回転速度センサ３０１で検出されたエンジン回転速度に基づいて、ターボ回生発電機１３２の発電電力ＰＧと電動機部１２２の消費電力ＰＣとの差（ＰＧ−ＰＣ）を推定する。

充電電力推定部２１３は、式（２）の「補機１８２の消費電力ＰＡ」について、以下のようにして推定する。充電電力推定部２１３は、車両１０のＬＡＮに流れている各補機１８２のオン／オフ情報を読み込む。コントローラ２００の記憶装置には、予め複数の補機１８２のそれぞれに対応付けられた消費電力の情報からなる電力テーブルが記憶されている。充電電力推定部２１３は、電力テーブルを参照し、読み込んだ各補機１８２のオン／オフ情報により、補機１８２の消費電力ＰＡを推定する。

電池電流推定部２１４は、第１電池装置１７１と第２電池装置１８１を並列に接続したときの第１電池装置１７１に流れる電流（以下、電池電流ｉ１）と記す）および第２電池装置１８１に流れる電流（以下、電池電流ｉ２と記す）を推定する。

電池電流は、「電池装置に流れる電流×電池装置の端子電圧＝タービンシステム１３の発電電力ＰＧ―電動機部１２２の消費電力ＰＣ―補機１８２の消費電力ＰＡ＝充電電力Ｐ」とした方程式より導かれる。具体的には、電池電流推定部２１４は、式（３Ａ）により、電池電流ｉ１［Ａ］を推定し、式（３Ｂ）により、電池電流ｉ２［Ａ］を推定する。
ｉ１＝（Ｖ−Ｖ１）／ｒ１ ・・・（３Ａ）
ｉ２＝（Ｖ−Ｖ２）／ｒ２ ・・・（３Ｂ）

ここで、Ｖ１は、第１電池装置１７１の開回路電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）［Ｖ］であり、式（７）により表される。Ｖ２は、第２電池装置１８１の開回路電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）［Ｖ］であり、式（８）により表される。ｒ１は、第１電池装置１７１の内部抵抗[Ω]と、第１スイッチ１７３の抵抗[Ω]との和である。ｒ２は、第２電池装置１８１の内部抵抗[Ω]と、第２スイッチ１８３の抵抗[Ω]との和である。

内部抵抗ｒ１，ｒ２は、予め抵抗値を計測しておき、コントローラ２００の記憶装置に記憶されている。なお、第１スイッチ１７３および第２スイッチ１８３のオン／オフ時の電圧の変化、および電流の変化に基づいて、コントローラ２００により内部抵抗ｒ１，ｒ２を演算により推定してもよい。

式（３Ａ）および式（３Ｂ）におけるＶは、式（４）により表される。

ここで、Ｖ０は、ターボ回生発電機１３２の上限電圧［Ｖ］である。Ｖｂは、第１電池装置１７１および第２電池装置１８１の合成電圧であり、式（５）により表される。ｒは、第１電池装置１７１および第２電池装置１８１の合成抵抗であり、式（６）により表される。
Ｖｂ＝（ｒ２×Ｖ１＋ｒ１×Ｖ２）／（ｒ１＋ｒ２） ・・・（５）
ｒ＝ｒ１×ｒ２／（ｒ１＋ｒ２） ・・・（６）

開回路電圧Ｖ１は式（７）により表され、開回路電圧Ｖ２は式（８）により表される。
Ｖ１＝ｖ１−ｒ１×Ｉ１ ・・・（７）
Ｖ２＝ｖ２−ｒ２×Ｉ２ ・・・（８）

ここで、ｖ１は、第１電圧センサ４０１で検出された第１電池装置１７１の端子電圧［Ｖ］であり、ｖ２は、第２電圧センサ４０２で検出された第２電池装置１８１の端子電圧［Ｖ］である。Ｉ１は、第１電流センサ４０３で検出された第１電池装置１７１の電流［Ａ］であり、Ｉ２は、第２電流センサ４０４で検出された第２電池装置１８１の電流［Ａ］である。なお、ｉ１，ｉ２，Ｉ１およびＩ２は、正の値であれば充電側の電流値を表し、負の値であれば放電側の電流値を表す。

横流判定部２１９は、電池電流推定部２１４により演算された電池電流ｉ１，ｉ２に基づいて、第１スイッチ１７３および第２スイッチ１８３のそれぞれが接続状態になった場合に、横流発生の可能性があるか否かを推定する。横流とは、第１電池装置１７１と第２電池装置１８１との間で発生する複雑な迷走電流のことを指し、この横流が発生してしまうと、電池装置の内部抵抗によるジュール熱で大きな損失が生じるおそれがある。横流は、瞬間的に大電力を消費する動作が行われたとき（たとえばエンジン１１の始動時）などに発生する。横流判定部２１９は、電池電流ｉ１および電池電流ｉ２のいずれもが正の値である場合、横流発生の可能性はないと推定する。横流判定部２１９は、電池電流ｉ１が正の値であり、かつ、電池電流ｉ２が負の値である場合、横流発生の可能性があると推定する。横流判定部２１９は、電池電流ｉ１が負の値であり、かつ、電池電流ｉ２が正の値である場合、横流発生の可能性があると推定する。

充電電力判定部２１５は、充電電力Ｐが閾値Ｐ１以下であるか否かを判定する。閾値Ｐ１は、第１電池装置１７１で蓄えられる電力量（容量）と、高回転で高出力時の持続時間により予め決定され、記憶装置に記憶されている。

具体的に閾値Ｐ１の決定方法についての一例を説明する。第１電池装置１７１の電力量（容量）がトータルで７０［Ｗｈ］であったとする。第１電池装置１７１の使用充電率の範囲が３０［％］から７０［％］であった場合、使用できる電力量は７０×０．４＝３２［Ｗｈ］となる。タービンシステム１３が１［ｋＷ］以上発電する持続時間が、予め想定した走行パターンで１１５［秒］であったとする。この場合、１［ｋＷ］，１１５［秒］で第１電池装置１７１がフル充電されるならば１［ｋＷ］を閾値として設定する。なお、予め一回の発電に要する電力量を調査しておき、第１電池装置１７１の容量が満タンになるように閾値Ｐ１を設定してもよい。

図７は、横流判定部２１９、充電電力判定部２１５、および要充電判定部２０１による判定結果の組み合わせにより定められた第１スイッチ１７３および第２スイッチ１８３のオン／オフ制御を説明するテーブル（以下、第２テーブルと記す）である。

スイッチ制御部２１２は、並列接続検討フラグがオンされると、図７に示す第２テーブルを参照し、横流判定部２１９、充電電力判定部２１５、および要充電判定部２０１による判定結果に基づいて、スイッチのオン／オフ制御を行う。なお、上述したように、並列接続検討フラグがオンされる場合とは、図５に示したように、第１電池装置１７１および第２電池装置１８１のいずれも充電が必要または、いずれも充電が不要と判断された場合である。

横流判定部２１９により横流発生の可能性はないと判定され、かつ、充電電力Ｐが閾値Ｐ１以下であると判定された場合におけるスイッチ制御部２１２による制御（制御１および制御２）については、以下のとおりである。
（制御１）スイッチ制御部２１２は、第１電池装置１７１および第２電池装置１８１のいずれも充電が必要と判定された場合、第１スイッチ１７３および第２スイッチ１８３のそれぞれにスイッチオン信号を出力する。これは、横流の発生の懸念がなく、かつ、両電池装置において充電が必要とされている場合、両電池装置のそれぞれの充電率を上昇させることが好ましいためである。

（制御２）スイッチ制御部２１２は、第１電池装置１７１および第２電池装置１８１のいずれも充電が不要と判定された場合、第１スイッチ１７３にスイッチオフ信号を出力し、第２スイッチ１８３にスイッチオン信号を出力する。第２電池装置１８１は充電抵抗が大きく、充電率を上昇させるために時間がかかる。このため、第２電池装置１８１については、充電を必要としていない場合であっても、充電させることが好ましい。一方、第１電池装置１７１は、ターボ回生発電機１３２が高速で回転し、充電電力Ｐが閾値Ｐ１を超える状況となったときに充電できるように、ある程度、充電可能な容量を確保しておくことが好ましい。なお、第１スイッチ１７３および第２スイッチ１８３のそれぞれにスイッチオン信号を出力することとしてもよい。

（制御３）横流判定部２１９により横流発生の可能性はないと判定され、かつ、充電電力Ｐが閾値Ｐ１よりも大きいと判定された場合、スイッチ制御部２１２は、第１スイッチ１７３および第２スイッチ１８３のそれぞれにスイッチオン信号を出力する。第１電池装置１７１は、第２電池装置１８１に比べて容量が小さいので、直ぐに満充電となる場合がある。このため、電力が吸えなくなることを防ぐために、第２電池装置１８１も充電させることが好ましい。

横流判定部２１９により横流発生の可能性があると判定された場合、スイッチ制御部２１２は、横流の発生を防止するために、第１スイッチ１７３および第２スイッチ１８３の一方にスイッチオン信号を出力し、他方にスイッチオフ信号を出力して、第１電池装置１７１と第２電池装置１８１とを非接続状態とする。横流判定部２１９により横流発生の可能性があると判定された場合におけるスイッチ制御部２１２による制御（制御４〜制御６）については、以下のとおりである。

（制御４）スイッチ制御部２１２は、充電電力Ｐが閾値Ｐ１以下であると判定された場合、第１スイッチ１７３にスイッチオフ信号を出力し、第２スイッチ１８３にスイッチオン信号を出力する。第２電池装置１８１の充電抵抗は、第１電池装置１７１の充電抵抗に比べて大きいが、充電電力Ｐが小さい場合、充電電力Ｐが大きい場合に比べて充電率の上昇に与える充電抵抗の影響は小さい。このため、充電電力Ｐが小さい場合には、充電抵抗の大きい第２電池装置１８１を優先して充電する。

（制御５）スイッチ制御部２１２は、充電電力Ｐが閾値Ｐ１よりも大きいと判定され、かつ、第１電池装置１７１および第２電池装置１８１のいずれも充電が必要と判定された場合、第１スイッチ１７３にスイッチオフ信号を出力し、第２スイッチ１８３にスイッチオン信号を出力する。上述したように、第２電池装置１８１は、長期間に亘る駐車中の保安装置等の電力を確保し、長期駐車後に、エンジン１１を始動できるだけの電池容量が必要とされる。このため、第２電池装置１８１の充電が必要とされる場合、充電電力Ｐが高く、充電率の上昇に与える充電抵抗の影響が大きくても、すなわち損失が大きくても、緊急と判断し、第２電池装置１８１を充電する。

（制御６）スイッチ制御部２１２は、充電電力Ｐが閾値Ｐ１よりも大きいと判定され、かつ、第１電池装置１７１および第２電池装置１８１のいずれも充電が不要と判定された場合、第１スイッチ１７３にスイッチオン信号を出力し、第２スイッチ１８３にスイッチオフ信号を出力する。充電電力Ｐが大きい場合、充電率の上昇に与える充電抵抗の影響が大きいので、充電抵抗の小さい第１電池装置１７１を優先して充電する。

スイッチ制御部２１２は、放電モードが設定されると、第１スイッチ１７３にスイッチオン信号を出力し、第２スイッチ１８３にスイッチオフ信号を出力する。放電モードでは、第１電池装置１７１からの電力を電動機部１２２に供給し、第２電池装置１８１からの電力を補機１８２に供給する。

出力アップ判定部２１６は、ターボ回生発電機１３２の出力アップが必要か否かを判定する。ターボ回生発電機１３２の出力アップが必要か否かとは、車両１０のシステム全体として充電モードへの移行が必要か否か、あるいは放電モードの終了条件が成立したか否かと同義である。

出力アップ判定部２１６は、第１電池装置１７１および第２電池装置１８１のうち、少なくともいずれか一方の充電が必要であると判定された場合、すなわち、上述の（条件１Ａ）、（条件１Ｂ）、（条件２Ａ）および（条件２Ｂ）のいずれかが成立している場合に、ターボ回生発電機１３２の出力アップが必要であると判定する。

エンジン制御部２０３は、ターボ回生発電機１３２の出力アップが必要と判定された場合、車両１０のＬＡＮに流れている情報に基づいて、エンジン１１がオフされているか否か（すなわちアイドリングストップ中であるか否か）を判定する。エンジン制御部２０３は、エンジン１１がオフされている場合、エンジンコントローラ３００にエンジン１１を始動させる制御信号（エンジンオン信号）を出力する。

エンジン制御部２０３は、エンジンがオンされている場合、エンジンコントローラ３００にエンジン１１の回転速度を増加させる制御信号を出力する。エンジン１１の回転速度を増加させることで、ターボ回生発電機１３２の発電電力を増加させることができる。なお、エンジン１１と車輪とがクラッチで接続されている状態（たとえば、走行中）では、エンジン１１の回転速度が増加すると、車輪速が増加してしまう。このため、無段変速機（ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）を採用し、ＣＶＴの変速比を変えることで、目標車輪速になるように制御することが好ましい。

モード設定部２０４は、ターボ回生発電機１３２の出力アップが不要と判定された場合、放電モードを終了する。

図８〜図１０は、第２の実施の形態に係るコントローラ２００により実行されるスイッチ切換処理プログラムによる処理内容の一例を示すフローチャートである。図８のフローチャートに示す処理は、イグニッションスイッチ（不図示）のオンにより開始され、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。なお、コントローラ２００は、イグニッションスイッチがオフされたか否かを監視しており、イグニッションスイッチがオフされた場合、図８に示す処理を終了する。なお、図示しないが、第１電池装置１７１および第２電池装置１８１の充電率、端子電圧、エンジン回転速度、車速等の情報の取得は、制御周期毎に繰り返し行われている。

ステップＳ１００において、コントローラ２００は、第１電池装置１７１および第２電池装置１８１のうち、少なくともいずれか一方の充電が必要か否かを判定する。ステップＳ１００で肯定判定されるとステップＳ１１０へ進み、ステップＳ１００で否定判定されるとステップＳ１１５へ進む。

ステップＳ１１０において、コントローラ２００は、エンジンオン信号をエンジンコントローラ３００に出力し、ステップＳ１３０へ進む。ステップＳ１１５において、コントローラ２００は、車両１０が停止しているか否かを判定する。ステップＳ１１５で肯定判定されるとステップＳ１２０へ進み、ステップＳ１１５で否定判定されるとステップＳ１３０へ進む。

ステップＳ１２０において、コントローラ２００は、エンジンオフ信号をエンジンコントローラ３００に出力し、ステップＳ１３０へ進む。

ステップＳ１３０において、コントローラ２００は、充電電力Ｐが０以上か否かを判定する。ステップＳ１３０で肯定判定されるとステップＳ１４０へ進み、ステップＳ１３０で否定判定されるとステップＳ１５０へ進む。

ステップＳ１４０において、コントローラ２００は、充電モードを設定する。図９は、充電モードが設定された場合のコントローラ２００による処理内容の一例を示している。充電モードが設定されると、図９のフローチャートに示す処理が実行される。

ステップＳ１４１０において、コントローラ２００は、並列接続検討フラグの設定（オンまたはオフ）を行って、ステップＳ１４２０へ進む。ステップＳ１４２０において、コントローラ２００は、並列接続検討フラグがオンであるか否かを判定する。ステップＳ１４２０で肯定判定されると、ステップＳ１４３０へ進む。ステップＳ１４２０で否定判定されると、ステップＳ１４６０へ進む。

ステップＳ１４３０において、コントローラ２００は、充電電力Ｐを演算し、ステップＳ１４４０へ進む。ステップＳ１４４０において、コントローラ２００は、横流発生の可能性を推定する。すなわち、コントローラ２００は、第１電池装置１７１および第２電池装置１８１のうちのいずれか一方が充電状態であり、かつ、他方が放電状態であるか否かを判定し、肯定判定されると横流発生の可能性ありと推定し、否定判定されると横流発生の可能性なしと推定する。

ステップＳ１４５０において、コントローラ２００は、図７に示す第２テーブルに基づいて第１スイッチ１７３および第２スイッチ１８３のオン／オフ制御を行って、メインルーチン（図８参照）にリターンする。

図９に示すステップＳ１４１０において並列接続検討フラグがオフとされ、ステップＳ１４２０で否定判定されると、ステップＳ１４６０において、コントローラ２００は、図５（ｂ）に示す第１テーブルに基づいて第１スイッチ１７３および第２スイッチ１８３のオン／オフ制御を行って、メインルーチン（図８参照）にリターンする。

図８に示すように、ステップＳ１５０において、コントローラ２００は、放電モードを設定する。図１０は、放電モードが設定された場合のコントローラ２００による処理内容の一例を示している。放電モードが設定されると、図１０のフローチャートに示す処理が実行される。

ステップＳ１５１０において、コントローラ２００は、第１スイッチ１７３にスイッチオン信号を出力し、第２スイッチ１８３にスイッチオフ信号を出力し、ステップＳ１５２０へ進む。

ステップＳ１５２０において、コントローラ２００は、ターボ回生発電機１３２の出力アップが必要か否かを判定する。ステップＳ１５２０で肯定判定されると、ステップＳ１５３０へ進み、ステップＳ１５２０で否定判定されると、メインルーチン（図８参照）にリターンする。

ステップＳ１５３０において、コントローラ２００は、エンジン１１がオフされているか否かを判定する。ステップＳ１５３０で肯定判定されるとステップＳ１５４０へ進み、ステップＳ１５３０で否定判定されるとステップＳ１５５０へ進む。

ステップＳ１５４０において、コントローラ２００は、エンジン１１を始動させる制御信号（エンジンオン信号）をエンジンコントローラ３００に出力し、メインルーチン（図８参照）にリターンする。

ステップＳ１５５０において、コントローラ２００は、エンジン１１の回転速度を増加させる制御信号をエンジンコントローラ３００に出力し、メインルーチン（図８参照）にリターンする。

このような第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の作用効果に加えて、次の作用効果が得られる。
（３）第１電池装置１７１と第２電池装置１８１とを接続状態とするかまたは非接続状態とするかを切り換える切換装置を設けた。切換装置により第１電池装置１７１と第２電池装置１８１を非接続状態とすることで、第１電池装置１７１と第２電池装置１８１との間で横流が発生することを防止できる。

（４）切換装置は、第１電池装置１７１とターボ回生発電機１３２とを接続状態とするかまたは非接続状態とするかを切り換える第１スイッチ１７３を有している。これにより、ターボ回生発電機１３２で発電した電力により第１電池装置１７１を充電させるか否かを選択できる。
（５）切換装置は、第２電池装置１８１とターボ回生発電機１３２とを接続状態とするかまたは非接続状態とするかを切り換える第２スイッチ１８３を有している。これにより、ターボ回生発電機１３２で発電した電力により第２電池装置１８１を充電させるか否かを選択できる。

（６）第１スイッチ１７３は、第１電池装置１７１と圧縮機システム１２とを接続状態とするかまたは非接続状態とするかを切換可能とされている。ターボ回生発電機１３２が発電していない場合、第１スイッチ１７３により第１電池装置１７１と圧縮機システム１２とが接続状態とされる（ステップＳ１３０でＮｏ→ステップＳ１５１０）。これにより、たとえば、減速後の再加速直後や発進直後など、発電電力ＰＧが小さいとき（充電電力Ｐ＜０のとき）には、第１電池装置１７１による電力で圧縮機システム１２の駆動をアシストし、過渡応答遅れ（ターボラグ）を改善することができる。
（７）ターボ回生発電機１３２が発電していない場合、第２スイッチ１８３により第２電池装置１８１とターボ回生発電機１３２とが非接続状態とされる（ステップＳ１３０でＮｏ→ステップＳ１５１０）。これにより、ターボ回生が行われていないときには、第２電池装置１８１による電力で補機１８２を駆動することができる。
（８）ターボ回生発電機１３２が発電していない場合、上記（６）（７）のとおり、第１スイッチ１７３を接続状態とし、第２スイッチ１８３を非接続状態とした。これにより、ターボ回生が行われていないときには、第１電池装置１７１から第２電池装置１８１へ電力が供給されることを防止できるので、第１電池装置１７１から第２電池装置１８１へ電力が供給される場合に比べて効率を向上できる。

（９）ターボ回生発電機１３２の発電電力ＰＧが所定値よりも小さい場合、換言すれば、充電電力Ｐが０以上であり、かつ所定値（閾値Ｐ１）以下である場合、第１スイッチ１７３により第１電池装置１７１とターボ回生発電機１３２とが非接続状態とされ、かつ、第２スイッチ１８３により第２電池装置１８１とターボ回生発電機１３２とが接続状態とされる。このため、ターボ回生発電機１３２で発生した電力は、圧縮機システム１２と補機電装システム１８Ｂに供給され、第１電池装置１７１には供給されない。ここで、充電電力Ｐが０以上、かつ所定値（閾値Ｐ１）以下である状態となる機会は、他の状態に比べて多いので、上記状態においてターボ回生発電機１３２で発生した電力を第１電池装置１７１に供給させる場合、第１電池装置１７１が充電される時間が長くなり、第１電池装置１７１の充電容量を大きくする必要性が生じる。本実施の形態によれば、発電電力ＰＧが所定値よりも小さい場合において、第１電池装置１７１が充電される場合に比べて、第１電池装置１７１の容量を小さくできる。

（１０）切換装置は、ターボ回生発電機１３２の発電電力ＰＧが所定値よりも大きい場合、換言すれば、充電電力Ｐが所定値（閾値Ｐ１）よりも大きい場合、第１スイッチ１７３により第１電池装置１７１とターボ回生発電機１３２とが接続状態とされ、かつ、第２スイッチ１８３により第２電池装置１８１とターボ回生発電機１３２とが接続状態とされる。第１スイッチ１７３が接続状態となるので、高回転（高出力）運転時のエネルギーを充電抵抗の小さい第１電池装置１７１により回収することができ、燃費を向上できる。さらに、第２スイッチ１８３が接続状態となるので、第１電池装置１７１が満充電となった後、電力が吸えなくなることを防ぐことができる。

−第３の実施の形態−
図１１〜図１３を参照して、第３の実施の形態に係るターボ回生システム１Ｃについて説明する。図中、第２の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号を付し、相違点を主に説明する。図１１は、第３の実施の形態に係るターボ回生システム１Ｃの構成を示す図である。第３の実施の形態が第２の実施の形態と異なる点は、補機電装システム１８Ｃにおいて、ＤＣＤＣコンバータ１８６が設けられている点である。

補機１８２および第２電池装置１８１は、ＤＣＤＣコンバータ１８６および第２スイッチ１８３を介して電力バス１６と接続されている。第３の実施の形態では、第１電池装置１７１やターボ回生発電機１３２の端子電圧は、４８Ｖとされている。なお、第１電池装置１７１やターボ回生発電機１３２の端子電圧は、４８Ｖよりも高い電圧としてもよい。ＤＣＤＣコンバータ１８６は、ターボ回生発電機１３２で発電された電力、または第１電池装置１７１に蓄えられた電力を１４Ｖに降圧させる一方向ＤＣＤＣコンバータである。

ＤＣＤＣコンバータ１８６は、チョッパ回路で構成してもよい。このチョッパ回路の例としては参考文献「安部 征哉, 財津 俊行：スイッチング電源制御設計の基礎，日経ＢＰ社」に記載のものがある。

なお、本実施形態では、補機１８２のうち、比較的大きな電力を必要とするもの（たとえば、スタータや、電気式エアコン用コンプレッサ）を電力バス１６に接続してもよい。

図１２は、第３の実施の形態に係るコントローラ２００Ｃの機能ブロック図である。第３の実施の形態では、第２の実施の形態で説明したコントローラ２００に代えて、コントローラ２００Ｃを備えている。コントローラ２００Ｃは、さらに、電圧調整部３１７を機能的に備えている。

電圧調整部３１７は、図示しないレギュレータに制御信号を出力し、予め定められた電圧範囲内で発電するように、レギュレータによりターボ回生発電機１３２の電圧を調整する。電圧調整部３１７は、ターボ回生発電機１３２の発電電力ＰＧに応じて、電圧調整用の制御信号を生成する。ターボ回生発電機１３２の電圧は、レギュレータにより、たとえば、３２Ｖから５２Ｖ、３０Ｖから４８Ｖ、または３２Ｖから５２Ｖに変更される。

ターボ回生発電機１３２は、定電力発電および定電流発電のいずれか一方、または両方のモードで駆動される。なお、ターボ回生発電機１３２の電圧は、予め定められた電圧範囲内では、第１電池装置１７１の電圧、第１電池装置１７１の抵抗、ターボ回生発電機１３２が発電した電力または電流によって決まることになるが、レギュレータ（不図示）により電圧が調整される。

電圧調整部３１７は、充電率判定部２１１により、第１電池装置１７１の充電率Ｃｐが上限値Ｃｐ２以上であると判定された場合、ターボ回生発電機１３２の発電電圧を第１電池装置１７１の開回路電圧に設定する。これにより、第１電池装置１７１の充電を禁止して、第１電池装置１７１の過充電を防止できる。

図１３は、第３の実施の形態に係るコントローラ２００Ｃにより実行されるエンジン回転速度制御および電圧調整制御処理プログラムによる処理内容の一例を示すフローチャートである。図１３のフローチャートに示す処理は、イグニッションスイッチ（不図示）のオンにより開始され、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。なお、コントローラ２００Ｃは、イグニッションスイッチがオフされたか否かを監視しており、イグニッションスイッチがオフされた場合、図１３に示す処理を終了する。なお、図示しないが、第１電池装置１７１の充電率、端子電圧、エンジン回転速度、車速等の情報の取得は、制御周期毎に繰り返し行われている。

第３の実施の形態では、コントローラ２００Ｃが第１電池装置１７１の充電状態、ターボ回生発電機１３２の発電状況に応じて、エンジン１１の回転速度や、ターボ回生発電機１３２の電圧を制御する。

図１３のフローチャートは、図８のフローチャートのステップＳ１００とステップＳ１１０との間にステップＳ２０５の処理が追加され、ステップＳ２０５とステップＳ１３０との間にステップＳ２１５の処理が追加されている。さらに、ステップＳ１３０とステップＳ１４０の間にステップＳ２３３およびステップＳ２３６の処理が追加されている。

ステップＳ２０５において、コントローラ２００Ｃは、エンジン１１がオフされているか否かを判定する。ステップＳ２０５で肯定判定されるとステップＳ１１０へ進み、ステップＳ２０５で否定判定されるとステップＳ２１５へ進む。

ステップＳ２１５において、コントローラ２００Ｃは、エンジン１１の回転速度を増加させる制御信号を出力し、ステップＳ１３０へ進む。ステップＳ１３０で肯定判定されるとステップＳ２３３へ進む。

ステップＳ２３３において、コントローラ２００Ｃは、第１電池装置１７１の充電率Ｃｐが上限値Ｃｐ２以上であるか否かを判定する。ステップＳ２３３で肯定判定されるとステップＳ２３６へ進み、ステップＳ２３３で否定判定されるとステップＳ１４０へ進む。

ステップＳ２３６において、コントローラ２００Ｃは、ターボ回生発電機１３２に制御信号を出力し、ターボ回生発電機１３２の電圧を第１電池装置１７１の開回路電圧に調整して、ステップＳ１４０へ進む。

なお、充電モードおよび放電モードにおける処理の内容は、第２の実施の形態で説明した処理と同様であるが、以下の点が第２の実施の形態とは異なる。スイッチ制御部２１２は、第１電池装置１７１の充電は不要であり、第２電池装置１８１の充電は必要であると判定されている場合、第１スイッチ１７３および第２スイッチ１８３のそれぞれにスイッチオン信号を出力する。

このような第３の実施の形態によれば、第２の実施の形態と同様の作用効果に加え、次の作用効果が得られる。
（１１）蓄電システム１７の電圧は、補機電装システム１８Ｃの電圧よりも高い。補機電装システム１８Ｃは、蓄電システム１７からの高電圧電力を低電圧電力に変換して、補機１８２に供給するＤＣＤＣコンバータ１８６を有している。電力バス１６に流れる電流を小さくして、損失を低減することができので、電力バス１６を構成する電力線の小径化を図ることができる。

−第４の実施の形態−
図１４を参照して、第４の実施の形態に係るターボ回生システム１Ｄについて説明する。図中、第３の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号を付し、相違点を主に説明する。図１４は、第４の実施の形態に係るターボ回生システム１Ｄの構成を示す図である。第４の実施の形態が第３の実施の形態と異なる点は、タービンシステム１３と圧縮機システム１２とを接続する電力バス１６に第３スイッチ１９３が設けられている点である。

第３スイッチ１９３は、タービンシステム１３と圧縮機システム１２とを接続状態とするかまたは非接続状態とするかを切換可能とされている。第３スイッチ１９３のオン／オフ、すなわち接続／非接続は、コントローラ２００Ｃ（図１２参照）により制御される。

図１２に示すスイッチ制御部２１２は、放電モードが設定されると、第１スイッチ１７３にスイッチオン信号を出力し、第２スイッチ１８３にスイッチオフ信号を出力するとともに、第３スイッチ１９３にスイッチオン信号を出力する。

スイッチ制御部２１２は、充電モードが設定されると、充電電力Ｐが閾値Ｐ１未満の場合には、第１スイッチ１７３および第２スイッチ１８３のそれぞれにスイッチオン信号を出力するとともに、第３スイッチ１９３にスイッチオフ信号を出力する。スイッチ制御部２１２は、第１電池装置１７１の充電は不要であり、第２電池装置１８１の充電は必要であると判定されている場合、第１スイッチ１７３にスイッチオフ信号を出力し、第２スイッチ１８３にスイッチオン信号を出力するとともに、第３スイッチ１９３にスイッチオフ信号を出力する。
これにより、ターボ回生発電機１３２で発生した電力が圧縮機システム１２に供給されることを防止できる。その結果、第２電池装置１８１への電力供給量を増加することができる。

スイッチ制御部２１２は、第１電池装置１７１の充電は必要であり、第２電池装置１８１の充電は不要であると判定されている場合、第１スイッチ１７３にスイッチオン信号を出力し、第２スイッチ１８３にスイッチオフ信号を出力するとともに、第３スイッチ１９３にスイッチオン信号を出力する。
これにより、第２、第３の実施の形態と同様、ターボ回生発電機１３２で発生した電力を圧縮機システム１２の電動機部１２２に供給して電動機部１２２を駆動することができるとともに、余剰電力を第１電池装置１７１に供給して第１電池装置１７１を充電することができる。

このような第４の実施の形態によれば、第３の実施の形態と同様の作用効果に加え、次の作用効果が得られる。
（１２）ターボ回生発電機１３２と圧縮機システム１２の電動機部１２２とを接続状態とするかまたは非接続状態とするかを切り換える第３スイッチ１９３を有している。これにより、緊急に第２電池装置１８１を充電させることが必要になった場合に第３スイッチ１９３をオフ（非接続状態）にすることで、ターボ回生発電機１３２で発生した電力が圧縮機システム１２に供給されることを防止できる。その結果、第２電池装置１８１への電力供給量を増加することができる。

−第５の実施の形態−
図１５〜図１７を参照して、第５の実施の形態に係るターボ回生システム１Ｅについて説明する。図中、第３の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号を付し、相違点を主に説明する。図１５は、第５の実施の形態に係るターボ回生システム１Ｅの構成を示す図である。第５の実施の形態が第３の実施の形態と異なる点は、電力バス１６に車両１０を駆動させる走行駆動システム（以下、単に駆動システム１９と記す）が接続されている点である。駆動システム１９は、タービンシステム１３、圧縮機システム１２、蓄電システム１７および補機電装システム１８に並列に接続されている。

駆動システム１９は、走行電動機１９１とインバータ１９２を備えている。走行電動機１９１は、走行装置を構成するプロペラシャフト（駆動軸）に設けられた発電電動機（Ｇ／Ｍ）である。走行電動機１９１は、円筒形状のロータと電機子巻線が巻回された円筒形状のステータとを有し、ロータの中空部にプロペラシャフトが圧入されることで、ロータとプロペラシャフトとが一体となっている。

インバータ１９２は、直流電力を交流電力に、または、交流電力を直流電力に変換する電力変換装置である。走行電動機１９１は、インバータ１９２で変換された三相交流電力により駆動されて回転トルクを発生する。走行電動機１９１で発生した回転トルクは、プロペラシャフトやデファレンシャル装置、アクスル等を介して、車輪（駆動輪）に伝達される。

一方、回生制動の運転時（すなわち減速回生時）には、車輪から伝達される回転トルクにより走行電動機１９１が回転して、三相交流電力が発生する。走行電動機１９１で発生した三相交流電力は、インバータ１９２により直流電力に変換され、第１電池装置１７１に供給され、第１電池装置１７１が充電される。走行電動機１９１で発生した三相交流電力は、インバータ１９２により直流電力に変換され、ＤＣＤＣコンバータ１８６を介して第２電池装置１８１に供給され、第２電池装置１８１が充電される。なお、インバータ１９２は、電圧変換機を備えたものを採用してもよい。

本実施の形態では、タービンシステム１３によるターボ回生により得られる電力と、駆動システム１９による減速回生により得られる電力を以下で説明するように、第１電池装置１７１および第２電池装置１８１へ供給する。

車両１０が加速している状態では、タービンシステム１３によるターボ回生が行われているが、駆動システム１９による減速回生は行われない。一方、車両１０が減速している状態では、燃料がエンジン１１へ供給されておらず、タービンシステム１３によるターボ回生は行われていないが、駆動システム１９による減速回生は行われる。

つまり、ターボ回生発電機１３２と走行電動機１９１とが同時に発電することはない。しかしながら、本実施の形態では、第３の実施の形態に比べて発電電力量が大きくなる。そこで、本実施の形態では、エネルギーマネージメントにより電力タイムシェアリングを行う。

図１６は、第５の実施の形態に係るコントローラ２００Ｅの機能ブロック図である。コントローラ２００Ｅは、ターボ回生により第１電池装置１７１を走行時にも充電しておき、発進、加速時にエンジン１１が駆動する機会を減らすように各部を制御する。第５の実施の形態では、第３の実施の形態で説明したコントローラ２００Ｃに代えて、コントローラ２００Ｅを備えている。コントローラ２００Ｅは、第２の実施の形態（図４参照）で説明したモード設定部２０４、充電率判定部２１１およびスイッチ制御部２１２の機能に加え、以下で詳細に説明する機能を備えたモード設定部２０４Ｅ、充電率判定部２１１Ｅおよびスイッチ制御部２１２Ｅを備えている。コントローラ２００Ｅには、インバータ１９２が接続され、インバータ１９２を構成するスイッチング半導体素子がコントローラ２００Ｅからの制御信号により、制御される。

モード設定部２０４Ｅは、充電電力Ｐが０以上であるか否かを判定し、充電電力Ｐが０以上の場合（Ｐ≧０）は、ターボ回生発電機１３２が発電中である、すなわち走行電動機１９１は発電中でないと判定し、ターボ回生充電モードを設定する。ターボ回生充電モードは、第２の実施の形態で説明した充電モードに相当する（図９参照）。なお、本実施の形態にターボ回生充電モードでは、第１電池装置１７１の充電率Ｃｐが式（９）で演算されるターボ回生目標充電率Ｃｐ３となるまで第１電池装置１７１の充電が行われる。

モード設定部２０４Ｅは、充電電力Ｐが０未満の場合（Ｐ＜０）、車両１０のＬＡＮからの情報に基づいて、減速回生中であるか否かを判定する。または、モード設定部２０４Ｅは、走行電動機１９１が発電しているか否かを判定し、発電している場合に減速回生中であると判定し、発電していない場合に減速回生中でないと判定する。モード設定部２０４Ｅは、減速回生中である場合、減速回生充電モードを設定する。

スイッチ制御部２１２Ｅは、減速回生充電モードが設定されると第１スイッチ１７３にスイッチオン信号を出力する。これにより、走行電動機１９１で発生した電力が第１電池装置１７１に供給され、第１電池装置１７１が充電される。なお、スイッチ制御部２１２Ｅは、減速回生充電モードが設定された場合、第２スイッチ１８３にスイッチオン信号を出力してもよい。この場合、走行電動機１９１で発生した電力が第２電池装置１８１にも供給され、第２電池装置１８１が充電される。

モード設定部２０４Ｅは、減速回生中でない場合であって、かつ、停止判定部２０２により、車両１０が停止していると判定された場合、アイドリングストップ放電モードを設定する。スイッチ制御部２１２Ｅは、アイドリングストップ放電モードが設定されると、第１スイッチ１７３にスイッチオン信号を出力し、第２スイッチ１８３にスイッチオフ信号を出力する。

モード設定部２０４Ｅは、車両１０が停止していないと判定された場合、要充電判定部２０１での判定結果に応じて、エンジン駆動モードおよび力行放電モードのいずれかを設定する。要充電判定部２０１により、第１電池装置１７１の充電が必要であると判定されると、モード設定部２０４Ｅはエンジン駆動モードを設定する。エンジン駆動モードが設定されると、エンジン制御部２０３Ｅは、エンジンオン信号をエンジンコントローラ３００に出力する。

要充電判定部２０１により、第１電池装置１７１の充電が不要であると判定されると、モード設定部２０４Ｅは力行放電モードを設定する。つまり、第１電池装置１７１の充電率Ｃｐおよび放電可能電力Ｄｐが下限値以上である場合には、走行電動機１９１を駆動源として走行系を駆動し、第１電池装置１７１の充電率Ｃｐおよび放電可能電力Ｄｐのいずれかが下限値未満の場合には、エンジン１１を駆動源として走行系を駆動する。

スイッチ制御部２１２Ｅは、力行放電モードが設定されると第１スイッチ１７３にスイッチオン信号を出力する。これにより、第１電池装置１７１の電力により走行電動機１９１が駆動され、車両が走行する。なお、スイッチ制御部２１２Ｅは、力行放電モードが設定された場合であって、かつ、第２電池装置１８１の充電が不要であると判定された場合には第２スイッチ１８３にスイッチオフ信号を出力し、第２電池装置１８１の充電が必要であると判定された場合には第２スイッチ１８３にスイッチオン信号を出力する。これにより、第２電池装置１８１を緊急で充電する場合には、第１電池装置１７１からの電力を第２電池装置１８１に供給することができる。

充電率判定部２１１Ｅは、ターボ回生充電モードが設定されると、第１電池装置１７１の充電率Ｃｐがターボ回生目標充電率Ｃｐ３以上であるか否かを判定する。ターボ回生目標充電率Ｃｐ３は、一度の減速回生で充電できるエネルギー分を加味した充電率に相当する。ターボ回生目標充電率Ｃｐ３は、式（９）により表される。
Ｃｐ３＝Ｃｐ２−Ｅｒ／（Ｖａ×Ｑｍａｘ） ・・・（９）
ここで、Ｑｍａｘは第１電池装置１７１の容量[Ａｈ]であり、予め記憶装置に記憶されている。

Ｖａは、回生時における第１電池装置１７１の平均電圧[Ｖ]である。平均電圧Ｖａは、種々の方法により求めることができる。簡易的に平均電圧Ｖａを決定する方法として、充電率Ｃｐの上限値Ｃｐ２における電圧Ｅｆを採用してもよい。

第１電池装置１７１がリチウムイオン電池を１２個直列した構成であり、充電率Ｃｐの上限値Ｃｐ２（たとえば０．７）における電圧Ｅｆがリチウムイオン電池一本当たり３．８Ｖである場合、平均電圧は４５．６Ｖとなる。

Ｅｒは回生可能エネルギーであり、次式（１０）で表される。
Ｅｒ＝Ｅｋ×ηｍ×ηｉ×ηｒ ［Ｗｈ］ ・・・（１０）
ここで、ηｍは、走行電動機１９１のモータ効率であって、走行電動機１９１の諸元により決まる値（たとえば、０．９〜０．９５）であり、予め記憶装置に記憶されている。ηｉは、インバータ１９２のインバータ効率であって、インバータ１９２の諸元により決まる値であり、予め記憶装置に記憶されている。

ηｒは、実回生効率であり、ハイブリッド自動車が減速の際に機械式摩擦ブレーキと併用するために機械式摩擦ブレーキで消費するエネルギーとの割合を示す値である。実回生効率ηｒは、車両１０の設計により決まる値であり、たとえば０．５という値が採用され、予め記憶装置に記憶されている。Ｅｋは車両１０の運動エネルギー（１／２×ｍ×ｖ×ｖ）であって、車両１０の速度（車速ｖ）と車体重量ｍにより決まる値である。車体重量ｍは、予め記憶装置に記憶されている。

回生可能エネルギーＥｒは、コントローラ２００Ｅにより演算される。回生可能エネルギーの演算の一例を挙げる。たとえば、モータ効率ηｍが０．９、インバータ効率ηｉが０．９、実回生効率ηｒが０．５、車体重量が１０００ｋｇであると仮定し、車速が２０［ｍ／ｓ］である場合、転がり抵抗や空力抵抗を無視すれば、回生可能エネルギーＥｒは、式（１０）により、０．５×１０００×２０×２０×０．９×０．９×０．５／３６００＝２２．５［Ｗｈ］となる。

第１電池装置１７１の容量Ｑｍａｘが５［Ａｈ］である場合、ターボ回生目標充電率Ｃｐ３は、式（９）により、０．７−０．０９８＝０．６０２となる。この場合、第１電池装置１７１の充電率Ｃｐがターボ回生目標充電率Ｃｐ３＝６０．２[％]になるまで、ターボ回生による第１電池装置１７１の充電が継続される。

図１７は、第５の実施の形態に係るコントローラ２００Ｅにより実行されるターボ回生と減速回生の共存制御プログラムによる処理内容の一例を示すフローチャートである。図１７のフローチャートに示す処理は、イグニッションスイッチ（不図示）のオンにより開始され、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。なお、コントローラ２００Ｅは、イグニッションスイッチがオフされたか否かを監視しており、イグニッションスイッチがオフされた場合、図１７に示す処理を終了する。なお、図示しないが、第１電池装置１７１および第２電池装置１８１の充電率、端子電圧、エンジン回転速度、車速等の情報の取得は、制御周期毎に繰り返し行われている。

ステップＳ４００において、コントローラ２００Ｅは、充電電力Ｐが０以上か否かを判定する。ステップＳ４００で肯定判定されるとステップＳ４１０へ進み、ターボ回生充電モードを設定し、ステップＳ４００で否定判定されるとステップＳ４２０へ進む。

ステップ４２０において、コントローラ２００Ｅは、減速回生中か否かを判定する。ステップＳ４２０で肯定判定されるとステップＳ４３０へ進み、回生充電モードを設定し、ステップＳ４２０で否定判定されるとステップＳ４４０へ進む。

ステップＳ４４０において、コントローラ２００Ｅは、車両１０が停止しているか否かを判定する。ステップＳ４４０で肯定判定されるとステップＳ４５０へ進み、アイドリングストップ放電モードを設定し、ステップＳ４４０で否定判定されるとステップＳ４６０へ進む。

ステップＳ４６０において、コントローラ２００Ｅは、第１電池装置１７１の充電が必要か否かを判定する。ステップＳ４６０で肯定判定されるとステップＳ４７０へ進み、エンジン駆動モードを設定し、ステップＳ４６０で否定判定されるとステップＳ４８０へ進み、力行放電モードを設定する。

このような第５の実施の形態によれば、第３の実施の形態と同様の作用効果に加え、次の作用効果が得られる。
（１３）タービンシステム１３に並列に接続される駆動システム１９を備えている。減速回生時には、走行電動機１９１で発生した電気エネルギーを第１電池装置１７１に充電する。減速回生により充電されたエネルギーは、停止時のアイドリングストップと発進時のモータアシストに使われる。しかしながら、アイドリングストップ時のエネルギーの消費、充電時のモータ損失、および電池損失等を起因として、減速回生により充電されたエネルギーだけでは、発進させた後に一定速度まで車両を到達させることができないおそれがある。

本実施の形態に係るターボ回生システム１Ｅは、車両１０が一定速度で、燃費のよいエンジン回転速度、トルクで動いているときに、ターボ回生目標充電率Ｃｐ３まで、第１電池装置１７１の充電を行うことができる構成である。このため、発進させた後に一定速度までエンジン１１の動力を用いずに到達することができる。発進および加速の際に、燃費の消費を抑えることができるので、燃費が向上する。さらに、ターボ回生目標充電率Ｃｐ３は、上限値Ｃｐ２よりも小さい値である。つまり、タービンシステム１３によるターボ回生中の第１電池装置１７１の充電率Ｃｐは、上限値Ｃｐ２以下とすることができるので、ターボ回生が終了した後、減速回生が行われたときに、第１電池装置１７１により走行電動機１９１で発生した電力を十分に吸収できる空き容量を確保することができる。

−第６の実施の形態−
図１８〜図２０を参照して、第６の実施の形態に係るターボ回生システム１Ｆについて説明する。図中、第２の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号を付し、相違点を主に説明する。図１８は、第６の実施の形態に係るターボ回生システム１Ｆの構成を示す図である。第６の実施の形態が第２の実施の形態と異なる点は、補機電装システム１８Ｆにおいて、ＤＣＤＣコンバータ１８６が設けられている点と、第２電池装置１８１、第１スイッチ１７３および第２スイッチ１８３が設けられていない点である。なお、第６の実施の形態に係る第１電池装置１７１の容量は、第２の実施の形態に係る第１電池装置１７１の容量と第２電池装置１８１の容量の和に相当する。

補機１８２は、ＤＣＤＣコンバータ１８６を介して電力バス１６と接続されている。第６の実施の形態では、第１電池装置１７１やターボ回生発電機１３２の端子電圧は、４８Ｖとされている。ＤＣＤＣコンバータ１８６は、第３の実施の形態で説明したものと同様に、ターボ回生発電機１３２で発電された電力、または第１電池装置１７１に蓄えられた電力を１４Ｖに降圧させる一方向ＤＣＤＣコンバータである。

図１９は、第６の実施の形態に係るコントローラ２００Ｆの機能ブロック図である。第６の実施の形態では、第２の実施の形態で説明したコントローラ２００に代えて、コントローラ２００Ｆを備えている。コントローラ２００Ｆは、第２の実施の形態（図４参照）で説明したモード設定部２０４、スイッチ制御部２１２、充電電力推定部２１３、電池電流推定部２１４、充電電力判定部２１５、出力アップ判定部２１６および横流判定部２１９に代えて、電圧調整部３１７を機能的に備えている。

図２０は、第６の実施の形態に係るコントローラ２００Ｆにより実行されるエンジン回転速度制御および電圧調整制御処理プログラムによる処理内容の一例を示すフローチャートである。図２０のフローチャートに示す処理は、イグニッションスイッチ（不図示）のオンにより開始され、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。なお、コントローラ２００Ｆは、イグニッションスイッチがオフされたか否かを監視しており、イグニッションスイッチがオフされた場合、図２０に示す処理を終了する。なお、図示しないが、第１電池装置１７１の充電率、端子電圧、エンジン回転速度、車速等の情報の取得は、制御周期毎に繰り返し行われている。

第６の実施の形態では、コントローラ２００Ｆが第１電池装置１７１の充電状態、ターボ回生発電機１３２の発電状況に応じて、エンジン１１の回転速度や、ターボ回生発電機１３２の電圧を制御する。

図２０のフローチャートは、図８のフローチャートのステップＳ１００に代えて、ステップＳ２００の処理を追加し、ステップＳ１３０，Ｓ１４０，Ｓ１５０に代えて、ステップＳ２３３，Ｓ２３６の処理を追加したものである。さらに、図２０のフローチャートには、ステップＳ２００とステップＳ１１０との間にステップＳ２０５の処理が追加され、ステップＳ２０５とステップＳ２３３との間にステップＳ２１５の処理が追加されている。なお、ステップＳ２０５およびステップ２１５、ステップＳ２３３の処理は、第３の実施の形態で説明した処理と同じであるので、説明を省略する。

ステップＳ２００において、コントローラ２００Ｆは、第１電池装置１７１の充電が必要か否かを判定する。ステップＳ２００で肯定判定されるとステップＳ２０５へ進み、ステップＳ２００で否定判定されるとステップＳ１１５へ進む。

ステップＳ１１０におけるエンジンオン処理やステップＳ１２０のエンジンオフ処理が完了する、あるいは、ステップＳ１１５の停止状態判定処理において否定判定される、あるいはステップＳ２１５のエンジン回転速度増加処理が完了すると、ステップＳ２３３へ進む。

ステップＳ２３６において、コントローラ２００Ｆは、ターボ回生発電機１３２に制御信号を出力し、ターボ回生発電機１３２の電圧を第１電池装置１７１の開回路電圧に調整して、図２０に示す処理を終了する。

このような第６の実施の形態によれば、第１の実施の形態で説明した（１）と同様の作用効果に加え、次の作用効果が得られる。
（１４）エネルギー密度の高い第１電池装置１７１の容量を増加し、第１および第２の実施の形態で説明した第２電池装置１８１を省略したので、レイアウトの自由度および小型化の向上を図ることができる。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
（変形例１）
第２の実施の形態における（条件２Ａ）および（条件２Ｂ）に代えて、以下の（条件２Ｘ）を採用してもよい。コントローラ２００は、（条件２Ｘ）が成立している場合に、第２電池装置１８１の充電が必要であると判定し、（条件２Ｘ）が成立していない場合に、第２電池装置１８１の充電が不要であると判定する。
（条件２Ｘ） 第２電池装置１８１の電圧 ≦ 規定値Ｃｘ

規定値Ｃｘは、複数の補機１８２のうち、起動に際し、必要な電力が最も高いもの（たとえばスタータ）を起動するための電力が残っていると経験的にわかった数値（たとえば、１２．４Ｖ程度）であり、予め記憶装置に記憶されている。

（変形例２）
第２の実施の形態において、図８に示すエンジンオフ処理（ステップＳ１２０）の後、次の制御周期におけるステップＳ１００で肯定判定されると、エンジンオン処理（ステップＳ１１０）が実行され、さらに次の制御周期におけるステップＳ１００で否定判定されると、エンジンオフ処理が再び実行される。つまり、エンジンオンとエンジンオフとが繰り返されるおそれがある。そこで、エンジンオン処理（ステップＳ１１０）において、エンジンオンフラグをオンし、ステップＳ１１５とステップＳ１２０の間に、エンジンオンフラグがオンである場合はエンジンオフ処理（ステップＳ１２０）を行わずにステップＳ１３０へ進む処理を加えてもよい。エンジンオンフラグは、電池の充電率が予め定められた一定値（たとえば第１電池装置１７１の充電率が５０％、第２電池装置１８１の充電率が８３％）以上になるとオフされる。つまり、エンジンオンされた後、所定の間だけアイドリングストップがなされないことになる。

（変形例３）
第２の実施の形態において、図８に示すモード判定処理（ステップＳ１３０）で充電電力Ｐが０未満であり放電モードが設定され、図１０に示す出力アップ要否判定処理（ステップＳ１５２０）で肯定判定され、次の制御周期におけるステップＳ１３０で肯定判定されると充電モードが設定される。その後、次の制御周期におけるステップＳ１３０で否定判定されると、放電モードが再び設定される。つまり、充電モードと放電モードとが短い時間で交互に設定されるおそれがある。そこで、図１０に示す出力アップ要否判定処理（ステップＳ１５２０）で肯定判定されると、出力アップフラグをオンし、ステップＳ１３０とＳ１５０との間に、出力アップフラグがオンである場合は放電モードを設定せずにステップＳ１００へ戻る処理を加えてもよい。出力アップフラグは、電池の充電率が予め定められた一定値（たとえば第１電池装置１７１の充電率が５０％、第２電池装置１８１の充電率が８２％）以上になるとオフされる。つまり、ターボ回生システム１Ｂの出力が、所定の間だけキープされる。

（変形例４）
第２の実施の形態において、図１０に示す放電モードが設定された場合に、出力アップ判定部２１６は、第１電池装置１７１の充電率Ｃｐが上限値Ｃｐ２以上であり、かつ、第２電池装置１８１の充電が必要である場合には、出力アップが不要であると判定してもよい。この場合、コントローラ２００Ｂは、第１スイッチ１７３および第２スイッチ１８３のそれぞれにスイッチオン信号を出力する。

（変形例５）
第２の実施の形態において、第１スイッチ１７３および第２スイッチ１８３を設ける例について説明したが、本発明はこれに限定されない。第１スイッチ１７３および第２スイッチ１８３のいずれか一方を省略してもよい。第１スイッチ１７３および第２スイッチ１８３のうち、少なくとも一方を設ける場合、横流判定部２１９で横流発生の可能性があると推定されたとき、スイッチにより第１電池装置１７１と第２電池装置１８１とを非接続状態とする。これにより、横流の発生を防止することができる。

（変形例６）
上述した実施の形態において、第１電池装置１７１がリチウムイオン電池を備え、第２電池装置１８１が鉛蓄電池を備えたものを例について説明したが、本発明はこれに限定されない。リチウムイオン電池や鉛蓄電池から構成される蓄電装置に限定されず、キャパシタなどから構成される蓄電装置としてもよい。鉛蓄電池、ニッケル亜鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタのいずれか一つ、あるいは複数を組み合わせることで第１電池装置１７１を構成してもよい。鉛蓄電池、ニッケル亜鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池のいずれか一つ、あるいは複数を組み合わせることで第２電池装置１８１を構成してもよい。なお、少なくとも第１電池装置１７１は、第２電池装置１８１よりも充電抵抗が小さくなるように選択することが好ましい。

（変形例７）
第３の実施の形態（図１１参照）、第４の実施の形態（図１４参照）および第５の実施の形態（図１５参照）では、第２スイッチ１８３を設ける例について説明したが、本発明はこれに限定されない。ＤＣＤＣコンバータ１８６がオン／オフの切換機能を備えている場合は、第２スイッチ１８３のオン／オフの切換制御に相当する制御をＤＣＤＣコンバータ１８６により行うことで、第２スイッチ１８３を省略することができる。

（変形例８）
第３および第４の実施の形態では、ＤＣＤＣコンバータ１８６が一方向ＤＣＤＣコンバータである例について説明したが、本発明はこれに限定されない。ＤＣＤＣコンバータ１８６を双方向のチョッパ方式のＤＣＤＣコンバータとしてもよい。ＤＣＤＣコンバータ１８６に、たとえば、参考文献「河村篤男：エコ未来型電気自動車の試作と性能評価試験, デンソーテクニカルレビュー, 2011」のチョッパ回路を採用することができる。

（変形例８−１）
第３の実施の形態において、双方向ＤＣＤＣコンバータを採用した場合、ターボ回生発電機１３２により発電した電力がＤＣＤＣコンバータ１８６を介し、第２電池装置１８１に供給され、第２電池装置１８１が充電されるだけでなく、第２電池装置１８１に蓄えられたエネルギーをＤＣＤＣコンバータ１８６を介して高電圧系に供給することができる。このような変形例によれば、第１電池装置１７１の充電率が所定値以下の場合、および第１電池装置１７１の電圧が所定値以下の場合の少なくともいずれか一方が満たされた場合に、バックアップとして第２電池装置１８１を用いることができる。つまり、第２電池装置１８１から圧縮機システム１２の電動機部１２２に電力を供給して、過給を行うことができる。

（変形例８−２）
第４の実施の形態において、双方向ＤＣＤＣコンバータを採用した場合、スイッチ制御部２１２による第１スイッチ１７３、第２スイッチ１８３および第３スイッチ１９３のオン／オフ制御は、以下のように行うことが好ましい。スイッチ制御部２１２は、第１電池装置１７１および第２電池装置１８１のいずれか一方の充電は必要であり、他方の充電は不要であると判定されている場合、第１スイッチ１７３、第２スイッチ１８３、および第３スイッチ１９３のそれぞれにスイッチオン信号を出力する。なお、第１電池装置１７１の充電率が極めて小さい場合、あるいは、コントローラ２００Ｃにより、第１電池装置１７１が故障と判断された場合、スイッチ制御部２１２は、第１スイッチ１７３にスイッチオフ信号を出力し、第２スイッチ１８３および第３スイッチ１９３のそれぞれにスイッチオン信号を出力する。これにより、第２電池装置１８１を緊急時の非常用電源として利用することができる。

（変形例９）
第３の実施の形態では、放電モードにおいて、第２スイッチ１８３をオフすることに代えて、ＤＣＤＣコンバータ１８６の電圧を第２電池装置１８１の開回路電圧に一致させ、第２電池装置１８１への充電を抑えるようにしてもよい。

（変形例１０）
第５の実施の形態では、第１電池装置１７１の容量を第３の実施の形態と同等の容量として、電力タイムシェアリングを行う例について説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、電力タイムシェアリングは行わずに、第１電池装置１７１の容量を上げることとしてもよい。

（変形例１１）
第５の実施の形態では、エンジン駆動モードが設定された場合、コントローラ２００Ｅがエンジンオン信号をエンジンコントローラ３００に出力する例について説明した。しかしながら、エンジン１１と走行電動機１９１とを併用して駆動する車両の場合、エンジン駆動モードが設定されたときには、コントローラ２００Ｅが、エンジン１１の出力を増加させる制御信号をエンジンコントローラ３００に出力するとともに走行電動機１９１を停止させる制御信号をインバータ１９２に出力する。

（変形例１２）
第５の実施の形態では、ターボ回生目標充電率Ｃｐ３をコントローラ２００Ｅが演算する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、簡易的にＣｐ３を一定値である５０[％]として記憶装置に記憶させておいてもよい。平均電圧Ｖａには、現在の電池電圧とＥｆの平均値としてもよい。平均電圧Ｖａを充電率Ｃｐと開回路電圧との関係より求めてもよい。

（変形例１３）
上述した実施の形態では、エンジン１１に直結され、補機１８２への電力の供給を行うオルタネータ（補機専用発電機）を省略する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。オルタネータを設けてもよい。この場合、オルタネータの発電出力を低減することができるので、オルタネータに起因する負荷を低減して、燃費を向上できる。

（変形例１４）
上述した実施の形態では、補機１８２の電圧が１４Ｖである例について説明したが、本発明はこれに限定されない。トラックなどに本発明を適用する場合、補機１８２の電圧を２８Ｖとしてもよい。この場合、ターボ回生発電機１３２の電圧は、電圧レギュレータ（不図示）により２８Ｖに制限される。

（変形例１５）
上述した実施の形態では、タービン１３１と圧縮機構部１２１とが機械的に接続されていない例について説明したが、本発明はこれに限定されない。タービン１３１と圧縮機構部１２１とは機械的に接続されていてもよい。

（変形例１６）
上述した実施の形態では、ターボ回生システムを車両に適用する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、船舶や機関車にも適用できる。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１Ａ〜１Ｆ ターボ回生システム、１０ 車両、１１ エンジン、１２ 圧縮機システム、１３ タービンシステム、１４ 吸気管、１５ 排気管、１６ 電力バス、１７ 蓄電システム、１８ 補機電装システム、１９ 駆動システム、１２１ 圧縮機構部、１２２ 電動機部、１３１ タービン、１３２ ターボ回生発電機、１７１ 第１電池装置、１７３ 第１スイッチ、１８１ 第２電池装置、１８２ 補機、１８３ 第２スイッチ、１８６ ＤＣＤＣコンバータ、１９１ 走行電動機、１９２ インバータ、１９３ 第３スイッチ、２００ コントローラ、２０１ 要充電判定部、２０２ 停止判定部、２０３ エンジン制御部、２０４ モード設定部、２１１ 充電率判定部、２１２ スイッチ制御部、２１３ 充電電力推定部、２１４ 電池電流推定部、２１５ 充電電力判定部、２１６ 出力アップ判定部、２１９ 横流判定部、３００ エンジンコントローラ、３０１ エンジン回転速度センサ、３１７ 電圧調整部、４０１ 第１電圧センサ、４０２ 第２電圧センサ、４０３ 第１電流センサ、４０４ 第２電流センサ、４０５ 車速センサ

Claims (14)

1. ターボ回生システムであって、
   エンジンの排気により回転するタービン、および前記タービンにより駆動されて電力を発生するターボ回生発電機を有するタービンシステムと、
   前記タービンシステムで発生した電力により充電される第１蓄電装置を有する蓄電システムと、
   前記タービンシステムで発生した電力により駆動される電動機部、および前記電動機部により回転し、前記エンジンへの吸入空気を圧縮する圧縮機構部を有する圧縮機システムと、
   補機、および前記補機に電気的に並列に接続されて前記タービンシステムで発生した電力により充電される第２蓄電装置を有する補機電装システムと、
   前記第１蓄電装置と前記ターボ回生発電機とを接続状態とするかまたは非接続状態とするかを切り換える第１切換部と、
   前記第２蓄電装置と前記ターボ回生発電機とを接続状態とするかまたは非接続状態とするかを切り換える第２切換部と、を備え、
   前記タービンシステム、前記圧縮機システム、前記蓄電システム、および前記補機電装システムが、電気的に並列に接続されており、
   前記第１切換部および前記第２切換部は、前記第１蓄電装置の充電率、放電可能電力および電流と、前記第２蓄電装置の充電率、放電可能電力および電流と、前記ターボ回生発電機による充電電力と、に基づいて切り換え制御される、ターボ回生システム。
2. 請求項１に記載のターボ回生システムにおいて、
   前記第１切換部および前記第２切換部の切り換え制御を行うコントローラをさらに備え、
   前記コントローラは、
   前記第１蓄電装置の充電率および放電可能電力に基づいて、前記第１蓄電装置の充電が必要か否かを判定し、
   前記第２蓄電装置の充電率および放電可能電力に基づいて、前記第２蓄電装置の充電が必要か否かを判定し、
   前記第１蓄電装置および前記第２蓄電装置に対する充電判定の結果に基づいて、前記第１切換部および前記第２切換部をそれぞれ切り換える、ターボ回生システム。
3. 請求項２に記載のターボ回生システムにおいて、
   前記コントローラは、
   前記第１蓄電装置または前記第２蓄電装置の一方について充電が必要と判定した場合、または、前記第１蓄電装置および前記第２蓄電装置の両方について充電が不要と判定し、かつ、前記第１蓄電装置および前記第２蓄電装置の少なくとも一方の充電率が所定の上限値以上である場合、前記第１蓄電装置または前記第２蓄電装置の一方と前記ターボ回生発電機とを接続状態とし、他方と前記ターボ回生発電機とを非接続状態とするように、前記第１切換部および前記第２切換部をそれぞれ切り換える、ターボ回生システム。
4. 請求項３に記載のターボ回生システムにおいて、
   前記コントローラは、
   前記第１蓄電装置の充電が必要と判定した場合、前記第１蓄電装置と前記ターボ回生発電機とを接続状態とし、前記第２蓄電装置と前記ターボ回生発電機とを非接続状態とするように、前記第１切換部および前記第２切換部をそれぞれ切り換え、
   前記第２蓄電装置の充電が必要と判定した場合、前記第１蓄電装置と前記ターボ回生発電機とを非接続状態とし、前記第２蓄電装置と前記ターボ回生発電機とを接続状態とするように、前記第１切換部および前記第２切換部をそれぞれ切り換え、
   前記第１蓄電装置および前記第２蓄電装置の両方について充電が不要と判定し、かつ、前記第１蓄電装置の充電率が第１上限値未満であり、かつ、前記第２蓄電装置の充電率が第２上限値以上である場合、前記第１蓄電装置と前記ターボ回生発電機とを接続状態とし、前記第２蓄電装置と前記ターボ回生発電機とを非接続状態とするように、前記第１切換部および前記第２切換部をそれぞれ切り換え、
   前記第１蓄電装置および前記第２蓄電装置の両方について充電が不要と判定し、かつ、前記第１蓄電装置の充電率が前記第１上限値以上である場合、前記第１蓄電装置と前記ターボ回生発電機とを非接続状態とし、前記第２蓄電装置と前記ターボ回生発電機とを接続状態とするように、前記第１切換部および前記第２切換部をそれぞれ切り換える、ターボ回生システム。
5. 請求項２乃至４のいずれか一項に記載のターボ回生システムにおいて、
   前記コントローラは、
   前記第１蓄電装置および前記第２蓄電装置の両方について充電が必要と判定した場合、または、前記第１蓄電装置および前記第２蓄電装置の両方について充電が不要と判定し、かつ、前記第１蓄電装置および前記第２蓄電装置の両方の充電率が所定の上限値未満である場合、前記第１蓄電装置および前記第２蓄電装置の電流と、前記ターボ回生発電機による充電電力と、に基づいて、前記第１蓄電装置および前記第２蓄電装置の両方と前記ターボ回生発電機とを接続可能か否かを判定し、
   前記第１蓄電装置および前記第２蓄電装置の両方と前記ターボ回生発電機とを接続可能と判定した場合、前記第１蓄電装置と前記ターボ回生発電機とを接続状態とし、前記第２蓄電装置と前記ターボ回生発電機とを接続状態とするように、前記第１切換部および前記第２切換部をそれぞれ切り換え、
   前記第１蓄電装置および前記第２蓄電装置の両方と前記ターボ回生発電機とを接続不可能と判定した場合、前記第１蓄電装置または前記第２蓄電装置の一方と前記ターボ回生発電機とを接続状態とし、他方と前記ターボ回生発電機とを非接続状態とするように、前記第１切換部および前記第２切換部をそれぞれ切り換える、ターボ回生システム。
6. 請求項５に記載のターボ回生システムにおいて、
   前記コントローラは、
   前記第１蓄電装置および前記第２蓄電装置の電流が両方とも正の値であり、かつ、前記第１蓄電装置および前記第２蓄電装置の両方について充電が必要と判定したか、または、前記ターボ回生発電機による充電電力が所定の閾値を超えている場合、前記第１蓄電装置と前記ターボ回生発電機とを接続状態とし、前記第２蓄電装置と前記ターボ回生発電機とを接続状態とするように、前記第１切換部および前記第２切換部をそれぞれ切り換え、
   前記第１蓄電装置および前記第２蓄電装置の電流が両方とも正の値であり、かつ、前記第１蓄電装置および前記第２蓄電装置の両方について充電が不要と判定し、かつ、前記ターボ回生発電機による充電電力が前記閾値以下である場合、前記第１蓄電装置と前記ターボ回生発電機とを非接続状態とし、前記第２蓄電装置と前記ターボ回生発電機とを接続状態とするように、前記第１切換部および前記第２切換部をそれぞれ切り換え、
   前記第１蓄電装置または前記第２蓄電装置の電流が負の値であり、かつ、前記ターボ回生発電機による充電電力が前記閾値以下であるか、または、前記ターボ回生発電機による充電電力が前記閾値を超え、前記第１蓄電装置および前記第２蓄電装置の両方について充電が必要と判定した場合、前記第１蓄電装置と前記ターボ回生発電機とを非接続状態とし、前記第２蓄電装置と前記ターボ回生発電機とを接続状態とするように、前記第１切換部および前記第２切換部をそれぞれ切り換え、
   前記第１蓄電装置または前記第２蓄電装置の電流が負の値であり、かつ、前記ターボ回生発電機による充電電力が前記閾値を超え、前記第１蓄電装置および前記第２蓄電装置の両方について充電が不要と判定した場合、前記第１蓄電装置と前記ターボ回生発電機とを接続状態とし、前記第２蓄電装置と前記ターボ回生発電機とを非接続状態とするように、前記第１切換部および前記第２切換部をそれぞれ切り換える、ターボ回生システム。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載のターボ回生システムにおいて、
   前記ターボ回生発電機による充電電力は、前記エンジンの回転速度に基づいて推定される、ターボ回生システム。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載のターボ回生システムにおいて、
   前記第１蓄電装置は、前記第２蓄電装置よりも充電抵抗が小さい、ターボ回生システム。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載のターボ回生システムにおいて、
   前記第１切換部は、前記第１蓄電装置と前記圧縮機システムとを接続状態とするかまたは非接続状態とするかを切換可能とされ、
   前記ターボ回生発電機による充電電力が０未満の場合、前記第１切換部により前記第１蓄電装置と前記圧縮機システムとが接続状態とされ、かつ、前記第２切換部により前記第２蓄電装置と前記ターボ回生発電機とが非接続状態とされる、ターボ回生システム。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載のターボ回生システムにおいて、
    前記蓄電システムの電圧は、前記補機電装システムの電圧よりも高く、
    前記補機電装システムは、前記蓄電システムからの高電圧電力を低電圧電力に変換して、前記補機に供給するＤＣＤＣコンバータを有している、ターボ回生システム。
11. 請求項１０に記載のターボ回生システムにおいて、
    前記第１蓄電装置の充電率および電圧の少なくともいずれか一方が所定値以下の場合、前記第２蓄電装置から前記電動機部へ電力を供給する、ターボ回生システム。
12. 請求項１０に記載のターボ回生システムにおいて、
    前記ターボ回生発電機と前記電動機部とを接続状態とするかまたは非接続状態とするかを切り換える第３切換部を有している、ターボ回生システム。
13. 請求項１０に記載のターボ回生システムにおいて、
    前記タービンシステムに並列に接続される走行駆動システムを備え、
    前記走行駆動システムは、車両の駆動軸に設けられる走行用電動機を有し、
    前記タービンシステムによるターボ回生中の前記第１蓄電装置の充電率を、前記第１蓄電装置の充電率の上限値以下とする、ターボ回生システム。
14. 請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のターボ回生システムにおいて、
    前記第２蓄電装置は、前記第１蓄電装置よりも容量が大きい、ターボ回生システム。

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