JP6595785B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される車両用電源装置に関する。

車両に搭載される車両用電源装置として、車両減速時にオルタネータによって発電された電力を、鉛バッテリだけでなくリチウムイオンバッテリに充電させるようにした電源装置が開発されている（特許文献１参照）。これにより、車両減速時に多くの電力を回生させることができ、車両のエネルギー効率を向上させることができる。

特開２０１４−３６５５７号公報

ところで、車両に搭載されるバッテリの電力が枯渇したときには、エンジン始動用のスタータモータに電力を供給するため、ブースターケーブルを介して車両同士の電源回路を接続する場合がある。ここで、特許文献１に記載された車両用電源装置のように、鉛バッテリやリチウムイオンバッテリ等の蓄電体を組み合わせていた場合には、ブースターケーブルの接続に伴ってリチウムイオンバッテリの急速な充放電が想定される。このように、車両用電源装置の蓄電体を急速に充放電させることは、蓄電体の劣化や電力供給側の電圧低下等を招く要因であることから、車両用電源装置を適切に制御することが求められている。

本発明の目的は、車両用電源装置を適切に制御することにある。

本発明の車両用電源装置は、車両に搭載される車両用電源装置であって、エンジンに接続される発電機と、前記発電機に接続される第１蓄電体と、前記第１蓄電体と並列に、前記発電機に接続される第２蓄電体と、前記発電機および前記第２蓄電体を備える電源回路に前記第１蓄電体を接続する導通状態と、前記電源回路から前記第１蓄電体を分離する遮断状態と、に切り替えられるスイッチと、前記第２蓄電体を収容する収容室が開かれた場合に、前記スイッチを遮断状態に切り替えるスイッチ制御部と、前記発電機の発電電流に基づいて、車両の消費電流を推定する消費電流推定部と、を有し、前記スイッチ制御部は、前記収容室が閉じられ、かつ前記消費電流が閾値を下回る場合に、前記スイッチの導通状態への切り替えを許可する。

本発明によれば、第２蓄電体を収容する収容室が開かれた場合に、スイッチが遮断状態に切り替えられる。これにより、電源回路から第１蓄電体が分離されるため、第１蓄電体の急速な充放電を防止することができ、車両用電源装置を適切に制御することができる。

本発明の一実施の形態である車両用電源装置を備えた車両の構成例を示す概略図である。 車両用電源装置の構成例を示すブロック図である。 車両用電源装置の構成を簡単に示した回路図である。 バッテリの端子電圧と充電状態との関係を示す線図である。 モータジェネレータの発電制御の一例を示すタイミングチャートである。 車両用電源装置の電力供給状況を示す説明図である。 車両用電源装置の電力供給状況を示す説明図である。 車両用電源装置の電力供給状況を示す説明図である。 車両用電源装置の電力供給状況を示す説明図である。 （ａ）および（ｂ）は、車両用電源装置が搭載された自車両を示す側面図である。 自車両と他車両との電源回路の接続状況の一例を示す説明図である。 自車両と他車両との電源回路の接続状況の一例を示す回路図である。 フード連動制御の実行手順の一例を示すフローチャートである。 自車両から他車両に対する電力供給状況を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態である車両用電源装置１０を備えた車両１１の構成例を示す概略図である。図１に示すように、車両１１には、エンジン１２を備えたパワーユニット１３が搭載されている。エンジン１２のクランク軸１４には、ベルト機構１５を介してモータジェネレータ（発電機）１６が連結されている。このように、エンジン１２には、モータジェネレータ１６が機械的に接続されている。また、エンジン１２にはトルクコンバータ１７を介して変速機構１８が連結されており、変速機構１８にはデファレンシャル機構１９等を介して車輪２０が連結されている。さらに、パワーユニット１３には、クランク軸１４を始動回転させるスタータモータ２１が設けられている。

モータジェネレータ１６は、所謂ＩＳＧ（integrated starter generator）であり、クランク軸１４に駆動されて発電する発電機として機能するだけでなく、クランク軸１４を始動回転させる電動機として機能している。モータジェネレータ１６は、ステータコイルを備えたステータ２２と、フィールドコイルを備えたロータ２３と、を有している。また、モータジェネレータ１６には、ステータコイルやフィールドコイルの通電状態を制御するため、インバータ、レギュレータおよびマイクロコンピュータ等を備えたＩＳＧコントローラ２４が設けられている。ＩＳＧコントローラ２４には、モータジェネレータ１６の発電電圧や発電電流を検出するセンサ２４ａが接続されている。

モータジェネレータ１６を発電機として機能させる際には、ＩＳＧコントローラ２４によってフィールドコイルの通電状態が制御される。フィールドコイルの通電状態を制御することにより、モータジェネレータ１６の発電電圧を制御することができる。また、モータジェネレータ１６を発電駆動する際に、ＩＳＧコントローラ２４のインバータを制御することにより、モータジェネレータ１６の発電電流を制御することが可能である。一方、モータジェネレータ１６を電動機として機能させる際には、ＩＳＧコントローラ２４によってステータコイルの通電状態が制御される。なお、ＩＳＧコントローラ２４は、後述する制御ユニット５０からの制御信号に基づいて、フィールドコイルやステータコイルの通電状態を制御する。

続いて、車両用電源装置１０の構成について説明する。図２は車両用電源装置１０の構成例を示すブロック図である。図３は車両用電源装置１０の構成を簡単に示した回路図である。図１〜図３に示すように、車両用電源装置１０は、第１蓄電体であるリチウムイオンバッテリ２７と、第２蓄電体である鉛バッテリ２８と、を備えている。リチウムイオンバッテリ２７および鉛バッテリ２８は、モータジェネレータ１６に並列に接続されている。リチウムイオンバッテリ２７の正極端子２７ａには、第１電源ライン２９が接続されており、鉛バッテリ２８の正極端子２８ａには、第２電源ライン３０が接続されている。また、モータジェネレータ１６の発電電流を出力する出力端子１６ａには、充電ライン３１が接続されている。第１電源ライン２９、第２電源ライン３０および充電ライン３１は、接続点であるノード３２を介して互いに接続されている。すなわち、リチウムイオンバッテリ２７と鉛バッテリ２８との正極端子２７ａ，２８ａは、第１電源ライン２９、第２電源ライン３０およびノード３２からなる通電経路１００を介して接続されている。

通電経路１００を構成する第１電源ライン２９には、開閉スイッチ（スイッチ）ＳＷ１が設けられている。また、第２電源ライン３０には、開閉スイッチＳＷ２が設けられている。これらの開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、閉じられた状態つまり導通状態（ＯＮ状態）と、開かれた状態つまり遮断状態（ＯＦＦ状態）とに動作可能である。すなわち、開閉スイッチＳＷ１は、モータジェネレータ１６とリチウムイオンバッテリ２７とを電気的に接続するＯＮ状態と、モータジェネレータ１６とリチウムイオンバッテリ２７とを電気的に分離するＯＦＦ状態とに切り替えられる。同様に、開閉スイッチＳＷ２は、モータジェネレータ１６と鉛バッテリ２８とを電気的に接続するＯＮ状態と、モータジェネレータ１６と鉛バッテリ２８とを電気的に分離するＯＦＦ状態とに切り替えられる。なお、開閉スイッチＳＷ１は、非通電時にＯＦＦ状態に作動するノーマルオープン型のスイッチである。また、開閉スイッチＳＷ２は、非通電時にＯＮ状態つまりオン状態に作動するノーマルクローズ型のスイッチである。

第２電源ライン３０には、瞬低保護負荷３３および車体負荷３４等が接続されている。また、第２電源ライン３０には、スタータリレー３５を介してスタータモータ２１が接続されており、ＩＳＧリレー３６を介してＩＳＧコントローラ２４が接続されている。さらに、第２電源ライン３０には、瞬低保護負荷３３、車体負荷３４、スタータモータ２１およびＩＳＧコントローラ２４等を保護するヒューズ３７が設けられている。また、図示する例では、第１電源ライン２９に開閉スイッチＳＷ１を設けているが、これに限られることはない。図３に一点鎖線で示すように、リチウムイオンバッテリ２７の負極端子２７ｂに接続される通電ライン３８に、開閉スイッチＳＷ１を設けても良い。すなわち、リチウムイオンバッテリ２７と鉛バッテリ２８との負極端子２７ｂ，２８ｂは、通電ライン３８，３９からなる通電経路１０１を介して接続されている。この通電経路１０１を構成する通電ライン３８に、開閉スイッチＳＷ１を設けても良い。

図１および図２に示すように、車両用電源装置１０には、リチウムイオンバッテリ２７およびモータジェネレータ１６を備えた第１電源回路４１が設けられている。また、車両用電源装置１０には、鉛バッテリ２８、瞬低保護負荷３３、車体負荷３４およびスタータモータ２１等を備えた第２電源回路４２が設けられている。そして、第１電源回路４１と第２電源回路４２とは、開閉スイッチＳＷ２を介して接続されている。開閉スイッチＳＷ２をＯＮ状態に切り替えることにより、第１電源回路４１と第２電源回路４２とを電気的に接続することができる。一方、開閉スイッチＳＷ２をＯＦＦ状態に切り替えることにより、第１電源回路４１と第２電源回路４２とを電気的に分離することができる。

車両用電源装置１０には、モータジェネレータ１６、鉛バッテリ２８、瞬低保護負荷３３、車体負荷３４およびスタータモータ２１等を備えた第３電源回路４３が設けられている。つまり、車両用電源装置１０には、モータジェネレータ１６および鉛バッテリ２８を備える第３電源回路４３が設けられている。また、前述したように、第１電源ライン２９には、開閉スイッチ（スイッチ）ＳＷ１が設けられている。この開閉スイッチＳＷ１をＯＮ状態に切り替えることにより、第３電源回路（電源回路）４３にリチウムイオンバッテリ２７を電気的に接続することができる。一方、開閉スイッチＳＷ１をＯＦＦ状態に切り替えることにより、第３電源回路４３からリチウムイオンバッテリ２７を電気的に分離することができる。なお、車両用電源装置１０にはバッテリモジュール４４が設けられており、このバッテリモジュール４４にリチウムイオンバッテリ２７および開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２が組み込まれている。

図２に示すように、バッテリモジュール４４には、リチウムイオンバッテリ２７の充電状態、充放電電流、端子電圧、温度等を検出するバッテリセンサ４５が設けられている。また、バッテリモジュール４４には、駆動回路部やマイクロコンピュータ等を備えたバッテリコントローラ４６が設けられている。このバッテリコントローラ４６は、開閉スイッチＳＷ１の制御電流を生成する駆動回路部４６ａと、開閉スイッチＳＷ２の制御電流を生成する駆動回路部４６ｂと、を有している。バッテリコントローラ４６は、後述する制御ユニット５０からの制御信号に基づいて、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２をＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り替える。また、バッテリコントローラ４６は、リチウムイオンバッテリ２７の過度な充放電電流や温度上昇が検出された場合に、開閉スイッチＳＷ１をＯＦＦ状態に切り替えて車両用電源装置１０からリチウムイオンバッテリ２７を分離する。なお、図示していないが、バッテリコントローラ４６は、前述したＩＳＧコントローラ２４と同様に、第２電源ライン３０に接続される。

前述したように、第２電源ライン３０には、瞬低保護負荷３３が接続されている。この瞬低保護負荷３３は、後述するアイドリングストップ制御のエンジン再始動時に、作動状態を継続することが必要な電気機器である。瞬低保護負荷３３として、エンジン補機類、ブレーキアクチュエータ、パワーステアリングアクチュエータ、インストルメントパネル、各種電子制御ユニット等が挙げられる。また、第２電源ライン３０には、車体負荷３４が接続されている。この車体負荷３４は、アイドリングストップ制御のエンジン再始動時に、瞬間的な停止状態が許容される電気機器である。車体負荷３４として、ドアミラーモータ、パワーウィンドウモータ、ラジエータファンモータ等が挙げられる。

図２に示すように、車両用電源装置１０は、モータジェネレータ１６やバッテリモジュール４４等を制御する制御ユニット５０を有している。制御ユニット５０は、リチウムイオンバッテリ２７の充放電を制御する充放電コントローラ５１を有している。充放電コントローラ５１は、他のコントローラやセンサからの入力信号に基づいて、リチウムイオンバッテリ２７の充電状態や、アクセルペダルおよびブレーキペダルの操作状況等を判定する。そして、充放電コントローラ５１は、リチウムイオンバッテリ２７の充電状態等に基づいて、モータジェネレータ１６の発電状態を制御することにより、リチウムイオンバッテリ２７の充放電を制御する。なお、充放電コントローラ５１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等によって構成されるマイクロコンピュータや、各種アクチュエータに対する制御電流を生成する駆動回路等を備えている。

制御ユニット５０は、アイドリングストップ制御を実行するＩＳＳコントローラ５２を有している。アイドリングストップ制御とは、所定条件に基づいてエンジン１２を自動的に停止させ、所定条件に基づいてエンジン１２を自動的に再始動させる制御である。ＩＳＳコントローラ５２は、他のコントローラやセンサからの入力信号に基づいて、エンジン１２の停止条件や始動条件を判定する。そして、ＩＳＳコントローラ５２は、停止条件が成立した場合にエンジン１２を自動的に停止する一方、始動条件が成立した場合にエンジン１２を自動的に再始動する。

エンジン１２の停止条件としては、例えば、車速が所定車速以下であり、かつブレーキペダルが踏み込まれることが挙げられる。また、エンジン１２の始動条件としては、例えば、ブレーキペダルの踏み込みが解除されることや、アクセルペダルが踏み込まれることが挙げられる。なお、ＩＳＳコントローラ５２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等によって構成されるマイクロコンピュータや、各種アクチュエータに対する制御電流を生成する駆動回路等を備えている。また、ＩＳＳコントローラ５２のＩＳＳとは、「idling stop system」である。

制御ユニット５０は、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の開閉制御を実行するスイッチコントローラ（スイッチ制御部）５３を有している。スイッチコントローラ５３は、他のコントローラやセンサ等からの入力信号に基づき開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の制御信号を生成し、この制御信号をバッテリコントローラ４６に向けて出力する。そして、制御信号を受信したバッテリコントローラ４６の駆動回路部４６ａ，４５ｂは、制御電流を生成して開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２に向けて出力する。なお、スイッチコントローラ５３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等によって構成されるマイクロコンピュータや、各種アクチュエータに対する制御電流を生成する駆動回路等を備えている。

制御ユニット５０に接続されるセンサとして、鉛バッテリ２８の充放電電流や充電状態等を検出するバッテリセンサ５４、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサ５５、ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキセンサ５６がある。また、制御ユニット５０に接続される他のセンサ類として、車両１１の走行速度である車速を検出する車速センサ５７、後述するエンジンフード７１が開かれているか否かを検出するフードスイッチ５８、乗員に手動操作されるスタートスイッチ５９等がある。さらに、制御ユニット５０には、車両用電源装置１０の異常を乗員に通知する警告灯６０が接続されている。

制御ユニット５０に接続されるスタートスイッチ５９は、車両の制御システムを起動する際やエンジン１２を始動する際に、乗員によって手動操作されるスイッチである。例えば、スタートスイッチ５９が押ボタン式である場合には、ブレーキペダルを踏まずにスタートスイッチ５９を押し込むことにより、車両の制御システムの起動や停止を選択することができる。また、ブレーキペダルを踏み込みながらスタートスイッチ５９を押し込むことにより、車両の制御システムを起動させてエンジン１２を始動することができる。このように、図示するスタートスイッチ５９は、押し込み操作によって起動側や起動停止側に操作されるスイッチとなっている。

また、制御ユニット５０、モータジェネレータ１６およびバッテリモジュール４４等は、ＣＡＮやＬＩＮ等の車載ネットワーク６１を介して互いに接続されている。すなわち、ＩＳＧコントローラ２４、バッテリコントローラ４６、充放電コントローラ５１、ＩＳＳコントローラ５２、スイッチコントローラ５３および各種センサは、車載ネットワーク６１を介して通信自在に接続されている。この車載ネットワーク６１を介して、制御ユニット５０には、ＩＳＧコントローラ２４からモータジェネレータ１６の発電電圧や発電電流等が入力され、バッテリコントローラ４６からリチウムイオンバッテリ２７の充電状態や放電電流等が入力される。そして、制御ユニット５０は、車両用電源装置１０の作動状態や車両１１の走行状況を判定し、ＩＳＧコントローラ２４やバッテリコントローラ４６に制御信号を出力する。

［バッテリの電圧特性］
続いて、リチウムイオンバッテリ２７および鉛バッテリ２８の電圧特性について説明する。図４はバッテリの端子電圧と充電状態ＳＯＣとの関係を示す線図である。なお、充電状態ＳＯＣ（state of charge）とは、バッテリの充電度合を示す値であり、バッテリの設計容量に対する残存容量の比率である。また、図４に示される端子電圧Ｖ１，Ｖ２とは、電流が流れていないときのバッテリ電圧つまり開放端電圧である。また、図４に示される符号ＧＨは、モータジェネレータ１６の最大発電電圧を示している。

図４に示すように、リチウムイオンバッテリ２７の端子電圧Ｖ１は、鉛バッテリ２８の端子電圧Ｖ２よりも高く設定されている。すなわち、リチウムイオンバッテリ２７の充放電範囲Ｘ１における下限電圧Ｖ１Ｌは、鉛バッテリ２８の充放電範囲Ｘ２における上限電圧Ｖ２Ｈよりも高く設定されている。また、リチウムイオンバッテリ２７の端子電圧Ｖ１は、鉛バッテリ２８の充電電圧上限（例えば、１６Ｖ）よりも低く設定されている。すなわち、リチウムイオンバッテリ２７の充放電範囲Ｘ１における上限電圧Ｖ１Ｈは、鉛バッテリ２８の充電電圧上限よりも低く設定されている。これにより、リチウムイオンバッテリ２７と鉛バッテリ２８とを並列接続した場合であっても、リチウムイオンバッテリ２７による鉛バッテリ２８の過充電を回避することができ、鉛バッテリ２８の劣化を回避することができる。なお、充電電圧上限とは、蓄電体の劣化を抑制する観点から、蓄電体の種類毎に設定される充電電圧の上限値である。

図４に示すように、リチウムイオンバッテリ２７はサイクル特性に優れることから、リチウムイオンバッテリ２７には広い充放電範囲Ｘ１が設定されている。一方、鉛バッテリ２８には、バッテリ劣化を防止する観点から、満充電付近の狭い充放電範囲Ｘ２が設定されている。また、リチウムイオンバッテリ２７の内部抵抗は、鉛バッテリ２８の内部抵抗よりも小さく設定される。つまり、鉛バッテリ２８の内部抵抗は、リチウムイオンバッテリ２７の内部抵抗よりも大きく設定される。

［モータジェネレータの発電制御］
続いて、モータジェネレータ１６の発電制御について説明する。図５はモータジェネレータ１６の発電制御の一例を示すタイミングチャートである。図５には、モータジェネレータ１６の発電電圧ＶＧ、リチウムイオンバッテリ２７の端子電圧Ｖ１および充電状態Ｓ１、鉛バッテリ２８の端子電圧Ｖ２および充電状態Ｓ２が示されている。また、図５に示されるブレーキＯＮとは、ブレーキペダルが踏み込まれた状態を意味し、ブレーキＯＦＦとは、ブレーキペダルの踏み込みが解除された状態を意味している。

図５に示すように、リチウムイオンバッテリ２７の充電状態Ｓ１は、充放電範囲Ｘ１内で制御されている。例えば、リチウムイオンバッテリ２７の充電状態Ｓ１が、放電に伴って下限値ＳＬまで低下した場合には、モータジェネレータ１６が発電状態に制御されてリチウムイオンバッテリ２７が充電される。ここで、モータジェネレータ１６の発電状態として、燃焼発電状態と回生発電状態とがある。燃焼発電状態とは、エンジン動力によってモータジェネレータ１６を発電させ、燃料のエネルギーを電気エネルギーに変換する発電状態である。また、回生発電状態とは、車両減速時にモータジェネレータ１６を発電させ、車両１１の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電状態である。車両１１のエネルギー効率を向上させて燃費性能を高めるためには、モータジェネレータ１６の回生発電状態を増やすことにより、モータジェネレータ１６の燃焼発電状態を減らしてエンジン１２の燃料消費量を抑制することが望ましい。すなわち、モータジェネレータ１６の回生電力をリチウムイオンバッテリ２７に積極的に蓄え、この回生電力をリチウムイオンバッテリ２７から車体負荷３４等に放出することにより、モータジェネレータ１６の燃焼発電状態を減らすことが望ましい。

モータジェネレータ１６を燃焼発電状態に制御するか否かは、リチウムイオンバッテリ２７の充電状態Ｓ１に基づいて決定される。すなわち、充放電コントローラ５１は、充電状態Ｓ１が下限値ＳＬまで低下したときに、モータジェネレータ１６を燃焼発電状態に制御する。そして、充放電コントローラ５１は、充電状態Ｓ１が第１上限値ＳＨ１に到達するまで、モータジェネレータ１６の燃焼発電状態を継続する。一方、モータジェネレータ１６を回生発電状態に制御するか否かは、アクセルペダルやブレーキペダルの操作状況に基づいて決定される。すなわち、充放電コントローラ５１は、アクセルペダルの踏み込みが解除される車両減速時や、ブレーキペダルが踏み込まれる車両減速時に、モータジェネレータ１６を回生発電状態に制御している。そして、充放電コントローラ５１は、アクセルペダルが踏み込まれた場合や、ブレーキペダルの踏み込みが解除された場合に、モータジェネレータ１６の回生発電状態を解除し、モータジェネレータ１６を発電休止状態に制御している。なお、モータジェネレータ１６が回生発電状態に制御された状態のもとで、充電状態Ｓ１が第２上限値ＳＨ２まで上昇した場合には、リチウムイオンバッテリ２７の過充電を防止するため、モータジェネレータ１６の回生発電状態は解除され、モータジェネレータ１６は発電休止状態に制御される。

［車両用電源装置の電力供給状況］
続いて、車両用電源装置１０の電力供給状況について説明する。図６および図７は車両用電源装置１０の電力供給状況を示す説明図である。図６にはリチウムイオンバッテリ充電時の電力供給状況が示されており、図７にはリチウムイオンバッテリ放電時の電力供給状況が示されている。

まず、図５に示すように、リチウムイオンバッテリ２７の充電状態Ｓ１が、下限値ＳＬまで低下すると（符号Ａ１）、充放電コントローラ５１は、モータジェネレータ１６を燃焼発電状態に制御する。この燃焼発電状態においては、モータジェネレータ１６の発電電圧ＶＧが、リチウムイオンバッテリ２７の端子電圧Ｖ１よりも高い所定電圧Ｖａに引き上げられる（符号Ｂ１）。ここで、図６に示すように、モータジェネレータ１６の発電電圧ＶＧを、リチウムイオンバッテリ２７の端子電圧Ｖ１よりも上げる際には、バッテリモジュール４４内の開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２は閉じられた状態に保持される。これにより、図６に矢印で示すように、モータジェネレータ１６の発電電力は、リチウムイオンバッテリ２７、鉛バッテリ２８、瞬低保護負荷３３、車体負荷３４に供給される。

このように、モータジェネレータ１６が燃焼発電状態に制御されると、リチウムイオンバッテリ２７が充電されるため、リチウムイオンバッテリ２７の充電状態Ｓ１は徐々に上昇する。そして、図５に示すように、充電状態Ｓ１が第１上限値ＳＨ１に到達すると（符号Ａ２）、充放電コントローラ５１は、モータジェネレータ１６を発電休止状態に制御する。この発電休止状態においては、モータジェネレータ１６の発電電圧ＶＧが、リチウムイオンバッテリ２７の端子電圧Ｖ１よりも低い「０」に引き下げられる（符号Ｂ２）。ここで、図７に示すように、モータジェネレータ１６の発電電圧ＶＧを、リチウムイオンバッテリ２７の端子電圧Ｖ１よりも下げる際には、バッテリモジュール４４内の開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２は閉じられた状態に保持される。これにより、図７に矢印で示すように、リチウムイオンバッテリ２７に蓄えられた電力が、瞬低保護負荷３３、車体負荷３４および鉛バッテリ２８に供給される。

次いで、図５に示すように、ブレーキペダルが踏み込まれると（符号Ｃ１）、充放電コントローラ５１は、モータジェネレータ１６を回生発電状態に制御する。この回生発電状態においては、モータジェネレータ１６の発電電圧ＶＧが、リチウムイオンバッテリ２７の端子電圧Ｖ１よりも高い所定電圧Ｖｂに引き上げられる（符号Ｂ３）。ここで、図６に示すように、モータジェネレータ１６の発電電圧ＶＧを、リチウムイオンバッテリ２７の端子電圧Ｖ１よりも上げる際には、バッテリモジュール４４内の開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２は閉じられた状態に保持される。これにより、図６に矢印で示すように、モータジェネレータ１６の発電電力は、リチウムイオンバッテリ２７、鉛バッテリ２８、瞬低保護負荷３３、車体負荷３４に供給される。

その後、図５に示すように、ブレーキペダルの踏み込みが解除されると（符号Ｃ２）、充放電コントローラ５１は、モータジェネレータ１６を発電休止状態に制御する。この発電休止状態においては、モータジェネレータ１６の発電電圧ＶＧが、リチウムイオンバッテリ２７の端子電圧Ｖ１よりも低い「０」に引き下げられる（符号Ｂ４）。ここで、図７に示すように、モータジェネレータ１６の発電電圧ＶＧを、リチウムイオンバッテリ２７の端子電圧Ｖ１よりも下げる際には、バッテリモジュール４４内の開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２は閉じられた状態に保持される。これにより、図７に矢印で示すように、リチウムイオンバッテリ２７に蓄えられた電力が、瞬低保護負荷３３、車体負荷３４および鉛バッテリ２８に供給される。

これまで説明したように、モータジェネレータ１６の発電電圧ＶＧを制御することにより、リチウムイオンバッテリ２７の充放電を制御することができる。すなわち、発電電圧ＶＧを端子電圧Ｖ１よりも上げることにより、リチウムイオンバッテリ２７を充電することができる。一方、発電電圧ＶＧを端子電圧Ｖ１よりも下げることにより、リチウムイオンバッテリ２７を放電させることができる。しかも、リチウムイオンバッテリ２７の端子電圧Ｖ１を、鉛バッテリ２８の端子電圧Ｖ２よりも高く設定したので、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２を閉じた状態に保持したまま、リチウムイオンバッテリ２７を充放電させることができる。すなわち、リチウムイオンバッテリ２７から鉛バッテリ２８を切り離さずに、リチウムイオンバッテリ２７を放電させることができるため、車両用電源装置１０の回路構造やスイッチ制御を複雑にすることなく、リチウムイオンバッテリ２７を積極的に充放電させることが可能である。これにより、車両１１のエネルギー効率を向上させる車両用電源装置１０のコストを下げることができる。

図６に示すように、モータジェネレータ１６を発電させる際には、鉛バッテリ２８の充電を抑制しつつ、リチウムイオンバッテリ２７を積極的に充電することができる。すなわち、リチウムイオンバッテリ２７の内部抵抗は、鉛バッテリ２８の内部抵抗よりも小さいことから、鉛バッテリ２８の充電を抑制しつつ、リチウムイオンバッテリ２７に積極的に充電することが可能である。また、図７に示すように、モータジェネレータ１６の発電を休止させる際には、鉛バッテリ２８の放電を抑制しつつ、リチウムイオンバッテリ２７を積極的に放電させることができる。すなわち、リチウムイオンバッテリ２７の端子電圧Ｖ１は、鉛バッテリ２８の端子電圧Ｖ２よりも高いことから、鉛バッテリ２８の放電を抑制しつつ、リチウムイオンバッテリ２７を積極的に放電させることが可能である。このように、鉛バッテリ２８の充放電を抑制することができるため、鉛バッテリ２８に求められる出力特性やサイクル特性を緩和することができ、鉛バッテリ２８のコストを下げることが可能である。この点からも、車両用電源装置１０のコストを下げることができる。

なお、前述の説明では、発電電圧ＶＧを端子電圧Ｖ１よりも下げる際に、モータジェネレータ１６を発電休止状態に制御しているが、これに限られることはない。モータジェネレータ１６の発電状態を維持したまま、発電電圧ＶＧを端子電圧Ｖ１よりも下げた場合であっても、リチウムイオンバッテリ２７を放電させることが可能である。このとき、モータジェネレータ１６の発電電流を調整することにより、リチウムイオンバッテリ２７の放電電流を制御することが可能である。すなわち、モータジェネレータ１６の発電電流を増加させることにより、リチウムイオンバッテリ２７の放電電流を減少させることができる。一方、モータジェネレータ１６の発電電流を減少させることにより、リチウムイオンバッテリ２７の放電電流を増加させることができる。

［エンジン始動制御］
続いて、エンジン始動時における車両用電源装置１０の電力供給状況について説明する。図８および図９は車両用電源装置１０の電力供給状況を示す説明図である。図８にはスタートスイッチ操作によるエンジン初始動時の電力供給状況が示されており、図９にはアイドリングストップ制御によるエンジン再始動時の電力供給状況が示されている。

図８に示すように、運転手のスタートスイッチ操作によるエンジン初始動時においては、スタータモータ２１によってエンジン１２が始動される。すなわち、スタートスイッチ操作によるエンジン初始動時には、バッテリモジュール４４内の開閉スイッチＳＷ２が閉じられた後に、スタータリレー３５が閉じられる。これにより、鉛バッテリ２８からスタータモータ２１に電力が供給され、スタータモータ２１のクランキング動作によってエンジン１２が始動される。なお、バッテリモジュール４４内の開閉スイッチＳＷ１は、エンジン１２が始動された後に閉じられる。前述の説明では、リチウムイオンバッテリ２７の放電を抑制する観点から、開閉スイッチＳＷ１は開かれているが、これに限られることはない。例えば、寒冷地等の低温環境下においては、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２を閉じることにより、鉛バッテリ２８とリチウムイオンバッテリ２７との双方から、スタータモータ２１に対して電力を供給しても良い。

図９に示すように、アイドリングストップ制御によるエンジン再始動時においては、モータジェネレータ１６によってエンジン１２が始動される。すなわち、アイドリングストップ制御によるエンジン再始動時には、バッテリモジュール４４内の開閉スイッチＳＷ２が開かれた後に、モータジェネレータ１６の目標駆動トルクが引き上げられる。これにより、リチウムイオンバッテリ２７からモータジェネレータ１６に電力が供給され、モータジェネレータ１６のクランキング動作によってエンジン１２が始動される。アイドリングストップ制御によるエンジン再始動時においては、開閉スイッチＳＷ２を開いて第１電源回路４１と第２電源回路４２とを切り離すことにより、第２電源回路４２の瞬低保護負荷３３に対する瞬間的な電圧低下つまり瞬低を防止することができる。これにより、エンジン再始動時に瞬低保護負荷３３の作動状態を継続することができるため、車両品質を向上させることができる。

［ブースターケーブルの接続状況］
続いて、ブースターケーブルを用いて車両間の電源回路を接続する際の状況について説明する。車両に搭載されるバッテリの電力が枯渇した場合には、エンジン始動用のスタータモータに電力を供給するため、ブースターケーブルを介して車両同士の電源回路を接続することが多い。以下、車両用電源装置１０が備える鉛バッテリ２８の車両搭載位置について説明した後に、車両同士の電源回路を接続する際の状況について説明する。なお、以下の説明においては、車両用電源装置１０が搭載される車両１１を「自車両」として記載し、この自車両１１にブースターケーブルＢＣ１，ＢＣ２を介して接続される他の車両２００を「他車両」として記載する。

図１０（ａ）および（ｂ）は、車両用電源装置１０が搭載された自車両１１を示す側面図である。図１０（ａ）に示すように、車両前部のエンジンルーム（収容室）７０には、鉛バッテリ２８が収容されている。また、車体にはエンジンフード７１が開閉自在に装着されており、エンジンフード７１によってエンジンルーム７０が閉じられている。このため、図１０（ａ）に示すように、エンジンフード７１を閉じてエンジンルーム７０を閉塞した場合には、エンジンルーム７０内の鉛バッテリ２８に外部から触れることができない。一方、図１０（ｂ）に示すように、エンジンフード７１を開いてエンジンルーム７０を開放した場合には、エンジンルーム７０内の鉛バッテリ２８に外部から触れることができる。つまり、鉛バッテリ２８にブースターケーブルＢＣ１，ＢＣ２を接続する際には、エンジンフード７１を開いてエンジンルーム７０が開放されることになる。なお、図示する例では、車両後部にリチウムイオンバッテリ２７が搭載されているが、これに限られることはなく、車両中央や車両前部等にリチウムイオンバッテリ２７を搭載しても良い。

図１１は自車両１１と他車両２００との電源回路４３，２０１の接続状況の一例を示す説明図である。図１２は自車両１１と他車両２００との電源回路４３，２０１の接続状況の一例を示す回路図である。まず、図１１に示すように、自車両１１と他車両２００との電源回路を接続する際には、自車両１１のエンジンフード７１を開いて鉛バッテリ２８を露出させ、他車両２００のエンジンフード２０２を開いてバッテリ２０３を露出させる。そして、図１２に示すように、ブースターケーブルＢＣ１を用いて、自車両１１の電源回路４３の正極側と他車両２００の電源回路２０１の正極側とが互いに接続される。また、ブースターケーブルＢＣ２を用いて、自車両１１の電源回路４３の負極側と他車両２００の電源回路２０１の負極側とが互いに接続される。このように、ブースターケーブルＢＣ１，ＢＣ２を介して電源回路４３，２０１を互いに接続することにより、電源回路４３の鉛バッテリ２８の電力が枯渇していた場合であっても、電源回路２０１から電源回路４３に電力を供給することができる。同様に、電源回路２０１のバッテリ２０３の電力が枯渇していた場合であっても、電源回路４３から電源回路２０１に電力を供給することができる。なお、図１２に示すように、他車両２００の電源回路２０１は、バッテリ２０３、車体負荷２０４、スタータモータ２０５、オルタネータ２０６等を備えている。

［フード連動制御］
車両用電源装置１０は、鉛バッテリ２８を有するだけでなく、リチウムイオンバッテリ２７を有している。このため、ブースターケーブルＢＣ１，ＢＣ２を介して電源回路４３，２０１を互いに接続する際には、車両用電源装置１０の開閉スイッチＳＷ１を適切に制御することが必要である。そこで、制御ユニット５０の充放電コントローラ（消費電流推定部）５１およびスイッチコントローラ（スイッチ制御部）５３は、エンジンフード７１に連動して開閉スイッチＳＷ１を制御するフード連動制御を実行する。以下、開閉スイッチＳＷ１のフード連動制御について説明する。図１３はフード連動制御の実行手順の一例を示すフローチャートである。図１４は自車両１１から他車両２００に対する電力供給状況を示す説明図である。なお、開閉スイッチＳＷ１のフード連動制御において、開閉スイッチＳＷ２はＯＮ状態に保持されている。

図１３に示すように、ステップＳ１０では、制御システムを起動するスタートスイッチ５９が、起動側に操作（ＯＮ操作）されたか否かが判定される。ステップＳ１０において、スタートスイッチ５９のＯＮ操作が検出された場合には、ステップＳ１１に進み、フードスイッチ５８からの出力信号に基づいて、エンジンフード７１が閉じられているか否かが判定される。ステップＳ１１において、エンジンフード７１が開かれていると判定された場合には、ステップＳ１２に進み、開閉スイッチＳＷ１がＯＦＦ状態に切り替えられる。このように、開閉スイッチＳＷ１をＯＦＦ状態に切り替えることにより、車両用電源装置１０の電源回路４３からリチウムイオンバッテリ２７が電気的に切り離される。

すなわち、エンジンフード７１が開かれた状況とは、電源回路４３の鉛バッテリ２８が露出した状況であり、電源回路４３にブースターケーブルＢＣ１，ＢＣ２が接続され得る状況である。このため、エンジンフード７１が開かれた場合には、電源回路４３に対してブースターケーブルＢＣ１，ＢＣ２が接続されることを想定し、事前に電源回路４３からリチウムイオンバッテリ２７を分離している。これにより、電源回路４３にブースターケーブルＢＣ１，ＢＣ２が接続された場合であっても、リチウムイオンバッテリ２７の急速な充放電を防止することができ、リチウムイオンバッテリ２７の劣化を抑制することができる。また、自車両１１が他車両２００から電力を受ける際に、リチウムイオンバッテリ２７の充電状態ＳＯＣが低下していた場合であっても、リチウムイオンバッテリ２７の急速な充電を防止することができるため、他車両２００側の電圧低下に伴うシステムダウンを防ぐことができる。

特に、車両用電源装置１０においては、鉛バッテリ２８よりもリチウムイオンバッテリ２７の端子電圧が高いことから、主にリチウムイオンバッテリ２７が放電する特性を有している。また、車両用電源装置１０においては、鉛バッテリ２８よりもリチウムイオンバッテリ２７の内部抵抗が小さいことから、主にリチウムイオンバッテリ２７が充放電する特性を有している。このように、車両用電源装置１０においては、リチウムイオンバッテリ２７を急速に充放電させ易いという特性を有しているが、エンジンフード７１の開放に伴って開閉スイッチＳＷ１をＯＦＦ状態に切り替えることにより、リチウムイオンバッテリ２７の急速な充放電を防止することができる。

一方、ステップＳ１１において、エンジンフード７１が閉じられていると判定された場合には、ステップＳ１３に進み、モータジェネレータ１６の発電電流ｉ１と鉛バッテリ２８の充放電電流ｉ２とに基づいて、車両１１の消費電流ｉ３が推定される（ｉ３＝ｉ１＋ｉ２）。続いて、ステップＳ１４では、消費電流ｉ３が所定の基準値（閾値）Ｘｉを下回るか否かが判定される。ステップＳ１４において、消費電流ｉ３が基準値Ｘｉ以上であると判定された場合には、ステップＳ１２に進み、開閉スイッチＳＷ１がＯＦＦ状態に切り替えられる。一方、ステップＳ１４において、消費電流ｉ３が基準値Ｘｉを下回ると判定された場合には、ステップＳ１５に進み、開閉スイッチＳＷ１をＯＮ状態に切り替えることが許可される。なお、充放電コントローラ５１は、センサ２４ａが検出する発電電流ｉ１と、バッテリセンサ５４が検出する充放電電流ｉ２とに基づいて、車両の消費電流ｉ３を推定する。また、充放電電流ｉ２は、鉛バッテリ２８の放電時に正側に検出され、鉛バッテリ２８の充電時に負側に検出される。

ここで、図１４に示すように、ブースターケーブルＢＣ１，ＢＣ２を介して電源回路４３，２０１が互いに接続されている場合には、自車両の電源回路４３から他車両の電源回路２０１に電流が供給される。このため、車両用電源装置１０の負荷３３，３４が消費する本来の消費電流ｉ３よりも、発電電流ｉ１と充放電電流ｉ２とを合算した電流値が大幅に増えることが想定される。したがって、推定された消費電流ｉ３（ｉ３＝ｉ１＋ｉ２）が、所定の基準値Ｘｉよりも大きい場合には、エンジンフード７１が閉じられたと判定されていたとしても、電源回路４３からブースターケーブルＢＣ１，ＢＣ２が外されていないと判断し、開閉スイッチＳＷ１のＯＦＦ状態を維持している。

前述したように、エンジンフード７１の開閉状況だけでなく、推定された消費電流ｉ３の大きさに基づいて、開閉スイッチＳＷ１のＯＮ状態を許可するか否かを判定している。このように、ブースターケーブルＢＣ１，ＢＣ２の接続状況を精度良く判定した上で、開閉スイッチＳＷ１を制御するようにしたので、車両用電源装置１０を適切に制御することができる。特に、図１４に示した状況とは、他車両のスタータモータ２０５に大電流が供給される状況である。この状況下で、電源回路４３にリチウムイオンバッテリ２７を接続することは、第２電源ライン３０の電流を増大させてヒューズ３７を溶断させる要因であるが、このような状況を確実に回避することができる。

図１３に示すように、ステップＳ１５において、開閉スイッチＳＷ１をＯＮ状態に切り替えることが許可された場合には、ステップＳ１６に進み、スタートスイッチ５９が起動停止側に操作（ＯＦＦ操作）されたか否かが判定される。ステップＳ１８において、スタートスイッチ５９のＯＦＦ操作が検出されていない場合には、再びステップＳ１１に進み、改めて開閉スイッチＳＷ１をＯＦＦ状態に切り替えることや、ＯＮ状態への切り替えを許可することが判定される。

前述の説明では、モータジェネレータ１６の発電電流ｉ１と、鉛バッテリ２８の充放電電流ｉ２とに基づいて、車両１１の消費電流ｉ３を推定しているが、これに限られることはない。図１４に示すように、自車両の電源回路４３から他車両の電源回路２０１に電流を供給する際には、モータジェネレータ１６の発電電流ｉ１が、鉛バッテリ２８の充放電電流ｉ２に比べて大きいことが多い。このため、消費電流ｉ３に占める割合の小さな充放電電流ｉ２を用いることなく、消費電流ｉ３に占める割合の大きな発電電流ｉ１だけを用いて、車両の消費電流ｉ３を推定しても良い。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。前述の説明では、車両前部のエンジンルーム７０に、第２蓄電体である鉛バッテリ２８を収容しているが、これに限られることはなく、例えば車両後部のトランクルームに鉛バッテリ２８を収容しても良い。この場合には、トランクルームを覆うトランクリッドが開かれた場合に、開閉スイッチＳＷ１がＯＦＦ状態に切り替えられる。

前述の説明では、スイッチコントローラ５３をスイッチ制御部として機能させ、充放電コントローラ５１を消費電流推定部として機能させているが、これに限られることはない。例えば、他のコントローラを、スイッチ制御部や消費電流推定部として機能させても良い。また、１つのコントローラを用いてスイッチ制御部および消費電流推定部を構成しても良く、複数のコントローラを用いてスイッチ制御部および消費電流推定部を構成しても良い。

前述の説明では、通電経路１００を構成する第２電源ライン３０に、開閉スイッチＳＷ２を設けているが、これに限られることはなく、通電経路１０１を構成する通電ライン３９に、開閉スイッチＳＷ２を設けても良い。このように、通電経路１０１に開閉スイッチＳＷ２を設けた場合であっても、電源回路に対する鉛バッテリ２８の接続状態を制御することができる。また、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２としては、接触子を電磁力によって動作させる電磁式のスイッチであっても良く、半導体素子を用いて構成される半導体式のスイッチであっても良い。

前述したように、第１蓄電体としてリチウムイオンバッテリ２７を採用し、第２蓄電体として鉛バッテリ２８を採用しているが、これに限られることはなく、第１蓄電体や第２蓄電体として如何なる蓄電体を採用しても良い。例えば、第１蓄電体として、鉛バッテリ、ニッケル水素バッテリ、電気二重層キャパシタ等を採用しても良い。また、第２蓄電体として、リチウムイオンバッテリ、ニッケル水素バッテリ、電気二重層キャパシタ等を採用しても良い。さらに、第１蓄電体および第２蓄電体として、同種の蓄電体を採用しても良いことはいうまでもない。なお、リチウムイオンバッテリ２７と鉛バッテリ２８とを組み合わせる際には、リチウムイオンバッテリ２７として、正極材料にリン酸鉄リチウムを適用したリン酸鉄リチウムイオンバッテリを採用することが望ましい。

前述の説明では、モータジェネレータ１６を燃焼発電状態に制御する際には、発電電圧ＶＧを所定電圧Ｖａに引き上げ、モータジェネレータ１６を回生発電状態に制御する際には、発電電圧ＶＧを所定電圧Ｖｂに引き上げているが、これに限られることはない。例えば、モータジェネレータ１６の目標発電電圧を、燃焼発電状態と回生発電状態とで一致させても良い。また、燃焼発電状態や回生発電状態において、モータジェネレータ１６の目標発電電圧を、車速、アクセル操作量、ブレーキ操作量に基づき変化させても良い。また、前述の説明では、発電機および電動機として機能するモータジェネレータ１６を用いているが、これに限られることはなく、電動機として機能しない発電機を用いても良い。なお、モータジェネレータ１６としては、誘導発電機に限られることはなく、他の形式の発電機を採用しても良い。

前述の説明では、アイドリングストップ制御のエンジン再始動時に、モータジェネレータ１６を電動機として駆動しているが、これに限られることはない。例えば、エンジン始動後の加速走行時に、モータジェネレータ１６を電動機として駆動することにより、エンジン１２の負荷を軽減しても良い。さらに、前述の説明では、第１電源回路４１に車体負荷３４を接続しているが、これに限られることはなく、第２電源回路４２だけに車体負荷３４を接続しても良く、第１電源回路４１と第２電源回路４２との双方に車体負荷３４を接続しても良い。

１０ 車両用電源装置
１１ 車両
１２ エンジン
１６ モータジェネレータ（発電機）
２７ リチウムイオンバッテリ（第１蓄電体）
２７ａ 正極端子
２７ｂ 負極端子
２８ 鉛バッテリ（第２蓄電体）
２８ａ 正極端子
２８ｂ 負極端子
４３ 第３電源回路（電源回路）
５１ 充放電コントローラ（消費電流推定部）
５３ スイッチコントローラ（スイッチ制御部）
７０ エンジンルーム（収容室）
１００ 通電経路
１０１ 通電経路
ＳＷ１ 開閉スイッチ（スイッチ）

Claims (5)

1. 車両に搭載される車両用電源装置であって、
   エンジンに接続される発電機と、
   前記発電機に接続される第１蓄電体と、
   前記第１蓄電体と並列に、前記発電機に接続される第２蓄電体と、
   前記発電機および前記第２蓄電体を備える電源回路に前記第１蓄電体を接続する導通状態と、前記電源回路から前記第１蓄電体を分離する遮断状態と、に切り替えられるスイッチと、
   前記第２蓄電体を収容する収容室が開かれた場合に、前記スイッチを遮断状態に切り替えるスイッチ制御部と、
   前記発電機の発電電流に基づいて、車両の消費電流を推定する消費電流推定部と、
   を有し、
   前記スイッチ制御部は、前記収容室が閉じられ、かつ前記消費電流が閾値を下回る場合に、前記スイッチの導通状態への切り替えを許可する、
   車両用電源装置。
2. 請求項１に記載の車両用電源装置において、
   前記第１蓄電体の端子電圧は、前記第２蓄電体の端子電圧よりも高い、車両用電源装置。
3. 請求項１または２に記載の車両用電源装置において、
   前記第１蓄電体の内部抵抗は、前記第２蓄電体の内部抵抗よりも小さい、車両用電源装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用電源装置において、
   前記消費電流推定部は、前記発電機の発電電流と前記第２蓄電体の充放電電流とに基づいて、車両の消費電流を推定する、車両用電源装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両用電源装置において、
   前記スイッチは、前記第１蓄電体と前記第２蓄電体との正極端子を接続する通電経路、または前記第１蓄電体と前記第２蓄電体との負極端子を接続する通電経路に設けられる、車両用電源装置。

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