(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輌に搭載され、発電機から供給される電力を受入可能かつ放電負荷に放電可能な電源システムであって、複数の水溶液系二次電池を接続した水溶液系二次電池群と、複数の非水系二次電池を接続した非水系二次電池群とを組み合わせた電源システムにおいて、
前記水溶液系二次電池群を充放電する電流と前記非水系二次電池群を充放電する電流とを分流する分流器と、
前記水溶液系二次電池群及び前記非水系二次電池群の電圧をそれぞれ測定し、該測定した開路状態の電圧値から前記水溶液系二次電池群及び前記非水系二次電池群のそれぞれの充電状態（ＳＯＣ）を推定すると共に、前記発電機から供給される電力の受入開始初期に、前記非水系二次電池群の電圧が予め設定された受入上限電圧値Ｖ１に到達するまで前記非水系二次電池群に電流を分配し、前記非水系二次電池群の電圧が前記受入上限電圧値Ｖ１に到達した後に、前記水溶液系二次電池群に電流を分配するように前記分流器を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする電源システム。
【請求項２】
前記受入上限電圧値Ｖ１は、前記非水系二次電池当たり３．９Ｖ〜４．１Ｖの範囲に設定されたことを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記測定した水溶液系二次電池群の開路状態の電圧値が前記水溶液系二次電池群の出力限界の充電状態に相当する開路電圧値Ｖ２以上のときに、前記水溶液系二次電池群からのみ前記放電負荷に電流を分配するように前記分流器を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電源システム。
【請求項４】
前記水溶液系二次電池群の容量が前記非水系二次電池群の容量の３倍以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項５】
前記発電機からの回生電力受入時に、前記非水系二次電池群は前記発電機から供給される電力により充電され、前記水溶液系二次電池群は充放電休止時に前記非水系二次電池群から供給される電力により充電されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項６】
前記制御部は、充放電休止時に前記水溶液系二次電池群と前記非水系二次電池群とを並列接続するように前記分流器を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項７】
前記並列接続後に、前記非水系二次電池の充電状態が３０％以下に保持されることを特徴とする請求項６に記載の電源システム。
【請求項８】
前記水溶液系二次電池群は、鉛蓄電池で構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項９】
前記鉛蓄電池は、３６Ｖ系密閉型鉛蓄電池であることを特徴とする請求項８に記載の電源システム。
【請求項１０】
前記非水系二次電池群は、リチウム二次電池で構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項１１】
前記リチウム二次電池は、３６Ｖ系リチウム二次電池であることを特徴とする請求項１０に記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電源システムに係り、特に、車輌に搭載され、発電機から供給される電力を受入可能かつ放電負荷に放電可能な電源システムであって、複数の水溶液系二次電池を接続した水溶液系二次電池群と、複数の非水系二次電池を接続した非水系二次電池群とを組み合わせた電源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車用電源システムには、２Ｖの単セル６個が直列に接続された１２Ｖ系鉛蓄電池を搭載した１４Ｖ電源システムが用いられてきた。この１４Ｖ電源システムでは、エンジン始動時に１２Ｖ系鉛蓄電池からエンジンを始動する起動装置（スタータモータ）に電流を供給（放電）し、エンジン始動後は、走行中のエンジンの回転力によって作動する発電機により１２Ｖ系鉛蓄電池に常時電流が供給（充電）される。ところが、この１４Ｖ電源システムでは、自動車の減速時の回生エネルギーは、熱として消費されていた。
【０００３】
近年、１２Ｖ系鉛電池に代わって、３６Ｖ系鉛蓄電池を搭載した新たな４２Ｖ／１４Ｖ電源システムが考案されている。この４２Ｖ／１４Ｖ電源システムでは、自動車のエンジンを始動する起動装置として、高出力なモータジェネレータを使用することが可能となり、従来熱として消費されていた自動車の減速時におけるエネルギーを該モータジェネレータで電気エネルギーに変換し、回生エネルギーとして３６Ｖ系鉛蓄電池に供給（充電）する。このため、４２Ｖ／１４Ｖ電源システムでは、エネルギー効率が高められ、自動車の燃費向上を図ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、４２Ｖ／１４Ｖ電源システムに使用されるモータジェネレータは、３〜４ｋＷと高出力であり、回生時の電流値は４０〜８０Ａ（２〜４ＣＡ相当）に達する。鉛蓄電池は、充電率が１ＣＡ以上の電流値になると、充電時の副反応である水の分解反応が促進し、充電効率が落ちて電池寿命に悪影響を及ぼす。このため、３６Ｖ系鉛蓄電池単独では、このような大電流充電を受け入れることは難しい。更に、３６Ｖ系鉛蓄電池が載置されるエンジンルームの高い雰囲気温度（約６０°Ｃ）も考慮すると、４２Ｖ／１４Ｖ電源システムにおいて、３６Ｖ系鉛蓄電池の寿命が短縮する、という問題点がある。
【０００５】
本発明は上記事案に鑑み、回生エネルギーを効率良く受け入れることができると共に、電池の寿命が短縮されない電源システムを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、電源システムは、車輌に搭載されており、発電機から供給される電力を受入可能であり、放電負荷に放電可能である。また、電源システムは、複数の水溶液系二次電池を接続した水溶液系二次電池群と、複数の非水系二次電池を接続した非水系二次電池群とが組み合わされており、水溶液系二次電池群を充放電する電流と非水系二次電池群を充放電する電流とを分流する分流器と、この分流器を制御する制御部とを備えている。制御部は、水溶液系二次電池群及び非水系二次電池群の電圧をそれぞれ測定し、該測定した開路状態の電圧値から水溶液系二次電池群及び前記非水系二次電池群のそれぞれのＳＯＣを推定すると共に、発電機から供給される電力の受入開始初期に、非水系二次電池群の電圧が予め設定された受入上限電圧値Ｖ１に到達するまで非水系二次電池群に電流を分配し、非水系二次電池群の電圧が受入上限電圧値Ｖ１に到達した後に、水溶液系二次電池群に電流を分配するように分流器を制御する。
【０００７】
本発明によれば、制御部が、電力の受入開始初期に、非水系二次電池群の電圧が予め設定された受入上限電圧値Ｖ１に到達するまで、水溶液系二次電池群よりも電力受入性に優れる非水系二次電池群に電流を供給するように分流器を制御することで、車輌のブレーキ制動時間に相当する時間の間、非水二次電池群が受入上限電圧値Ｖ１以下の範囲で回生エネルギーを受け入れるので、電源システム全体として効率よく回生エネルギーを受け入れることができると共に、水溶液系二次電池群には回生時の電流の分配がなされないので、充電に伴う水の分解反応を生じさせず、水溶液系二次電池群の寿命短縮を回避することができると共に、水の分解反応に伴う回生エネルギーの損失を防止することができる。
【０００８】
この場合において、受入上限電圧値Ｖ１は、非水系二次電池群を構成する非水系二次電池の個数をｎとしたときに、各非水系二次電池の電解液が分解を生じ可燃性ガスを発生させる制限電圧値以下の電圧値（例えば、非水系二次電池当たり３．９Ｖ〜４．１Ｖの範囲）×ｎに設定されることが好ましい。また、制御部が、測定した水溶液系二次電池群の開路状態の電圧値が水溶液系二次電池群の出力限界の充電状態に相当する開路電圧値Ｖ２以上のときに、水溶液系二次電池群からのみ放電負荷に電流を分配するように分流器を制御すれば、水溶液系二次電池群が過放電状態となることを避けつつ水溶液系二次電池群から放電負荷に放電することができる。更に、今後４２Ｖ系電源システムでの放電負荷が増加していくことを考慮すると、水溶液系二次電池群の容量は非水系二次電池群の容量の３倍以上であることが好ましい。
【０００９】
また、制御部が、充放電休止時に水溶液系二次電池群と非水系二次電池群とを並列接続するように分流器を制御することが好ましい。非水溶液系二次電池群は充電のみでＳＯＣが増大するのに対し、水溶液系電池群は放電のみでＳＯＣが低下するので、両者を並列接続する（回路状態にする）ことで、通常、電圧が高くなると想定される非水溶液電池から、電圧の低い水溶液系電池に電流が流れ込み、両者の充放電電気量をバランスさせ、所定のＳＯＣに保つことができる。この並列接続後に、非水系二次電池の充電状態が３０％以下に保持するようにすれば、非水系二次電池群で発電機から供給される電力の受け入れ容量を大きくすることができる。このように、本発明の好適態様では、発電機からの回生電力受入時に、非水系二次電池群は発電機から供給される電力により充電され、水溶液系二次電池群は充放電休止時に非水系二次電池群から供給される電力により充電される。
【００１０】
そして、水溶液系二次電池群は鉛蓄電池で構成することが好ましく、鉛蓄電池は３６Ｖ系密閉型鉛蓄電池であることが更に好ましい。また、非水系二次電池群はリチウム二次電池で構成することが好ましく、リチウム二次電池は３６Ｖ系リチウム二次電池であることが更に好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明が適用される電源システムの実施の形態について説明する。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態の電源システム１０は、水溶液系二次電池群としての３６Ｖ系密閉型鉛蓄電池１及び非水系二次電池群としての３６Ｖ系リチウム二次電池２を備えている。
【００１３】
鉛蓄電池１の電槽には、内部を縦横に仕切る隔壁によって１８個のセル室を画定するモノブロック電槽が用いられている。モノブロック電槽の中央部の隔壁には上部側から略中央部までセンサ挿入孔が形成されている。センサ挿入孔には鉛蓄電池１の中央部の温度を検出するサーミスタ等の温度センサが挿入されており、温度センサは接着剤でセンサ挿入孔内に固定されている。
【００１４】
鉛蓄電池１の各セル室には、複数の正極板と負極板とをガラスセパレータを介して積層した極板群が１組ずつ収容されており、電解液である希硫酸が注液されている。鉛蓄電池１の正極活物質には二酸化鉛、負極活物質には海綿状鉛を用いることができる。各セル室はモノブロック電槽の開口を一体に覆う蓋で密閉化されており、各セル室間は導電性の接続部材により直列に接続されている。鉛蓄電池１の上部対角位置には、外部出力端子となる正極端子及び負極端子が立設されている。各セルの公称電圧は２Ｖであり、鉛蓄電池１の容量は１８Ａｈ（５時間率容量）である。なお、鉛蓄電池１の負極端子はグランド（以下、ＧＮＤと略称する。）に接続されている。
【００１５】
一方、リチウム二次電池２は、１１本のリチウムイオン電池を直列に接続することで最上位電位側に正極端子、最下位電位側に負極端子を有して構成されている。これら１１本のリチウムイオン電池は横方向にそれぞれ４本、３本、４本の３列１段で配置されている。１１本のリチウムイオン電池のうち中央に配置された１本のリチウムイオン電池の電池缶表面には、接着剤によりサーミスタ等の温度センサが固着されている。リチウム二次電池２の上下にはそれぞれ厚手のシートが配設されており、このシート上に各リチウムイオン電池の両端電圧を検出するための電圧検出リードが配線されている。
【００１６】
各リチウムイオン電池は、アルミニウム箔に正極活物質を塗着した正極と銅箔に負極活物質を塗着した負極とを微多孔性のセパレータを介して捲回した捲回群を有しており、捲回群は、６フッ化リン酸リチウム等のリチウム塩がエチレンカーボネート、ジメチルカーボネート等の混合溶媒に溶解された非水電解液に浸潤されて円筒状の電池缶内に収容されている。リチウムイオン電池の正極活物質にはリチウムを含んだマンガン酸化物、負極活物質には炭素粉末を用いることができる。
【００１７】
各リチウムイオン電池の制限電圧（リチウムイオン電池の非水電解液が分解を生じ可燃性ガスを発生させる電圧）は、４．２Ｖであり、各リチウムイオン電池（リチウム二次電池２）の容量は３Ａｈ（５時間率容量）である。なお、リチウム二次電池２の負極端子はＧＮＤに接続されている。
【００１８】
また、電源システム１０は、鉛蓄電池１の充電状態（State of Charge、以下、ＳＯＣと略称する。）を演算するバッテリコントローラ５と、非水系二次電池群２を構成する各リチウムイオン電池の電圧を監視すると共にリチウム二次電池２のＳＯＣを演算するバッテリコントローラ６とを備えている。
【００１９】
バッテリコントローラ５、６は、それぞれマイクロコンピュータ（以下、マイコンという。）を有している。マイコンは、ＳＯＣの演算を行うと共に後述する電流制御コントローラ７にデータ送出を行うＣＰＵ、基本制御プログラムを記憶したＲＯＭ、ＣＰＵのワークエリアとして働くと共に種々のデータを一時的に記憶するＲＡＭ及びこれらを接続する内部バスで構成されている。
【００２０】
バッテリコントローラ５のマイコンには、インターフェースを介して、温度検出部及び電圧検出部が接続されている。温度検出部は、鉛蓄電池１の電槽中央部に配置された温度センサに接続されており、温度センサが検出した鉛蓄電池１の電槽中央部の温度値をＡ／Ｄ変換してマイコンに出力する機能を有している。電圧検出部は、鉛蓄電池１の正極端子及び負極端子に接続されており、鉛蓄電池１の両端電圧を検出してＡ／Ｄ変換しマイコンに出力する機能を有している。
【００２１】
一方、バッテリコントローラ６のマイコンは、インターフェースを介して、温度検出部及び電圧検出部に接続されている。温度検出部は、リチウム二次電池２の中央部に配置されたリチウムイオン電池に固着された温度センサに接続されており、温度センサが検出した温度値をＡ／Ｄ変換してマイコンに出力する機能を有している。電圧検出部は、各リチウムイオン電池の両端電圧を検出してＡ／Ｄ変換してマイコンに出力する機能を有している。
【００２２】
更に、電源システム１０は、鉛蓄電池１を充放電する電流とリチウム二次電池２を充放電する電流とを分流する分流器４と、この分流器４を制御する電流制御コントローラ７とを備えている。
【００２３】
分流器４は、一端がＧＮＤに接続された発電機としてのモータジェネレータ３の他端、一端がＧＮＤに接続された起動装置（スタータモータ）等の負荷８の他端、上述した鉛蓄電池１の正極端子及びリチウム二次電池２の正極端子にそれぞれ接続されている。
【００２４】
電流制御コントローラ７は、バッテリコントローラ５、６に接続されており、バッテリコントローラ５、６から通知された鉛蓄電池１及びリチウム二次電池２のＳＯＣ、電圧、温度により分流器４を制御するＣＰＵ、基本制御プログラムが記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵのワークエリアとして働くと共に種々のデータを一時的に記憶するＲＡＭ及びこれらを接続する内部バスで構成されている。なお、バッテリコントローラ５、６及び電流制御コントローラ７は、鉛蓄電池１に接続された図示しない電源部からの電源で作動する。
【００２５】
次に、本実施形態の電源システム１０の動作について説明する。
【００２６】
バッテリコントローラ５は、充放電休止時に、鉛蓄電池１の開路電圧値及び温度値を取り込み、予めＲＯＭから読み出されＲＡＭに展開されている２５°Ｃでの開路電圧とＳＯＣとの対応マップにより鉛蓄電池１のＳＯＣを演算し、演算した２５°ＣにおけるＳＯＣを、取り込んだ温度値におけるＳＯＣに温度補正を行って鉛蓄電池１の現在のＳＯＣａを推定する。次に、バッテリコントローラ５は、取り込んだ開路電圧値Ｖａ、温度値Ｔａ及び推定したＳＯＣａを電流制御コントローラ７に送出する。
【００２７】
一方、バッテリコントローラ６は、所定時間毎に、各リチウムイオン電池の電圧及び中央に配置されたリチウムイオン電池の温度を検出してリチウム二次電池２を監視している。すなわち、バッテリコントローラ６は、各リチウムイオン電池の電圧値を取り込み、各リチウムイオン電池の電圧値が上述した制限電圧未満か否かを判断し、肯定判断のときは、いずれかのリチウムイオン電池が過充電状態に陥っているので、電流制御コントローラ７に過充電状態を通知する。また、温度センサからの温度値を取り込み、リチウムイオン電池の温度値が所定値（例えば、１５０°Ｃ）以上か否かを判断し、肯定判断のときは、リチウムイオン電池が異常温度状態のあるので、電流制御コントローラ７に異常温度状態を通知する。なお、電流制御コントローラ７は、これらの異常状態の通知を受けると、リチウム二次電池２への充電を停止するように分流器４を制御する。一方、各リチウムイオン電池の電圧値が制限電圧未満のとき、及び、リチウムイオン電池の温度値が所定値未満のときは、リチウム二次電池２には異常状態にはないので、上述したリチウム二次電池２の監視を続行すると共に、電流制御コントローラ７に各リチウムイオンの両端電圧を合計したリチウム二次電池２の電圧値Ｖｂを通知する。
【００２８】
また、バッテリコントローラ６は、充放電休止時に、リチウム二次電池２の開路電圧値及び中央に配置されたリチウムイオン電池の温度値を取り込み、予めＲＯＭから読み出されＲＡＭに展開されている２５°Ｃでの開路電圧とＳＯＣとの対応マップによりリチウム二次電池２のＳＯＣを演算し、演算した２５°ＣにおけるＳＯＣを、取り込んだ温度値におけるＳＯＣに温度補正を行ってリチウム二次電池２の現在のＳＯＣｂを推定する。次に、バッテリコントローラ６は、推定したＳＯＣｂを電流制御コントローラ７に送出する。
【００２９】
電流制御コントローラ７は、電源システム１０が充電、放電、又は、充放電休止状態のいずれにあるかを常時把握している。すなわち、例えば、分流器４内のシャント抵抗の両端電圧を検出して状態を直接把握したり、車輌側ＣＰＵから充放電状態の通知を受けることで電源システム１０の把握することができる。以下、電源システム１０の状態に応じて電源制御コントローラ７が分流器４に対して行う制御について説明する。
【００３０】
（充電時）
電源システム１０への充電は、モータジェネレータ３からの電力を受け入れることにより行われる。モータジェネレータ３からの電力受入初期には、リチウム二次電池２がモータジェネレータ３からの電流を受け入れるように分流器４を制御する。このとき、モータジェネレータ３からの電流は鉛蓄電池１には流れないように制御される。従って、分流器４は、モータジェネレータ３から鉛蓄電池１への電流経路をオフとし、リチウム二次電池２への電流経路をオンとするスイッチと等価となる。
【００３１】
次に、電流制御コントローラ７はバッテリコントローラ６から通知された電圧値Ｖｂが予め設定された受入上限電圧値Ｖ１に到達したか否かを判断する。この受入上限電圧値Ｖ１は、リチウム二次電池２の過充電を防止するために、１本当たりのリチウムイオン電池の制限電圧値４．２（Ｖ／本）×リチウムイオン電池の本数１１（本）より小さい値、４．０（Ｖ／本）×１１（本）＝４４（Ｖ）に設定されている。電圧値Ｖｂが受入上限電圧値Ｖ１（４４Ｖ）に到達しない場合には、リチウム二次電池２はモータジェネレータ３からの電流を受け入れることができるので、リチウム二次電池２がモータジェネレータ３からの電流を受け入れるように分流器４の制御を続行する。
【００３２】
一方、電圧値Ｖｂが受入上限電圧値Ｖ１（４４Ｖ）に到達した場合には、モータジェネレータ３からの電流をリチウム二次電池２に流れないように分流器４を制御すると共に、鉛蓄電池１のＳＯＣａが所定値（例えば、９５％）未満のときには、モータジェネレータ３からの電流を鉛蓄電池１に流れるように分流器４を制御する。このとき、分流器４は、モータジェネレータ３から鉛蓄電池１への電流経路をオンとし、リチウム二次電池２への電流経路をオフとしたスイッチと等価となる。なお、鉛蓄電池１のＳＯＣａが９５％以上のときは、鉛蓄電池１の過充電を防止するために、モータジェネレータ３からの電流を鉛蓄電池１にも流れないように分流器４を制御する。このとき、分流器４は、モータジェネレータ３から鉛蓄電池１及びリチウム二次電池２への電流経路を共にオフとしたスイッチと等価となる。
【００３３】
（充放電休止時）
充放電休止時には、バッテリコントローラ５から通知された開路電圧値Ｖａ、温度値Ｔａ及びＳＯＣａ、並びに、バッテリコントローラ６から通知された電圧値Ｖｂ及びＳＯＣｂをＲＡＭに格納すると共に、鉛蓄電池１とリチウム二次電池２とを所定時間（例えば、数秒〜数十秒）の間、並列接続するように分流器４を制御する。分流器４は、鉛蓄電池１の正極端子とリチウム二次電池２の正極端子とを接続するスイッチと等価となる。鉛蓄電池１及びリチウム二次電池２の負極端子はＧＮＤに接続されているので、鉛蓄電池１とリチウム二次電池２とは回路状態となる。上記充電時の動作で説明したように、通常、リチウム二次電池２の電圧は鉛蓄電池１の電圧より高いので、分流器４の並列接続により、リチウム二次電池２からの電流が鉛蓄電池１へ流れ込み、両者の充放電電気量をバランスさせ、所定のＳＯＣに保つことが可能となる。なお、このような並列接続の間隔は数回／日とすることが好ましく、並列接続後のリチウム二次電池２のＳＯＣは、モータジェネレータ３からの電力を受け入れられるように、３０％以下に設定することが更に好ましい。
【００３４】
（放電時）
放電時には、鉛蓄電池１の温度値Ｔａ及び開路電圧値ＶａをＲＡＭから読み出し、温度値Ｔａが−１５°Ｃ以上か否かを判断する。肯定判断のときは、開路電圧値Ｖａが鉛蓄電池１の出力限界のＳＯＣに相当する開路電圧値Ｖ２（例えば、２４Ｖ）以下か否かを判定し、否定判定のときは、鉛蓄電池１からのみ負荷８に電流を流すように分流器４を制御する。従って、分流器４は、鉛蓄電池１から負荷８への電流経路をオンとし、リチウム二次電池２から負荷８への電流経路をオフとするスイッチと等価となる。これにより負荷８は鉛蓄電池１のみから電源の供給を受ける。なお、開路電圧値Ｖａが開路電圧値Ｖ２未満のときは、鉛蓄電池１の過放電を避けるために、負荷８への電流の供給が停止される。一方、取り込んだ温度値Ｔａが−１５°Ｃ未満のときには、ＳＯＣｂが１５％以上か否かを判定し、１５％以上のときは、低温下では鉛蓄電池１よりリチウム二次電池２の方が出力特性に優れるので、リチウム二次電池２からのみ負荷８に電流を流すように分流器４を制御し、１５％未満のときは、リチウム二次電池２の過放電を避けるために、鉛蓄電池１及びリチウム二次電池２の双方から負荷８へ電流を流すように分流器４を制御する。
【００３５】
【実施例】
次に、上記実施形態に従って作製した実施例の電源システム１０について説明する。なお、比較のために作製した比較例の電源システムについても併記する。
【００３６】
（実施例１）
実施例１の電源システム１０では、充放電休止時の鉛蓄電池１とリチウム二次電池２とを並列接続による電気量の調整の後、鉛蓄電池１のＳＯＣａが９０％、リチウム二次電池２のＳＯＣｂが２０％、鉛蓄電池１の開路電圧値Ｖａ及びリチウム二次電池２の電圧値Ｖｂが３７．８Ｖとなるように設定した。
【００３７】
（比較例１）
図２に示すように、比較例１の電源システムでは、実施例１の電源システム１０における分流器４及び電流制御コントローラ７を備えず、鉛蓄電池１とリチウム二次電池２とが並列接続されている。
【００３８】
＜試験・評価＞
上記実施例１の電源システムについて、車輌のブレーキ制動時のモータジェネレータ３の出力を４ｋＷ、すなわち、電力回生時に８０Ａの充電が行われる場合を想定して充電実験を行なった。図３（Ａ）、（Ｂ）に、実施例１の電源システムの８０Ａ充電時における鉛蓄電池１及びリチウム二次電池２の電圧、電流の推移を示す。図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、実施例１の電源システム１０では、最初にリチウム二次電池２に電流が流れ、時間とともに電圧が増大し、リチウムイオン電池が４．０Ｖ／セル、すなわち、リチウム二次電池２が受入上限電圧値Ｖ１＝４４．０Ｖに到達したときに、モータジェネレータ３からの充電電流はリチウム二次電池２から鉛蓄電池１に切り替わっている。また、リチウム二次電池２が受入上限電圧値Ｖ１＝４４．０Ｖに達するのに要する時間は、１分以上であり、実際に想定される充電時間、すなわち、車輌のブレーキ制動時間の約１０秒に対して、モータジェネレータ３からの回生電力を充分を受け入れることができることが確認された。
【００３９】
次に、実施例１及び比較例１の電源システムが車載されたときの走行パターンを想定して、充電−放電−休止のサイクル試験を実施した。充電は８０Ａ、１０秒、放電は２００Ａ、４秒（モータージェネレータ起動）、休止１０秒とした。休止１０秒の時、電流制御コントローラにより、鉛蓄電池１とリチウム二次電池２とを並列接続した。図４（Ａ）、（Ｂ）に、実施例１の電源システム１０の鉛蓄電池１及びリチウム二次電池２の電圧、電流の推移を示す。図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、電源システム１０では、モータジェネレータ３からの充電は、電力受入性の優れるリチウム二次電池２のみで行い、負荷８への放電は、出力性能、容量の大きい鉛蓄電池１でのみ行なわれる。また、充電放電時、鉛蓄電池１、リチウム二次電池２の電圧は、それぞれ、３７．４、３８．５Ｖであったが、放電休止時、電圧の高いリチウム二次電池２から鉛蓄電池１へ緩やかに電荷の移動が見られ、鉛蓄電池１への充電（モータジェネレータ３からみると、間接充電）が行なわれると共に、両者の電気量のバランスがとられている。従って、実施例１の電源システムでは、放電により失われた鉛蓄電池１の電気量がリチウム二次電池２を介して補充されることになる。
【００４０】
一方、比較例１の電源システムでは、充電時には、モータジェネレータ３からの電流が鉛蓄電池１とリチウム二次電池２に２：８の割合で分配され、負荷８への放電時は、放電電流が鉛蓄電池１とリチウムイオン電池とに６：４の割合で分配される。この際、少量ではあるが鉛蓄電池１に電流が分配されることから、鉛蓄電池１において副反応であるガス発生反応が観察され、比較例１の電源システムは充電効率が低下することが判明した。従って、このような鉛蓄電池１での副反応が観察されなかった実施例１の電源システム１０は、エネルギー回生時の充電効率が優れることが分かった。
【００４１】
以上のように、本実施形態の電源システム１０では、電流制御コントローラ７が分流器４を制御し、モータジェネレータ３の電力の受入開始初期に、リチウム二次電池２の電圧値Ｖｂが受入上限電圧値Ｖ１に到達するまで、リチウム二次電池２にのみ電流を供給することで、車輌のブレーキ制動時間に相当する時間の間（０〜１０秒程度）、リチウム二次電池２が受入上限電圧値Ｖ１以下の範囲で過充電状態に陥ることなく回生エネルギーを受け入れるので、電源システム１０全体として効率よく回生エネルギーを受け入れることができると共に、鉛蓄電池１には回生時の大電流の分配がなされないので、大電流充電に伴う水の分解反応を生じさせず、鉛蓄電池１の寿命短縮を回避することができ、副反応によるエネルギーロスをほとんど０にすることができる。
【００４２】
また、本実施形態では、測定した開路電圧値Ｖａが開路電圧値Ｖ２以上、かつ、温度値Ｔａが−１５°Ｃ以上のときに、鉛蓄電池１のみ負荷８に電流を流すようにしたので、鉛蓄電池１が過放電となることなく負荷８に電流を供給することができると共に、温度値が−１５°Ｃ未満のときには低温下で出力特性の優れるリチウム二次電池２から負荷８に電流を流すようにしたので、負荷８に安定的に電流を供給することができる。
【００４３】
また、本実施形態では、充放電休止時に鉛蓄電池１とリチウム二次電池２とを並列接続する（回路状態にする）ようにしたので、電圧の高いリチウム二次電池２から電圧の低い鉛蓄電池１に電流が流れ込み、両者の充放電電気量をバランスさせ、所定のＳＯＣに保つことができる。また、この並列接続後に、リチウム二次電池２のＳＯＣを３０％以下（実施例１では２０％）としたので、モータジェネレータ３から供給される電力の受け入れ容量を大きくすることができる。
【００４４】
なお、本実施形態では、受入上限電圧値Ｖ１を４４Ｖ、すなわち、リチウムイオン電池当たり４．０Ｖに設定した例を示したが、本発明はこれに限定されることなく、リチウムイオン電池の制限電圧が４．２Ｖ／セルの場合には、例えば、３．９Ｖ／セル〜４．１Ｖ／セル（受入上限電圧値Ｖ１：４２．９Ｖ〜４５．１Ｖ）の範囲で設定することがこのましい。
【００４５】
また、本実施形態では、鉛蓄電池１の容量を１８Ａｈ、リチウム二次電池２の容量を３Ａｈとした例を示したが、鉛蓄電池１の容量はリチウム二次電池２の容量より３倍以上であることことが好ましい。このように容量を設定することで、今後、３６Ｖ系電池で作動する機器の負荷に対応することが可能となる。
【００４６】
更に、本実施形態では、水溶液系二次電池群として３６Ｖ系密閉型鉛蓄電池、非水系二次電池群として３６Ｖ系リチウム二次電池を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。従って、開放型の鉛蓄電池やニッケル−水素電池等を用いる場合にも本発明の適用は可能である。
【００４７】
【発明の効果】
上述説明したように、本発明によれば、制御部が、電力の受入開始初期に、非水系二次電池群の電圧が予め設定された受入上限電圧値Ｖ１に到達するまで、水溶液系二次電池群よりも電力受入性に優れる非水系二次電池群に電流を供給するように分流器を制御することで、車輌のブレーキ制動時間に相当する時間の間、非水二次電池群が受入上限電圧値Ｖ１以下の範囲で回生エネルギーを受け入れるので、電源システム全体として効率よく回生エネルギーを受け入れることができると共に、水溶液系二次電池群には回生時の電流の分配がなされないので、充電に伴う水の分解反応を生じさせず、水溶液系二次電池群の寿命短縮を回避することができると共に、水の分解反応に伴う回生エネルギーの損失を防止することができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用可能な実施形態の電源システムの概略を示すブロック図である。
【図２】比較例の電源システムの概略を示すブロック図である。
【図３】実施例の電源システムの８０Ａ充電時における鉛蓄電池、リチウム二次電池の状態を示すグラフであり、（Ａ）は充電時間による電圧の推移を示し、（Ｂ）は充電時間による電流の推移を示す。
【図４】実施例の電源システムの車載を想定した場合の充電−放電−休止サイクルでの鉛蓄電池、リチウム二次電池の状態を示すグラフであり、（Ａ）は１サイクルおける電圧の推移を示し、（Ｂ）は１サイクルにおける電流の推移を示す。
【符号の説明】
１  鉛蓄電池（非水系二次電池群）
２  リチウム二次電池（水溶液系二次電池群）
３  モータジェネレータ（発電機）
４  分流器
５、６  バッテリコントローラ（制御部の一部）
７  電流制御コントローラ（制御部の一部）
８  負荷
１０  電源システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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