(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車載用蓄電デバイスのデバイス状態を検知するデバイス状態検知装置において、
前記デバイスの電圧を検出する電圧検出手段と、
電流センサを有し前記デバイスに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電圧検出手段および前記電流検出手段で検出された検出値に基づいて前記デバイスのデバイス状態を演算する制御部と、
を備え、
前記電流センサに、導電層と磁性層とを有し前記導電層に流れる電流値に応じて前記磁性層の抵抗値が変化する電流センサを用い、
前記磁性層の長手方向の一側が前記デバイスの正極外部端子に、他側が負荷抵抗を介して前記デバイスの負極外部端子にそれぞれ接続されており、
前記制御部は、前記電圧検出手段で検出された前記デバイスの電圧と前記電流検出手段で検出された前記負荷抵抗の両端電圧とから前記デバイスに流れる電流を検知することを特徴とするデバイス状態検知装置。
【請求項２】
前記電流センサはプレート状電流センサであることを特徴とする請求項１に記載のデバイス状態検知装置。
【請求項３】
前記導電層の長手方向の一側が前記正極外部端子に、他側がイグニッションスイッチを介して放電負荷および発電機にそれぞれ接続されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のデバイス状態検知装置。
【請求項４】
複数の電圧値下における複数の電流値で前記導電層に電流を流したときの前記電流センサに固有の前記負荷抵抗の両端電圧値を予め記憶した不揮発性メモリをさらに備え、
前記制御部は、前記不揮発性メモリに記憶された前記電圧値、電流値および両端電圧値の関係に従って前記電圧検出手段で検出された前記デバイスの電圧および前記電流検出手段で検出された前記負荷抵抗の両端電圧に対応した前記導電層に流れる電流を算出することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のデバイス状態検知装置。
【請求項５】
前記制御部は、エンジン始動時に前記電圧検出手段で検出された前記デバイスの電圧と前記検知した前記デバイスに流れる電流とからオームの法則に従って前記デバイスの内部抵抗を算出することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のデバイス状態検知装置。
【請求項６】
前記電流検出手段は、大電流域の電流を検出するための第１の電流センサと、小電流域の電流を検出するための第２の電流センサとの少なくとも２つの電流センサを有しており、前記第１および第２の電流センサの長さおよび幅の少なくとも一方が異なることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のデバイス状態検知装置。
【請求項７】
前記デバイスは、鉛電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウムイオン電池およびリチウムイオンキャパシタで構成される群から選択される１種、または、前記群を構成する２種以上を有する複合蓄電デバイスであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のデバイス状態検知装置。
【請求項８】
前記デバイスが前記複合蓄電デバイスの場合に、前記電圧検出手段および前記電流検出手段は前記複合蓄電デバイスを構成する蓄電デバイスごとに設けられ、前記制御部は前記複合蓄電デバイスを構成する蓄電デバイスのうち少なくとも一つの蓄電デバイスの内部抵抗を算出することを特徴とする請求項７に記載のデバイス状態検知装置。
【請求項９】
車載用蓄電デバイスと、
請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載のデバイス状態検知装置と、
を備えた電源システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の電源システムを備えた自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はデバイス状態検知装置、電源システムおよび自動車に係り、特に、車載用蓄電デバイスのデバイス状態を検知するデバイス状態検知装置、該デバイス状態検知装置を備えた電源システム、および該電源システムを備えた自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、普通ガソリン車やディーゼル車では、オルタネータ等の発電機から供給された電力を受け入れて放電負荷に放電する鉛電池等の蓄電デバイスが広く実用に供されている。これらの車両では、制動時を除く走行中に発電機から供給された電力を蓄電デバイスに蓄電（充電）する。
【０００３】
近年、エンジン自動車による排ガスに対処するため、普通ガソリン車等においてアイドリングストップの励行が推奨されており、アイドリングストップ・システム機能を有する自動車（ＩＳＳ車）も徐々に増加している。ＩＳＳ車は、車両停止時にエンジンを停止し、その間の電装機器等の補機への電力供給はすべて蓄電デバイスで賄い、さらに、アイドリングストップ後のスタート時には蓄電デバイスに蓄電された電力でスタータ（セルモータ）を駆動させてエンジンを再始動する。アイドリングストップを行うことで車両停止時にエンジンも停止するため燃費が向上する。
【０００４】
近時、燃費改善のニーズはとりわけ高く、燃費効率の高い車両が大幅に販売台数を伸ばしている。このような実情に則して、自動車製造会社では、制動時に発電機（オルタネータ）から供給される回生電力で蓄電デバイスを充電するオルタネータ回生車両の開発も進められており、このようなオルタネータ回生車両のうち上述したＩＳＳ機能を有する車両はμＨＥＶまたはマイクロハイブリッドと呼ばれることもある。オルタネータ回生車両では、普通ガソリン車等で熱消費されていた、制動時に発電機から供給される回生電力で蓄電デバイスを充電し、制動時を除く走行中は原則的に発電機の動作を停止してガソリン消費をさらに低減させる。
【０００５】
上記いずれの車両においても、アイドリングストップの際に、蓄電デバイスの電力でスタータを駆動させエンジンを再始動できるかを高精度に判断することが必要となる。デバイス状態検知装置はそのような判断を行う際の判断基礎となる蓄電デバイスの状態情報を取得する。エンジン再始動の可否判断は、状態情報に従って車両側の制御部（ＥＣＵ）が行ってもよいし、デバイス状態検知装置や該デバイス状態検知装置を備えた電源システムが行ってＥＣＵに報知するようにしてもよい。
【０００６】
ところで、このようなデバイス状態検知装置は、蓄電デバイスの状態情報を取得するために、一般に、蓄電デバイスの電圧を検出する電圧検出回路と蓄電デバイスに流れる充放電電流を検出する電流センサとを有している。電流センサには、従来、抵抗体の電圧降下により電流を検出するシャント式のものや電流線付近の磁場変化により電流を検出するホール式のものが用いられており、現在でも殆ど両者のいずれかが用いられている。
【０００７】
しかしながら、シャント式電流センサは抵抗体による電圧降下（電力損失）が少なからず発生し、ホール式電流センサはサイズが大きい、という課題がある。このため、従来、これらを改善するために種々の電流センサの開発が試みられてきた。薄膜電流センサはこれらの電流センサに代わる有望な電流センサである（例えば、特許文献１、２参照）。なお、本発明に近接する技術として、特許文献３には、導電膜と磁性膜とを有する薄膜電力センサを用いた電池システムおよび充放電測定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１４２６８４号公報
【特許文献２】特開２００１−２５５３４３号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ２０１３／１１４８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上述した特許文献１、２の薄膜電流センサは構造の複雑さやそれに伴うコスト要因も手伝って、現在のところ普及に至っていない。従って、電流センサにおける電圧降下の解消や省スペース化に対するニーズが依然として存在している。このため、簡単な構造の電流センサを用いたデバイス状態検知装置を提供できれば、このようなコスト要因も解消すると考えられる。
【００１０】
本発明は上記事案に鑑み、電圧降下がなく省スペースかつ簡単な構造の電流センサを用いたデバイス状態検知装置、該デバイス状態検知装置を備えた電源システム、および該電源システムを備えた自動車を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、車載用蓄電デバイスのデバイス状態を検知するデバイス状態検知装置において、前記デバイスの電圧を検出する電圧検出手段と、電流センサを有し前記デバイスに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段および前記電流検出手段で検出された検出値に基づいて前記デバイスのデバイス状態を演算する制御部と、を備え、前記電流センサに、導電層と磁性層とを有し前記導電層に流れる電流値に応じて前記磁性層の抵抗値が変化する電流センサを用いたことを特徴とする。
【００１２】
第１の態様において、電流センサにプレート状電流センサを用いるようにしてもよい。また、磁性層の長手方向の一側がデバイスの正極外部端子に、他側が負荷抵抗を介してデバイスの負極外部端子にそれぞれ接続されており、制御部は、電圧検出手段で検出されたデバイスの電圧と電流検出手段で検出された負荷抵抗の両端電圧とからデバイスに流れる電流を検知するようにしてもよい。このとき、導電層の長手方向の一側が正極外部端子に、他側がイグニッションスイッチを介して放電負荷および発電機にそれぞれ接続されるようにしてもよい。
【００１３】
また、複数の電圧値下における複数の電流値で導電層に電流を流したときの電流センサに固有の負荷抵抗の両端電圧値を予め記憶した不揮発性メモリをさらに備え、制御部は、不揮発性メモリに記憶された電圧値、電流値および両端電圧値の関係に従って電圧検出手段で検出されたデバイスの電圧および電流検出手段で検出された負荷抵抗の両端電圧に対応した導電層に流れる電流を算出するようにしてもよい。制御部は、エンジン始動時に電圧検出手段で検出されたデバイスの電圧と検知したデバイスに流れる電流とからオームの法則に従ってデバイスの内部抵抗を算出するようにしてもよい。
【００１４】
さらに、電流の検知精度を高めるために、電流センサは、大電流域の電流を検出するための第１の電流センサと、小電流域の電流を検出するための第２の電流センサとの少なくとも２つの電流センサを有しており、前記第１および第２の電流センサの長さおよび幅の少なくとも一方が異なるようにしてもよい。
【００１５】
このような蓄電デバイスは、鉛電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウムイオン電池およびリチウムイオンキャパシタで構成される群から選択される１種、または、群を構成する２種以上を有する複合蓄電デバイスであってもよい。デバイスが複合蓄電デバイスの場合には、電圧検出手段および電流検出手段は複合蓄電デバイスを構成する蓄電デバイスごとに設けられ、制御部は複合蓄電デバイスを構成する蓄電デバイスのうち少なくとも一つの蓄電デバイスの内部抵抗を算出するようにしてもよい。
【００１６】
また、上記課題を解決するために、本発明の第２の態様は第１の態様のデバイス状態検知装置を備えた電源システムであり、本発明の第３の態様は第２の態様の電源システムを備えた自動車である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、車載用蓄電デバイスのデバイス状態検出装置を構成するにあたり、電流センサに導電層と磁性層とを有し導電層に流れる電流値に応じて磁性層の抵抗値が変化する電流センサを用いたので、電流センサによる電圧降下をなくすことができるとともに、電流センサを省スペースかつ簡単な構造とすることができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明が適用可能な第１実施形態の電源システムのブロック回路図である。
【図２】プレート状センサの構成を模式的に示す斜視図であり、（Ａ）は第１実施形態の電源システムに用いられる電流センサ、（Ｂ）はプレーナ・ホール効果型電圧センサを示す。
【図３】電流センサの磁性膜における磁気抵抗効果を模式的に示す説明図であり、（Ａ）は磁束密度が印加されていない状態、（Ｂ）は磁束密度が印加された状態を示す。
【図４】蓄電デバイスの放電時における等価回路図である。
【図５】エンジン始動時の鉛電池の電流および電圧を模式的に示すグラフであり、（Ａ）はエンジン始動時の鉛電池に流れる電流の時間経緯を示し、（Ｂ）はエンジン始動時の鉛電池の電圧の時間経緯を示す。
【図６】本発明が適用可能な第２実施形態の電源システムのブロック回路図である。
【図７】第２実施形態の電源システムの制御部のマイクロプロセシングユニットのＣＰＵが実行する回生充放電処理ルーチンのフローチャートである。
【図８】複合蓄電デバイスのデバイス状態を模式的に示す説明図であり、（Ａ）はリチウムイオンキャパシタの電圧、（Ｂ）鉛電池の充電状態を示す。
【図９】複数の電流センサを用いた他の実施形態の電源システムのブロック回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
１．第１実施形態
以下、図面を参照して、本発明を普通ガソリン車に搭載可能な１４Ｖ系車両用電源システムに適用した第１の実施の形態について説明する。
【００２０】
１−１．構成
１−１−１．車両側の構成
まず、本実施形態の電源システム２０が搭載される車両５０（普通ガソリン車）の主要構成について説明する。
【００２１】
（１）イグニッションスイッチ（ＩＧＮ）２２
図１に示すように、車両５０は、イグニッションスイッチ（以下、ＩＧＮという。）２２を備えている。ＩＧＮ２２は中央端子、ＯＦＦ端子、ＯＮ／ＡＣＣ端子、ＳＴＡＲＴ端子を有しており、中央端子とこれらＯＦＦ、ＯＮ／ＡＣＣ、ＳＴＡＲＴ端子のいずれかとはロータリ式に切り替え接続が可能である。「ＡＣＣ」はアクセサリすなわち補機を意味する。
【００２２】
ＩＧＮ２２は、ドライバにより、車両駐車時およびアイドリングストップ時には中央端子がＯＦＦ端子に接続されたＯＦＦ位置、車両走行前および走行時には中央端子がＯＮ／ＡＣＣ端子に接続されたＯＮ／ＡＣＣ位置、エンジン始動時には中央端子がＳＴＡＲＴ端子に接続されたＳＴＡＲＴ位置にそれぞれ位置付けられる。なお、ＩＧＮ２２がＳＴＡＲＴ位置に位置付けられるときには、ＯＮ／ＡＣＣ端子はＳＴＡＲＴ端子に接続された状態となる。ＩＧＮ２２はその位置が変更される度に車両制御部３０に報知する。
【００２３】
（２）オルタネータ２４
車両５０は、制動時を除く車両走行時にエンジン２５の（回転）駆動力を電力に変換するオルタネータ２４（発電機）を備えている。オルタネータ２４にはクランクシャフト２７を介してエンジンの駆動力が伝達される。本実施形態では、オルタネータ２４の出力電圧は１４．０［Ｖ］に設定されている。
【００２４】
オルタネータ２４は、ステータおよびロータで構成された発電部２４ａと、発電部２４ａで発電された交流電力を直流電力に変換する整流部２４ｂと、整流部２４ｂで変換された直流電力の電圧を一定とするためのボルテージレギュレータ２４ｃとを有して構成されている。オルタネータ２４の一端はＩＧＮ２２のＯＮ／ＡＣＣ端子に接続されており、他端はグランド（車両５０のシャーシと同電位。以下、ＧＮＤという。）に接続されている。
【００２５】
（３）スタータ２８
また、車両５０は、エンジン２５を始動するスタータ２８を備えている。スタータ２８は、公知のように、フィールド（励磁）コイルとアーマチュア（回転）コイルとを有する直流直巻型モータ（セルモータ）と、モータに鉛電池１の電力を供給するためのメイン接点と、プランジャの周りに配されプランジャを進退・保持するプルイン（引き込み）コイルおよびホールディング（保持）コイルと、プランジャに固着した導体部材とを有して構成されている。スタータ２８の一端はＩＧＮ２２のＳＴＡＲＴ端子に接続されており、他端はＧＮＤに接続されている。
【００２６】
車両５０のエンジン始動時には、プルインコイルおよびホールディングコイルに鉛電池１から電力が供給され、プランジャが移動する（引き込まれ保持される）ことでモータに接続された一方のメイン接点と、ＩＧＮ２２を介して鉛電池１に接続された他方のメイン接点とが上述した導体部材で導通することでモータが回転し、このモータの回転力でクランクシャフト２７が回転する。このため、ＩＧＮ２２がＳＴＡＲＴ位置に位置付けられると、鉛電池１からスタータ２８へ電力が供給されスタータ２８が回転し、クランクシャフト２７を介してスタータ２８の回転力がエンジン２５に伝達されてエンジン２５が始動する。
【００２７】
（４）補機２３
さらに、車両５０には種々の補機２３が搭載されている。補機２３には、例えば、ランプ、ライト、パワーウインド、エンジンポンプ（スパークプラグ）、エアコン、ファン、ラジオ、テレビ、ＣＤプレーヤ、カーナビゲーション等を挙げることができる。補機２３の一端はＩＧＮ２２のＯＮ／ＡＣＣ端子に接続されており、他端はＧＮＤに接続されている。なお、補機２３は、最低作動電圧（例えば、８［Ｖ］）以上の作動電圧を鉛電池１から供給されればよい。
【００２８】
（５）車両制御部３０
また、車両５０は、車両５０全体の動作を制御する車両制御部（ＥＣＵ）３０を備えている。車両制御部３０は、ＩＧＮ２２の位置情報を把握するとともに、アクセル、ブレーキ、エンジン等の作動状態、速度、加速度その他の車両状態を把握し、把握した状態に応じた走行制御を行う。なお、図１では、エンジン２５を制御するための制御線を示している。
【００２９】
また、車両制御部３０は、電源システム２０の制御部６と通信線２９を介して通信し、電源システム２０を構成する鉛電池１（蓄電デバイス）の状態情報の報知を受ける。通信線２９は車両制御部３０によるＣＡＮ（Controller Area Network）管理下にある。ＣＡＮはＩＳＯ１１８９８、ＩＳＯ１１５１９等で標準化されており、２本の線で構成される。従って、一方が断線した場合でも他方で制御部６との通信が可能である。
【００３０】
１−１−２．電源システムの構成
次に、本実施形態の電源システム２０の構成について説明する。電源システム２０は、鉛電池１（以下、ＰｂＢ１という。）と、ＰｂＢ１のデバイス状態を検知するデバイス状態検知装置１０とで構成されている。なお、本実施形態の電源システム２０は、デバイス状態検知装置１０がＰｂＢ１の上部に配され鉛電池１と一体化しており、例えば、車両５０のエンジンルームに搭載されるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３１】
（１）鉛電池１（ＰｂＢ１）
ＰｂＢ１の電槽には、内部を仕切る隔壁によって６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。モノブロック電槽側面にはＰｂＢ１の温度を検出するサーミスタ等の温度センサ５が設置されている。
【００３２】
ＰｂＢ１の各セル室には、複数の正極板と負極板とを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、水系電解液である希硫酸が注液されている。ＰｂＢ１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。
【００３３】
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。ＰｂＢ１の上部には、出力端子となる正極外部端子および負極外部端子が立設されている。本実施形態のＰｂＢ１の公称電圧は１２［Ｖ］である（各セルの公称電圧：２［Ｖ］）。また、ＰｂＢ１の容量は、例えば、３０〜７０Ａｈとすることができるが（本例では４８Ａｈ）、本発明はこれに制限されるものではない。ＰｂＢ１の負極外部端子はＧＮＤに接続されている。
【００３４】
（２）デバイス状態検知装置１０
デバイス状態検知装置１０は、ＰｂＢ１の総電圧を検出する電圧検出回路２、電流センサ３と負荷抵抗Ｒとで構成された電流検出回路９、上述した温度センサ５を有しＰｂＢ１の温度を検出する温度検出回路および制御部６を有して構成されている。なお、図１では、このような温度検出回路は広く知られていることから温度センサ５のみを示している。
【００３５】
（２−１）電圧検出回路２
電圧検出回路２は、公知のようにオペアンプを有する差動増幅回路で構成することができ、電圧検出精度を高めるために基準電圧源（回路）を有している。電圧検出回路２の入力側はＰｂＢ１の正極外部端子および負極外部端子にそれぞれ接続されており、出力側が制御部６のＡ／Ｄ入力ポート（Ａ／Ｄコンバータの入力側）に接続されている。
【００３６】
（２−２）電流検出回路９
図２（Ａ）に示すように、電流センサ３は、センサ基板３ｃ（基材層）の一面側に形成された導電膜３ａ（導電層）と、他面側に形成された磁性膜３ｂ（磁性層）とを有する３層構造のプレート状センサとして構成されている。導電膜３ａ、磁性膜３ｂ、センサ基板３ｃの材質には、それぞれ例えば、アルミニウムまたは銅、Ｎｉ・Ｆｅ合金のパーマロイ（例えば、パーマロイＡやパーマロイＣ等）、樹脂（例えば、ポリイミド等）を選択することができる。なお、本実施形態の電流センサ３は図２（Ａ）に模式的に示す形状よりも細長く形成されており、電流センサ３の長手方向の一側および他側中央部から導出された接続部材を有している。
【００３７】
図１に示すように、導電膜３ａの一側はＰｂＢ１の正極外部端子に、他側はＩＧＮ２２の中央端子に接続されている。車両走行中はＩＧＮ２２がＯＮ／ＡＣＣ位置に位置付けられるため、導電膜３ａの他側はＩＧＮ２２を介して補機２３およびオルタネータ２４に接続され、エンジン始動時はＩＧＮ２２がＳＴＡＲＴ位置に位置付けられるため、導電膜３ａの他側はＩＧＮ２２を介してスタータ２８に接続される。補機２３およびスタータ２８はＰｂＢ１の放電負荷となり、オルタネータ２４はＰｂＢ１に蓄電（充電）される電力の供給源となる。従って、導電膜３ａの他側はＩＧＮ２２を介して放電負荷および発電機に接続される。
【００３８】
一方、磁性膜３ｂの一側はＰｂＢ１の正極外部端子に、他側は一端がＧＮＤ（ＰｂＢ１の負極外部端子と同電位）に接続された負荷抵抗Ｒの他端に接続されている。負荷抵抗Ｒの他端は制御部６のＡ／Ｄ入力ポートに接続されている。
【００３９】
（２−３）制御部６
制御部６は、ＰｂＢ１のデバイス状態を検知し、検知したデバイス状態から算出（演算）したＰｂＢ１の状態情報（後述）を所定時間ごとに車両制御部３０に報知する。制御部６は、マイクロプロセシングユニット（以下、ＭＰＵという。）、Ａ／Ｄコンバータ（本例では３個）、ＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリ等の不揮発性メモリ７、通信線２９を介して車両制御部３０と通信するための通信ＩＣを有するマイクロコントローラとして構成されており、その一端はＧＮＤに接続されている。
【００４０】
ＭＰＵは、ＰｂＢ１の状態情報を演算するＣＰＵ、基本制御プログラムおよびプログラムデータを記憶したＲＯＭ、ＣＰＵのワークエリアとして働くとともに種々のデータを一時的に記憶するＲＡＭおよびこれらを接続する内部バスで構成されている。内部バスは外部バスに接続されている。外部バスには、Ａ／Ｄコンバータの出力側、不揮発性メモリ７および通信ＩＣが接続されている。通信ＩＣはＩ／Ｏ（不図示）を介して通信線２９に接続されている。
【００４１】
なお、本実施形態では、制御系部材（電圧検出回路２、制御部７および車両５０側のＩＧＮ２２、車両制御部３０等）はＰｂＢ１から供給される電力で作動する。
【００４２】
１−２．電流検知原理
次に、本実施形態の電源システム２０（デバイス状態検知装置１０）の電流検知原理について説明する。
【００４３】
１−２−１．電流センサ３（磁気抵抗効果）
図２（Ａ）に示すように、電流センサ３の導電膜３ａに電流Ｉ３ａが流れると磁束密度Ｂ（磁界）が生じる。磁束密度Ｂは電流Ｉ３ａの大きさに比例する。導電膜３ａで生じた磁束密度Ｂが磁性膜３ｂに垂直に印加されることで、磁性膜３ｂでは磁気抵抗効果が起こり磁性膜３ｂの抵抗値が変化する。
【００４４】
すなわち、図３（Ａ）に示すように、磁性膜３ｂに磁束密度Ｂが印加されなければ磁性膜３ｂに流れる電流Ｉ３ｂは直進する。図３（Ｂ）に示すように、磁性膜３ｂに磁束密度Ｂが印加されると、磁束密度Ｂからのローレンツ力により電流Ｉ３ｂの経路は曲げられる。電流経路が曲げられた分、距離が長くなり磁性膜３ｂの抵抗値は増加する。なお、図３（Ａ）、（Ｂ）は図２（Ａ）の底面側から見たときの斜視図である。
【００４５】
磁性膜３ｂに磁束密度Ｂが印加されていない状態での磁性膜３ｂの抵抗値をＲ０［Ω］、磁性膜３ｂに磁束密度Ｂが印加されていない状態での磁性膜３ｂの比抵抗をρ０［Ω・ｃｍ］、磁性膜３ｂに磁束密度Ｂが印加された状態での磁性膜３ｂの比抵抗をρＢ［Ω・ｃｍ］、移動度をη［ｃｍ２／Ｖ・ｓ］、磁束密度をＢ［Ｔ］、磁性膜３ｂの形状効果係数（ｌ／ｗ、図３（Ａ）参照）をαとすると、磁性膜３ｂに磁束密度Ｂが印加された状態での磁性膜３ｂの抵抗値Ｒ３ｂ［Ω］は下式１で表され、導電膜３ａに流れる電流値に応じて磁性膜３ｂの抵抗値が変化することが分かる。
【００４６】
【数１】
0006988138.tif 000002
【００４７】
図４は、電流センサ３の導電膜３ａ（本例ではアルミニウム）の抵抗値Ｒ３ａを０［Ω］としたときの電源システム２０（ＰｂＢ１）の放電時の等価回路図を示したものである。放電負荷の抵抗ＲＬは、エンジン始動時にはＩＧＮ２２がＳＴＡＲＴ位置に位置付けられるため、抵抗ＲＬ＝｛（ＩＧＮ２２の抵抗Ｒ２２）＋（スタータ２８の抵抗Ｒ２８）＋（配線抵抗の総和）｝として表され、車両走行前および走行時にはＩＧＮ２２がＯＮ／ＡＣＣ位置に位置付けられるため、抵抗ＲＬ＝｛（ＩＧＮ２２の抵抗Ｒ２２）＋（補機２３の抵抗Ｒ２３）＋（配線抵抗の総和）｝と表される。なお、磁性膜３ｂに流れる電流Ｉ３ｂは導電膜３ａ（ＰｂＢ１）に流れる電流Ｉ３ａに対して十分に小さい（電流Ｉ３ｂ＜＜電流Ｉ３ａ）。
【００４８】
１−２−２．負荷抵抗Ｒの両端電圧（電流検出回路９）
上記式１を参照すると、磁性膜３ｂの抵抗値Ｒ３ｂは、磁性膜３ｂの固有抵抗成分と、磁束密度Ｂが印加されたときの抵抗変化量成分との和として表されている。ここで、図２（Ｂ）に示すように、電流センサ３に代えてプレーナ・ホール効果型電圧センサを用いれば、磁性膜３ｂに電流Ｉ３ｂが流れたときの磁性膜３ｂの抵抗変化量成分を電圧変化量として直接検出でき、検出した電圧変化量から導電膜３ａに流れる電流Ｉ３ａを検知することができる。プレーナ・ホール効果とは、ｘ軸方向に電流が流れている金属片や半導体試料（本件では磁性膜３ｂ）に、ｚ軸方向に（ｘｙ平面内に）磁束密度Ｂを印加したときに、ｙ軸方向に設けられた電圧検出端子（図２（Ｂ）の電圧検出線参照）に起電力が生じる現象をいう。
【００４９】
しかしながら、プレーナ・ホール効果型電圧センサでは、電流Ｉ３ｂと直角方向に磁性膜３ｂから電圧検出線を導出する必要がある。電圧検出線を薄膜状の磁性膜３ｂから導出するには工夫が必要でコストアップ要因となるとともに、磁性膜３ｂの幅ｗ（図３（Ａ）参照）をある程度確保しなければならず（センサを細長く形成することが難しく）センサのサイズも大きくなる。
【００５０】
図４に示すように、電流検出回路９は、ＰｂＢ１の正極外部端子に一側が接続された磁性膜３ｂと、一端がＧＮＤに接続され他端が磁性膜３ｂの他方が接続された負荷抵抗Ｒとで構成されている。ＰｂＢ１の電圧Ｖは上述した電圧検出回路２で検出することができ、電流検出回路９の総電圧はＰｂＢ１の電圧Ｖと等しい。電流検出回路９では、ＰｂＢ１の電圧Ｖが磁性膜３ｂの抵抗Ｒ３ｂと負荷抵抗Ｒとに分圧される。このため、磁気抵抗効果により磁性膜３ｂの抵抗Ｒ３ｂが変化すると、負荷抵抗Ｒの両端電圧ＶＲも変化する。
【００５１】
従って、ＰｂＢ１の電圧Ｖと負荷抵抗Ｒの両端電圧ＶＲとにより、磁性膜３ｂの電圧変化量を間接的に把握することができ、導電膜３ａに流れる電流Ｉ３ａを検知することができる。本実施形態では、ＰｂＢ１の電圧Ｖを検出する電圧検出回路２および負荷抵抗Ｒの両端電圧ＶＲを検出する電流検出回路９を設けることにより、図２（Ｂ）に示した電圧検出線を設けることなく導電膜３ａに流れる電流Ｉ３ａの値を把握する。
【００５２】
１−２−３．制御部６（不揮発性メモリ７の役割）
負荷抵抗Ｒの両端電圧ＶＲはＡ／Ｄ入力ポートを介してＡ／Ｄコンバータの入力側に入力される。必要に応じてＡ／Ｄ入力ポートとＡ／Ｄコンバータとの間に差動増幅回路を挿入するようにしてもよい。Ａ／Ｄコンバータの出力は外部バスを介してＭＰＵに取り込まれ、電圧検出回路２で検出したＰｂＢ１の電圧Ｖと電流検出回路９で検出した電圧（負荷抵抗Ｒの両端電圧ＶＲ）とからＰｂＢ１に流れる電流Ｉ３ａが検知される。
【００５３】
ところで、一般のセンサ（例えば、上述した温度センサ５）ではバラツキ範囲が厳格に管理されており、予め定められた範囲外のセンサは使用（出荷）されない。また、ある程度のバラツキ範囲が許容されるセンサの場合でも、センサ回路に例えば可変抵抗器等のバラツキ調整素子を挿入したり、ＲＯＭに補正式やテーブルを記憶させておきその値を参照してバラツキ補正をしたりすることでセンサ精度を高めている。
【００５４】
電流センサ３は、構造の不均一や磁気特性の不均衡のためバラツキが生じやすく、上述した他種のセンサに比べバラツキ範囲も大きい。このバラツキを許容するとセンサ精度が低下し、精度低下を防止するためにバラツキ範囲を狭めると歩留まりが低下してコストアップ要因となる。これらに対処するため、本実施形態の電源システム２０（デバイス状態検出装置１０）は、制御部６に不揮発性メモリ７を有している。不揮発性メモリ７には、複数の電圧値下における複数の電流値で電流センサ３の導電膜３ａに電流を流したときの電流検出回路９（電流センサ３）に固有の負荷抵抗Ｒの両端電圧値が予め書き込まれ（記憶され）ている。
【００５５】
このような不揮発性メモリ７への書込は、本実施形態では、デバイス状態検知装置１０の機能確認検査前（電源システム２０を構成するＰｂＢ１と接続する前）に、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）および検査用電源を有する検出・書込装置（不図示）を用いて行われる。デバイス状態検知装置１０には検出・書込装置に接続するための図示を省略した検出・書込用端子が設けられている。
【００５６】
検出・書込装置は、例えば、１４．０［Ｖ］、１２．０［Ｖ］、１０．０［Ｖ］、８．０［Ｖ］の電圧値下において、それぞれ４００［Ａ］、１００［Ａ］、５［Ａ］、１［Ａ］で電流センサ３の導電膜３ａに電流を流したときおよび電流を流さなかったとき（０［Ａ］）の負荷抵抗Ｒの両端電圧を検出し、不揮発性メモリ７にそれらの値を書き込む。従って、不揮発性メモリ７には、離散的に（テーブルとして）、複数の電圧および電流における負荷抵抗Ｒの両端電圧の実測値が書き込まれている。
【００５７】
電源システム２０が車載された状態では、不揮発性メモリ７に書き込まれたこれらの値はＭＰＵのＲＡＭに展開されている。ＭＰＵのＣＰＵは、電圧検出回路２で検出されたＰｂＢ１の電圧Ｖおよび電流検出回路９で検出された負荷抵抗Ｒの両端電圧ＶＲに対応したＰｂＢ１に流れる電流Ｉ３ａの値を演算する。その際、ＭＰＵのＲＡＭに展開さている電圧値、電流値および両端電圧値の関係を参照して、ＰｂＢ１の電圧Ｖ、負荷抵抗Ｒの両端電圧ＶＲおよびＰｂＢ１に流れる電流Ｉ３ａに対応した電圧値および電流値をそれぞれ補完する。
【００５８】
なお、上記では電流センサ３にＰｂＢ１から放電負荷への放電電流が流れる場合について説明したが、オルタネータ２４からＰｂＢ１に充電電流が流れる場合は上述した電流Ｉ３ａの方向が逆となる（ＭＰＵのＣＰＵの演算内容は同じである。）。
【００５９】
１−３．動作
次に、本実施形態の電源システム２０の動作について、制御部６のＭＰＵのＣＰＵ（以下、ＣＰＵという。）を主体として説明する。
【００６０】
１−３−１．充放電休止時（車両駐車時）
車両走行後の車両駐車開始時には、ドライバによりＩＧＮ２２がＯＮ／ＡＣＣ位置からＯＦＦ位置に位置付けられ、イグニッションキーがＩＧＮ２２から引き抜かれる。車両制御部３０はＩＧＮ２２を監視しており、ＩＧＮ２２がＯＦＦ位置に位置付けられると、通信線２９を介して制御部６にスリープ指令（省エネモードとする指令）を発出する。
【００６１】
車両制御部３０からスリープ指令を受けたＣＰＵは、ＰｂＢ１のデバイス状態（温度、電圧、電流等）の検知を停止するとともに、所定時間ごとに車両制御部３０に出力していたＰｂＢ１の状態情報（後述）の出力を停止して、スリープ指令を受けたときから一定時間が経過したか否かを判断する計時処理のみ行う。この一定時間は、例えば、ＰｂＢ１の負極の分極状態が解消したとみなされる６時間に設定することができる。
【００６２】
ＣＰＵは、スリープ指令を受けたときから一定時間が経過したと判断すると、作動モードに移行（アウェーク）しＰｂＢ１の開回路電圧（以下、ＯＣＶという。）およびそのときの温度を検出する。次に、検出したＰｂＢ１のＯＣＶを基準温度（例えば、室温）におけるＯＣＶに温度補正し、プログラムデータとして予めＭＰＵのＲＯＭ（以下、ＲＯＭという。）に格納されＭＰＵのＲＡＭ（以下、ＲＡＭという。）に展開されたＯＣＶと充電状態（以下、ＳＯＣという。）との関係を表すテーブルまたは数式を参照してＰｂＢ１のＳＯＣ（基準温度におけるＳＯＣ）を算出（演算）する。
【００６３】
続いて、ＳＯＣと劣化状態（以下、ＳＯＨという。）との関係を予め定めたテーブルや数式等を参照して、ＰｂＢ１のＳＯＣを直近のＳＯＨ（下記１−３−２（１−２）参照）に応じて補正した基準ＳＯＣを算出する。なお、上述した一定時間が経過しない場合には、ＰｂＢ１の分極状態が解消されず基準ＳＯＣが不正確となるため、このような状態でのＯＣＶの検出やＣＰＵによる基準ＳＯＣの算出は行わず、直近に取得していた基準ＳＯＣを基準ＳＯＣとして取り扱う。
【００６４】
そして、ＣＰＵは、基準温度におけるＯＣＶおよび基準ＳＯＣを車両制御部３０に報知して省エネモードとなる。つまり、制御部６は、ＯＣＶおよび温度の検出時、基準ＳＯＣの算出時および車両制御部３０への報知時のみ作動状態（作動モード）となる。なお、車両走行後にＩＧＮ２２がＯＦＦ位置に位置付けられたときは車両制御部３０も所定の処理（データ保存等）を行ってスリープ状態となり、制御部６からの報知を受ける際のみ作動状態となる。
【００６５】
１−３−２．充放電時（車両走行前および走行時）
（１）車両走行前
車両駐車後の車両走行前には、ドライバによりＩＧＮ２２にイグニッションキーが挿入され、ＩＧＮ２２はＯＦＦ位置からＯＮ／ＡＣＣ位置に位置付けられ、さらにＯＮ／ＡＣＣ位置からＳＴＡＲＴ位置に位置付けられた後、再度ＯＮ／ＡＣＣ位置に位置付けられる。制御部６は、ＩＧＮ２２が最初にＯＮ／ＡＣＣ位置に位置付けられたときに、省エネモータから動作モードへ移行する。
【００６６】
充放電時（車両走行前および後述する車両走行時）に、ＣＰＵは、所定時間ごとに（例えば、電圧および電流については２［ｍｓ］ごとに、温度については１０［ｍｓ］ごとに）、ＰｂＢ１のデバイス状態を検知する。すなわち、電圧検出回路２で検出したＰｂＢ１の電圧、電流検出回路９で検出した負荷抵抗Ｒの両端電圧ＶＲおよび温度センサ５で検出したＰｂＢ１の温度をＲＡＭに格納する。
【００６７】
次に、ＲＡＭに格納した温度に応じて、ＰｂＢ１の電圧および負荷抵抗Ｒの両端電圧ＶＲを上述した基準温度における電圧値に温度補正する。次いで、温度補正後の負荷抵抗Ｒの両端電圧値に対応したＰｂＢ１に流れる電流値を所定時間（例えば、２［ｍｓ］）ごとに積算することでＰｂＢ１に流れた充放電電流量の総和を把握し、充放電休止時に予め算出しておいた基準ＳＯＣおよびＰｂＢ１の容量（既知）からＰｂＢ１の直近のＳＯＣを算出する。
【００６８】
そして、ＣＰＵは、充放電時（車両走行前および走行時）に、ＰｂＢ１の状態情報として、上記算出した直近の温度補正後の電圧値およびＳＯＣを所定時間（例えば、２［ｍｓ］）ごとに車両制御部３０に報知する。これに代えて、温度補正後の電圧値および温度補正後の負荷抵抗Ｒの両端電圧値に対応したＰｂＢ１に流れる電流値を所定時間ごとに車両制御部３０に報知し、車両制御部３０がＰｂＢ１の直近のＳＯＣを算出するようにしてもよい。
【００６９】
（１−１）エンジン始動前
上述したように、ＣＰＵは、エンジン始動前にもＰｂＢ１の状態情報を車両制御部３０に所定時間ごとに報知する。この報知を受けた車両制御部３０は、トライバの参考となるように、インストールメントパネルに電源システム２０（ＰｂＢ１）の状態を表示するようにしてもよい。このような表示は、例えば、直近のＳＯＣに対応するＰｂＢ１の残存容量をレベルメータ等で表示してもよいし、直近のＳＯＣと予め設定された閾値とを参照して、ＰｂＢ１のアイコンを青（ＰｂＢ１にエンジン始動電力が十分蓄電されているとき）、黄（補機２３に放電し続けるとエンジン始動ができなくなるおそれがあるとき）、赤（エンジン始動が難しいか劣化が促進されるとき）等で色分けして点灯させるようにしてもよい。
【００７０】
（１−２）エンジン始動時
エンジン始動時には、ＰｂＢ１に蓄電された電力がＩＧＮ２２を介してスタータ２８に供給されエンジン２５が始動する。その際、ＰｂＢ１には例えば２００［Ａ］以上の大電流が流れる（高率放電がなされる）が、それに伴いＰｂＢ１の外部端子間電圧は大きく降下する。図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、このときの電流および電圧変化は、スタータ２８に電流が流れ始めた直後に、鋭いピーク状の大電流が流れ、同時にＰｂＢ１は鋭い谷状の電圧降下を示す。
【００７１】
ＣＰＵは、温度補正後の電圧値を順次参照して、例えば、１５［ｍｓ］以内に１．５［Ｖ］以上の電圧降下があるか否かを判断し、肯定判断のときにはエンジン始動があったものとみなし、温度補正後の負荷抵抗Ｒの両端電圧値に対応したＰｂＢ１に流れる電流値および温度補正後の電圧値から最大電流値および最低電圧値を見出する。一方、否定判断のときにはエンジン２５は始動していないとみなす。
【００７２】
エンジン始動時には、最大電流値をとるときに最低電圧値をとり、オームの法則が成立する。このオームの法則が成立するのは、最低電圧値および最大電流値をとるときの一瞬であり、それ以外のときには成立しない。図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、最大電流値をＩｓｔ、最低電圧値をＶｓｔとすると、ＰｂＢ１の内部抵抗Ｒｉは、Ｒｉ＝（Ｖｓｔ／Ｉｓｔ）で求めることができる。ＰｂＢ１の内部抵抗ＲｉとＳＯＨとの間には密接な関係がある。ＲＯＭには内部抵抗ＲｉとＳＯＨとの関係を表すテーブルまたは数式が格納されておりＲＡＭに展開されている。ＣＰＵは、この関係を参照してエンジン始動時にＰｂＢ１の直近のＳＯＨを算出する。
【００７３】
（２）車両走行時
ＣＰＵは、車両走行時にもＰｂＢ１の状態情報を車両制御部３０に所定時間ごとに報知する。車両５０がインストールメントパネルにＰｂＢ１の状態を表示可能なタイプのものであれば、ドライバは表示されたＰｂＢ１の状態を参照して、ＰｂＢ１が使用下限電圧値や使用下限ＳＯＣに近い場合にはエンジン２５を（再）起動できなくなるおそれがあるため、車両走行後、ＩＧＮ２２を直ちにＯＦＦ位置に位置付けずにＯＮ／ＡＣＣ位置に位置付けることでＰｂＢ１を充電する。
【００７４】
ドライバは、アイドリングストップ時に、ＩＧＮ２２をＯＦＦ位置に位置付けてエンジン２５を停止させ、次いでＯＮ／ＡＣＣ位置に位置付けて補機２３への電力供給を確保する。アイドルストップ後のエンジン再スタートの際には、ＩＧＮ２２をＯＮ／ＡＣＣ位置からＳＴＡＲＴ位置に位置付けてエンジン２５を再始動させた後、再度ＯＮ／ＡＣＣ位置に位置付ける。ＣＰＵは、エンジン再始動時にもＰｂＢ１の内部抵抗Ｒｉの算出契機を得るため、ＰｂＢ１の直近のＳＯＨを更新することができる。
【００７５】
２．第２実施形態
次に、本発明をμＨＥＶに搭載可能な１４Ｖ系車両用電源システムに適用した第２の実施の形態について説明する。なお、μＨＥＶとは、アイドリングストップ・スタート（以下、ＩＳＳという。）機能を有し、発電機（本例ではオルタネータ２４）から供給される回生電力を受け入れ可能かつ放電負荷（本例ではスタータ２８および補機２３）に放電可能な蓄電デバイスを備えたガソリン車またはディーゼル車をいう。
【００７６】
２−１．構成
２−１−１．車両側の構成
第２実施形態の電源システム２１（図６参照）が搭載される車両５０（μＨＥＶ）の主要構成は、機能面では相違があるものの、第１実施形態の車両５０（普通ガソリン車）とほぼ同じである。図１に破線で示すように、エンジン２５とオルタネータ２４（発電部２４ａ）との間のクランクシャフト２７には電磁クラッチ２６が介在しており、車両制御部３０と電磁クラッチ２６との間には電磁クラッチ２６のオン／オフを制御するための制御線が接続されている。なお、エンジン２５とスタータ２８との間にも電磁クラッチ２６と同様の電磁クラッチが介在していてもよい。
【００７７】
２−１−２．電源システムの構成
これに対し、本実施形態の電源システム２１の構成は第１実施形態の電源システム２０と大きく相違する。図６に示すように、電源システム２１は、複合蓄電デバイス１’と、複合蓄電デバイス１’のデバイス状態を検知するデバイス状態検知装置１１とで構成されている。
【００７８】
（１）複合蓄電デバイス１’
複合蓄電デバイス１’は、鉛電池１’Ａ（以下、ＰｂＢ１’Ａという。）と、リチウムイオンキャパシタ１’Ｂ（以下、ＬＩＣ１’Ｂという。）とで構成されている。なお、ＰｂＢ１’ＡとＬＩＣ１’Ｂとは必ずしも近接位置（例えば、同じエンジンルーム内）に配される必要はなく、例えば、ＰｂＢ１’Ａがエンジンルーム内に配されＬＩＣ１’Ｂが座席下に配されていてもよい。
【００７９】
（１−１）ＰｂＢ１’Ａ
ＰｂＢ１’Ａは第１実施形態で説明したＰｂＢ１と原則的に同じである。本実施形態のＰｂＢ１’Ａの容量は３２Ａｈとされている。また、回生電力を受け入れやすい構造とするために、ＰｂＢ１’Ａの負極活物質合剤には、負極活物質の他にリグニンおよびカーボン等を含む負極添加剤が混入されている。ＰｂＢ１’Ａの負極外部端子はＧＮＤに接続されている。
【００８０】
（１−２）ＬＩＣ１’Ｂ
一方、ＬＩＣ１’Ｂは、単体の（ユニット）リチウムイオンキャパシタ（以下、単体キャパシタという。例えば、使用下限電圧２．２［Ｖ］、使用上限電圧３．５［Ｖ］）を４個直列に接続したキャパシタ群（組キャパシタ）で、最上位電位側に正極外部端子、最下位電位側に負極外部端子を有して構成されている。単体キャパシタの容量は、例えば、１０００Ｆ〜４０００Ｆとすることができるが（本例では１８００Ｆ）、本発明はこれに限定されるものではない。負極外部端子はＧＮＤに接続されている。これら４個の単体キャパシタのうち１個の単体キャパシタの表面には、接着剤によりサーミスタ等の温度センサが固着している。なお、ＬＩＣ１’Ｂの使用上限電圧は１４．０［Ｖ］（３．５［Ｖ］×４個）、使用下限電圧は８．８［Ｖ］（２．２［Ｖ］×４個）に設定されている（図８（Ａ）参照）。
【００８１】
各単体キャパシタは、多数の貫通孔が形成されたアルミニウム箔に活性炭を含む正極活物質を塗着した正極と、多数の貫通孔が形成された銅箔にリチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質（例えば、非晶質炭素）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または積層した電極群を有している。電極群は、６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）等のリチウム塩がエチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）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型、扁平円筒型または角型の容器内に収容されている。
【００８２】
例えば、各単体キャパシタが円筒型の場合には、ＬＩＣ１’Ｂは上下位置で４本の単体キャパシタを一括して保持するための樹脂製ホルダを有しており、各ホルダにはこれらの単体キャパシタを直列接続するための導体並びに正極外部端子または負極外部端子がインサート成形で内蔵されており、各単体キャパシタはそれぞれ隣接する２本の単体キャパシタと上下方向で正負極が逆方向かつ対角位置に配された単体キャパシタと同方向で各ホルダにより保持されるようにしてもよい。
【００８３】
（２）デバイス状態検知装置１１
（２−１）電流検出回路９Ａ、９Ｂ
図６に示すように、デバイス状態検知装置１１は、電流センサ３Ａおよび負荷抵抗Ｒ１を有しＰｂＢ１’Ａに流れる電流を検出する電流検出回路９Ａと、電流センサ３Ｂおよび負荷抵抗Ｒ２を有しＬＩＣ１’Ｂに流れる電流を検出する電流検出回路９Ｂとを備えている。電流検出回路９Ａ、９Ｂの出力（負荷抵抗Ｒ１、Ｒ２の両端電圧）はそれぞれＰｂＢコントローラ８Ａ、ＬＩＣコントローラ８Ｂに入力される。なお、電流センサ３Ａ、３Ｂは第１実施形態で説明した電流センサ３と同じである。
【００８４】
電流センサ３Ａの導電膜３Ａａの一側はＰｂＢ１’Ａの正極外部端子に、他側はスイッチ１２に接続されており、磁性膜３Ａｂの一側はＰｂＢ１’Ａの正極外部端子に、他側は一端がＧＮＤに接続された負荷抵抗Ｒ１の他端に接続されている。一方、電流センサ３Ｂの導電膜３Ｂａの一側はＬＩＣ１’Ｂの正極外部端子に、他側はスイッチ１２に接続されており、磁性膜３Ｂｂの一側はＬＩＣ１’Ｂの正極外部端子に、他側は一端がＧＮＤに接続された負荷抵抗Ｒ２の他端に接続されている。
【００８５】
（２−２）スイッチ１２
また、電源システム２１（デバイス状態検知装置１１）は、ＰｂＢ１’ＡおよびＬＩＣ１’Ｂの充放電電流を切り替えるスイッチ１２を備えている。スイッチ１２は、直列に接続された２つのスイッチ、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２とで構成されている。スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２との接続点はＩＧＮ２２の中央端子に接続されている。スイッチＳＷ１、ＳＷ２の他端はそれぞれ電流センサ３Ａの導電膜３Ａａ、電流センサ３Ｂの導電膜３Ｂａの他側に接続されている。スイッチＳＷ１、ＳＷ２は大電流が通電可能なスイッチング素子（例えば、パワーＭＯＳＦＥＴ）で構成されている。
【００８６】
ここで、スイッチ１２の主機能について説明すると、オルタネータ２４から供給される回生電力を複合蓄電デバイス１’で受け入れる際に、オルタネータ２４からＰｂＢ１’ＡおよびＬＩＣ１’Ｂのいずれか一方に接続するスイッチの役割を果たすとともに、複合蓄電デバイス１’から放電負荷（補機２３、スタータ２８）に放電する際に、ＰｂＢ１’ＡおよびＬＩＣ１’Ｂのいずれか一方から放電負荷に接続するスイッチの役割を果たす。
【００８７】
スイッチ１２は、ＩＧＮ２２を介して、下表１に示すように、オルタネータ２４および放電負荷がＰｂＢ１’ＡおよびＬＩＣ１’Ｂのいずれにも接続されない状態０、オルタネータ２４および放電負荷がＬＩＣ１’Ｂに接続される状態１、オルタネータ２４および放電負荷がＰｂＢ１’Ａに接続される状態２、ＰｂＢ１’ＡとＬＩＣ１’Ｂとが並列接続される状態３のいずれかの状態を採る。
【００８８】
【表１】
0006988138.tif 000003
【００８９】
（２−３）電解キャパシタＣ
複合蓄電デバイス１’から補機２３に放電する際、例えば状態１から状態２に切り替えるときには、ＰｂＢ１’ＡおよびＬＩＣ１’Ｂのいずれからも補機２３に電力が供給されない一瞬が生じるおそれがある。このため、スイッチＳＷ１、ＳＷ２の接続点とＧＮＤとの間には、この一瞬の電力を補機２３に補償・供給する電解キャパシタＣが挿入されている。
【００９０】
（２−４）コントローラ８Ａ、８Ｂ
また、デバイス状態検知装置１１は、ＰｂＢ１’Ａ、ＬＩＣ１’Ｂのデバイス状態データをそれぞれ取得（検出）するＰｂＢコントローラ８Ａ、ＬＩＣコントローラ８Ｂ（以下、両者を総称する場合はコントローラ８Ａ、８Ｂという。）を備えている。本実施形態では、ＰｂＢコントローラ８ＡはＰｂＢ１’Ａの上部に配されＰｂＢ１’Ａと一体化されており、ＬＩＣコントローラ８ＢもＬＩＣ１’Ｂの上部に配されＬＩＣ１’Ｂと一体化されている。コントローラ８Ａ、８Ｂは、充放電時（車両走行前および走行時）に、デバイス状態データとして、それぞれＰｂＢ１’Ａ、ＬＩＣ１’Ｂの温度、電圧、電流を検出する。
【００９１】
すなわち、本実施形態では、ＰｂＢ１’Ａ内の温度センサ（不図示）はＰｂＢコントローラ８Ａに接続されており、ＰｂＢコントローラ８Ａは温度センサの電圧を所定時間ごとにサンプリングして制御部６’に出力する。また、ＰｂＢコントローラ８Ａは電圧検出回路（不図示）を内蔵しており、ＰｂＢ１’Ａの正極外部端子および負極外部端子はそれぞれ内蔵された電圧検出回路に接続されている。
【００９２】
ＰｂＢコントローラ８Ａは、ＰｂＢ１’Ａの電圧およびＰｂＢ１’Ａに流れる電流（負荷抵抗Ｒ１の両端電圧）を所定時間ごとにサンプリングして制御部６’に出力する。また、ＰｂＢコントローラ８Ａは、充放電休止時（車両駐車時）に、第１実施形態と同様に、ＰｂＢ１’ＡのＯＣＶおよびそのときの温度を検出して制御部６’に出力する。
【００９３】
一方、ＬＩＣコントローラ８Ｂも上述したＰｂＢコントローラ８Ａと同様の構成を有しているが、ＬＩＣ１’Ｂの総電圧の検出に加え、過放電・過充電を監視するために各単体キャパシタの電圧も検出する点で、ＰｂＢコントローラ８Ａが検出する以外の電圧検出も行う。なお、ＬＩＣコントローラ８Ｂは、ＬＩＣ１’Ｂを構成する各単体キャパシタの電圧を調整する（揃える）電圧調整回路を有していてもよい。
【００９４】
コントローラ８Ａ、８Ｂは、制御部６’（状態把握部６’Ａ）に接続されており、充放電時に、ＰｂＢ１’ＡおよびＬＩＣ１’Ｂの温度、電圧、電流およびＬＩＣ１’Ｂを構成する各単体キャパシタの電圧を制御部６’に出力し、充放電休止時に、検出したＯＣＶおよびそのときの温度を制御部６’に出力する。
【００９５】
（２−５）制御部６’
また、デバイス状態検知装置１１は、入力されたデバイス状態データに基づいて、ＰｂＢ１’ＡおよびＬＩＣ１’Ｂの状態情報を演算するとともに、スイッチ１２による充放電電流の切り替え動作を制御する制御部６’を備えている。制御部６’は、第１実施形態の制御部６と同様に、ＭＰＵ、Ａ／Ｄコンバータ、不揮発性メモリ７’、通信ＩＣ、Ｉ／Ｏ、入力ポートを有するマイクロコントローラとして構成されており、さらにスイッチ１２にデジタル信号を出力するための出力ポートを有している。なお、図６では、制御部６’の役割を明確にするために機能別に細部を表している。
【００９６】
不揮発性メモリ７’には、複数の電圧値下における複数の電流値で電流センサ３Ａの導電膜３Ａａに電流を流したときの電流検出回路９Ａ（電流センサ３Ａ）に固有の負荷抵抗Ｒ１の両端電圧値、および、複数の電圧値下における複数の電流値で電流センサ３Ｂの導電膜３Ｂａに電流を流したときの電流検出回路９Ｂ（電流センサ３Ｂ）に固有の負荷抵抗Ｒ２の両端電圧値が予め書き込まれている。
【００９７】
ＭＰＵの内部バスは外部バスに接続されている。外部バスはＡ／Ｄコンバータの出力側に接続されており、Ａ／Ｄコンバータの入力側は（必要に応じて差動増幅回路を介して）Ａ／Ｄ入力ポートに接続されている。また、外部バスには、上述した出力ポートおよび通信ＩＣが接続されている。従って、制御部６’のＭＰＵ、Ａ／Ｄ入力ポート、Ａ／Ｄコンバータおよび不揮発性メモリ７’は図６の状態把握部６’Ａに、ＭＰＵ、通信ＩＣおよびＩ／Ｏは通信部６’Ｂに、ＭＰＵおよび出力ポートはスイッチ制御部６’Ｃにそれぞれ対応する。制御部６’はその他の機能（例えば、省エネモード移行機能等）も有しているが、図６では捨象している。スイッチ１２と出力ポートとは制御線で接続されており、ＭＰＵの破損を防止するため制御線には抵抗が挿入されている。なお、制御線には出力ポートを介してハイレベル信号（Ｈ）またはローレベル信号（Ｌ）が出力される。
【００９８】
図６に沿って制御部６’の各部の機能を説明すると、状態把握部６’Ａは、コントローラ８Ａ、８Ｂから出力されたデバイス状態データをＲＡＭに一旦格納し、ＰｂＢ１’ＡおよびＬＩＣ１’Ｂの直近の状態情報（温度補正後の電圧値およびＳＯＣ）を演算（推定）する。通信部６’Ｂは、状態把握部６’Ａが演算したＰｂＢ１’ＡおよびＬＩＣ１’Ｂの直近の状態情報を所定時間（例えば、２［ｍｓ］）ごとに車両制御部３０に報知するとともに、車両制御部３０から車両の状態情報（後述）の報知を受ける。スイッチ制御部６’Ｃは、車両制御部３０から報知された車両の状態情報および状態把握部６’Ａで演算したＰｂＢ１’ＡおよびＬＩＣ１’Ｂの状態情報に従ってスイッチ１２を構成するスイッチＳＷ１、ＳＷ２のオン、オフを制御する。
【００９９】
２−２．車両５０（μＨＥＶ）との関係
２−２−１．回生充放電
車両５０では、制動時にオルタネータ２４から供給される回生電力で複合蓄電デバイス１’を充電し、制動時を除く走行中は原則的にオルタネータ２４の動作を停止させる。ＰｂＢ１’Ａ単独では受け入れ可能な電流が１２０Ａ程度に制約されるため充電受け入れ性が低く、制動時のオルタネータ２４による回生電力のすべてを回収することは難しい。このため、本実施形態では、ＰｂＢ１’Ａと充電受け入れ性に優れたＬＩＣ１’Ｂとを組み合わせた複合蓄電デバイス１’が用いられている。複合蓄電デバイス１’は回生電力を受け入れ（蓄電し）、受け入れた電力を放電負荷に放電する。
【０１００】
なお、複合蓄電デバイス１’を用いたことに伴って、本実施形態の電源システム２１は、上述した第１実施形態の電源システム２０に対して、ａ）電流検出回路（並びに電圧検出回路および温度センサ）が複合蓄電デバイス１’を構成する蓄電デバイスごとに設けられている点、ｂ）不揮発性メモリ７’に電流検出回路９Ａ、９Ｂの特性が記憶されている点、ｃ）蓄電デバイスごとにコントローラが設けられている点、ｄ）スイッチ１２が設けられ、制御部６’がスイッチ１２を制御する点で相違している。
【０１０１】
２−２−２．協調制御
車両制御部３０と制御部６’（ＣＰＵ）とは協調制御を行う。すなわち、車両制御部３０は車両状態および複合蓄電デバイス１’のデバイス状態に応じて車両５０を制御し、制御部６’（ＣＰＵ）は車両状態および複合蓄電デバイス１’のデバイス状態に応じてスイッチ１２のオン、オフを制御する。このため、ＣＰＵは車両５０の状態情報が必要となり、車両制御部３０は複合蓄電デバイス１’の状態情報の把握が必要となる。車両５０および複合蓄電デバイス１’の状態情報は上述した通信線２９を介して両者間で共有される。
【０１０２】
（１）車両５０の状態情報
（１−１）ＩＧＮ位置情報
車両制御部３０は、ＩＧＮ２２がいずれの位置に位置付けられたかをＩＧＮ位置情報として制御部６’に報知する。下表２に示すように、ＩＧＮ位置情報には、ＯＦＦ情報、ＯＮ／ＡＣＣ情報およびＳＴＡＲＴ情報が含まれる。
【０１０３】
【表２】
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【０１０４】
（１−２）オルタネータ作動情報
車両５０はオルタネータ２４による回生発電機能を有しているため、車両制御部３０は、ブレーキが踏まれたとき（制動時）、または、アクセルが開放されたとき（アクセルオフ時）に、電磁クラッチ２６をオン状態に移行させエンジン２５の駆動力を回生電力に変換して複合蓄電デバイス１’に供給するようにオルタネータ２４を制御するとともに、ＣＰＵにその旨を報知する。また、ブレーキが開放されたとき、または、アクセルオフの結果車両の加速度が０となったときに、電磁クラッチ２６をオフ状態に移行させオルタネータ２４の作動を停止させるように制御するとともに、その旨をＣＰＵに報知する。
【０１０５】
すなわち、表２に示すように、電磁クラッチ２６をオン状態に移行させるときは回生開始情報をＣＰＵに報知し、電磁クラッチ２６を（オン状態から）オフ状態に移行させるときは回生終了情報をＣＰＵに報知する。なお、オルタネータ作動情報にはオルタネータ始動情報も含まれるが、この点については後述する。
【０１０６】
（１−３）アイドリング情報
また、車両５０はＩＳＳ機能を有しているため、車両制御部３０は、ブレーキ、速度、加速度等の車両状態並びに複合蓄電デバイス１’の状態情報を参照してアイドリングストップするか否かを判断する。このため、車両５０は、車両走行時にＩＧＮ２２がＯＮ／ＡＣＣ位置に位置付けられていても（ドライバがＩＧＮ２２をＯＦＦ位置等への位置付けなくても）、車両制御部３０の制御により、車両５０が停止するとエンジン２５が停止し（アイドリングストップ）、その後アクセルが踏まれるとエンジン２５が（再）始動する（ＩＳＳ）。
【０１０７】
表２に示すように、アイドリング情報には、ＩＳＳ情報およびエンジン始動情報が含まれる。なお、車両制御部３０は、エンジン２５（クランクシャフト２７）の回転数をみてエンジン２５の（再）始動を確認する。
【０１０８】
（２）複合蓄電デバイス１’の状態情報
ＣＰＵは、上述したように、充放電時（車両走行前および走行時）は、コントローラ８Ａ、８Ｂから出力されたＰｂＢ１’ＡおよびＬＩＣ１’Ｂのデバイス状態データ（ＬＩＣ１’Ｂを構成する各単体キャパシタの電圧値を含む。）に基づいてＰｂＢ１’ＡおよびＬＩＣ１’Ｂの直近の状態情報（温度補正後の電圧値およびＳＯＣ）を演算し、車両制御部３０に所定時間ごとに報知する。この報知を受けた車両制御部３０は、ＰｂＢ１’Ａ、ＬＩＣ１’Ｂの直近の電圧値、ＳＯＣを参照して、電磁クラッチ２６およびオルタネータ２４を制御する。
【０１０９】
２−３．動作
次に、本実施形態の電源システム２１の動作について、（制御部６’のＭＰＵの）ＣＰＵを主体として説明する。なお、車両制御部３０への複合蓄電デバイス１’の状態情報の報知については既に説明したので、以下では、充放電制御（スイッチ１２の制御）を中心に説明する。
【０１１０】
２−３−１．充放電休止時（車両駐車時）
充放電休止時の制御は原則的に第１実施形態で説明した内容と同じである。車両制御部３０は、車両走行後にＩＧＮ２２がＯＦＦ位置に位置付けられると、第１実施形態で説明したスリープ指令に代えて、ＯＦＦ情報（表２参照）をＣＰＵに報知する。ＯＦＦ情報を受信したＣＰＵは、スイッチ１２を状態０とし、コントローラ８Ａ、８Ｂおよび制御部６’を省エネモードとする。
【０１１１】
すなわち、コントローラ８Ａ、８ＢにＰｂＢ１’Ａ、ＬＩＣ１’Ｂのデバイス状態データ（温度、電圧、電流）の出力を停止させ、ＣＰＵ自体もＰｂＢ１’Ａ、ＬＩＣ１’Ｂの状態情報（電圧値、ＳＯＣ）の演算および演算結果の車両制御部３０への報知を停止する。なお、複合蓄電デバイス１’は車両駐車直前のオルタネータ２４による回生電力で充電されており、ＬＩＣ１’Ｂは車両駐車開始時に使用上限電圧Ｖ１（図８（Ａ）参照、本例では１４．０［Ｖ］）近傍の電圧となっている。
【０１１２】
また、ＰｂＢ１’ＡおよびＬＩＣ１’Ｂの基準温度におけるＯＣＶおよび基準ＳＯＣ算出後には、ＰｂＢ１’Ａと比べ蓄電量が小さいＬＩＣ１’Ｂの自然放電による過放電を防止するため、ＬＩＣ１’Ｂの基準温度におけるＯＣＶを参照して、例えば、設定電圧Ｖ３（図８（Ａ）参照、本例では９．３［Ｖ］）を下回らないようスイッチ１２を状態３としてＰｂＢ１’ＡとＬＩＣ１’Ｂとを並列接続し（ＰｂＢ１’Ａの電力でＬＩＣ１’Ｂを充電し）、ＬＩＣ１’Ｂが設定電圧Ｖ３となるとスイッチ１２を状態０として省エネモードとなる。
【０１１３】
２−３−２．充放電時（車両走行前および走行時）
（１）車両走行前
（１−１）エンジン始動前
ＣＰＵは、車両制御部３０からＯＮ／ＡＣＣ情報（表２参照）を受信すると、ＬＩＣ１’Ｂの電圧がエンジン２５を始動可能な設定電圧Ｖ２（図８（Ａ）参照、本例では１１．８［Ｖ］）以上か否かを判断し、肯定判断のときは、スイッチ１２を状態１とする。これにより、エンジン始動前の補機２３への電力供給（放電）はＬＩＣ１’Ｂからなされる。一方、ＬＩＣ１’Ｂの電圧が設定電圧Ｖ２未満のとき（否定判断のとき）は、スイッチ１２を状態２としＰｂＢ１’Ａから補機２３へ電力供給を行う。
【０１１４】
（１−２）エンジン始動時
ＣＰＵは、車両制御部３０からＳＴＡＲＴ情報（表２参照）を受信すると、ＬＩＣ１’Ｂの電圧が設定電圧Ｖ２以上か否かを再度判断し、肯定判断のときは、スイッチ１２を状態１として、ＬＩＣ１’Ｂの電力でスタータ２８（エンジン２５）を始動する。一方、ＬＩＣ１’Ｂの電圧が設定電圧Ｖ２未満のとき（否定判断のとき）は、スイッチ１２を状態２としＰｂＢ１’Ａの電力でスタータ２８（エンジン２５）を始動する。従って、ＣＰＵは、ＰｂＢ１’Ａ、ＬＩＣ１’Ｂそれぞれの内部抵抗（ＳＯＨ）を把握する契機を得る。
【０１１５】
（２）車両走行時およびＩＳＳ時
車両走行時およびＩＳＳ時の回生充放電制御の内容は若干複雑なため、以下では、これらの要点を整理した後、フローチャートを参照してより具体的に説明する。
【０１１６】
（２−１）回生充放電制御の要点
（２−１−１）充電制御
ＣＰＵは、車両制御部３０から回生開始情報（表２参照）を受信すると、原則として、ＬＩＣ１’Ｂを使用上限電圧Ｖ１まで充電するようにスイッチ１２を制御する（スイッチ１２を状態１とする。）。これにより、ＬＩＣ１’Ｂは使用上限電圧Ｖ１まで定電圧充電される。ただし、ＬＩＣ１’Ｂが使用上限電圧Ｖ１となる前に、車両制御部３０から回生終了情報（表２参照）を受信した場合には、回生電力が供給されないため、その時点でＬＩＣ１’Ｂへの充電は打ち切られ直ちにＬＩＣ１’Ｂから補機２３に放電するようにスイッチ１２を制御する（スイッチ１２を状態１のままとする。）。
【０１１７】
ＣＰＵは、ＬＩＣ１’Ｂが使用上限電圧Ｖ１まで充電されると、原則として、ＰｂＢ１’Ａを使用上限ＳＯＣ（図８（Ｂ）参照、本例では９７［％］）まで充電するように、スイッチ１２を制御する（スイッチ１２を状態２とする。）。これにより、ＰｂＢ１’Ａは使用上限ＳＯＣまで充電される。ただし、ＰｂＢ１’Ａが使用上限ＳＯＣとなる前に、車両制御部３０から回生終了情報を受信した場合には、回生電力が供給されないため、その時点でＰｂＢ１’Ａへの充電は打ち切られ直ちにＬＩＣ１’Ｂから補機２３に放電するようにスイッチ１２を制御する（スイッチ１２を状態１とする。）。
【０１１８】
ＣＰＵは、ＰｂＢ１’Ａが使用上限ＳＯＣまで充電されると、ＰｂＢ１’Ａの過充電を避けるために、ＰｂＢ１’Ａへの充電を打ち切るようにスイッチ１２を制御する（スイッチ１２を状態０とする。）。
【０１１９】
（２−１−２）放電制御
ＣＰＵは、車両制御部３０から回生終了情報を受信すると、ＬＩＣ１’Ｂから補機２３に、原則として、ＬＩＣ１’Ｂが設定電圧Ｖ２となるまで放電するようにスイッチ１２を制御する（スイッチ１２を状態１とする。）。ただし、ＬＩＣ１’Ｂが設定電圧Ｖ２となる前に、車両制御部３０から回生開始情報を受信した場合には、回生電力が供給されるため、その時点でＬＩＣ１’Ｂから補機２３への放電は打ち切られ直ちに回生電力でＬＩＣ１’Ｂを充電するようにスイッチ１２を制御する（スイッチ１２を状態１のままとする。）。なお、ＬＩＣ１’Ｂを設定電圧Ｖ２までしか放電しない（使用下限電圧Ｖ４（図８（Ａ）参照、本例では８．８［Ｖ］）まで放電しない）理由は、ＩＳＳ時に備えＬＩＣ１’Ｂをエンジン始動可能な電圧に保持しておくためである。
【０１２０】
ＣＰＵは、ＬＩＣ１’Ｂが設定電圧Ｖ２まで放電されると、原則として、ＰｂＢ１’Ａを第１のＳＯＣ（図８（Ｂ）参照、本例では７０［％］）まで放電するように、スイッチ１２を制御する（スイッチ１２を状態２とする。）。ただし、ＰｂＢ１’Ａが第１のＳＯＣとなる前に、車両制御部３０から回生開始情報を受信した場合には、回生電力が供給されるため、その時点でＰｂＢ１’Ａから補機２３への放電は打ち切られ直ちに回生電力でＬＩＣ１’Ｂを充電するようにスイッチ１２を制御する（スイッチ１２を状態１とする。）。
【０１２１】
（２−１−３）ＩＳＳ制御
ＣＰＵは、ＩＳＳ情報（表２参照）を受信すると、ＬＩＣ１’Ｂの放電時でも設定電圧Ｖ２以上の電圧に保たれているため（直前のアイドリングストップの際の回生電力により、補機２３への特に大きな放電がない限りＬＩＣ１’Ｂは使用上限電圧Ｖ１近傍の電圧となっている。）、ＬＩＣ１’Ｂからスタータ２８に放電してエンジン２５を始動する。ＩＳＳ情報を受信してから次にエンジン始動情報を受信するまでの間は、ＬＩＣ１’Ｂの電力によるエンジン始動を優先し、スイッチ１２を構成するスイッチＳＷ１、ＳＷ２の切り替え制御は行われない。
【０１２２】
車両制御部３０は、エンジン始動に成功すると、ＣＰＵにエンジン始動情報（表２参照）を報知する。ＣＰＵは、エンジン始動情報を受信すると、ＰｂＢ１’Ａから補機２３へ放電するようにスイッチ１２を制御する（スイッチ１２を状態２とする。）。この理由は、ＬＩＣ１’Ｂがエンジン始動の際のスタータ２８への大電流放電で電圧が低下していることからＬＩＣ１’Ｂの劣化を防止するためと、補機２３への放電をＬＩＣ１’ＢからＰｂＢ１’Ａに切り替えることでＬＩＣ１’Ｂの容量を抑えコストアップを防止するためである。なお、ＬＩＣ１’Ｂはその後のオルタネータ２４の回生電力で充電される。
【０１２３】
（２−２）車両走行時およびＩＳＳ時の具体的制御
次に、図７に示す回生充放電処理ルーチンを参照して、ＣＰＵによる回生充放電制御について説明する。なお、上記（２−１）回生充放電制御の要点で述べた内容と重複する内容についてはできるだけ簡潔に説明する。
【０１２４】
図７に示すように、ＣＰＵは、車両制御部３０から回生開始情報（ステップ（以下、「Ｓ」と略称する。）１０２）または回生終了情報（Ｓ１２４）を受信するまで待機する。
【０１２５】
Ｓ１０２で肯定判断のときは（回生開始情報を受信すると）、スイッチ１２を状態１とする（Ｓ１０４）。これにより、ＬＩＣ１’Ｂは回生電力で定電圧充電される。次にＳ１０６では、ＩＧＮ位置情報を受信したか否かを判断し、その判断が肯定のときは、回生充放電処理ルーチンを終了し、その判断が否定のときは、次のＳ１０８において回生終了情報を受信したか否かを判断し、肯定判断のときは、Ｓ１２６に進み（ＬＩＣ１’Ｂへの充電は打ち切られ）、否定判断のときは、次のＳ１１０においてＬＩＣ１’Ｂの電圧が使用上限電圧Ｖ１となったか否かを判断する。Ｓ１１０での判断が否定のときは、ＬＩＣ１’Ｂによる回生電力の受け入れを続行するためにＳ１０６に戻り、肯定のときは、スイッチ１２を状態２とする（Ｓ１１２）。これにより、ＰｂＢ１’Ａは回生電力で定電圧充電される。
【０１２６】
次にＳ１１４では、ＩＧＮ位置情報を受信したか否かを判断し、肯定判断のときは、回生充放電処理ルーチンを終了し、否定判断のときは、次のＳ１１６において、回生終了情報を受信したか否かを判断し、肯定判断のときは、Ｓ１２６に進み（ＰｂＢ１’Ａへの充電は打ち切られ）、否定判断のときは、次のＳ１１８においてＰｂＢ１’Ａが使用上限ＳＯＣとなったか否かを判断する。
【０１２７】
Ｓ１１８での判断が否定のときは、ＰｂＢ１’Ａによる回生電力の受け入れを続行するためにＳ１１４に戻り、肯定のときは、ＰｂＢ１’Ａの過充電を防止するために、スイッチ１２を状態０とする（Ｓ１２０）。これにより、ＰｂＢ１’Ａは回生電力による充電が打ち切られる。次いで、Ｓ１２２ではＩＧＮ位置情報を受信したか否かを判断し、否定判断のときは、Ｓ１０２に戻り、肯定判断のときは、回生充放電処理ルーチンを終了する。
【０１２８】
一方、Ｓ１２４で肯定判断のときは（回生終了情報を受信すると）、スイッチ１２を状態１とする（Ｓ１２６）。これにより、ＬＩＣ１’Ｂの電力が補機２３に供給される。次にＳ１２８では、ＩＧＮ位置情報を受信したか否かを判断し、その判断が肯定のときは、回生充放電処理ルーチンを終了し、否定のときは、次のＳ１３０において、回生開始情報を受信したか否かを判断する。
【０１２９】
Ｓ１３０で肯定判断のときは、Ｓ１０４に戻り（ＬＩＣ１’Ｂから補機２３への放電は打ち切られ）、否定判断のときは、次のＳ１３２においてＩＳＳ情報を受信したか否かを判断する。Ｓ１３２での判断が肯定のときは、Ｓ１３６においてエンジン始動情報を受信するまで待機し（この間にＬＩＣ１’Ｂからスタータ２８に放電されエンジンが（再）始動する。）、エンジン始動情報を受信するとＳ１３８に進む。一方、Ｓ１３２での判断が否定のときは、次のＳ１３４においてＬＩＣ１’Ｂの電圧が設定電圧Ｖ２となったか否かを判断する。否定判断のときは、ＬＩＣ１’Ｂから補機２３に放電してもＬＩＣ１’Ｂをエンジン始動可能な設定電圧Ｖ２に保つことができるため、Ｓ１２８に戻り、肯定判断のときは、ＬＩＣ１’Ｂの電圧を設定電圧Ｖ２に保つためにＳ１３８に進む（ＬＩＣ１’Ｂから補機２３への放電を停止する。）。
【０１３０】
Ｓ１３８では、スイッチ１２を状態２とする。これにより、ＰｂＢ１’Ａの電力が補機２３に供給される（補機２３への電力供給がＬＩＣ１’ＢからＰｂＢ１’Ａに切り替わる。）。次にＳ１４０では、ＩＧＮ位置情報を受信したか否かを判断し、その判断が肯定のときは、回生充放電処理ルーチンを終了し、その判断が否定のときは、次のＳ１４２において、回生終了情報を受信したか否かを判断し、肯定判断のときはＳ１０４に戻り（ＰｂＢ１’Ａから補機２３への放電は打ち切られ）、否定判断のときは、次のＳ１４４においてＰｂＢ１’Ａが第１のＳＯＣとなったか否かを判断する。この判断が否定のときは、ＰｂＢ１’Ａから補機２３への放電を続行するためＳ１４０に戻り、肯定のときはＳ１４６において、複合蓄電デバイス１’を充電するための充電処理を実行する。
【０１３１】
本実施形態では、複合蓄電デバイス１’を充電するためにオルタネータ２４を作動させるか否かの判断は、複合蓄電デバイス１’の状態情報に応じて車両制御部３０が行う。車両制御部３０は、電磁クラッチ２６をオン状態とするタイミングでオルタネータ始動情報（表２参照）をＣＰＵに報知する。以下では、このようにオルタネータ２４で発電される電力を、上述した回生電力と区別するために、発電電力という。
【０１３２】
Ｓ１４６の充電処理では、ＣＰＵは、車両制御部３０からオルタネータ始動情報を受信すると、スイッチ１２を状態１とする。これにより、ＬＩＣ１’Ｂはオルタネータ２４の発電電力で定電圧充電される。ＣＰＵは、ＬＩＣ１’Ｂが使用上限電圧Ｖ１まで充電されたか否かを判断し、否定判断のときは、ＬＩＣ１’Ｂが使用上限電圧Ｖ１まで充電されるまで待機する。なお、この間にＩＧＮ位置情報を受信すると、回生充放電処理ルーチンを終了する。
【０１３３】
一方、肯定判断のとき（ＬＩＣ１’Ｂが使用上限電圧Ｖ１まで充電されたとき）は、スイッチ１２を状態２とする。これにより、ＰｂＢ１’Ａはオルタネータ２４の発電電力で定電圧充電される。次に、ＰｂＢ１’Ａが第２のＳＯＣ（図８（Ｂ）参照、使用上限ＳＯＣ＞第２のＳＯＣ＞第１のＳＯＣ、本例では８５％）まで充電されたか否かを判断し、否定判断のときはＰｂＢ１’Ａが第２のＳＯＣまで充電されるまで待機する。ＰｂＢ１’Ａが第２のＳＯＣまで充電されると（肯定判断のときは）、Ｓ１４６の充電処理を終了しＳ１０２に戻る。なお、この間にＩＧＮ位置情報を受信すると、回生充放電処理ルーチンを終了する。
【０１３４】
回生電力でＰｂＢ１’Ａを充電する際には、ＰｂＢ１’Ａに回生電力をできるだけ多く蓄電するため、ＰｂＢ１’Ａを使用上限ＳＯＣまで充電することが好ましい。一方、ＰｂＢ１’Ａの劣化を防止するために発電電力でＰｂＢ１’Ａを充電するときは、電磁クラッチ２６を介してエンジン２５の駆動力をオルタネータ２４に接続するためガソリン消費を伴う。このため、第１のＳＯＣ（７０％）から使用上限ＳＯＣ（９７％）まで充電してもよいが、例えば、第２のＳＯＣ（８５％）まで充電しておけば、その後回生電力によりＰｂＢ１’Ａがさらに充電されることもあるため、ガソリン消費を節約できる（燃費向上を図ることができる。）。
【０１３５】
以上では、ＣＰＵによる充放電制御を簡潔に説明するために、ＬＩＣ１’Ｂの電圧を中心に説明したが、本実施形態では、ＬＩＣ１’Ｂの使用上限／下限ＳＯＣ、ＬＩＣ１’Ｂを構成する各単体キャパシタの使用上限／下限電圧および使用上限／下限ＳＯＣも予め設定されており、ＬＩＣ１’Ｂが使用上限ＳＯＣに達した場合には、ＬＩＣ１’Ｂへの充電を打ち切りＰｂＢ１’Ａを充電し、ＬＩＣ１’Ｂが使用下限ＳＯＣ、各単体キャパシタの使用下限ＳＯＣに達した場合には、ＬＩＣ１’Ｂから補機２３への放電を打ち切りＰｂＢ１’Ａから補機２３に放電する制御も行っている。また、ＰｂＢ１’ＡもＬＩＣ１’Ｂと同様に、使用上限電圧、使用下限電圧が設定されており、ＬＩＣ１’Ｂと同様に、使用上限電圧、使用下限電圧に応じてＰｂＢ１’Ａの充放電制御も行っている。
【０１３６】
３．作用効果等
３−１．作用効果
次に、上記実施形態の電源システムの作用効果等について説明する。
【０１３７】
上記実施形態の電源システム２０（２１）では、車載用蓄電デバイスのデバイス状態検出装置１０（１１）を構成するにあたり、電流センサに、導電膜３ａ（３Ａａ、３Ｂａ）と磁性膜３ｂ（３Ｂｂ、３Ｂｂ）とを有し導電膜３ａ（３Ａａ、３Ｂａ）に流れる電流値に応じて磁性膜３ｂ（３Ｂｂ、３Ｂｂ）の抵抗値が変化する薄膜電流センサ３（３Ａ、３Ｂ）が用いられている。
【０１３８】
電流センサ３（３Ａ、３Ｂ）は、プレート構造のため簡単な構成とすることができ、ホール式電流センサと比べ省スペース化を図ることができる。また、導電膜３ａ（３Ａａ、３Ｂａ）はアルミニウム製で抵抗がほぼ０のため、蓄電デバイスと、発電機または放電負荷との間の充放電回路においてシャント式電流センサのような電圧降下を伴わない。従って、電流センサ３（３Ａ、３Ｂ）による電圧降下をなくすことができる。
【０１３９】
また、上記実施形態の電源システム２０（２１）では、電流検出回路９（９Ａ、９Ｂ）を構成する負荷抵抗Ｒ（Ｒ１、Ｒ２）の両端電圧を検出することにより、蓄電デバイス（充放電回路）に流れる充放電電流を検知する。従って、図２（Ｂ）に示したプレーナ・ホール効果型電圧センサのような電流Ｉ３ｂの直角方向から導出される電圧検出線を必要としない。このため、より簡単な構造かつ省スペース化を図ることができ、コスト面でも優位である。
【０１４０】
さらに、上記実施形態の電源システム２０（２１）では、制御部６（６’）が不揮発性メモリ７（７’）を有しており、不揮発性メモリ７（７’）には複数の電圧値下における複数の電流値で電流センサ３（３Ａ、３Ｂ）の導電膜３ａ（３Ａａ、３Ｂａ）に電流を流したときの負荷抵抗Ｒ（Ｒ１、Ｒ２）の両端電圧の実測値が記憶されている。このため、電流検出回路９（９Ａ、９Ｂ）に固有のバラツキ、すなわち、電流センサ３（３Ａ、３Ｂ）に固有のバラツキや負荷抵抗Ｒ（Ｒ１、Ｒ２）に抵抗値のバラツキがあっても、その影響を受けずに精度よく充放電電流を検知することができる。
【０１４１】
ここで、上記実施形態の電流センサ（以下、前者）とこれに近接する特許文献３の電力センサ（特許文献３段落「００２６」〜「００３４」、「００５３」、「００５４」、図１〜図３、図１０等参照、以下、後者）とを対比する。両者はプレート構造のセンサである点で共通し、次の点で相違する。ａ）前者は電圧検出線がないのに対し、後者は電圧検出線を有する（センサ自体の構成が異なる。）。ｂ）前者は負荷抵抗Ｒの両端電圧を検出することで充放電回路に流れる電流を検出する電流センサであるのに対し、後者は負荷にかかる消費電力を演算するため（特許文献３段落「００３０」参照）導電膜（導体膜）の電圧変化量を検出する電圧センサ（電力センサ）として使用される（センサの使い方が異なる。）。ｃ）前者は車載用デバイス状態検知装置に用いられ車載用デバイス状態検知装置では例えばエンジン始動可否判断のため蓄電デバイスの劣化程度（ＰｂＢ１の内部抵抗やＳＯＨ）を正確に把握する必要があるのに対し、後者（特許文献３段落「００７４」参照）は主として産業用蓄電デバイス用のデバイス状態検知装置に用いられ対極的に蓄電デバイスの劣化程度を把握する必要はない（デバイス状態検知装置によるデバイス状態の検知内容も異なる。）。
【０１４２】
３−２．変形例
なお、上記実施形態では、蓄電デバイスに鉛電池（鉛電池とリチウムイオンキャパシタとを組み合わせた複合蓄電デバイス）を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、鉛電池に代えて、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタを用いるようにしてもよい。また、複合蓄電デバイスを構成する際には、鉛電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタのうち２種以上の蓄電デバイスを組み合わせて構成するようにしてもよい。
【０１４３】
複合蓄電デバイスを構成する際には、デバイス状態を精度よく把握するために、第２実施形態で説明したように、電圧検出回路、電流検出回路および温度センサを複合蓄電デバイスを構成する蓄電デバイスごとに設けることが好ましい。また、制御部は複合蓄電デバイスを構成する蓄電デバイスのうち少なくとも一つの蓄電デバイスの内部抵抗を算出するようにしてもよい。
【０１４４】
さらに、上記実施形態では、蓄電デバイスごとに一つの電流検出回路を設ける例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。上述したように、車載用蓄電デバイスにはエンジン始動時に蓄電デバイスと放電負荷との間の放電回路に例えば２００［Ａ］以上の大電流が流れる。一方、補機２３に電力を供給していないエンジン始動前の状態では例えば１［Ａ］未満の小電流となる。従って、検出すべき電流のオーダが３〜４桁程異なる。このため（電流検出精度を高めるために）、電源システム（デバイス状態検知装置）は、大電流域の電流を検出するための第１の電流センサと、小電流域の電流を検出するための第２の電流センサとの少なくとも２つの電流センサを有していてもよい。
【０１４５】
図９は、このような態様の電源システム２０’（デバイス状態検知装置１０’）を示したものである。第１実施形態の電源システム２０（図１）との相違は、電流検出回路９’が新たに設けられ、電流センサ３に電流センサ４が直列に接続されている点である。
【０１４６】
すなわち、電流センサ４の導電膜４ａの一側は電流センサ３の導電膜３ａの他側に、導電膜４ａの他側はＩＧＮ２２の中央端子に接続されており、電流センサ４の磁性膜４ｂの一側は電流センサ３の導電膜３ａの他側に、磁性膜４ｂの他側は一端がＧＮＤに接続された負荷抵抗Ｒ４の他端に接続されている。また、負荷抵抗Ｒ４の両端電圧は制御部６のＡ／Ｄ入力ポートに入力される。
【０１４７】
このような態様において、小電流域の電流を検出する電流センサの感度を高めるために、磁気抵抗効果に従って（式１の形状効果係数α（＝ｌ／ｗ）も参照）、例えば、大電流域の電流を検出する電流センサの長さｌ（図３（Ａ）参照）より小電流域の電流を検出する電流センサの長さを大きくしたり、および／または、大電流域の電流を検出する電流センサの幅ｗ（図３（Ａ）参照）より小電流域の電流を検出する電流センサの幅を小さくしたりするようにしてもよい。
【０１４８】
さらに、蓄電デバイスの正極外部端子と電流センサの磁性膜の一側との間に、省エネモード時にオフ状態となり、作動モード時にオン状態となるように制御部（またはコントローラ）で制御されるスイッチを設けるようにしてもよい。このような態様は、第２実施形態で示した、蓄電量が小さく過放電にも注意を要するＬＩＣ１’Ｂの電力保存（放電防止）の観点で特に有効である。
【０１４９】
また、上記実施形態では、ＯＣＶから基準ＳＯＣを算出しこの基準ＳＯＣに対し充放電電流を積算することで直近のＳＯＣを推定する例を示したが、本発明はこれに制限されるものではない。例えば、特許第５１６２９７１号や同第５１６３７３９号等に開示された他の公知技術を用いるようにしてもよい。
【０１５０】
さらに、第２実施形態では、電源システム２１の構成を把握しやすいように、制御系部材をＰｂＢコントローラ８Ａ、ＬＩＣコントローラ８Ｂ、制御部６’に分けて説明したが、これらを一体に構成するようにしてもよい。さらにまた、第２実施形態では、コントローラ８Ａ、８Ｂから出力されたデバイス状態データに応じて制御部６’で状態情報を演算する例を示したが、このような演算は車両制御部３０で行うようにしてもよい（この点は第１実施形態においても同じである。）。このような態様では、制御部６’の主機能は通信部６’Ｂとスイッチ制御部６’Ｃとになる。
【０１５１】
また、第２実施形態では、制御部６’は、車両制御部３０を介してオルタネータ作動情報やＩＧＮ情報を取得する例を示したが、本発明はこれに限らず、例えば、ブレーキを制御するブレーキ制御部、オルタネータを制御するオルタネータ制御部、ＩＧＮ２２から直接ブレーキの作動情報、オルタネータ作動情報、ＩＧＮ位置情報等を取得するようにしてもよい。
【０１５２】
また、上記実施形態では、電源システム２０（２１）を構成する各部材の作動電圧等や、図８にＬＩＣ１’Ｂの設定電圧、ＰｂＢ１’Ａの第１、第２のＳＯＣ等の具体的数値を例示したが、本発明はこれに制限されるものではない。
【０１５３】
そして、上記実施形態では１４Ｖ系電源システム２０（２１）を例示したが、本発明はこれに制約されることなく、例えば、４２Ｖ系電源システム等の１４Ｖ系電源システム以外の電源システムやデバイス状態検知装置にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１５４】
本発明は電圧降下がなく省スペースかつ簡単な構造の電流センサを用いたデバイス状態検知装置、該デバイス状態検知装置を備えた電源システム、および該電源システムを備えた自動車を提供するものであるため、デバイス状態検知装置、電源システムや自動車の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【０１５５】
１、１’Ａ  鉛電池（蓄電デバイス）
１’  複合蓄電デバイス（蓄電デバイス、複合蓄電デバイス）
１’Ｂ  リチウムイオンキャパシタ（蓄電デバイス）
２  電圧検出回路（電圧検出手段）
３  電流センサ（電流センサ、第１の薄膜電流センサ）
３Ａ、３Ｂ  電流センサ
４  電流センサ（電流センサ、第２の薄膜電流センサ）
３ａ、３Ａａ、３Ｂａ、４ａ  導電膜
３ｂ、３Ａｂ、３Ｂｂ、４ｂ  磁性膜
６、６’  制御部
７、７’  不揮発性メモリ
９、９’、９Ａ、９Ｂ  電流検出回路（電流検出手段）
１０、１０’、１１  デバイス状態検知装置
２０、２０’、２１  電源システム
２２  イグニションスイッチ
２３  補機（放電負荷）
２４  オルタネータ（発電機）
２８  スタータ（放電負荷）
５０  車両（自動車）
Ｒ、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４  負荷抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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