(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、前記第１蓄電体よりも内部抵抗の大きい第２蓄電体と、
前記第２蓄電体の充電状態を検出する充電状態検出部と、
前記第１蓄電体と前記第２蓄電体とを接続するオン状態と、前記第１蓄電体と前記第２蓄電体とを分離するオフ状態と、に切り替えられるスイッチと、
運転手のスタートスイッチ操作によって前記エンジンが始動された後に、前記スイッチをオフ状態からオン状態に切り替えるスイッチ制御部と、
を有し、
前記スイッチ制御部は、前記第２蓄電体の充電状態が第１閾値を下回る場合に、前記スイッチをオン状態に切り替える閉動作を禁止する、
車両用電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用電源装置において、
前記スイッチ制御部は、前記第２蓄電体の充電状態が前記第１閾値よりも大きな第２閾値を上回る場合に、前記スイッチの閉動作を許可する、
車両用電源装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の車両用電源装置において、
前記発電機の発電電流を制御する発電制御部と、
前記第１蓄電体の充放電電流を検出する電流検出部と、を有し、
前記発電制御部は、前記充放電電流に基づいて電流上限値を設定し、前記電流上限値に基づいて前記発電電流を制限する、
車両用電源装置。
【請求項４】
請求項３に記載の車両用電源装置において、
前記第２蓄電体の正極端子に接続される通電経路にヒューズが設けられ、
前記発電制御部は、前記ヒューズの溶断電流値と前記充放電電流とに基づいて前記電流上限値を設定する、
車両用電源装置。
【請求項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、
前記スイッチ制御部は、前記充電状態検出部との通信異常が検出された場合に、前記スイッチの閉動作を禁止する、
車両用電源装置。
【請求項６】
請求項１〜５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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される車両用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−３６５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の電源装置には、蓄電体として、鉛バッテリとリチウムイオンバッテリとが並列に接続されている。このため、鉛バッテリの電力が枯渇していた場合には、鉛バッテリに対してリチウムイオンバッテリから大きな電流が流れてしまう虞がある。このように、リチウムイオンバッテリ等の蓄電体が大電流で放電することは、車両用電源装置を構成する各部品の故障を招く要因であった。このため、蓄電体より放出され得る大電流から、車両用電源装置を保護することが求められている。
【０００５】
本発明の目的は、車両用電源装置を保護することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、前記第１蓄電体よりも内部抵抗の大きい第２蓄電体と、前記第２蓄電体の充電状態を検出する充電状態検出部と、前記第１蓄電体と前記第２蓄電体とを接続するオン状態と、前記第１蓄電体と前記第２蓄電体とを分離するオフ状態と、に切り替えられるスイッチと、運転手のスタートスイッチ操作によって前記エンジンが始動された後に、前記スイッチをオフ状態からオン状態に切り替えるスイッチ制御部と、を有し、前記スイッチ制御部は、前記第２蓄電体の充電状態が第１閾値を下回る場合に、前記スイッチをオン状態に切り替える閉動作を禁止する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、第２蓄電体の充電状態が第１閾値を下回る場合に、スイッチ制御部によってスイッチの閉動作が禁止される。これにより、第１蓄電体の大電流放電を防止することができ、車両用電源装置を保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】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。
【図２】車両用電源装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】車両用電源装置の構成を簡単に示した回路図である。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】車両用電源装置の電力供給状況を示す説明図である。
【図７】車両用電源装置の電力供給状況を示す説明図である。
【図８】車両用電源装置の電力供給状況を示す説明図である。
【図９】車両用電源装置の電力供給状況を示す説明図である。
【図１０】回路保護制御の実行手順の一例を示すフローチャートである。
【図１１】車両用電源装置の電力供給状況を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
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。なお、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が組み込まれている。
【００１１】
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で、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。ＩＳＧコントローラ２４は、モータジェネレータ１６の発電電圧や発電電流等を制御ユニット５０に向けて送信する。
【００１２】
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、通電ライン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および通電ライン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。
【００１３】
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。なお、開閉スイッチＳＷ２は、第２電源ライン３０における正極端子２８ａとノード３２との間に設けられている。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（オン状態）と、開かれた状態つまり遮断状態（オフ状態）とに動作可能である。すなわち、開閉スイッチＳＷ１は、閉動作によって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導通状態に切り替えられ、開動作によって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遮断状態に切り替えられる。同様に、開閉スイッチＳＷ２は、閉動作によって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導通状態に切り替えられ、開動作によって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遮断状態に切り替えられる。
【００１４】
また、換言すれば、開閉スイッチＳＷ１は、閉動作によってリチウムイオンバッテリ２７と鉛バッテリ２８とを電気的に接続する導通状態に切り替えられ、開動作によってリチウムイオンバッテリ２７と鉛バッテリ２８とを電気的に分離する遮断状態に切り替えられる。同様に、開閉スイッチＳＷ２は、閉動作によってリチウムイオンバッテリ２７と鉛バッテリ２８とを電気的に接続する導通状態に切り替えられ、開動作によってリチウムイオンバッテリ２７と鉛バッテリ２８とを電気的に分離する遮断状態に切り替えられる。
【００１５】
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（通電経路）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。なお、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。
【００１６】
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。このように、通電ライン３８に開閉スイッチＳＷ１を設けた場合であっても、開閉スイッチＳＷ１は、閉動作によってリチウムイオンバッテリ２７と鉛バッテリ２８とを電気的に接続する導通状態に切り替えられ、開動作によってリチウムイオンバッテリ２７と鉛バッテリ２８とを電気的に分離する遮断状態に切り替えられる。
【００１７】
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。また、車両用電源装置１０にはバッテリモジュール４３が設けられており、このバッテリモジュール４３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。
【００１８】
バッテリモジュール４３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（電流検出部）４４が設けられている。また、バッテリモジュール４３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４５が設けられている。バッテリコントローラ４５は、リチウムイオンバッテリ２７の充電状態や充放電電流等を、後述する制御ユニット５０に送信する。また、バッテリコントローラ４５は、制御ユニット５０からの制御信号に基づいて、駆動回路部から開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２に駆動電流を供給制御し、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオン状態またはオフ状態に制御する。さらに、バッテリコントローラ４５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を開いて電源回路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４５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。
【００１９】
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。
【００２０】
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４３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には、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が設けられている。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。
【００２１】
この充放電コントローラ５１は、モータジェネレータ１６を制御する発電制御部５１ａと、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御するスイッチ制御部５１ｂと、を有している。発電制御部５１ａは、モータジェネレータ１６の制御信号（目標トルク、目標発電電圧、目標発電電流等）を設定し、これらの制御信号をＩＳＧコントローラ２４に送信する。また、スイッチ制御部５１ｂは、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の制御信号（オン状態、オフ状態）を設定し、この制御信号をバッテリコントローラ４５に送信する。
【００２２】
制御ユニット５０には、エンジン１２の停止や再始動を制御するＩＳＳコントローラ５２が設けられている。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のＩＳＳとは、「idling stop system」である。
【００２３】
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５３がある。このバッテリセンサ５３は、鉛バッテリ２８の充電状態を検出する充電状態検出部として機能しており、充放電コントローラ５１に対して通信自在に接続されている。なお、バッテリセンサ５３は、鉛バッテリ２８の端子電圧や充放電電流等に基づいて、鉛バッテリ２８の充電状態を推定している。また、制御ユニット５０に接続される他のセンサ類として、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５４、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５５、車両１１の走行速度である車速を検出する車速センサ５６、エンジン始動時に手動操作されるスタートスイッチ５７等がある。また、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、発電電流、発電トルク、駆動トルク等が入力される。同様に、制御ユニット５０には、バッテリコントローラ４５から、リチウムイオンバッテリ２７の充電状態や、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の作動状態等が入力される。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５８が接続されている。
【００２４】
なお、制御ユニット５０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、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４３等は、ＣＡＮやＬＩＮ等の車載ネットワーク５９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４５、充放電コントローラ５１、ＩＳＳコントローラ５２および各種センサは、車載ネットワーク５９を介して通信自在に接続されている。
【００２５】
［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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
［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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
［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。
【００３２】
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４３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。
【００３３】
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４３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。
【００３４】
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４３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。
【００３５】
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４３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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
［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。
【００４０】
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、バッテリモジュール４３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４３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、極寒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。
【００４１】
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、バッテリモジュール４３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。
【００４２】
［回路保護制御］
続いて、車両用電源装置１０によって実行される回路保護制御について説明する。前述したように、モータジェネレータ１６の発電が休止された場合であっても、リチウムイオンバッテリ２７によって鉛バッテリ２８の放電は抑制されている。このため、図４に示すように、鉛バッテリ２８の充電状態ＳＯＣである「Ｓ２」は、ほぼ満充電状態を保持するように制御されている。また、前述したように、運転手のスタートスイッチ操作によってエンジン１２が始動された後には、リチウムイオンバッテリ２７と鉛バッテリ２８との間の開閉スイッチ（スイッチ）ＳＷ１が閉じられ、鉛バッテリ２８にリチウムイオンバッテリ２７が接続されている。このように、開閉スイッチＳＷ１を閉じてリチウムイオンバッテリ２７を接続する際に、鉛バッテリ２８の充電状態Ｓ２を把握することなく開閉スイッチＳＷ１を閉じることは、リチウムイオンバッテリ２７の大電流放電を招く要因であった。
【００４３】
すなわち、鉛バッテリ２８は満充電状態を保持するように制御されるが、車両放置等によって鉛バッテリ２８の充電状態Ｓ２が低下することも考えられる。このように、鉛バッテリ２８の充電状態Ｓ２が低下している場合に、鉛バッテリ２８に対してリチウムイオンバッテリ２７が接続されると、リチウムイオンバッテリ２７から鉛バッテリ２８に大電流が流れてしまう虞がある。このリチウムイオンバッテリ２７の大電流放電は、ヒューズ３７を溶断させる要因や、瞬低保護負荷３３等を故障させる要因であることから、リチウムイオンバッテリ２７の大電流放電を防ぐことが重要となっている。
【００４４】
そこで、発電制御部５１ａとスイッチ制御部５１ｂとを備える充放電コントローラ５１は、リチウムイオンバッテリ２７の大電流放電を防止しながら開閉スイッチＳＷ１を閉じる回路保護制御を実行する。ここで、図１０は回路保護制御の実行手順の一例を示すフローチャートであり、図１１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１１には回路保護制御時における電力供給状況の一例が示されている。図１０に実行手順が示される回路保護制御は、スタートスイッチ操作によるエンジン初始動後に開始される制御である。すなわち、開閉スイッチＳＷ１がオフ状態に制御され、開閉スイッチＳＷ２はオン状態に制御され、かつエンジン１２が始動された状態から、図１０に示した回路保護制御が開始されることになる。なお、回路保護制御において、開閉スイッチＳＷ２はオン状態に保持されている。
【００４５】
図１０に示すように、ステップＳ１０においては、充放電コントローラ５１が、鉛バッテリ２８の充電状態Ｓ２を受信しているか否かが判定される。ステップＳ１０において、充電状態Ｓ２を受信していると判定された場合には、ステップＳ１１に進み、充電状態Ｓ２が第１閾値Ｓａ（例えば７０％）を下回るか否かが判定される。ステップＳ１１において、充電状態Ｓ２が第１閾値Ｓａを下回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の閉動作が禁止され、開閉スイッチＳＷ１のオフ状態が継続される。すなわち、充電状態Ｓ２が第１閾値Ｓａを下回る場合には、リチウムイオンバッテリ２７の大電流放電を招く虞があることから、充放電コントローラ５１によって開閉スイッチＳＷ１の閉動作が禁止される。これにより、リチウムイオンバッテリ２７の大電流放電を未然に防止することができ、車両用電源装置１０を保護することができる。
【００４６】
また、ステップＳ１０において、充電状態Ｓ２を受信していないと判定された場合、つまり充放電コントローラ５１とバッテリセンサ５３との通信異常が検出された場合には、ステップＳ１２に進み、開閉スイッチＳＷ１の閉動作が禁止され、開閉スイッチＳＷ１のオフ状態が継続される。すなわち、充放電コントローラ５１が鉛バッテリ２８の充電状態Ｓ２を認識できない場合には、リチウムイオンバッテリ２７の大電流放電を招く虞があることから、充放電コントローラ５１によって開閉スイッチＳＷ１の閉動作が禁止される。これにより、リチウムイオンバッテリ２７の大電流放電を未然に防止することができ、車両用電源装置１０を保護することができる。
【００４７】
さらに、ステップＳ１１において、充電状態Ｓ２が第１閾値Ｓａ以上であると判定された場合には、ステップＳ１４に進み、充電状態Ｓ２が第２閾値Ｓｂ（例えば９８％）を上回るか否かが判定される。ここで、第２閾値Ｓｂとは、第１閾値Ｓａよりも大きく設定される閾値である。ステップＳ１４において、充電状態Ｓ２が第２閾値Ｓｂを上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の閉動作が許可され、開閉スイッチＳＷ１はオン状態に切り替えられる。すなわち、充電状態Ｓ２が第２閾値Ｓｂを上回る場合には、リチウムイオンバッテリ２７の大電流放電を招く虞がないことから、充放電コントローラ５１によって開閉スイッチＳＷ１の閉動作が許可される。また、ステップＳ１４において、充電状態Ｓ２が第２閾値Ｓｂ以下である判定された場合には、ステップＳ１６に進み、直近の開閉スイッチＳＷ１の作動状態（オン状態またはオフ状態）が継続される。
【００４８】
これまで説明したように、充電状態Ｓ２が第１閾値Ｓａを下回ると判定された場合（例えばＳ２＜７０％）には、開閉スイッチＳＷ１の閉動作が禁止され、開閉スイッチＳＷ１のオフ状態が継続される。一方、充電状態Ｓ２が第２閾値Ｓｂを上回ると判定された場合（例えば９８％＜Ｓ２）には、開閉スイッチＳＷ１の閉動作が許可され、開閉スイッチＳＷ１はオン状態に切り替えられる。そして、充電状態Ｓ２が第１閾値Ｓａ以上、かつ第２閾値Ｓｂ以下である場合（例えば７０％≦Ｓ２≦９８％）には、開閉スイッチＳＷ１は直近の作動状態を維持することになる。
【００４９】
このように、鉛バッテリ２８の充電状態Ｓ２に基づき開閉スイッチＳＷ１の作動状態が決定されると、ステップＳ１７に進み、充放電コントローラ５１によってモータジェネレータ１６が燃焼発電状態に制御される。すなわち、リチウムイオンバッテリ２７や鉛バッテリ２８を充電するため、エンジン１２によってモータジェネレータ１６が発電駆動される。ここで、充放電コントローラ５１は、ヒューズ３７の溶断を防止する観点から、電流上限値Ｉｈを超えないようにモータジェネレータ１６の発電電流を制限している。電流上限値Ｉｈとは、ヒューズ３７の溶断電流値Ｉａからリチウムイオンバッテリ２７の充放電電流Ｉｂを減算した値である（Ｉｈ＝Ｉａ−Ｉｂ）。このように、充放電コントローラ５１は、リチウムイオンバッテリ２７の充放電電流Ｉｂに基づいて電流上限値Ｉｈを設定し、この電流上限値Ｉｈに基づいてモータジェネレータ１６の発電電流を制限する。すなわち、充放電コントローラ５１は、充放電電流Ｉｂと溶断電流値Ｉａとに基づいて電流上限値Ｉｈを設定し、この電流上限値Ｉｈに基づいてモータジェネレータ１６の発電電流を制限する。なお、充放電電流Ｉｂは、放電電流である場合には正側に検出され、充電電流である場合には負側に検出される。
【００５０】
前述した電流上限値Ｉｈの算出式（Ｉｈ＝Ｉａ−Ｉｂ）に示すように、充放電電流Ｉｂが正側に大きい場合、つまりリチウムイオンバッテリ２７の放電電流が大きい場合には、電流上限値Ｉｈが小さく設定される。すなわち、リチウムイオンバッテリ２７の放電電流が大きい状況とは、第２電源ライン３０のヒューズ３７に対して、モータジェネレータ１６の発電電流が流れるだけでなく、リチウムイオンバッテリ２７の放電電流が流れる状況である。このため、電流上限値Ｉｈを小さく設定することにより、ヒューズ３７を溶断させることがないように、モータジェネレータ１６の発電電流が小さく抑えられている。一方、充放電電流Ｉｂが負側に大きい場合、つまりリチウムイオンバッテリ２７の充電電流が大きい場合には、電流上限値Ｉｈが大きく設定される。すなわち、リチウムイオンバッテリ２７の充電電流が大きい状況とは、モータジェネレータ１６の発電電流が、第２電源ライン３０のヒューズ３７だけでなく、リチウムイオンバッテリ２７側にも流れる状況である。このため、電流上限値Ｉｈを大きく設定することにより、鉛バッテリ２８の急速充電等に備えて、モータジェネレータ１６の発電電流の増加が許容されている。
【００５１】
前述したように、充電状態Ｓ２が第１閾値Ｓａを下回ると判定された場合や、充電状態Ｓ２が認識されなかった場合には、開閉スイッチＳＷ１の閉動作が禁止され、開閉スイッチＳＷ１のオフ状態が継続される。つまり、図１１に示すように、鉛バッテリ２８からリチウムイオンバッテリ２７が切り離された状態のもとで、モータジェネレータ１６が燃焼発電状態に制御される。この場合には、リチウムイオンバッテリ２７が電源回路から切り離されることから、リチウムイオンバッテリ２７の充放電電流Ｉｂは「０」として検出される。そして、ヒューズ３７の溶断電流値Ｉａ（例えば１２０Ａ）が、そのまま電流上限値Ｉｈとして設定される。なお、鉛バッテリ２８の充電状態Ｓ２が大幅に低下している場合には、モータジェネレータ１６の発電電流を溶断電流値Ｉａの近傍まで引き上げることにより、鉛バッテリ２８を急速に充電することが可能である。
【００５２】
これまで説明したように、鉛バッテリ２８の充電状態Ｓ２が第１閾値Ｓａを下回る場合には、充放電コントローラ５１によって開閉スイッチＳＷ１の閉動作が禁止される。これにより、リチウムイオンバッテリ２７の大電流放電を未然に防止することができ、車両用電源装置１０を保護することができる。また、充放電コントローラ５１は、リチウムイオンバッテリ２７の充放電電流Ｉｂに基づいて電流上限値Ｉｈを設定し、この電流上限値Ｉｈに基づいてモータジェネレータ１６の発電電流を制限する。これにより、第２電源ライン３０に過度な電流が流れることがなく、車両用電源装置１０を保護することができる。
【００５３】
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、端子電圧や内部抵抗の異なる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。
【００５４】
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。また、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。また、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。
【００５５】
前述の説明では、制御ユニット５０の充放電コントローラ５１に、発電制御部５１ａとスイッチ制御部５１ｂとを設けているが、これに限られることはない。例えば、ＩＳＧコントローラ２４等の他のコントローラを、発電制御部として機能させても良い。また、バッテリコントローラ４５等の他のコントローラを、スイッチ制御部として機能させても良い。さらに、前述の説明では、バッテリセンサ５３を充電状態検出部として機能させているが、これに限られることはなく、充放電コントローラ５１を充電状態検出部として機能させても良い。この場合には、バッテリセンサ５３から送信される端子電圧や充放電電流に基づいて、充放電コントローラ５１が鉛バッテリ２８の充電状態Ｓ２を推定する。
【００５６】
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。
【００５７】
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。また、車両用電源装置１０が搭載される車両１１としては、アイドリングストップ機能を備えた車両に限られることはなく、アイドリングストップ機能を備えていない車両であっても良い。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。
【符号の説明】
【００５８】
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
３０    第２電源ライン（通電経路）
３７    ヒューズ
４４    バッテリセンサ（電流検出部）
５１    充放電コントローラ
５１ａ  発電制御部
５１ｂ  スイッチ制御部
５３    バッテリセンサ（充電状態検出部）
１００    通電経路
１０１    通電経路
ＳＷ１  開閉スイッチ（スイッチ）
Ｓ２    充電状態
Ｓａ    第１閾値
Ｓｂ    第２閾値
【図１】
0006549876.tif 000002
【図２】
0006549876.tif 000003
【図３】
0006549876.tif 000004
【図４】
0006549876.tif 000005
【図５】
0006549876.tif 000006
【図６】
0006549876.tif 000007
【図７】
0006549876.tif 000008
【図８】
0006549876.tif 000009
【図９】
0006549876.tif 000010
【図１０】
0006549876.tif 000011
【図１１】
0006549876.tif 000012