(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、
車輪に連結されるエンジンと、
前記エンジンに連結される発電機と、
前記発電機に接続される蓄電体と、
前記蓄電体と並列に前記発電機に接続される車体機器群と、
前記発電機の発電電流と前記蓄電体の充放電電流とに基づいて、前記車体機器群の消費電流を推定する消費電流推定部と、
前記蓄電体のＳＯＣに基づいて、前記蓄電体の目標充放電電流を設定する充放電電流設定部と、
前記車体機器群の消費電流と前記蓄電体の目標充放電電流とに基づいて、前記発電機の目標発電電流を設定する発電電流設定部と、
前記発電機の目標発電電流に基づいて、前記発電機の発電電流を制御する発電電流制御部と、
を有し、
前記充放電電流設定部は、
前記蓄電体のＳＯＣが第１閾値を上回る場合に、前記蓄電体の目標充放電電流を放電側に設定し、
前記蓄電体のＳＯＣが前記第１閾値よりも小さな第２閾値を下回る場合に、前記蓄電体の目標充放電電流として第１電流値を充電側に設定し、
前記蓄電体のＳＯＣが前記第１閾値を下回りかつ前記第２閾値を上回る場合に、前記蓄電体の目標充放電電流として、前記第１電流値よりも絶対値の小さな第２電流値を設定する、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、
前記充放電電流設定部は、
前記蓄電体のＳＯＣが第１閾値を上回る場合に、前記蓄電体の目標充放電電流として前記車体機器群の消費電流を放電側に設定する、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、
前記第２電流値は、ゼロである、車両用電源装置。
【請求項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、
前記発電電流制御部は、前記蓄電体のＳＯＣが前記第１閾値を上回る場合に、前記発電機の発電動作を停止させる、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、
前記蓄電体は、第１蓄電体であり、
前記車体機器群に、前記第１蓄電体よりも端子電圧の低い第２蓄電体が含まれる、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、リチウムイオンバッテリやキャパシタ等の蓄電体を備えた電源装置が提案されている（特許文献１参照）。このように、内部抵抗の小さなリチウムイオンバッテリ等の蓄電体を採用することにより、車両減速時の回生電力を効率良く回収することができる。また、電源装置にはエンジンによって駆動される発電機が設けられており、この発電機の発電電圧は車両の電力消費状況に応じて制御されることが多い。
【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】
ところで、発電機の発電電圧を制御することは、蓄電体の充放電制御を不安定にする要因や、エンジン制御を不安定にする要因となっていた。すなわち、リチウムイオンバッテリ等の内部抵抗は小さいことから、例えば、充電状態が低下している状態のもとで発電機の発電電圧を制限したとしても、急増する発電電流が発電機から蓄電体に流れてしまう虞がある。このように、発電機の発電電流を急増させてしまうことは、蓄電体に対する充電電流を急増させて蓄電体の充放電制御を不安定にするだけでなく、エンジン負荷である発電機の発電トルクを急増させてエンジン制御を不安定にする要因となっていた。
【０００５】
本発明の目的は、発電電流の急激な変化を抑制することにより、蓄電体およびエンジンを安定的に制御することにある。
【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、車輪に連結されるエンジンと、前記エンジンに連結される発電機と、前記発電機に接続される蓄電体と、前記蓄電体と並列に前記発電機に接続される車体機器群と、前記発電機の発電電流と前記蓄電体の充放電電流とに基づいて、前記車体機器群の消費電流を推定する消費電流推定部と、前記蓄電体のＳＯＣに基づいて、前記蓄電体の目標充放電電流を設定する充放電電流設定部と、前記車体機器群の消費電流と前記蓄電体の目標充放電電流とに基づいて、前記発電機の目標発電電流を設定する発電電流設定部と、前記発電機の目標発電電流に基づいて、前記発電機の発電電流を制御する発電電流制御部と、を有し、前記充放電電流設定部は、前記蓄電体のＳＯＣが第１閾値を上回る場合に、前記蓄電体の目標充放電電流を放電側に設定し、前記蓄電体のＳＯＣが前記第１閾値よりも小さな第２閾値を下回る場合に、前記蓄電体の目標充放電電流として第１電流値を充電側に設定し、前記蓄電体のＳＯＣが前記第１閾値を下回りかつ前記第２閾値を上回る場合に、前記蓄電体の目標充放電電流として、前記第１電流値よりも絶対値の小さな第２電流値を設定する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、車体機器群の消費電流と蓄電体の目標充放電電流とに基づいて発電機の目標発電電流を設定し、発電機の目標発電電流に基づいて発電機の発電電流を制御する。これにより、発電電流の急激な変化を抑制することができ、蓄電体およびエンジンを安定的に制御することができる。
【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制御状況とリチウムイオンバッテリの充電状態との推移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】目標充放電電流の設定状況の一例を示す説明図である。
【図１０】車両用電源装置の電力供給状況を示す説明図である。
【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が機械的に連結されている。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。さらに、モータジェネレータ１６には、発電電圧を検出する電圧センサ２５や、発電電流を検出する電流センサ２６が設けられている。ＩＳＧコントローラ２４によっ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ことにより、発電機として機能するモータジェネレータ１６の発電電圧や発電電流を制御することができる。また、ＩＳＧコントローラ２４によっ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ことにより、電動機として機能するモータジェネレータ１６の駆動トルクや回転数を制御することができる。
【００１１】
続いて、車両用電源装置１０の構成について詳細に説明する。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（蓄電体）であるリチウムイオンバッテリ２７と、このリチウムイオンバッテリ２７に並列に接続される第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と鉛バッテリ２８とは、互いに並列となってモータジェネレータ１６に接続されている。
【００１２】
リチウムイオンバッテリ２７の正極端子２７ａには、正極ライン２９が接続されており、鉛バッテリ２８の正極端子２８ａには、正極ライン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正極端子１６ａには、正極ライン３１が接続されている。これらの正極ライン２９〜３１は、接続点３２を介して互いに接続されている。さらに、リチウムイオンバッテリ２７の負極端子２７ｂには、負極ライン３３が接続されており、鉛バッテリ２８の負極端子２８ｂには、負極ライン３４が接続されている。また、モータジェネレータ１６の負極端子１６ｂには、負極ライン３５が接続されている。これらの負極ライン３３〜３５は、基準電位点３６に接続されている。
【００１３】
リチウムイオンバッテリ２７に接続される負極ライン３３には、開閉スイッチＳＷ１が設けられている。また、鉛バッテリ２８に接続される正極ライン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（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、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遮断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導通状態と、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遮断状態とに切り替えられる。なお、図示する例では、リチウムイオンバッテリ２７の負極ライン３３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。例えば、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の正極ライン２９に対し、開閉スイッチＳＷ１を設けることも可能である。
【００１４】
正極ライン３０には、瞬低保護負荷３７、車体負荷３８およびスタータモータ２１等が接続されている。このように、車両用電源装置１０には、瞬低保護負荷３７、車体負荷３８、スタータモータ２１および鉛バッテリ２８等からなる車体機器群３９が設けられている。この車体機器群３９は、モータジェネレータ１６やリチウムイオンバッテリ２７から電流が供給される各種負荷であり、リチウムイオンバッテリ２７に並列にモータジェネレータ１６に対して接続されている。また、正極ライン３０には、瞬低保護負荷３７、車体負荷３８およびスタータモータ２１等を保護するヒューズ４０が設けられている。
【００１５】
なお、瞬低保護負荷３７とは、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３７として、エンジン１２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、各種コントローラ等が挙げられる。また、車体負荷３８とは、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３８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。
【００１６】
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によって第１電源回路４１が構成されている。また、車両用電源装置１０には、鉛バッテリ２８、瞬低保護負荷３７、車体負荷３８およびスタータモータ２１等によって第２電源回路４２が構成されている。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。なお、第１電源回路４１に設けられる開閉スイッチＳＷ１は、車両用電源装置１０からリチウムイオンバッテリ２７を電気的に分離するスイッチとして機能している。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。
【００１７】
バッテリモジュール４３には、リチウムイオンバッテリ２７の電流、電圧、温度等を検出するバッテリセンサ４４が設けられている。また、バッテリモジュール４３には、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の作動状態を制御するため、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、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を制御している。また、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を開いて車両用電源装置１０からリチウムイオンバッテリ２７を切り離している。
【００１８】
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は、モータジェネレータ１６の発電電圧等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機能を有している。制御ユニット５０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を判定する。そして、後述するように、制御ユニット５０は、リチウムイオンバッテリ２７の充電状態や車体機器群３９の消費電流等に基づいて、モータジェネレータ１６の発電電圧および発電電流を制御し、リチウムイオンバッテリ２７の充放電を制御する。
【００１９】
また、制御ユニット５０は、エンジン１２の停止や再始動を制御する機能を有している。制御ユニット５０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、制御ユニット５０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。
【００２０】
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５１、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５２、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５３がある。また、制御ユニット５０に接続されるセンサとして、車両１１の走行速度である車速を検出する車速センサ５４、エンジン始動時に手動操作されるスタートスイッチ５５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の充放電電流や充電状態、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５６が接続されている。
【００２１】
なお、制御ユニット５０には、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が設けられる。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５７を介して互いに接続されている。
【００２２】
［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蓄電量の比率である。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。
【００２３】
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。
【００２４】
また、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。さらに、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ている。
【００２５】
［リチウムイオンバッテリの充放電制御］
続いて、モータジェネレータ１６を用いたリチウムイオンバッテリ２７の充放電制御について説明する。図５はモータジェネレータ１６の制御状況とリチウムイオンバッテリ２７の充電状態Ｓ１との推移を示すタイミングチャートである。また、図６〜図８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にはモータジェネレータ１６を燃焼発電状態または回生発電状態に制御したときの状況が示されており、図７にはモータジェネレータ１６を回生待機電状態に制御したときの状況が示されている。また、図８にはモータジェネレータ１６を発電停止状態に制御したときの状況が示されている。
【００２６】
まず、図５に符号Ａ１で示すように、リチウムイオンバッテリ２７の充電状態Ｓ１が、第２閾値である閾値Ｓｂ（例えば３０％）を下回る場合、つまり充電ゾーンに位置する場合について説明する。充電状態Ｓ１が充電ゾーンに位置する場合には、リチウムイオンバッテリ２７を充電するため、モータジェネレータ１６が燃焼発電状態に制御される。なお、モータジェネレータ１６の燃焼発電状態とは、エンジン動力によってモータジェネレータ１６を発電させることにより、エンジン１２に供給される燃料の熱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。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、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に制御される（符号Ｂ１）。これにより、図６に黒塗りの矢印で示すように、モータジェネレータ１６の発電電流は、リチウムイオンバッテリ２７および車体機器群３９に供給される。なお、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、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２が閉じられた状態に保持されている。
【００２７】
続いて、図５に符号Ａ２で示すように、リチウムイオンバッテリ２７の充電状態Ｓ１が、閾値Ｓｂを上回りかつ第１閾値である閾値Ｓａ（例えば４０％）を下回る場合、つまり回生待機ゾーンに位置する場合について説明する。充電状態Ｓ１が回生待機ゾーンに位置する場合には、モータジェネレータ１６の発電電流を抑制しながら回生発電の機会を待つため、モータジェネレータ１６が回生待機状態に制御される。モータジェネレータ１６を回生待機状態に制御する際には、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よりも低く、かつ鉛バッテリ２８の端子電圧Ｖ２よりも高い所定電圧に制御される（符号Ｂ２）。これにより、図７に黒塗りの矢印で示すように、モータジェネレータ１６の発電電流は、車体機器群３９の消費電流を賄うように車体機器群３９に供給される。また、モータジェネレータ１６の回生待機状態においては、リチウムイオンバッテリ２７の充放電電流がほぼ「０」に制御されている。なお、モータジェネレータ１６を回生待機状態に制御する際には、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２が閉じられた状態に保持されている。
【００２８】
続いて、図５に符号Ａ３で示すように、リチウムイオンバッテリ２７の充電状態Ｓ１が、閾値Ｓａを上回る場合、つまり放電ゾーンに位置する場合について説明する。充電状態Ｓ１が放電ゾーンに位置する場合には、リチウムイオンバッテリ２７に蓄えられた電力を積極的に放電させるため、モータジェネレータ１６が発電停止状態に制御される。つまり、後述する制御ユニット５０の発電電流制御部６３によって、モータジェネレータ１６の発電動作が停止されることになる。モータジェネレータ１６を発電停止状態に制御する際には、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」に制御される（符号Ｂ４）。これにより、図８に黒塗りの矢印で示すように、リチウムイオンバッテリ２７の放電電流は、車体機器群３９の消費電流を賄うように車体機器群３９に供給される。なお、モータジェネレータ１６を発電停止状態に制御する際には、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２が閉じられた状態に保持されている。
【００２９】
このように、モータジェネレータ１６は、リチウムイオンバッテリ２７の充電状態Ｓ１に基づいて、燃焼発電状態、回生待機状態または発電停止状態に制御されるが、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観点から、車両減速時にはモータジェネレータ１６が回生発電状態に制御される。なお、モータジェネレータ１６の回生発電状態とは、車両減速時にモータジェネレータ１６を発電させることにより、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。このモータジェネレータ１６による回生発電を実行するか否かについては、アクセルペダルやブレーキペダルの操作状況等に基づいて決定される。例えば、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は、モータジェネレータ１６が回生発電状態に制御される。一方、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は、モータジェネレータ１６の回生発電状態が解除される。なお、モータジェネレータ１６の回生発電状態が解除されると、モータジェネレータ１６は、解除時点の充電状態Ｓ１に基づいて、燃焼発電状態、回生待機状態または発電停止状態に制御される。
【００３０】
例えば、図５に符号Ｃ１で示すように、ブレーキペダルが踏み込まれると、モータジェネレータ１６が回生発電状態に制御される。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、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に制御される（符号Ｂ３）。これにより、図６に黒塗りの矢印で示すように、モータジェネレータ１６の発電電流は、リチウムイオンバッテリ２７および車体機器群３９に供給される。なお、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、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２が閉じられた状態に保持されている。
【００３１】
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つつ、車両用電源装置１０のコストを下げることができる。
【００３２】
図６に示すように、モータジェネレータ１６が発電する際には、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、鉛バッテリ２８に対する充電を抑制することができる。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、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８に示すように、モータジェネレータ１６の発電が休止する際には、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、鉛バッテリ２８の放電を抑制することができる。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、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。
【００３３】
［モータジェネレータの発電電流制御］
前述したように、車両用電源装置１０においては、モータジェネレータ１６の発電電圧を制御することにより、リチウムイオンバッテリ２７の充放電を制御している。しかしながら、リチウムイオンバッテリ２７は内部抵抗が小さいことから、リチウムイオンバッテリ２７の充電状態等によっては、モータジェネレータ１６からリチウムイオンバッテリ２７に過度な電流が流れる虞がある。そこで、車両用電源装置１０は、モータジェネレータ１６の発電電流が過度に増加することのないように、目標発電電流Ｉｉｓｇｔに基づいてモータジェネレータ１６の発電電流を制御している。以下、モータジェネレータ１６の発電電流制御について説明する。
【００３４】
図２に示すように、制御ユニット５０は、消費電流推定部６０、充放電電流設定部６１、発電電流設定部６２および発電電流制御部６３を備えている。制御ユニット５０の消費電流推定部６０は、以下の式（１）に示すように、モータジェネレータ１６の発電電流Ｉｉｓｇから、リチウムイオンバッテリ２７の充放電電流Ｉｌｉｂおよび鉛バッテリ２８の充放電電流Ｉｐｂを減算し、瞬低保護負荷３７や車体負荷３８等に供給される車体電流Ｉｖｌを算出する。なお、本明細書において、充放電電流Ｉｌｉｂが充電電流である場合に、充放電電流Ｉｌｉｂは正の値になり、充放電電流Ｉｌｉｂが放電電流である場合に、充放電電流Ｉｌｉｂは負の値になる。同様に、充放電電流Ｉｐｂが充電電流である場合に、充放電電流Ｉｐｂは正の値になり、充放電電流Ｉｐｂが放電電流である場合に、充放電電流Ｉｐｂは負の値になる。
Ｉｖｌ＝Ｉｉｓｇ−Ｉｌｉｂ−Ｉｐｂ  ・・（１）
【００３５】
続いて、制御ユニット５０の充放電電流設定部６１は、リチウムイオンバッテリ２７の充電状態Ｓ１に基づいて、リチウムイオンバッテリ２７の充放電電流の目標値である目標充放電電流Ｉｌｉｂｔを設定する。ここで、図９は目標充放電電流Ｉｌｉｂｔの設定状況の一例を示す説明図である。図９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、第２閾値である閾値Ｓｂ（例えば３０％）を下回る場合、つまり充電ゾーンに位置する場合には、目標充放電電流Ｉｌｉｂｔとして充電電流値Ｉａ（例えば２０Ａ）が設定される。このように、充電状態が閾値Ｓｂを下回る場合には、目標充放電電流Ｉｌｉｂｔとして、第１電流値である充電電流値Ｉａが充電側に設定される。
【００３６】
また、リチウムイオンバッテリ２７の充電状態Ｓ１が、閾値Ｓｂを上回りかつ第１閾値である閾値Ｓａ（例えば４０％）を下回る場合、つまり回生待機ゾーンに位置する場合には、目標充放電電流Ｉｌｉｂｔとして「０」が設定される。このように、充電状態Ｓ１が閾値Ｓａを下回りかつ閾値Ｓｂを上回る場合には、目標充放電電流Ｉｌｉｂｔとして、第２電流値である「０（ゼロ）」が設定される。なお、回生待機ゾーンでの目標充放電電流Ｉｌｉｂｔである第２電流値としては、「０」に限られることはなく、充電電流値Ｉａよりも絶対値の小さな電流値であれば、第２電流値として充電電流値や放電電流値を設定しても良い。
【００３７】
さらに、リチウムイオンバッテリ２７の充電状態Ｓ１が、閾値Ｓａを上回る場合、つまり放電ゾーンに位置する場合には、目標充放電電流Ｉｌｉｂｔとして放電電流値Ｉｂが設定される。この放電電流値Ｉｂは、車体負荷３８等に供給される車体電流Ｉｖｌと鉛バッテリ２８の充放電電流Ｉｐｂとを加算した電流値、つまり車体機器群３９の消費電流となっている。このように、充電状態Ｓ１が閾値Ｓａを上回る場合には、目標充放電電流Ｉｌｉｂｔとして、車体機器群３９の消費電流である放電電流値Ｉｂ（Ｉｂ＝Ｉｖｌ＋Ｉｐｂ）が放電側に設定される。
【００３８】
続いて、制御ユニット５０の発電電流設定部６２は、以下の式（２）に示すように、車体電流Ｉｖｌ、鉛バッテリ２８の充放電電流Ｉｐｂ、およびリチウムイオンバッテリ２７の目標充放電電流Ｉｌｉｂｔを加算し、モータジェネレータ１６の目標発電電流Ｉｉｓｇｔを算出する。そして、制御ユニット５０の発電電流設定部６２は、モータジェネレータ１６の発電電流が目標発電電流Ｉｉｓｇｔに収束するように、ＩＳＧコントローラ２４に対して制御信号を出力する。なお、他の要因によってモータジェネレータ１６の発電電流が増大する状況であっても、モータジェネレータ１６の発電電流は目標発電電流Ｉｉｓｇｔによって制限される。すなわち、目標発電電流Ｉｉｓｇｔは、モータジェネレータ１６の発電電流の上限値として機能している。
Ｉｉｓｇｔ＝Ｉｖｌ＋Ｉｐｂ＋Ｉｌｉｂｔ  ・・（２）
【００３９】
これまで説明したように、モータジェネレータ１６の目標発電電流Ｉｉｓｇｔを設定する際には、車体機器群３９に供給される車体電流Ｉｖｌや充放電電流Ｉｐｂに対し、リチウムイオンバッテリ２７に求められる目標充放電電流Ｉｌｉｂｔを加算したので、リチウムイオンバッテリ２７およびエンジン１２を安定的に制御することができる。すなわち、目標充放電電流Ｉｌｉｂｔに従ってリチウムイオンバッテリ２７を充放電させることから、リチウムイオンバッテリ２７の充放電電流Ｉｌｉｂの急激な変化を抑制することができ、リチウムイオンバッテリ２７を安定的に制御することができる。また、リチウムイオンバッテリ２７の充放電電流Ｉｌｉｂの急激な変化を抑制することができるため、モータジェネレータ１６の回生トルクを安定させることができ、モータジェネレータ１６に連結されるエンジン１２を安定的に制御することができる。すなわち、回生トルクの過度な増加に伴うエンジンストールを防止することができる。
【００４０】
しかも、図９に示すように、リチウムイオンバッテリ２７の充放電範囲には、充電ゾーンと放電ゾーンとの間に回生待機ゾーンが設定されている。この回生待機ゾーンにおいては、リチウムイオンバッテリ２７の目標充放電電流Ｉｌｉｂｔが「０」に設定されることから、リチウムイオンバッテリ２７の充放電を抑制するように、つまりモータジェネレータ１６の発電電流を抑制するように、モータジェネレータ１６が回生待機状態に制御されることになる。このように、リチウムイオンバッテリ２７の充放電範囲を、単に充電ゾーンと放電ゾーンとに分けるのではなく、充電ゾーンと放電ゾーンとの間に回生待機ゾーンを介在させることにより、モータジェネレータ１６の燃焼発電状態を減らして車両の燃費性能を向上させることができる。
【００４１】
すなわち、充電ゾーンと放電ゾーンとを隣接させることは、充電ゾーンと放電ゾーンとの行き来を招く要因であることから、充電ゾーンの燃焼発電によってリチウムイオンバッテリ２７に蓄えられた電力を、その後の放電ゾーンにおいて直ちに消費してしまうことが想定される。これに対し、充電ゾーンと放電ゾーンとの間に回生待機ゾーンを介在させることにより、充電ゾーンと放電ゾーンとの行き来を抑制することができるため、充電ゾーンでの燃焼発電を抑制することができる。この場合には、図９に白抜きの矢印で示すように、回生発電およびバッテリ放電を実行することにより、回生待機ゾーンと放電ゾーンとの間で充電状態を移動させることができ、車両１１のエネルギー効率を向上させて燃費性能を向上させることができる。
【００４２】
なお、前述の説明では、モータジェネレータ１６の目標発電電流Ｉｉｓｇｔを算出する際に、鉛バッテリ２８の充放電電流Ｉｐｂを用いているが、これに限られることはなく、充放電電流Ｉｐｂに代えて、鉛バッテリ２８の充放電電流の目標値である目標充放電電流Ｉｐｂｔを用いても良い。この場合には、鉛バッテリ２８の充電状態Ｓ２に基づいて、鉛バッテリ２８の目標充放電電流Ｉｐｂｔを設定することが可能である。
【００４３】
［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１０および図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１０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１１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。
【００４４】
図１０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６４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、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。
【００４５】
図１１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３７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３７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。
【００４６】
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、これらの蓄電体に限られることはない。例えば、第１蓄電体として、鉛バッテリ２８、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２７、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が好ましい。また、第２蓄電体である鉛バッテリ２８を備えていない車両用電源装置であっても、本発明を有効に適用することができる。
【００４７】
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、車両用電源装置１０に設けられる開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２としては、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く、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い。
【００４８】
前述の説明では、１つの制御ユニット５０に、消費電流推定部６０、充放電電流設定部６１、発電電流設定部６２および発電電流制御部６３を設けているが、これに限られることはなく、消費電流推定部６０、充放電電流設定部６１、発電電流設定部６２および発電電流制御部６３を複数の制御ユニット５０に分けて設けても良い。また、前述の説明では、第２電源回路４２に車体負荷３８を接続しているが、これに限られることはなく、第１電源回路４１だけに車体負荷３８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３８を接続しても良い。
【符号の説明】
【００４９】
１０    車両用電源装置
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（蓄電体，第１蓄電体）
２８    鉛バッテリ（第２蓄電体）
３９    車体機器群
５０    制御ユニット
６０    消費電流推定部
６１    充放電電流設定部
６２    発電電流設定部
６３    発電電流制御部
Ｓ１    充電状態
Ｓａ    閾値（第１閾値）
Ｓｂ    閾値（第２閾値）
Ｉｉｓｇ    発電電流
Ｉｌｉｂ    充放電電流
Ｉｌｉｂｔ    目標充放電電流
Ｉｉｓｇｔ    目標発電電流
Ｉｂ    放電電流値（消費電流）
【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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【図１０】
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【図１１】
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