JP6245094B2 - 電池システム - Google Patents

Description

本発明は電気的な負荷に電力を供給する電池システムに係り、２つの二次電池で構成される蓄電システムに関するものである。

エネルギーマネージメントシステムの一例として、近年の自動車はアイドリングストップ機能に加えて、減速時の回生エネルギーを発電機（オルタネータ）によって電気エネルギーに変換して電池に充電し、この電池を用いて電気負荷であるヘッドライト、ヒータ等の補機の電源とするマイクロハイブリッド自動車（以下、マイクロＨＥＶと呼ぶ）が開発されている。ここで、近年のマイクロＨＥＶの二次電池は、鉛電池ともう一種類の電池（以下、サブ電池と呼ぶ）を用いることがある。これは、回生エネルギーをより多く回収するためである。この３車種で用いられるサブ電池は、開放電圧（以下ＯＣＶ（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）と呼ぶ）が鉛電池とほぼ同じであるため、鉛電池とサブ電池の２つの電池を並列に繋いだ場合でも、電池間で電流のやり取り（以下、横流と呼ぶ）を防ぐことができる。

しかしながら、サブ電池に、鉛電池とＯＣＶの違う電池を用いた場合、横流が発生し、損失が起き、回生エネルギーを十分に回収できない。特に、サブ電池に、充電電流を大きくでき、かつ耐温度性と寿命に優れるキャパシタ（正確には電池では無く蓄電デバイスであるが、本稿では電池と表記する）を使用した場合には、横流が顕著になる。

横流を防止するためには、鉛電池とサブ電池の間にＤＣＤＣコンバータを入れる方法があるが、コスト高となる。そこで、低コストにするため（マイクロＨＥＶに限らず）ハード構成として特許文献１（特開２０１０−１１５０５０）に見られる方法により、鉛電池とサブ電池にそれぞれスィッチＳＷを直列に挿入して、並列接続することにより、横流を防止する方法が考えられる。

スィッチＳＷ切り替え方法として、特許文献１には、主電池とサブ電池との充電率が均等になるように、スィッチＳＷを切り替える方法が開示されている。また、特許文献２には電圧変化による切り替え方法が開示されている。

特開２０１０−１１５０５０号公報 特許第３７１６７７６号公報

しかし、特許文献１のように、鉛電池（以下では第一の電池と記す）とサブ電池（以下では、更に第二の電池と記す）の充電率を、電圧および電流の値から求め、その結果に基づいて充電を行うべき電池の判断をする場合、電池の抵抗次第では、充電量が十分でない場合でも充電量が十分と判断される可能性があり、この場合、電池は電荷を更に吸える余地が残っていた。特に、マイクロＨＥＶのように容量や抵抗等の性質が異なる複数の電池間で充電を切り替える場合（例えば鉛蓄電池とリチウムイオン二次電池）、リチウムイオン二次電池のみしか充電されない問題が生じる。即ち、リチウムイオン二次電池の電圧が上昇しても、鉛蓄電池と比較して抵抗が小さいため、鉛電池への切り替えが無く、第一の電池と第二の電池への総充電量を向上する余地があった。

本発明は、性質が異なる第一の電池と第二の電池のような場合であっても、総充電量を向上できる電池システムの提供を目的とする。

本発明は以下を含むものである。

スィッチＳＷを介して、第一の電池と第二の電池を並列に接続する電池システムにおいて、少なくとも前記第一の電池の内部抵抗から前記第一の電池の充電電流を推定する手段および、少なくとも前記第二の電池の内部抵抗から前記第二の電池の充電電流を推定する手段を有し、前記第一の電池の充電電流と前記第二の電池の充電電流に基づいて、前記第一の電池と前記第二の電池への充電電荷の和が大きくなる方式にて前記スィッチＳＷを切り替えることを特徴とする電池システム。

また、前記スィッチＳＷは、第一のスィッチＳＷおよび第二のスィッチＳＷであり、前記第一のスィッチＳＷと前記第二のスィッチＳＷとは並列に接続されており、前記第一の電池は、前記第一のスィッチＳＷを介して負荷と接続されており、前記第二の電池は、前記第二のスィッチＳＷを介して前記負荷と接続されている電池システム。

放電時には第二の電池を先に放電させ、第二の電池が予め定められた電圧または充電率になったときに、第一の電池に切り替え放電する、または、前記第一の電池を先に放電させ、第一の電池が予め定められた電圧または充電率になったときに、前記第二の電池に切り替え放電することを特徴とする電池システム。

前記方式は、回生充電時に前記スィッチＳＷを一度切り替えるものであり、回生時間をＴ、第二の電池の充電時間をτ（Ｔ＞τ）、第一の充電時間をＴ−τとした時に、まず第二の電池の充電を行い、第一の電池と前記第二の電池の充電量が最大となるタイミングτで前記第一の電池に前記スィッチＳＷの切り替えを行うことを特徴とする電池システム。

前記τは、第一の電池の電流時系列（ｉ１（ｔ））と第二の電池の時系列（ｉ２（ｔ））を推定し、ｉ１（ｔ）＝ｉ２（充電終了時間−ｔ）となる充電開始からの時刻ｔであり、初めに前記第二の電池を充電し、充電開始からｔ経過後に第一の電池を選ぶように前記スィッチＳＷを切り替えることを特徴とする電池システム。

回生充電時間Ｔが不明の場合、第一の電池の電流時系＝第二の電池の電流収束値となる時刻ｔを求め、前記τとすることを特徴とする電池システム。

前記方式は、回生充電時に前記スィッチＳＷを複数回切り替えるものであり、前記第一の電池の推定充電電流と前記第二の電池の推定電流を比較し、推定電流の大きい方の電池を選択するようにスィッチＳＷを切り替え充電することを特徴とする電池システム。

前記第一の電池、前記第二の電池単独充電のどちらかが定電圧充電となるまでは、定期的にスィッチＳＷを切り替え、充電することを特徴とする電池システム。

前記第一の電池が定電流充電となる場合、前記第一の電池のスィッチＳＷの時間比率を初め１とし、前記第一の電池が定電流充電終了状態になった後に、前記第一の電池のスィッチＳＷ時間比を、（オルタネータの定電圧充電時の電圧―第一の電池の開放電圧）／（オルタネータの定電流充電時の電流×分極抵抗）とすることを特徴とする電池システム。

前記負荷はオルタネータであり、前記第一の電池が定電流充電となる場合、前記オルタネータの定電流充電時の電流＝第二の電池の分極電圧／（第二の電池の分極抵抗＊（１＋第二の電池の分極容量／第二の電池の容量））＋第一の電池の分極電圧ｖｐ（ｔ）／第一の電池の分極電圧となるように、前記第一の電池のスィッチＳＷの時間比率を制御することを特徴とする電池システム。

前記方式は、回生充電時に前記スィッチＳＷを複数回切り替えるものであり、充電時に前記スィッチＳＷを複数回切り替えかつ、同時接続を許す場合、第一の電池単独、第二の電池単独充電、第一第二の電池両方を繋いだ時の３つ場合の第一電池、第二電池の充電電流を推定し、第一の電池もしくは第二の電池が放電となる場合には、第一の電池と第二の電池の充電電流の大きい方の電池を接続するようにスィッチＳＷを切り替え、そうでない場合に、単独電池では定電圧充電となる場合、第一第二の電池両方を接続し、更にそうでない場合には、第一の電池単独のスィッチＳＷオン時間、第二の電池単独のスィッチＳＷオン時間、両方の電池を接続するスィッチＳＷ時間の比率を制御して、定電流充電となるようにすることを特徴とする電池システム。

前記第一の電池単独の前記のスィッチＳＷのオン時間、前記第二の電池単独の前記スィッチＳＷのオン時間、両方の電池を接続するスィッチＳＷ時間の比率を予め定められた値とすることを特徴とする電池システム。

前記第一の電池単独のスィッチＳＷオン時間、前記第二の電池単独のスィッチＳＷのオン時間、両方の電池を接続するスィッチＳＷ時間の比率として、両方の電池を接続するスィッチＳＷ時間の比率を０とし、初めに第一の電池のスィッチＳＷの時間比率を初め１とし、前記第一の電池が定電流充電終了状態になった後に、第一の電池のスィッチＳＷ時間比を、（オルタネータの定電圧充電時の電圧―第一の電池の開放電圧）／（オルタネータの定電流充電時の電流×分極抵抗）とすることを特徴とする電池システム。

前記第一の電池単独のスィッチＳＷオン時間、前記第二の電池単独のスィッチＳＷオン時間、両方の電池を接続するスィッチＳＷ時間の比率として、両方の電池を接続するスィッチＳＷ時間の比率を０とし、オルタネータの定電流充電時の電流＝第二の電池の分極電圧／（第二の電池の分極抵抗＊（１＋第二の電池の分極容量／第二の電池の容量（Ｆ換算値）））＋第一の電池の分極電圧／第一の電池の分極抵抗となるように、前記第一の電池のスィッチＳＷの時間比率を制御することを特徴とする電池システム。

前記第一の電池の電圧、電流、前記第二の電池の電圧、電流、前記オルタネータと補機の電圧を計測する手段を有し、前記第一の電池の直流抵抗、スィッチＳＷの抵抗、分極容量、分極抵抗、分極電圧、開放電圧、および第二の電池の容量を計測することを特徴とする電池システム。

前記電池の直流抵抗、スィッチＳＷの抵抗を、スィッチＳＷオンからオフに変わるまたは、スィッチＳＷオフからオンに変わる前後の電流、電圧の変化より求め、前記電池の開放電圧を電池の電圧−直流抵抗×電流として求めることを特徴とする電池システム。

分極抵抗、分極容量、および第二の電池の容量を、予め仮定した回路方程式に合うように、電池の電流時系列、電圧時系列よりパラメータをオンラインで推定することを特徴とする電池システム。

分極電圧＝一計測時刻前の分極電圧×（１−計測時間刻み幅／（分極抵抗×分極容量））＋計測電流×計測時間刻み幅／分極容量として推定することを特徴とする電池システム。

定常状態となる電池の開放電圧を、開放電圧―分極電圧とすることを特徴とする電池システム。

予め電池の定常状態となる電池の開放電圧と電池の充電率の関係を保持し、システムがスタートした時の電圧より、電池の初期充電率を求め、その後電流積分の値／電池の容量（Ａｈ）を加えて充電率を更新し、更に充電率から定常状態となる開放電圧を求めることを特徴とする電池システム。

電池の分極電圧を、計測した電池の電圧―直流抵抗×計測電流―定常状態となる電池の開放電圧とすることを特徴とする電池システム。

上位のコントローラに電池システムが充電できる電流を通信回線を通して送信することを特徴とする電池システム。

上位のコントローラから充電開始信号、定電流充電時の電流、定電圧充電時の電圧を、通信回線を通して電池システムに送信することを特徴とする電池システム。

上位のコントローラから充電開始から終了までの時刻を充電開始と共に、通信回線を通して電池システムに送信することを特徴とする電池システム。

本発明によれば、性質が異なる第一の電池と第二の電池のような場合であっても、総充電量を向上できる電池システムを提供することができる。

本発明が適用される電池システムを搭載したマイクロＨＥＶの概略を示した構成図である。 本発明の電池システムの概略を示した構成図である。 本発明が適用される電池システムの全体処理を示す図である。 非回生時の電池システムの処理を示す図である。 クランキング中の処理を示す図である。 電池を並列に接続した場合の等価回路を示す図である。 電池の開放電圧のテーブル例を示す図である。 電池の等価回路を示す図である。 電池の分極抵抗・容量のテーブル例を示す図である。 電池の直流抵抗のテーブル例を示す図である。 スィッチＳＷのテーブル例を示す図である。 電源システムに瞬停対策用コンデンサーを付加した図である。 スィッチＳＷのゲート処理を示した図である。 長期駐車後の電池電圧低下時の対応処理の図である。 回生充電時のスィッチ制御の例を示す図である。 大容量電池の等価回路を示す図である。 小容量電池の等価回路を示す図である。 キャパシタの等価回路を示す図である。 電池切り替え時間を算出するための幾何学的イメージを示す図である。 回生充電時のスィッチ制御の別の例を示す図である。 定電流充電時のスィッチＳＷ選択処理例を示す図である。 回生充電時のスィッチ制御の更に別の例を示す図である。 電池の諸元例を示す図である。 回生充電電荷の効果比較を示す図である。 回生充電時のスィッチ制御の第４の実施例を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。例えば、以下に説明する実施例は、電池電圧を変えることによりＨＥＶ、ＸＥＭＳ（ＨＥＭＳ、ＢＥＭＳ）にも、電気自動車、鉄道に搭載される蓄電システムにも適用できる。

図１はマイクロＨＥＶの構成の概略である。

図１において、電池システム１０（２種類の二次電池、例えば鉛電池とキャパシタをも含む別電池で構成されるパックであり後述）を搭載したマイクロＨＥＶ１７は、エンジンン１１、エンジン１２に機械的に接続された発電機１２（オルタネータ）、ライト、エアコンファン、スタータ等の電気負荷である補記負荷１４、上位コントローラであるＥＣＵ１５、通信線１６から構成されている。

ここで、マイクロＨＥＶ１７の補機負荷１４の電力はアイドリングストップ時には電池システム１０から供給される。そして、自動車の減速時には自動車の惰行によって生じるタイヤからの回転力（減速エネルギー）でオルタネータ１２を回転、動作させ、このオルタネータ１２によって発生した電気エネルギーを補機負荷１４に電力として供給する共に、電池システム１０内の二次電池に充電するように構成されている。ここで、オルタネータ１２の電圧は補機負荷１４の定格電圧（例えば１４Ｖ）としている。なお、オルタネータは、通常は定電流電源となる。しかしながら、電圧が予め規定された値になったときには、制御により一定電圧（通常の車では１４Ｖ）に制御される。即ち、オルタネータはＣＣＣＶ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）充電機と看做す。また、ＥＣＵは回生時のオルタネータＯｎ／Ｏｆｆ、機械式ブレーキのコントロールを行い、また電源システムに充電電流を送信する。

図２は、本発明の電池システムの概略を示した構成図である。

電池システム１０は、第一の電池（一般的には鉛電池）２０１、第一の電池の電流を監視する電流計２０２、第二の電池の電圧を監視する電圧センシング線２０３、第一の電池の電流を推定する電流推定部２０４、第一の電池に直列に接続されるスィッチＳＷ２０５、第二の電池２０６、第二の電池の電流を監視する電流計２０７、第二の電池の電圧を監視する電圧センシング線２０８、第二の電池の電流を推定する電流推定部２０９、第二の電池に直列に接続されるスィッチＳＷ２１０、電流を比較する比較器２１１、スィッチＳＷを制御するための信号を作成するスィッチ制御部２１２、オルタネータ・補機の電圧センシング線２１３から構成される。

コントローラ２００は、スィッチ制御部２１２、比較器２１１、電流推定部２０４、２０９を有している。コントローラ２００は、各電池の電流、電圧、および上位コントローラ１６からの情報を信号線１８を介して、スィッチＳＷ２０５、スィッチＳＷ２１０のＯｎ／Ｏｆｆ状態を制御する。このスィッチＳＷの切り替えによって、発電機１２からの電流を第一の電池に流すか、または第二の電池に流すかを切り替えることができる。

ここで、スィッチＳＷの信号を直接制御するのは、コントローラ２００内のスィッチ制御部２１２となる。コントローラ２００の電源は第一の電池を用いても良い。また、スィッチＳＷ２０５、スィッチＳＷ２１０は両方Ｏｆｆの状態を禁止するようにして、補機電源喪失を防いでいる。更にスィッチＳＷ２０５、スィッチＳＷ２１０は、パワーＭＯＳ−ＦＥＴ、ＩＧＢＴ、機械式リレーを使用しても良い。

上記機構により、第一の電池２０１、第二の電池２０６は、或る状態では補機負荷１４に電力を供給するように放電し、また、マイクロＨＥＶ１７の減速時に発電機１３で発電された電気エネルギーで充電される。

第一の電池２０１、第二の電池２０６としては、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、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等が使用可能である。

通常、第一の電池２０１には、鉛電池を使う。この理由は、長期間に渡る駐車中の保安装置等の電力を確保するため、容量（Ａｈ）の大きな電池が必要なためである。

また、第二の電池２０６は、通常電流を多く充電できるように設計されたキャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、リチウムイオン電池、ニッケル亜鉛電池、ニッケル水素電池を用いても良い。なお、リチウムイオンキャパシタ、リチウムイオン電池の定格電圧は一般的には３Ｖから４．２Ｖの範囲であるため、車両電圧範囲の目安である８Ｖ（オーディオの音飛び電圧の目安）から１４Ｖの範囲に収めるためには、４直列で使用する。ニッケル水素電池の場合には１０本使用する。ニッケル亜鉛電池の場合は８本から１０本、キャパシタの場合には７本を使用する。

このように、一般的に、第１の電池２０１は鉛電池のような容量（Ａｈ）を重視した容量型電池や蓄電素子が用いられ、第２の電池２０６にはリチウムイオン電池やキャパシタのようなパワーの出せるパワー型電池が用いられるが、これに限定される訳ではなく、第１の電池３０１、第２の電池３０２として、同種の電池を用いても良い。

第一電池の電流計２０２、第二電池の電流計２０７には、ホール素子やシャント電流計を用いることができる。

本発明では、第一の電池２０１と第二の電池２０６をスィッチＳＷを介して並列に接続された電池システム、例えば上記した電池システム１０において、各電池の抵抗とＯＣＶを計測して充電電流を推定する手段を要し、各電池への総合充電電荷が大きくなるようなスィッチｏｎ／ｏｆｆ組み合わせに切り替えることができる。

各電池に設置された電流計の結果に基づいてスィッチＳＷを切り替えるのではなく、各電池の抵抗とＯＣＶを計測して充電電流を推定する手段により得られた情報を元に第一の電池２０１と第二の電池２０６をスィッチＳＷを切り替えを行うので、抵抗、容量等の性質が異なる第一の電池と第二の電池のような場合であっても、総充電量を向上できる電池システムの提供することができる。

ここで、充電電荷が大きくなるようなスィッチＳＷ組み合わせを判定するに当たり、それぞれ以下３つの実施形態を説明する。なお、下記３つの実施形態はユーザーが選択することができる。

第一の実施形態は、回生時にまず、第一の電池２０１と第二の電池２０６のどちらかの電池を選択し充電し、その後スィッチＳＷを切り替え、他方の電池に充電を行うものであり、回生開始から終了までの間に一度だけスィッチの切り替えを行うものである。切り替えのタイミングとしては、例えば、片方のみの電池を繋いだ場合の電流時系列を推定し、第一の電池の電流時系列をＩ（ｔ）、第二の電池の電流時系列をｉ（ｔ）とした時に時系列Ｉ（Ｔ−τ）、ｉ（τ）を比較し等しくなるように非線形方程式の解τを求め、回生からτ経過したときに、第二電池から第一電池に切り替える（Ｔは回生時間）。

第二の実施形態は、回生開始から終了までの間にスィッチを複数回切り替えるものである。一定間隔で第一の電池と第二の電池の推定電流を求め、その都度、第一の電池と第二の電池の推定電流のうち、推定電流が大きい方にスィッチを切り替える。ここで、電池が定電流充電モードとなる場合には、どちらの電池に繋いでも電流が同じになるため、以下のようにしても良い。電池をＯｐｅｎにした場合に電圧が落ちの速くなる電池（以下、分極解消の速い電池）を先にＣＣ充電する。その後、分極解消の速い電池のＯＣＶが一定になるように、スィッチＳＷを第一の電池と第二の電池を交互に切り替える。このようにすることで、分極解消による電池電圧低下によるの回復を利用でき、ＣＣ充電時間が延び、より充電電荷が大きくなる。

第三の実施形態は、回生開始から終了までの間にスィッチを複数回切り替えるものであり、かつ両方の電池を同時に充電するよう接続しても良いものである。前述した第二の実施形態のＣＣ充電終了後に、２つの電池のスィッチをＯｎとする。また、この際、常時横流を監視して、横流が発生した場合には、即座に充電電流の大きくなる方の電池１つのみのスィッチＳＷをＯｎにする等の制御を組み合わせることで横流を防ぐことができる。

第四の実施形態は、第一のスイッチ、第二のスイッチをＯｎとして、第一の電池、第二の電池両方の電池を接続しても良いが、スイッチＳＷの切り替え回数を少なくするものである。第三の実施形態のＣＣ充電後に、まず片方の電池の充電を行い、仮に並列にした場合でも横流が発生しない電圧まで充電する。その後、並列にしたとしても横流が発生しないならば、並列接続とする。

第四の実施形態は、第一のスイッチ、第二のスイッチをＯｎとして、第一の電池、第二の電池両方の電池を接続しても良いが、スイッチＳＷの切り替え回数を少なくするものである。第三の実施形態のＣＣ充電後に、まず片方の電池の充電を行い、仮に並列にした場合でも横流が発生しない電圧まで充電する。その後、並列にしたとしても横流が発生しないならば、並列接続とする。

実施例１、２のように第一の電池と第二の電池の同時接続をしない場合は、スィッチは、並列に接続された第一の電池の第二の電池一つ交わる点に一つ設ければよく、複数であってもよい。これに対して、同時接続を許す実施例３，４の場合、スィッチは、第一のスィッチおよび第二のスィッチであり、第一のスィッチＳＷと第二のスィッチＳＷとは第一の電池、第二の電池同様に並列に接続されており、第一の電池は、前記第一のスィッチＳＷを介して負荷（補助負荷１４、オルタネータ１２等）と接続されており、第二の電池は、第二のスィッチＳＷを介して前記負荷と接続される。

また、本発明では、放電時は、横流を防ぐため、両方の電池をＯｎとしないようにし、かつ次回の回生で第二の電池のＯＣＶを低くして、回生充電が増えるようにするため、放電時には第二の電池を先に放電させ、第二の電池が予め定められた電圧または充電率になったときに、第一の電池に切り替え放電する、または、第一の電池を先に放電させ、第一の電池が予め定められた電圧または充電率になったときに、第二の電池に切り替え放電する但し、エンジンを始動する際（クランキング）には３００Ａにも及ぶ電流を必要とするため、第一の電池のみではパワーが出せず、クランキング不能となる場合もあり得る。この場合には、第一と第二の電池を並列に繋いでパワー不足を補っても良いし、第二の電池から、第一の電池に繋ぎ換えても良い。

以下、全体の制御を含め実施例１〜３を詳細に説明する。

図３に工場出荷後、もしくは第一の電池交換後における、イグニッションオンからオフ、駐車中における制御の全体処理の概略を示す。

初めに、ステップ３１にて、駐車中と看做し、スィッチＳＷ２０５をオン、スィッチＳＷ２１０をオフにして、ステップ３２にてコントローラ２００をスリープとして、駐車中の保安装置の電力を第一の電池に担当させ、低消費電力モードに移行する。

この処理はイグニッションスィッチがＯｎになるまで継続する。判定３３にてイグニッションがＯｎになった場合には、ステップ３４に処理を移行させ、コントローラをウェイクアップさせる。

次に、ステップ３５にて回生開始かどうかを判定する。この判定は、ＥＣＵ１６からの信号により判断する。回生開始後にはステップ３６の回生充電制御に処理を移す。この詳細は別実施例にて述べる。ステップ３６が終了した場合には、非回生制御ステップ３７に処理を移す。そしてステップ３９の判断にてイグニッションオンが継続しているならばステップ３５へ、イグニッションオフになったならば、駐車中の処理であるステップ３１に処理を移す。なお、イグニッションスィッチの信号はＥＣＵ１６からの情報を得る。

ステップ３５からステップ３９の処理は、定期的に制御周期（例えば１０ｍｓや０．１ｓ）のイベントで実効、もしくは判定しても良い。また図３の処理は、車両廃棄または、第一の電池交換まで処理が続けられる。

図４では、図３における非回生制御３７を説明する。非回生制御３７は、放電モードと強制充電モードの２通りに分けられる。放電モードは、回生充電後に第二の電池に充電された電荷が大きい場合と、第二の電池が空になり、第一の電池のみを使用する場合、クランキングの３通りの処理に分けられる。強制充電モードとは、両方の電池が空になり、第一の電池を強制充電する場合である。この処理を図４の例で説明する。なお、図４の処理は回生中、もしくは回生開始の場合には実行しない。

まずステップ４１にて、エンジンがクランキング中かどうかを判定する。クランキングならば、クランキング中処理４２に処理を移し、クランキング中でないならばステップ４３に処理を移す。クランキング中かどうかはＥＣＵ１５から情報を得る。

ステップ４２はクランキング中のスィッチＳＷ処理を実行する。この処理は後述する。ステップ４２の終了後、図４の処理を終了させる。

ステップ４３では、クランキング開始かどうかを判定する。クランキング開始ならばステップ４４に処理を移す。クランキング開始でないなら、ステップ４５にてオルタネータ充電Ｏｆｆ指令をＥＣＵ１５に送る（これは、省燃費の観点で余分なオルタネータの出力ＵＰによる燃費悪化を防ぐためである）。ここでクランキング開始とは、車両側の都合によるもの（例えば、アイドリングストップ中はエアコンコンプレッサが停止しているため、アイドリングストップの途中で室温が上昇した場合）、電池システム１０にて第一の電池が空になり、第一の電池を強制充電する必要が出た場合である。車両側の都合によるクランキング開始は、ＥＣＵ１５より情報を得る。第一の電池が空になったかどうかの判定は、第一の電池の充電率が予め設定された充電率以下の場合としても良い。この予め設定された充電率とは、第一の電池に鉛電池を使用した場合には例えば８０％や９０％としても良い。第一の電池が空になったかどうかの別の判定方法として、第一の電池の電圧が予め設定された電圧以下としても良い。この予め設定された電圧として、１２．４Ｖや１２．６Ｖとしても良い。なお、オルタネータの充電Ｏｆｆとは、オルタネータを止めても良いし、オルタネータの発電電圧を電池のＯＣＶとなるように調整しても良い（この場合、オルタネータの発電電圧調整機能が必要となる）。このオルタネータの発電電圧調整としては、電流計で計測した電流（２０２と２０６の和）を、ＥＣＵ１５に上げて、フィードバックによる電圧制御をＥＣＵで行っても良い。ステップ４５の終了の後、ステップ４６に処理を移す。

ステップ４４では、第一の電池のスィッチＳＷ２０５をＯｎとして、第二の電池のスィッチＳＷ２１０をＯｆｆとしてクランキングに備える。なお、現在のスィッチＳＷの状態を継続しても良い。ステップ４４の処理の後、図４の処理を終了する。

ステップ４６にて、第二の電池が空かどうかを判定する。この判定方法として、第二の電池の電圧が予め設定された電圧以下となる場合としても良い。この予め設定された電圧として、第二の電池の定格電圧×第二の電池の直列数としても良いし、オーディオの音飛びの起きる電圧、例えば８Ｖとしても良い。第二の電池が空の場合、ステップ４７に処理を移す。第二の電池が空で無い場合にはステップ４８に処理を移す。

ステップ４７では、第一の電池を放電するため、スィッチＳＷ２０５をＯｎ、スィッチＳＷ２１０をＯｆｆにする。ステップ４７終了後、図４のフローを終了させる。

ステップ４８では、第二の電池のみを放電させるため、スィッチＳＷ２０５をＯｆｆ、スィッチＳＷ２１０をＯｎにする。これは、次回の回生にて、できるだけ充電電流を吸いたいため、放電時にできるだけ第二の電池を空にするための処理である。ステップ４８終了後、図４のフローを終了させる。

以上の図４のフローは先に第二の電池を放電させる例であったが、先に第一の電池を放電させても良い。

図５は図４におけるクランキング中処理４２を説明したものである。図５では、前回のスィッチのＯｎ／Ｏｆｆ状態を、図５のスィッチのＯｎ／Ｏｆｆ状態の初期値とする。

まずステップ５０１にて、スィッチＳＷ２０５、スィッチＳＷ２１０の両スィッチＳＷがＯｎになっているかどうかを判定し、Ｙｅｓならステップ５０３、Ｎｏ（片方のみのスィッチＳＷがＯｎ）ならばステップ５０４に処理を移す。

ステップ５０２では、オルタ・補機電圧（図２の電圧センシング線２１３で計測）が予め定められた閾値以下かどうかを判定する。閾値以下の場合には、ステップ５０４に処理を移し、そうで無いならば図５の処理を終了させる。ここで、閾値として、例えばオーディオの音飛びの出る８Ｖとしても良い。オルタ・補機電圧は、図２中の電圧センシング線２１３で計測した値を使用する。

ステップ５０４にて、両方のスィッチがＯｎと仮定した場合の各電池の推定電流を求め、どちらかの電流が充電となるかどうか（横流）を判定する。横流が発生する場合にはステップ５０６に処理を移す（横流を防止するようにするための処理）。横流が発生しない場合にはステップ５０５に処理を移す。ここで、横流発生の判断材料としての推定電流は、第一の電池に関しては図２の電流推定部２０４、第二の電池に関しては図２の電流推定部２０９で推定する。以下、この横流判定方法について述べる。

まず、第一の電池のＯＣＶ（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ；開放時の電池電圧）をＶ１、第二の電池のＯＣＶをＶ２とする。そして、第一の電池の直流抵抗をＲ１、第二の電池の直流抵抗をＲ２、スィッチＳＷ２０５の抵抗をｒ１、スィッチＳＷ２１０の直流抵抗をｒ２としておく。この値の決め方は後述する。また、クランキングに必要な電流をＩａとする。このＩａはＥＣＵ１５から送られた値、または、現在電池に流れている電流（電流計２０２と２０６の和としても良い）としても良い。また電流の代わりに必要な電力Ｐａが与えられたとするならば、電力＝電流×電圧の式より、二次方程式を解くことによりＩａ＝２＊Ｐａ／（Ｖ＋√（Ｖ＊Ｖ−４＊Ｐａ＊Ｒ））としてＰａよりＩａを換算する（この場合ＰａはＥＣＵ１５から受信した値、もしくは現在の電流×オルタ・補機電圧としても良い。またクランキング可能条件としてＶ＊Ｖ／４ｒ≧Ｐａである）。Ｖは、電池のＯＣＶ、Ｒは直流抵抗とスィッチＳＷ抵抗の和である。２つの電池を並列に繋ぐ場合には、回路の合成よりＶ＝（（ｒ２＋Ｒ２）＊Ｖ１＋（ｒ１＋Ｒ１）＊Ｖ２）／（Ｒ１＋Ｒ２＋ｒ１＋ｒ２）、Ｒ＝（Ｒ１＋ｒ１）＊（Ｒ２＋ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２＋ｒ１＋ｒ２）として、Ｉａを計算する。Ｖ１は第一の電池のＯＣＶ、Ｖ２は第二の電池のＯＣＶ、Ｒ１は第一の電池の直流抵抗、Ｒ２は第二の電池の直流抵抗、ｒ１はスィッチＳＷ２０５のＯｎ抵抗、ｒ２はスィッチＳＷ２１０のＯｎ抵抗である。

次に第一の電池２０１と第二の電池２０６の充電電流の推定方法を説明する。各電池の抵抗を考慮した手段により得られた情報を元に第一の電池２０１と第二の電池２０６をスィッチを切り替えを行うので、抵抗等の性質が異なる第一の電池と第二の電池のような場合であっても、総充電量を向上できる電池システムの提供することができる。

２つの電池を並列に繋いだ場合の等価回路は図６として表現する。これは電池のＯＣＶが図３の制御周期（例えば１０ｍｓ）では殆ど変化しないと看做せるためである。図３中の電流と電圧の式は、回路方程式より導かれる。ここで、第一の電池の電流は式１、第二の電池の電流は式２となる。式１、２は、放電方向を＋と表現した。

第一の電池の電流＝｛−（Ｖ２−Ｖ１）＋（Ｒ２＋ｒ２）Ｉａ｝／（Ｒ１＋ｒ１＋Ｒ２＋ｒ２）…（式１）

第二の電池の電流＝｛（Ｖ２−Ｖ１）＋（Ｒ１＋ｒ１）Ｉａ｝／（Ｒ１＋ｒ１＋Ｒ２＋ｒ２）…（式２）

この式１に基づいて電流推定部２０４、式２を電流推定部２０５により電流を推定することができる。そして、第一の電流が正でかつ第二の電流が正ならば横流が発生していないと判断する（逆に第一の電池の電流×第二の電池の電流＜０ならば横流発生と判断する）。この判断は図２中の比較器２１１に相当する。また、もっと簡易な横流判定法として、式３を満たすならば、横流が発生していないと判断しても良い。

−（Ｒ１＋ｒ１）≦（Ｖ２−Ｖ１）／Ｉａ≦（Ｒ２＋ｒ２）…（式３）

次に、ステップ５０５では、スィッチＳＷ２０５（第一の電池のスィッチＳＷ）をＯｎ、スィッチＳＷ２１０（第二の電池のスィッチＳＷ）をＯｎと両方の電池を並列にして図５の処理を終了する。

ステップ５０６では、電池単独接続を仮定したときの電池推定電圧で、第一の電池電圧が大きいかどうかを判定し、第一の電池の推定電圧が大きい場合にはステップ５０７、そうでないならばステップ５０８へ処理を移す。ここで、電池単独接続時の推定電圧として、第一の電池の推定電圧は式４、第二の電池の推定電圧は式５とする。同様にｒ１，Ｒ１，ｒ２，Ｒ２，Ｖ１，Ｖ２の推定方法は後述する。

第一の電池の推定電圧＝Ｖ１−（Ｒ１＋ｒ１）Ｉａ…（式４）

第二の電池の推定電圧＝Ｖ２−（Ｒ２＋ｒ２）Ｉａ…（式５）

ここで、スィッチＳＷが第一の電池のスィッチＳＷ２０５のみＯｎならば電圧センシング線２０３で読み取った値を第一の電池の推定電圧、スィッチＳＷが第二の電池のスィッチＳＷ２１０のみＯｎならば電圧センシング線流計２０８で読み取った値を第二の電池の推定電圧としても良い。

次に、ステップ５０７では、第一の電池を使用した方が電圧の低下が小さいため、スィッチＳＷ２０５をＯｎ、スィッチＳＷ２１０をＯｆｆとして図５の処理を終了させる。

ステップ５０８では、第二の電池を使用した方が電圧の低下が小さいため、スィッチＳＷ２０５をＯｆｆ、スィッチＳＷ２１０をＯｎとして図５の処理を終了させる。

ステップ５０３では、現在両方のスィッチＳＷをＯｎにしている状態なので、電流計２０２、２０６の値より、横流が発生しているかどうかを判断し、横流が発生しているならばステップ５０９、横流が発生していないならば、スィッチＳＷの状態を現状のままとして、図５の処理を終了させる。

ステップ５０９では、横流が発生しているため単独電池接続に切り替える必要があるため、第二の電池を使用すべきかどうかを判定する。第二の電池が使用可能ならば、ステップ５１１へ、そうでないならばステップ５１０に処理を移す。ここで、第二の電池が使用可能かの判定は、式５の電圧が予め定められた閾値（例えば、オーディオの音飛びの無い電圧８Ｖを使用しても良い）とする。

ステップ５１０は、第一の電池しか使用できないため、スィッチＳＷ２０５をＯｎ、スィッチＳＷ２１０をＯｆｆとして、図５の処理を終了させる。

ステップ５１１では、第二の電池が使用できるため、優先的に第二の電池を使用させるため、スィッチＳＷ２０５をＯｆｆ、スィッチＳＷ２１０をＯｎにして、図５の処理を終了させる。

次に、各電池のＯＣＶと抵抗、スィッチＳＷ抵抗の推定方法について述べる。

ここで、装置側で推定する方法と、予め特性データをテーブルとして埋め込む方法が有り、それぞれについて説明する。

まず装置側で推定する方法について述べる。各電池のＯＣＶはスィッチＳＷがＯｐｅｎになっている場合には、電圧センシング線で読み取った値としても良い。スィッチＳＷがＯｎになっている場合には、オルタ・補機電圧を電圧センシング線で読んだ値Ｖより、電流計で読み取った電流Ｉ、抵抗（電池の直流抵抗とスィッチＳＷのＯｎ抵抗の和をＲとする）より、Ｖ−ＩＲとしても良い。直流抵抗は、前回スィッチＳＷをＯｎからＯｆｆ、またはＯｆｆからＯｎにした時の電池の測定電圧の差ΔＶと、スィッチＳＷをＯｎであった時の電流Ｉより、｜ΔＶ／Ｉ｜としても良い。スィッチＳＷのＯｎ抵抗は、前回スィッチＳＷをＯｎからＯｆｆ、またはＯｆｆからＯｎにした時の電池の測定電圧とオルタ・補機電圧の差より、直流抵抗と同様に求めても良い。この方法を用いるならば、電池のプレ設定は必要無くなり、かつ電池を交換しても対応できる。

次に、予め特性データをテーブルとして埋め込む方法について述べる。ＯＣＶとは、十分に時間が経過した後のＯＣＶ（定常ＯＣＶ）と数秒オーダーで変化する過渡的な電圧変化（分極と呼ぶ）の和で表現される。定常ＯＣＶは一般的には、電池の充電率の関数として現わされるため、図７のテーブルを保持し、ＳＯＣの値により、図７のテーブルを補間して定常ＯＣＶを求めても良い（図７は仮想の電池の例である）。ここで、充電率はＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）と表現した。ＳＯＣの求め方は、文献「足立修一・丸太一朗：カルマンフィルタの基礎， 東京電機大出版局，２０１３年３月１０日第一版二刷発行」で用いられるカルマンフィルターを用いても良いし、イグニッションをＯｎにした瞬間の電池の電圧より、図７のテーブルより逆にＳＯＣを求めて初期値とし、１００×電流積分の値／電池の容量として時々刻々更新しても良い（電流積分法）。また、計測した電圧‐直流抵抗×電流‐分極電圧を定常ＯＣＶと看做して、図７のテーブルより逆にＳＯＣを求めても良い（電流は放電を＋とする。電圧推定方式と呼ぶことにする）。更には、電流積分法と電圧推定方式を重みづけ平均を取っても良い。

次に、分極電圧の推定方法について述べる。マイクロＨＥＶにおける充放電は１分程度未満のため、電池の等価回路を図８として仮定する。ここで、分極に相当するのは、分極容量８１と分極抵抗８２の電圧である。ここで、分極容量ｃと抵抗ｒの値が判るならば、式６により、分極電圧が判る。

分極電圧＝Ｉ（ｔ）＊ｅｘｐ（−ｔ／ｃｒ）／ｃｒ …（式６）
Ｉ（ｔ）：計測した電池電流（充電方向を＋とする）
＊：畳み込み積分

また式６を簡略化して式７を用いても良い。ここで式７を使用する場合には、ｖｐ（０）＝０としても良い。

ｖｐ（ｔ）＝ｖｐ（ｔ−Δｔ）＊（１−Δｔ／ｃｒ）＋Ｉ（ｔ）×Δｔ／ｃ
…（式７）
Δｔ：電流計測の時間刻み幅
ｖｐ：分極電圧

以上では、ｃとｒの値が必要となるため、図９のテーブルとして用意しても良い。具体的には、前述したＳＯＣの値により、図９のテーブルを補間してｃとｒの値を求める。なお、温度によりｃ、ｒは変化する場合がある。その場合には、各電池に温度計を張り付け、かつ図９のテーブルを温度毎に用意して、計測した温度により補間にて値を求めても良い。

次に、直流抵抗とスィッチＳＷ抵抗の値について述べる。まず直流抵抗のテーブル例を図１０に記す。同様に、前述したＳＯＣにより図１０のテーブルにて、補間により値を求めても良い。更には、直流抵抗は温度により値が変化する場合もあり得る。この場合には、各電池に温度計を張り付け、かつ図１０のテーブルを温度毎に用意して、計測した温度により補間にて値を求めても良い。スィッチＳＷ抵抗は値を一つコントローラ２００に記憶しても良いし、温度毎のテーブル例図１１を保持し、コントローラの温度計により値を補間しても良い。ここで、直流抵抗とスィッチＳＷ抵抗は前述した、計測値により推定した値を用いても良い。

以上の処理にて、スィッチＳＷを切り替える際に、スィッチＳＷ切り替えタイミングによっては、瞬間的に電池が接続されない場合もあり得る。この対策のために、図２の電源システムにコンデンサ１２１を入れた、図１２の構成としても良い。また、スィッチ制御部２１２に、電池を片方のみＯｎに切り替える際に、両方の電池をＯｆｆを防止する回路を入れても良い。このゲート回路の例を図１３に記す。

図１３は、スィッチＳＷ２０５信号１３０１、スィッチＳＷ２１０信号１３０２を入力として、スィッチＳＷ２０５ゲート信号１３１１、スィッチＳＷ１３１２ゲート信号１３１２を作成する。ここで、スィッチＳＷ２０５信号、スィッチＳＷ２１０信号とは図３、図４、図５中のＳＷ信号のことである（ＴＴＬ；Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ Ｌｏｇｉｃ信号でも良い）。そして１の時をＯＮ、０の時をＯＦＦと定義する。またスィッチＳＷ２０５ゲート信号とは、図２中のスィッチＳＷ２０５の信号線、スィッチＳＷ２１０ゲート信号とは図２中のスィッチＳＷ２１０の信号線を指す。ここで、図１３は図２中のＳＷ制御部２１２に相当する。まず両方Ｏｆｆ信号となった場合を防ぐため、ＯＲゲート１３０２とＮＯＴゲートにより、両方Ｏｆｆとなる条件を判定する。その両方ＯＦＦとなる信号は１３０４となる。両方ＯＦＦとなる場合は、安全サイトになるように強制的に第一の電池に繋ぐものとするため、ＯＲゲート１３０９により、スィッチＳＷ２０５信号の候補と、両方ＯＦＦ信号とのＯＲとして、スィッチＳＷ２０５ゲート信号とする。なお、駐車中は、コントローラ２００はスリープ状態とするため、各ゲートの電源がＯＦＦになる。その場合に、第一の電池を保安装置の電源として利用するため、プルアップ抵抗１３１０を用いて強制的に信号を１にして、スィッチＳＷ２０５をＯｎとして保持するようにする。なお、機械式リレーをスィッチＳＷ２０５に使用した場合には、ゲート電流（リレーの電磁石）が０となる位置でリレーがＯｎとなるようにスィッチＳＷ端子を接続しておけば良いため、プルアップ抵抗は必要ない。また、機械式リレーにて、ラッチアップ方式（電磁石電流が流れなくなっても前のスィッチＳＷ状態を保持するタイプ）のリレーを使用する場合も、この限りでない（プルアップ抵抗不要でかつ、電流０時の状態を考慮したスィッチＳＷ端子を考慮しなくても良い）。もしスィッチＳＷ２０５にＦＥＴやＩＧＢＴを使用する場合には、ＦＥＴ（もしくはＩＧＢＴ）ドライバーを更に追加する場合がある。この場合にはＦＥＴドライバーは、駐車中でも電源を落とさないようにする。もしＦＥＴドライバーの消費電流が大きい場合には、スィッチＳＷ２０５についてのみ、機械式リレーを並列に接続して、電磁石の電流を０にした場合にＯｎとなるようにしておき、イグニッションがＯＮ中のスィッチＳＷ動作をＦＥＴに分担させ、機械式リレーの寿命が長くなるようにしても良い。もしくは、プルアップ抵抗を使わない場合にはスィッチＳＷ２０５にダイオードを並列に繋いでおいても良い（ダイオードの電流方向は第一の電池からオルタ・補機側とする）。また、スィッチＳＷ２１０にＦＥＴを使う場合には、駐車中にＯｆｆとしておいた方が良いため、スィッチＳＷ２１０のゲートにプルダウン抵抗を入れておいても良い。

次に遅延について説明する。ここで、各信号スィッチＳＷ２０５、スィッチＳＷ２１０がＯＮからＯＦＦに変わった時には、スィッチＳＷがＯＮになるまでの遅延や、ゲートの遅延により、両方ＯＦＦになる恐れもある。このため、スィッチＳＷ信号を遅延させる回路（１３０６、１３０７）を設け、遅延した信号と元の信号のＯＲを取ることにより（ＯＲゲート１３０５、１３０８）、両方ＯＦＦを防ぐ。なお、スィッチＳＷ２０５信号については、プログラム側の割り込みの関係より、万が一両方ＯＦＦとなる場合を防ぐために、この信号をスィッチＳＷ２０５信号の候補として、前述したように、両方ＯＦＦ状態信号とのＯＲを取り、スィッチＳＷ２０５ゲート信号１３１１とする。スィッチＳＷ２１０ゲート信号は、ＯＲゲート１３０８の信号を使用する。遅延回路としては、ゲート信号に積分回路を接続し、その積分回路の出力をシュミットトリガで受けた回路としても良い。ここで、遅延時間は、スィッチＳＷのＯＮ遅れ時間＋ゲートの遅れ時間により予め設定した値として積分回路の時定数を決めても良い。

なお、図１３は回路であるが、図１３に相当するプログラムのロジックとしても良い（プルアップ抵抗を入れる場合は、スィッチＳＷ２０５ゲート信号として使うＣＰＵのＩ／Ｏ信号にプルアップ抵抗を付ける）。

なお、以上で述べたプルアップ抵抗、プルダウン抵抗はＦＥＴがＰチャンネルかＮチャンネルかでＧＮＤか第一の電池の正極電圧に繋ぐかが変わる場合があるが、駐車中にスィッチＳＷ２０５がＯｎ、スィッチＳＷ２１０がＯｆｆになるように繋げば良い。

次に、長期駐車にて、第一の電池ないし、第二の電池が自己放電により電圧が低下していた場合の対策について述べる。この場合の処理を、イグニッションがＯＮになった時の処理、図３のコントローラウェイクアップ中の処理３４に含めた例として説明する。この場合の処理の例を図１４として説明する。図１４はコントローラ２００がウェイクアップした後の処理となる。

ウェイクアップの後ステップ１４１にて、第一の電池電圧（ＯＣＶと一致）がある閾値未満かどうかを判定する。閾値未満の場合にはステップ１４３、閾値以上ならステップ１４２に処理を移す。ここでの閾値として、ＳＯＣ８０％、または９０％の値の電圧に相当する値と予め設定しておいても良い。この場合には、第一の電池の充電率とＯＣＶのテーブル（図７）は保持しておく必要がある。

ステップ１４３では、第一の電池の充電率が不足しているため、スィッチＳＷ２０５をＯｎ、スィッチＳＷ２１０をＯｆｆにして、ステップ１４４に処理を移す。ステップ１４４ではクランキング指令を出し第一の電池の充電を開始し、ステップ１４５に処理を移す。ここで、クランキング指令を送らずに、ドライバーがエンジンをクランキングするまで待っていても良い。

ステップ１４５では第一の電池の充電率以上になるまで繰り返し、充電率が閾値以上になったらステップ１４６に処理を移す。ここでの充電率の求め方の手続きを述べる。まず充電を開始して、電流がＣＶ充電になった後の電流時系列ｉ（ｔ）を、指数関数と看做して関数近似する（式８の係数ｘ，ｙ，ｚを求める）。なお、Ｒ１は、充電開始前後の電流、電圧を用いＲ１＝（充電直後の電圧‐充電前の電圧）／（充電直後の電流‐充電前の電流）として計算しても良いし、前述したように予めテーブルで保持した値を使用しても良い。

ここで、計測値より、Ｑ（ｔ），ｆ（ｔ），ｇ（ｔ）の時系列は求めることができるため、ＣＶ充電が開始された時刻τ，時刻τ＋ΔＴ，…，時刻τ＋（ｎ−１）ΔＴのデータの蓄積が有れば、最小二乗より式９としてｘ，ｙ，ｚを求めることができる。

充電率が規定値かどうかは、式９で求めたｚを用い、式１０が成立したときに、ステップ１４６が成立したと判定すれば良い。式９は過去の時系列を記憶する必要があり、コントローラ２００のＣＰＵのスペックでは計算できない場合もある。その場合には、時系列を一つづつアップデートする再帰最小二乗（相良，秋月，中溝，片山：システム同定，計測自動制御学会，１９８１年）を用いても良い。目標の充電率は、ステップ１４１で使用した充電率（例えば８０％、９０％）の値を使用すればよい。

目標の充電率のＯＣＶ−初期ＯＣＶ≧Ｑ（ｔ）＊ｚ …（式１０）

次にステップ１４６において、第二の電池の電圧が閾値以上かを判定し、閾値未満の場合には、ステップ１４７に処理を移し、スィッチＳＷ２０５をＯｆｆ、スィッチＳＷ２１０をＯｎにして、第二の電池の電圧が閾値になるまで繰り返す。第二の電池の電圧が閾値以上になったときは、ステップ１４８に処理を移し、エンジンを止めても良い指令をＥＣＵ１５に送る。アイドリングストップ中ならば、ＥＣＵ側でオルタネータを止めても良い。そして図１４のフローを終了させる。ここで、閾値は、前述した第二の電池の最低電圧とする。

ステップ１４２では、第二の電池の電圧が閾値未満かどうかを判定し、閾値未満なら第二の電池を充電する必要があるため、ステップ１４３に処理を移す。閾値以上ならば図１４の処理を終了させる。ここでの閾値はステップ１４６で説明した閾値と同じ値を用いる。

以上で、回生充電時には、電池システムの充電電流を推定できるため、その推定充電電流をＥＣＵ１５に送信する。ＥＣＵ側では、オルタネータによるトルク変化（電流に比例）があるため、ブレーキ時のトルク不連続を防ぎ、乗り心地を良くするために、機械式ブレーキ強調制御をおこなっても良い。また充電電流の代わりに、充電電力をＥＣＵ１５に送信しても良い。充電電力は推定充電電流×オルタ・補機電圧として計算する。

次に、回生開始から終了までの間に一度だけスィッチの切り替えを行う実施例１を説明する（図３の中の３６）。電池並列接続を禁止し、且つ、スィッチスィッチＳＷの切り替えを一回だけとすることで、横流を極力抑え、スィッチスィッチＳＷの切り替えによるノイズを抑えることができる。

切り替えのタイミングとしては、例えば、片方のみの電池を繋いだ場合の電流時系列を推定し、第一の電池の電流時系列をＩ（ｔ）、第二の電池の電流時系列をｉ（ｔ）とした時に時系列Ｉ（Ｔ−τ）、ｉ（τ）を比較し等しくなるように非線形方程式の解τを求め、回生からτ経過したときに、第二電池から第一電池に切り替える（Ｔは回生時間）。

図１５に回生充電制御の処理例を記す。ステップ１５１において、まず先に第二の電池を選択させる（先に第一電池を充電しても良いが、その例は後述する）。具体的にはスィッチＳＷ２０５をＯｆｆ、スィッチＳＷ２１０をＯｎとする。

次に、ステップ１５２において、第一電池のみを選択した場合の推定電流時系列ｉ１（ｔ）を受信する。この推定電流時系列は、図２中の電流推定部２０４で計算される。

次に、ステップ１５３において、第二電池のみを選択した場合の推定電流時系列ｉ２（ｔ）を受信する。この推定電流時系列は、図２中の電流推定部２０９で計算される。

ここで、ステップ１５２、１５３の推定電流時系列計算方法と、受信フォーマット例を説明する。ここで、フォーマット例は、予め式を仮定して式の中の定数を送る場合と、電流時系列を送る例の２通り有る。それぞれについて説明する。

まず、鉛電池のように容量が大きくＯＣＶが一回の回生で殆ど変化しない電池（大容量電池）、容量が小さくＯＣＶが一回の回生で大きく変化する電池（小容量電池）、キャパシタのように分極を無視できる電池（正確には電池ではないが、本稿では電池と表現）の３通りの電池それぞれの場合について述べる。大容量電池の等価回路を図１６を仮定する。この場合には、図１６の回路方程式を解くことにより、式１１の電流時系列ｉ（ｔ）となる。

小容量電池の等価回路を図１７と近似する。これは、ＯＣＶ（ＳＯＣ）の関数を線形と近似した場合である。この場合には、図１７の回路方程式を解くことにより、式１２の電流時系列となる。

キャパシタの等価回路を図１８とする。この場合には、図１８の回路方程式を解くことにより、式１３の時系列となる。

このため、第一の電池、第二の電池、各電池の種類により、式１１、式１２、式１３かの関数を決めておき、係数を計算して係数を送れば良い。ここで、係数の代わりに、ＣＣ充電時間、Ｉａ、ＣＶ充電期間における電流時系列を送っても良い。この時系列としては、１ｓ毎や０．５ｓ毎の時系列としても良い。なお、小容量電池のＣＣ充電時間κはランベルトのＷ関数であるが、ランベルトのＷ関数は高速で精度良い数値計算法（参考文献、Ｃｈａｐｅａｕ−Ｂｌｏｎｄｅａｕ， Ｆ． ａｎｄ Ｍｏｎｉｒ， Ａ：Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｌａｍｂｅｒｔ Ｗ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ Ｇａｕｓｓｉａｎ Ｎｏｉｓｅ Ｗｉｔｈ Ｅｘｐｏｎｅｎｔ １／２， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ， ５０（９）， ２００２）が提案されているため、コントローラ２００のＣＰＵで計算可能である。またＷ関数のテーブルを予め設定して、補間により値を求めておいても良い。次に、式１１、式１２、式１３中の各係数の求め方について述べる。直流抵抗、スィッチＳＷ抵抗は、前述したように、過去の電流変化と電圧変化の比で求めても良いし、予めテーブルに設定しておいた値を用いても良い。初期ＯＣＶは、各電池に繋がるスィッチＳＷがＯｆｆの場合には計測電圧値−分極電圧としても良い。ここで問題になるのは分極電圧である。分極電圧は、分極容量と分極抵抗が判っている場合には、計測電流により、式６ないし式７で計算して求めておいても良い。分極容量と分極抵抗は、前述したように、テーブルを保持し（但し、充電時のテーブルを別に用意）補間により求めても良いし、過去の時系列データにより求めても良い。この方法としては、前回のＣＶ充電時の計測データを用い、式９として求めても良い（但し、ＶとＩは充電時における計測値から求め、Ｑ，ｆ，ｇを求める）。式９でｘ＝−分極容量×分極抵抗、ｙ＝分極抵抗×（１＋分極容量／容量Ｃ）、ｚ＝１／容量Ｃより、連立方程式を解くことで、分極容量と抵抗が求められる。なお、初回イグニッションＯｎ時でかつ、図１４の処理が入らない場合については、分極容量と抵抗は不明なため、前回走行終了直前の値を使用しても良い。工場出荷時の設定値としては、電池のＣＶ充電を行い、計測データから初期値を設定しておいても良い。なお、Ｉａは、ＥＣＵ１５から受け取っても良い。

次にステップ１５４にて充電電荷が最大となるように、切り替え時間τを決める。この考え方を述べる。第一の電池の電流時系列をｉ１（ｔ）、第二の電池の電流時系列をｉ２（ｔ）として、回生時間がＴならば、回生時の充電電荷Ｑは式１４となる。

式１４の最大を与えるのはｄＱ（τ）／ｄτ＝０となるτのため、式１５の式の解τが電荷最大となる切り替え時間となる。

ｉ２（τ）＝ｉ１（Ｔ−τ） …式１５

式１５は非線形方程式となる。解のイメージを図１９に記す。ここで、ｉ２が１９１（ｉ２（τ）に相当）、ｉ１を時間軸を逆にプロットしたもの（ｉ１（Ｔ−τ）に相当）が１９２である。この交点１９３が式１５の解τとなる。そのため、第二の電池の切り替え時間τにおける電流と、第一の電池の回生終了時の電流が一致することになる。

すなわち、回生時間をＴ、第二の電池の充電時間をτ（Ｔ＞τ）、第一の充電時間をＴ−τとした時に第一の電池と第二の電池の充電量が最大となるタイミングτでスィッチスィッチＳＷの切り替えを行う（第一の電池と第二の電池は逆でも構わない）。τは、第二の電池の、充電時間と電流値をプロットした式を充電時間０からτまでを積分した値と第一の電池の充電時間と電流値を逆にプロットした式をＴからτまでの範囲で積分した値の総合値が、回生時間Ｔの間で最大となるタイミングである。

すなわち、回生時間をＴ、第二の電池の充電時間をτ（Ｔ＞τ）、第一の充電時間をＴ−τとした時に第一の電池と第二の電池の充電量が最大となるタイミングτでスィッチスィッチＳＷの切り替えを行う（第一の電池と第二の電池は逆でも構わない）。τは、第二の電池の、充電時間と電流値をプロットした式を充電時間０からτまでを積分した値と第一の電池の充電時間と電流値を逆にプロットした式をＴからτまでの範囲で積分した値の総合値が、回生時間Ｔの間で最大となるタイミングである。

式１５の非線形方程式は、ニュートン法を用いても良いし、二分法を用いて解いても良い（参考文献、三井田， 須田：数値計算法第２版， 森北出版， ２０１４）。なお数値計算の途中で電流関数の値を計算するには、前述した式を用いても良いし、もし時系列データで与えられた時には、補間により関数の値を計算しても良い。

ここで、実際にはｉ１は、τにより分極電圧の絶対値が下がることで、推定した電流時系列とずれる可能性もある。この補正としては、式１１のκの補正として式１６の関数、式１２の補正として式１７の関数としても良い。

なお、式１５は回生終了時間Ｔが判っているものとした場合である。ＴはＥＣＵから情報を得られる場合（この場合、例えばＥＣＵ１５側で速度と減速度よりＴを求めてもよい）は良いが、不明なことが多い。Ｔが不明の場合には、第一の電池は大容量電池を使用するため、ｉ１をＩ∞として計算しても良いし、回生にかかる典型的な時間（例えば５ｓや１０ｓ）を予め用意しておいてもよい。

ステップ１５４にてτを求めた後、ステップ１５５に処理を移し、回生開始からの経過時間がτ以上かを判定する。τ以上ならば、ステップ１５７に処理を移し、そうでないならステップ１５６に処理を移す。ステップ１５６では回生終了かどうかを判定し、回生が終了していないならステップ１５５に処理を戻す。回生終了かどうかの判定はＥＣＵ１５からの信号または、電流計の和の値が０以上になったかで判定する。回生が終了したなら図１５の処理を終了させる。

ステップ１５７では、第二電池への選択指令をスィッチＳＷに送る。具体的には、スィッチＳＷ２０５をＯｎ、スィッチＳＷ２１０をＯｆｆとする。スィッチＳＷを切り替えた後にステップ１５８に処理を移す。ステップ１５８は回生終了になった時に図１５の処理を終了させる。

以上の処理では第二の電池を先にＯｎにしたが、第一の電池を先にＯｎとしても良い。

本発明のマイクロＨＥＶにおける第２の実施形態のフローを図２０に基づいて詳細に説明する。実施例２は、回生開始から終了までの間にスィッチを複数回切り替えるものである。一定間隔で第一の電池と第二の電池の推定電流を求め、その都度、第一の電池と第二の電池の推定電流のうち、推定電流が大きい方にスィッチを切り替え充電を行う。

具体的には、第一の電池と第二の電池が共にＣＣ充電状態可能な時は、周期的にスィッチを切り替える。一方のＣＣ充電が終わると、もう一方の電池の充電を行い、その後は、第一の電池と第二の電池の推定電流のうち、推定電流が大きい方にスィッチを切り替え充電を行う。以下詳細に説明する。

この例は、回生時の充電時において、横流を極力防止するために（スィッチＳＷ切り替え時の瞬間に一瞬だけ横流が発生可能性は有る）、電池の同時並列を禁止し、１回の回生におけるスィッチＳＷの切り替えを複数回許した場合の処理を示す（残りの処理は実施例１と同じである）。即ち実施例１における図１５の代わりに図２０を実施する。

まず、ステップ２００１にて、第一電池のみを接続した直後の推定電流ｉ１を受信する。この計算は図２の電流推定部２０４で計算する。この計算方法としては、現在スィッチＳＷ２０５がＯｆｆの場合には、（オルタネータのＣＶ電圧‐第一の電池の計測電圧）／（第一の電池の直流抵抗＋スィッチＳＷ２０５のＯｎ抵抗）とする。直流抵抗とスィッチＳＷのＯｎ抵抗は、実施例１で述べた方法を使う。現在スィッチＳＷ２０５がＯｎの場合には、計測した電流値とする。その後ステップ２００２に処理を移す。

ステップ２００２では、第二電池のみを接続した直後の推定電流ｉ２を受信する。この計算は図２の電流推定部２０９で計算する（以下、電流は充電方向を＋とする）。この計算方法としては、現在スィッチＳＷ２１０がＯｆｆの場合には、（オルタネータのＣＶ電圧‐第二の電池の計測電圧）／（第二の電池の直流抵抗＋スィッチＳＷ２１０のＯｎ抵抗）とする。直流抵抗とスィッチＳＷのＯｎ抵抗は、実施例１で述べた方法を使う。現在スィッチＳＷ２１０がＯｎの場合には、計測した電流値とする。その後ステップ２００３に処理を移す。

ステップ２００３では、両方の電池がＣＣ充電（定電流充電）になるかどうかを判定し、両電池共にＣＣ充電ならばステップ２００８へ、そうでないならステップ２００４へ処理を移す。この判定方法として、実施例１で述べた、Ｉａ（オルタネータの発電電流−補機電流）を用い、ｉ１≧Ｉａかつｉ２≧Ｉａとする。

ステップ２００４ではｉ１とｉ２を比較して、ｉ１が大きいならステップ２００５に処理を移し、そうでないならステップ２００６に処理を移す。ステップ２００５では第一の電池を選択するスィッチＳＷ指令を送る。具体的にはスィッチＳＷ２０５をＯｎ、スィッチＳＷ２１０をＯｆｆとする。その後ステップ２００７に処理を移す。ステップ２００６では第二の電池を選択するスィッチＳＷ指令を送る。具体的には、スィッチＳＷ２０５をＯｆｆ、スィッチＳＷ２１０をＯｎとする。その後ステップ２００７に処理を移す。これは、充電電流の大きい方の電池を選択することで、充電電荷を増やすためである。

ステップ２００８ではどちらの電池を繋いでもＣＣ充電となるため、ＣＣ充電時間を延ばすような処理「ＣＣ充電時ＳＷ選択処理」を実行する。この処理については後述する。ステップ２００８終了後、ステップ２００７に処理を移す。

ステップ２００７では、回生が終了したかどうかを判定し、終了していないならステップ２００１へ、終了したなら図２０の処理を終了する。なお、これらの処理は計測周期（例えば１０ｍｓ毎）、もしくは０．１ｓ毎にステップ２００１の処理に戻しても良い。

ステップ２００８のＣＣ充電時スィッチＳＷ選択処理としては、第一の電池を選択する時間と第二の電池を選択する時間のデューティー比をη：１−ηとして切り替えても良い（０≦η≦１）。スィッチＳＷ切り替えは周期的に行っても良い。ここでηは、予め定められた値としても良いし、図２１の方法を使用してもよいし、ηを計測した電圧、電流により変化させても良い。

次に、図２１を用い、図２０のＣＣ充電時スィッチＳＷ選択処理を説明する。この処理の目指す所は、交互に電池を切り替えることで片方の電池を休ませ、分極電圧を小さくし、次回の充電電流を増やし、トータルのＣＣ充電時間を延ばして、回生時の充電電荷を増やすことにある。

まずステップ２１０１にて、第一の電池の推定電流がＣＣ充電電流Ｉａ未満かどうかを判定し、Ｉａ未満ならばステップ２１０２へ、そうでないならステップ２１０３に処理を移す。

ステップ２１０２では、第一の電池にスィッチＳＷを選択させる指令を送る。具体的にはスィッチＳＷ２０５をＯｎ、スィッチＳＷ２１０をＯｆｆとする。その後、ステップ図２１の処理を終了させる（図２０のステップ２００７に処理を移す）。

ステップ２１０３では、第二の電池にスィッチＳＷを選択させる指令を送る。具体的にはスィッチＳＷ２０５をＯｆｆ、スィッチＳＷ２１０をＯｎとする。その後、ステップ図２１の処理を終了させる（図２０のステップ２００７に処理を移す）。

この図２０、図２１の処理のループにて、先に第一の電池のＣＣ充電が終わることになる。その後、第二の電池をΔｔだけＣＣ充電したとする（第一の電池を休ませることと等価）。その間に、第一の電池の分極電圧はΔｔ×ｖｐ／ｃＬｒＬだけ下がることになる（ｖｐはＣＣ充電が終了したときの分極電圧、ｃＬは分極容量、ｒＬは分極抵抗）。このため、次に第一の電池に切り替えた場合、Δｔ×ｖｐ／（Ｉａ＊ｒＬ−ｖｐ）だけＣＣ充電できることになる。このため、第一の電池のＣＣ充電時間が更に延長され、充電電荷が増える。またデューティー比で、第一の電池のＯｎ時間と第二の電池のＯｎ時間の比はｖｐ ：Ｉａ＊ｒＬ−ｖｐとなって切り替えられる。なお、先に第一の電池のＣＣ充電を優先させる理由を下記に述べる。

電池切り替えによるＣＣ時間κはスィッチＳＷを頻繁に切り替えるとして、第一電池のＯｎとなる時間率をη、最初に第一電池のＣＣ充電が終了する時間をλ、第一の電池の等価回路を図１６、第二の電池の分極を無視して図１８と近似するならば、回路方程式を解くことにより式１８で近似できる。

式１８より、κを最大化するには式１９を最大化するのと等価である。

式１９は図１６の回路方程式より、式２０を最大化するのと等価となる。

式２０を最大化するには、ｖＬ−ｖｐ＜０より、最速でｖＬをｖｐに近付ければ良い。このため、最初は第一の電池の分極電圧を最速でｖｐに近付けるため、第一の電池に接続する。

ここで、第一の電池が先にｖｐになった後の、第一の電池のデューティー比をηとするならば、η＝ｖｐ／ Ｉａ＊ｒＬとなるため、このデューティー比ηをコントローラ２００で観測した結果より、分極抵抗ｒＬを求めて、値を保持しても良い（ｖｐ＝Ｖａ−ＶＬ−Ｉａ＊ＲＬ、ｒＬ＝ｖｐ／（Ｉａ＊η））。

次に、デューティー比ηを計測した電流電圧で変化させる場合について述べる（基本的には、第二の電池に小容量電池を使用した場合）。ここでは、大容量電池（第一の電池）の分極電圧を制御する思想の場合と、小容量電池のＯＣＶ（第二の電池図１７における電圧１７１で、小容量電池の電圧‐ＩａＲｓに相当）を制御する思想の場合の２通りについて述べる。

前者の場合には、第一の電池の電圧時間上昇率をｍ１とし、式２１としてηを決めても良い（但し０≦η≦１の範囲とするリミタを付ける）。式２１は、分極に実質η＊Ｉａの電流が流れたと仮定したときの回路方程式より導かれる。

後者の場合には、小容量電池の電圧時間上昇率をｍ２として、式２２としてηを決めても良い（但し０≦η≦１の範囲とするリミタを付ける）。これは小容量電池（第二電池）の分極に実質（１−η）Ｉａの電流が流れたと仮定したときの回路方程式より導かれる。

ここで、時刻ｔ１から第一の電池のＣＣ充電と第二の電池のＣＣ充電の終了時刻を一致させたい場合には、式２３となるｍ１とｍ２の関係としても良い。

式２３の分母は、「ＣＣ充電が完了する時点のＯＣＶ−現時点のＯＣＶ」である。ここでＶｓ（ｔ１）は、第二電池のスィッチＳＷ２１０がＯｆｆ時の電圧としても良いし、スィッチＳＷ２１０がＯｎの場合には、第二電池の端子電圧―ＩａＲａとしても良い。

ここで、式２３より式２４として、Ａ（ｔ）を定義するならば、ｍ１，ｍ２は式２５となる。

ｍ１，ｍ２は非負の値で出来るだけ小さな値の方が良いため、Ａ（ｔ）＝∞（即ちｖｐ（ｔ）＝ｖｐとなった後）または、Ｉａ＝ｖｓ（ｔ）／（ｒｓ＊（１＋ｃｓ／Ｃ））＋ｖｐ（ｔ）／ｒＬが成立した後に、式２１でｍ１＝０としてηを設定しても良い（但しｖｐ（ｔ）は非負の必要有り）。なお、ｖｐ（ｔ）＝ｖｐとなる条件は、前述した、先に第一電池のみを繋いでＣＣ充電を終わらせる場合と同じである。

ここで、Ｉａ＝ｖｓ（ｔ）／（ｒｓ＊（１＋ｃｓ／Ｃ））＋ｖｐ（ｔ）／ｒＬが成立した後は、スィッチ切り替えによるＣＣ充電時間を無限に伸ばすことができ（実際には大容量電池のＯＣＶが変化するため、有限時間となるが、回生時間、例えば１０ｓ程度ならば、十分にＣＣ充電時間を延ばせる）、充電電荷は最大となる。このため、先にＩａ＝ｖｓ（ｔ）／（ｒｓ＊（１＋ｃｓ／Ｃ））＋ｖｐ（ｔ）／ｒＬとさせるようにηを制御すれば良い。この制御方法としては、式２６の回路方程式の元で、両方の電圧上昇を小さくするように、制御目標、


を最小とするようにηを決める。このηを決める制御手段としては現代制御理論を利用しても良い。

Ｉａ＝ｖｓ（ｔ）／（ｒｓ＊（１＋ｃｓ／Ｃ））＋ｖｐ（ｔ）／ｒＬの条件が成立した後には、式２１でｍ１＝０としたη（η＝ｖｐ（ｔ）／ Ｉａ＊ｒＬ）と固定させる。なお、可制御条件を満たさなく、どのようにしてもＩａ＝ｖｓ（ｔ）／（ｒｓ＊（１＋ｃｓ／Ｃ））＋ｖｐ（ｔ）／ｒＬが成立しないこともあり得る。例えば電圧制約条件よりどのようにしてもＩａ＞ｖｓｍ／（ｒｓ＊（１＋ｃｓ／Ｃ））＋ｖｐ／ｒＬ（ｖｓｍは小容量電池の分極電圧の上限＝Ｉａ＊ｒｓ＊（１−ｅｘｐ（−κ／（ｃｓ＊ｒｓ）））＋ｖｓ（０）＊ ｅｘｐ（−κ／（ｃｓ＊ｒｓ））、κは式１２のκとなったり、ｃｌ＊ｒＬ＝ｃｓ＊ｒｓとなる場合である。この場合には、前述したように先にｖｐ（ｔ）＝ｖｐとなるようにした後にη＝ｖｐ／ Ｉａ＊ｒＬとしても良いし、次に述べる方法としても良い。

別のＣＣ充電時間を延ばす方法の一つとして、先に第二電池単独でＣＣ充電をして、第二電池単独でＣＣ充電ができなくなったならば、式２２にて、ｍ２＝０とした場合のηとしてデューティー比を決めてスィッチＳＷ切り替え制御をおこなっても良い。

本発明のマイクロＨＥＶにおける第２の実施形態のフローを図２２に基づいて詳細に説明する。第三の実施形態は、回生開始から終了までの間にスィッチを複数回切り替えるものであり、かつ両方の電池を同時に充電するよう接続しても良いものである。前述した第二の実施形態のＣＣ充電終了後に、２つの電池のスィッチをＯｎとする。また、この際、常時横流を監視して、横流が発生した場合には、即座に充電電流の大きくなる方の電池１つのみのスィッチＳＷをＯｎにする等の制御を組み合わせることで横流を防ぐことができる。

この例は、回生時の充電時において、回生時の充電電荷を増やすため、電池の同時接続を許す場合である（残りの処理は実施例１と同じである）。即ち実施例１における図１５の代わりに図２２を実施する。

初めにステップ２２０１において、第一電池のみを接続した場合の充電電流ｉ１を推定する。これは実施例２で説明した方法と同じである。

次にステップ２２０２において、第二の電池のみを接続した場合の充電電流ｉ２を推定する。これは実施例２で説明した方法と同じである。

次にステップ２２０３において、第一の電池と第二の電池を両方接続した場合の各々の電池の充電電流（第一の電池電流をＩ１，第二の電池電流をＩ２）を推定する。この方法について述べる。並列に繋いだ場合の等価回路は、図６となる。図６では放電方向を＋としているため、電流の符号を逆にすることで、Ｉ１，Ｉ２が計算できる（ＣＣ充電時）。但し、ＣＶ充電時にはｉ１＝Ｉ１， ｉ２＝Ｉ２となるため、ｉ１，ｉ２の値を使用する。ＣＶ充電の判定としては、図６中の電圧ＶがＶａ（オルタネータのＣＶ電圧）以上ならば、ＣＶ充電と判定する。ここで、直流抵抗とスィッチＳＷのＯｎ抵抗、各電池のＯＣＶは実施例１で説明した方法で推定する。ここで、現在両方のスィッチＳＷがＯｎになっている場合には、計測した電流を用いても良い。

次にステップ２２０４において、ｉ１とｉ２両方共にＣＣ充電電流Ｉａ以上かどうか（第一第二の電池片方だけ使用した場合、どちらもＣＣ充電になるかどうか）を判定する。もし、どちらの電池を接続してもＣＣ充電になるならば、ステップ２２０５に処理を移し、そうでないならばステップ２２０６に処理を移す。

ステップ２２０５では、ＣＣ充電時のスィッチＳＷ選択処理（実施例２で述べたＣＣ充電時の処理図２１と同じ処理）を実行し、ステップ２２０７に処理を移す。

ステップ２２０６では同時接続時した時に、横流が発生するかどうかを判定し、横流が発生するならば、ステップ２２０８、そうでないなら２２１０に処理を移す。この判定方法としてＩ１＜０またはＩ２＜０とする。

ステップ２２０８では、同時接続では横流が発生するため、どちらかの電池を選択する判定である。第一の電池の推定電流＞第二の電池の推定電流の場合には、ステップ２２０９に処理を移し、そうでないならばステップ２２１１に処理を移す。

ステップ２２０９では、第一電池を選択する指令（スィッチＳＷ２０５をＯｎ、スィッチＳＷ２１０をＯｆｆ）を送り、ステップ２２０７に処理を移す。

ステップ２２１１では、第二の電池を選択する指令（スィッチＳＷ２０５をＯｆｆ、スィッチＳＷ２１０をＯｎ）を送り、ステップ２２０７に処理を移す。

ステップ２２１０では、両方の電池を選択する指令（スィッチＳＷ２０５、スィッチＳＷ２１０をＯｎ）を送りステップ２２０７に処理を移す。

ステップ２００７では回生が終了したかどうかを判定し、終了していないならステップ２２０１へ、そうでないなら（終了なら）図２２の処理を終了させる。

なお上記では、一般的にＩ１＋Ｉ２＞ｉ１，ｉ２のため、ｉ１，ｉ２とＩ１＋Ｉ２の比較処理を省略したが、この比較処理を入れても良い。

また、上記では単独電池のみではＣＣ充電を継続できない場合には、両方の電池を接続することでＣＣ充電を継続することができるため、充電電荷が増える。
次に、ステップ２２０５にて、ＣＣ充電期間に同時Ｏｎを許す処理を入れても良い。この方法について述べる。第一の電池のみを接続する時間：第二の電池のみを接続する時間：両方の電池を接続する時間＝η：ζ：１−η―ζとする（０＜η，ζ＜１）。そして、η、ζは予め与えられた値に従い制御しても良い。

次に、小容量電池のパラメータ（Ｃ， ｃｓ，ｒｓ）をテーブル設定していない場合、パラメータを同定する必要がある（直流抵抗は前述した方法にて同定可能、また大容量電池の場合は式９で説明済み）。この同定方法について述べる。なお、キャパシタの場合にはｒｓ＝０，Ｃ＝Ｃｓ，Ｒｃ＝Ｒｓと設定したと同じのため、第二電池にキャパシタを使用した場合は省略する。同定タイミングとしては、前述した電池がＣＣ充電の場合とＣＶ充電の場合の２通りが有る。しかしながら、ＣＣ充電時には、制御も入っているためと、ＣＶ充電時には定電圧源に電池を並列に繋いでも、電池間の相互作用が無いため、ここではＣＶ充電時のパラメータ同定について述べる。

小容量電池をＣＶ充電した場合には式２７の方程式となる。

従い、不明パラメータＣ，ｒｓ，ｃｓに関して、式２８の線形式が成立する。

式２８を最小二乗もしくは再帰最小二乗を用いて、ｘ，ｙ，ｚを求め、ｘ，ｙ，ｚよりＣ，ｃｓ，ｒｓを求めても良い。キャパシタの場合には式２８にてｘ＝ｙ＝０として、同様に最小二乗または再帰最小二乗を用いてＣを求めても良い。

次に大容量電池の不明パラメータＶL,cL,rLの求め方について述べる。小容量電池との差は、式２８のG(t)がVL＊t-RL＊Q(t)になり、Ｃ＝無限大、即ちz=0, y=rsになることであり、式２９となる。

式２９を最小二乗、もしくは再帰最小二乗を用いて、x,rs,VLを求め、xよりcsを求めてもよい。なお、以上は充電の場合であるが、電池によっては充電と放電の電池パラメータが違う場合もある。この場合には放電時のデータを用いて、同様に電池パラメータを同定しても良い。

最後に、以上で述べた回生充電における、充電電荷の効果の比較を説明する。ここでは、第一の電池に鉛電池、第二の電池にキャパシタ（リチウムイオンキャパシタ）を使用した例とし、緒元を図２３と仮定した。そして、オルタネータはＣＣ充電２００Ａ、ＣＶ充電時電圧１４Ｖを仮定し、１０ｓ間の回生を仮定し、スィッチ抵抗を０と仮定した。そして、鉛電池単独、キャパシタ単独、鉛電池とキャパシタ常時並列（即ち、リチウムイオンキャパシタの初期ＯＣＶは鉛電池と同じ１２．６Ｖ）、実施例１で述べたスィッチＳＷ一回切り替え方式、実施例２で述べた同時接続無しの方法（但し、先に鉛電池を充電して、鉛電池の分極がｖｐになった時点でη＝ｖｐ／ Ｉａ＊ｒＬとする方式。実施例２と簡単に表記する。）、実施例３で述べた同時接続有りの方式（但し、ＣＣ充電では先に鉛電池を充電して鉛電池の分極がｖｐになった時点でη＝ｖｐ／ Ｉａ＊ｒＬに切り替え、一つの電池のみではＣＣ充電不可能になった後に同時接続。実施例３と簡単に表記する）の方式を比較する。時間刻み幅５０ｍｓで数値計算した比較結果を図２４に記す。図２４より、提案方式（実施例１、実施例２、実施例３）の方式は、電池単独や常時並列時よりも充電電荷が多くなる。そして、実施例３が最も充電電荷が多い。これは同時接続を許したため、ＣＣ充電時間が長くなったためである。なお、常時並列時の充電電荷が低いのは、キャパシタの初期電圧が１２．６Ｖと低く、キャパシタで充電できる電荷が少なくなるためである。

本発明のマイクロＨＥＶにおける第２の実施形態を説明する。本発明は、先一方の電池を横流が発生しない電圧まで充電し、その後並列にする。実施例３に比べ、分極電圧の落ち込みを利用してＣＣ時間を増やすわけではないため、実施例３に比べ充電電荷は少なくなるものの、スィッチＳＷの切り替え回数が減り、ノイズが抑えられる。

この処理を図２５のフローで説明する。ステップ２５１から２５３までは実施例３の２２０１から２２０３と同じである。ステップ２５４において、同時接続時に横流発生かどうかを判定する。そして横流が発生しないならば、ステップ２５５に処理を移し、両方のスィッチＳＷをＯｎにする。横流が発生するならば、ステップ２５６に処理を移す。

ステップ２５６では、第二の電池の電圧不足条件即ち、「Ｖ１−Ｖ２＞Ｉａ＊Ｒｃ」を判定する。Ｖ１は第一の電池のＯＣＶ（非定常な値、即ち電流０時の電池電圧の方）、Ｖ２は第二の電池のＯＣＶ（非定常な値、即ち電流０時の電池電圧の方）、Ｒｃは第二の電池の直流抵抗である。もし第二の電池の電圧不足ならば、ステップ２５７に処理を移し、第二の電池を選択して第二の電池のみを充電する。そうでなければ、第一の電池の電圧不足であるため、ステップ２５８に処理を移し、第一の電池を選択して第一の電池のみを充電する。

ステップ２５５、ステップ２５７、ステップ２５８のスィッチＳＷ処理の後、ステップ２５９に処理を移し、回生終了かどうかを判断する。回生が終了しなければステップ２５１に戻り、回生終了ならば図２５の処理を終了する。

１１……エンジン、１２…発電機（オルタネータ）、１４…補機負荷、１５…ＥＣＵ（上位コントローラ）、１６…通信線、１７…マイクロＨＥＶ、
２００…コントローラ、２０１…第一電池、２０２…第一電池の電流計、２０３…第一電池の電圧センシング線、２０４…第一電池の電流推定部、２０５…第一電池のスィッチＳＷ、２０６…第二電池、２０７…第二電池の電流計、２０８…第二電池の電圧センシング線、２０９…第二電池の電流推定部、２１０…第二電池のスィッチＳＷ、２１１…比較器、２１２…ＳＷ（スィッチ）制御部、２１３…オルタ（オルタネータ）・補機電圧センシング線、
３１…駐車中スィッチＳＷ位置設定ステップ、３２…コントローラスリープステップ、３３…イグニッションＯｎ判定、３４…コントローラーウェイクアップステップ、３５…回生開始判定、３６…回生充電制御ステップ、３７…非回生制御ステップ、３８…イグニッションオフ判定、
４１…クランキング中判定、４２…クランキング中処理ステップ、４３…クランキング開始判定、４４…クランキング開始指令、４５…オルタネータ充電Ｏｆｆ指令ステップ、４６…第二電池が空かの判定、４７…第一の電池放電指令ステップ、４８…第二の電池放電指令ステップ、
５０１…同時接続判定、５０２…オルタ補機電圧閾値以下判定、５０３…横流発生判定、５０４…同時接続時横流発生判定、５０５…同時接続指令ステップ、５０６…電池単独接続時の電圧比較判定、５０７…第一電池のみの接続指令ステップ、５０８…第二電池のみの接続指令ステップ、５０９…第二の電池単独使用可能判定、５１０…第一電池のみの接続指令ステップ、５１１…第二電池のみの接続指令ステップ、
８１…分極容量、８２…分極抵抗
１２１…バックアップ用コンデンサ
１３０１…第一電池Ｏｎ信号、１３０２…第二電池Ｏｎ信号、１３０２…両電池Ｏｆｆ判定用ＯＲゲート、１３０３…両電池Ｏｆｆ判定用ＮＯＴゲート、１３０４…両電池Ｏｆｆ判定信号、１３０５…第一電池Ｏｎ延長用ＯＲゲート、１３０６…遅延回路、１３０７…遅延回路、１３０８…第一電池Ｏｎ延長用ＯＲゲート、１３０９…第一電池確保用ＯＲゲート、１３１０…プルアップ抵抗、１３１１…第一電池ゲート信号、１３１２…第二電池ゲート信号
１４１…第一の電池電圧閾値未満判定、１４２…第二電池電圧閾値未満判定、１４３…第一電池のみＯｎ指令ステップ、１４４…クランキング指令送出ステップ、１４５…第一電池ＯＣＶ閾値以上判定、１４６…第二電池電池電圧閾値以上判定、１４７…第二電池のみＯｎ指令ステップ、１４８…エンジン停止指令送出ステップ、
１５１…第二電池選択指令ステップ、１５２…第一電池推定電流時系列受信ステップ、１５３…第二電池推定電流時系列受信ステップ、１５４…切り替え時間算出ステップ、１５５…回生経過時間切り替え時間判定、１５６…回生終了判定、１５７…第二電池選択指令、１５８…回生終了判定
１７１…小容量電池ＯＣＶ
１９１…第二の電池電流時系列、１９２…第一の電池電流時系列、１９３…切り替え時間、
２００１…第一電池推定電流受信ステップ、２００２…第二電池推定電流受信ステップ、２００３…第一電池・第二電池単独使用時でもＣＣ充電かの判定、２００４、第一電池推定電流と第二電池推定電流比較判定、２００５…第一電池選択指令ステップ、２００６…第二電池ステップ、２００７…回生終了判定、２００８…ＣＣ充電時スィッチＳＷ選択処理ステップ、
２０１０…第一の電池の推定電流ＣＣ電流未満判定、２１０２…第一電池選択指令、２０１３…第二電池選択指令、
２２０１…第一電池推定電流受信ステップ、２２０２…第二電池推定電流受信ステップ、２２０３…だ同時接続時電池推定電流受信、２２０４…第一電池・第二電池単独使用時でもＣＣ充電かの判定、２２０５…ＣＣ充電時スィッチＳＷ選択処理ステップ、２２０６…同時接続時横流発生判定、２２０７…回生終了判定、２２０８…第一電池推定電流第二電池推定電流比較、２２０９…第一電池選択指令ステップ、２２１０・・・両電池同時接続指令ステップ、２２１１…第二電池選択指令ステップ、
２５１…第一電池推定電流受信ステップ、２５２…第二電池推定電流受信ステップ、２５３…同時接続時電池推定電流受信、２５４…同時接続時横流判定、２５５…両電池接続処理、２５６…第二の電池電圧不足判定、２５７…第二電池選択指令、２５８…第一電池選択指令、２５９…回生終了判定

Claims (24)

1. スィッチＳＷを介して、第一の電池と第二の電池を並列に接続する電池システムにおいて、
   少なくとも前記第一の電池の内部抵抗から前記第一の電池の充電電流を推定する手段および、少なくとも前記第二の電池の内部抵抗から前記第二の電池の充電電流を推定する手段を有し、
   前記第一の電池の充電電流と前記第二の電池の充電電流に基づいて、限られた回生時間内における前記第一の電池と前記第二の電池への充電電荷の和が最大となる方式にて前記スィッチＳＷを切り替える制御をすることを特徴とする電池システム。
2. 請求項１において、
   前記スィッチＳＷは、第一のスィッチＳＷおよび第二のスィッチＳＷであり、
   前記第一のスィッチＳＷと前記第二のスィッチＳＷとは並列に接続されており、
   前記第一の電池は、前記第一のスィッチＳＷを介して負荷と接続されており、
   前記第二の電池は、前記第二のスィッチＳＷを介して前記負荷と接続されている電池システム。
3. 請求項１において、
   放電時には、前記第二の電池を先に放電させ、前記第二の電池が予め定められた電圧または充電率になったときに、前記第一の電池に切り替え放電する、または、
   前記第一の電池を先に放電させ、前記第一の電池が予め定められた電圧または充電率になったときに、前記第二の電池に切り替え放電することを特徴とする電池システム。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
   前記方式は、回生充電時に前記スィッチＳＷを一度切り替えるものであり、
   回生時間をＴ、前記第二の電池の充電時間をτ（Ｔ＞τ）、第一の充電時間をＴ−τとした時に、まず前記第二の電池の充電を行い、
   前記第一の電池と前記第二の電池の充電量が最大となるタイミングτで前記第一の電池に前記スィッチＳＷの切り替えを行うことを特徴とする電池システム。
5. 請求項４において、
   前記τは、前記第一の電池の電流時系列（ｉ１（ｔ））と前記第二の電池の時系列（ｉ２（ｔ））を推定し、ｉ１（ｔ）＝ｉ２（充電終了時間−ｔ）となる充電開始からの時刻ｔであり、初めに前記第二の電池を充電し、充電開始からｔ経過後に前記第一の電池を選ぶように前記スィッチＳＷを切り替えることを特徴とする電池システム。
6. 請求項４または請求項５において、
   回生充電時間Ｔが不明の場合、次式が成立する時刻ｔを求め、前記τとすることを特徴とする電池システム。
   第一の電池の電流時系＝第二の電池の電流収束値
7. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
   前記方式は、回生充電時に前記スィッチＳＷを複数回切り替えるものであり、
   前記第一の電池の推定充電電流と前記第二の電池の推定電流を比較し、推定電流の大きい方の電池を選択するように前記スィッチＳＷを切り替え充電することを特徴とする電池システム。
8. 請求項７において、
   前記第一の電池又は前記第二の電池の単独充電のどちらかが定電圧充電となるまでは、定期的に前記スィッチＳＷを切り替え、充電することを特徴とする電池システム。
9. 請求項２において、
   前記方式は、回生充電時に前記スィッチＳＷを複数回切り替えるものであり、
   前記第一の電池の推定充電電流と前記第二の電池の推定電流を比較し、推定電流の大きい方の電池を選択するように前記スィッチＳＷを切り替え充電し、
   前記第一の電池又は前記第二の電池の単独充電のどちらかが定電圧充電となるまでは、定期的に前記スィッチＳＷを切り替え、充電するものであり、
   前記第一の電池が定電流充電となる場合、前記第一のスィッチＳＷのオン時間のデューティー比を初め１とし、前記第一の電池が定電流充電終了状態になった後に、前記第一のスィッチＳＷのオン時間のデューティー比を次式で表されるものとすることを特徴とする電池システム。
   第一のスィッチＳＷのオン時間のデューティー比＝（オルタネータの定電圧充電時の電圧−第一の電池の開放電圧）／（オルタネータの定電流充電時の電流×分極抵抗）
10. 請求項２において、
    前記方式は、回生充電時に前記スィッチＳＷを複数回切り替えるものであり、
    前記第一の電池の推定充電電流と前記第二の電池の推定電流を比較し、推定電流の大きい方の電池を選択するように前記スィッチＳＷを切り替え充電し、
    前記第一の電池又は前記第二の電池の単独充電のどちらかが定電圧充電となるまでは、定期的に前記スィッチＳＷを切り替え、充電するものであり、
    前記負荷はオルタネータであり、
    前記第一の電池が定電流充電となる場合、次式が成立するように、前記第一の電池の前記スィッチＳＷのオン時間のデューティー比を制御することを特徴とする電池システム。
    オルタネータの定電流充電時の電流＝第二の電池の分極電圧／（第二の電池の分極抵抗＊（１＋第二の電池の分極容量／第二の電池の容量））＋第一の電池の分極電圧ｖｐ（ｔ）／第一の電池の分極抵抗
11. 請求項２において、
    前記方式は、回生充電時に前記スィッチＳＷを複数回切り替えるものであり、
    充電時に前記スィッチＳＷを複数回切り替えかつ、同時接続を許す場合、前記第一の電池単独、前記第二の電池単独充電、前記第一の電池及び前記第二の電池両方を繋いだ時の３つ場合の前記第一の電池及び前記第二の電池の充電電流を推定し、前記第一の電池もしくは前記第二の電池が放電となる場合には、前記第一の電池と前記第二の電池の充電電流の大きい方の電池を接続するように前記スィッチＳＷを切り替え、そうでない場合に、単独電池では定電圧充電となる場合、前記第一の電池及び前記第二の電池両方を接続し、更にそうでない場合には、前記第一のスィッチＳＷのオン時間、前記第二のスィッチＳＷのオン時間、両方の電池を接続するスィッチＳＷ時間の比率を制御して、定電流充電となるようにすることを特徴とする電池システム。
12. 請求項１１において、
    前記第一のスィッチＳＷのオン時間、前記第二のスィッチＳＷのオン時間、前記両方の電池を接続する前記スィッチＳＷ時間の比率を予め定められた値とすることを特徴とする電池システム。
13. 請求項１１において、
    前記第一のスィッチＳＷのオン時間、前記第二のスィッチＳＷのオン時間、前記両方の電池を接続する前記スィッチＳＷ時間の比率として、前記両方の電池を接続する前記スィッチＳＷ時間の比率を０とし、初めに前記第一の電池の前記スィッチＳＷ時間の比率を初め１とし、前記第一の電池が定電流充電終了状態になった後に、前記第一のスィッチＳＷのオン時間のデューティー比を次式で表されるものとすることを特徴とする電池システム。
    第一のスィッチＳＷのオン時間のデューティー比＝（オルタネータの定電圧充電時の電圧−第一の電池の開放電圧）／（オルタネータの定電流充電時の電流×分極抵抗）
14. 請求項１１において、
    前記第一のスィッチＳＷのオン時間、前記第二のスィッチＳＷのオン時間、前記両方の電池を接続する前記スィッチＳＷ時間の比率として、前記両方の電池を接続する前記スィッチＳＷ時間の比率を０とし、次式が成立するように、前記第一のスィッチＳＷのオン時間のデューティー比を制御することを特徴とする電池システム。
    オルタネータの定電流充電時の電流＝第二の電池の分極電圧／（第二の電池の分極抵抗＊（１＋第二の電池の分極容量／第二の電池の容量（Ｆ換算値）））＋第一の電池の分極電圧／第一の電池の分極抵抗
15. 請求項１ないし請求項１４のいずれか一項において、
    前記第一の電池の電圧、電流、前記第二の電池の電圧、電流、オルタネータと補機の電圧を計測する手段を有し、前記第一の電池の直流抵抗、前記スィッチＳＷの抵抗、分極容量、分極抵抗、分極電圧、開放電圧、および前記第二の電池の容量を計測することを特徴とする電池システム。
16. 請求項１５において、
    前記第一の電池の直流抵抗及び前記スィッチＳＷの抵抗を、前記スィッチＳＷがオンからオフに変わる、または、前記スィッチＳＷがオフからオンに変わる前後の電流及び電圧の変化より求め、前記開放電圧を次式により求めることを特徴とする電池システム。
    開放電圧＝電池の電圧−直流抵抗×電流
17. 請求項１５において、
    前記分極抵抗、前記分極容量、および前記第二の電池の容量を、予め仮定した回路方程式に合うように、電池の電流時系列、電圧時系列よりパラメータをオンラインで推定することを特徴とする電池システム。
18. 請求項１５において、
    前記分極電圧を次式により推定することを特徴とする電池システム。
    分極電圧＝一計測時刻前の分極電圧×（１−計測時間刻み幅／（分極抵抗×分極容量））＋計測電流×計測時間刻み幅／分極容量
19. 請求項１６において、
    定常状態となる電池の開放電圧を、計測開放電圧―分極電圧とすることを特徴とする電池システム。
20. 請求項１５において、
    予め電池の定常状態となる電池の開放電圧と電池の充電率の関係を保持し、システムがスタートした時の電圧より、電池の初期充電率を求め、その後電流積分の値／電池の容量（Ａｈ）を加えて充電率を更新し、更に充電率から定常状態となる開放電圧を求めることを特徴とする電池システム。
21. 請求項１５において、
    前記分極電圧を、計測した電池の電圧―直流抵抗×計測電流―定常状態となる電池の開放電圧とすることを特徴とする電池システム。
22. 請求項１ないし請求項２１のいずれか一項において、
    上位のコントローラに電池システムが充電できる電流を通信回線を通して送信することを特徴とする電池システム。
23. 請求項１ないし請求項２２のいずれか一項において、
    上位のコントローラから充電開始信号、定電流充電時の電流、定電圧充電時の電圧を、通信回線を通して電池システムに送信することを特徴とする電池システム。
24. 請求項１ないし請求項２３のいずれか一項において、
    上位のコントローラから充電開始から終了までの時刻を充電開始と共に、通信回線を通して電池システムに送信することを特徴とする電池システム。