JP6750316B2 - 車両用電源システムおよび自動車 - Google Patents

Description

本発明は車両用電源システムおよび自動車に係り、特に、オルタネータから供給される回生電力を受入可能かつ放電負荷に放電可能な蓄電デバイスを備えた車両用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。

従来、自動車等の移動体（車両）では、普通ガソリン車に見られるように、制動時を除く走行中にオルタネータから供給される電力を鉛蓄電池等の蓄電デバイスに充電し、蓄電デバイスをほぼ満充電状態に保っていた。近年、二酸化炭素排出抑制の観点から、このようなガソリン車において、アイドリングストップ・システム機能を有する車両（ＩＳＳ車）も徐々に増加している。

ＩＳＳ車では、車両停止時にエンジンを停止し（従って、オルタネータから蓄電デバイスへの充電も停止し）、その間のランプや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始動する。従って、ＩＳＳ車では、車両停止時にエンジンを停止するため、普通ガソリン車と比べて燃費も向上する。

近時、ガソリンの小売価格の上昇も手伝って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が進められている。このようなオルタネータ回生車両の中には、上述したＩＳＳ機能を有する車両も含まれ、そのような車両は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、普通ガソリン車で熱消費されていた、オルタネータから制動時に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オルタネータの動作を停止して（蓄電デバイスへの充電を停止して）オルタネータを作動させるためのエンジンによるガソリン消費を低減させる。オルタネータ停止中の補機への電力供給はすべて蓄電デバイスで賄われる。なお、蓄電デバイスの充電状態（ＳＯＣ）が予め定めた設定値以下となったときは、蓄電デバイスの過放電等を防止するために、走行中または走行前にオルタネータを作動させて蓄電デバイスを充電する。

このようなオルタネータ回生車両に搭載される電源システムでは、制動時にオルタネータから供給される回生電力を受け入れるために、蓄電デバイス自体や制御技術を始めとする種々の研究・開発がなされている。例えば、特許文献１には、水系の鉛蓄電池（メイン電池）と充電受入性の高い非水系のリチウムイオン電池（サブ電池）とで構成される蓄電デバイスを備えた電源システムが開示されている。また、特許文献２には、鉛蓄電池（メイン電池）と充電受入性の高いキャパシタ（電気二重層キャパシタ、電解キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ）とを有する蓄電デバイスと、発電機（オルタネータ）から供給される回生電力の電圧を変換するためのＤＣ−ＤＣコンバータとを備えた電源システムが開示されている。

特開２０１１−１７６９５８号公報（図１、請求項１、段落「００７１」参照） 特開２０１５−００９７９０号公報（図１、請求項１、段落「００１３」〜「００１９」参照）

ところで、特許文献１の技術では、主に鉛蓄電池でエンジンを始動するため（段落「００７８」、「００８１」参照）、鉛蓄電池の寿命が短縮される、という課題がある。すなわち、エンジン始動時に鉛蓄電池からスタータに大電流放電が行われるため、（補機に放電する比較的小さな電流の場合と比べて大幅に）劣化が促進される。また、特許文献２の技術では、ＤＣ−ＤＣコンバータによる回生電力の電圧変換の際にエネルギ損失が発生する、という課題がある。

本発明は上記事案に鑑み、回生電力の利用効率を高めつつ二次電池の寿命短縮を抑制可能な車両用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。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、車両用電源システムであって、二次電池とリチウムイオンキャパシタ（ＬＩＣ）とを有し、オルタネータから供給される回生電力を受入可能かつエンジン始動用スタータおよび補機に放電可能な複合蓄電デバイスと、前記二次電池および前記ＬＩＣの充放電電流を切り替えるスイッチ手段と、前記ＬＩＣの電圧に基づいて前記スイッチ手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記蓄電デバイスが前記回生電力を受け入れる際に、前記ＬＩＣを予め設定された使用上限電圧Ｖ１まで充電した後、前記二次電池を充電し、前記蓄電デバイスが前記補機に放電する際に、前記ＬＩＣからその電圧が予め設定された設定電圧Ｖ２となるまで放電した後、前記二次電池から放電し、エンジン始動時に、前記ＬＩＣから前記スタータに放電する、ように前記スイッチ手段を制御することを特徴とする。

第１の態様では、制御手段により、回生電力を受け入れる際に、二次電池に先立って充電受入性の高いＬＩＣを使用上限電圧Ｖ１まで充電し、補機に放電する際に、二次電池に先立ってＬＩＣを設定電圧Ｖ２まで放電するようにスイッチ手段が制御される。このため、オルタネータから供給される回生電力の利用効率を高めることができるとともに、二次電池に先立ってＬＩＣが充放電されるので、二次電池の充放電機会が少なくなるため、二次電池の劣化を防止することができる。この設定電圧Ｖ２は、ＬＩＣからスタータに放電することでエンジンを始動可能な最低電圧以上の電圧値に設定することができる。その場合には、二次電池に先立ってＬＩＣから補機に放電しても、ＬＩＣはエンジンを始動可能な電圧を保持できる。そして、制御手段により、エンジン始動時に、大電流放電特性に優れるＬＩＣからスタータに放電するようにスイッチ手段が制御される。このため、二次電池のエンジン始動による劣化を防止することができる。従って、二次電池に先だって充電受入性に優れるＬＩＣで回生電力を受け入れ、二次電池に先立ってＬＩＣからスタータおよび補機に放電することで、回生電力の利用効率を高めることができるとともに、エンジン始動時のスタータへの大電流放電を含め二次電池の放電負荷（スタータおよび補機）への充放電機会が少なくなるため、二次電池の劣化を防止し寿命短縮を抑制することができる。

第１の態様において、制御手段は、アイドリングストップ・スタートの際のエンジン始動時に、ＬＩＣからスタータおよび補機に放電するようにスイッチ手段を制御するようにしてもよい。また、車両の状態情報を取得する取得手段をさらに備え、取得手段が車両がアイドリングストップ・スタートすることを表すアイドリングストップ・スタート情報を取得してからアイドリングストップ・スタートによりエンジンが始動したことを表すエンジン始動情報を取得するまでの間、ＬＩＣからスタータおよび補機に放電するスイッチ状態を維持するようにスイッチ手段を制御するようにしてもよい。さらに、制御手段は、取得手段がエンジン始動情報を取得したときに、二次電池から補機に放電するようにスイッチ手段を制御するようにしてもよい。

さらに、制御手段は、充放電休止時に二次電池とＬＩＣとを並列接続するようにスイッチ手段を制御するようにしてもよい。このとき、ＬＩＣの過放電を防止するために、制御手段は、ＬＩＣの電圧が予め設定された設定電圧Ｖ３（ただし、ＬＩＣの使用下限電圧Ｖ４＜設定電圧Ｖ３＜設定電圧Ｖ２）未満かつ二次電池の電圧が設定電圧Ｖ３以上のときに、二次電池とＬＩＣとを並列接続するようにスイッチ手段を制御するようにしてもよい。また、ＬＩＣの電力でエンジンを始動するために、制御手段は、ＬＩＣの電圧が設定電圧Ｖ２未満かつ二次電池の電圧が設定電圧Ｖ２以上のときに、二次電池とＬＩＣとを並列接続するようにスイッチ手段を制御するようにしてもよい。

そして、二次電池には、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池およびリチウムイオン電池で構成される群から選択される１種を用いることができる。

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の態様の車両用電源システムを備えた自動車である。

本発明によれば、制御手段により、回生電力を受け入れる際に、二次電池に先立って充電受入性の高いＬＩＣを使用上限電圧Ｖ１まで充電し、補機に放電する際に、二次電池に先立ってＬＩＣを設定電圧Ｖ２まで放電するようにスイッチ手段が制御されるので、オルタネータから供給される回生電力の利用効率を高めることができるとともに、二次電池の充放電機会が少なくなり、エンジン始動時に、ＬＩＣからスタータに放電するようにスイッチ手段が制御されるので、二次電池の劣化を防止し寿命短縮を抑制することができる、という効果を得ることができる。

本発明が適用可能な実施形態の電源システムのブロック回路図である。 実施形態の電源システムの制御部のマイクロコントローラ（ＭＣ）のＣＰＵが実行する充放電制御ルーチンのフローチャートである。 充放電制御ルーチンのステップ１０８の詳細を示すエンジン始動前充放電処理サブルーチンのフローチャートである。 充放電制御ルーチンのステップ１１４の詳細を示すエンジン始動処理サブルーチンのフローチャートである。 充放電制御ルーチンのステップ１１０の詳細を示す回生充放電処理サブルーチンのフローチャートである。 充放電制御ルーチンのステップ１１６の詳細を示す充放電休止処理サブルーチンのフローチャートである。 エンジン始動前充放電処理サブルーチンのステップ１６４および回生充放電処理サブルーチンのステップ２４６の詳細を示す充電処理サブルーチンのフローチャートである。 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（ＬＩＣ）の電圧、（Ｂ）はメイン電池の充電状態を示す。

以下、図面を参照して、本発明を、オルタネータ回生車両に搭載可能な１４Ｖ系車両用電源システムに適用した実施の形態について説明する。

１．構成
１−１．車両側の構成
まず、本実施形態の電源システム１０に言及する前に、電源システム１０が搭載されるオルタネータ回生車両（μＨＥＶ）２０の主要構成について簡単に説明する。なお、μＨＥＶとは、ＩＳＳ機能を有し、オルタネータから供給される回生電力を受け入れ可能かつ放電負荷（スタータおよび補機）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。

（１）イグニッションスイッチ（ＩＧＮ）１１
図１に示すように、オルタネータ回生車両２０は、普通ガソリン車と同様に、イグニッションスイッチ１１（以下、ＩＧＮ１１と略称する。）を備えている。ＩＧＮ１１は、ドライバにより、ＯＦＦ位置、ＯＮ／ＡＣＣ位置、ＳＴＡＲＴ位置のいずれかに位置付けられる。すなわち、車両駐車時にはＯＦＦ位置、車両走行前および走行時にはＯＮ／ＡＣＣ位置、エンジン始動時にはＳＴＡＲＴ位置に位置付けられる。なお、「ＡＣＣ」はアクセサリ、すなわち、補機（に複合蓄電デバイス１から電力を供給するための位置）を意味する。ＩＧＮ１１はその位置が変更される度に車両制御部１５に報知する。

（２）車両制御部１５
また、オルタネータ回生車両２０は、オルタネータ回生車両２０全体の動作を制御する車両制御部（ＥＣＵ）１５を備えている。車両制御部１５は、ＩＧＮ１１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。

また、車両制御部１５は、電源システム１０の制御部７と通信線１６を介して通信し、電源システム１０を構成する複合蓄電デバイス１（以下、蓄電デバイス１と略称する。）のデバイス状態の報知を受けるとともに、制御部７に車両の状態情報を報知する。なお、車両の状態情報には、下表１に示すように、ＩＧＮ位置情報、オルタネータ作動情報およびアイドリング情報が含まれる（詳細後述）。

（３）オルタネータ１２
オルタネータ回生車両２０は、制動時やアクセルオフ時に図示を省略したエンジンの回転力を回生電力に変換するオルタネータ１２を備えている。オルタネータ１２には電磁クラッチ（不図示）を介してエンジンの（回転）駆動力が伝達される。本実施形態では、オルタネータ１２の出力電圧は１４．０［Ｖ］に設定されている。なお、後述するように、蓄電デバイス１のデバイス状態に応じて、回生発電時以外にもオルタネータ１２による発電がなされる場合がある。

オルタネータ１２は、ステータおよびロータで構成される発電部と、発電部で発電された交流電力を直流電力に変換する整流部と、整流部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とを有して構成されている。なお、オルタネータ１２の一端はグランド（車両のシャーシと同電位。以下、ＧＮＤと略称する。）に接続されており、他端は後述するスタータ１３および補機１４の一端および後述するスイッチ６の接続点に接続されている。

（４）スタータ１３
また、オルタネータ回生車両２０は、エンジンを始動するスタータ１３を備えている。スタータ１３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、モータに蓄電デバイス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１３の他端はＧＮＤに接続されている。

オルタネータ回生車両２０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蓄電デバイス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）ことで直流直巻型モータに接続された一方のメイン接点と、蓄電デバイス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が回転する。このため、ＩＧＮ１１がＳＴＡＲＴ位置に位置付けられると、蓄電デバイス１からスタータ１３へ電力が供給されスタータ１３が回転し、クランクシャフトを介してスタータ１３の回転力がエンジンに伝達されてエンジンが始動する。

（５）補機１４
さらに、オルタネータ回生車両２０には種々の補機（アクセサリ）１４が搭載されている。補機１４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１４の他端はＧＮＤに接続されている。なお、補機１４は、最低作動電圧（例えば、８［Ｖ］）以上の作動電圧を蓄電デバイス１から供給されればよい。

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１０の構成について説明する。電源システム１０は、例えば、オルタネータ回生車両２０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。

（１）複合蓄電デバイス１
図１に示すように、本実施形態の電源システム１０は、オルタネータ１２から供給される回生電力を受け入れ可能かつスタータ１３および補機１４（以下、両者を総称する場合は放電負荷という。）に放電可能な蓄電デバイス１を備えている。蓄電デバイス１は、メイン電池２（本例では鉛蓄電池）と、リチウムイオンキャパシタ３（以下、ＬＩＣ３と略称する。）との複合蓄電デバイスとして構成されている。

（１−１）メイン電池２
メイン電池２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。モノブロック電槽の中央部の隔壁には上部側から略中央部までセンサ挿入孔が形成されている。センサ挿入孔にはメイン電池２の中央部の温度を検出するサーミスタ等の温度センサが挿入されており、温度センサは接着剤でセンサ挿入孔内に固定されている。

メイン電池２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。メイン電池２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。また、回生電力を受け入れやすい構造とするために、負極活物質合剤には、上述した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。

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。メイン電池２の上部対角位置には、外部出力端子となる正極端子および負極端子が立設されている。本実施形態のメイン電池２の公称電圧は１２［Ｖ］である（各セルの公称電圧：２［Ｖ］）。また、メイン電池２の容量は、例えば、３０〜７０Ａｈとすることができるが（本例では３２Ａｈ）、本発明はこれに制限されるものではない。なお、メイン電池２の負極端子はＧＮＤに接続されている。

（１−２）ＬＩＣ３
一方、本実施形態のＬＩＣ３は、単体の（ユニット）リチウムイオンキャパシタ（以下、単体キャパシタと略称する。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端子、最下位電位側に負極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、本実施形態のＬＩＣ３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。

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（ＬｉＰＦ_６）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。

例えば、各単体キャパシタが円筒型の場合には、ＬＩＣ３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端子または負極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で対角位置に配された単体キャパシタと同方向でホルダにより保持されるようにしてもよい。

（２）スイッチ６
図１に示すように、電源システム１０は、メイン電池２およびＬＩＣ３の充放電電流を切り替えるスイッチ６を備えている。スイッチ６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との接続点は放電負荷の一端およびオルタネータ１２の他端に接続されている。スイッチＳＷ１、ＳＷ２の他端はそれぞれメイン電池２およびＬＩＣ３の正極端子に接続されている。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。

ここで、スイッチ６の機能について説明すると、オルタネータ１２から供給される回生電力を蓄電デバイス１で受け入れる際に、オルタネータ１２からメイン電池２およびＬＩＣ３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、蓄電デバイス１から放電負荷に放電する際に、メイン電池２およびＬＩＣ３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。

スイッチ６は、下表２に示すように、オルタネータ１２および放電負荷がメイン電池２およびＬＩＣ３のいずれにも接続されない状態０、オルタネータ１２および放電負荷がＬＩＣ３に接続される状態１、オルタネータ１２および放電負荷がメイン電池２に接続される状態２、メイン電池２とＬＩＣ３とが並列接続される状態３のいずれかの状態を採る。

（３）補償キャパシタＣ
蓄電デバイス１から補機１４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、メイン電池２およびＬＩＣ３のいずれからも補機１４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１４に補償・供給する補償キャパシタＣ（電解キャパシタ）が挿入されている。

（４）コントローラ４、５
また、電源システム１０は、メイン電池２、ＬＩＣ３の状態をそれぞれ検出するメイン電池コントローラ４、ＬＩＣコントローラ５（以下、両者を総称する場合はコントローラ４、５という。）を備えている。コントローラ４、５は、充放電中（車両走行中および車両走行前）にそれぞれメイン電池２、ＬＩＣ３の温度、電圧、電流等の状態を検出する。

すなわち、本実施形態では、上述したメイン電池２の温度センサはメイン電池コントローラ４に接続されており、メイン電池コントローラ４は所定時間毎に（例えば、１０ｍｓ間隔で）温度センサの電圧をサンプリングし、サンプリング結果をそのＲＡＭに格納する。また、メイン電池２の総電圧を検出するために、メイン電池２の正極端子および負極端子はメイン電池コントローラ４に接続されている。

さらに、メイン電池２に流れる充放電電流を検出するために、スイッチＳＷ２およびメイン電池２の正極端子間にはホール素子またはシャント抵抗等の電流センサ８が配されており、電流センサ８はメイン電池コントローラ４に接続されている。メイン電池コントローラ４は、メイン電池２の電圧およびメイン電池２に流れる電流を所定時間毎に（例えば、２ｍｓ間隔で）サンプリングし、サンプリング結果をそのＲＡＭに格納する。また、メイン電池コントローラ４は、充放電休止時（車両駐車時）に、メイン電池２の開回路電圧（以下、ＯＣＶと略称する。）およびそのときの温度を検出する。

一方、ＬＩＣコントローラ５も上述したメイン電池コントローラ３と同様の構成を有しているが（ＬＩＣ３に流れる充放電電流をスイッチＳＷ１とＬＩＣ３の正極端子との間に配された電流センサ９で検出）、ＬＩＣ３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、メイン電池コントローラ４が検出する以外の電圧検出も行う。また、ＬＩＣコントローラ５は、ＬＩＣ３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。

コントローラ４、５は、制御部７（状態把握部７Ａ）に接続されており、充放電時に、それらのＲＡＭに一時的に格納したメイン電池２およびＬＩＣ３の温度、電圧、電流およびＬＩＣ３を構成する各単体キャパシタの電圧を制御部７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７に出力する。

（５）制御部７
さらに、電源システム１０は、メイン電池２およびＬＩＣ３のデバイス状態を演算するとともに、スイッチ６による充放電電流の切り替え動作を制御する制御部７を備えている。制御部７は、マイクロコントローラ（以下、ＭＣと略称する。）、通信ＩＣ、Ｉ／Ｏ、入力ポート、出力ポートを有するマイクロプロセッサとして構成されており、図１では、制御部７の役割を明確にするために機能別に細部を表している。

ＭＣは、メイン電池２およびＬＩＣ３のデバイス状態を把握（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おり、外部バスは入力ポートを介して上述したコントローラ４、５に接続されている。また、外部バスには、スイッチ６に信号を出力するための出力ポート、および、Ｉ／Ｏ、通信線１６を介して車両制御部１５と通信するための通信ＩＣが接続されている。

従って、制御部７のＭＣおよび入力ポートは図１の状態把握部７Ａに、ＭＣおよび出力ポートはスイッチ制御部７Ｂに、通信ＩＣおよびＩ／Ｏは通信部７Ｃにそれぞれ対応する。制御部７はその他の機能（例えば、後述する省エネモードへ移行させるための機能）も有しているが、図１では捨象している。スイッチ６と出力ポートとは制御線で接続されており、制御部７を構成するＭＣの破損を防止するために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。

図１に沿って制御部７の各部の機能を説明すると、状態把握部７Ａは、コントローラ４、５から出力されたデータをＭＣのＲＡＭ（以下、ＲＡＭと略称する。）に一旦格納し、メイン電池２およびＬＩＣ３の現在のデバイス状態（充電状態（ＳＯＣ）、電圧等）を演算（推定）する。通信部７Ｃは、状態把握部７Ａが演算したメイン電池２およびＬＩＣ３の現在のデバイス状態を所定時間（例えば、２ｍｓ）毎に車両制御部１５に報知するとともに、上述したように、車両制御部１５から車両の状態情報の報知を受ける。スイッチ制御部７Ｂは、車両制御部１５から報知された車両の状態情報および状態把握部７Ａで演算したメイン電池２およびＬＩＣ３のデバイス状態に従ってスイッチ６を構成するスイッチＳＷ１、ＳＷ２のオン、オフを制御する。

なお、本実施形態では、制御系構成部材（コントローラ４、５、スイッチ６、制御部７および車両制御部１５等）はメイン電池２から供給される電力で作動する。

２．電源システム１０の特色
次に、本実施形態の電源システム１０の特色について説明する。

２−１．回生充放電時
（１）蓄電デバイス１がオルタネータ１２から供給される回生電力を受け入れる際、ＬＩＣ３を使用上限電圧Ｖ１（図８（Ａ）参照、本例では１４．０［Ｖ］）まで充電した後、メイン電池２を充電する。

（２）蓄電デバイス１が補機１４に放電する際、ＬＩＣ３からその電圧が予め設定された設定電圧Ｖ２となるまで放電した後、メイン電池２から放電する。この設定電圧Ｖ２は、ＬＩＣ３からスタータ１３に放電することでエンジンを始動可能な最低電圧以上の電圧値（図８（Ａ）参照、本例では１１．８［Ｖ］）に設定されている。

すなわち、回生充放電時には、メイン電池２の充放電に先立ってＬＩＣ３が充放電され、回生放電時には、ＬＩＣ３の電力でエンジンを始動するため、ＬＩＣ３の電圧は設定電圧Ｖ２以上に保持される（補機１４には設定電圧Ｖ２までしか放電されない。）。

２−２．アイドリングストップ・スタートの際のエンジン始動時
（１）アイドリングストップ・スタートの際は、ＬＩＣ３からスタータ１３に放電することでエンジンを（再）始動する。

（２）エンジン始動直後は、メイン電池２から補機１４に放電する。なお、ＬＩＣ３はその後オルタネータ１２から供給される回生電力で充電される（上記２−１（１））。

２−３．充放電休止時
充放電休止時には、メイン電池２とＬＩＣ３とを並列接続する。このような並列接続の主目的はＬＩＣ３の過放電を防止することにあるが、ＬＩＣ３をエンジン始動可能な設定電圧Ｖ２以上の電圧値に保持することを目的に並列接続するようにしてもよい。

３．動作
次に、本実施形態の電源システム１０の動作（充放電制御）について、制御部７のＭＣのＣＰＵ（以下、ＣＰＵと略称する。）を主体として、上記「２．電源システム１０の特色」の内容を中心により具体的に説明する。

３−１．情報の共有
車両制御部１５と制御部７（ＣＰＵ）は協調制御を行う。すなわち、車両制御部１５は車両状態および蓄電デバイス１のデバイス状態に応じて車両を制御し、制御部７（ＣＰＵ）は車両状態および蓄電デバイス１のデバイス状態に応じてスイッチ６のオン、オフを制御する。このため、ＣＰＵは車両の状態情報が必要となり、車両制御部１５は蓄電デバイス１のデバイス状態の把握が必要となる。車両の状態情報および蓄電デバイス１のデバイス状態は上述した通信線１６を介して両者間で共有される。以下では、ＣＰＵによる充放電制御に言及する前にその前提として、共有される情報について説明する。

（１）車両の状態情報
（１−１）ＩＧＮ位置情報
車両駐車後の車両走行前には、ドライバによりＩＧＮ１１にイグニッションキーが挿入され、ＩＧＮ１１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てエンジンが始動した後、再度ＯＮ／ＡＣＣ位置に位置付けられる。これにより、オルタネータ回生車両２０は走行状態（車両走行中）となる。車両制御部１５はＩＧＮ１１が最初にＯＮ／ＡＣＣ位置に位置付けられると、制御部７にその旨を報知する。この報知を受けたＣＰＵは、コントローラ４、５および制御部７をスリープ状態（省エネモード）から作動状態に移行（アウェーク）させる。

また、車両走行後の車両駐車開始時には、ドライバによりＩＧＮ１１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ＩＧＮ１１から引き抜かれる。車両制御部１５はＩＧＮ１１がＯＦＦ位置に位置付けられると、制御部７にその旨を報知する。この報知を受けたＣＰＵは、コントローラ４、５および制御部７をアウェーク状態（作動状態）からスリープ状態に移行させる。

車両制御部１５はＩＧＮ１１の出力を監視しており、ＩＧＮ１１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７に報知する。表１に示すように、ＩＧＮ位置情報には、ＩＧＮ１１がＯＦＦ位置に位置付けられたことを表すＯＦＦ情報、ＩＧＮ１１がＯＮ／ＡＣＣ位置に位置付けられたことを表すＯＮ／ＡＣＣ情報およびＩＧＮ１１がＳＴＡＲＴ位置に位置付けられたことを表すＳＴＡＲＴ情報が含まれる。

（１−２）オルタネータ作動情報
オルタネータ回生車両２０は回生発電機能を有しているため、車両制御部１５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、上述した電磁クラッチをオン状態に移行させエンジンの駆動力を回生電力に変換して回生電力を蓄電デバイス１に供給するようにオルタネータ１２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、上述した電磁クラッチをオフ状態に移行させオルタネータ１２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。

すなわち、表１に示すように、電磁クラッチをオン状態に移行させるときは、回生電力の供給が開始することを表す回生開始情報をＣＰＵに報知し、電磁クラッチを（オン状態から）オフ状態に移行させるときは、回生電力の供給が終了することを表す回生終了情報を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。

（１−３）アイドリング情報
また、オルタネータ回生車両２０はＩＳＳ機能を有しているため、車両制御部１５は、ブレーキ、速度、加速度等の車両状態並びに蓄電デバイス１のデバイス状態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、オルタネータ回生車両２０は、車両走行中にＩＧＮ１１がＯＮ／ＡＣＣ位置に位置付けられていても（ドライバがＩＧＮ１１をＯＦＦ位置やＳＴＡＲＴ位置に位置付けなくても）、車両側制御部１５の制御により、車両が停止するとエンジンが停止し（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が（再）始動する（アイドリングストップ・スタート）。

表１に示すように、アイドリング情報には、オルタネータ回生車両２０がアイドリングストップ・スタート（以下、ＩＳＳと略称する。）することを表すＩＳＳ情報、オルタネータ回生車両２０がＩＳＳによりエンジンが（再）始動したことを表すエンジン始動情報が含まれる。なお、車両制御部１５は、エンジン（クランクシャフト）の回転数をみてエンジンの（再）始動を確認する。

（２）蓄電デバイス１のデバイス状態
ＣＰＵは、充放電中（車両走行前および車両走行中）は、コントローラ４、５で所定時間毎に検出されたメイン電池２およびＬＩＣ３のデータ（ＬＩＣ３を構成する各単体キャパシタの電圧値を含む。）を取得するとともに、メイン電池２、ＬＩＣ３の基準ＳＯＣ（後述）およびメイン電池２、ＬＩＣ３の容量（既知）に基づいて、コントローラ４、５で所定時間毎に検出された電流値を積算してメイン電池２およびＬＩＣ３の現在のデバイス状態を推定（演算）する。なお、電圧値、電流値は基準温度（例えば、室温）での値に温度補正される。そして、所定時間毎に、メイン電池２およびＬＩＣ３の現在のデバイス状態を車両制御部１５に報知する。

一方、この報知を受けた車両制御部１５は、メイン電池２、ＬＩＣ３の現在のＳＯＣ、電圧値を参照して、エンジンの駆動力をオルタネータ１２に伝達させるか否かを判断する。例えば、蓄電デバイス１が使用上限ＳＯＣ、使用上限電圧に近い場合には、過充電状態に陥るおそれがあるためオルタネータ１２を作動させないように電磁クラッチを制御し、逆に、蓄電デバイス１の劣化が促進されるようなＳＯＣ、使用下限電圧の場合には、ドライバのブレーキ操作やアクセル操作による回生充電を待たずに、車両走行中または車両走行前にオルタネータ１２を作動させて蓄電デバイス１を充電するように電磁クラッチを制御する。

蓄電デバイス１の劣化が促進されるような状態の場合には、車両制御部１５は、蓄電デバイス１の劣化を防止するために、エンジンを駆動させ（または、燃費節約のためエンジンを停止させるべきところ駆動を続行させ）上述した電磁クラッチを作動させてエンジンの駆動力をオルタネータ１２に接続する。車両制御部１５は、このようにオルタネータ１２の発電電力を蓄電デバイス１に供給する際は、オルタネータ１２を作動させるタイミングで、オルタネータ１２が始動することを表すオルタネータ始動情報（表１参照）をＣＰＵに報知する。なお、このような発電は、従来の普通ガソリン車等でも採用されている、ガソリン消費を伴う発電方式である。

３−２．全体動作（充放電制御）
次に、フローチャートを参照して、ＣＰＵが実行する充放電制御について説明する。まず、図２を参照してＣＰＵが実行する充放電制御の全体像について説明する。

図２に示すように、充放電制御ルーチンでは、まず、ステップ（以下、Ｓと略称する。）１０２でＩＧＮ位置情報を受信するまで待機し、ＩＧＮ位置情報を受信すると、次のＳ１０４において、受信したＩＧＮ位置情報がＯＮ／ＡＣＣ情報か否かを判断する。

Ｓ１０４で肯定判断のときは、次のＳ１０６において、車両が駐車後の走行前（エンジン始動前）の状態か、走行中（エンジン始動後）の状態かを判断するために、ＳＴＡＲＴ情報を受信済か否かを判断する。なお、ＳＴＡＲＴ情報を受信済か否かは、例えば、後述するＳＴＡＲＴ情報受信フラグを参照して行うことができる。

Ｓ１０６での判断が否定のときは、エンジン始動前（車両走行前）の蓄電デバイス１の充放電を制御するためのエンジン始動前充放電処理を実行し（Ｓ１０８）、肯定のときは、エンジン始動後（車両走行中）の蓄電デバイス１の充放電を制御するための回生充放電処理を実行する（Ｓ１１０）。

一方、Ｓ１０４で否定判断のときは、Ｓ１１２において、受信したＩＧＮ位置情報がＳＴＡＲＴ情報か否かを判断する。Ｓ１１２の判断が肯定のときは、例えばエンジン始動前に「０」とされていたＳＴＡＲＴ情報受信フラグを「１」に変更し、蓄電デバイス１からスタータ１３に放電することでエンジンを始動するためのエンジン始動処理を実行し（Ｓ１１４）、Ｓ１１２の判断が否定のとき、すなわち、受信したＩＧＮ位置情報がＯＦＦ情報のときは、蓄電デバイス１の充放電を休止するための充放電休止処理を実行する（Ｓ１１６）。

３−３．個別動作
（１）エンジン始動前充放電処理
図３は、図２に示した充放電制御ルーチンのＳ１０８の詳細を表すエンジン始動前充放電処理サブルーチンのフローチャートである。ＣＰＵは、Ｓ１５２において、ＬＩＣ３の電圧が設定電圧Ｖ２（図８（Ａ）参照）を越えるか否かを判断し、肯定判断のときは、スイッチ６を状態１（ＳＷ１：オン、ＳＷ２：オフ）とする（Ｓ１５４）。これにより、車両駐車後エンジン始動前の補機１４への電力供給（放電）はＬＩＣ３からなされる。なお、Ｓ１５２の判断は、ＬＩＣ３の電圧をエンジン始動可能な電圧に保持しておくためである。次のＳ１５６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、補機１４への電力供給を続行するためにＳ１５２へ戻り、肯定判断のときは、エンジン始動前充放電処理サブルーチンを終了して図２に示した充放電制御ルーチンのＳ１０４に戻る。

一方、Ｓ１５２で否定判断のときは、Ｓ１５８において、メイン電池２のＳＯＣがエンジンを始動可能な第１のＳＯＣ（図８（Ｂ）参照、本例では７０％）以上か否かを判断し、肯定判断のときは、スイッチ６を状態２（ＳＷ１：オフ、ＳＷ２：オン）とする（Ｓ１６０）。これにより、車両駐車後エンジン始動前の補機１４への電力供給はメイン電池２からなされる。次のＳ１６２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、メイン電池２から補機１４への電力供給を続行するためにＳ１５８へ戻り、肯定判断のときは、エンジン始動前充放電処理サブルーチンを終了して図２のＳ１０４に戻る。

Ｓ１５８で否定判断のときは、蓄電デバイス１を充電するための充電処理を実行する（Ｓ１６４）。上述したように、蓄電デバイス１を充電するためにオルタネータ１２を作動させるか否かの判断は車両側制御部１５が行う。ＣＰＵは、この判断に供するため、所定時間毎にデバイス状態を車両側制御部１５に報知しているが、Ｓ１５８で否定判断のときは、例えば車両制御部１５と制御タイミングを同期させるために、デバイス状態に加え蓄電デバイス１の充電が必要である旨を車両制御部１５に報知するようにしてもよい。

図７は、Ｓ１６４の詳細を示す充電処理サブルーチンのフローチャートである。車両制御部１５は、オルタネータ１２を作動させるタイミングでオルタネータ始動情報をＣＰＵに報知する。なお、以下では、このように（Ｓ１６４で）オルタネータ１２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。

ＣＰＵは、車両制御部１５からオルタネータ始動情報を受信するまで待機し（Ｓ３０２）、車両制御部１５からオルタネータ始動情報を受信すると、スイッチ６を状態１とする（Ｓ３０４）。これにより、ＬＩＣ３はオルタネータ１２の発電電力で定電圧充電される。次のＳ３０６では、ＬＩＣ３の電圧が使用上限電圧Ｖ１（図８（Ａ）参照）まで充電されたか否かを判断し、否定判断のときは、ＬＩＣ３が使用上限電圧Ｖ１まで充電されるまで待機する。この間にＩＧＮ位置情報を受信すると（Ｓ３０８）、充電処理サブルーチンを終了し図３に示すジャンプノードＪまでジャンプしエンジン始動前充放電処理サブルーチンも終了して図２のＳ１０４に戻る。

一方、Ｓ３０６で肯定判断のときは、スイッチ６を状態２とする（Ｓ３１０）。これにより、メイン電池２はオルタネータ１２の発電電力で定電圧充電される。次のＳ３１２では、メイン電池２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、否定判断のときはメイン電池２が第２のＳＯＣまで充電されるまで待機する。この間にＩＧＮ位置情報を受信すると（Ｓ３１４）、充電処理サブルーチンを終了し図３に示すジャンプノードＪまでジャンプしエンジン始動前充放電処理サブルーチンも終了して図２のＳ１０４に戻る。

後述するように、回生電力でメイン電池２を充電する際には、メイン電池２に回生電力をできるだけ多く蓄電するため、メイン電池２を使用上限ＳＯＣ（図８（Ｂ）参照、本例では９７％）まで充電することが好ましい。一方、メイン電池２の劣化を防止するためにメイン電池２を充電するときは、オルタネータ１２を作動させる必要がある。このオルタネータ１２の作動には、上述したように、エンジンの駆動力をオルタネータ１２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、予め設定された第２のＳＯＣ（８５％）まで充電すれば、その後回生電力によりメイン電池２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。）。

Ｓ３１２で肯定判断のときは（メイン電池２が第２のＳＯＣまで充電されると）、充電処理サブルーチンを終了し図３に示すエンジン始動前充放電処理サブルーチンのＳ１５２に戻る。

（２）エンジン始動処理
上述したように、ＩＧＮ１１がＯＮ／ＡＣＣ位置に位置付けられた後は、ＳＴＡＲＴ位置に位置付けられてエンジンが始動する。図４は、図２に示した充放電制御ルーチンのＳ１１４の詳細を示すエンジン始動処理サブルーチンのフローチャートである。

図４に示すように、ＣＰＵは、Ｓ１８２において、ＬＩＣ３の電圧がエンジンを始動可能な設定電圧Ｖ２以上か否かを判断し、肯定判断のときは、スイッチ６を状態１としてＬＩＣ３からスタータ１３に電力を供給（放電）し（Ｓ１８４）、否定判断のときは、スイッチ６を状態２としてメイン電池２からスタータ１３に電力を供給して（Ｓ１８６）、エンジンを始動させる。上述したように、ドライバは、ＩＧＮ１１をＳＴＡＲＴ位置に位置付けエンジンを始動した後は、ＩＧＮ１１をＯＮ／ＡＣＣ位置に位置付ける（例外的に、ＯＦＦ位置に位置付けることもある。）。次のＳ１８８では、ＩＧＮ位置情報を受信するまで待機し、受信するとエンジン始動サブルーチンを終了して図２のＳ１０４に戻る。

従って、車両駐車後の車両走行前のエンジン始動の際は、（ａ）ＬＩＣ３の電圧が設定電圧Ｖ２以上のときは、ＬＩＣ３からスタータ１３に放電することでエンジンを始動し、（ｂ）ＬＩＣ３の電圧が設定電圧Ｖ２未満、かつ、メイン電池２のＳＯＣがメイン電池２からスタータ１３に放電することでエンジンを始動可能なＳＯＣ（図８（Ｂ）の第１のＳＯＣ、本例では７０％）以上のときは、メイン電池２からスタータ１３に放電することでエンジンを始動し、（ｃ）ＬＩＣ３の電圧が設定電圧Ｖ２未満かつメイン電池２のＳＯＣが第１のＳＯＣ未満のときは、ＬＩＣ３およびメイン電池２をオルタネータ１２の発電電力で充電した後（図３のＳ１６４参照）、ＬＩＣ３からスタータ１３に放電することでエンジンを始動する。つまり、できる限りＬＩＣ３からスタータ１３に放電する。

（３）回生充放電制御
回生充放電制御の制御内容が若干複雑なため、以下では、回生充放電制御の要点を整理した後（下記（３−１）、（３−２））、回生充放電処理（図２のＳ１１０）について説明する（下記（３−３））。

（３−１）回生充電制御
ＣＰＵは、車両制御部１５から回生開始情報を受信すると、原則として、ＬＩＣ３を使用上限電圧Ｖ１まで充電するようにスイッチ６を制御する（スイッチ６に状態１とする。）。これにより、ＬＩＣ３は使用上限電圧Ｖ１まで定電圧充電される。ただし、ＬＩＣ３が使用上限電圧Ｖ１となる前に、車両制御部１５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ＬＩＣ３への充電は打ち切られ直ちにＬＩＣ３から補機１４に放電するようにスイッチ６を制御する（スイッチ６を状態１のままとする。）。

ＣＰＵは、ＬＩＣ３が使用上限電圧Ｖ１まで充電されると、原則として、メイン電池２を使用上限ＳＯＣまで充電するように、スイッチ６を制御する（スイッチ６を状態２とする。）。これにより、メイン電池２は使用上限ＳＯＣまで充電される。ただし、メイン電池２が使用上限ＳＯＣとなる前に、車両制御部１５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、その時点でメイン電池２への充電は打ち切られ直ちにＬＩＣ３から補機１４に放電するようにスイッチ６を制御する（スイッチ６を状態１とする。）。

ＣＰＵは、メイン電池２が使用上限ＳＯＣまで充電されると、メイン電池２の過充電を避けるために、メイン電池２への充電を打ち切るようにスイッチ６を制御する（スイッチ６を状態０とする。）。

（３−２）回生放電制御
（３−２−１）回生放電時
ＣＰＵは、車両制御部１５から回生終了情報を受信すると、ＬＩＣ３から補機１４に、原則として、ＬＩＣ３が予め設定された設定電圧Ｖ２（図６（Ａ）参照）となるまで放電するようにスイッチ６を制御する（スイッチ６を状態１とする。）。ただし、ＬＩＣ３が設定電圧Ｖ２となる前に、車両制御部１５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ＬＩＣ３から補機１４への放電は打ち切られ直ちに回生電力でＬＩＣ３を充電するようにスイッチ６を制御する（スイッチ６を状態１のままとする。）。

ＣＰＵは、ＬＩＣ３が設定電圧Ｖ２まで放電されると、原則として、メイン電池２を第１のＳＯＣ（図６（Ｂ）参照）まで放電するように、スイッチ６を制御する（スイッチ６を状態２とする。）。ただし、メイン電池２が第１のＳＯＣとなる前に、車両制御部１５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、その時点でメイン電池２から補機１４への放電は打ち切られ直ちに回生電力でＬＩＣ３を充電するようにスイッチ６を制御する（スイッチ６を状態１とする。）。なお、ＬＩＣ３を設定電圧Ｖ２までしか放電しない（使用下限電圧Ｖ４まで放電しない）理由は、ＩＳＳ時に備えＬＩＣ３をエンジン始動可能な電圧に保持しておくためである。

（３−２−２）ＩＳＳ時
ＣＰＵは、ＩＳＳ情報を受信すると、ＬＩＣ３が回生放電時でも設定電圧Ｖ２以上の電圧に保たれているため（ＩＳＳの際は、その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１４への大きな放電がない限り、ＬＩＣ３は使用上限電圧Ｖ１近傍の電圧となっている。）、ＬＩＣ３からスタータ１３に放電してエンジンを始動する。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、ＬＩＣ３の電力によるエンジン始動を優先し、スイッチ６を構成するスイッチＳＷ１、ＳＷ２の切り替え制御は行われない。従って、ＩＳＳ情報はＣＰＵにとってスイッチ６の切り替えを禁止する（スイッチ状態の状態続行を命令する）情報として機能する。

車両制御部１５は、エンジン始動に成功すると、ＣＰＵにエンジン始動情報を報知する。ＣＰＵは、エンジン始動情報を受信すると、メイン電池２から補機１４へ放電するようにスイッチ６を制御する（スイッチ６を状態２とする。）。この理由は、ＬＩＣ３がエンジン始動の際のスタータ１３への大電流放電で電圧が低下していることからＬＩＣ３の劣化を防止するためと、補機１４への放電をＬＩＣ３からメイン電池２に切り替えることでＬＩＣ３の容量を抑えコストアップを防止するためである。なお、ＬＩＣ３はその後のオルタネータ１２の回生電力で充電される。

ここで、図８（Ａ）を参照して、ＩＳＳのエンジン始動に必要なＬＩＣ３の電力量等について説明する。

設定電圧Ｖ２は、使用下限電圧Ｖ１に近いほど回生電力の利用効率を高めることができる。その反面、設定電圧Ｖ２を使用下限電圧Ｖ１に近づけるほどＬＩＣ３はエンジン始動のために大きな容量が必要となり電源システム１０のコストアップ要因となる。このため、本実施形態の電源システム１０では、ＩＳＳのエンジン始動の際のＬＩＣ３のスタータ１３（および補機１４）への放電による（最低電圧側での）電圧降下を３．０［Ｖ］として設計されている。上述したように、ＬＩＣ３の使用下限電圧Ｖ４が８．８［Ｖ］に設定されているため、ＬＩＣ３のエンジン始動に必要な最低電圧は１１．８［Ｖ］となり、本実施形態ではこの１１．８［Ｖ］が設定電圧Ｖ２とされている。

ＩＳＳの際のエンジン始動時のＬＩＣ３の平均電圧を、設定電圧Ｖ２（１１．８［Ｖ］）と使用下限電圧Ｖ１（８．８［Ｖ］）の中間値とすると、ＬＩＣ３のエンジン始動時の電圧は１０．３［Ｖ］となる。使用されるエンジンの排気量やスタータの仕様にも影響されるが、例えば、エンジン始動時にスタータ１３に流れる電流を概ね３００［Ａ］、エンジン始動時の時間を概ね１［ｓ］とすると、最低電圧側でエンジン始動に必要なＬＩＣ３の電力量は、３００［Ａ］×１０．３［Ｖ］×（１［ｓ］／３６００）≒０．８６［Ｗｈ］となる。各単体キャパシタはこの電力量を分担する（１／４の０．２２［Ｗｈ］）。

また、エンジン始動時には、スイッチ６を状態１としＬＩＣ３から補機１４（とりわけエンジンポンプ）にも電力が供給されるため、アローワンスも考慮する必要がある。さらに、エンジン始動に失敗しても再試行できる電力量を有することが好ましい。このような背景から、本実施形態では安全側をみて単体キャパシタが上述した容量に設定されている。

（３−３）回生充放電処理
以上を踏まえ、図５に示す回生充放電処理サブ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（３−１）、（３−２）で述べた制御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。

図５に示すように、回生充放電処理サブルーチンでは、車両制御部１５から回生開始情報（Ｓ２０２）または回生終了情報（Ｓ２２４）を受信するまで待機する。

Ｓ２０２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６を状態１とする（Ｓ２０４）。これにより、ＬＩＣ３は回生電力で定電圧充電される。次にＳ２０６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、回生充放電処理サブルーチンを終了して図２のＳ１０４に戻り、その判断が否定のときは、次のＳ２０８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、Ｓ２２６に進み（ＬＩＣ３への充電は打ち切られ）、否定判断のときは、次のＳ２１０においてＬＩＣ３の電圧が使用上限電圧Ｖ１となったか否かを判断する。Ｓ２１０での判断が否定のときは、ＬＩＣ３による回生電力の受け入れを続行するためにＳ２０６に戻り、肯定のときは、スイッチ６を状態２とする（Ｓ２１２）。これにより、メイン電池２は回生電力で定電圧充電される。

次にＳ２１４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、回生充放電処理サブルーチンを終了して図２のＳ１０４に戻り、否定判断のときは、次のＳ２１６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、Ｓ２２６に進み（メイン電池２への充電は打ち切られ）、否定判断のときは、次のＳ２１８においてメイン電池２が使用上限ＳＯＣ（図８（Ｂ）参照）となったか否かを判断する。

Ｓ２１８での判断が否定のときは、メイン電池２による回生電力の受け入れを続行するためにＳ２１４に戻り、肯定のときは、メイン電池２の過充電を防止するために、スイッチ６を状態０（ＳＷ１：オフ、ＳＷ２：オフ）とする（Ｓ２２２）。これにより、メイン電池２は回生電力による充電が打ち切られる。次いで、Ｓ２２２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、Ｓ２０２に戻り、肯定判断のときは、回生充放電処理サブルーチンを終了して図２のＳ１０４に戻る。

一方、Ｓ２２４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６を状態１とする（Ｓ２２６）。これにより、ＬＩＣ３の電力が補機１４に供給される。次にＳ２２８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、回生充放電処理サブルーチンを終了して図２のＳ１０４に戻り、否定のときは、次のＳ２３０において、回生開始情報を受信したか否かを判断する。

Ｓ２３０で肯定判断のときは、Ｓ２０４に戻り（ＬＩＣ３から補機１４への放電は打ち切られ）、否定判断のときは、次のＳ２３２においてＩＳＳ情報を受信したか否かを判断する。Ｓ２３２での判断が肯定のときは、Ｓ２３６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ＬＩＣ３からスタータ１３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Ｓ２３８に進む。一方、Ｓ２３２での判断が否定のときは、次のＳ２３４においてＬＩＣ３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、ＬＩＣ３から補機１４に放電してもＬＩＣ３の電圧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、Ｓ２２８に戻り、肯定判断のときは、ＬＩＣ３の電圧を設定電圧Ｖ２に保つためにＳ２３８に進む（ＬＩＣ３から補機１４への放電を停止する。）。

Ｓ２３８では、スイッチ６を状態２とする。これにより、メイン電池２の電力が補機１４に供給される（補機１４への電力供給がＬＩＣ３からメイン電池２に切り替わる。）。次にＳ２１４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、回生充放電処理サブルーチンを終了して図２のＳ１０４に戻り、その判断が否定のときは、次のＳ２４２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Ｓ２０４に戻り（メイン電池２から補機１４への放電は打ち切られ）、否定判断のときは、次のＳ２４４においてメイン電池２が第１のＳＯＣ（図８（Ｂ）参照）となったか否かを判断する。この判断が否定のときは、メイン電池２から補機１４への放電を続行するためＳ２４０に戻り、肯定のときはＳ２４６において、蓄電デバイス１を充電するための充電処理を実行する。なお、このＳ２４６の詳細は図７を参照して既に説明したとおりである。

（４）充放電休止処理
図６は、図２に示した充放電制御ルーチンのＳ１１６の詳細を示す充放電休止処理サブルーチンのフローチャートである。この状態でオルタネータ回生車両２０は駐車しており、車両制御部１５からＯＦＦ情報を受信したＣＰＵは、スイッチ６を状態０（ＳＷ１：オフ、ＳＷ２：オフ）とし、コントローラ４、５および制御部７をスリープ状態（省エネモード）とする制御を行う（Ｓ２８２）。すなわち、コントローラ４、５にメイン電池２、ＬＩＣ３の温度、電圧、電流等の検出・出力を停止させ、ＣＰＵ自体もメイン電池２、ＬＩＣ３のデバイス状態の演算および車両制御部１５への報知を停止する。

なお、蓄電デバイス１は車両駐車直前のオルタネータ１２による回生電力で充電されており、ＬＩＣ３は使用上限電圧Ｖ１近傍の電圧となっている。また、Ｓ２８２では、上述したＳＴＡＲＴ情報受信フラグを「１」から「０」に変更する。

次に、ＯＦＦ情報を受信したときから所定時間が経過するまで待機する（Ｓ２８４）。この所定時間は、例えば、メイン電池２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。この間、ＩＧＮ位置情報を受信すると（Ｓ２８６）、充放電休止処理サブルーチンを終了して図２のＳ１０４に戻る。

ＣＰＵは、所定時間が経過したと判断すると、コントローラ４、５および制御部７をアウェーク（作動状態に移行）させてメイン電池２およびＬＩＣ３のＯＣＶおよびそのときの温度を検出・出力させる。次いで、メイン電池２およびＬＩＣ３のＯＣＶからメイン電池２およびＬＩＣ３のＳＯＣ、電圧を演算し、プログラムデータとして予めＲＯＭに格納されＲＡＭに展開されたテーブルまたは数式を参照して演算したＳＯＣ、電圧を基準温度（例えば、室温）におけるＳＯＣに温度補正してメイン電池２およびＬＩＣ３の基準ＳＯＣを演算（算出）し、演算した基準ＳＯＣおよび電圧を車両制御部１５に報知する（Ｓ２２８）。

この場合に、メイン電池２およびＬＩＣ３の健康状態（ＳＯＨ）も併せて演算し、ＳＯＨに応じてＳＯＣを補正するようにしてもよい。なお、上述した所定時間が経過しない場合には、メイン電池２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コントローラ４、５によるＯＣＶの検出やＣＰＵによる基準ＳＯＣの演算は行わず、直近に把握していた基準ＳＯＣを現在のデバイス状態を把握する際の基準ＳＯＣとして取り扱う。

次に、ＣＰＵは、ＬＩＣ３の電圧が予め設定された設定電圧Ｖ３（図８（Ａ）参照、使用下限電圧Ｖ４＜設定電圧Ｖ３＜設定電圧Ｖ２、本例では９．３［Ｖ］）以上か否かを判断する。肯定判断のときは、コントローラ４、５および制御部７をスリープ状態とし、Ｓ２９８において、ＩＧＮ位置情報を受信したか否かを判断する。肯定判断のときは、充放電休止処理サブルーチンを終了して図２のＳ１０４に戻り、否定判断のときはＳ２８４に戻る。

一方、Ｓ２９０で否定判断のときは（厳密には、ＬＩＣ３の電圧が設定電圧Ｖ３未満かつメイン電池２の電圧がＶ３以上であってメイン電池２がＬＩＣ３を充電可能なＳＯＣ（例えば、図８（Ｂ）に示す第１のＳＯＣ以上のＳＯＣ）を有しているときには）、ＬＩＣ３の過放電を防止するために、スイッチ６を状態３（ＳＷ１：オン、ＳＷ２：オン）とする（Ｓ２９２）。これにより、メイン電池２とＬＩＣ３とは並列接続され、ＬＩＣ３はメイン電池２の電力で充電される。

ＣＰＵは、メイン電池２との並列接続によりＬＩＣ３の電圧が設定電圧Ｖ３となると（Ｓ２９６）、コントローラ４、５および制御部７をスリープ状態としＳ２８２に戻る。この間、ＩＧＮ位置情報を受信すると（Ｓ２９４）、充放電休止処理サブルーチンを終了して図２のＳ１０４に戻る。

なお、車両走行後にＩＧＮ１１がＯＦＦ位置に位置付けられたときは、車両制御部１５も所定の処理（データ保存等）を行った後スリープ状態となり、制御部７からのＯＣＶおよび温度の報知時のみ作動状態となる。

以上では、ＣＰＵによる充放電制御を簡潔に説明するために、ＬＩＣ３の電圧を中心に説明したが、本実施形態では、ＬＩＣ３の使用上限／下限ＳＯＣ、ＬＩＣ３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、ＬＩＣ３が使用上限ＳＯＣに達した場合には、ＬＩＣ３への充電を打ち切りメイン電池２を充電し、ＬＩＣ３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、ＬＩＣ３から補機１４への放電を打ち切りメイン電池２から補機１４に放電する制御も行っている。また、メイン電池２もＬＩＣ３と同様に、使用上限電圧、使用下限電圧が設定されており、ＬＩＣ３と同様に、使用上限電圧、使用下限電圧に応じてメイン電池２の充放電制御も行っている。

４．作用効果等
４−１．作用効果
次に、本実施形態の電源システム１０の作用効果等について説明する。

本実施形態の電源システム１０では、回生電力受け入れの際、メイン電池２に先立って充電受入性の高いＬＩＣ３が使用上限電圧Ｖ１まで充電され（Ｓ２１０）、補機１４への放電の際、メイン電池２に先立って大電流放電特性に優れるＬＩＣ３からその電圧がエンジン始動可能な設定電圧Ｖ２となるまで放電される（Ｓ２３４）。このため、オルタネータ１２から供給される回生電力の利用効率を高めることができ、オルタネータ回生車両２０の燃費向上を図ることができる。

また、本実施形態の電源システム１０では、エンジン始動の際、ＬＩＣ３からスタータ１３に放電される（Ｓ２２６、Ｓ２３２）。これに加え、上記ように、回生電力受け入れの際、メイン電池２に先立ってＬＩＣ３が充電され、補機１４への放電の際、メイン電池２に先立ってＬＩＣ３から放電されるので、メイン電池２の充放電機会が少なくする。このため、メイン電池２の劣化を防止し寿命短縮を抑制することができる。

さらに、本実施形態の電源システム１０では、エンジン始動情報を受信したときに、補機１４への放電をＬＩＣ３からメイン電池２に切り替える（Ｓ２３８）。このため、ＬＩＣ３の劣化を防止するとともに、ＬＩＣ３の容量を抑え電源システム１０のコストアップを防止することができる。

また、本実施形態の電源システム１０では、ＩＳＳの際、大電流放電特性に優れるＬＩＣ３からスタータ１３に放電する（Ｓ２２６、Ｓ２３２、Ｓ２３６）。このため、エンジン再始動の確実性を高めることができ、ドライバがアイドリングストップの際に抱くエンジン再始動不能に対する不安感をなくすことができる。

さらに、本実施形態の電源システム１０では、充放電休止時にメイン電池２とＬＩＣ３とを並列接続する（Ｓ２９２）。このため、ＬＩＣ３の過放電による劣化を防止することができる。

４−２．変形例
なお、本実施形態では、電源システム１０を一体としエンジンルームに搭載した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、エンジンルームに蓄電デバイス１を構成するメイン電池２を配置し、シート下に蓄電デバイス１を構成するＬＩＣ３を分割して配置するようにしてもよい。また、このような蓄電デバイス１の配置に応じて、制御部７やスイッチ６を構成するスイッチＳＷ１、ＳＷ２も分割して配置するようにしてもよい。

また、本実施形態では、ＬＩＣ３の過放電を防止するために、充放電休止時にメイン電池２とＬＩＣ３とを並列接続する例を示したが（Ｓ２９２）、本発明はこれに制限されるものではない。例えば、充放電休止時に、ＬＩＣ３の電圧が設定電圧Ｖ２未満かつメイン電池２の電圧がＶ２以上（であってメイン電池２がＬＩＣ３を充電可能なＳＯＣ（例えば、第３のＳＯＣ以上のＳＯＣ）を有しているとき）の場合には、メイン電池２でＬＩＣ３をメイン電池２の電圧となるまで充電してもよい。このような制御では、車両走行前のエンジン始動処理において、ＬＩＣ３からスタータ１３に放電してエンジンを始動可能なため、（メイン電池１をエンジン始動に使用しない分）メイン電池１の劣化を防止することができる。

さらに、本実施形態では、ＬＩＣ３が充電受入性が高く短時間で充電可能なことから、メイン電池２を充電する際に、ＬＩＣ３がエンジン始動可能な設定電圧Ｖ２を有していてもＬＩＣ３を使用上限電圧Ｖ１まで充電する例を示したが（Ｓ１６４、Ｓ２４６におけるＳ３０６）、ＬＩＣ３を充電せずメイン電池２のみ充電するようにしてもよい。

またさらに、本実施形態では、メイン電池２に鉛蓄電池を例示したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、鉛蓄電池に代えて、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を用いることができる。なお、リチウムイオンキャパシタは、一般に構造的理由から、リチウムイオン電池より（ＩＳＳのエンジン始動時の）大電流放電特性に優れる。

また、本実施形態では、メイン電池２およびＬＩＣ３のいずれからも補機１４に電力供給がなされないことを防止するために補償キャパシタＣ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、スイッチＳＷ１、ＳＷ２を一瞬同時にオン状態（状態３）としてもよいし、補償キャパシタＣに代えて一次電池または二次電池を用いるようにしてもよい。

さらに、本実施形態では、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メイン電池２およびＬＩＣ３の現在のＳＯＣを推定する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、公知のＳＯＣ推定手段を用いることができる。

また、本実施形態では、電源システム１０の構成を把握しやすいように、メイン電池コントローラ４、ＬＩＣコントローラ５、制御部７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、本実施形態では、コントローラ４、５から出力されたメイン電池２、ＬＩＣ３のデータに応じて制御部７でメイン電池２、ＬＩＣ３のデバイス状態を演算する例を示したが、このような演算は車両制御部１５で行うようにしてもよい。このような態様では、制御部７の主機能はスイッチ制御部７Ｂと通信部７Ｃとになる。

さらにまた、本実施形態では、メイン電池２を構成する鉛蓄電池に合わせてＯＦＦ情報受信の６時間後にメイン電池２やＬＩＣ３のＯＣＶの測定を行う例を示したが、本発明はこれに制限されるものではない。また、本実施形態では、制御部７のＣＰＵが６時間を計時する例を示したが、車両制御部１５が計時し、制御部７、コントローラ４、５をスリープ状態からアウェークさせるようにしてもよい。

さらに、本実施形態では、制御部７は、車両制御部１５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、ＩＧＮ１１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。

また、本実施形態では、電源システム１０を構成する各部材の作動電圧等や、図８にＬＩＣ３の設定電圧Ｖ２、Ｖ３、メイン電池２の使用上限ＳＯＣおよび第１、第２のＳＯＣを例示したが、本発明はこれに制限されるものではない。

そして、本実施形態では１４Ｖ系電源システム１０を例示したが、本発明はこれに制限されることなく、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にも適用可能である。

本発明は回生電力の利用効率を高めつつ二次電池の寿命短縮を抑制可能な車両用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、車両用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。

１ 複合蓄電デバイス
２ メイン電池（二次電池）
３ リチウムイオンキャパシタ（ＬＩＣ）
６ スイッチ（スイッチ手段）
７ 制御部（制御手段）
７Ｃ 通信部（取得手段）
１０ 電源システム
１１ イグニッションスイッチ
１２ オルタネータ
１３ スタータ（エンジン始動用スタータ）
１４ 補機
２０ オルタネータ回生車両（自動車）

Claims (10)

1. 二次電池とリチウムイオンキャパシタ（ＬＩＣ）とを有し、オルタネータから供給される回生電力を受入可能かつエンジン始動用のスタータおよび補機に放電可能な複合的な蓄電デバイスと、
   前記二次電池および前記ＬＩＣの充放電電流を切り替えるスイッチ手段と、
   前記ＬＩＣの電圧に基づいて前記スイッチ手段を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記蓄電デバイスが前記回生電力を受け入れる際に、前記ＬＩＣを予め設定された使用上限電圧Ｖ１まで充電した後、前記二次電池を充電し、
   前記蓄電デバイスが前記補機に放電する際に、前記ＬＩＣからその電圧が予め設定された設定電圧Ｖ２となるまで放電した後、前記二次電池から放電し、
   エンジン始動時に、前記ＬＩＣから前記スタータに放電し、
   アイドリングストップ・スタートの際のエンジン始動時に、前記ＬＩＣから前記スタータおよび前記補機に放電する、ように前記スイッチ手段を制御するものであり、
   前記設定電圧Ｖ２は、前記ＬＩＣの予め設定された使用下限電圧Ｖ４より前記ＬＩＣの前記スタータ及び前記補機への放電による電圧降下分だけ高い電圧値に設定されたことを特徴とする、
   車両用電源システム。
2. 前記ＬＩＣは、エンジン始動に失敗しても再試行できる電力量を有することを特徴とする、請求項１に記載の車両用電源システム。
3. 前記制御手段は、
   前記蓄電デバイスが前記回生電力を受け入れる際に、前記ＬＩＣを予め設定された使用上限電圧Ｖ１まで充電した後、前記二次電池を予め設定された使用上限充電状態まで充電し、
   前記蓄電デバイスが前記補機に放電する際に、前記ＬＩＣからその電圧が予め設定された設定電圧Ｖ２となるまで放電した後、前記二次電池から放電し、
   前記二次電池の充電状態が予め設定された第１充電状態まで低下すると、前記補機への放電を停止し、前記ＬＩＣを予め設定された使用上限電圧Ｖ１まで充電した後、前記二次電池を予め設定された第２充電状態（ただし、第１充電状態＜第２充電状態＜使用上限充電状態）まで充電する、ように前記スイッチ手段を制御することを特徴とする、
   請求項１または請求項２に記載の車両用電源システム。
4. 車両の状態情報を取得する取得手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記取得手段が車両がアイドリングストップ・スタートすることを表すアイドリングストップ・スタート情報を取得してからアイドリングストップ・スタートによりエンジンが始動したことを表すエンジン始動情報を取得するまでの間、前記ＬＩＣから前記スタータおよび前記補機に放電するスイッチ状態を維持するように前記スイッチ手段を制御することを特徴とする請求項３ に記載の車両用電源システム。
5. 前記制御手段は、前記取得手段が前記エンジン始動情報を取得したときに、前記二次電池から前記補機に放電するように前記スイッチ手段を制御することを特徴とする請求項４に記載の車両用電源システム。
6. 前記制御手段は、充放電休止時に前記二次電池と前記ＬＩＣとを並列接続するように前記スイッチ手段を制御す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車両用電源システム。
7. 前記制御手段は、前記ＬＩＣの電圧が予め設定された設定電圧Ｖ３（ただし、前記ＬＩＣの使用下限電圧Ｖ４＜設定電圧Ｖ３＜前記設定電圧Ｖ２）未満かつ前記二次電池の電圧が前記設定電圧Ｖ３以上のときに、前記二次電池と前記ＬＩＣとを並列接続するように前記スイッチ手段を制御することを特徴とする請求項６に記載の車両用電源システム。
8. 前記制御手段は、前記ＬＩＣの電圧が前記設定電圧Ｖ２未満かつ前記二次電池の電圧が前記設定電圧Ｖ２以上のときに、前記二次電池と前記ＬＩＣとを並列接続するように前記スイッチ手段を制御することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の車両用電源システム。
9. 前記二次電池は鉛蓄電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池およびリチウムイオン電池で構成される群から選択される１種であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の車両用電源システム。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の車両用電源システムを備えた自動車。

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