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JP6468371B2 - 電源システム及びその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、充放電の繰り返しに対する耐久性の異なる二種類の二次電池を備える電源システム及びその制御方法に関する。
ＪＰ２０１１−２３４４７９Ａには、鉛酸蓄電池（以下、「鉛酸バッテリ」ともいう）とリチウムイオンバッテリとを備える車両の電気回路が開示されている。この電気回路では、アイドルストップからのエンジンを自動的に再始動させる場合、スタータモータに流れる大電流により車両の電源電圧が瞬時低下するために、リチウムイオンバッテリ側に設けられている一部の車両電装負荷の保護の観点から、リチウムイオンバッテリとスタータモータとの通電を遮断し、鉛酸蓄電池のみからスタータモータへ電力を供給する構成となっている。
ところで、上記文献の電気回路のように、鉛酸バッテリとリチウムイオンバッテリの異なる２種類の二次電池を備える電気回路では、通常、電気負荷（以下、単に「負荷」ともいう）に対する鉛酸バッテリの放電電流が所定の閾値以下になるように、鉛酸バッテリ及びリチウムイオンバッテリの充電タイミングを決定している。すなわち、鉛酸バッテリの放電電流が所定の閾値より大きくなると、各バッテリが放電フェーズから充電フェーズに移行するように、制御装置により発電機が駆動される。
しかしながら、鉛酸バッテリの放電電流値に基づいて放電フェーズから充電フェーズに移行するような電源装置では、鉛酸バッテリが新品同様の状態であるときには、リチウムイオンバッテリの充電要求ＳＯＣを低く設定することができないという問題があった。すなわち、従来の電源装置では、リチウムイオンバッテリは、リチウムイオンバッテリそのものの制約によるＳＯＣ下限値よりも高い鉛酸放電の制約によるＳＯＣ下限値までしか利用することができなかった。
そのため、鉛酸バッテリが劣化し、放電フェーズにおいて鉛酸バッテリから十分に電流を放電することができなくなると、その分リチウムイオンバッテリからの放電電流が増加してしまう。そのような状況下では、リチウムイオンバッテリのＳＯＣは、鉛酸放電の制約によるＳＯＣ下限値まで早期に低下してしまい、結果として、リチウムイオンバッテリ及び鉛酸バッテリの充放電が短時間に繰り返されることとなっていた。
一方、リチウムイオンバッテリの充電要求ＳＯＣをリチウムイオンバッテリそのものの制約によるＳＯＣ下限値にした場合には、鉛酸バッテリの新品時には、鉛酸バッテリの放電電流が大きい状態が長時間続いてしまい、鉛酸バッテリの劣化を促進（増長）させてしまうという問題があった。
本発明は、上述の問題点に着目してなされたものであり、充放電の繰り返しに対する耐久性の異なる二種類のバッテリを備え、車両に搭載可能な電源システムにおいて、鉛酸バッテリの劣化を抑制しつつ、リチウムイオンバッテリのＳＯＣを効果的に利用可能な電源システム及びその制御方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、本発明の電源システムは、異なる充放電特性を有する２つの二次電池を備え、車両に搭載可能である。この電源システムは、鉛酸蓄電池と、鉛酸蓄電池と並列に接続されるリチウムイオン蓄電池と、鉛酸蓄電池及びリチウムイオン蓄電池を充電する発電機と、鉛酸蓄電池の放電電流とリチウムイオン蓄電池の放電電流との関係に基づいて、発電機を駆動する制御部とを備える。
図１は、本発明の第１実施形態における電源システムの全体構成を示すブロック図である。 図２は、本実施形態における電源システム全体を制御するＥＣＭの機能構成の一例を示すブロック図である。 図３は、本実施形態の鉛酸バッテリが新品である場合における、鉛酸バッテリ及びリチウムイオンバッテリが放電フェーズから充電フェーズに移行する際の物理量の変化を示すタイムチャートである。 図４は、本実施形態の鉛酸バッテリが劣化した場合における、鉛酸バッテリ及びリチウムイオンバッテリが放電フェーズから充電フェーズに移行する際の物理量の変化を示すタイムチャートである。 図５は、第１実施形態の電源システムのＥＣＭにより実行される充放電切替処理の一例を示すフローチャートである。 図６は、比較例の鉛酸バッテリが新品である場合における、鉛酸バッテリ及びリチウムイオンバッテリが放電フェーズから充電フェーズに移行する際の物理量の変化を示すタイムチャートである。 図７は、比較例の鉛酸バッテリが劣化した場合における、鉛酸バッテリ及びリチウムイオンバッテリが放電フェーズから充電フェーズに移行する際の物理量の変化を示すタイムチャートである。 図８は、本発明の第２実施形態における電源システムの全体構成を示すブロック図である。 図９は、第２実施形態の電源システムのＥＣＭにより実行される充放電切替処理の一例を示すフローチャートである。 図１０は、本実施形態におけるリチウムイオンバッテリの充放電の切替タイミングを示すグラフである。 図１１は、本発明の第３実施形態における電源システムの全体構成を示すブロック図である。 図１２は、第３実施形態の電源システムのＥＣＭにより実行される充放電切替処理の一例を示すフローチャートである。 図１３は、本実施形態における鉛酸バッテリの充放電の切替タイミングを示すグラフである。 図１４は、本発明の第４実施形態における電源システムの全体構成を示すブロック図である。 図１５は、第４実施形態の電源システムのＥＣＭにより実行される充放電切替処理の一例を示すフローチャートである。 図１６は、本実施形態におけるリチウムイオンバッテリの充放電の切替タイミングを示すグラフである。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における電源システム１００の全体構成を示すブロック図である。本実施形態の電源システム１００は、異なる充放電特性を有する２つの二次電池を備え、車両に搭載可能な電源システムである。この電源システム１００は、例えば、アイドルストップ機能を備えるエンジンを搭載する車両等に適用される。
電源システム１００は、図１に示すように、電気負荷５０に対して並列に設けられた鉛酸バッテリ（鉛酸蓄電池）３と、リチウムイオンバッテリ（リチウムイオン二次電池）４とを備える。また、電源システム１００は、オルタネータ（発電機）１と、スタータ２と、リチウムイオンバッテリ４を制御するリチウムイオンバッテリコントローラ（以下、「ＬＢＣ」という）２０と、電源システム１００全体を制御するエンジンコントロールモジュール（以下、「ＥＣＭ」という）１０とを備える。
なお、本実施形態では、点線で囲まれている部分は、リチウムイオン電池パックＰとして一体に構成される。このリチウムイオン電池パックＰは、リチウムイオンバッテリ４と、リチウムイオンバッテリ付属リレー４２と、ＭＯＳＦＥＴ４０と、ＬＢＣ２０とを含む。また、本実施形態では、リチウムイオン電池パックＰには、リチウムイオンバッテリ４に充放電される電流を検出する電流センサ３２が付属される。
本実施形態では、電源システム１００は、鉛酸バッテリ３に充放電される電流を検出する電流センサ３１と、リチウムイオンバッテリ４に充放電される電流を検出する電流センサ３２とを含む。これらの電流センサ３１、３２で検出された電流値データは、ＥＣＭ１０に出力される。
電源システム１００は、鉛酸バッテリ３をオルタネータ１及びスタータ２に直接接続するための鉛酸バッテリ経路リレー４１を含む。図１に示すように、鉛酸バッテリ３は、ＭＯＳＦＥＴ４０及びリチウムイオンバッテリ付属リレー４２を介して、リチウムイオンバッテリ４に接続される第１経路と、鉛酸バッテリ経路リレー４１及びリチウムイオンバッテリ付属リレー４２を介して、リチウムイオンバッテリ４に接続される第２経路とにより、リチウムイオンバッテリ４に接続される。
ＥＣＭ１０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。なお、ＥＣＭ１０は、複数のマイクロコンピュータで構成されてもよい。
ＬＢＣ２０は、図示しないエンジンの運転状態に応じたスタータ２や電気負荷５０への放電指令又は充電指令に係る信号をＥＣＭ１０から受信する。ＬＢＣ２０は、この信号に基づいて、リチウムイオンバッテリ付属リレー４２及びＭＯＳＦＥＴ４０のオン・オフ制御を行う。
本実施形態の電源システム１００では、電気負荷５０は、鉛酸バッテリ経路リレー４１に対して鉛酸バッテリ３側に接続されている。オルタネータ１及びスタータ２は、鉛酸バッテリ経路リレー４１に対してリチウムイオンバッテリ４側に接続されている。
鉛酸バッテリ経路リレー４１は、コイルに通電されていない状態でオン状態（導通状態）となる、いわゆるノーマルクローズタイプのリレーにより構成される。リチウムイオンバッテリ付属リレー４２は、コイルに通電されていない状態でオフ状態（非導通状態）となる、いわゆるノーマルオープンタイプのリレーにより構成される。
ＭＯＳＦＥＴ４０は、その寄生ダイオードの順方向とリチウムイオンバッテリ４側から鉛酸バッテリ３側へ向かう方向とが一致するように接続されている。これにより、ＭＯＳＦＥＴ４０のオン・オフ状態にかかわらず、第１経路における鉛酸バッテリ３からリチウムイオンバッテリ４への通電が防止される。
オルタネータ１は、エンジンの駆動力により駆動して発電し、発電する際に発電電圧をＬＩＮ（Local Interconnect Network）通信またはハードワイヤにより可変制御する。また、オルタネータ１は、車両の減速時に車両の運動エネルギを電力として回生することもできる。これら発電や回生の制御は、ＥＣＭ１０により実行される。
スタータ２は、図示しないエンジンと自動変速機との連結部付近に設けられる。スタータ２は、一般的な始動用のスタータと同様に進退動するピニオンギヤを備える。そして、スタータ２の作動時には、ピニオンギヤがクランクシャフト基端部に装着されたドライブプレートの外周に設けたギヤに係合することで、クランキングが行なわれる。
リチウムイオンバッテリ４の内部抵抗は、鉛酸バッテリ３の内部抵抗の１／１０程度である。そのため、両バッテリ３、４の放電フェーズにおいては、リチウムイオンバッテリ４の放電電流が鉛酸バッテリ３の放電電流に比べて初期段階で大きい。そして、リチウムイオンバッテリ４の充電残量（ＳＯＣ：State of Charge）が下がるにつれて、リチウムイオンバッテリ４の放電電流は減っていくのに対し、電気負荷５０の要求に応じて、鉛酸バッテリ３の放電電流は増えていく。具体的な動作は、タイムチャートを用いて詳細に後述する。
図２は、本実施形態における電源システム１００全体を制御するＥＣＭ１０の機能構成の一例を示すブロック図である。本実施形態では、ＥＣＭ１０は、電流値取得部１１と、電流値比較部１２と、タイマ１３と、ＡＬＴ制御部１４とを含む。
電流値取得部１１は、電流センサ３１により検出した鉛酸バッテリ３の放電電流と、電流センサ３２により検出したリチウムイオンバッテリ４の放電電流とを取得するように構成される。取得した各放電電流データ（電流値）は、電流値比較部１２に出力される。
電流値比較部１２は、電流値取得部１１により取得した鉛酸バッテリ３の放電電流値とリチウムイオンバッテリ４の放電電流値とを比較するよう構成される。電流値比較部１２による比較結果は、ＡＬＴ制御部１４に出力される。本実施形態では、電流値比較部１２は、鉛酸バッテリ３の放電電流値とリチウムイオンバッテリ４の放電電流値の比を演算し、演算結果（電流比）をＡＬＴ制御部１４に出力する。
タイマ１３は、図示しない電波やインターネット等の無線ネットワークから現在時刻を取得したり、電源システム１００全体を制御する際の制御時間を計測したりするものである。本実施形態では、タイマ１３は、後述するＡＬＴ制御部１４と協動して、電流比が所定値以下になったときの時間を計測する。計測結果データ（計測時間）は、ＡＬＴ制御部１４に出力される。
ＡＬＴ制御部１４は、電流値比較部１２の比較結果に基づいて、オルタネータ１を駆動して、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４を充電するように構成される。本実施形態では、ＡＬＴ制御部１４は、電流値比較部１２から取得した電流比が所定値以下になったか否かを判定する。そして、ＡＬＴ制御部１４は、タイマ１３の計測時間に基づいて、電流比が所定値以下になってから所定時間経過したか否かを判定する。
ＡＬＴ制御部１４は、電流比が所定値以下になってから所定時間経過したと判定した場合には、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４を充電するタイミングであると判定し、オルタネータ１を駆動する。
次に、図３及び図４に示すタイムチャートを用いて、本実施形態の電源システム１００の動作を説明する。これらのタイムチャートは、鉛酸バッテリ３が新品である場合と、鉛酸バッテリ３が劣化（例えば、サルフェーション等）している場合とを示すものである。
まず、鉛酸バッテリ３が新品の場合について説明する。図３は、本実施形態の鉛酸バッテリ３が新品である場合における、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４が放電フェーズから充電フェーズに移行する際の物理量の変化を示すタイムチャートである。
図３（ａ）は、電気負荷５０に印加される負荷電圧と、オルタネータ１により出力されるＡＬＴ制御電圧との関係を示す。なお、この電圧値は、システム電圧であり、鉛酸バッテリ３の開回路電圧から鉛酸バッテリ３の内部起電力を減算した電圧や、リチウムイオンバッテリ４の開回路電圧からリチウムイオンバッテリ４の内部起電力を減算した電圧と実質的に同一である。また、電源システム１００の電流（システム電流）は、鉛酸バッテリ３の放電電流とリチウムイオンバッテリ４の放電電流の和となる。すなわち、以下のような式が成立する。
Ｖsystem＝ＯＣＶLi−ＩLi×ＲLi＝ＯＣＶPB−ＩPB×ＲPB （１）
Ｉsystem＝ＩＬｉ＋ＩPB （２）
ここで、Ｖsystem及びＩsystemは、電源システム１００の電圧及び電流であり、ＯＣＶLi及びＩLiは、リチウムイオンバッテリ４の開放端電圧及び放電電流であり、ＯＣＶPB及びＩPBは、鉛酸バッテリ３の開放端電圧及び放電電流であり、ＲLiは、リチウムイオンバッテリ４の内部抵抗であり、ＲPBは、鉛酸バッテリ３の内部抵抗である。
図３（ａ）に示すように、オルタネータ１が駆動されると、発電を開始して、ＡＬＴ制御電圧が一気に上昇する。ＡＬＴ制御電圧の上昇に伴って、負荷電圧及び両バッテリ３、４の充電電圧も上昇する。
図３（ｂ）は、鉛酸バッテリ３とリチウムイオンバッテリ４の充放電電流と、オルタネータ１から出力されるＡＬＴ電流と、電気負荷５０に供給される負荷電流との関係を示す。なお、説明の容易性のために、本タイムチャートでは、負荷電流が一定である場合を想定する。上述のように、鉛酸バッテリ３とリチウムイオンバッテリ４の放電電流の比が所定値以下になり、所定時間が経過すると、放電フェーズから充電フェーズに移行して、ＥＣＭ１０は、オルタネータ１を駆動して、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４の充電を開始する（図３（ｂ）の丸印）。
図３（ｂ）に示すように、放電フェーズの初期段階では、リチウムイオンバッテリ４の放電電流が鉛酸バッテリ３の放電電流よりも大きい。これは、リチウムイオンバッテリ４の内部抵抗が鉛酸バッテリ３の内部抵抗の１／１０程度であるためである。
なお、本実施形態では、放電電流比の所定値として、例えば、１．０（すなわち、鉛酸バッテリ３の放電電流がリチウムイオンバッテリ４の放電電流以上となるとき）を用い、所定時間として、例えば、６秒を用いている。これらの数値は、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４の容量や電源システム１００の全体構成等を考慮して、予め実験やシミュレーション等により求められていればよい。
図３（ｃ）は、鉛酸バッテリ３のＳＯＣとリチウムイオンバッテリ４のＳＯＣの関係を示す。図３（ｄ）は、オルタネータ１の発電タイミングを示す。従来は、鉛酸バッテリ３の放電制約によるＳＯＣ下限値（例えば、６０％）までリチウムイオンバッテリ４のＳＯＣが下がると、ＥＣＭ１０は、オルタネータ１を駆動して、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４の充電を開始していた。本実施形態では、図３（ｂ）で示すように、放電電流比が所定値以下で所定時間経過したとき（以下、「第１条件」という）、ＥＣＭ１０は、オルタネータ１を駆動して、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４の充電を開始している。
このように、鉛酸バッテリ３が新品又は新品に近い状態であるときには、リチウムイオンバッテリ４のＳＯＣがリチウムイオンバッテリ４そのものの制約によるＳＯＣ下限値（例えば、５０％）付近まで下がることなく、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４の充放電が繰り返されることとなる。
なお、オルタネータ１の駆動は、鉛酸バッテリ３やリチウムイオンバッテリ４の充電要求のタイミングのみならず、例えば、車両が長い下り坂を走行して、ＥＣＭ１０からオルタネータ１による回生指令が出力された場合なども行われる。
次に、鉛酸バッテリ３が劣化した場合について説明する。図４は、本実施形態の鉛酸バッテリ３が劣化した場合における、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４が放電フェーズから充電フェーズに移行する際の物理量の変化を示すタイムチャートである。図４（ａ）〜図４（ｄ）は、それぞれ図３（ａ）〜（ｄ）に対応する。
従来の電源システムであれば、図４（ｃ）の左側の縦ダッシュ線付近で、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４は、放電フェーズから充電フェーズに移行してしまう。しかしながら、本実施形態では、電流値比較部１２の演算結果（電流比）に基づいて、放電フェーズから充電フェーズに移行させるので、図４（ｄ）に示す矢印のように、オルタネータ１による発電を行わない期間（無発電期間）を延長することができる。
具体的には、図４（ｂ）に示すように、鉛酸バッテリ３が劣化している場合には、鉛酸バッテリ３が新品の場合に比べて、鉛酸バッテリ３からの放電電流が小さくなる。そのため、図４（ｃ）に示すように、リチウムイオンバッテリ４のＳＯＣが下がる速度は多少速くなる。
鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４の放電電流の電流比が所定値以下になり、その状態が所定時間継続すると、図４（ｂ）の丸印に示すように、ＡＬＴ制御部１４は、オルタネータ１を駆動して、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４の充電を開始する。図４（ｃ）に示すように、リチウムイオンバッテリ４のＳＯＣは、鉛酸バッテリ３の制約によるＳＯＣ下限値よりも低い値まで利用することができる。
なお、図４の例では、リチウムイオンバッテリ４のＳＯＣがリチウムイオンバッテリ４そのものの制約によるＳＯＣ下限値まで下がる前に、放電フェーズから充電フェーズに移行する場合について示した。しかしながら、電流比と継続時間の条件が成立する前に、リチウムイオンバッテリ４のＳＯＣがリチウムイオンバッテリ４そのものの制約によるＳＯＣ下限値に到達した場合には、ＡＬＴ制御部１４は、オルタネータ１を駆動して、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４を充電することとなる。しかしながら、リチウムイオンバッテリ４の放電電流が下がる程度までリチウムイオンバッテリ４のＳＯＣを利用することができるので、鉛酸バッテリ３が過度に放電したりすることを抑制しつつ、リチウムイオンバッテリ４の利用可能なＳＯＣ範囲を拡大することができる。
次に、本実施形態の電源システム１００の動作を説明する。図５は、第１実施形態の電源システム１００のＥＣＭ１０により実行される充放電切替処理の一例を示すフローチャートである。この充放電切替処理は、電源システム１００を搭載する車両の起動中、所定の時間間隔（例えば、１０ミリ秒毎に）で実行される。
この充放電切替処理では、ＥＣＭ１０は、まず、電源システム１００が起動中であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。電源システム１００が起動していないと判定した場合には、ＥＣＭ１０は、そのままこの充放電切替処理を終了する。
一方、電源システム１００が起動していると判定した場合には、ＥＣＭ１０は、電流センサ３２を用いて、リチウムイオンバッテリ４の放電電流Ｉ１を検出するとともに（ステップＳ１０２）、電流センサ３１を用いて、鉛酸バッテリ３の放電電流Ｉ２を検出する（ステップＳ１０３）。そして、電流値取得部１１は、これらの放電電流Ｉ１、Ｉ２を取得する。
次いで、ＥＣＭ１０の電流値比較部１２は、放電電流の比である電流比Ｉ１／Ｉ２を演算し、その演算結果をＡＬＴ制御部１４に出力する。ＡＬＴ制御部１４は、電流値比較部１２から取得した電流比Ｉ１／Ｉ２が所定値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。電流比Ｉ１／Ｉ２が所定値よりも大きいと判定した場合には、ＡＬＴ制御部１４は、まだ放電フェーズであると判断し（ステップＳ１０８）、そのままこの充放電切替処理を終了する。
一方、電流比Ｉ１／Ｉ２が所定値以下であると判定した場合には、ＡＬＴ制御部１４は、タイマ１３を用いて、電流比Ｉ１／Ｉ２が所定値以下になったときからの経過時間を計測する。そして、ＡＬＴ制御部１４は、この経過時間が所定時間に到達したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。経過時間が所定時間に到達していないと判定した場合には、ＡＬＴ制御部１４は、ステップＳ１０４、Ｓ１０５の判定を繰り返す。なお、所定時間経過する前にステップＳ１０４で電流比Ｉ１／Ｉ２が所定値よりも大きくなったと判定した場合には、ＡＬＴ制御部１４は、放電フェーズであると判断し（ステップＳ１０８）、一端この充放電切替処理を終了する。
ステップＳ１０５において電流比Ｉ１／Ｉ２が所定値以下になって所定時間が経過したと判定した場合には、ＡＬＴ制御部１４は、充電フェーズに移行すべきと判断し（ステップＳ１０６）、オルタネータ１を駆動（ＯＮ）して（ステップＳ１０７）、この充放電切替処理を終了する。
なお、電流比の条件以外にも、ＥＣＭ１０が鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４を放電フェーズから充電フェーズに移行させる条件がある。例えば、鉛酸バッテリ３の劣化を防止するために、鉛酸バッテリ３の放電電流が所定の最大値以上になると、ＥＣＭ１０は、オルタネータ１を駆動して、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４を充電する。本実施形態の制御よりも、このような条件の成立による充電フェーズへの移行が優先されるのは言うまでもない。
以上説明したように、本実施形態の電源システム１００は、異なる充放電特性を有する２つの二次電池を備え、車両に搭載可能な電源システム１００であって、電気負荷５０に接続される鉛酸バッテリ（鉛酸蓄電池）３と、電気負荷５０に対して、鉛酸バッテリ３と並列に接続されるリチウムイオンバッテリ（リチウムイオン蓄電池）４と、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４を充電するオルタネータ（発電機）１と、鉛酸バッテリ３の放電電流とリチウムイオンバッテリ４の放電電流との関係（例えば、これらの電流比Ｉ１／Ｉ２）に基づいて、オルタネータ１を駆動するＥＣＭ（制御部）１０とを備えるように構成した。従来のような鉛酸バッテリ３の制約によるリチウムイオンバッテリ４のＳＯＣ下限値ではなく、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４の放電電流の電流比に基づいて、放電フェーズから充電フェーズに移行するタイミングを決定するように構成したので、鉛酸バッテリ３からの放電電流が大きくなったり、鉛酸バッテリ３が過度に放電したりすることを抑制しつつ、リチウムイオンバッテリ４の利用可能なＳＯＣ範囲を拡大することができる。鉛酸バッテリ３の制約によるリチウムイオンバッテリ４のＳＯＣ下限値に基づいて充電フェーズに移行するタイミングを決定している場合には、特に、鉛酸バッテリ３の劣化時において、短時間に充放電を繰り返してしまうという問題があった。本実施形態の電源システム１００によれば、鉛酸バッテリ３の劣化時には、リチウムイオンバッテリ４のＳＯＣをより効率的に利用することができるので、従来のような問題が発生することはない。
本実施形態の電源システム１００では、ＥＣＭ（制御部）１０は、図２に示すように、鉛酸バッテリ（鉛酸蓄電池）３の放電電流とリチウムイオンバッテリ（リチウムイオン蓄電池）４の放電電流を取得する電流値取得部１１と、電流値取得部１１により取得した鉛酸バッテリ３の放電電流とリチウムイオンバッテリ４の放電電流とを比較する電流値比較部１２と、電流値比較部１２の比較結果Ｉ１／Ｉ２に基づいて、オルタネータ（発電機）１を駆動して、鉛酸バッテリ及びリチウムイオンバッテリを充電するＡＬＴ制御部（発電機制御部）１４とを含むように構成した。ＥＣＭ１０がこのような構成を備えることにより、上述した本実施形態の電源システム１００の効果を奏することができる。
また、本実施形態の電源システム１００では、電流値比較部１２は、鉛酸バッテリ３の放電電流とリチウムイオンバッテリ４の放電電流との電流比Ｉ１／Ｉ２を求め、ＡＬＴ制御部１４は、この電流比Ｉ１／Ｉ２が所定値以下になってから所定時間経過したとき（第１条件成立時）に、オルタネータ１を駆動するように構成した。このように構成することにより、瞬間的に電流比Ｉ１／Ｉ２が所定値以下になったとしても、放電フェーズから充電フェーズに移行することはない。これにより、電気負荷５０の負荷変動による外乱を排除しつつ、リチウムイオンバッテリ４の利用可能なＳＯＣ範囲を拡大することができる。
また、本実施形態の電源システム１００の制御方法は、電気負荷５０に接続される鉛酸バッテリ（鉛酸蓄電池）３と、電気負荷５０に対して、鉛酸バッテリ３と並列に接続されるリチウムイオンバッテリ（リチウムイオン蓄電池）４と、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４を充電するオルタネータ（発電機）１とを備え、車両に搭載可能な電源システム１００の制御方法であって、鉛酸バッテリ３の放電電流を検出するステップと、リチウムイオンバッテリ４の放電電流を検出するステップと、鉛酸バッテリ３の放電電流とリチウムイオンバッテリ４の放電電流との関係（例えば、これらの電流比Ｉ１／Ｉ２）に基づいて、オルタネータ１を駆動するステップとを有するように構成した。電源システム１００の制御方法をこのように構成することにより、電源システム１００の上述の効果を奏することができる。
（比較例）
以下、第１実施形態の電源システム１００の作用・効果を明確にするために、従来の電源システムの制御について、図６及び図７のタイムチャートを用いて説明する。図６は、比較例の鉛酸バッテリが新品である場合における、鉛酸バッテリ及びリチウムイオンバッテリが放電フェーズから充電フェーズに移行する際の物理量の変化を示すタイムチャートである。
図６（ａ）〜図６（ｄ）のタイムチャートに示すように、これらの物理量は、図３（ａ）〜図３（ｄ）に示す第１実施形態の電源システム１００のタイムチャートと概ね同様である。具体的には、本比較例の電源システムでは、図６（ｃ）に示すように、リチウムイオンバッテリのＳＯＣが鉛酸バッテリの制約によるＳＯＣ下限値に到達すると、オルタネータが駆動されて、鉛酸バッテリ及びリチウムイオンバッテリは、放電フェーズから充電フェーズに移行する。
このように、鉛酸バッテリが新品又は新品同様の場合には、図６（ｂ）に示すように、鉛酸バッテリの放電電流とリチウムイオンバッテリの放電電流が第１実施形態の場合と概ね同様の状態で推移する。この場合には、第１実施形態の電源システム１００と比較例の電源システムで同様の効果を奏することとなる。
次に、比較例における鉛酸バッテリが劣化した場合について説明する。図７は、比較例の鉛酸バッテリが劣化した場合における、鉛酸バッテリ及びリチウムイオンバッテリが放電フェーズから充電フェーズに移行する際の物理量の変化を示すタイムチャートである。図７（ａ）〜図７（ｄ）は、それぞれ図６（ａ）〜図６（ｄ）に対応する。
比較例の電源システムでは、鉛酸バッテリが新品又は新品同様の場合と同様に、図７（ｃ）に示すように、リチウムイオンバッテリのＳＯＣが鉛酸バッテリの制約によるＳＯＣ下限値に到達すると、オルタネータが駆動されて、鉛酸バッテリ及びリチウムイオンバッテリは、放電フェーズから充電フェーズに移行する。
第１実施形態の電源システム１００の動作においても説明したが、鉛酸バッテリが劣化している場合には、鉛酸バッテリは十分な放電電流を出力することができない。そのため、電気負荷の要求が大きい場合には、リチウムイオンバッテリは、鉛酸バッテリが新品又は新品同様の場合と比べて、より多くの放電電流を出力することとなる。この場合、リチウムイオンバッテリのＳＯＣは、鉛酸バッテリが新品又は新品同様の場合と比べて、早く低下していくので、リチウムイオンバッテリのＳＯＣが鉛酸バッテリの制約によるＳＯＣ下限値に到達するまでの時間が短くなる。このように、鉛酸バッテリの制約によるＳＯＣ下限値で放電フェーズから充電フェーズに移行する制御を行うことにより、オルタネータのＯＮ／ＯＦＦを繰り返すこととなる。
従来の充放電切替制御では、劣化した鉛酸バッテリの放電電流を増やすことができないので、図７（ｂ）に示すように、リチウムイオンバッテリは、電源システムの電気負荷の要求により、新品又は新品同様時に比べて、大きい放電電流を出し続けることとなる。したがって、第１実施形態の電源システム１００による充放電切替処理における制御と異なり、放電電流の比、すなわち、（リチウムイオンバッテリの放電電流）／（鉛酸バッテリの放電電流）は、所定値まで低下することがない。
このように、従来の充放電切替制御では、鉛酸バッテリが新品又は新品同様の状態においては、リチウムイオンバッテリのＳＯＣ（すなわち、放電電流量）をある程度有効に利用することができる。しかしながら、鉛酸バッテリが劣化してくると、鉛酸バッテリの放電電流が小さくなるため、リチウムイオンバッテリのＳＯＣをまだ利用することができても、鉛酸バッテリ及びリチウムイオンバッテリは、放電フェーズから充電フェーズに移行することとなる。
なお、鉛酸バッテリは、その物理特性上、新品又は新品同様の場合には、内部抵抗が低いので、充電フェーズにおいてある程度の大電流の充電電流を受け入れることができる。しかしながら、鉛酸バッテリの劣化後には、そのような大電流を受け入れることができなくなる。また、鉛酸バッテリは、大電流での充放電を繰り返すことにより、早期に劣化する傾向がある。そのため、第１実施形態の電源システム１００では、特に、鉛酸バッテリの劣化時に、リチウムイオンバッテリのＳＯＣの使用範囲（制御範囲）を有効に利用することにより、鉛酸バッテリ及びリチウムイオンバッテリの充放電の繰り返しを抑制することができる。
（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態について、第１実施形態との相違点を主として説明する。なお、本実施形態では、前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。また、本実施形態の電源システムの機能構成については、第１実施形態と同様であるので、図２の機能ブロック図を用いて、適宜説明する。
上述の第１実施形態では、電源システム１００は、リチウムイオンバッテリ４の放電電流と鉛酸バッテリ３の放電電流の比（電流比）が所定値以下になり、その状態が所定時間続いた場合（第１条件が成立した場合）に、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４を放電フェーズから充電フェーズに切り替えるように制御していた。第２実施形態では、第１実施形態で適用した第１条件を満たした後、リチウムイオンバッテリ４の放電電流が所定の閾値を越えた場合に、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４を放電フェーズから充電フェーズに切り替える点で第１実施形態とは異なる。
図８は、本発明の第２実施形態における電源システム１０１の全体構成を示すブロック図である。本実施形態の電源システム１０１は、鉛酸バッテリ経路リレー４１に対して、スタータ２が鉛酸バッテリ３側に接続されている点で第１実施形態の電源システム１００と相違する。そのため、車両の始動やアイドルストップからの復帰においては、第１実施形態の電源システム１００と第２実施形態の電源システム１０１でその制御が異なる。しかしながら、本発明の充放電切替制御においては、いずれの電源システム１００、１０１であっても、オルタネータ１に対して、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４が並列に接続されているので、鉛酸バッテリ経路リレー４１及びリチウムイオンバッテリ付属リレー４２については同様のスイッチング動作となる。
第１実施形態の電源システム１００と同様に、本実施形態の電源システム１０１は、図８に示すように、オルタネータ１と、スタータ２と、リチウムイオンバッテリ４と、ＭＯＳＦＥＴ４０と、電気負荷５０と、ＥＣＭ１０と、ＬＢＣ２０と、２つの電流センサ３１、３２と、鉛酸バッテリ経路リレー４１と、リチウムイオンバッテリ付属リレー４２とを備える。
次に、本実施形態の電源システム１０１の動作を説明する。図９は、第２実施形態の電源システム１０１のＥＣＭ１０により実行される充放電切替処理の一例を示すフローチャートである。第１実施形態の充放電切替処理と同様のステップについては、同じステップ番号を付し、同様の処理については簡単に説明する。この充放電切替処理は、電源システム１０１を搭載する車両の起動中、所定の時間間隔（例えば、１０ミリ秒毎に）で実行される。
この充放電切替処理では、ＥＣＭ１０は、まず、電源システム１０１が起動中であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。電源システム１０１が起動していないと判定した場合には、ＥＣＭ１０は、そのままこの充放電切替処理を終了する。
一方、電源システム１０１が起動していると判定した場合には、ＥＣＭ１０は、電流センサ３２を用いて、リチウムイオンバッテリ４の放電電流Ｉ１を検出するとともに（ステップＳ１０２）、電流センサ３１を用いて、鉛酸バッテリ３の放電電流Ｉ２を検出する（ステップＳ１０３）。そして、電流値取得部１１は、これらの放電電流Ｉ１、Ｉ２を取得する。
次いで、ＥＣＭ１０の電流値比較部１２は、放電電流の比である電流比Ｉ１／Ｉ２を演算し、その演算結果をＡＬＴ制御部１４に出力する。ＡＬＴ制御部１４は、電流値比較部１２から取得した電流比Ｉ１／Ｉ２が所定値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。電流比Ｉ１／Ｉ２が所定値よりも大きいと判定した場合には、ＡＬＴ制御部１４は、まだ放電フェーズであると判断し（ステップＳ１０８）、そのままこの充放電切替処理を終了する。
一方、電流比Ｉ１／Ｉ２が所定値以下であると判定した場合には、ＡＬＴ制御部１４は、タイマ１３を用いて、電流比Ｉ１／Ｉ２が所定値以下になったときからの経過時間を計測する。そして、ＡＬＴ制御部１４は、この経過時間が所定時間に到達したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。経過時間が所定時間に到達していないと判定した場合には、ＡＬＴ制御部１４は、ステップＳ１０４、Ｓ１０５の判定を繰り返す。
電流比Ｉ１／Ｉ２が所定値以下になって所定時間が経過したと判定した場合には、ＡＬＴ制御部１４は、続いて、リチウムイオンバッテリ４の放電電流Ｉ１が第１閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２０１）。放電電流Ｉ１が第１閾値よりも大きいと判定した場合には、ＡＬＴ制御部１４は、充電フェーズに移行すべきと判断し（ステップＳ１０６）、オルタネータ１を駆動（ＯＮ）して（ステップＳ１０７）、この充放電切替処理を終了する。
一方、放電電流Ｉ１が第１閾値以下であると判定した場合には、ＡＬＴ制御部１４は、まだリチウムイオンバッテリ４の放電電流を利用することができるので、放電フェーズであると判断し（ステップＳ１０８）、そのままこの充放電切替処理を終了する。
ここで、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４の充放電の切替タイミングを決定するための第１閾値について説明する。図１０は、本実施形態における鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４の充放電の切替タイミングを示すグラフである。本実施形態では、図９に示す充放電切替処理において、電流比Ｉ１／Ｉ２が所定値以下になり（ステップＳ１０４で「Ｙｅｓ」）、所定時間が経過するとともに（ステップＳ１０５で「Ｎｏ」）、リチウムイオンバッテリ４の放電電流が第１閾値より大きくなると（ステップＳ２０１で「Ｙｅｓ」）、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４は、放電フェーズから充電フェーズに移行される（ステップＳ１０６）。
本実施形態では、第１閾値は、以下のような式（１）に示す一次関数で決定される。
（第１閾値）＝α×（リチウムイオンバッテリのＳＯＣ）＋β （３）
ここで、定数αは正の値であり、放電−充電遷移直線の傾きを示す。また、定数βは、リチウムイオンバッテリ４のＳＯＣが０のときの仮想の電流値である。これらの定数α、βは、シミュレーションや実験等により、システム構成に基づいて決定されればよい。
本実施形態では、ＡＬＴ制御部１４は、電流比Ｉ１／Ｉ２が所定値以下になってから所定時間経過したと判定した場合には、さらに、このような放電−充電遷移直線を放電領域から充電領域に遷移していると判定したときのみ、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４を放電フェーズから充電フェーズに移行させる。
このように、リチウムイオンバッテリ４の放電電流が一定値ではなく、傾きをもった直線を超えた場合に充放電を切り替えるようにしている理由は、リチウムイオンバッテリ４のＳＯＣが高い程、大きい放電電流に対応することができるからである。
以上説明したように、本実施形態の電源システム１０１では、ＡＬＴ制御部（発電機制御部）１０は、鉛酸バッテリ３の放電電流とリチウムイオンバッテリ４の放電電流の電流比Ｉ１／Ｉ２が所定値以下になってから所定時間経過したとき（第１条件）に、リチウムイオンバッテリ４の放電電流が第１閾値よりも大きい場合に、オルタネータ１を駆動するように構成した。これにより、鉛酸バッテリ３からの放電電流が大きくなったり、鉛酸バッテリ３が過度に放電したりすることを抑制しつつ、リチウムイオンバッテリ４の利用可能なＳＯＣ範囲を拡大することができる。
そして、この第１閾値としては、上記式（３）に示すようなリチウムイオンバッテリ４のＳＯＣと放電電流の一次関数の直線とすればよい。鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４の放電フェーズから充電フェーズへの遷移の制御をこのように構成することにより、リチウムイオンバッテリ４のＳＯＣが高いときには、ある程度大きい放電電流の出力を許容することができる。そして、リチウムイオンバッテリ４のＳＯＣの低下に伴って遷移タイミングとなるリチウムイオンバッテリ４の放電電流を徐々にさげることにより、リチウムイオンバッテリ４のＳＯＣをより有効に利用することができる。
なお、本実施形態の電源システム１０１のハード構成は、各装置の配置の一例を示すものであり、第１実施形態の制御方法に適用することができる。また、第１実施形態の電源システム１００のハード構成は、本実施形態の電源システム１０１の制御方法に適用することもできる。
（第３実施形態）
以下、本発明の第３実施形態について、第１実施形態との相違点を主として説明する。なお、本実施形態では、前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。また、本実施形態の電源システムの機能構成については、第１実施形態と同様であるので、図２の機能ブロック図を用いて、適宜説明する。
上述の第１実施形態では、電源システム１００は、リチウムイオンバッテリ４の放電電流と鉛酸バッテリ３の放電電流の比（電流比）が所定値以下になり、その状態が所定時間続いた場合（第１条件成立の場合）に、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４を放電フェーズから充電フェーズに切り替えるように制御していた。第３実施形態では、第１実施形態で適用した第１条件を満たさない場合であっても、鉛酸バッテリ３の放電電流が所定の閾値を越えた場合には、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４を放電フェーズから充電フェーズに切り替える点で第１実施形態とは異なる。
図１１は、本発明の第３実施形態における電源システム１０２の全体構成を示すブロック図である。本実施形態の電源システム１０２は、リチウムイオンバッテリ４から鉛酸バッテリ３への第１経路を取り除くとともに、その第１経路上に設けられたＭＯＳＦＥＴ４０を取り除いている点で第１実施形態の電源システム１００と相違する。このような構成では、オルタネータ１が駆動された場合、鉛酸バッテリ３には、鉛酸バッテリ経路リレー４１を介して充電電流が供給される。
ＭＯＳＦＥＴ４０を除き、第１実施形態の電源システム１００と同様に、本実施形態の電源システム１０２は、図１１に示すように、オルタネータ１と、スタータ２と、リチウムイオンバッテリ４と、電気負荷５０と、ＥＣＭ１０と、ＬＢＣ２０と、２つの電流センサ３１、３２と、鉛酸バッテリ経路リレー４１と、リチウムイオンバッテリ付属リレー４２とを備える。
次に、本実施形態の電源システム１０２の動作を説明する。図１２は、第３実施形態の電源システム１０２のＥＣＭ１０により実行される充放電切替処理の一例を示すフローチャートである。第１実施形態の充放電切替処理と同様のステップについては、同じステップ番号を付し、同様の処理については簡単に説明する。この充放電切替処理は、電源システム１０２を搭載する車両の起動中、所定の時間間隔（例えば、１０ミリ秒毎に）で実行される。
この充放電切替処理では、ＥＣＭ１０は、まず、電源システム１０２が起動中であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。電源システム１０２が起動していないと判定した場合には、ＥＣＭ１０は、そのままこの充放電切替処理を終了する。
一方、電源システム１０２が起動していると判定した場合には、ＥＣＭ１０は、電流センサ３２を用いて、リチウムイオンバッテリ４の放電電流Ｉ１を検出するとともに（ステップＳ１０２）、電流センサ３１を用いて、鉛酸バッテリ３の放電電流Ｉ２を検出する（ステップＳ１０３）。そして、電流値取得部１１は、これらの放電電流Ｉ１、Ｉ２を取得する。
次いで、ＥＣＭ１０の電流値比較部１２は、放電電流の比である電流比Ｉ１／Ｉ２を演算し、その演算結果をＡＬＴ制御部１４に出力する。ＡＬＴ制御部１４は、電流値比較部１２から取得した電流比Ｉ１／Ｉ２が所定値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。電流比Ｉ１／Ｉ２が所定値以下であると判定した場合には、ＡＬＴ制御部１４は、タイマ１３を用いて、電流比Ｉ１／Ｉ２が所定値以下になったときからの経過時間を計測する。そして、ＡＬＴ制御部１４は、この経過時間が所定時間に到達したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。経過時間が所定時間に到達していないと判定した場合には、ＡＬＴ制御部１４は、ステップＳ１０４、Ｓ１０５の判定を繰り返す。
ステップＳ１０５において、電流比Ｉ１／Ｉ２が所定値以下になって所定時間が経過したと判定した場合には、ＡＬＴ制御部１４は、充電フェーズに移行すべきと判断し（ステップＳ１０６）、オルタネータ１を駆動（ＯＮ）して（ステップＳ１０７）、この充放電切替処理を終了する。
一方、ステップＳ１０４において、電流比Ｉ１／Ｉ２が所定値よりも大きいと判定した場合には、ＡＬＴ制御部１４は、続いて、鉛酸バッテリ３の放電電流Ｉ２が第２閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３０１）。
鉛酸バッテリ３の放電電流Ｉ２が第２閾値よりも大きいと判定した場合には、ＡＬＴ制御部１４は、充電フェーズに移行すべきと判断し（ステップＳ１０６）、オルタネータ１を駆動（ＯＮ）して（ステップＳ１０７）、この充放電切替処理を終了する。
一方、鉛酸バッテリ３の放電電流Ｉ２が第２閾値以下であると判定した場合には、ＡＬＴ制御部１４は、まだ放電フェーズであると判断し（ステップＳ１０８）、そのままこの充放電切替処理を終了する。
ここで、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４の充放電の切替タイミングを決定するための第２閾値について説明する。図１３は、本実施形態における鉛酸バッテリ３の充放電の切替タイミングを示すグラフである。本実施形態では、図１２に示す充放電切替処理において、電流比Ｉ１／Ｉ２が所定値よりも大きい場合であっても（ステップＳ１０４で「Ｎｏ」）、鉛酸バッテリ３の放電電流Ｉ２が第２閾値よりも大きいと判定した場合には（ステップＳ３０１で「Ｙｅｓ」）、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４は、放電フェーズから充電フェーズに移行される（ステップＳ１０６）。
この第２閾値は、鉛酸バッテリ３の最大許容放電電流に基づいて決定されるものであり、最大許容放電電流のどの程度の割合にすべきかについては、シミュレーションや実験等により決定すればよい。また、第２閾値は、図１３に示すように、鉛酸バッテリ３のＳＯＣにかかわらず、一定の値であればよい。
以上説明したように、本実施形態の電源システム１０２では、ＡＬＴ制御部１４（発電機制御部）は、鉛酸バッテリ３の放電電流とリチウムイオンバッテリ４の放電電流の電流比Ｉ１／Ｉ２が所定値よりも大きいときであっても、鉛酸バッテリ３の放電電流が第２閾値よりも大きい場合には、オルタネータ１（発電機）を駆動するように構成した。これにより、鉛酸バッテリ３からの放電電流が大きくなったり、鉛酸バッテリ３が過度に放電したりすることを抑制しつつ、リチウムイオンバッテリ４の利用可能なＳＯＣ範囲を拡大することができる。特に、鉛酸バッテリ３の放電電流の上限値を設定したことにより、鉛酸バッテリ３が過度に放電して劣化してしまうのを効果的に防止することができる。
なお、本実施形態の電源システム１０２のハード構成は、各装置の配置の一例を示すものであり、第１実施形態及び第２実施形態の制御方法に適用することができる。また、第１実施形態の電源システム１００のハード構成及び第２実施形態の電源システム１０１のハード構成は、本実施形態の電源システム１０２の制御方法に適用することもできる。
（第４実施形態）
以下、本発明の第４実施形態について、第１及び第３実施形態との相違点を主として説明する。なお、本実施形態では、前述した第３実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。また、本実施形態の電源システムの機能構成については、第１実施形態と同様であるので、図２の機能ブロック図を用いて、適宜説明する。
上述の第１実施形態では、電源システム１００は、リチウムイオンバッテリ４の放電電流と鉛酸バッテリ３の放電電流の比（電流比）が所定値以下になり、その状態が所定時間続いた場合（第１条件成立の場合）に、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４を放電フェーズから充電フェーズに切り替えるように制御していた。また、第３実施形態では、第１実施形態で適用した第１条件を満たさない場合であっても、鉛酸バッテリ３の放電電流が所定の閾値を越えた場合には、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４を放電フェーズから充電フェーズに切り替えるように制御していた。第４実施形態では、第１実施形態で適用した第１条件を満たさない場合であっても、リチウムイオンバッテリ４の放電電流が所定の閾値を越えた場合には、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４を放電フェーズから充電フェーズに切り替えるように制御する点で第１及び第３実施形態とは異なる。
図１４は、本発明の第４実施形態における電源システム１０３の全体構成を示すブロック図である。本実施形態の電源システム１０３は、鉛酸バッテリ経路リレー４１に対して、スタータ２が鉛酸バッテリ３側に接続されている点で第３実施形態の電源システム１０２と相違する。車両の始動やアイドルストップからの復帰においては、第３実施形態の電源システム１０２と第４実施形態の電源システム１０３でその制御が異なる。しかしながら、本発明の充放電切替制御においては、いずれの電源システム１０２、１０３であっても、オルタネータ１に対して、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４が並列に接続されているので、鉛酸バッテリ経路リレー４１及びリチウムイオンバッテリ付属リレー４２については同様のスイッチング動作となる。
第３実施形態の電源システム１０２と同様に、本実施形態の電源システム１０３は、図１４に示すように、オルタネータ１と、スタータ２と、リチウムイオンバッテリ４と、電気負荷５０と、ＥＣＭ１０と、ＬＢＣ２０と、２つの電流センサ３１、３２と、鉛酸バッテリ経路リレー４１と、リチウムイオンバッテリ付属リレー４２とを備える。
次に、本実施形態の電源システム１０３の動作を説明する。図１５は、第４実施形態の電源システム１０３のＥＣＭ１０により実行される充放電切替処理の一例を示すフローチャートである。第１実施形態の充放電切替処理と同様のステップについては、同じステップ番号を付し、同様の処理については簡単に説明する。この充放電切替処理は、電源システム１０３を搭載する車両の起動中、所定の時間間隔（例えば、１０ミリ秒毎に）で実行される。
この充放電切替処理では、ＥＣＭ１０は、まず、電源システム１０３が起動中であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。電源システム１０３が起動していないと判定した場合には、ＥＣＭ１０は、そのままこの充放電切替処理を終了する。
一方、電源システム１０３が起動していると判定した場合には、ＥＣＭ１０は、電流センサ３２を用いて、リチウムイオンバッテリ４の放電電流Ｉ１を検出するとともに（ステップＳ１０２）、電流センサ３１を用いて、鉛酸バッテリ３の放電電流Ｉ２を検出する（ステップＳ１０３）。そして、電流値取得部１１は、これらの放電電流Ｉ１、Ｉ２を取得する。
次いで、ＥＣＭ１０の電流値比較部１２は、放電電流の比である電流比Ｉ１／Ｉ２を演算し、その演算結果をＡＬＴ制御部１４に出力する。ＡＬＴ制御部１４は、電流値比較部１２から取得した電流比Ｉ１／Ｉ２が所定値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。電流比Ｉ１／Ｉ２が所定値以下であると判定した場合には、ＡＬＴ制御部１４は、タイマ１３を用いて、電流比Ｉ１／Ｉ２が所定値以下になったときからの経過時間を計測する。そして、ＡＬＴ制御部１４は、この経過時間が所定時間に到達したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。経過時間が所定時間に到達していないと判定した場合には、ＡＬＴ制御部１４は、ステップＳ１０４、Ｓ１０５の判定を繰り返す。
ステップＳ１０５において、電流比Ｉ１／Ｉ２が所定値以下になって所定時間が経過したと判定した場合には、ＡＬＴ制御部１４は、充電フェーズに移行すべきと判断し（ステップＳ１０６）、オルタネータ１を駆動（ＯＮ）して（ステップＳ１０７）、この充放電切替処理を終了する。
一方、ステップＳ１０４において、電流比Ｉ１／Ｉ２が所定値よりも大きいと判定した場合には、ＡＬＴ制御部１４は、続いて、リチウムイオンバッテリ４の放電電流Ｉ１が第３閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ４０１）。
リチウムイオンバッテリ４の放電電流Ｉ１が第３閾値よりも大きいと判定した場合には、ＡＬＴ制御部１４は、充電フェーズに移行すべきと判断し（ステップＳ１０６）、オルタネータ１を駆動（ＯＮ）して（ステップＳ１０７）、この充放電切替処理を終了する。
一方、リチウムイオンバッテリ４の放電電流Ｉ１が第３閾値以下であると判定した場合には、ＡＬＴ制御部１４は、まだ放電フェーズであると判断し（ステップＳ１０８）、そのままこの充放電切替処理を終了する。
ここで、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４の充放電の切替タイミングを決定するための第３閾値について説明する。図１６は、本実施形態におけるリチウムイオンバッテリ４の充放電の切替タイミングを示すグラフである。本実施形態では、図１５に示す充放電切替処理において、電流比Ｉ１／Ｉ２が所定値よりも大きい場合であっても（ステップＳ１０４で「Ｎｏ」）、リチウムイオンバッテリ４の放電電流Ｉ１が第３閾値よりも大きいと判定した場合には（ステップＳ４０１で「Ｙｅｓ」）、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４は、放電フェーズから充電フェーズに移行される（ステップＳ１０６）。
この第３閾値は、リチウムイオンバッテリ４の最大許容放電電流等に基づいて決定されるものであり、最大許容放電電流のどの程度の数値にすべきかについては、シミュレーションや実験等により決定されればよい。また、第３閾値は、図１６に示すように、リチウムイオンバッテリ４のＳＯＣにかかわらず、一定の値であればよい。
図１６には、第２実施形態を説明する際に用いた図１０のグラフの第１閾値の遷移直線が点線にて示される。図１６の例では、リチウムイオンバッテリ４のＳＯＣが高い部分では、第３閾値よりも第１閾値が大きくなっている。しかしながら、リチウムイオンバッテリ４のＳＯＣが１００％のときに、第１閾値と第３閾値が同じ値となるように設定されてもよい。
以上説明したように、本実施形態の電源システム１０３では、ＡＬＴ制御部１４（発電機制御部）は、鉛酸バッテリ３の放電電流とリチウムイオンバッテリ４の放電電流の電流比Ｉ１／Ｉ２が所定値よりも大きいときであっても、リチウムイオンバッテリ４の放電電流が第２実施形態の第１閾値よりも大きい第３閾値よりも大きい場合には、オルタネータ１（発電機）を駆動するように構成した。これにより、鉛酸バッテリ３からの放電電流が大きくなったり、リチウムイオンバッテリ４が過度に放電したりすることを抑制しつつ、リチウムイオンバッテリ４の利用可能なＳＯＣ範囲を拡大することができる。特に、リチウムイオンバッテリ４の放電電流の上限値を設定したことにより、リチウムイオンバッテリ４が過度に放電して劣化してしまうのを効果的に防止することができる。
なお、本実施形態の電源システム１０３のハード構成は、各装置の配置の一例を示すものであり、第１実施形態〜第３実施形態のいずれの制御方法にも適用することができる。また、第１実施形態の電源システム１００のハード構成、第２実施形態の電源システム１０１のハード構成、及び第３実施形態の電源システム１０２のハード構成は、本実施形態の電源システム１０３の制御方法に適用することもできる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
第１及び第２実施形態では、リチウムイオンバッテリ４から鉛酸バッテリ３に接続する第１経路上に１つのＭＯＳＦＥＴ４０を設けていたが、本発明は、このような構成には限定されない。例えば、この第１経路上には、内蔵されるダイオードが互いに対向する２つのＭＯＳＦＥＴ４０が設けられていてもよく、あるいは、単に１つのダイオードのみが設けられてもよい。
なお、上述の第２実施形態から第４実施形態の制御方法については、必要に応じて、適宜組み合わせて実施することもできる。これ
により、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４の劣化を防止しつつ、効率よく利用することができる。
また、上述の第１実施形態から第４実施形態では、鉛酸バッテリ３の放電電流とリチウムイオンバッテリ４の放電電流の比（電流比）に基づいて、鉛酸バッテリ３及びリチウムイオンバッテリ４は、放電フェーズから充電フェーズに移行するように構成していた。しかしながら、本発明は、このような構成に限らない。例えば、システム電流、すなわち、鉛酸バッテリ３の放電電流及びリチウムイオンバッテリの放電電流の総電流（総電流量）と、鉛酸バッテリ３の放電電流とリチウムイオンバッテリの放電電流との差（電流差）とに基づいて、放電フェーズから充電フェーズへの移行タイミングの第１条件の成立の可否を決定するように構成してもよい。
本願は、２０１６年１月１２日に日本国特許庁に出願された特願２０１６−００３７０２に基づく優先権を主張し、この出願のすべての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (8)

  1. 異なる充放電特性を有する２つの二次電池を備え、車両に搭載可能な電源システムであって、
    電気負荷に接続される鉛酸蓄電池と、
    前記電気負荷に対して、前記鉛酸蓄電池と並列に接続されるリチウムイオン蓄電池と、
    前記鉛酸蓄電池及び前記リチウムイオン蓄電池を充電する発電機と、
    前記鉛酸蓄電池の放電電流と前記リチウムイオン蓄電池の放電電流との関係に基づいて、前記発電機を駆動する制御部と、
    を備える、電源システム。
  2. 請求項１に記載の電源システムであって、
    前記制御部は、
    前記鉛酸蓄電池の放電電流と前記リチウムイオン蓄電池の放電電流を取得する電流値取得部と、
    前記電流値取得部により取得した前記鉛酸蓄電池の放電電流と前記リチウムイオン蓄電池の放電電流とを比較する電流値比較部と、
    前記電流値比較部の比較結果に基づいて、前記発電機を駆動して、前記鉛酸蓄電池及び前記リチウムイオン蓄電池を充電する発電機制御部と、
    を含む、電源システム。
  3. 請求項２に記載の電源システムであって、
    前記電流値比較部は、前記鉛酸蓄電池の放電電流と前記リチウムイオン蓄電池の放電電流との電流比を求め、
    前記発電機制御部は、前記電流比が所定値以下になってから所定時間経過したときに、前記発電機を駆動する、
    電源システム。
  4. 請求項３に記載の電源システムであって、
    前記発電機制御部は、前記電流比が前記所定値以下になってから前記所定時間経過したときに、前記リチウムイオン蓄電池の放電電流が第１閾値よりも大きい場合に、前記発電機を駆動する、
    電源システム。
  5. 請求項３又は請求項４に記載の電源システムであって、
    前記発電機制御部は、前記電流比が前記所定値よりも大きいときであっても、前記鉛酸蓄電池の放電電流が第２閾値よりも大きい場合には、前記発電機を駆動する、
    電源システム。
  6. 請求項４に記載の電源システムであって、
    前記発電機制御部は、前記電流比が前記所定値よりも大きいときであっても、前記リチウムイオン蓄電池の放電電流が前記第１閾値よりも大きい第３閾値よりも大きい場合には、前記発電機を駆動する、
    電源システム。
  7. 請求項５に記載の電源システムであって、
    前記発電機制御部は、
    前記電流比が前記所定値以下になってから前記所定時間経過したときに、前記リチウムイオン蓄電池の放電電流が第１閾値よりも大きい場合に、前記発電機を駆動するとともに、
    前記電流比が前記所定値よりも大きいときであっても、前記リチウムイオン蓄電池の放電電流が前記第１閾値よりも大きい第３閾値よりも大きい場合には、前記発電機を駆動する、
    電源システム。
  8. 鉛酸蓄電池と、リチウムイオン蓄電池と、発電機とを備え、車両に搭載可能な電源システムの制御方法であって、
    前記鉛酸蓄電池の放電電流を検出するステップと、
    前記リチウムイオン蓄電池の放電電流を検出するステップと、
    前記鉛酸蓄電池の放電電流と前記リチウムイオン蓄電池の放電電流との関係に基づいて、前記発電機を駆動するステップと
    を有する、電源システムの制御方法。
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