JP2020183161A - 電源装置、電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】車両挙動に影響及ぼすことなく第２蓄電池の内部抵抗を適正に算出できる電源装置及び電源システムを提供すること。【解決手段】所定条件に応じてエンジン３０の自動停止及び再始動を行う車両に搭載され、回転電機１０に対して並列接続され、エンジンの初回始動時の電力供給に使用される第１蓄電池１１と、エンジンの自動停止後の再始動の際の電力供給に使用される第２蓄電池１２と、を備える電源システム１００に適用される電源装置４０であって、エンジン３０の初回始動後において、当該回転電機の効率が所定以下となる低効率状態下で、第２蓄電池からの電力供給により回転電機を力行駆動状態とする駆動制御部と、駆動制御部により低効率状態下で回転電機を力行駆動状態とした場合に、第２蓄電池の内部抵抗を算出する抵抗算出部と、を備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、車両に搭載される電源システム、及びこの電源システムに適用される電源装置に関するものである。

車両に搭載される電源システムとして、電源として第１蓄電池（サブバッテリ）と、第２蓄電池（メインバッテリ）との２つのバッテリが搭載された構成が知られている。これら２つの蓄電池は、リレーを介して並列接続されており、第２蓄電池には、スタータおよびモータジェネレータが接続され、第１蓄電池には、電圧降下が許容されない各種電気負荷が接続されている。

また、燃費向上やガス排出量の低減を目的として、所定の自動停止条件の成立によりエンジンを自動停止させ、その後の所定の再始動条件が成立した場合に、エンジンを再始動させるアイドリングストップ制御を行う電源システムが知られている。この電源システムでは、エンジンを初回始動させる際には、第１蓄電池の電力を用いてモータジェネレータを駆動し、エンジンを再始動させる際には、第２蓄電池の電力を用いてモータジェネレータを駆動する。

特許文献１に記載の技術では、エンジンの再始動失敗の回避を目的として、第１蓄電池による初回始動後に、第２蓄電池の内部抵抗を算出する電源システムが開示されている。この電源システムでは、例えば動力アシストの開始時など、第２蓄電池に所定以上の電流を通電した状態で、第２蓄電池の内部抵抗を算出し、その内部抵抗が所定の閾値未満であることを条件に、第２蓄電池からの電力供給によるエンジンの再始動を許可する。これにより、エンジンの再始動が適正に実施されないことを抑制している。

特開２０１７−２５７０９号公報

第２蓄電池に通電される電流が大きくないと、再始動時における第２蓄電池の内部抵抗を適正に算出できない。例えば、動力アシスト時に流れる電流は再始動時に流れる電流よりも小さいため、動力アシスト時に流れる電流を用いて、再始動時における第２蓄電池の内部抵抗を適正に算出できない問題があった。一方、再始動時における第２蓄電池の内部抵抗を算出するために、動力アシスト時に流れる電流を再始動時に流れる電流と同程度まで大きくすると、車両への動力付与が過大となり、車両挙動に影響を及ぼす問題があった。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両挙動に影響及ぼすことなく第２蓄電池の内部抵抗を適正に算出できる電源装置及び電源システムを提供することにある。

上記課題を解決するための第１の手段は、所定条件に応じてエンジンの自動停止及び再始動を行う車両に搭載され、回転電機に対して並列接続され、前記エンジンの初回始動時の電力供給に使用される第１蓄電池と、前記エンジンの自動停止後の再始動の際の電力供給に使用される第２蓄電池と、を備える電源システムに適用される電源装置であって、前記エンジンの初回始動後において、当該回転電機の効率が所定以下となる低効率状態下で、前記第２蓄電池からの電力供給により前記回転電機を力行駆動状態とする駆動制御部と、前記駆動制御部により前記低効率状態下で前記回転電機を力行駆動状態とした場合に、前記第２蓄電池の内部抵抗を算出する抵抗算出部と、を備える。

アイドリングストップ機能を備える車両では、第１蓄電池の電力を用いた初回始動の後、第２蓄電池の電力を用いた再始動が適宜行われる。この場合、第２蓄電池の劣化等の状態を把握した上で、エンジンの自動停止が行われることが望ましい。この点、上記構成では、回転電機の効率が所定以下となる低効率状態で、第２蓄電池からの電力供給により回転電機を力行駆動状態とした場合に、第２蓄電池の内部抵抗を算出するようにした。なお、「力行駆動状態」には、回転電機の電機子巻線に対して力行動作を行わせるべく通電を行う状態に加え、力行動作が生じない状態での通電を行う状態が含まれる。

低効率状態下で回転電機を力行駆動状態とすることにより、低効率状態でない条件下で回転電機を力行駆動状態とする場合に比べて、車両への動力を増大させない状態にしつつ第２蓄電池に流れる電流を増大させることができる。つまり、例えば動力アシスト時であっても、車両の動力増加を抑制しつつ、再始動時と同じレベルまで第２蓄電池に流れる電流を増大させることができる。これにより、車両駆動に影響を及ぼすことなく、第２蓄電池の内部抵抗を適正に算出できる。

第２の手段では、前記回転電機は、前記車両の走行時において、所定のアシスト条件が成立した場合に動力アシストを行うものであり、前記駆動制御部は、前記アシスト条件が成立しない場合に、前記低効率状態下で前記回転電機を力行駆動状態とする。

回転電機は、所定のアシスト条件が成立した場合に動力アシストを行い、アシスト条件が成立しない場合に動力アシストを行わない。上記構成によれば、この動力アシストを行わない回転電機の休止期間に、低効率状態で回転電機を力行駆動状態とし、第２蓄電池の内部抵抗を算出する。これにより、休止期間の回転電機を有効活用して、第２蓄電池の内部抵抗を適正に算出できる。

第３の手段では、前記駆動制御部は、エンジン回転数が所定回転数よりも大きい場合に、前記低効率状態であるとして前記回転電機を力行駆動状態とする。

エンジン回転数が所定回転数よりも大きい場合、所定回転数よりも小さい場合に比べて、車両への動力付与によるエンジン回転数の上昇量が抑制される。つまり、回転電機の効率が所定以下となる低効率状態となる。そのため、エンジン回転数が所定回転数よりも大きい場合に第２蓄電池の内部抵抗を算出することで、車両駆動に影響を及ぼすことなく、第２蓄電池の内部抵抗を適正に算出できる。

第４の手段では、前記駆動制御部は、前記回転電機の温度が所定温度よりも高温である場合に、前記低効率状態であるとして前記回転電機を力行駆動状態とする。

回転電機の温度が所定温度よりも高温である場合、回転電機における熱損失により、所定温度よりも小さい場合に比べて、車両への動力付与によるエンジン回転数の上昇量が抑制される。つまり、回転電機の効率が所定以下となる低効率状態となる。そのため、回転電機の温度が所定温度よりも高温である場合に第２蓄電池の内部抵抗を算出することで、車両駆動に影響を及ぼすことなく、第２蓄電池の内部抵抗を適正に算出できる。

第５の手段では、前記駆動制御部は、前記回転電機のｄ軸及びｑ軸のうちｄ軸にのみ電流を流した状態で前記回転電機を力行駆動状態とする。

回転電機のｄ軸にのみ電流が流れる状態では、回転電機にトルクが発生しないため、エンジン回転数の上昇量が抑制される。つまり、回転電機の効率が所定以下となる低効率状態となる。そのため、回転電機のｄ軸にのみ電流が流れる状態で、第２蓄電池の内部抵抗を算出することで、車両駆動に影響を及ぼすことなく、第２蓄電池の内部抵抗を適正に算出できる。

第６の手段では、前記抵抗算出部により算出した前記内部抵抗に基づいて、前記第２蓄電池からの電力供給による前記再始動を許可するか否かを判定する再始動判定部を備える。

上記構成によれば、第２蓄電池の劣化等の状態を把握した上で、アイドリングストップ制御を適正に実施できる。

第７の手段では、所定条件に応じてエンジンの自動停止及び再始動を行う車両に搭載される電源システムであって、回転電機と、前記回転電機に対して並列接続され、前記エンジンの初回始動時の電力供給に使用される第１蓄電池と、前記エンジンの自動停止後の再始動の際の電力供給に使用される第２蓄電池と、前記エンジンの初回始動後において、当該回転電機の効率が所定以下となる低効率状態下で、前記第２蓄電池からの電力供給により前記回転電機を力行駆動状態とする駆動制御部と、前記駆動制御部により前記低効率状態下で前記回転電機を力行駆動状態とした場合に、前記第２蓄電池の内部抵抗を算出する抵抗算出部と、を備える。

上記構成では、回転電機の効率が所定以下となる低効率状態で、第２蓄電池からの電力供給により回転電機を力行駆動状態とした場合に、第２蓄電池の内部抵抗を算出する。これにより、車両への動力を増大させない状態にしつつ第２蓄電池に流れる電流を増大させることができ、車両駆動に影響を及ぼすことなく、第２蓄電池の内部抵抗を適正に算出できる。

電源システムの概略構成図。 第１実施形態に係る制御処理の手順を示すフローチャート。 制御処理の一例を示すタイムチャート。 差分電流と差分電圧との関係を示す図。 回転電機の回転数と回転電機のトルクとの関係を示す図。 第２実施形態に係る制御処理の手順を示すフローチャート。 回転電機の温度と回転電機の熱損失との関係を示す図。 第３実施形態に係る制御処理の手順を示すフローチャート。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の電源システム１００が搭載される車両は、エンジン３０を駆動源として走行するものであり、いわゆるアイドリングストップ機能を有している。

（第１実施形態）
図１に示すように、電源システム１００は、回転電機１０、鉛蓄電池１１、リチウムイオン蓄電池１２、スタータ１３、電気負荷１４、電流検出部１５、電圧検出部１６、第１スイッチ２１、第２スイッチ２２、第３スイッチ２３を備えている。このうち、リチウムイオン蓄電池１２、第１スイッチ２１及び第２スイッチ２２は、図示しない筐体（収容ケース）に収容されることで一体化され、電池ユニットＵとして構成されている。なお、本実施形態において、鉛蓄電池１１が「第１蓄電池」に相当し、リチウムイオン蓄電池１２が「第２蓄電池」に相当する。

電池ユニットＵには外部端子として第１端子Ｔ１、第２端子Ｔ２が設けられている。第１端子Ｔ１には鉛蓄電池１１と電気負荷１４とが接続され、第２端子Ｔ２には回転電機１０とスタータ１３が接続されている。なお、端子Ｔ１，Ｔ２はいずれも回転電機１０の入出力の電流が流れる大電流入出力端子となっている。

回転電機１０の回転軸は、図示しないエンジン出力軸に対してベルト等により駆動連結されており、エンジン出力軸の回転によって回転電機１０の回転軸が回転する一方、回転電機１０の回転軸の回転によってエンジン出力軸が回転する。この場合、回転電機１０は、エンジン出力軸や車軸の回転により発電（回生発電）を行う発電機能と、エンジン出力軸に動力を付与する力行機能とを備えている。なお回転電機１０には、例えばＩＳＧ（Integrated Starter Generator）が使用される。

鉛蓄電池１１とリチウムイオン蓄電池１２とは回転電機１０に対して並列に電気接続されており、回転電機１０の発電電力により各蓄電池１１，１２の充電が可能となっている。また、回転電機１０は、各蓄電池１１，１２からの給電によりエンジン３０への動力の付与（力行動作）を行うものとなっている。

鉛蓄電池１１は周知の汎用蓄電池である。例えば、鉛蓄電池１１の正極活物質には二酸化鉛（ＰｂＯ２）、負極活物質には鉛（Ｐｂ）が用いられる。また、電解液には硫酸（Ｈ２ＳＯ４）が用いられる。そして、これらの電極から構成された複数の電池セルを直列接続することで鉛蓄電池１１が構成されている。なお、本実施形態では、鉛蓄電池１１の蓄電容量がリチウムイオン蓄電池１２の蓄電容量よりも大きくなるように設定されている。

リチウムイオン蓄電池１２は、鉛蓄電池１１に比べて、未使用状態（新品）における内部抵抗ＲＬが小さく、また、充放電における電力損失が少なく、出力密度、及びエネルギ密度の高い（電力受け入れ性の高い）高密度蓄電池である。

例えば、リチウムイオン蓄電池１２の正極活物質には、リチウムを含む酸化物（リチウム金属複合酸化物）が用いられる。具体例としては、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４等が挙げられる。リチウムイオン蓄電池１２の負極活物質には、カーボン（Ｃ）やグラファイト、チタン酸リチウム（例えばＬｉｘＴｉＯ２）、Ｓｉ又はＳｕを含有する合金等が用いられる。リチウムイオン蓄電池１２の電解液には有機電解液が用いられる。そして、これらの電極から構成された複数の電池セルを直列接続することでリチウムイオン蓄電池１２が構成されている。

なお、図１中の符号１１ａ，１２ａは、鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２の電池セル集合体を表し、符号１１ｂ，１２ｂは鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗を表している。また、以下の説明において、蓄電池の開放電圧Ｖ０とは、電池セル集合体１１ａ，１２ａにより生じた電圧のことである。

電池ユニットＵには、ユニット内電気経路として、各端子Ｔ１，Ｔ２及びリチウムイオン蓄電池１２を相互に接続する第１接続経路Ｌ１，第２接続経路Ｌ２が設けられている。そして、このうち第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２とを接続する第１接続経路Ｌ１に第１スイッチ２１が設けられ、第１接続経路Ｌ１上の接続点Ｎ１（電池接続点）と、リチウムイオン蓄電池１２とを接続する第２接続経路Ｌ２に第２スイッチ２２が設けられている。

例えば、第１スイッチ２１，第２スイッチ２２には、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチが用いられる。

また、電源システム１００では、第１スイッチ２１を介さずに鉛蓄電池１１と回転電機１０とを接続可能にするバイパス経路Ｌ３が設けられている。バイパス経路Ｌ３は、電池ユニットＵを迂回して、第１端子Ｔ１に接続される電気経路（鉛蓄電池１１等に接続される経路）と、第２端子Ｔ２に接続される電気経路（回転電機１０に接続される経路）とを電気接続するように設けられている。

バイパス経路Ｌ３上には、鉛蓄電池１１側と回転電機１０側との間の接続を遮断状態又は導通状態にする第３スイッチ２３が設けられている。第３スイッチ２３には、例えば常閉式のリレースイッチが用いられる。なお、バイパス経路Ｌ３及び第３スイッチ２３を、電池ユニットＵ内において第１スイッチ２１を迂回するように設けることも可能である。

スタータ１３は、エンジン３０を始動させる始動装置である。図示を略す車両のイグニッションスイッチがオンされて、スタータ１３がオンに切り替えられると、鉛蓄電池１１から供給される電力でエンジン３０が始動される。

電気負荷１４は、供給電力の電圧が概ね一定、又は少なくとも所定範囲内で変動するよう安定していることが要求される定電圧要求負荷と、定電圧負荷以外の一般負荷とを有している。

電気負荷１４について詳しく説明すると、定電圧要求負荷には、車両走行に関連する走行用負荷と、走行用以外の負荷とが含まれる。走行用負荷としては、ブレーキ装置、自動変速機のオイルポンプ、燃料ポンプ、電動パワーステアリング等が挙げられる。走行用以外の負荷としては、ナビゲーション装置、メータ等を表示するディスプレイ装置、オーディオ装置等が挙げられる。一般負荷には、定電圧要求負荷に比べて動作可能な電圧範囲が比較的に広い負荷であり、ヘッドライト、フロントウインドシールド等のワイパ、空調装置の送風ファン、リヤウインドシールドのデフロスタ用ヒータ等が挙げられる。

電流検出部１５は、リチウムイオン蓄電池１２に直列接続され、リチウムイオン蓄電池１２に流れる充放電電流ＩＬを検出する。電圧検出部１６は、リチウムイオン蓄電池１２に並列接続され、リチウムイオン蓄電池１２にかかる端子間電圧ＶＬを検出する。

回転電機１０は、エンジン出力軸に動力を付与する力行動作を行うものである。例えば、車両の走行時において、所定のアシスト条件が成立した場合に、エンジン出力軸に動力を付与して動力アシストを行う。ここで、アシスト条件は、例えば車両の低速状態における加速時という条件である。また、アイドリングストップ制御による自動停止からの再始動時に、エンジン出力軸に動力を付与する。

回転電機１０は、車両が定常走行を行う際又は自動停止した際には、回転電機１０の駆動によるエンジン３０への動力の付与が行われない状態になる。また、車両が加速走行を行う際又はエンジン３０の自動停止後の再始動の際には、回転電機１０の駆動によるエンジン３０への動力の付与が行われる状態になる。

また、回転電機１０は、エンジン出力軸の回転エネルギにより発電する発電機を兼用するものである。例えば、回転電機１０においてロータがエンジン出力軸により回転すると、ロータコイルに流れる励磁電流に応じてステータコイルに交流電流が誘起され、図示しない整流器により直流電流に変換される。そして、回転電機１０においてロータコイルに流れる励磁電流がレギュレータにより調整されることで、発電された直流電流の電圧が所定の電圧となるよう調整されている。

回転電機１０で発電した電力は、電気負荷１４に供給されるとともに、鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２に供給される。エンジン３０の駆動が停止して回転電機１０で発電されていない時には、鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２から電気負荷１４に電力供給される。鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２から電気負荷１４への放電量、及び回転電機１０からの充電量は、ＳＯＣ（State of charge：充電状態）が過充放電とならない範囲となるよう適宜調整されている。

エンジン３０には、回転検出部１７が設けられている。回転検出部１７は、エンジン３０の単位時間当たりの回転数であるエンジン回転数ＮＥを検出する。また、回転電機１０には、温度検出部１８が設けられている。温度検出部１８は、回転電機１０の温度ＹＭを検出する。

制御部４０は、電源システム１００における各種処理を実施する。例えば、制御部４０は、イグニッションスイッチからの信号に基づいて初回の始動要求があると判断した際に、スタータ１３を駆動してエンジン３０を駆動させる。なお、本実施形態において、制御部４０が「電源装置」に相当する。この際、鉛蓄電池１１からの電力供給でスタータ１３を駆動させる。

また、制御部４０は、アイドリングストップ制御を実施する。アイドリングストップ制御では、周知のとおり所定の自動停止条件の成立によりエンジン３０を自動停止させ、且つその自動停止状態下で所定の再始動条件の成立によりエンジン３０を再始動させる。なお、制御部４０は、自動停止中のエンジン３０の再始動をする際には、第１スイッチ２１をオフ、第２スイッチ２２をオンに切り替えた状態で、リチウムイオン蓄電池１２からの電力供給で回転電機１０を駆動させる。

以上のように、鉛蓄電池１１とリチウムイオン蓄電池１２の２電源を備える電源システム１００において、エンジン３０の初回始動の際には、初回始動の際の大電流放電に対して安定した電圧を出力できる鉛蓄電池１１を使用する。一方、アイドリングストップ制御によるエンジン３０の停止状態からエンジン３０を再始動する際に、充放電特性のよいリチウムイオン蓄電池１２を使用する。これにより、頻繁な充放電（累積充放電）に対する耐久性の低い鉛蓄電池１１について早期劣化の抑制を図りつつ、充放電特性のよいリチウムイオン蓄電池１２を用いてエンジン３０の自動再始動を好適に実施できる。

ところで、リチウムイオン蓄電池１２が劣化状態であると、リチウムイオン蓄電池１２の電力不足が生じるおそれがある。この劣化状態でエンジン３０を自動停止させると、リチウムイオン蓄電池１２を電源として実施される回転電機１０によるエンジン３０の再始動に支障が及ぶことが懸念される。

そのため、エンジン３０の初回始動後に、リチウムイオン蓄電池１２の劣化状態として、内部抵抗ＲＬを算出することが好ましい。内部抵抗ＲＬは、例えば、電圧検出部１６により検出された端子間電圧ＶＬと、電流検出部１５により検出された充放電電流ＩＬとを用いて算出できる。

エンジン３０の初回始動後に内部抵抗ＲＬを算出する際に、例えば、車両の加速に伴って回転電機１０の駆動による動力アシストを行い、その際に流れる電流（放電電流）でリチウムイオン蓄電池１２を通電する。そして、例えば動力アシストの開始時など、リチウムイオン蓄電池１２に所定以上の電流を通電した状態で、リチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬを算出することで、リチウムイオン蓄電池１２の劣化状態を確認できるとも考えられる。

しかし、動力アシスト時に流れる電流は再始動時に流れる電流よりも小さいため、動力アシスト時に流れる電流を用いて、再始動時におけるリチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬを適正に算出できない。一方、再始動時におけるリチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬを算出するために、動力アシスト時に流れる電流を再始動時に流れる電流と同程度まで大きくすると、車両への動力が過大となり、車両挙動に影響を及ぼしてしまう。

そこで、本実施形態では、制御部４０は、エンジン３０の初回始動後において、回転電機１０の効率が所定以下となる低効率状態下で、回転電機１０からエンジン３０に動力を付与する状態（力行駆動状態）とし、その際に流れる電流でリチウムイオン蓄電池１２を通電する。そして、通電により生じるリチウムイオン蓄電池１２の電気変化（電流、電圧）の検出結果から、リチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬを算出する制御処理を実施する。

以上のように、低効率状態下で回転電機１０を力行駆動状態とすることにより、車両への動力を増大させない状態にしつつ、リチウムイオン蓄電池１２に流れる充放電電流ＩＬを増大させることができる。これにより、車両駆動に影響を及ぼすことなく、内部抵抗ＲＬを適正に算出できる。

続いて、図２を用いて、本実施形態に係る制御処理について説明する。ここで、図２は、上記処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、スタータ１３がオンとなり、エンジン３０の初回始動が実施された状況下において、制御部４０によって、例えば所定周期で繰り返し実施される。

制御処理を開始すると、まずステップＳ１０において、エンジン回転数ＮＥが所定回転数Ｎｔｈよりも大きい高回転状態であるか否かを判定する。ここで、所定回転数Ｎｔｈは、車両の高速状態、つまり車両に動力アシストが必要とされない状態におけるエンジン３０の最小回転数であり、例えば２０００回転／分である。ステップＳ１０で否定判定すると、内部抵抗ＲＬを算出することなく制御処理を終了する。

一方、ステップＳ１０で肯定判定すると、ステップＳ１２において、要求フラグＦＤがオンであるか否かを判定する。ここで、要求フラグＦＤは、内部抵抗ＲＬの算出を要求するフラグである。具体的には、要求フラグＦＤは、イグニッションスイッチがオンされてからオフされるまでのワントリップ中に１回オンされる。ステップＳ１２で否定判定すると、内部抵抗ＲＬを算出することなく制御処理を終了する。

一方、ステップＳ１２で肯定判定すると、ステップＳ１４において、回転電機１０の駆動によりエンジン３０へ動力を付与する。つまり、エンジン３０の高回転状態下で、回転電機１０を力行駆動状態とする。なお、本実施形態において、ステップＳ１４の処理が「駆動制御部」に相当する。

ステップＳ１６において、リチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬを算出する。つまり、エンジン３０の高回転状態下で、回転電機１０を力行駆動状態とした場合に、リチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬを算出する。なお、本実施形態において、ステップＳ１６の処理が「抵抗算出部」に相当する。

ステップＳ１８において、ステップＳ１６で算出された内部抵抗ＲＬが所定の閾値抵抗Ｒｔｈよりも小さいかを判定する。ここで、閾値抵抗Ｒｔｈは、エンジン３０の再始動に支障が生じる抵抗値であり、リチウムイオン蓄電池１２の温度毎に予め設定されている。

ステップＳ１８で肯定判定すると、ステップＳ２０において、許可フラグＦＰをオンし、制御処理を終了する。ここで、許可フラグＦＰは、リチウムイオン蓄電池１２からの電力供給によるエンジン３０の再始動を許可するフラグであり、再始動を許可する場合にオンされ、再始動を禁止する場合にオフされる。一方、ステップＳ１８で否定判定すると、ステップＳ２２において、許可フラグＦＰをオフし、制御処理を終了する。そのため、ステップＳ１８の処理は、ステップＳ１６で算出された内部抵抗ＲＬに基づいて、リチウムイオン蓄電池１２からの電力供給による再始動を許可するか否かが判定する処理である、ということができる。なお、本実施形態において、ステップＳ１８の処理が「再始動判定部」に相当する。

続いて、図３に、制御処理の一例を示す。図３において、（Ａ）は、エンジン回転数ＮＥの推移を示し、（Ｂ）は、高回転フラグＦＨの推移を示し、（Ｃ）は、要求フラグＦＤの推移を示す。また、（Ｄ）は、充放電電流ＩＬの推移を示し、（Ｅ）は、端子間電圧ＶＬの推移を示し、（Ｆ）は、許可フラグＦＰの推移を示す。

ここで、高回転フラグＦＨは、制御処理のステップＳ１０における判定結果を示すフラグであり、ステップＳ１０で肯定判定されるとオンとなり、ステップＳ１０で否定判定されるとオフとなる。また、充放電電流ＩＬは、充電電流が正となり、放電電流が負となるように記載されている。なお、本実施形態では、制御処理の開始時において、許可フラグＦＰはオフされている。

図示される例では、時刻ｔ１においてエンジン３０の初回始動が実施され、車両が走行を開始すると、図３（Ａ）に示すように、エンジン回転数ＮＥが始動回転数Ｎｓとなる。ここで、始動回転数Ｎｓは所定回転数Ｎｔｈよりも小さく、例えば１０００回転／分である。

その後時刻ｔ２において、使用者のアクセル操作に伴う車両の加速により、エンジン回転数ＮＥが増加する。一方、車両は、エンジン回転数ＮＥが所定回転数Ｎｔｈよりも小さい低速状態であるため、図３（Ｄ），（Ｅ）に示すように、回転電機１０による動力アシストが行われる。

その後時刻ｔ３において、エンジン回転数ＮＥが所定回転数Ｎｔｈよりも大きくなると、図３（Ｂ）に示すように、高回転フラグＦＨがオンされる。これにより、回転電機１０のアシスト条件が成立しなくなるため、回転電機１０による動力アシストが停止される。

その後時刻ｔ４において、図３（Ｃ）に示すように、要求フラグＦＤがオンされると、リチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬを算出する。本実施形態では、回転電機１０のアシスト条件が成立しないエンジン３０の高回転状態下で、回転電機１０の駆動によりエンジン３０に動力を付与し、リチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬを算出する。

この場合、エンジン３０が既に高回転状態であるため、エンジン３０に動力を付与してもエンジン回転数ＮＥの上昇が抑制される。つまり、エンジン３０に付与される動力に対するエンジン回転数ＮＥの上昇量の割合で示される回転電機１０の効率が所定以下となる低効率状態となる。本実施形態では、エンジン回転数ＮＥが所定回転数Ｎｔｈよりも大きい場合に、低効率状態であるとして回転電機１０の駆動によりエンジン３０に動力を付与し、リチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬを算出する。

具体的には、まず、回転電機１０からエンジン３０に動力が付与される前の時刻ｔ４における充放電電流ＩＬ及び端子間電圧ＶＬが検出される。以下、時刻ｔ４における充放電電流ＩＬ及び端子間電圧ＶＬを、電圧Ｖ４及び電流Ｉ４という。電圧Ｖ４は、リチウムイオン蓄電池１２の開放電圧Ｖ０、電流Ｉ４、及び内部抵抗ＲＬを用いて次の（式１）のように表される。

Ｖ４＝Ｖ０+Ｉ４×ＲＬ・・・（式１）
次に、回転電機１０の駆動によりエンジン３０に動力を付与する。これにより、放電電流が増大し、端子間電圧ＶＬが低下する。そして、時刻ｔ４から所定の経過期間が経過した時刻ｔ５における充放電電流ＩＬ及び端子間電圧ＶＬが検出される。以下、時刻ｔ５における充放電電流ＩＬ及び端子間電圧ＶＬを、電圧Ｖ５及び電流Ｉ５という。電圧Ｖ５は、リチウムイオン蓄電池１２の開放電圧Ｖ０、電流Ｉ５、及び内部抵抗ＲＬを用いて次の（式２）のように表される。

Ｖ５＝Ｖ０+Ｉ５×ＲＬ・・・（式２）
（式１）、（式２）より、内部抵抗ＲＬは、電圧Ｖ４，Ｖ５及び電流Ｉ４，Ｉ５を用いて次の（式３）のように表される。

ＲＬ＝（Ｉ４−Ｉ５）／（Ｖ４−Ｖ５）・・・（式３）
以下、電流Ｉ４から電流Ｉ５を減算したものを、差分電流ΔＩといい、電圧Ｖ４から電圧Ｖ５減算したものを、差分電圧ΔＶという（図４参照）。本実施形態では、時刻ｔ４からの経過期間が異なる複数の時刻ｔ５において電圧Ｖ５及び電流Ｉ５を検出し、差分電流ΔＩと差分電圧ΔＶとの関係を示すデータを複数取得する。

その後時刻ｔ６において、要求フラグＦＤがオフされると、回転電機１０からエンジン３０への動力の付与を停止する。そして、取得された差分電流ΔＩと差分電圧ΔＶとの関係を示すデータから、リチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬを算出し、算出された内部抵抗ＲＬが閾値抵抗Ｒｔｈよりも小さいかを判定する。図示される例では、算出された内部抵抗ＲＬが閾値抵抗Ｒｔｈよりも小さいため、図３（Ｆ）に示すように、時刻ｔ６に許可フラグＦＰがオンされている。

その後時刻ｔ７において車両が減速を開始すると、エンジン回転数ＮＥが減少する。その後時刻ｔ８において、エンジン回転数ＮＥが所定回転数Ｎｔｈよりも小さくなると、高回転フラグＦＨがオフされる。

図４は、差分電流ΔＩと差分電圧ΔＶとの関係を示す図である。図４に示すように、差分電圧ΔＶは差分電流ΔＩに線形比例し、差分電流ΔＩが大きくなるほど差分電圧ΔＶが大きくなる。そして、差分電流ΔＩに対する差分電圧ΔＶの傾きから、内部抵抗ＲＬが算出される。

差分電圧ΔＶは差分電流ΔＩに線形比例するため、例えば図３の時刻ｔ２から時刻ｔ３までの動力アシスト時に流れる充放電電流ＩＬ及び端子間電圧ＶＬを用いて、内部抵抗ＲＬを算出することも可能であるとも考えられる。

しかし、動力アシスト時には、大きな放電電流が流れないため、大きな差分電流ΔＩが生じない。そのため、差分電流ΔＩと差分電圧ΔＶとの関係を示すデータとして、差分電流ΔＩが小さい範囲のデータ群ＤＸしか取得できない。データ群ＤＸしか取得できないと、図４に破線で示すように、電圧検出部１６及び電流検出部１５の検出誤差により、差分電流ΔＩに対する差分電圧ΔＶの傾きが大きく変化してしまい、内部抵抗ＲＬを適切に算出できない。

本実施形態では、差分電流ΔＩと差分電圧ΔＶとの関係を示すデータを取得する際に、リチウムイオン蓄電池１２に流れる放電電流を増大させる。これにより、差分電流ΔＩが大きい範囲のデータを取得でき、図４に直線で示すように、電圧検出部１６及び電流検出部１５の検出誤差によらず、内部抵抗ＲＬを適切に算出できる。

一方、リチウムイオン蓄電池１２に流れる充放電電流ＩＬを増大させると、回転電機１０の回転数ＮＭが上昇し、これに伴って回転電機１０のトルクＴＭが上昇する。回転電機１０のトルクＴＭの上昇により、エンジン３０に付与される動力、つまり車両への動力が過大となると、車両挙動に影響を及ぼし、車両挙動を適切に制御できない。

そこで、本実施形態では、エンジン３０の高回転状態下でリチウムイオン蓄電池１２に流れる充放電電流ＩＬを増大させる。図５は、回転電機１０の回転数ＮＭと回転電機１０のトルクＴＭとの関係を示す図である。図５に示すように、回転電機１０は、回転数ＮＭが大きいほど、トルクＴＭが小さくなる特性を有する。ここで、回転数ＮＭはエンジン回転数ＮＥに比例し、回転数ＮＭが大きい状態が、エンジン３０の高回転状態に相当する。そのため、エンジン３０の高回転状態下でリチウムイオン蓄電池１２に流れる充放電電流ＩＬを増大させると、回転電機１０に発生するトルクＴＭが小さいためにエンジン回転数ＮＥの上昇が抑制される。その結果、車両への動力付与が抑制され、車両駆動に影響を及ぼすことなく、リチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬを適正に算出できる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

・アイドリングストップ機能を備える車両では、鉛蓄電池１１の電力を用いた初回始動の後、リチウムイオン蓄電池１２の電力を用いた再始動が適宜行われる。この場合、リチウムイオン蓄電池１２の劣化等の状態を把握した上で、エンジン３０の自動停止が行われることが望ましい。この点、本実施形態では、回転電機１０の効率が所定以下となる低効率状態で、リチウムイオン蓄電池１２からの電力供給により回転電機１０からエンジン３０に動力を付与した場合に、リチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬを算出するようにした。低効率状態下で回転電機１０からエンジン３０に動力を付与することにより、低効率状態でない条件下で回転電機１０からエンジン３０に動力を付与する場合に比べて、車両への動力を増大させない状態にしつつ、リチウムイオン蓄電池１２に流れる充放電電流ＩＬを増大させることができる。これにより、車両駆動に影響を及ぼすことなく、リチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬを適正に算出できる。

・回転電機１０は、所定のアシスト条件が成立した場合に動力アシストを行い、アシスト条件が成立しない場合に動力アシストを行わない。本実施形態では、この動力アシストを行わない回転電機１０の休止期間に、低効率状態で回転電機１０からエンジン３０に動力を付与し、リチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬを算出する。これにより、休止期間の回転電機１０を有効活用して、リチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬを適正に算出できる。

・具体的には、エンジン回転数ＮＥが所定回転数Ｎｔｈよりも大きい場合、回転電機１０の休止期間（図３ 時刻ｔ３〜ｔ８）となる。この休止期間では、エンジン回転数ＮＥが所定回転数Ｎｔｈよりも大きいため、所定回転数Ｎｔｈよりも小さい場合に比べて、車両への動力付与によるエンジン回転数ＮＥの上昇量が抑制される。つまり、回転電機１０の効率が所定以下となる低効率状態となる。そのため、この休止期間にリチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬを算出することで、車両駆動に影響を及ぼすことなく、リチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬを適正に算出できる。

・本実施形態では、算出された内部抵抗ＲＬに基づいて、リチウムイオン蓄電池１２からの電力供給によるエンジン３０の再始動を許可するか否かを判定する。そのため、リチウムイオン蓄電池１２の劣化等の状態を把握した上で、アイドリングストップ制御を適正に実施できる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、先の第１実施形態との相違点を中心に図６及び図７を参照しつつ説明する。

本実施形態では、制御処理が第１実施形態と異なる。本実施形態の制御処理では、回転電機１０の温度ＹＭに基づいてリチウムイオン蓄電池１２に流れる充放電電流ＩＬを増大させる点で、第１実施形態の制御処理と異なる。

図６には、本実施形態に係る制御処理のフローチャートを示す。図６において、先の図２に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、制御処理を開始すると、まずステップＳ３０において、回転電機１０の温度ＹＭが所定温度Ｙｔｈよりも高い高温状態であるか否かを判定する。ここで、所定温度Ｙｔｈは、回転電機１０の熱損失ＨＬが過大となり、回転電機１０の効率が所定以下となる最低温度である。ステップＳ１０で否定判定すると、内部抵抗ＲＬを算出することなく制御処理を終了する。一方、ステップＳ１０で肯定判定すると、ステップＳ１２に進む。

本実施形態では、回転電機１０の高温状態下でリチウムイオン蓄電池１２に流れる充放電電流ＩＬを増大させる。図７は、回転電機１０の温度ＹＭと回転電機１０の熱損失ＨＬとの関係を示す図である。図７に示すように、回転電機１０は、温度ＹＭが高いほど、熱損失ＨＬが大きくなる特性を有する。そのため、回転電機１０の高温状態下でリチウムイオン蓄電池１２に流れる充放電電流ＩＬを増大させると、熱損失ＨＬが大きいためにエンジン回転数ＮＥの上昇が抑制され、車両への動力付与が抑制される。その結果、車両駆動に影響を及ぼすことなく、リチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬを適正に算出できる。

・以上説明した本実施形態によれば、回転電機１０の温度ＹＭが所定温度Ｙｔｈよりも高い高温状態である場合に、リチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬを算出する。回転電機１０の温度ＹＭが所定温度Ｙｔｈよりも高い場合、回転電機１０の熱損失ＨＬにより、回転電機１０の温度ＹＭが所定温度Ｙｔｈよりも低い場合に比べて、車両への動力によるエンジン回転数ＮＥの上昇量が抑制される。つまり、回転電機１０の効率が所定以下となる低効率状態となる。そのため、回転電機１０の高温状態でリチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬを算出することで、車両駆動に影響を及ぼすことなく、リチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬを適正に算出できる。

（第３実施形態）
以下、第３実施形態について、先の第１実施形態との相違点を中心に図８を参照しつつ説明する。

本実施形態では、制御処理が第１実施形態と異なる。本実施形態の制御処理では、リチウムイオン蓄電池１２に流れる充放電電流ＩＬを増大させる際に、回転電機１０のｄ軸及びｑ軸のうちｄ軸にのみ電流を流す点で、第１実施形態の制御処理と異なる。

図８には、本実施形態に係る制御処理のフローチャートを示す。図８において、先の図２に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、制御処理を開始すると、まずステップＳ１２において、要求フラグＦＤがオンであるか否かを判定する。ステップＳ１２で否定判定すると、内部抵抗ＲＬを算出することなく制御処理を終了する。

一方、ステップＳ１２で肯定判定すると、ステップＳ４０において、回転電機１０のｑ軸電流Ｉｑをゼロに設定し、ステップＳ１４に進む。これにより、ステップＳ１４で回転電機１０を力行駆動状態とする際に、回転電機１０にはｄ軸電流Ｉｄのみが流れる状態となる。なお、「力行駆動状態」には、回転電機１０の電機子巻線に対して、回転電機１０からエンジン３０への動力の付与を行わせるべく通電を行う状態に加え、エンジン３０への動力の付与が生じない状態での通電を行う状態が含まれる。

本実施形態では、回転電機１０にｄ軸電流Ｉｄのみを流してリチウムイオン蓄電池１２に流れる充放電電流ＩＬを増大させる。回転電機１０にｄ軸電流Ｉｄのみが流れる場合、回転電機１０にトルクＴＭが発生しないため、エンジン回転数ＮＥの上昇が抑制される。その結果、車両への動力付与が抑制され、車両駆動に影響を及ぼすことなく、リチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬを適正に算出できる。

・以上説明した本実施形態によれば、回転電機１０にｄ軸電流Ｉｄのみが流れる状態で、リチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬを算出する。回転電機１０にｄ軸電流Ｉｄのみが流れる状態では、回転電機１０にトルクＴＭが発生しないため、エンジン回転数ＮＥの上昇量が抑制される。つまり、回転電機１０の効率が所定以下となる低効率状態となる。そのため、回転電機１０にｄ軸電流Ｉｄのみが流れる状態でリチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬを算出することで、車両駆動に影響を及ぼすことなく、リチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬを適正に算出できる。

・本実施形態では、回転電機１０にトルクＴＭが発生しないため、車両の停止状態でもリチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬを算出できる。そのため、エンジン３０の初回始動後、リチウムイオン蓄電池１２の電力を用いた再始動が行われる前までの期間に、リチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬを算出できる。

（その他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、次のように実施されてもよい。

・上記実施形態において、エンジン３０の初回始動に鉛蓄電池１１を使用し、エンジン３０始動の際にリチウムイオン蓄電池１２を使用する例を示したが、各始動に使用される電池の種類はこれに限らない。エンジン３０の初回始動時には、初回始動の際の大電流放電に対して安定した電圧を出力できる蓄電池が使用されればよく、エンジン３０の再始動の際には、累積充放電に対する耐久性の高い蓄電池が使用されればよい。例えば、第２蓄電池としては、ニッケル水素蓄電池を使用してもよい。また、第１蓄電池と第２蓄電池とは同じ種類の蓄電池であってもよい。

・上記実施形態において、回転電機１０が発電機能と力行機能との両方の機能を備えている例を示したが、回転電機１０が力行機能のみを備えていてもよい。

・上記実施形態において、低効率状態として、エンジン３０の高回転状態、回転電機１０の高温状態、及び回転電機１０にｄ軸電流Ｉｄのみが流れる状態を別々に用いる例を示したが、これらを組み合わせて用いてもよい。例えば、これら３つの状態のうち２つの状態が成立した場合に、低効率状態であると判定してもよい。具体的には、エンジン３０の高回転状態下、且つ回転電機１０の高温状態下で回転電機１０からエンジン３０に動力を付与し、リチウムイオン蓄電池１２に流れる充放電電流ＩＬを増大させてもよい。

・また、これら３つの状態を、相補的に用いてもよい。例えば、エンジン３０の初回始動後、所定期間内にエンジン３０の高回転状態と回転電機１０の高温状態とのいずれの状態にもならないと判定された場合に、回転電機１０にｄ軸電流Ｉｄのみが流れる状態としてもよい。これにより、エンジン３０の初回始動後、リチウムイオン蓄電池１２の電力を用いた再始動が行われる前までの期間に、リチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬを算出しやすい。

・上記実施形態において、リチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬを、リチウムイオン蓄電池１２からの電力供給によるエンジン３０の再始動を許可するか否かの判定に用いる例を示したが、これに限られず、例えばリチウムイオン蓄電池１２の劣化判定など、他の用途に用いられてもよい。

・上記実施形態において、リチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬが閾値抵抗Ｒｔｈ以上である場合に、エンジン３０が再始動されない例を示したが、これに限られない。例えば、リチウムイオン蓄電池１２に代えて鉛蓄電池１１からの電力供給によりエンジン３０が再始動されてもよい。これにより、リチウムイオン蓄電池１２の劣化状態においても、アイドリングストップ制御を適切に実施することができる。

・リチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬとリチウムイオン蓄電池１２の温度とには相関関係がある。そこで、上記第１実施形態において、リチウムイオン蓄電池１２の温度を検出する温度検出部を設け、温度検出部による温度の検出結果に基づいて、算出される内部抵抗ＲＬを補正してもよい。例えば、リチウムイオン蓄電池１２の温度が高くなるほど、内部抵抗ＲＬが減少するように補正する。これにより、内部抵抗ＲＬの算出精度を高めることができる。

・上記第１実施形態において、要求フラグＦＤがオンされるタイミングは高回転フラグＦＨがオンされるタイミングよりも早くてもよい。例えば、エンジン３０の初回始動が実施されるのと同時に要求フラグＦＤがオンされてもよい。これにより、リチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗ＲＬを早期に算出できる。

１０…回転電機、１１…鉛蓄電池、１２…リチウムイオン蓄電池、３０…エンジン、４０…制御部、１００…電源システム。

Claims (7)

1. 所定条件に応じてエンジン（３０）の自動停止及び再始動を行う車両に搭載され、回転電機（１０）に対して並列接続され、前記エンジンの初回始動時の電力供給に使用される第１蓄電池（１１）と、前記エンジンの自動停止後の再始動の際の電力供給に使用される第２蓄電池（１２）と、を備える電源システム（１００）に適用される電源装置（４０）であって、
   前記エンジンの初回始動後において、当該回転電機の効率が所定以下となる低効率状態下で、前記第２蓄電池からの電力供給により前記回転電機を力行駆動状態とする駆動制御部と、
   前記駆動制御部により前記低効率状態下で前記回転電機を力行駆動状態とした場合に、前記第２蓄電池の内部抵抗を算出する抵抗算出部と、を備える電源装置。
2. 前記回転電機は、前記車両の走行時において、所定のアシスト条件が成立した場合に動力アシストを行うものであり、
   前記駆動制御部は、前記アシスト条件が成立しない場合に、前記低効率状態下で前記回転電機を力行駆動状態とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記駆動制御部は、エンジン回転数が所定回転数よりも大きい場合に、前記低効率状態であるとして前記回転電機を力行駆動状態とする請求項１または請求項２に記載の電源装置。
4. 前記駆動制御部は、前記回転電機の温度が所定温度よりも高温である場合に、前記低効率状態であるとして前記回転電機を力行駆動状態とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電源装置。
5. 前記駆動制御部は、前記回転電機のｄ軸及びｑ軸のうちｄ軸にのみ電流を流した状態で前記回転電機を力行駆動状態とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の電源装置。
6. 前記抵抗算出部により算出した前記内部抵抗に基づいて、前記第２蓄電池からの電力供給による前記再始動を許可するか否かを判定する再始動判定部を備える請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の電源装置。
7. 所定条件に応じてエンジン（３０）の自動停止及び再始動を行う車両に搭載される電源システム（１００）であって、
   回転電機（１０）と、
   前記回転電機に対して並列接続され、前記エンジンの初回始動時の電力供給に使用される第１蓄電池（１１）と、
   前記エンジンの自動停止後の再始動の際の電力供給に使用される第２蓄電池（１２）と、
   前記エンジンの初回始動後において、当該回転電機の効率が所定以下となる低効率状態下で、前記第２蓄電池からの電力供給により前記回転電機を力行駆動状態とする駆動制御部と、
   前記駆動制御部により前記低効率状態下で前記回転電機を力行駆動状態とした場合に、前記第２蓄電池の内部抵抗を算出する抵抗算出部と、を備える電源システム。

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