JP2016041532A - 車両用電源制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２種類の蓄電装置を搭載した車両用電源制御装置において、故障形態に応じて装置の保護を図る。【解決手段】キャパシタ遮断リレー１２の接続状態で、ＤＣ／ＤＣコンバータ４又はバイパスリレー１３を介してバッテリ２及び電気負荷５に電力を供給している最中に故障を検知した場合には、当該故障の形態に応じてキャパシタ遮断リレー１２及びバイパスリレー１３の状態をそれぞれ制御する。例えば、オルタネータ１の暴走故障、又はＤＣ／ＤＣコンバータ４の制御基板過熱故障を検知した場合には、キャパシタ遮断リレー１２を遮断状態にし、バイパスリレー１３を遮断状態にするように制御する。キャパシタ３の故障、又はＤＣ／ＤＣコンバータ４の入出力短絡故障を検知した場合には、キャパシタ遮断リレー１２を遮断状態にし、バイパスリレー１３を接続状態にするように制御する。【選択図】図１

Description

ここに開示された技術は、車両用電源制御装置に関するものである。

近年、車両の燃費性能を改善する観点から、車両の減速時に集中的に発電を行うことによってエンジンの負担を軽減する、いわゆる減速回生システムを採用した車両が増えつつある。

減速回生システムを採用した車両では、減速時に発電される大容量の電力を短時間で充電するために、従来から広く使われてきた鉛バッテリ（第１蓄電装置）とは別に、鉛バッテリよりも急速な充放電が可能なリチウムイオンバッテリ又は電気二重層キャパシタ（第２蓄電装置）が搭載されることが多い（例えば特許文献１参照）。特性の異なる２種類の蓄電装置を搭載することにより、減速時に発生する電力を無駄なく回収しつつ、十分に大きな充電容量を確保することが可能となる。

特許文献１には、第１蓄電装置に電気負荷を、第２蓄電装置に発電機をそれぞれ接続し、かつ第１蓄電装置と第２蓄電装置との間に電圧変換部とバイパスリレーとを互いに並列に設け、第２蓄電装置の異常時に当該第２蓄電装置を切り離す遮断リレーを更に設けたものも開示されている。

特開２００４−３２８９８８号公報

ここで、特許文献１の構成において、遮断リレーの接続状態で電圧変換部に故障が生じた場合には、まず電圧変換部の出力を停止し、高電圧状態の第２蓄電装置を放電させてその電圧と第１蓄電装置の電圧とをほぼ等しくした後、バイパスリレーのラインに切り替えることが考えられる。ところが、放電により第２蓄電装置の電圧を下げるまでに時間がかかり、その間に第１蓄電装置の電圧が下がることが懸念される。特に第１蓄電装置を小型化した場合には、その影響が大きいことが懸念される。

ここに開示された技術は、２種類の蓄電装置を搭載した車両用電源制御装置において、故障形態に応じて装置の保護を図ることを目的とする。

ここに開示された技術は、エンジンにより駆動されて発電する発電機と、電気負荷に接続された第１蓄電装置と、第１蓄電装置よりも急速な充放電が可能な第２蓄電装置と、発電機と第２蓄電装置との接続及び遮断を切り替える第１断続部と、発電機と第１断続部との接続点の電圧を降圧して第１蓄電装置へ供給する機能を有する電圧変換部と、発電機と第１蓄電装置との接続及び遮断を切り替える第２断続部と、発電機及び電圧変換部を制御し、かつ第１及び第２断続部の状態をそれぞれ制御する制御部とを備えた車両用電源制御装置において、制御部は、第１断続部の接続状態で、電圧変換部又は第２断続部を介して第１蓄電装置及び電気負荷に電力を供給している最中に故障を検知した場合に、当該故障の形態に応じて第１及び第２断続部の状態をそれぞれ制御するものである。

この構成によれば、第１断続部の接続状態での故障形態に応じて第１及び第２断続部の状態をそれぞれ適切に制御することにより、装置の保護を図ることが可能になる。

また、制御部は、発電機の暴走故障、又は電圧変換部の制御基板過熱故障を検知した場合に、第１断続部を遮断状態にし、第２断続部を接続状態であれば遮断状態にするように制御することとしてもよい。

この構成によれば、発電機の暴走故障、又は電圧変換部の制御基板過熱故障という重篤な故障を検知した場合に、電圧変換部の動作を停止させるのはもちろんのこと、第１断続部を遮断状態にすることにより発電機と第２蓄電装置との間を遮断し、かつ第２断続部を遮断状態にすることにより電圧変換部に対するバイパスラインをも遮断する。これにより、発電機の暴走故障の場合の、第２蓄電装置の過充電を防止し、更に電圧変換部のライン及び第２断続部のラインを止めることで第１蓄電装置の過充電も防止できる。また、電圧変換部の過熱抑制も達成できる。

また、制御部は、発電機の暴走故障、又は電圧変換部の制御基板過熱故障を検知した場合に、第２断続部を即時に遮断状態にし、発電機の発電を停止させた後に第１断続部を遮断状態にするように制御することとしてもよい。

この構成によれば、第１断続部が接点式リレーで構成される場合に、発電中に接点式リレーを開くことによるダメージを抑制できる。

また、電圧変換部からの発電停止要求に基づいて制御部が発電機の発電を停止させるように構成され、制御部は、発電機の発電停止が実行できなくても発電停止要求から所定時間後に第１断続部を強制的に遮断状態にするように制御することとしてもよい。

この構成によれば、第１断続部が接点式リレーで構成される場合に当該接点式リレーの保護を図りつつ、発電が止まらない際は当該接点式リレーを強制的に開くことで、第１及び第２蓄電装置、並びに電圧変換部が被るより大きなリスクを抑制できる。

また、制御部は、第２蓄電装置の故障、電圧変換部の入出力短絡故障、電圧変換部の出力電流センサ故障、電圧変換部の降圧回路過熱故障、又は制御部と電圧変換部との間の通信故障を検知した場合に、第１断続部を遮断状態にし、第２断続部を遮断状態であればその後に接続状態にするように制御することとしてもよい。

この構成によれば、故障部位の影響を受けることなく、電圧変換部に対する第２断続部のバイパスラインを介して発電機から電気負荷及び第１蓄電装置へ給電できる。

また、制御部は、第２蓄電装置の故障、電圧変換部の入出力短絡故障、又は制御部と電圧変換部との間の通信故障を検知した場合には、発電機の発電を停止させた後に第１断続部を遮断状態にし、その後に発電機の発電を再開させるように制御することとしてもよい。

この構成によれば、第１断続部が接点式リレーで構成される場合に、発電中に接点式リレーを開くことによるダメージを抑制できる。

また、制御部は、発電機の発電停止が実行できなくても所定時間後に第１断続部を強制的に遮断状態にするように制御することとしてもよい。

この構成によれば、第１断続部の強制遮断により、第２蓄電装置が充放電することによる第２蓄電装置の大ダメージ、又は高電圧が作用することによる電気負荷の大ダメージを抑制できる。

また、電圧変換部からの発電停止要求に基づいて制御部が発電機の発電を停止させるように構成され、制御部は、第２蓄電装置の故障、又は電圧変換部の入出力短絡故障を検知した場合に、発電機の発電停止が実行できなくても発電停止要求から所定時間後に電圧変換部が第１断続部を強制的に遮断状態にするように制御することとしてもよい。

この構成によれば、発電停止が実行できなくても第２蓄電装置を強制遮断して高電圧状態を解消することで、第１蓄電装置及び電気負荷への高電圧の作用を防止することができる。また、第２断続部を接続状態にすることで、電圧変換部に対するバイパスラインを通して電気負荷へ電力供給を行うことが可能になる。

また、制御部は、制御部と電圧変換部との間の通信故障を検知した場合に、制御部が発電機の停止制御を行い、所定時間後に第１断続部を強制的に遮断状態にするとともに第２断続部を接続状態にする要求を制御部が予備ルートで電圧変換部に送るとともに、電圧変換部は当該要求を受けたら、第１断続部を遮断状態にし、所定時間後に第２断続部を接続状態にするように制御することとしてもよい。

この構成によれば、第１断続部が接点式リレーで構成される場合に、通信故障により電圧変換部が発電状態をモニタできなくても制御部が発電の停止を予測することで、発電中に接点式リレーを開くことによるダメージを抑制できる。

また、制御部は、第２断続部を接続状態にする要求を送信して所定時間後に発電機が発電を再開し、当該発電再開から所定時間後に第１蓄電装置の電圧が低い場合は発電機の発電を停止するように制御することとしてもよい。

この構成によれば、発電が意図しない箇所に作用し続けることによりダメージが及ぶリスクを抑制できる。

また、電圧変換部からの発電停止要求に基づいて制御部が発電機の発電を停止させるように構成され、制御部は、電圧変換部の出力電流センサ故障、又は電圧変換部の降圧回路過熱故障を検知した場合には、発電停止要求から所定時間後に発電停止が実行されない場合は発電停止要求を取り下げ、かつ第１断続部の接続状態を維持するとともに第２断続部の遮断状態を維持するように制御することとしてもよい。

この構成によれば、故障が電圧変換部の部分故障であって重篤でなく、更に他へダメージが及ぶ可能性も低いので、第１断続部が接点式リレーで構成される場合に、接点式リレーの接続状態を維持することで強制遮断による接点式リレーの破損防止を優先できる。

また、制御部は、第２蓄電装置の劣化を検知した場合に、第１断続部の接続状態と、第２断続部の遮断状態とを維持するとともに、イグニッションスイッチのオフ操作後に当該イグニッションスイッチがオン操作された際に、第１断続部を遮断状態にし、かつ第２断続部を接続状態にするように制御することとしてもよい。

この構成によれば、他の故障に比較して第２蓄電装置の劣化は影響が少なく、かつ急変しないことを考慮して、ドライビング中は第１断続部の接続状態を維持することで、通電中に第１断続部を開くことによる第１断続部の劣化、又は第１断続部を開く前に発電機を停止することによる電源電圧の変動を防止できる。

ここに開示された技術によれば、２種類の蓄電装置を搭載した車両用電源制御装置において、故障形態に応じて装置の保護を図ることが可能になる。

車両用電源制御装置の電気的構成を示す回路図である。 制御系統の接続を示すブロック図である。 電源故障検知時に行われる制御の手順を示すフローチャートである。 タイプＡの故障の場合の制御手順を示すフローチャートである。 タイプＢの故障の場合の制御手順を示すフローチャートである。 タイプＣの故障の場合の制御手順を示すフローチャートである。 タイプＤの故障の場合の制御手順を示すフローチャートである。 タイプＤの故障の場合の制御手順を示すタイムチャートである。 タイプＥの故障の場合の制御手順を示すフローチャートである。

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（１）車両の全体構成
図１は、車両用電源制御装置の電気的構成を示す回路図である。図１に示される車両は、エンジンルームに設けられた図外のディーゼルエンジン（以下、単にエンジンともいう）から動力を得て発電するオルタネータ１と、オルタネータ１と電気的に接続され、オルタネータ１で発電された電力を蓄えるバッテリ２及びキャパシタ３と、オルタネータ１で発電された電力を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ４と、電力を消費する各種電装品からなる電気負荷５と、エンジンの始動時に駆動されてエンジンをクランキングするスタータ６とを備えている。なお、オルタネータ１は請求項にいう「発電機」に相当し、バッテリ２は請求項にいう「第１蓄電装置」に相当し、キャパシタ３は請求項にいう「第２蓄電装置」に相当し、ＤＣ／ＤＣコンバータ４は請求項にいう「電圧変換部」に相当する。

オルタネータ１は、エンジンの出力軸と連動して回転するロータを磁界中で回転させることにより発電を行うもので、磁界を発生されるフィールドコイルへの印加電流の増減に応じて最大２５Ｖまでの範囲で発電電力を調節することが可能である。また、オルタネータ１には、発電された交流電力を直流電力に変換する整流器（図示省略）が内蔵されている。つまり、オルタネータ１で発電された電力は、この整流器で直流に変換された後に各部に送電される。

バッテリ２は、車両用の蓄電装置として一般的な公称電圧１２Ｖの鉛バッテリである。このようなバッテリ２は、化学反応によって電気エネルギを蓄えるものであるため、急速な充放電には不向きであるが、充電容量を確保し易いため、比較的多量の電力を蓄えることができるという特性がある。

キャパシタ３は、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）を複数個連結して大容量化したもので、最大２５Ｖまで充電することが可能である。このようなキャパシタ３は、バッテリ２とは異なり、電解質イオンの物理的な吸着によって電気を蓄えるものであるため、比較的急速な充放電が可能で、内部抵抗も少ないという特性がある。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、内蔵するスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ（スイッチング動作）によって電圧を変化させるスイッチング方式のものである。なお、本実施形態において、ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、オルタネータ１又はキャパシタ３の側から電気負荷５又はバッテリ２の側に（つまり図中左側から右側に）供給される電力の電圧をスイッチング動作により降圧する機能を有しているが、これ以外の機能、例えば上記とは反対方向への（つまり図中右側から左側への）電力の供給を許容したり、電圧を昇圧したりする機能は有していない。

オルタネータ１とキャパシタ３とは給電用の第１ライン７を介して互いに接続されている。第１ライン７からは第２ライン８が分岐しており、この第２ライン８の途中にＤＣ／ＤＣコンバータ４が介設されている。第２ライン８からは第３ライン９が分岐しており、この第３ライン９を介してバッテリ２と第２ライン８とが互いに接続されている。第３ライン９からは第４ライン１０が分岐しており、この第４ライン１０を介してスタータ６とバッテリ２とが互いに接続されている。

第１ライン７における第２ライン８との分岐点からキャパシタ３までの間の部位には、オルタネータ１とキャパシタ３との接続を断続するためのキャパシタ遮断リレー１２が設けられている。キャパシタ遮断リレー１２は、請求項にいう「第１断続部」に相当するもので、オルタネータ１からキャパシタ３への給電を許可するオン状態（閉：接続状態）と、同給電を遮断するオフ状態（開：遮断状態）とに切り替え可能とされている。

更に、第１ライン７からは第２ライン８と並列にバイパスライン１１が分岐しており、このバイパスライン１１はＤＣ／ＤＣコンバータ４よりも出力側に位置する第２ライン８の途中部に接続されている。つまり、バイパスライン１１は、オルタネータ１と電気負荷５とをＤＣ／ＤＣコンバータ４を介さずに接続するとともに、バッテリ２とキャパシタ３とをＤＣ／ＤＣコンバータ４を介さずに接続するものである。これらの接続を断続するために、バイパスライン１１にはバイパスリレー１３が設けられている。バイパスリレー１３は、請求項にいう「第２断続部」に相当するもので、バイパスライン１１を通じた（ＤＣ／ＤＣコンバータ４をバイパスした）給電を許可するオン状態（閉：接続状態）と、同給電を遮断するオフ状態（開：遮断状態）とに切り替え可能とされている。

電気負荷５には、ドライバによるステアリング操作を電気モータ等の駆動力を用いてアシストする電動式のパワーステアリング機構（以下、ＥＰＡＳと略称する）２１の他、エアコン２２、オーディオ２３等が含まれている。これらＥＰＡＳ２１、エアコン２２、オーディオ２３等の電気負荷は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４が設けられた第２ライン８か、又はＤＣ／ＤＣコンバータ４が設けられていないバイパスライン１１を介して、第１ライン７と接続されている。

更に、本実施形態の電気負荷５には、ＥＰＡＳ２１等の電気負荷以外に、グロープラグ２６も含まれている。グロープラグ２６は、エンジン（本実施形態ではディーゼルエンジン）の冷間始動時に通電加熱によりエンジンの燃焼室を温めるためのヒータである。グロープラグ２６は、スタータ６と並列にバッテリ２に接続されているが、ＰＴＣヒータ２５は、通電加熱により室内を暖房するためのヒータであり、最大２５Ｖでも安定して作動するので、ＤＣ／ＤＣコンバータ４に対してオルタネータ１及びキャパシタ３側に配置されている。

以上に加えて、本実施形態では、バッテリ２とキャパシタ３とを接続する充電ライン１４が設けられている。充電ライン１４は、第３ライン９上の点と、第１ライン７におけるキャパシタ遮断リレー１２よりもキャパシタ３寄りの点との間に介設されている。そして、この充電ライン１４にバッテリ２とキャパシタ３との接続を断続するための半導体スイッチである充電ＦＥＴ１５が抵抗１６と直列に設けられている。充電ＦＥＴ１５は、充電ライン１４を通じたバッテリ２からキャパシタ３への給電を許可するオン状態（閉：接続状態）と、同給電を遮断するオフ状態（開：遮断状態）とに切り替え可能とされている。更に、充電ＦＥＴ１５と抵抗１６との接続点とグラウンドとの間に、キャパシタ３の電圧を引き下げるための廃電ＦＥＴ１７が設けられている。

（２）制御系統
図２は、制御系統の接続を示すブロック図である。本図に示すように、コントローラ３０は、請求項にいう「制御部」に相当するもので、上述したＤＣ／ＤＣコンバータ４を含むＤＣ／ＤＣコンバータモジュール（以下、ＤＣＭと略記する）３１と、パワートレインコントロールモジュール（以下、ＰＣＭと略記する）３２とを有する。ＤＣＭ３１とＰＣＭ３２との間の通信は、主としてＣＡＮ（Controller Area Network）通信を用いて達成されるほか、ＫＬ信号線及びＳＩＧ信号線の各々を用いた通信も可能になっている。

ＰＣＭ３２は、オルタネータ１、ＤＣ／ＤＣコンバータ４、スタータ６、電気負荷５（ＥＰＡＳ２１、エアコン２２、オーディオ２３、…）等の部品を制御するとともに、ＤＣＭ３１を介してキャパシタ遮断リレー１２、バイパスリレー１３、充電ＦＥＴ１５、及び廃電ＦＥＴ１７の状態をそれぞれ制御する。ＰＣＭ３２は、従来周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータである。

ＤＣＭ３１は、各々ＤＣ／ＤＣコンバータ４に付随した制御基板過熱温度センサ２１、降圧回路過熱温度センサ２２、及び出力電流センサ２３と、不図示のマイクロコンピュータとを更に備える。ＤＣＭ３１が発電停止要求を発行した際には、この要求に基づいてＰＣＭ３２がオルタネータ１の発電を停止させるように構成されている。

また、コントローラ３０は、車両に設けられた各種センサ類と信号線を介して接続されている。具体的に、本実施形態の車両には、電圧センサＳＮ１、運転状態検出手段ＳＮ２、イグニッションスイッチセンサＳＮ３、及びその他スイッチ検出手段ＳＮ４が設けられており、これらのセンサ類により検出された情報がコントローラ３０に逐次入力されるようになっている。

電圧センサＳＮ１は、種々の電圧情報をコントローラ３０へ供給するためのセンサである。特に、図１にも示したキャパシタ３の電圧（キャパシタ電圧）に関するセンサ出力は、降圧動作の制御のためにＤＣＭ３１に入力される。

運転状態検出手段ＳＮ２は、車両もしくはエンジンの状態に関する物理量を検出するセンサ類の総称であり、例えば、車両の走行速度を検出する車速センサ、エンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度センサ、アクセルペダルやブレーキペダルの操作量又は操作力を検出するアクセル／ブレーキセンサ等が含まれる。この運転状態検出手段ＳＮ２からの入力情報に基づいて、コントローラ３０、とりわけＰＣＭ３２は、例えば、車両が減速しているか加速しているか、減速／加速の度合いはどの程度かといった情報を得ることができる。

イグニッションスイッチセンサＳＮ３は、エンジンを始動又は停止する際にドライバにより操作される図外のイグニッションスイッチの操作状態を検出するセンサである。イグニッションスイッチセンサＳＮ３の出力は、ＰＣＭ３２に入力される。

その他スイッチ検出手段ＳＮ４は、イグニッションスイッチ以外のスイッチ類の操作状態を検出するセンサの総称であり、例えばエアコンやオーディオ等の操作スイッチの操作状態を検出するセンサ等が含まれる。

コントローラ３０は、各センサ類ＳＮ１〜ＳＮ４からの入力情報に基づいて、オルタネータ１による電力発電量、ＤＣ／ＤＣコンバータ４による降圧動作、電気負荷５及びスタータ６の駆動／停止、リレー１２，１３のオン／オフ操作、ＦＥＴ１５，１７のオン／オフ操作等を制御する。以下、このコントローラ３０による制御動作の具体例について詳しく説明する。

（３）制御動作
本実施形態の車両用電源制御装置は、車両の減速時に集中的に発電を行ういわゆる減速回生制御を実行可能である。このため、車両の走行中、電源各部はコントローラ３０によって次のように制御される。

車両の減速時は、オルタネータ１による発電が積極的に行われて、最大で２５Ｖの発電電力が生成される。このオルタネータ１での発電電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４によって１２Ｖまで降圧された後に電気負荷５に供給される。また、電気負荷５での消費電力を超える余剰の電力は、キャパシタ３に供給されて充電される。キャパシタ３は、既に説明したように急速な充電が可能であるため、余剰電力はキャパシタ３によって効率よく回収されることになる。ただし、キャパシタ３が既に満充電状態（２５Ｖ）にある場合には、キャパシタ３にそれ以上充電することができないため、余剰電力はバッテリ２の充電に回される。

一方、車両の減速時以外の走行シーンでは、オルタネータ１からエンジンに加わる抵抗を少なくするために、オルタネータ１による発電が極力抑制される。例えば、オルタネータ１による発電が行われないとき、電気負荷５での消費電力は、主にキャパシタ３の充電電力によって賄われる。つまり、キャパシタ３に充電されていた最大で２５Ｖの電力が、ＤＣ／ＤＣコンバータ４により１２Ｖまで降圧された後に電気負荷５に供給される。ただし、キャパシタ電圧が十分に高くない場合、もしくは電気負荷５での消費電力が比較的多い場合には、キャパシタ３の充電電力だけでは電気負荷５での消費電力を賄うことができない。そこで、このような場合には、オルタネータ１での発電が必要最小限行われて、このオルタネータ１で発電された電力が利用されるとともに、必要に応じてバッテリ２から放電される電力も利用される。このような制御により、車両の走行中のキャパシタ３の充電電力は、常にある一定のレベル以上に保たれる。本実施形態では、キャパシタ電圧が１２〜２５Ｖの範囲に収まるように、キャパシタ３への充放電が制御される。

上記のように、本実施形態では、車両の減速時には主にオルタネータ１からＤＣ／ＤＣコンバータ４を通じて電気負荷５に電力が供給され、車両の減速時以外はキャパシタ３からＤＣ／ＤＣコンバータ４を通じて電気負荷５に電力が供給される。このため、車両の走行中は、原則として、バイパスライン１１を通じた給電が行われることはなく、キャパシタ３が第１ライン７から切り離されることもない。このため、バイパスリレー１３は常に遮断状態に維持され、キャパシタ遮断リレー１２は常に接続状態に維持される。

ここで、キャパシタ遮断リレー１２の接続状態でＤＣ／ＤＣコンバータ４に故障が生じた場合には、まずＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力を停止し、キャパシタ３を放電させてその電圧とバッテリ２の電圧とをほぼ等しくした後、バイパスリレー１３のラインに切り替えることが考えられる。ところが、放電によりキャパシタ３の電圧を下げるまでに時間がかかり、その間にバッテリ２の電圧が下がることが懸念される。特にバッテリ２を小型化した場合には、その影響が大きいことが懸念される。

そこで、本実施形態では、以下詳細に説明するように、故障形態に応じてキャパシタ遮断リレー１２及びバイパスリレー１３の状態をそれぞれ適切に制御することにより、装置の保護を図ったうえで、可能な限り電気負荷５への電力供給を達成する。

図３は、電源故障検知時に行われる制御の手順を示すフローチャートである。

コントローラ３０は、ステップＳ１で、電源システムの故障か否かを判定し、ＹＥＳの場合、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２で、コントローラ３０は、電源システムの故障形態を確認する。

続いて、ステップＳ３で、コントローラ３０は、故障形態に応じた制御を実行するとともに、故障報知のワーニングを行う。

以下、故障形態を５つのタイプに分けて順次説明する。タイプＡの故障は、オルタネータ１の暴走故障、又はＤＣＭ３１の制御基板過熱故障という重篤な故障である。タイプＢの故障は、キャパシタ３の故障、又はＤＣＭ３１の入出力短絡故障という次に重篤な故障である。タイプＣの故障は、ＤＣＭ３１の出力電流センサ故障、ＤＣＭ３１の降圧回路過熱故障である。タイプＤの故障は、ＤＣＭ３１とＰＣＭ３２との間のＣＡＮ通信故障である。タイプＥの故障は、キャパシタ３の劣化である。

（３ａ）タイプＡの故障の場合
オルタネータ１の暴走故障は、タイプＡの故障に分類される。これは、オルタネータ１のフィールドコイルへのデューティが１００％になる故障であって、オルタネータ１のオン故障である。この故障は、ＤＣＭ３１にてＤＣ／ＤＣコンバータ４の入力の高電圧状態が所定時間継続することで検知される。

ＤＣＭ３１の制御基板過熱故障も、タイプＡの故障に分類される。これは、制御基板過熱温度センサ２１が所定温度以上を検出することで検知される。

これらタイプＡの故障の場合には、基本的に、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力を停止させるとともに、キャパシタ遮断リレー１２を遮断状態にし、バイパスリレー１３も遮断状態にする。バッテリ２の過充電、及びキャパシタ３の過充電を防止し、かつＤＣＭ３１の制御基板の過熱を抑制するためである。

図４は、タイプＡの故障の場合の制御手順を示すフローチャートである。

まず、タイプＡの故障が発生したものとＤＣＭ３１で確定されると、ＤＣＭ３１は、ステップＡ１で、オルタネータ１の発電停止要求をＰＣＭ３２へ発するとともに、バイパスリレー１３を遮断状態にするように制御する。

次のステップＡ２で、ＤＣＭ３１は、タイマをスタートさせる。

次のステップＡ３で、ＰＣＭ３２は、ＤＣＭ３１からの発電停止要求を受けて、オルタネータ１の発電を停止するための制御を実行する。

次のステップＡ４で、ＤＣＭ３１は、ＰＣＭ３２から発電停止の完了通知を受信したか、又は発電停止要求から５００ｍｓが経過したか否かを判定する。ＮＯの場合には、ステップＡ４に戻り、ＹＥＳの場合には、ステップＡ５に進む。

ステップＡ５で、ＤＣＭ３１は、キャパシタ遮断リレー１２を遮断状態にするように制御する。すなわち、ＰＣＭ３２がオルタネータ１の発電停止に成功し、ＰＣＭ３２から発電停止の完了通知をＤＣＭ３１が受信した場合には、キャパシタ遮断リレー１２を遮断状態にする。発電停止の完了通知をＤＣＭ３１が受信する前に発電停止要求から５００ｍｓが経過してしまった場合には、ＰＣＭ３２によるオルタネータ１の発電停止が失敗したものとみなして、ＤＣＭ３１はキャパシタ遮断リレー１２を強制遮断する。

以上の制御により、キャパシタ遮断リレー１２及びバイパスリレー１３をいずれも遮断状態にすることで安全が確保される。

（３ｂ）タイプＢの故障の場合
キャパシタ３の故障は、タイプＢの故障に分類される。これは、キャパシタ３の内部抵抗又は静電容量に関する故障である。内部抵抗は、満充電時からの放電時の、キャパシタ開放電圧、キャパシタ端子電圧、及びキャパシタ電流から演算で求める。静電容量は、充電中の、キャパシタ電流積算値、及びキャパシタ電圧差分から演算で求める。

ＤＣＭ３１の入出力短絡故障も、タイプＢの故障に分類される。これは、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の貫通故障であって、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の入力及び出力がいずれも高電圧であることで検知される。

これらタイプＢの故障の場合には、基本的に、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力を停止させるとともに、キャパシタ遮断リレー１２を遮断状態にする一方、バイパスリレー１３を接続状態にすることで、オルタネータ１からバッテリ２及び電気負荷５への給電を可能にする。

図５は、タイプＢの故障の場合の制御手順を示すフローチャートである。

まず、タイプＢの故障が発生したものとＤＣＭ３１で確定されると、ＤＣＭ３１は、ステップＢ１で、オルタネータ１の発電停止要求をＰＣＭ３１へ発する。

次のステップＢ２で、ＤＣＭ３１は、タイマをスタートさせる。

次のステップＢ３で、ＰＣＭ３２は、ＤＣＭ３１からの発電停止要求を受けて、オルタネータ１の発電を停止するための制御を実行する。

次のステップＢ４で、ＤＣＭ３１は、ＰＣＭ３２から発電停止の完了通知を受信したか、又は発電停止要求から５００ｍｓが経過したか否かを判定する。ＮＯの場合には、ステップＢ４に戻り、ＹＥＳの場合には、ステップＢ５に進む。

ステップＢ５で、ＤＣＭ３１は、キャパシタ遮断リレー１２を遮断状態にするように制御する。すなわち、ＰＣＭ３２がオルタネータ１の発電停止に成功し、ＰＣＭ３２から発電停止の完了通知をＤＣＭ３１が受信した場合には、キャパシタ遮断リレー１２を遮断状態にする。発電停止の完了通知をＤＣＭ３１が受信する前に発電停止要求から５００ｍｓが経過してしまった場合には、ＰＣＭ３２によるオルタネータ１の発電停止が失敗したものとみなして、ＤＣＭ３１はキャパシタ遮断リレー１２を強制遮断する。

次のステップＢ６で、ＤＣＭ３１は、バイパスリレー１３を接続状態にするように制御する。

次のステップＢ７で、ＤＣＭ３１は、オルタネータ１の発電停止要求を取り下げる。すなわち、ＰＣＭ３２がオルタネータ１の発電停止に成功し、ＰＣＭ３２から発電停止の完了通知をＤＣＭ３１が受信するか、又は発電停止要求から５００ｍｓ経過した場合には、ＤＣＭ３１は、キャパシタ遮断リレー１２を強制遮断した後にバイパスリレー１３を接続状態に制御し、更にその後、オルタネータ１の発電停止要求を取り下げる。

ステップＢ８で、ＰＣＭ３２は、オルタネータ１の発電を再開するように制御する。

以上の制御により、オルタネータ１からバイパスリレー１３を通して電気負荷５及びバッテリ２への給電が可能になる。

（３ｃ）タイプＣの故障の場合
ＤＣＭ３１の出力電流センサ故障は、タイプＣの故障に分類される。これは、出力電流センサ２３の故障であって、センサ検出値と制御状態に基づく計算値との乖離をもとに検知される。

ＤＣＭ３１の降圧回路過熱故障も、タイプＣの故障に分類される。これは、降圧回路過熱温度センサ２２が所定温度以上を検出することで検知される。

これらタイプＣの故障の場合にも、基本的に、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力を停止させるとともに、キャパシタ遮断リレー１２を遮断状態にする一方、バイパスリレー１３を接続状態にすることで、オルタネータ１からバッテリ２及び電気負荷５への給電を可能にする。

図６は、タイプＣの故障の場合の制御手順を示すフローチャートである。

まず、タイプＣの故障が発生したものとＤＣＭ３１で確定されると、ＤＣＭ３１は、ステップＣ１で、オルタネータ１の発電停止要求をＰＣＭ３１へ発する。

次のステップＣ２で、ＤＣＭ３１は、タイマをスタートさせる。

次のステップＣ３で、ＰＣＭ３２は、ＤＣＭ３１からの発電停止要求を受けて、オルタネータ１の発電を停止するための制御を実行する。

次のステップＣ４で、ＤＣＭ３１は、ＰＣＭ３２から発電停止の完了通知を受信したか否かを判定する。ＮＯの場合には、ステップＣ９に進み、ＹＥＳの場合には、ステップＣ５に進む。

ステップＣ５で、ＤＣＭ３１は、キャパシタ遮断リレー１２を遮断状態にするように制御する。すなわち、ＰＣＭ３２がオルタネータ１の発電停止に成功し、ＰＣＭ３２から発電停止の完了通知をＤＣＭ３１が受信した場合には、キャパシタ遮断リレー１２を遮断状態にする。

次のステップＣ６で、ＤＣＭ３１は、バイパスリレー１３を接続状態にするように制御する。

次のステップＣ７で、ＤＣＭ３１は、オルタネータ１の発電停止要求を取り下げる。

次のステップＣ８で、ＰＣＭ３２は、オルタネータ１の発電を再開するように制御して、処理を終了する。

ステップＣ４から分岐したステップＣ９で、ＤＣＭ３１は、発電停止要求から５秒が経過したか否かを判定する。ＮＯの場合には、ステップＣ４に戻り、ＹＥＳの場合には、ステップＣ１０に進む。

ステップＣ１０で、ＤＣＭ３１は、オルタネータ１の発電停止要求を取り下げて、処理を終了する。

以上のとおり、オルタネータ１の発電停止要求は最長５秒で取り下げられる。この５秒間にオルタネータ１の発電停止に成功しなかった場合には、キャパシタ遮断リレー１２を遮断状態にする処理（ステップＣ５）は行われず、バイパスリレー１３を接続状態にする処理（ステップＣ６）も行われない。

前述のタイプＢの故障の場合には、キャパシタ３の故障状態でこれを充放電することによるキャパシタ３の大ダメージを抑制する観点から、またＤＣＭ３１の入出力短絡故障時は高電圧が作用することによる電気負荷５の大ダメージを抑制する観点からキャパシタ遮断リレー１２の強制遮断を行う。一方、タイプＣの故障はＤＣＭ３１の一部故障であって重篤ではなく、他へダメージが及ぶ可能性も低いため、キャパシタ遮断リレー１２の強制遮断を行わない。キャパシタ遮断リレー１２の強制遮断による当該キャパシタ遮断リレー１２の破損を防止するためである。

（３ｄ）タイプＤの故障の場合
ＤＣＭ３１とＰＣＭ３２との間のＣＡＮ通信故障は、タイプＤの故障に分類される。これは、ＤＣＭ３１及びＰＣＭ３２が相手方からのＣＡＮ信号を確認できないことで検知される。

ＰＣＭ３２がオルタネータ１のフィールドコイルへの印加電流の大きさを決定するためには、キャパシタ３の電圧情報が必要である。ところが、ＤＣＭ３１とＰＣＭ３２との間のＣＡＮ通信故障が生じると、ＰＣＭ３２は、ＤＣＭ３１からキャパシタ３の電圧情報を得ることができなくなる。逆に、ＤＣＭ３１は、ＰＣＭ３２からオルタネータ１の発電状態に関する情報を得ることができなくなる。この状態でオルタネータ１及びキャパシタ３を使用し続けることは危険である。ただし、可能な限り、バッテリ２及び電気負荷５への給電は継続したい。

そこで、タイプＤの故障の場合にも、基本的に、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力を停止させるとともに、キャパシタ遮断リレー１２を遮断状態にする一方、バイパスリレー１３を接続状態にすることで、オルタネータ１からバッテリ２及び電気負荷５への給電を可能にする。

図７は、タイプＤの故障の場合の制御手順を示すフローチャートである。

タイプＤの故障が発生したものとＰＣＭ３２で確定されると、ＰＣＭ３２は、ステップＤ１で、オルタネータ１の発電を停止するための制御を実行する。

次のステップＤ２で、ＰＣＭ３２は、ＣＡＮ通信に対する予備ルートであるＳＩＧ信号をアクティブにすることで、キャパシタ遮断リレー１２を遮断状態とし、かつバイパスリレー１３を接続状態とするようにとの指令をＤＣＭ３１に伝達する。

ステップＤ３で、ＤＣＭ３１は、ＳＩＧ信号による指令に従い、キャパシタ遮断リレー１２を遮断状態にするように制御する。

続くステップＤ４で、ＤＣＭ３１は、ＳＩＧ信号による指令に従い、バイパスリレー１３を接続状態にするように制御する。

ステップＤ５で、ＰＣＭ３２は、ＳＩＧ信号をアクティブにした時点から５秒が経過したか否かを判定する。ＮＯの場合には、ステップＤ５に戻り、ＹＥＳの場合には、ステップＤ６に進む。

ステップＤ６で、ＰＣＭ３２は、オルタネータ１の発電を再開するように制御して、処理を終了する。

図８は、タイプＤの故障の場合の制御手順を示すタイムチャートである。

図８によれば、時刻ｔ１に、ＰＣＭ３２がＣＡＮ通信故障を検知する。次に、ＰＣＭ３２からのオルタネータ発電停止命令に従い、オルタネータ１は、通常制御モードから発電停止モードへ移行する。そして、時刻ｔ２に、バイパス指示としてのアクティブなＳＩＧ信号がＰＣＭ３２からＤＣＭ３１へ発せられる。このＳＩＧ信号に応答して、ＤＣＭ３１は、キャパシタ遮断リレー１２を遮断状態にし、かつバイパスリレー１３を接続状態にする。そして、ＰＣＭ３２は、ＳＩＧ信号をアクティブにした時点から５秒が経過した時刻ｔ３に、オルタネータ１の発電を再開するように制御する。これにより、オルタネータ１は発電停止モードからデフォルト低電圧モードへ移行し、オルタネータ１からバイパスリレー１３を通した電気負荷５及びバッテリ２への給電が開始する。

なお、ＰＣＭ３２は、オルタネータ１による発電の再開から所定時間後にバッテリ２の電圧が低い場合はオルタネータ１の発電を停止するように制御してもよい。これにより、発電が意図しない箇所に作用し続けることによりダメージが及ぶリスクを抑制できる。

（３ｅ）タイプＥの故障の場合
キャパシタ３の劣化は、タイプＥの故障に分類される。これは、キャパシタ３の内部抵抗又は静電容量に関する劣化である。内部抵抗は、キャパシタ３の放電中に、ＤＣ／ＤＣコンバータ４を停止させ、停止前後のキャパシタ電圧及びキャパシタ電流から演算で求める。静電容量は、抵抗１６を通して廃電ＦＥＴ１７によりキャパシタ３の電荷を放電させ、放電時間、放電前後のキャパシタ電圧、及び抵抗１６の抵抗値から演算で求める。

タイプＥの故障の場合には、今回の運転中は何もせず、次回運転時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力を停止させるとともに、キャパシタ遮断リレー１２を遮断状態にする一方、バイパスリレー１３を接続状態にすることで、オルタネータ１からバッテリ２及び電気負荷５への給電を可能にする。

図９は、タイプＥの故障の場合の制御手順を示すフローチャートである。

タイプＥの故障が発生したものとＰＣＭ３２で確定されると、ＰＣＭ３２は、ステップＥ１で、イグニッションスイッチがオフ操作されたか否かを判定する。ＮＯの場合には、ステップＥ１に戻り、ＹＥＳの場合には、ステップＥ２に進む。

ステップＥ２で、ＤＣＭ３１は、ＰＣＭ３２からの指示を受けて、キャパシタ遮断リレー１２を遮断状態にするように制御する。

次のステップＥ３で、ＰＣＭ３２は、イグニッションスイッチがオン操作されたか否かを判定する。ＮＯの場合には、ステップＥ３に戻り、ＹＥＳの場合には、ステップＥ４に進む。

ステップＥ４で、ＤＣＭ３１は、キャパシタ遮断リレー１２の遮断状態を維持するように制御する。つまり、ここではキャパシタ遮断リレー１２を接続状態にすることが禁止されている。

次のステップＥ５で、ＤＣＭ３１は、ＰＣＭ３２からの指示を受けて、バイパスリレー１３を接続状態にするように制御する。

以上の制御により、オルタネータ１からバイパスリレー１３を通して電気負荷５及びバッテリ２への給電が可能になる。

（４）変形例
上記実施形態では、バッテリ２よりも急速な充放電が可能な蓄電装置（請求項にいう第２蓄電装置）として、複数の電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）からなるキャパシタ３を用いたが、このようなキャパシタ３以外の蓄電装置を第２蓄電装置として使用することも可能である。その一例として、リチウムイオンキャパシタを挙げることができる。なお、リチウムイオンキャパシタは、電気二重層キャパシタとは異なり、リチウムイオンを電気化学的に吸蔵可能な炭素系材料を負極として用いることによってエネルギ密度を更に向上させたものであり、正極と負極とで充放電の原理が異なる（化学反応を併用する）ことから、ハイブリッドキャパシタとも呼ばれるものである。

また、上記実施形態では、ディーゼルエンジンを搭載した車両にここに開示された技術を適用した場合を例に挙げて説明したが、ここに開示された技術は、ディーセルエンジン以外のエンジン（例えばガソリンエンジン）を搭載した車両にも当然に適用することができる。

更に、上記実施形態では、エンジンから動力を得て発電する発電機としてオルタネータ１を用いたが、発電だけでなくエンジンのトルクアシスト（エンジンの出力軸にトルクを付加する動作）をも行うことが可能な電気モータ（モータジェネレータ）を、発電機として用いてもよい。すなわち、ここに開示された技術は、エンジンのみが動力源である従来型の車両だけでなく、エンジンと電気モータとを併用したハイブリッド車両にも適用することが可能である。

以上説明したように、ここに開示された技術は、車両用電源制御装置として有用である。

１ オルタネータ（発電機）
２ バッテリ（第１蓄電装置）
３ キャパシタ（第２蓄電装置）
４ ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧変換部）
５ 電気負荷
６ スタータ
７ 第１ライン
８ 第２ライン
９ 第３ライン
１０ 第４ライン
１１ バイパスライン
１２ キャパシタ遮断リレー（第１断続部）
１３ バイパスリレー（第２断続部）
１４ 充電ライン
１５ 充電ＦＥＴ
１６ 抵抗
１７ 廃電ＦＥＴ
２１ 制御基板過熱温度センサ
２２ 降圧回路過熱温度センサ
２３ 出力電流センサ
３０ コントローラ（制御部）
３１ ＤＣＭ（ＤＣ／ＤＣコンバータモジュール）
３２ ＰＣＭ（パワートレインコントロールモジュール）
ＳＮ１ 電圧センサ
ＳＮ３ イグニッションスイッチセンサ

Claims (12)

1. エンジンにより駆動されて発電する発電機と、
   電気負荷に接続された第１蓄電装置と、
   前記第１蓄電装置よりも急速な充放電が可能な第２蓄電装置と、
   前記発電機と前記第２蓄電装置との接続及び遮断を切り替える第１断続部と、
   前記発電機と前記第１断続部との接続点の電圧を降圧して前記第１蓄電装置へ供給する機能を有する電圧変換部と、
   前記発電機と前記第１蓄電装置との接続及び遮断を切り替える第２断続部と、
   前記発電機及び前記電圧変換部を制御し、かつ前記第１及び第２断続部の状態をそれぞれ制御する制御部とを備えた車両用電源制御装置であって、
   前記制御部は、前記第１断続部の接続状態で、前記電圧変換部又は前記第２断続部を介して前記第１蓄電装置及び前記電気負荷に電力を供給している最中に故障を検知した場合に、当該故障の形態に応じて前記第１及び第２断続部の状態をそれぞれ制御することを特徴とする車両用電源制御装置。
2. 請求項１に記載の車両用電源制御装置において、
   前記制御部は、前記発電機の暴走故障、又は前記電圧変換部の制御基板過熱故障を検知した場合に、前記第１断続部を遮断状態にし、前記第２断続部を接続状態であれば遮断状態にするように制御することを特徴とする車両用電源制御装置。
3. 請求項２に記載の車両用電源制御装置において、
   前記制御部は、前記発電機の暴走故障、又は前記電圧変換部の制御基板過熱故障を検知した場合に、前記第２断続部を即時に遮断状態にし、前記発電機の発電を停止させた後に前記第１断続部を遮断状態にするように制御することを特徴とする車両用電源制御装置。
4. 請求項３に記載の車両用電源制御装置において、
   前記電圧変換部からの発電停止要求に基づいて前記制御部が前記発電機の発電を停止させるように構成され、
   前記制御部は、前記発電機の発電停止が実行できなくても前記発電停止要求から所定時間後に前記第１断続部を強制的に遮断状態にするように制御することを特徴とする車両用電源制御装置。
5. 請求項１に記載の車両用電源制御装置において、
   前記制御部は、前記第２蓄電装置の故障、前記電圧変換部の入出力短絡故障、前記電圧変換部の出力電流センサ故障、前記電圧変換部の降圧回路過熱故障、又は前記制御部と前記電圧変換部との間の通信故障を検知した場合に、前記第１断続部を遮断状態にし、前記第２断続部を遮断状態であればその後に接続状態にするように制御することを特徴とする車両用電源制御装置。
6. 請求項５に記載の車両用電源制御装置において、
   前記制御部は、前記第２蓄電装置の故障、前記電圧変換部の入出力短絡故障、又は前記制御部と前記電圧変換部との間の通信故障を検知した場合には、前記発電機の発電を停止させた後に前記第１断続部を遮断状態にし、その後に前記発電機の発電を再開させるように制御することを特徴とする車両用電源制御装置。
7. 請求項６に記載の車両用電源制御装置において、
   前記制御部は、前記発電機の発電停止が実行できなくても所定時間後に前記第１断続部を強制的に遮断状態にするように制御することを特徴とする車両用電源制御装置。
8. 請求項７に記載の車両用電源制御装置において、
   前記電圧変換部からの発電停止要求に基づいて前記制御部が前記発電機の発電を停止させるように構成され、
   前記制御部は、前記第２蓄電装置の故障、又は前記電圧変換部の入出力短絡故障を検知した場合に、前記発電機の発電停止が実行できなくても前記発電停止要求から所定時間後に前記電圧変換部が前記第１断続部を強制的に遮断状態にするように制御することを特徴とする車両用電源制御装置。
9. 請求項７に記載の車両用電源制御装置において、
   前記制御部は、前記制御部と前記電圧変換部との間の通信故障を検知した場合に、前記制御部が前記発電機の停止制御を行い、所定時間後に前記第１断続部を強制的に遮断状態にするとともに前記第２断続部を接続状態にする要求を前記制御部が予備ルートで前記電圧変換部に送るとともに、前記電圧変換部は当該要求を受けたら、前記第１断続部を遮断状態にし、所定時間後に前記第２断続部を接続状態にするように制御することを特徴とする車両用電源制御装置。
10. 請求項９に記載の車両用電源制御装置において、
    前記制御部は、前記第２断続部を接続状態にする要求を送信して所定時間後に前記発電機が発電を再開し、当該発電再開から所定時間後に前記第１蓄電装置の電圧が低い場合は前記発電機の発電を停止するように制御することを特徴とする車両用電源制御装置。
11. 請求項７に記載の車両用電源制御装置において、
    前記電圧変換部からの発電停止要求に基づいて前記制御部が前記発電機の発電を停止させるように構成され、
    前記制御部は、前記電圧変換部の出力電流センサ故障、又は前記電圧変換部の降圧回路過熱故障を検知した場合には、発電停止要求から所定時間後に発電停止が実行されない場合は発電停止要求を取り下げ、かつ前記第１断続部の接続状態を維持するとともに前記第２断続部の遮断状態を維持するように制御することを特徴とする車両用電源制御装置。
12. 請求項１に記載の車両用電源制御装置において、
    前記制御部は、前記第２蓄電装置の劣化を検知した場合に、前記第１断続部の接続状態と、前記第２断続部の遮断状態とを維持するとともに、イグニッションスイッチのオフ操作後に当該イグニッションスイッチがオン操作された際に、前記第１断続部を遮断状態にし、かつ前記第２断続部を接続状態にするように制御することを特徴とする車両用電源制御装置。

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