JP2020043669A - 車両用電源装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】発電機の異常状態を早期に判定する。【解決手段】鉛バッテリ51と電気機器63とを備える第1電源系71と、スタータジェネレータ16とリチウムイオンバッテリ52とを備える第2電源系72と、第1電源系71と第2電源系72との間に設けられる正極ライン56と、正極ライン56に設けられる第1スイッチSW1と、第2電源系72に設けられる第2スイッチSW2と、鉛バッテリ51またはリチウムイオンバッテリ52の電流に基づいて、スタータジェネレータ16が異常状態であるか否かを判定する異常判定部95と、を有し、異常判定部95は、第1スイッチSW1と第2スイッチSW2との少なくとも何れか一方がオン状態に制御され、かつスタータジェネレータ16に発電指令が出力された状態のもとで、スタータジェネレータ16が異常状態であるか否かを判定する。【選択図】図1

Description

本発明は、車両に搭載される車両用電源装置に関する。
車両に搭載される車両用電源装置には、鉛バッテリやリチウムイオンバッテリ等の蓄電体が設けられるとともに、モータジェネレータやISG(Integrated Starter Generator)等の発電機が設けられている(特許文献1参照)。
特開2017−1186994号公報
ところで、発電機に発電不能等の異常状態が生じたとしても、鉛バッテリやリチウムイオンバッテリ等には電力が蓄えられるため、所定時間に渡って車両走行を継続させることが可能である。しかしながら、鉛バッテリ等の電力が枯渇した場合には車両走行が困難になるため、発電機の異常状態を早期に判定することが求められている。
本発明の目的は、発電機の異常状態を早期に判定することにある。
本発明の車両用電源装置は、車両に搭載される車両用電源装置であって、第1蓄電体と、前記第1蓄電体に接続される電気負荷と、を備える第1電源系と、エンジンに連結される発電機と、前記発電機に接続される第2蓄電体と、を備える第2電源系と、前記第1電源系と前記第2電源系との間に設けられ、前記第1蓄電体と前記第2蓄電体とを並列接続する通電径路と、前記通電径路に設けられ、前記第1電源系と前記第2電源系とを接続するオン状態と、前記第1電源系と前記第2電源系とを切り離すオフ状態と、に制御される第1スイッチと、前記第2電源系に設けられ、前記発電機と前記第2蓄電体とを接続するオン状態と、前記発電機と前記第2蓄電体とを切り離すオフ状態と、に制御される第2スイッチと、前記第1蓄電体または前記第2蓄電体の電流に基づいて、前記発電機が異常状態であるか否かを判定する異常判定部と、を有し、前記異常判定部は、前記第1スイッチと前記第2スイッチとの少なくとも何れか一方がオン状態に制御され、かつ前記発電機に発電指令が出力された状態のもとで、前記発電機が異常状態であるか否かを判定する。
本発明によれば、異常判定部は、第1スイッチと第2スイッチとの少なくとも何れか一方がオン状態に制御され、かつ発電機に発電指令が出力された状態のもとで、発電機が異常状態であるか否かを判定する。これにより、発電機の異常状態を早期に判定することができる。
本発明の一実施の形態である車両用電源装置が搭載された車両の構成例を示す概略図である。 電源回路の一例を簡単に示した回路図である。 スタータジェネレータを燃焼発電状態に制御したときの電流供給状況の一例を示す図である。 スタータジェネレータを発電休止状態に制御したときの電流供給状況の一例を示す図である。 スタータジェネレータを回生発電状態に制御したときの電流供給状況の一例を示す図である。 スタータジェネレータを力行状態に制御したときの電流供給状況の一例を示す図である。 スタータジェネレータを力行状態に制御したときの電流供給状況の一例を示す図である。 エンジン初始動制御における電流供給状況の一例を示す図である。 鉛バッテリ補充電制御における電流供給状況の一例を示す図である。 ISG異常判定制御の実行手順の一例を示すフローチャートである。 (A)および(B)は、判定パターン1における電流供給状況の一例を示す図である。 (A)および(B)は、判定パターン2における電流供給状況の一例を示す図である。 (A)および(B)は、判定パターン3における電流供給状況の一例を示す図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
[車両構成]
図1は本発明の一実施の形態である車両用電源装置10が搭載された車両11の構成例を示す概略図である。図1に示すように、車両11には、エンジン12を動力源に用いたパワーユニット13が搭載されている。エンジン12のクランク軸14には、ベルト機構15を介してスタータジェネレータ(発電機)16が連結されている。また、エンジン12にはトルクコンバータ17を介して変速機構18が連結されており、変速機構18にはデファレンシャル機構19等を介して車輪20が連結されている。
エンジン12に連結されるスタータジェネレータ16は、発電機および電動機として機能する所謂ISG(Integrated Starter Generator)である。スタータジェネレータ16は、クランク軸14に駆動される発電機として機能するだけでなく、クランク軸14を駆動する電動機として機能する。例えば、アイドリングストップ制御においてエンジン12を再始動させる場合や、発進時や加速時においてエンジン12を補助する場合に、スタータジェネレータ16は力行状態に制御され、スタータジェネレータ16は電動機として機能する。
スタータジェネレータ16は、ステータコイルを備えたステータ30と、フィールドコイルを備えたロータ31と、を有している。また、スタータジェネレータ16には、ステータコイルやフィールドコイルの通電状態を制御するため、インバータ、レギュレータ、マイコンおよび各種センサ等からなるISGコントローラ32が設けられている。ISGコントローラ32によってフィールドコイルやステータコイルの通電状態を制御することにより、スタータジェネレータ16の発電電圧、発電トルク、力行トルク等を制御することができる。
また、パワーユニット13には、エンジン12を始動回転させるスタータモータ40が設けられている。スタータモータ40のピニオン41は、トルクコンバータ17のリングギヤ42に噛み合う突出位置と、リングギヤ42との噛み合いが外れる退避位置と、に移動自在である。後述するように、乗員によってスタータボタン43が押されると、スタータモータ40の通電を制御するスタータリレー44がオン状態に切り替えられる。これにより、スタータリレー44を介してスタータモータ40に通電が為され、スタータモータ40のピニオン41は突出位置に移動して回転する。また、スタータリレー44を介してスタータモータ40を制御するため、車両11にはマイコン等からなるエンジンコントローラ45が設けられている。また、エンジンコントローラ45は、スタータリレー44を制御するだけでなく、スロットルバルブ、インジェクタおよび点火装置等のエンジン補機46を制御する。
前述したように、図示する車両11には、スタータジェネレータ16およびスタータモータ40が設けられている。アイドリングストップ制御に伴ってエンジン12を再始動させる場合、つまりエンジン運転中に停止条件が成立することでエンジン12を停止させ、エンジン停止中に始動条件が成立することでエンジン12を再始動させる場合には、スタータジェネレータ16を用いてエンジン12の始動回転が行われる。一方、車両11の制御システムを起動させて最初にエンジン12を始動させる場合、つまり乗員のスタータボタン操作等によってエンジン12を始動させる場合には、スタータモータ40を用いてエンジン12の始動回転が行われる。
[電源回路]
車両用電源装置10が備える電源回路50について説明する。図2は電源回路50の一例を簡単に示した回路図である。図2に示すように、電源回路50は、スタータジェネレータ16に電気的に接続される鉛バッテリ(第1蓄電体)51と、これと並列にスタータジェネレータ16に電気的に接続されるリチウムイオンバッテリ(第2蓄電体)52と、を備えている。なお、リチウムイオンバッテリ52を積極的に放電させるため、リチウムイオンバッテリ52の端子電圧は、鉛バッテリ51の端子電圧よりも高く設計されている。また、リチウムイオンバッテリ52を積極的に充放電させるため、リチウムイオンバッテリ52の内部抵抗は、鉛バッテリ51の内部抵抗よりも小さく設計されている。
スタータジェネレータ16の正極端子16aには正極ライン53が接続され、リチウムイオンバッテリ52の正極端子52aには正極ライン54が接続され、鉛バッテリ51の正極端子51aには正極ライン55を介して正極ライン56が接続される。これらの正極ライン53,54,56は、接続点57を介して互いに接続されている。また、スタータジェネレータ16の負極端子16bには負極ライン58が接続され、リチウムイオンバッテリ52の負極端子52bには負極ライン59が接続され、鉛バッテリ51の負極端子51bには負極ライン60が接続される。これらの負極ライン58,59,60は、基準電位点61を介して互いに接続されている。
図1に示すように、鉛バッテリ51の正極ライン55には、正極ライン62が接続されている。この正極ライン62には、各種アクチュエータや各種コントローラ等の電気機器(電気負荷)63からなる電気機器群64が接続されている。また、鉛バッテリ51の負極ライン60には、バッテリセンサ65が設けられている。バッテリセンサ65は、鉛バッテリ51の充放電電流や端子電圧を検出する機能を有するとともに、充放電電流等から鉛バッテリ51の充電状態であるSOC(State Of Charge)を検出する機能を有している。なお、バッテリセンサ65は、図示しない通電ラインを介して鉛バッテリ51の正極端子51aにも接続されている。
なお、鉛バッテリ51のSOCとは、鉛バッテリ51の電気残量を示す比率であり、鉛バッテリ51の満充電容量に対する蓄電量の比率である。例えば、鉛バッテリ51が上限容量まで充電された場合には、SOCが100%として算出され、鉛バッテリ51が下限容量まで放電した場合には、SOCが0%として算出される。
電源回路50には、鉛バッテリ51および電気機器63からなる第1電源系71が設けられており、リチウムイオンバッテリ52およびスタータジェネレータ16からなる第2電源系72が設けられている。そして、第1電源系71と第2電源系72との間に設けられる正極ライン(通電径路)56を介して、鉛バッテリ51とリチウムイオンバッテリ52とは互いに並列接続されている。この正極ライン56には、過大電流によって溶断する電力ヒューズ73が設けられるとともに、オン状態とオフ状態とに制御される第1スイッチSW1が設けられている。また、リチウムイオンバッテリ52の正極ライン54には、オン状態とオフ状態とに制御される第2スイッチSW2が設けられている。
スイッチSW1をオン状態に制御することにより、第1電源系71と第2電源系72とを互いに接続することができる一方、スイッチSW1をオフ状態に制御することにより、第1電源系71と第2電源系72とを互いに切り離すことができる。また、スイッチSW2をオン状態に制御することにより、スタータジェネレータ16とリチウムイオンバッテリ52とを互いに接続することができる一方、スイッチSW2をオフ状態に制御することにより、スタータジェネレータ16とリチウムイオンバッテリ52とを互いに切り離すことができる。
これらのスイッチSW1,SW2は、MOSFET等の半導体素子によって構成されるスイッチであっても良く、電磁力等を用いて接点を機械的に開閉させるスイッチであっても良い。また、スイッチSW1,SW2のオン状態とは、電気的に接続される通電状態や導通状態を意味しており、スイッチSW1,SW2のオフ状態とは、電気的に切断される非通電状態や遮断状態を意味している。なお、スイッチSW1,SW2は、リレーやコンタクタ等とも呼ばれている。
図1に示すように、電源回路50には、バッテリモジュール74が設けられている。このバッテリモジュール74は、リチウムイオンバッテリ52を有するとともに、スイッチSW1,SW2を有している。また、バッテリモジュール74は、マイコンや各種センサ等からなるバッテリコントローラ75を有している。さらに、バッテリモジュール74には、リチウムイオンバッテリ52の充放電電流、端子電圧および温度等を検出するバッテリセンサ76が設けられている。また、バッテリコントローラ75は、バッテリセンサ76から送信される充放電電流等に基づいて、リチウムイオンバッテリ52の充電状態であるSOC(State Of Charge)を算出する機能を有している。また、バッテリコントローラ75は、リチウムイオンバッテリ52のSOC等に基づいて、スイッチSW1,SW2を制御する機能を有している。
なお、リチウムイオンバッテリ52のSOCとは、リチウムイオンバッテリ52の電気残量を示す比率であり、リチウムイオンバッテリ52の満充電容量に対する蓄電量の比率である。例えば、リチウムイオンバッテリ52が上限容量まで充電された場合には、SOCが100%として算出され、リチウムイオンバッテリ52が下限容量まで放電した場合には、SOCが0%として算出される。
[制御系]
図1に示すように、車両用電源装置10は、パワーユニット13や電源回路50等を互いに協調させて制御するため、マイコン等からなるメインコントローラ80を有している。メインコントローラ80は、エンジン12を制御するエンジン制御部90、スタータジェネレータ16を制御するISG制御部91、およびスイッチSW1,SW2を制御するスイッチ制御部92を有している。また、メインコントローラ80は、後述するアイドリングストップ制御を実行するアイドリング制御部93を有しており、後述するモータアシスト制御を実行するアシスト制御部94を有している。さらに、メインコントローラ80は、後述するISG異常判定制御を実行する異常判定部95を有している。
メインコントローラ80や前述した各コントローラ32,45,75は、CANやLIN等の車載ネットワーク96を介して互いに通信自在に接続されている。メインコントローラ80は、各種コントローラや各種センサからの情報に基づいて、パワーユニット13や電源回路50等を制御する。なお、メインコントローラ80は、ISGコントローラ32を介してスタータジェネレータ16を制御し、バッテリコントローラ75を介してスイッチSW1,SW2を制御する。また、メインコントローラ80は、エンジンコントローラ45を介してエンジン12やスタータモータ40を制御する。
[スタータジェネレータ発電制御]
続いて、メインコントローラ80によるスタータジェネレータ16の発電制御について説明する。メインコントローラ80のISG制御部91は、ISGコントローラ32に制御信号を出力し、スタータジェネレータ16を発電状態や力行状態に制御する。例えば、ISG制御部91は、リチウムイオンバッテリ52のSOCが低下すると、スタータジェネレータ16の発電電圧を上げて燃焼発電状態に制御する一方、リチウムイオンバッテリ52のSOCが上昇すると、スタータジェネレータ16の発電電圧を下げて発電休止状態に制御する。なお、後述する図3以降の各図面において、「ISG」とはスタータジェネレータ16を意味している。
図3はスタータジェネレータ16を燃焼発電状態に制御したときの電流供給状況の一例を示す図である。なお、スタータジェネレータ16の燃焼発電状態とは、エンジン動力によってスタータジェネレータ16を発電させる状態、つまりエンジン内で燃料を燃焼させてスタータジェネレータ16を発電させる状態である。例えば、リチウムイオンバッテリ52のSOCが所定の下限値を下回る場合には、リチウムイオンバッテリ52を充電してSOCを高めるため、エンジン動力によってスタータジェネレータ16を発電させる。このように、スタータジェネレータ16を燃焼発電状態に制御する際には、スタータジェネレータ16の発電電圧が、鉛バッテリ51およびリチウムイオンバッテリ52の端子電圧よりも上げられる。これにより、図3に黒塗りの矢印で示すように、スタータジェネレータ16から、リチウムイオンバッテリ52、電気機器群64および鉛バッテリ51等に対して電流が供給され、リチウムイオンバッテリ52や鉛バッテリ51が緩やかに充電される。
図4はスタータジェネレータ16を発電休止状態に制御したときの電流供給状況の一例を示す図である。例えば、リチウムイオンバッテリ52のSOCが所定の上限値を上回る場合には、リチウムイオンバッテリ52を積極的に放電させるため、エンジン動力を用いたスタータジェネレータ16の発電が休止される。このように、スタータジェネレータ16を発電休止状態に制御する際には、スタータジェネレータ16の発電電圧が、鉛バッテリ51およびリチウムイオンバッテリ52の端子電圧よりも下げられる。これにより、図4に黒塗りの矢印で示すように、リチウムイオンバッテリ52から電気機器群64に電流が供給されるため、スタータジェネレータ16の発電を停止させることができ、エンジン負荷を軽減することができる。なお、発電休止状態におけるスタータジェネレータ16の発電電圧としては、リチウムイオンバッテリ52を放電させる発電電圧であれば良い。例えば、スタータジェネレータ16の発電電圧を0Vに制御しても良く、スタータジェネレータ16の発電電圧を0Vよりも高く制御しても良い。
前述したように、メインコントローラ80のISG制御部91は、リチウムイオンバッテリ52のSOCに基づきスタータジェネレータ16を燃焼発電状態や発電休止状態に制御しているが、車両減速時には多くの運動エネルギーを回収して燃費性能を高めることが求められる。そこで、車両減速時には、スタータジェネレータ16の発電電圧が引き上げられ、スタータジェネレータ16は回生発電状態に制御される。これにより、スタータジェネレータ16の発電電力を増加させることができるため、運動エネルギーを積極的に電気エネルギーに変換して回収することができ、車両11のエネルギー効率を高めて燃費性能を向上させることができる。このような回生発電を実行するか否かについては、アクセルペダルやブレーキペダルの操作状況等に基づき決定される。つまり、アクセルペダルの踏み込みが解除される減速走行時や、ブレーキペダルが踏み込まれる減速走行時には、スタータジェネレータ16が回生発電状態に制御される。
ここで、図5はスタータジェネレータ16を回生発電状態に制御したときの電流供給状況の一例を示す図である。スタータジェネレータ16を回生発電状態に制御する際には、前述した燃焼発電状態よりもスタータジェネレータ16の発電電圧が上げられる。これにより、図5に黒塗りの矢印で示すように、スタータジェネレータ16から、リチウムイオンバッテリ52や鉛バッテリ51に対して大きな電流が供給されるため、リチウムイオンバッテリ52や鉛バッテリ51は急速に充電される。また、リチウムイオンバッテリ52の内部抵抗は、鉛バッテリ51の内部抵抗よりも小さいことから、発電電流の大部分はリチウムイオンバッテリ52に供給される。
なお、図3〜図5に示すように、スタータジェネレータ16を燃焼発電状態、回生発電状態および発電休止状態に制御する際に、スイッチSW1,SW2はオン状態に保持されている。つまり、車両用電源装置10においては、スイッチSW1,SW2の切替制御を行うことなく、スタータジェネレータ16の発電電圧を制御するだけで、リチウムイオンバッテリ52の充放電を制御することが可能である。これにより、簡単にリチウムイオンバッテリ52の充放電を制御することができるだけでなく、スイッチSW1,SW2の耐久性を向上させることができる。
[アイドリングストップ制御におけるエンジン再始動]
メインコントローラ80のアイドリング制御部93は、自動的にエンジン12を停止させて再始動するアイドリングストップ制御を実行する。アイドリング制御部93は、エンジン運転中に所定の停止条件が成立した場合に、燃料カット等を実施してエンジン12を停止させる一方、エンジン停止中に所定の始動条件が成立した場合に、スタータジェネレータ16を回転させてエンジン12を再始動させる。エンジン12の停止条件としては、例えば、車速が所定値を下回り、かつブレーキペダルが踏み込まれることが挙げられる。また、エンジン12の始動条件としては、例えば、ブレーキペダルの踏み込みが解除されることや、アクセルペダルの踏み込みが開始されることが挙げられる。なお、アイドリング制御部93は、アイドリングストップ制御を実行する際に、エンジン制御部90やISG制御部91に制御信号を出力し、エンジン12やスタータジェネレータ16を制御する。
また、アイドリング制御部93は、アイドリングストップ制御でのエンジン停止中に始動条件が成立すると、スタータジェネレータ16を力行状態に制御してエンジン12を始動回転させる。ここで、図6はスタータジェネレータ16を力行状態に制御したときの電流供給状況の一例を示す図である。図6に示すように、アイドリングストップ制御におけるエンジン再始動時に、スタータジェネレータ16を力行状態に制御する際には、スイッチSW1がオフ状態に制御され、スイッチSW2がオン状態に制御される。つまり、スタータジェネレータ16によってエンジン12を始動回転させる場合には、スイッチSW1がオフ状態に切り替えられ、第1電源系71と第2電源系72とが互いに切り離される。これにより、リチウムイオンバッテリ52からスタータジェネレータ16に大電流が供給される場合であっても、第1電源系71の電気機器群64に対する瞬間的な電圧低下を防止することができ、電気機器群64等を正常に機能させることができる。
[モータアシスト制御]
メインコントローラ80のアシスト制御部94は、発進時や加速時等にスタータジェネレータ16を力行状態に制御し、スタータジェネレータ16によってエンジン12を補助するモータアシスト制御を実行する。なお、アシスト制御部94は、モータアシスト制御を実行する際に、ISG制御部91に制御信号を出力し、スタータジェネレータ16を制御する。
ここで、図7はスタータジェネレータ16を力行状態に制御したときの電流供給状況の一例を示す図である。図7に示すように、モータアシスト制御に伴ってスタータジェネレータ16を力行状態に制御する際には、スイッチSW1,SW2は共にオン状態に制御される。このように、スタータジェネレータ16によってエンジン12を補助する場合には、スイッチSW1,SW2をオン状態に制御することにより、電気機器群64に鉛バッテリ51とリチウムイオンバッテリ52との双方を接続している。これにより、電気機器群64の電源電圧を安定させることができ、車両用電源装置10の信頼性を向上させることができる。
前述したように、スタータジェネレータ16によるエンジン再始動時には、スイッチSW1がオフ状態に切り替えられる一方、スタータジェネレータ16によるモータアシスト時には、スイッチSW1がオン状態に保持される。つまり、エンジン再始動とは、停止中のエンジン12をスタータジェネレータ16によって回転させ始める状況であり、スタータジェネレータ16の消費電力が増加し易い状況である。これに対し、モータアシスト時とは、回転中のエンジン12をスタータジェネレータ16によって補助的に駆動する状況であり、スタータジェネレータ16の消費電力が抑制される状況である。このように、モータアシスト制御においては、スタータジェネレータ16の消費電力が抑制されることから、スイッチSW1をオン状態に保持したとしても、鉛バッテリ51からスタータジェネレータ16に大電流が流れることはなく、電気機器群64の電源電圧を安定させることができる。
[エンジン初始動制御,鉛バッテリ補充電制御]
続いて、スタータモータ40を用いてエンジン12を始動するエンジン初始動制御について説明した後に、エンジン初始動後のスタータジェネレータ16による鉛バッテリ補充電制御について説明する。ここで、図8はエンジン初始動制御における電流供給状況の一例を示す図である。また、図9は鉛バッテリ補充電制御における電流供給状況の一例を示す図である。
車両11の制御システムを起動させて最初にエンジン12を始動する場合、つまりスタータボタン操作等によってエンジン12を始動する場合には、スタータモータ40によってエンジン12の始動回転が行われる。このエンジン初始動制御においては、図8に示すように、スイッチSW1がオフ状態に制御され、スイッチSW2がオフ状態に制御され、スタータリレー44がオン状態に制御される。これにより、鉛バッテリ51からスタータモータ40に電流が供給され、スタータモータ40を回転させることでエンジン12が始動される。
このように、スタータモータ40によってエンジン12が始動されると、図9に示すように、スタータリレー44がオフ状態に切り替えられ、スイッチSW1がオン状態に切り替えられ、スタータジェネレータ16が燃焼発電状態に制御される。すなわち、エンジン12が始動されると、スイッチSW2をオフ状態に保持したまま、スイッチSW1がオン状態に切り替えられ、スタータジェネレータ16が燃焼発電状態に制御される。これにより、スタータジェネレータ16によって鉛バッテリ51を積極的に充電することができ、停車中やエンジン初始動時に低下する鉛バッテリ51のSOCを回復させることができる。
つまり、停車中には鉛バッテリ51から電気機器群64に暗電流が流れ、エンジン初始動時には鉛バッテリ51からスタータモータ40に大電流が流れるため、停車中からエンジン初始動時にかけて鉛バッテリ51のSOCは徐々に低下する。このため、エンジン初始動後に鉛バッテリ補充電制御を実行することにより、低下した鉛バッテリ51のSOCを回復させている。なお、エンジン初始動後の鉛バッテリ補充電制御は、所定時間に渡って継続しても良く、鉛バッテリ51のSOCが所定値に回復するまで継続しても良い。
[ISG異常判定制御]
続いて、メインコントローラ80によって実行されるISG異常判定制御について説明する。ISG異常判定制御とは、スタータジェネレータ16に発電異常(異常状態)が生じているか否かを判定する制御であり、メインコントローラ80の異常判定部95によって所定周期毎に実行される制御である。例えば、スタータジェネレータ16の発電異常として、スタータジェネレータ16や制御系の故障により、スタータジェネレータ16が発電不能になる異常状態や、スタータジェネレータ16が発電指令に反して力行状態になる異常状態がある。また、スタータジェネレータ16の発電異常として、スタータジェネレータ16の正極端子16aから正極ライン53が外れる異常状態があり、スタータジェネレータ16の負極端子16bから負極ライン58が外れる異常状態等がある。
図10はISG異常判定制御の実行手順の一例を示すフローチャートである。図10のフローチャートにおいて、電流値iLiはリチウムイオンバッテリ52の電流(放電電流,充電電流)を示す値であり、電流値iPbは鉛バッテリ51の電流(放電電流,充電電流)を示す値である。また、電流値iLiについては、リチウムイオンバッテリ52に流入する充電側が正(+)の値として扱われ、リチウムイオンバッテリ52から流出する放電側が負(−)の値として扱われる。同様に、電流値iPbについては、鉛バッテリ51に流入する充電側が正(+)の値として扱われ、鉛バッテリ51から流出する放電側が負(−)の値として扱われる。なお、図10に示したフローチャートは、符号Aを付した箇所で互いに接続されている。
図10に示すように、ステップS10では、スタータジェネレータ16に対する発電指令中であるか否か、つまりメインコントローラ80からスタータジェネレータ16に発電指令が出力中であるか否かが判定される。このステップS10では、スタータジェネレータ16に向けて発電指令が出力されてから、所定の判定開始時間(例えば1秒〜2秒)を経過した場合に、スタータジェネレータ16に対する発電指令中であると判定される。なお、スタータジェネレータ16に発電指令が出力される状況としては、スタータジェネレータ16が燃焼発電状態に制御される状況であっても良く、スタータジェネレータ16が回生発電状態に制御される状況であっても良い。
前述したように、ステップS10において、スタータジェネレータ16に対する発電指令中であると判定された場合には、ステップS11に進み、スイッチSW1がオン状態であるか否かが判定される。ステップS11において、スイッチSW1がオン状態であると判定された場合には、ステップS12に進み、スイッチSW2がオン状態であるか否かが判定される。
(判定パターン1)
ステップS12において、スイッチSW2がオン状態であると判定された場合、すなわち、スイッチSW1がオン状態に制御され、スイッチSW2がオン状態に制御され、かつスタータジェネレータ16に発電指令が出力された場合には、後述する判定パターン1が成立することから、ステップS13に進み、リチウムイオンバッテリ52の電流値iLiが、所定時間(例えば0.1秒)に渡って、放電側の電流閾値ia(例えば−5A)を下回るか否かが判定される。
ステップS13において、電流値iLiが放電側の電流閾値iaを下回ると判定された場合、つまりリチウムイオンバッテリ52から放電電流が出力されると判定された場合には、ステップS14に進み、スタータジェネレータ16に発電異常が生じていると判定される。なお、ステップS13において、電流値iLiが放電側の電流閾値ia以上であると判定された場合には、スタータジェネレータ16が正常であることから、そのままルーチンを抜ける。前述の説明では、リチウムイオンバッテリ52の放電を適切に判定するため、電流閾値iaとして「−5A」つまり「−5アンペア」を使用しているが、これに限られることはなく、電流閾値iaとして「0A」を使用しても良い。
続いて、判定パターン1の電流供給状況について説明する。図11(A)および(B)は、判定パターン1における電流供給状況の一例を示す図である。図11(A)にはスタータジェネレータ16が正常である場合の電流供給状況が示されており、図11(B)にはスタータジェネレータ16が発電異常である場合の電流供給状況が示されている。なお、図11(B)には、スタータジェネレータ16の発電異常として、スタータジェネレータ16の正極端子16aから正極ライン53が外れる異常状態が示されている。
図11(A)に示すように、スタータジェネレータ16が正常に発電している場合には、スタータジェネレータ16からリチウムイオンバッテリ52に対して電流が供給される。つまり、判定パターン1において、スタータジェネレータ16が正常である場合には、リチウムイオンバッテリ52が充電されるため、バッテリセンサ76によって充電側(+側)の電流値iLiが検出される。
一方、図11(B)に示すように、スタータジェネレータ16に発電異常が生じている場合には、リチウムイオンバッテリ52から電気機器群64に対して電流が供給される。つまり、判定パターン1において、スタータジェネレータ16に発電異常が生じている場合には、リチウムイオンバッテリ52が放電することから、バッテリセンサ76によって放電側(−側)の電流値iLiが検出される。
すなわち、判定パターン1において、リチウムイオンバッテリ52の電流値iLiが放電側(−側)に検出された場合には、スタータジェネレータ16が発電異常であると判定される。このように、スタータジェネレータ16が発電状態に制御されるタイミングで、電流値iLiに基づきスタータジェネレータ16の発電異常を判定することができるため、スタータジェネレータ16の発電異常を早期に検出することが可能である。これにより、スタータジェネレータ16の発電異常によって車両11が停止する前に、警告灯等を用いて乗員に発電異常を通知することができ、乗員に早急な修理を促すことができる。
また、判定パターン1で示した状況、つまりスイッチSW1がオン状態に制御され、スイッチSW2がオン状態に制御され、かつスタータジェネレータ16が発電状態に制御される状況としては、図3および図4に示されるように、スタータジェネレータ16が燃焼発電状態や回生発電状態に制御される状況がある。すなわち、スタータジェネレータ16を燃焼発電状態や回生発電状態に制御する際に、併せてスタータジェネレータ16の発電異常を判定することができるため、スタータジェネレータ16の発電異常を早期に検出することができる。
前述したように、ステップS10では、スタータジェネレータ16に発電指令が出力されてから所定の判定開始時間が経過した場合に、スタータジェネレータ16に対する発電指令中であると判定される。つまり、図10のフローチャートにおいては、スタータジェネレータ16に発電指令が出力されてから判定開始時間を経過した後に、スタータジェネレータ16が異常状態であるか否かが判定される。また、判定パターン1においては、リチウムイオンバッテリ52の電流値iLiを用いて発電異常を判定しているが、スタータジェネレータ16の発電開始からリチウムイオンバッテリ52の充電開始までは、リチウムイオンバッテリ52の化学的変化による時間的な遅れが生じている。このため、判定開始時間が経過してからスタータジェネレータ16の発電異常を判定することにより、電流値iLiを用いてスタータジェネレータ16の発電異常を精度良く判定することができ、ISG異常判定制御を適切に実行することができる。
なお、図11(B)に示した例では、スタータジェネレータ16が発電不能になる異常状態が示されているが、これに限られることはなく、スタータジェネレータ16の発電異常としては、スタータジェネレータ16が発電指令に反して力行状態になる異常状態であっても良い。このように、スタータジェネレータ16が発電指令に反して力行状態に制御された場合には、図11(B)に破線の矢印αで示すように、リチウムイオンバッテリ52からスタータジェネレータ16に電流が供給される。この場合であっても、リチウムイオンバッテリ52から放電電流が出力されるため、判定パターン1において、電流値iLiが放電側(−側)に検出された場合には、スタータジェネレータ16が発電異常であると判定することができる。
(判定パターン2)
ステップS12において、スイッチSW2がオフ状態であると判定された場合、すなわち、スイッチSW1がオン状態に制御され、スイッチSW2がオフ状態に制御され、かつスタータジェネレータ16に発電指令が出力された場合には、後述する判定パターン2が成立することから、ステップS15に進み、鉛バッテリ51の電流値iPbが、所定時間(例えば0.1秒)に渡って、放電側の電流閾値ib(例えば−1A)を下回るか否かが判定される。
ステップS15において、電流値iPbが放電側の電流閾値ibを下回ると判定された場合、つまり鉛バッテリ51から放電電流が出力されると判定された場合には、ステップS14に進み、スタータジェネレータ16に発電異常が生じていると判定される。なお、ステップS15において、電流値iPbが放電側の電流閾値ib以上であると判定された場合には、スタータジェネレータ16が正常であることから、そのままルーチンを抜ける。前述の説明では、鉛バッテリ51の放電を適切に判定するため、電流閾値ibとして「−1A」を使用しているが、これに限られることはなく、電流閾値ibとして「0A」を使用しても良い。
続いて、判定パターン2の電流供給状況について説明する。図12(A)および(B)は、判定パターン2における電流供給状況の一例を示す図である。図12(A)にはスタータジェネレータ16が正常である場合の電流供給状況が示されており、図12(B)にはスタータジェネレータ16が発電異常である場合の電流供給状況が示されている。なお、図12(B)には、スタータジェネレータ16の発電異常として、スタータジェネレータ16の正極端子16aから正極ライン53が外れる異常状態が示されている。
図12(A)に示すように、スタータジェネレータ16が正常に発電している場合には、スタータジェネレータ16から鉛バッテリ51に対して電流が供給される。つまり、判定パターン2において、スタータジェネレータ16が正常である場合には、鉛バッテリ51が充電されるため、バッテリセンサ65によって充電側(+側)の電流値iPbが検出される。
一方、図12(B)に示すように、スタータジェネレータ16に発電異常が生じている場合には、鉛バッテリ51から電気機器群64に対して電流が供給される。つまり、判定パターン2において、スタータジェネレータ16に発電異常が生じている場合には、鉛バッテリ51が放電することから、バッテリセンサ65によって放電側(−側)の電流値iPbが検出される。
すなわち、判定パターン2において、鉛バッテリ51の電流値iPbが放電側(−側)に検出された場合には、スタータジェネレータ16が発電異常であると判定される。このように、スタータジェネレータ16が発電状態に制御されるタイミングで、電流値iPbに基づきスタータジェネレータ16の発電異常を判定することができるため、スタータジェネレータ16の発電異常を早期に検出することが可能である。これにより、スタータジェネレータ16の発電異常によって車両11が停止する前に、警告灯等を用いて乗員に発電異常を通知することができ、乗員に早急な修理を促すことができる。
また、判定パターン2で示した状況、つまりスイッチSW1がオン状態に制御され、スイッチSW2がオフ状態に制御され、かつスタータジェネレータ16が燃焼発電状態に制御される状況としては、図9に示されるように、鉛バッテリ補充電制御が実行される状況がある。すなわち、鉛バッテリ補充電制御を実行する際に、併せてスタータジェネレータ16の発電異常を判定することにより、スタータジェネレータ16の発電異常を早期に検出することができる。なお、鉛バッテリ補充電制御は、エンジン初始動後に実行されているが、これに限られることはなく、鉛バッテリ51のSOCや端子電圧が低下した場合に鉛バッテリ補充電制御を実行しても良い。
前述したように、図10のフローチャートにおいては、スタータジェネレータ16に発電指令が出力されてから所定の判定開始時間を経過した後に、スタータジェネレータ16が異常状態であるか否かが判定される。また、判定パターン2においては、鉛バッテリ51の電流値iPbを用いて発電異常を判定しているが、スタータジェネレータ16の発電開始から鉛バッテリ51の充電開始までは、鉛バッテリ51の化学的変化による時間的な遅れが生じている。このため、判定開始時間が経過してからスタータジェネレータ16の発電異常を判定することにより、電流値iPbを用いてスタータジェネレータ16の発電異常を精度良く判定することができ、ISG異常判定制御を適切に実行することができる。
なお、図12(B)に示した例では、スタータジェネレータ16が発電不能になる異常状態が示されているが、これに限られることはなく、スタータジェネレータ16の発電異常としては、スタータジェネレータ16が発電指令に反して力行状態になる異常状態であっても良い。このように、スタータジェネレータ16が発電指令に反して力行状態に制御された場合には、図12(B)に破線の矢印αで示すように、鉛バッテリ51からスタータジェネレータ16に電流が供給される。この場合であっても、鉛バッテリ51から放電電流が出力されるため、判定パターン2において、電流値iPbが放電側(−側)に検出された場合には、スタータジェネレータ16が発電異常であると判定することができる。
(判定パターン3)
ステップS11において、スイッチSW2がオフ状態であると判定された場合には、ステップS16に進み、スイッチSW2がオン状態であるか否かが判定される。ステップS16において、スイッチSW2がオン状態であると判定された場合、すなわち、スイッチSW1がオフ状態に制御され、スイッチSW2がオン状態に制御され、かつスタータジェネレータ16に発電指令が出力された場合には、後述する判定パターン3が成立することから、ステップS17に進み、リチウムイオンバッテリ52の電流値iLiが、所定時間(例えば0.1秒)に渡って0A以下であるか否かが判定される。
ステップS17において、電流値iLiが0A以下であると判定された場合、つまり、リチウムイオンバッテリ52に充電電流が入力されないと判定された場合や、リチウムイオンバッテリ52から放電電流が出力されると判定された場合には、ステップS14に進み、スタータジェネレータ16に発電異常が生じていると判定される。なお、ステップS17において、電流値iLiが0Aを上回ると判定された場合には、スタータジェネレータ16が正常であることから、そのままルーチンを抜ける。
続いて、判定パターン3の電流供給状況について説明する。図13(A)および(B)は、判定パターン3における電流供給状況の一例を示す図である。図13(A)にはスタータジェネレータ16が正常である場合の電流供給状況が示されており、図13(B)にはスタータジェネレータ16が発電異常である場合の電流供給状況が示されている。なお、図13(B)には、スタータジェネレータ16の発電異常として、スタータジェネレータ16の正極端子16aから正極ライン53が外れる異常状態が示されている。
図13(A)に示すように、スタータジェネレータ16が正常に発電している場合には、スタータジェネレータ16からリチウムイオンバッテリ52に対して電流が供給される。つまり、判定パターン3において、スタータジェネレータ16が正常である場合には、リチウムイオンバッテリ52が充電されるため、バッテリセンサ76によって充電側(+側)の電流値iLiが検出される。
一方、図13(B)に示すように、スタータジェネレータ16に発電異常が生じており、スタータジェネレータ16が発電不能であった場合には、スタータジェネレータ16からリチウムイオンバッテリ52に対する電流供給が停止される。つまり、判定パターン3において、スタータジェネレータ16が発電不能であった場合には、リチウムイオンバッテリ52の充電が止まるため、バッテリセンサ76によって「0A」の電流値iLiが検出される。
なお、図13(B)に示した例では、第2電源系72にアクチュエータ等の電気機器が設けられていないため、判定パターン3においてスタータジェネレータ16が発電不能であった場合には、0Aの電流値iLiが検出されることになるが、これに限られることはない。例えば、第2電源系72に電気機器が設けられる場合には、判定パターン3においてスタータジェネレータ16が発電不能であった場合に、リチウムイオンバッテリ52から電気機器に対して電流が供給されることになる。このため、バッテリセンサ76によって放電側(−側)の電流値iLiが検出された場合に、スタータジェネレータ16が発電不能であることを判定しても良い。
また、図13(B)に示した例では、スタータジェネレータ16が発電不能になる異常状態が示されているが、これに限られることはなく、スタータジェネレータ16の発電異常としては、スタータジェネレータ16が発電指令に反して力行状態になる異常状態であっても良い。このように、スタータジェネレータ16が発電指令に反して力行状態に制御された場合には、図13(B)に破線の矢印αで示すように、リチウムイオンバッテリ52からスタータジェネレータ16に電流が供給される。この場合には、リチウムイオンバッテリ52が放電することから、バッテリセンサ76によって放電側(−側)の電流値iLiが検出される。
前述したように、判定パターン3においては、リチウムイオンバッテリ52の電流値iLiが0Aであった場合に、スタータジェネレータ16が発電不能であると判定され、リチウムイオンバッテリ52の電流値iLiが放電側(−側)であった場合に、スタータジェネレータ16が発電指令に反して力行状態であると判定される。すなわち、判定パターン3においては、リチウムイオンバッテリ52の電流値iLiが0A以下であった場合に、スタータジェネレータ16が発電異常であると判定される。
このように、スタータジェネレータ16が発電状態に制御されるタイミングで、電流値iLiに基づきスタータジェネレータ16の発電異常を判定することができるため、スタータジェネレータ16の発電異常を早期に検出することが可能である。これにより、スタータジェネレータ16の発電異常によって車両11が停止する前に、警告灯等を用いて乗員に発電異常を通知することができ、乗員に早急な修理を促すことができる。
前述したように、図10のフローチャートにおいては、スタータジェネレータ16に発電指令が出力されてから所定の判定開始時間を経過した後に、スタータジェネレータ16が異常状態であるか否かが判定される。また、判定パターン3においては、リチウムイオンバッテリ52の電流値iLiを用いて発電異常を判定しているが、スタータジェネレータ16の発電開始からリチウムイオンバッテリ52の充電開始までは、リチウムイオンバッテリ52の化学的変化による時間的な遅れが生じている。このため、判定開始時間が経過してからスタータジェネレータ16の発電異常を判定することにより、電流値iLiを用いてスタータジェネレータ16の発電異常を精度良く判定することができ、ISG異常判定制御を適切に実行することができる。
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。前述の説明では、エンジン12に連結される電動機として、電動機および発電機として機能するスタータジェネレータ16を採用しているが、これに限られることはなく、発電機としてのみ機能するオルタネータを採用しても良い。また、前述の説明では、第1蓄電体として鉛バッテリ51を採用しているが、これに限られることはなく、第1蓄電体として他の種類のバッテリやキャパシタを採用しても良い。また、第2蓄電体としてリチウムイオンバッテリ52を採用しているが、これに限られることはなく、第2蓄電体として他の種類のバッテリやキャパシタを採用しても良い。また、図1および図2に示した例では、リチウムイオンバッテリ52の正極ライン54にスイッチSW2を設けているが、これに限られることはない。例えば、図2に一点鎖線で示すように、リチウムイオンバッテリ52の負極ライン59にスイッチSW2を設けても良い。
図10に示したフローチャートでは、判定パターン1〜3に基づきスタータジェネレータ16が発電異常であるか否かを判定しているが、これに限られることはない。例えば、判定パターン1のみに基づきスタータジェネレータ16が発電異常であるか否かを判定しても良く、判定パターン2のみに基づきスタータジェネレータ16が発電異常であるか否かを判定しても良く、判定パターン3のみに基づきスタータジェネレータ16が発電異常であるか否かを判定しても良い。また、判定パターン3においては、リチウムイオンバッテリ52の電流値iLiが0A以下であった場合に、スタータジェネレータ16が発電異常であると判定しているが、これに限られることはない。例えば、判定パターン3において、リチウムイオンバッテリ52の電流値iLiが0Aである場合、つまりリチウムイオンバッテリ52に充電電流が入力されない場合にだけ、スタータジェネレータ16が発電異常であると判定しても良い。また、判定パターン3において、リチウムイオンバッテリ52の電流値iLiが放電側(−側)である場合、つまりリチウムイオンバッテリ52から放電電流が出力される場合にだけ、スタータジェネレータ16が発電異常であると判定しても良い。また、前述の説明では、メインコントローラ80に、各種制御部90〜95を設けているが、これに限られることはない。他のコントローラに、各種制御部90〜95の一部や全部を設けても良い。
10 車両用電源装置
11 車両
12 エンジン
16 スタータジェネレータ(発電機)
51 鉛バッテリ(第1蓄電体)
52 リチウムイオンバッテリ(第2蓄電体)
56 正極ライン(通電径路)
63 電気機器(電気負荷)
95 異常判定部
iLi 電流値(電流,放電電流,充電電流)
iPb 電流値(電流,放電電流)

Claims (7)

  1. 車両に搭載される車両用電源装置であって、
    第1蓄電体と、前記第1蓄電体に接続される電気負荷と、を備える第1電源系と、
    エンジンに連結される発電機と、前記発電機に接続される第2蓄電体と、を備える第2電源系と、
    前記第1電源系と前記第2電源系との間に設けられ、前記第1蓄電体と前記第2蓄電体とを並列接続する通電径路と、
    前記通電径路に設けられ、前記第1電源系と前記第2電源系とを接続するオン状態と、前記第1電源系と前記第2電源系とを切り離すオフ状態と、に制御される第1スイッチと、
    前記第2電源系に設けられ、前記発電機と前記第2蓄電体とを接続するオン状態と、前記発電機と前記第2蓄電体とを切り離すオフ状態と、に制御される第2スイッチと、
    前記第1蓄電体または前記第2蓄電体の電流に基づいて、前記発電機が異常状態であるか否かを判定する異常判定部と、
    を有し、
    前記異常判定部は、前記第1スイッチと前記第2スイッチとの少なくとも何れか一方がオン状態に制御され、かつ前記発電機に発電指令が出力された状態のもとで、前記発電機が異常状態であるか否かを判定する、
    車両用電源装置。
  2. 請求項1に記載の車両用電源装置において、
    前記異常判定部は、前記第1スイッチがオン状態に制御され、前記第2スイッチがオン状態に制御され、かつ前記発電機に発電指令が出力された状態のもとで、前記第2蓄電体から放電電流が出力される場合に、前記発電機が異常状態であると判定する、
    車両用電源装置。
  3. 請求項1に記載の車両用電源装置において、
    前記異常判定部は、前記第1スイッチがオン状態に制御され、前記第2スイッチがオフ状態に制御され、かつ前記発電機に発電指令が出力された状態のもとで、前記第1蓄電体から放電電流が出力される場合に、前記発電機が異常状態であると判定する、
    車両用電源装置。
  4. 請求項1に記載の車両用電源装置において、
    前記異常判定部は、前記第1スイッチがオフ状態に制御され、前記第2スイッチがオン状態に制御され、かつ前記発電機に発電指令が出力された状態のもとで、前記第2蓄電体に充電電流が入力されない場合に、前記発電機が異常状態であると判定する、
    車両用電源装置。
  5. 請求項1に記載の車両用電源装置において、
    前記異常判定部は、前記第1スイッチがオフ状態に制御され、前記第2スイッチがオン状態に制御され、かつ前記発電機に発電指令が出力された状態のもとで、前記第2蓄電体から放電電流が出力される場合に、前記発電機が異常状態であると判定する、
    車両用電源装置。
  6. 請求項1〜5の何れか1項に記載の車両用電源装置において、
    前記異常判定部は、前記発電機に発電指令が出力されてから判定開始時間を経過した後に、前記発電機が異常状態であるか否かを判定する、
    車両用電源装置。
  7. 請求項1〜6の何れか1項に記載の車両用電源装置において、
    前記第2蓄電体の内部抵抗は、前記第1蓄電体の内部抵抗よりも小さい、
    車両用電源装置。
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