JP2020096402A - 車両用電源装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】スイッチを保護する。【解決手段】第１電源系５１と第２電源系５２との間に設けられるスイッチＳＷと、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが下限値を上回る場合に、高電圧バッテリ３１の放電を許可する第１電力モードを実行し、第１電源部４０から電気機器３７に電力を供給する第１モード制御部６６と、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが下限値を下回る場合に、高電圧バッテリ３１の放電を禁止する第２電力モードを実行し、第２電源部４３からスイッチＳＷを介して電気機器３７に電力を供給する第２モード制御部６７と、第２電力モードが実行された状態のもとで、スイッチＳＷの異常が検出された場合に、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが下限値を下回る領域での放電を許可する第３電力モードを実行し、第１電源部４０から電気機器３７に電力を供給する第３モード制御部６８と、を有する。【選択図】図９

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、オルタネータやＩＳＧ（Integrated Starter Generator）等の発電機が設けられている。また、車両用電源装置には、電気機器として各種コントローラやアクチュエータ等が設けられるとともに、蓄電体や電気機器等の接続状態を制御するスイッチが設けられている（特許文献１〜３参照）。
特開２０１３−１６６４９９号公報 特開２０１６−１３２４０２号公報 特表２０１８−５２３０５３号公報
車両用電源装置に設けられるスイッチは、各種電気機器の作動状況に応じて制御される。例えば、ＩＳＧ等を力行させるエンジン始動時には、スイッチをオフ状態に制御することにより、ＩＳＧ等に電力を供給する電源回路から、コントローラ等に電力を供給する電源回路が切り離される。これにより、コントローラの電源電圧の過度な低下を防止することができ、コントローラを適切に動作させることができる。このようなスイッチが過度な通電等によって故障した場合には、車両用電源装置の正常動作が困難になることから、スイッチを保護することが求められている。
本発明の目的は、スイッチを保護することにある。
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蓄電体および第１発電機からなる第１電源部と、前記第１電源部に接続される電気機器と、を備える第１電源系と、第２蓄電体および第２発電機からなる第２電源部、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、に制御されるスイッチと、前記第１蓄電体のＳＯＣが下限値を上回る場合に、前記第１蓄電体の放電を許可する第１電力モードを実行し、前記第１電源部から前記電気機器に電力を供給する第１モード制御部と、前記第１蓄電体のＳＯＣが前記下限値を下回る場合に、前記第１蓄電体の放電を禁止する第２電力モードを実行し、前記第２電源部から前記スイッチを介して前記電気機器に電力を供給する第２モード制御部と、前記第２電力モードが実行された状態のもとで、前記スイッチの異常が検出された場合に、前記第１蓄電体のＳＯＣが前記下限値を下回る領域での放電を許可する第３電力モードを実行し、前記第１電源部から前記電気機器に電力を供給する第３モード制御部と、を有する。
本発明によれば、第２電力モードが実行された状態のもとで、スイッチの異常が検出された場合に、第１蓄電体のＳＯＣが下限値を下回る領域での放電を許可する第３電力モードが実行され、第１電源部から電気機器に電力が供給される。これにより、スイッチを保護することができる。
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。 車両用電源装置が備える電源回路および制御系の一例を示す図である。 通常モードによる電力供給状況の一例を示す図である。 バックアップモードによる電力供給状況の一例を示す図である。 高電圧バッテリのＳＯＣと電力供給モードとの関係を示す説明図である。 通常モードおよびバックアップモードの切替制御の一例を示すタイミングチャートである。 エンジン始動時における電力供給状況の一例を示す図である。 保護モードの実行状況の一例を示すタイミングチャートである。 保護モードによる電力供給状況の一例を示す図である。 電力供給モードの切替手順の一例を示すフローチャートである。 電力供給モードの切替手順の一例を示すフローチャートである。
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、モータジェネレータ１３およびトランスミッション１４を備えたパワートレイン１５が搭載されている。エンジン１２が備えるクランク軸１６の一端側には、ベルト機構１７を介してスタータジェネレータ１８が連結されており、クランク軸１６の他端側には、クラッチ機構１９を介してモータジェネレータ１３が連結されている。また、モータジェネレータ１３にはトランスミッション１４内の変速機構２０が連結されており、変速機構２０にはデファレンシャル機構２１等を介して車輪２２が連結されている。なお、内燃機関であるエンジン１２には、インジェクタや点火装置等のエンジン補機２３が設けられている。
パワートレイン１５に設けられるモータジェネレータ１３には、インバータ３０を介して高電圧バッテリ３１が接続されている。この高電圧バッテリ３１として、例えば、端子電圧が約１００Ｖのリチウムイオンバッテリや鉛バッテリを用いることが可能である。また、高電圧バッテリ３１からモータジェネレータ１３に電力を供給し、モータジェネレータ１３を力行状態に制御することにより、モータ動力によって車輪２２を駆動することができる。さらに、車両減速時には、モータジェネレータ１３を発電状態に制御することにより、モータジェネレータ１３から高電圧バッテリ３１に電力を供給し、高電圧バッテリ３１を充電することができる。
エンジン１２に連結されるスタータジェネレータ１８には、低電圧バッテリ３２が接続されている。この低電圧バッテリ３２として、例えば、端子電圧が約１２Ｖのリチウムイオンバッテリや鉛バッテリを用いることが可能である。また、スタータジェネレータ１８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。例えば、低電圧バッテリ３２の蓄電残量であるＳＯＣが低下した場合には、スタータジェネレータ１８が発電状態に制御される。また、エンジン１２を始動回転させる場合や、発進時や加速時においてエンジン１２を補助する場合には、スタータジェネレータ１８が力行状態に制御される。なお、スタータジェネレータ１８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３３が設けられている。
なお、エンジン１２とモータジェネレータ１３との間には、クラッチ機構１９が設けられている。このクラッチ機構１９を解放することにより、モータジェネレータ１３からエンジン１２を切り離すことができ、モータジェネレータ１３のみを用いて車両１１を走行させることができる。一方、クラッチ機構１９を締結することにより、モータジェネレータ１３にエンジン１２を接続することができ、エンジン１２およびモータジェネレータ１３の双方を用いて車両１１を走行させることができる。
［電源回路］
図１に示すように、モータジェネレータ１３には、インバータ３０を介して高電圧バッテリ３１が接続されている。また、高電圧バッテリ３１には、電圧を変換するコンバータ３４が接続されている。コンバータ３４の正極端子３４ａには正極ライン３５が接続されており、この正極ライン３５には正極ライン３６が接続されている。さらに、正極ライン３６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３７からなる電気機器群３８が接続されている。
このように、車両用電源装置１０が備える電源回路３９には、モータジェネレータ１３、インバータ３０、高電圧バッテリ３１、コンバータ３４、および電気機器３７等からなる第１電源系５１が設けられている。つまり、電源回路３９には、モータジェネレータ（第１発電機）１３および高電圧バッテリ（第１蓄電体）３１からなる第１電源部４０と、この第１電源部４０に接続される第１電気機器３７と、を備える第１電源系５１が設けられている。なお、図示する例では、第１電源部４０にコンバータ３４が含まれている。
また、スタータジェネレータ１８の正極端子１８ａには正極ライン４１が接続されており、低電圧バッテリ３２の正極端子３２ａには正極ライン４２が接続されている。さらに、正極ライン４１と正極ライン４２とは互いに接続されている。このように、車両用電源装置１０が備える電源回路３９には、スタータジェネレータ（第２発電機，発電電動機）１８および低電圧バッテリ（第２蓄電体）３２からなる第２電源部４３、を備える第２電源系５２が設けられている。
前述した第１電源系５１と第２電源系５２との間には、第１電源系５１と第２電源系５２とを互いに並列接続する通電ライン４４が設けられている。また、通電ライン４４には、オン状態とオフ状態とに切り替えられるスイッチＳＷが設けられている。このスイッチＳＷをオン状態に制御することにより、第１電源系５１と第２電源系５２とを互いに接続することができ、スイッチＳＷをオフ状態に制御することにより、第１電源系５１と第２電源系５２とを互いに切り離すことができる。
なお、スイッチＳＷ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ＳＷ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ＳＷ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。また、スイッチＳＷは、リレーやコンタクタ等とも呼ばれている。
［制御系］
図２は車両用電源装置１０が備える電源回路３９および制御系の一例を示す図である。図２に示すように、車両用電源装置１０は、パワートレイン１５や電源回路３９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６０を有している。メインコントローラ６０は、エンジン１２を制御するエンジン制御部６１、モータジェネレータ１３を制御するモータ制御部６２、スタータジェネレータ１８を制御するＩＳＧ制御部６３、コンバータ３４を制御するコンバータ制御部６４、およびスイッチＳＷを制御するスイッチ制御部６５等を有している。
また、車両用電源装置１０は、電気機器群３８の電気機器３７に電力を供給する電力供給モードとして、後述する通常モード（第１電力モード）、バックアップモード（第２電力モード）および保護モード（第３電力モード）を有している。このため、メインコントローラ６０には、通常モードを実行する第１モード制御部６６、バックアップモードを実行する第２モード制御部６７、および保護モードを実行する第３モード制御部６８が設けられている。
メインコントローラ６０、ＩＳＧコントローラ３３、インバータ３０、コンバータ３４およびエンジン補機２３等は、ＣＡＮやＬＩＮ等の車載ネットワークを介して互いに通信自在に接続されている。また、メインコントローラ６０に接続されるセンサとして、高電圧バッテリ３１の充放電電流やＳＯＣ等を検出するバッテリセンサ７０があり、低電圧バッテリ３２の充放電電流やＳＯＣ等を検出するバッテリセンサ７１があり、スイッチＳＷの温度や抵抗等を検出するスイッチセンサ７２がある。
メインコントローラ６０には、バッテリセンサ７０から高電圧バッテリ３１の充放電電流やＳＯＣ等が入力されており、バッテリセンサ７１から低電圧バッテリ３２の充放電電流やＳＯＣ等が入力されており、スイッチセンサ７２からスイッチＳＷの温度や抵抗等が入力されている。また、メインコントローラ６０には、ＩＳＧコントローラ３３からスタータジェネレータ１８の発電電圧や発電電流等が入力されており、コンバータ３４内の図示しないコントローラからコンバータ３４の放電電圧や放電電流等が入力されている。
高電圧バッテリ３１に設けられるバッテリセンサ７０は、高電圧バッテリ３１の充放電電流、端子電圧、温度、ＳＯＣ等を検出する機能を有している。なお、高電圧バッテリ３１の充電状態であるＳＯＣ（State of Charge）とは、高電圧バッテリ３１の蓄電残量を示す比率であり、高電圧バッテリ３１の満充電容量に対する蓄電量の比率である。例えば、高電圧バッテリ３１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、高電圧バッテリ３１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。
低電圧バッテリ３２に設けられるバッテリセンサ７１は、低電圧バッテリ３２の充放電電流、端子電圧、温度、ＳＯＣ等を検出する機能を有している。なお、低電圧バッテリ３２の充電状態であるＳＯＣ（State of Charge）とは、低電圧バッテリ３２の蓄電残量を示す比率であり、低電圧バッテリ３２の満充電容量に対する蓄電量の比率である。例えば、低電圧バッテリ３２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、低電圧バッテリ３２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。
［通常モードおよびバックアップモード］
続いて、電気機器３７に対する電力供給について説明する。前述したように、電気機器３７に電力を供給する電力供給モードとして、通常モードおよびバックアップモードが設定されている。ここで、図３は通常モードによる電力供給状況の一例を示す図であり、図４はバックアップモードによる電力供給状況の一例を示す図である。図３および図４には黒塗り矢印を用いて電力の供給状況が示されている。
図３に示すように、通常モードにおいては、メインコントローラ６０からコンバータ３４に放電指令が出力される。そして、放電指令を受けたコンバータ３４は、所定の目標電圧に向けて放電電圧を制御しながら、高電圧バッテリ３１から電気機器３７に向けて電力を供給する。また、通常モードにおいては、メインコントローラ６０からスタータジェネレータ１８に発電停止指令が出力される。このように、通常モードは、第２電源部４３から電気機器３７に電力を供給するのではなく、第１電源部４０から電気機器３７に電力を供給する電力供給モードとなっている。また、通常モードにおいてはメインコントローラ６０からスイッチＳＷにオン指令が出力されており、スイッチＳＷを介して第１電源系５１と第２電源系５２とは互いに接続されている。これにより、電気機器３７の消費電力が一時的に急増した場合であっても、低電圧バッテリ３２から電気機器３７に電力を供給することができ、電気機器３７の動作を安定させることができる。なお、通常モードにおいては、エンジン１２が停止状態に制御されていても良く、エンジン１２が運転状態に制御されていても良い。
図４に示すように、バックアップモードにおいては、メインコントローラ６０からスタータジェネレータ１８に発電指令が出力され、メインコントローラ６０からスイッチＳＷにオン指令が出力される。そして、発電指令を受けたスタータジェネレータ１８は、所定の目標電圧に向けて発電電圧を制御しながら、スイッチＳＷを介して電気機器３７に電力を供給する。また、バックアップモードにおいては、メインコントローラ６０からコンバータ３４に放電停止指令が出力される。このように、バックアップモードは、第１電源部４０から電気機器３７に電力を供給するのではなく、第２電源部４３から電気機器３７に電力を供給する電力供給モードとなっている。なお、電気機器３７の消費電力が一時的に急増した場合であっても、低電圧バッテリ３２から電気機器３７に電力を供給することができ、電気機器３７の動作を安定させることができる。また、スタータジェネレータ１８を発電させるバックアップモードにおいては、エンジン１２が運転状態に制御される。
［通常モードおよびバックアップモードの切替制御］
続いて、通常モードおよびバックアップモードの切替制御について説明する。メインコントローラ６０は、高電圧バッテリ３１のＳＯＣに基づいて、前述した通常モードとバックアップモードとを切り替えている。ここで、図５は高電圧バッテリ３１のＳＯＣと電力供給モードとの関係を示す説明図である。図５には、矢印αを用いて通常モードの実行領域が示されており、矢印βを用いてバックアップモードの実行領域が示されている。なお、図５に示す例では、電力供給モードを切り替える際の制御ハンチングを回避する観点から、高電圧バッテリ３１のＳＯＣと比較判定される下限値Ｓａとして、第１下限値Ｓａ１が設定されるとともに、第１下限値Ｓａ１よりも高い第２下限値Ｓａ２が設定されている。
図５に矢印αで示すように、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが、第２下限値Ｓａ２を上回ってから第１下限値Ｓａ１を下回る迄は、電力供給モードとして通常モードが実行される。つまり、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが高い領域では、高電圧バッテリ３１の電力を用いた通常モードが実行される。このように、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが下限値Ｓａを上回る場合には、メインコントローラ６０によって、高電圧バッテリ３１の放電を許可する通常モードが実行され、第１電源部４０から電気機器３７に電力が供給される。
また、矢印βで示すように、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが、第２下限値Ｓａ２を上回ってから第１下限値Ｓａ１を下回る迄は、電力供給モードとしてバックアップモードが実行される。つまり、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが低い領域では、高電圧バッテリ３１の電力を使用しないバックアップモードが実行される。このように、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが下限値Ｓａ下回る場合には、メインコントローラ６０によって、高電圧バッテリ３１の放電を禁止するバックアップモードが実行され、第２電源部４３から電気機器３７に電力が供給される。
なお、図５に示した例では、下限値Ｓａとして第１下限値Ｓａ１および第２下限値Ｓａ２を設定しているが、これに限られることはなく、下限値Ｓａとして１つの下限値だけを設定しても良い。この場合には、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが１つの下限値を上回る領域では通常モードが実行される一方、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが１つの下限値を下回る領域ではバックアップモードが実行される。
［通常モードおよびバックアップモードの切替制御：タイミングチャート］
次いで、タイミングチャートを用いて通常モードおよびバックアップモードの切替制御について説明する。図６は通常モードおよびバックアップモードの切替制御の一例を示すタイミングチャートである。
図６に時刻ｔ１で示すように、電力供給モードとして通常モードが設定される場合（符号ａ１）には、高電圧バッテリ３１から電気機器３７に電力を供給するため、コンバータ３４が放電状態に制御され（符号ｂ１）、スタータジェネレータ１８が発電停止状態に制御される（符号ｃ１）。続いて、時刻ｔ２で示すように、通常モードの実行に伴って高電圧バッテリ３１のＳＯＣが低下し、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが第１下限値Ｓａ１を下回ると（符号ｄ１）、電力供給モードがバックアップモードに切り替えられる（符号ａ２）。このバックアップモードにおいては、スタータジェネレータ１８から電気機器３７に電力を供給するため、スタータジェネレータ１８が発電状態に制御され（符号ｃ２）、コンバータ３４が放電停止状態に制御される（符号ｂ２）。
バックアップモードが実行されると、高電圧バッテリ３１からの放電が停止されるため、高電圧バッテリ３１のＳＯＣ低下が抑制される。また、矢印ｘ１，ｘ２で示すように、減速走行つまり回生発電の機会が訪れた場合には、モータジェネレータ１３が発電状態に制御されるため、モータジェネレータ１３の発電電力によって高電圧バッテリ３１のＳＯＣが上昇することになる。そして、時刻ｔ３で示すように、モータジェネレータ１３の回生発電に伴って高電圧バッテリ３１のＳＯＣが上昇し、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが第２下限値Ｓａ２を上回ると（符号ｄ２）、電力供給モードが通常モードに切り替えられる（符号ａ３）。この通常モードにおいては、高電圧バッテリ３１から電気機器３７に電力を供給するため、コンバータ３４が放電状態に制御され（符号ｂ３）、スタータジェネレータ１８が発電停止状態に制御される（符号ｃ３）。
このように、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが十分に確保されている場合には、高電圧バッテリ３１から電気機器３７に電力を供給する通常モードが実行される。これにより、スタータジェネレータ１８を発電休止状態に制御することができ、エンジン負荷を軽減して燃料消費量を抑制することができる。また、通常モードによって高電圧バッテリ３１のＳＯＣを下げることにより、高電圧バッテリ３１の空き容量を確保することができるため、減速走行の機会を逃すことなくモータジェネレータ１３を回生発電させることができ、車両１１のエネルギー効率を高めることができる。一方、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが大きく低下した場合には、スタータジェネレータ１８から電気機器３７に電力を供給するバックアップモードが実行される。これにより、高電圧バッテリ３１の放電を停止させることができるため、高電圧バッテリ３１を過放電から適切に保護することができる。なお、前述したように、減速走行時にはモータジェネレータ１３の回生発電が行われ、その度に高電圧バッテリ３１のＳＯＣが上昇するため、走行中には多くの時間で通常モードが実行されることになる。
［エンジン始動時のスイッチ制御］
前述したように、第１電源系５１と第２電源系５２との間には、第１電源系５１と第２電源系５２とを分離するスイッチＳＷが設けられている。このスイッチＳＷは、スタータジェネレータ１８によってエンジン１２を始動回転させる際に、電気機器３７を正常に機能させる観点からオフ状態に制御される。ここで、図７はエンジン始動時における電力供給状況の一例を示す図であり、図７には黒塗り矢印を用いて電力の供給状況が示されている。
図７に示すように、スタータジェネレータ１８によってエンジン１２を始動回転させる場合には、メインコントローラ６０からコンバータ３４に放電指令が出力され、メインコントローラ６０からスイッチＳＷにオフ指令が出力され、メインコントローラ６０からスタータジェネレータ１８に力行指令が出力される。このように、スタータジェネレータ１８を力行状態に制御するエンジン始動時には、スイッチＳＷがオフ状態に切り替えられ、第１電源系５１と第２電源系５２とが互いに切り離される。これにより、クランキングに伴ってスタータジェネレータ１８の消費電力が急増する場合であっても、第１電源系５１からスタータジェネレータ１８に電力が流れることはなく、第１電源系５１の電気機器３７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３７を正常に機能させることができる。
［保護モード］
前述したように、スタータジェネレータ１８の消費電力が急増した場合であっても、電気機器３７を正常に機能させる観点から、第１電源系５１と第２電源系５２との間にはスイッチＳＷが設けられている。ところで、図４に示すように、高電圧バッテリ３１のＳＯＣ低下に伴ってバックアップモードを実行する際には、スイッチＳＷを介して電気機器３７に電流が流れることから、スイッチＳＷの温度（以下、スイッチ温度Ｔｓｗと記載する。）が大きく上昇してしまう虞がある。スイッチ温度Ｔｓｗが過度に上昇することはスイッチＳＷの故障を招く要因であることから、バックアップモードにおいてはスイッチ温度Ｔｓｗの過度な上昇を防止することが求められている。
そこで、車両用電源装置１０には、電気機器３７に電力を供給する電力供給モードとして、通常モードやバックアップモードが設定されるだけでなく、スイッチＳＷを保護する保護モードが設定されている。ここで、図８は保護モードの実行状況の一例を示すタイミングチャートである。また、図９は保護モードによる電力供給状況の一例を示す図であり、図９には黒塗り矢印を用いて電力の供給状況が示されている。
図８に時刻ｔ１で示すように、通常モードの実行に伴って高電圧バッテリ３１のＳＯＣが低下し、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが第１下限値Ｓａ１を下回ると（符号ｅ１）、電力供給モードがバックアップモードに切り替えられる（符号ｆ１）。図４に示すように、バックアップモードにおいてはスイッチＳＷに電流が流れるため、スイッチ温度Ｔｓｗが徐々に上昇する（符号ｇ１）。続いて、時刻ｔ２で示すように、スイッチ温度Ｔｓｗが所定の温度閾値（閾値）Ｔｅ１を上回ると（符号ｇ２）、温度上昇によってスイッチＳＷに異常が生じていると判定され、電力供給モードが保護モードに切り替えられる（符号ｆ２）。この保護モードにおいては、コンバータ３４が放電状態に切り替えられ（符号ｈ１）、スタータジェネレータ１８が発電停止状態に切り替えられる（符号ｉ１）。
図９に示すように、保護モードにおいては、メインコントローラ６０からコンバータ３４に放電指令が出力される。放電指令を受けたコンバータ３４は、所定の目標電圧に向けて放電電圧を制御しながら、高電圧バッテリ３１から電気機器３７に電力を供給する。そして、発電状態であったスタータジェネレータ１８には、メインコントローラ６０から発電停止指令が出力される。また、電力供給モードをバックアップモードから保護モードに切り替える際には、コンバータ３４の放電電圧を上昇させた後に、スタータジェネレータ１８の発電電圧を低下させる。これにより、電気機器３７に対する電力供給を維持したまま、電気機器３７の電源を第２電源部４３から第１電源部４０に切り替えることができ、スイッチＳＷの通電電流を低下させることができる。そして、スイッチＳＷの通電電流を低下させることにより、過度な温度上昇からスイッチＳＷを保護することができる。
また、図９に示すように、保護モードにおいては、メインコントローラ６０からエンジン補機２３に向けて回転上昇指令が出力され、メインコントローラ６０からインバータ３０に向けて発電指令が出力される。これらの指令に基づき、エンジン補機２３はエンジン回転数を上昇させるように制御され、インバータ３０はモータジェネレータ１３を発電させるように制御される。これにより、高電圧バッテリ３１を放電させる保護モードにおいて、高電圧バッテリ３１を積極的に充電することができるため、高電圧バッテリ３１の過放電を防止することができる。なお、エンジン１２によってモータジェネレータ１３を駆動する際には、クラッチ機構１９が締結状態に制御されることはいうまでもない。
また、図８に示すように、保護モードにおいては、高電圧バッテリ３１のＳＯＣの下限値として、第１下限値Ｓａ１よりも低い下限値Ｓｂが設定されている。つまり、前述した通常モードやバックアップモードにおいては、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが第１下限値Ｓａ１を下回る領域での放電を禁止しているが、保護モードにおいては、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが第１下限値Ｓａ１を下回る領域での放電を許可している。すなわち、保護モードにおいては、スイッチＳＷを保護する観点から、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが下限値Ｓｂに達するまで、一時的に高電圧バッテリ３１の放電を許可している。
図８に時刻ｔ３で示すように、保護モードによって低下するスイッチ温度Ｔｓｗが所定の温度閾値Ｔｅ２を下回ると（符号ｇ３）、電力供給モードが通常モードまたはバックアップモードに切り替えられる。図示する例では、符号ｅ２で示すように、回生発電によって高電圧バッテリ３１のＳＯＣが若干回復するものの、符号ｅ３で示すように、高電圧バッテリ３１のＳＯＣは第２下限値Ｓａ２を下回って推移することから、電力供給モードはバックアップモードに切り替えられる（符号ｆ３）。なお、図８に示した例では、保護モードにおいて、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが緩やかに低下しているが、これに限られることはない。例えば、保護モードにおいて、モータジェネレータ１３の発電電力を高めることにより、高電圧バッテリ３１のＳＯＣを積極的に上昇させても良い。
なお、図８に示した時刻ｔ３において、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが第２下限値Ｓａ２を下回ることから、電力供給モードをバックアップモードに切り替えているが、時刻ｔ３において、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが第２下限値Ｓａ２を上回る場合には、電力供給モードが通常モードに切り替えられる。また、保護モードにおいて高電圧バッテリ３１のＳＯＣが低下し、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが下限値Ｓｂを下回る場合には、高電圧バッテリ３１を過放電から保護するため、電力供給モードが保護モードからバックアップモードに切り替えられる。また、通常モードやバックアップモードにおいてスイッチＳＷがオン状態に制御されるだけでなく、保護モードにおいてもスイッチＳＷがオン状態に制御されている。これにより、各モード間で電力供給モードを切り替える場合であっても、スイッチＳＷをオン状態に保持することができるため、電力供給モードを簡単に切り替えることができる。
［電力供給モードの切替制御：フローチャート］
以下、前述した電力供給モードの切替制御をフローチャートに沿って説明する。図１０および図１１は電力供給モードの切替手順の一例を示すフローチャートである。図１０および図１１に示すフローチャートは符号Ａの箇所で互いに接続されている。
図１０および図１１に示すように、ステップＳ１０では、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが第２下限値Ｓａ２を上回るか否かが判定される。ステップＳ１０において、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが第２下限値Ｓａ２を上回ると判定された場合には、高電圧バッテリ３１の蓄電量が十分に確保されていることから、ステップＳ１１に進み、電力供給モードとして通常モードが実行される。続くステップＳ１２では、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが第１下限値Ｓａ１を下回るか否かが判定される。ステップＳ１２において、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが第１下限値Ｓａ１を上回ると判定された場合には、高電圧バッテリ３１の蓄電量が十分に確保されていることから、ステップＳ１１に進み、電力供給モードとして通常モードが継続される。すなわち、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが第２下限値Ｓａ２を上回ってから第１下限値Ｓａ１を下回る迄は、電力供給モードとして通常モードが実行される。
一方、ステップＳ１２において、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが第１下限値Ｓａ１を下回ると判定された場合には、高電圧バッテリ３１の蓄電量が低下していることから、ステップＳ１３に進み、電力供給モードとしてバックアップモードが実行される。また、ステップＳ１０において、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが第２下限値Ｓａ２以下であると判定された場合には、ステップＳ１４に進み、現在の電力供給モードが通常モードであるか否かが判定される。ステップＳ１４において、通常モードが実行されていないと判定された場合、つまりバックアップモードが実行されていると判定された場合には、ステップＳ１３に進み、電力供給モードとしてバックアップモードが継続される。すなわち、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが第１下限値Ｓａ１を下回ってから第２下限値Ｓａ２を上回る迄は、電力供給モードとしてバックアップモードが実行される。
また、ステップＳ１３において、バックアップモードが実行されると、ステップＳ１５に進み、スイッチ温度Ｔｓｗが温度閾値Ｔｅ１を上回るか否かが判定される。ステップＳ１５において、スイッチ温度Ｔｓｗが温度閾値Ｔｅ１を下回ると判定された場合には、スイッチ温度Ｔｓｗが過度に上昇していないことから、ステップＳ１０に進み、高電圧バッテリ３１のＳＯＣに基づき通常モードまたはバックアップモードが実行される。一方、ステップＳ１５において、スイッチ温度Ｔｓｗが温度閾値Ｔｅ１を上回ると判定された場合には、スイッチ温度Ｔｓｗが過度に上昇していることから、ステップＳ１６に進み、高電圧バッテリ３１のＳＯＣの下限値が「Ｓａ１，Ｓａ２」から「Ｓｂ」に引き下げられ、ステップＳ１７に進み、電力供給モードとして保護モードが実行される。
続くステップＳ１８では、スイッチ温度Ｔｓｗが温度閾値Ｔｅ２を下回るか否かが判定される。ステップＳ１８において、スイッチ温度Ｔｓｗが温度閾値Ｔｅ２を上回ると判定された場合には、スイッチ温度Ｔｓｗが十分に低下していないことから、ステップＳ１７に進み、電力供給モードとして保護モードが継続される。一方、ステップＳ１８において、スイッチ温度Ｔｓｗが温度閾値Ｔｅ２を下回ると判定された場合には、スイッチ温度Ｔｓｗが十分に低下していることから、ステップＳ１９に進み、保護モードを終了させ、高電圧バッテリ３１のＳＯＣの下限値が「Ｓｂ」から「Ｓａ１，Ｓａ２」に引き上げられる。
これまで説明したように、バックアップモードが実行された状態のもとで、スイッチＳＷの異常が検出された場合には、メインコントローラ６０によって保護モードが実行され、電気機器３７の電源が第２電源部４３から第１電源部４０に切り替えられる。これにより、スイッチＳＷの通電電流を低下させることができ、スイッチＳＷを過度な温度上昇から保護することができる。また、メインコントローラ６０は、スイッチＳＷに異常が生じているか否かを、スイッチ温度Ｔｓｗに基づき検出しているが、これに限られることはない。例えば、スイッチセンサ７２によってスイッチＳＷの抵抗値を検出し、この抵抗値に基づきスイッチＳＷが異常であるか否かを判定しても良い。この場合には、スイッチＳＷの抵抗値が所定の閾値を上回る場合に、メインコントローラ６０によってスイッチＳＷの異常が検出され、電力供給モードがバックアップモードから保護モードに切り替えられる。
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。図示する例では、第１蓄電体の電圧が第２蓄電体の電圧よりも高いことから、第１電源部４０に直流電力を降圧するコンバータ３４を設けているが、これに限られることはなく、第１電源部４０にコンバータ３４が含まれていない場合であっても、本発明を有効に適用することができる。この場合には、第１蓄電体と第２蓄電体とが直接的に並列接続されるため、第１蓄電体と第２蓄電体との電圧差が所定範囲に収まるように設計される。
前述の説明では、第１蓄電体として、端子電圧が約１００Ｖのリチウムイオンバッテリや鉛バッテリを用いているが、これに限られることはない。例えば、第１蓄電体として、端子電圧が１００Ｖ以外の蓄電体を用いても良く、第１蓄電体として、キャパシタや他形式のバッテリを用いても良い。同様に、第２蓄電体として、端子電圧が約１２Ｖのリチウムイオンバッテリや鉛バッテリを用いているが、これに限られることはない。例えば、第２蓄電体として、端子電圧が１２Ｖ以外の蓄電体を用いても良く、第２蓄電体として、キャパシタや他形式のバッテリを用いても良い。
前述の説明では、第１発電機として、発電機および電動機として機能するモータジェネレータ１３を用いているが、これに限られることはなく、第１発電機として、発電機としてのみ機能するジェネレータを用いても良い。同様に、第２発電機として、発電機および電動機として機能するスタータジェネレータ１８を用いているが、これに限られることはなく、第２発電機として、発電機としてのみ機能するジェネレータを用いても良い。
前述の説明では、スタータジェネレータ１８を力行させるエンジン始動時にスイッチＳＷをオフ状態に制御しているが、これに限られることはない。例えば、消費電力の大きな他の電動アクチュエータが作動する際に、電気機器３７に対する瞬間的な電圧低下を回避する観点から、スイッチＳＷをオフ状態に制御しても良い。また、前述の説明では、保護モードにおいて、エンジン１２によってモータジェネレータ１３を回転させ、モータジェネレータ１３を発電状態に制御しているが、これに限られることはなく、保護モードにおいて、モータジェネレータ１３を発電停止状態に制御しても良い。
前述の説明では、メインコントローラ６０に、エンジン制御部６１、モータ制御部６２、ＩＳＧ制御部６３、コンバータ制御部６４、スイッチ制御部６５、第１モード制御部６６、第２モード制御部６７および第３モード制御部６８を設けているが、これに限られることはない。例えば、各制御部６１〜６８を他のコントローラに設けても良く、各制御部６１〜６８を複数のコントローラに分けて設けても良い。
１０ 車両用電源装置
１１ 車両
１２ エンジン
１３ モータジェネレータ（第１発電機）
１８ スタータジェネレータ（第２発電機，発電電動機）
３１ 高電圧バッテリ（第１蓄電体）
３２ 低電圧バッテリ（第２蓄電体）
３４ コンバータ
３７ 電気機器
４０ 第１電源部
４３ 第２電源部
５１ 第１電源系
５２ 第２電源系
６６ 第１モード制御部
６７ 第２モード制御部
６８ 第３モード制御部
ＳＷ スイッチ
Ｓａ 下限値
Ｓａ１ 第１下限値（下限値）
Ｓａ２ 第２下限値（下限値）
Ｔｓｗ スイッチ温度（スイッチの温度）
Ｔｅ１ 温度閾値（閾値）

Claims (6)

  1. 車両に搭載される車両用電源装置であって、
    第１蓄電体および第１発電機からなる第１電源部と、前記第１電源部に接続される電気機器と、を備える第１電源系と、
    第２蓄電体および第２発電機からなる第２電源部、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、に制御されるスイッチと、
    前記第１蓄電体のＳＯＣが下限値を上回る場合に、前記第１蓄電体の放電を許可する第１電力モードを実行し、前記第１電源部から前記電気機器に電力を供給する第１モード制御部と、
    前記第１蓄電体のＳＯＣが前記下限値を下回る場合に、前記第１蓄電体の放電を禁止する第２電力モードを実行し、前記第２電源部から前記スイッチを介して前記電気機器に電力を供給する第２モード制御部と、
    前記第２電力モードが実行された状態のもとで、前記スイッチの異常が検出された場合に、前記第１蓄電体のＳＯＣが前記下限値を下回る領域での放電を許可する第３電力モードを実行し、前記第１電源部から前記電気機器に電力を供給する第３モード制御部と、
    を有する、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、
    前記第１電力モード、前記第２電力モードおよび前記第３電力モードが実行される場合に、前記スイッチはオン状態に制御される、
    車両用電源装置。
  3. 請求項２に記載の車両用電源装置において、
    前記第２発電機は、エンジン始動時に力行状態に制御される発電電動機であり、
    前記スイッチは、エンジン始動時にオフ状態に制御される、
    車両用電源装置。
  4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用電源装置において、
    前記第３モード制御部は、前記第３電力モードを実行する場合に、前記第１発電機を発電状態に制御して前記第１蓄電体を充電する、
    車両用電源装置。
  5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の車両用電源装置において、
    前記第１蓄電体の電圧は、前記第２蓄電体の電圧よりも高く、
    前記第１電源部には、電圧を変換するコンバータが設けられる、
    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、
    前記スイッチの異常が検出される場合とは、前記スイッチの温度が閾値を上回る場合である、
    車両用電源装置。
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