JP2021014152A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気機器に対する電力不足を招くことなく、電力供給を行う電源機器を切り替える。【解決手段】第１電源端子を備える第１電源機器と、第２電源端子を備える第２電源機器と、第１スイッチ端子および第２スイッチ端子を備え、端子間における双方向の通電を許容する第１状態と、端子間における一方向のみの通電を許容する第２状態と、に制御されるスイッチと、第１電源端子と第１スイッチ端子とを互いに接続する第１通電経路と、第２電源端子と第２スイッチ端子とを互いに接続する第２通電経路と、第２通電経路に接続される電気機器と、第１電源機器と第２電源機器との目標電圧を制御する電源制御部と、を有し、電源制御部は、スイッチを第１状態から第２状態に制御した後に（時刻ｔ３，符号ｅ３）、第２電源機器の目標電圧を第１電源機器の目標電圧よりも上げる（時刻ｔ４，符号ｄ２）。【選択図】図６

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として、複数の電源機器を備えた車両用電源装置が提案されている（特許文献１および２参照）。車両用電源装置に設けられる電源機器として、例えば、エンジンに駆動されるオルタネータがあり、高電圧バッテリからの電力を降圧して出力するコンバータがある。また、車両用電源装置には、コントローラやアクチュエータ等の電気機器が設けられている。

特開２００８−１８０２０７号公報 特開２０１６−１５３２６０号公報

ところで、車両用電源装置に設けられる複数の電源機器を同時に作動させると、各電源機器の電圧制御が互いに干渉して出力電圧を振動させてしまう虞がある。そこで、複数の電源機器を備えた車両用電源装置においては、車両状況等に基づき電源機器の何れか１つを電力供給源として作動させることが多い。また、複数の電源機器の同時作動を回避する観点から、電力供給源として作動させる電源機器を切り替える際には、一方の電源機器を停止させた後に他方の電源機器を作動させている。しかしながら、電源機器の切替過程において全ての電源機器を一時的に停止させることは、コントローラやアクチュエータ等の電気機器に対する電力不足を招いてしまう要因であった。

本発明の目的は、電気機器に対する電力不足を招くことなく、電力供給を行う電源機器を切り替えることにある。

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電源端子を備える第１電源機器と、第２電源端子を備える第２電源機器と、第１スイッチ端子および第２スイッチ端子を備え、端子間における双方向の通電を許容する第１状態と、端子間における一方向のみの通電を許容する第２状態と、に制御されるスイッチと、前記第１電源端子と前記第１スイッチ端子とを互いに接続する第１通電経路と、前記第２電源端子と前記第２スイッチ端子とを互いに接続する第２通電経路と、前記第２通電経路に接続される電気機器と、前記第１電源機器と前記第２電源機器との目標電圧を制御し、前記第１電源機器または前記第２電源機器からの電力を前記電気機器に供給する電源制御部と、を有し、前記電源制御部は、前記第１電源機器からの電力を前記電気機器に供給する状況から、前記第２電源機器からの電力を前記電気機器に供給する状況に切り替える場合に、前記スイッチを第１状態から第２状態に制御した後に、前記第２電源機器の目標電圧を前記第１電源機器の目標電圧よりも上げる。

本発明によれば、電源制御部は、第１電源機器からの電力を電気機器に供給する状況から、第２電源機器からの電力を電気機器に供給する状況に切り替える場合に、スイッチを第１状態から第２状態に制御した後に、第２電源機器の目標電圧を第１電源機器の目標電圧よりも上げる。これにより、電気機器に対する電力不足を招くことなく、電力供給を行う電源機器を第１電源機器から第２電源機器に切り替えることができる。

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造を示す概略図である。 電源回路および制御系を簡単に示した図である。 ＩＳＧ発電モードによる電力供給状況を示す回路図である。 コンバータ放電モードによる電力供給状況を示す回路図である。 再始動モードによる電力供給状況を示す回路図である。 切替制御におけるスタータジェネレータ等の作動状況を示すタイミングチャートである。 図６に示した時刻ｔ３の電力供給状況を示す回路図である。 ＩＳＧ発電モードからコンバータ放電モードへ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。

［車両構造］
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の構造を示す概略図である。図１に示すように、車両１１に搭載されるパワートレイン１２には、動力源としてエンジン１３およびモータジェネレータ１４が設けられている。また、パワートレイン１２には、プライマリプーリ１５およびセカンダリプーリ１６からなる無段変速機１７が設けられている。プライマリプーリ１５の一方側には、前後進切替機構１８およびトルクコンバータ１９を介してエンジン１３が連結されており、プライマリプーリ１５の他方側には、モータジェネレータ１４のロータ２０が連結されている。また、セカンダリプーリ１６には、車輪出力軸２１やデファレンシャル機構２２等を介して車輪２３が連結されている。なお、前後進切替機構１８は、前進クラッチ２４、後退ブレーキおよび遊星歯車列等によって構成される。

図示する車両１１は、走行モードとして、エンジン１３を駆動するエンジン走行モードと、エンジン１３を停止させるモータ走行モードと、を有している。エンジン走行モードを実行する際には、前後進切替機構１８の前進クラッチ２４が締結され、車輪２３に対してエンジン１３が連結される。これにより、エンジン動力によって車輪２３を駆動することができる。一方、モータ走行モードを実行する際には、前後進切替機構１８の前進クラッチ２４が解放され、車輪２３からエンジン１３が切り離される。これにより、エンジン１３を停止させた状態のもとで、モータジェネレータ１４を駆動することができ、モータ動力によって車輪２３を駆動することができる。これらの走行モードは、車両走行時の要求駆動力や後述する高電圧バッテリ５０のＳＯＣに基づき決定される。例えば、高電圧バッテリ５０のＳＯＣが所定値を上回り、かつアクセルペダルの踏み込み量が少なく要求駆動力が小さい場合には、走行モードとしてモータ走行モードが選択される。一方、高電圧バッテリ５０のＳＯＣが所定値を下回る場合や、アクセルペダルの踏み込み量が多く要求駆動力が大きい場合には、走行モードとしてエンジン走行モードが選択される。

［電源回路］
車両用電源装置１０が備える電源回路３０について説明する。図２は電源回路３０および制御系を簡単に示した図である。図１および図２に示すように、電源回路３０は、低電圧バッテリ４０を備えた低電圧系４１と、低電圧バッテリ４０よりも高電圧の高電圧バッテリ（蓄電体）５０を備えた高電圧系５１と、を有している。低電圧系４１は、低電圧バッテリ４０、スタータジェネレータ４２、半導体リレー４３および電気機器群４４等によって構成されている。一方、高電圧系５１は、高電圧バッテリ５０、インバータ５２およびモータジェネレータ１４等によって構成されている。また、低電圧系４１と高電圧系５１との間には、高電圧系５１から低電圧系４１に電力を供給するコンバータ６０が設けられている。このコンバータ６０には、低電圧系４１に接続される正極端子６１ａおよび負極端子６１ｂが設けられており、高電圧系５１に接続される正極端子６２ａおよび負極端子６２ｂが設けられている。

低電圧系４１の接続構造について説明する。スタータジェネレータ（第１電源機器，発電機）４２とコンバータ（第２電源機器）６０とは、正極ライン４５、半導体リレー（スイッチ）４３および正極ライン４６を介して接続されている。つまり、スタータジェネレータ４２の正極端子（第１電源端子）４２ａと、半導体リレー４３の端子（第１スイッチ端子）４３ａとは、正極ライン（第１通電経路）４５を介して互いに接続されている。また、コンバータ６０の正極端子（第２電源端子）６１ａと、半導体リレー４３の端子（第２スイッチ端子）４３ｂとは、正極ライン（第２通電経路）４６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４２と半導体リレー４３とを接続する正極ライン４５には、正極ライン４８を介して低電圧バッテリ４０の正極端子４０ａが接続されている。さらに、半導体リレー４３とコンバータ６０とを接続する正極ライン４６には、正極ライン４９を介して複数の電気機器４４ａからなる電気機器群４４が接続されている。なお、電気機器４４ａとして、各種コントローラや各種アクチュエータが設けられている。例えば、電気機器４４ａとして、横滑り防止装置、電動パワーステアリング装置およびオーディオ装置等が設けられる。

続いて、高電圧系５１の接続構造について説明する。高電圧バッテリ５０の正極端子５０ａには正極ライン５３が接続されており、インバータ５２の正極端子５２ａには正極ライン５４が接続されており、コンバータ６０の正極端子６２ａには正極ライン５５が接続されている。これらの正極ライン５３〜５５は、互いに接続されている。また、高電圧バッテリ５０の負極端子５０ｂには負極ライン５６が接続されており、インバータ５２の負極端子５２ｂには負極ライン５７が接続されており、コンバータ６０の負極端子６２ｂには負極ライン５８が接続されている。これらの負極ライン５６〜５８は、互いに接続されている。

［低電圧系］
低電圧系４１を構成する各部品について説明する。低電圧系４１に設けられるスタータジェネレータ４２は、ベルト機構７０を介してエンジン１３のクランク軸７１に連結されている。このスタータジェネレータ４２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４２は、エンジン動力を用いて発電する発電機として機能するだけでなく、クランク軸７１を始動回転させる電動機として機能する。また、スタータジェネレータ４２は、ステータコイルを備えたステータ７２と、フィールドコイルを備えたロータ７３と、を有している。さらに、スタータジェネレータ４２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７４が設けられている。

ＩＳＧコントローラ７４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４２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。つまり、スタータジェネレータ４２は、エンジン回転によって発電を行う発電状態と、エンジン回転による発電を停止する停止状態と、エンジン１３を始動回転つまりクランキングさせる力行状態と、に作動することが可能である。また、ＩＳＧコントローラ７４は、スタータジェネレータ４２の発電電圧Ｖｉｓｇおよび発電電流を検出する機能を有している。なお、スタータジェネレータ４２の発電電流は、ステータコイルやフィールドコイルの励磁電流等から推定しても良く、電流センサを用いて検出しても良い。

このように、エンジン１３のクランク軸７１には、電動機としても機能するスタータジェネレータ４２が連結されている。前述したモータ走行モードからエンジン走行モードへの切り替えに伴ってエンジン１３を再始動させる場合や、後述するアイドリングストップ制御に伴ってエンジン１３を再始動させる場合には、スタータジェネレータ４２を用いてエンジン１３のクランキングが実行される。なお、車両１１には、マイコン等からなる電子制御ユニットであるエンジンコントローラ７５が設けられている。また、スタータジェネレータ４２によってエンジン１３を始動する際には、エンジンコントローラ７５によってインジェクタやイグニッション等の補機類７６が制御される。

また、スタータジェネレータ４２とコンバータ６０との間には、開閉部４３ｃおよびダイオード部４３ｄを備えた半導体リレー４３が設けられている。この半導体リレー４３をＯＮ状態（第１状態）に制御することにより、ＭＯＳＦＥＴ等からなる開閉部４３ｃは導通状態に制御され、端子４３ａ，４３ｂ間における双方向の通電が許容される。つまり、半導体リレー４３をＯＮ状態に制御することにより、スタータジェネレータ４２側からコンバータ６０側に向かう電流と、コンバータ６０側からスタータジェネレータ４２側に向かう電流との双方が許容される。また、半導体リレー４３には、端子４３ａから端子４３ｂへの通電を許容するダイオード部４３ｄが設けられている。このため、半導体リレー４３をＯＦＦ状態（第２状態）に制御することにより、端子４３ａ，４３ｂ間における一方向のみの通電が許容される。つまり、半導体リレー４３をＯＦＦ状態に制御することにより、開閉部４３ｃが遮断状態に制御されるため、コンバータ６０側からスタータジェネレータ４２側に向かう電流が遮断される一方、スタータジェネレータ４２側からコンバータ６０側に向かう電流が許容される。

また、低電圧バッテリ４０の負極端子４０ｂに接続される負極ライン８０には、低電圧バッテリ４０の端子電圧等を検出するバッテリセンサ８１が設けられている。このバッテリセンサ８１は、低電圧バッテリ４０の端子電圧を検出するだけでなく、低電圧バッテリ４０の充放電電流を検出する機能や、低電圧バッテリ４０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、低電圧バッテリ４０のＳＯＣとは、低電圧バッテリ４０の電気残量を示す比率であり、低電圧バッテリ４０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４０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４０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。また、バッテリセンサ８１は、図示しない通電ラインを介して低電圧バッテリ４０の正極端子４０ａにも接続されている。

［高電圧系］
高電圧系５１を構成する各部品について説明する。高電圧系５１にはインバータ５２が設けられており、インバータ５２にはモータジェネレータ１４のステータ８２が接続されている。インバータ５２は、スイッチング素子やコンデンサ等によって構成されており、直流電力と交流電力とを相互に変換する機能を有している。モータジェネレータ１４を力行状態に制御する際には、インバータ５２を介して直流電力が交流電力に変換され、高電圧バッテリ５０からモータジェネレータ１４に電力が供給される。一方、モータジェネレータ１４を回生状態に制御する際には、インバータ５２を介して交流電力が直流電力に変換され、モータジェネレータ１４から高電圧バッテリ５０に電力が供給される。

また、高電圧バッテリ５０には、マイコン等からなる電子制御ユニットであるバッテリコントローラ８３が設けられている。さらに、高電圧バッテリ５０には、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８４が設けられている。高電圧バッテリ５０に設けられるバッテリコントローラ８３は、バッテリセンサ８４から送信される充放電電流等に基づいて、高電圧バッテリ５０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。なお、高電圧バッテリ５０のＳＯＣとは、高電圧バッテリ５０の電気残量を示す比率であり、高電圧バッテリ５０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５０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５０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。また、高電圧バッテリ５０には、バッテリセルを電源回路３０から切り離すためのメインリレー８５が設けられている。

［コンバータ］
前述したように、低電圧系４１と高電圧系５１との間には、コンバータ６０が設けられている。コンバータ６０は、スイッチング素子やコンデンサ等によって構成されており、高電圧バッテリ５０の直流電力を降圧して電気機器群４４等に出力する機能を有している。このコンバータ６０は、電気機器群４４等に向けて放電する放電状態と、電気機器群４４等に対する放電を停止する停止状態と、に作動することが可能である。また、コンバータ６０には、正極端子６１ａの放電電圧Ｖｃｏｎを検出する電圧センサ８６が設けられており、正極端子６１ａからの放電電流を検出する電流センサ８７が設けられている。なお、コンバータ６０は、ＤＣＤＣコンバータとも呼ばれている。

［制御系］
図２に示すように、車両用電源装置１０は、パワートレイン１２や電源回路３０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電子制御ユニットであるメインコントローラ９０を有している。メインコントローラ９０は、エンジン１３を制御するエンジン制御部９１、スタータジェネレータ４２を制御するＩＳＧ制御部９２、半導体リレー４３を制御するリレー制御部９３、コンバータ６０を制御するコンバータ制御部９４、およびインバータ５２を制御するインバータ制御部９５を有している。また、メインコントローラ９０は、走行モードの切り替えを制御する走行モード制御部９６、およびアイドリングストップ制御を実行するアイドリングストップ制御部９７を有している。なお、メインコントローラ９０を構成するＩＳＧ制御部９２、リレー制御部９３およびコンバータ制御部９４は、後述するように、電源モードを切り替える電源制御部として機能している。

メインコントローラ９０や前述した各コントローラ７４，７５，８３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９０には、車速を検出する車速センサ１００、アクセルペダルの操作状況を検出するアクセルセンサ１０１、ブレーキペダルの操作状況を検出するブレーキセンサ１０２等が接続されている。なお、メインコントローラ９０は、ＩＳＧコントローラ７４を介してスタータジェネレータ４２を制御し、エンジンコントローラ７５を介してエンジン１３を制御する。

なお、メインコントローラ９０のアイドリングストップ制御部９７は、自動的にエンジン１３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。アイドリングストップ制御部９７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１３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４２を回転させてエンジン１３を再始動させる。エンジン１３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１３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。

［電源モード］
続いて、メインコントローラ９０による電源回路３０の制御モード（以下、電源モードとして記載する。）について説明する。電源モードとして、スタータジェネレータ４２から電気機器群４４等に電力を供給するＩＳＧ発電モード、コンバータ６０から電気機器群４４等に電力を供給するコンバータ放電モード、およびエンジン再始動時に実行される再始動モードがある。ここで、図３はＩＳＧ発電モードによる電力供給状況を示す回路図であり、図４はコンバータ放電モードによる電力供給状況を示す回路図であり、図５は再始動モードによる電力供給状況を示す回路図である。なお、図３〜図５には、矢印を用いて電力供給状況が示されている。

コンバータ放電モードおよびＩＳＧ発電モードは、高電圧バッテリ５０のＳＯＣ等に基づき実行される。例えば、コンバータ放電モードの実行中に、高電圧バッテリ５０のＳＯＣが低下して所定値を下回る場合には、電源モードがコンバータ放電モードからＩＳＧ発電モードに切り替えられる。一方、ＩＳＧ発電モードの実行中に、高電圧バッテリ５０のＳＯＣが上昇して所定値を上回る場合には、電源モードがＩＳＧ発電モードからコンバータ放電モードに切り替えられる。これにより、エンジン１３を積極的に停止させることができ、車両１１の燃費性能を向上させることができる。

図３に示すように、ＩＳＧ発電モードにおいては、半導体リレー４３がＯＮ状態に制御され、コンバータ６０が停止状態に制御され、スタータジェネレータ４２が発電状態に制御される。これにより、矢印ａ１に示すように、スタータジェネレータ４２の正極端子４２ａから正極ライン４５に電力が供給され、この電力は正極ライン４６，４９を経て電気機器群４４に供給される。また、正極ライン４５には低電圧バッテリ４０が接続されることから、矢印ａ２に示すように、スタータジェネレータ４２の発電状況や電気機器群４４の作動状況等に応じて低電圧バッテリ４０が充放電される。

このＩＳＧ発電モードにおいては、メインコントローラ９０によって、電気機器群４４の消費電力等に基づきスタータジェネレータ４２の目標電圧Ｔｖｉが設定される。そして、メインコントローラ９０は、スタータジェネレータ４２の発電電圧Ｖｉｓｇを目標電圧Ｔｖｉに収束させるように、発電電圧Ｖｉｓｇと目標電圧Ｔｖｉとの差に基づきスタータジェネレータ４２をフィードバック制御する。つまり、メインコントローラ９０は、目標電圧Ｔｖｉに基づいて、スタータジェネレータ４２の発電電圧（端子電圧）Ｖｉｓｇをフィードバック制御している。

後述するように、スタータジェネレータ４２の目標電圧Ｔｖｉとして４段階の電圧値Ｖ１〜Ｖ４が設定されており、これらの電圧値Ｖ１〜Ｖ４から電気機器群４４の消費電力等に応じて目標電圧Ｔｖｉが選択される。また、電圧値Ｖ１〜Ｖ４のうち最も低電圧の電圧値Ｖ１は、電気機器４４ａを正常に動作させるための下限電圧である下方電圧ＶＬよりも高く設定されている。つまり、目標電圧Ｔｖｉを電圧値Ｖ１以上に制御することにより、電気機器４４ａを正常に動作させることが可能である。なお、ＩＳＧ発電モードにおいては、エンジン動力を用いてスタータジェネレータ４２が発電することから、エンジン停止を伴うモータ走行モードやアイドリングストップの実行が禁止される。

図４に示すように、コンバータ放電モードにおいては、半導体リレー４３がＯＮ状態に制御され、コンバータ６０が放電状態に制御され、スタータジェネレータ４２が停止状態に制御される。これにより、矢印ｂ１に示すように、コンバータ６０の正極端子６１ａから正極ライン４６に電力が供給され、この電力は正極ライン４９を経て電気機器群４４に供給される。また、正極ライン４５には低電圧バッテリ４０が接続されることから、矢印ｂ２で示すように、コンバータ６０の放電状況や電気機器群４４の作動状況等に応じて低電圧バッテリ４０が充放電される。

このコンバータ放電モードにおいては、メインコントローラ９０によって、電気機器群４４の消費電力に基づきコンバータ６０の目標電圧Ｔｖｃが設定される。そして、メインコントローラ９０は、コンバータ６０の放電電圧Ｖｃｏｎを目標電圧Ｔｖｃに収束させるように、放電電圧Ｖｃｏｎと目標電圧Ｔｖｃとの差に基づきコンバータ６０をフィードバック制御する。つまり、メインコントローラ９０は、目標電圧Ｔｖｃに基づいて、コンバータ６０の放電電圧（端子電圧）Ｖｃｏｎをフィードバック制御している。前述した電圧値Ｖ１〜Ｖ４と同様に、コンバータ６０の目標電圧Ｔｖｃとして４段階の電圧値Ｖ１〜Ｖ４が設定されており、これらの電圧値Ｖ１〜Ｖ４から電気機器群４４の消費電力等に応じて目標電圧Ｔｖｃが選択される。なお、コンバータ放電モードにおいては、モータ走行モードやアイドリングストップの実行が許可される。

また、エンジン再始動要求が為された場合、つまりモータ走行モードからエンジン走行モードへの切り替えが決定された場合や、アイドリングストップ制御によるエンジン停止中に所定の始動条件が成立した場合には、電源モードが再始動モードに切り替えられる。図５に示すように、再始動モードにおいては、半導体リレー４３がＯＦＦ状態に制御され、コンバータ６０が放電状態に制御され、スタータジェネレータ４２が力行状態に制御される。これにより、矢印ｃ１で示すように、低電圧バッテリ４０からスタータジェネレータ４２に電力が供給される。また、矢印ｃ２で示すように、コンバータ６０から電気機器群４４に電力が供給される。

スタータジェネレータ４２の消費電力が急増する再始動モードにおいては、半導体リレー４３がＯＦＦ状態に制御されるため、コンバータ６０側からスタータジェネレータ４２側に向かう電流が遮断される。これにより、低電圧バッテリ４０からスタータジェネレータ４２に大電流が供給される場合であっても、電気機器群４４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４４を正常に機能させることができる。なお、再始動モードによるエンジン始動後には、高電圧バッテリ５０のＳＯＣに基づき、コンバータ放電モードまたはＩＳＧ発電モードが実行される。

［ＩＳＧ発電モードからコンバータ放電モード］
続いて、メインコントローラ９０によるＩＳＧ発電モードからコンバータ放電モードへの切替制御について説明する。前述したように、ＩＳＧ発電モードの実行中に、高電圧バッテリ５０のＳＯＣが上昇して所定値を上回る場合には、電源モードがＩＳＧ発電モードからコンバータ放電モードに切り替えられる。また、ＩＳＧ発電モードにおいては、発電電圧Ｖｉｓｇを目標電圧Ｔｖｉに収束させるように、スタータジェネレータ４２がフィードバック制御される。さらに、コンバータ放電モードにおいては、放電電圧Ｖｃｏｎを目標電圧Ｔｖｃに収束させるように、コンバータ６０がフィードバック制御される。ここで、ＩＳＧ発電モードとコンバータ放電モードとの双方が同時に実行されると、スタータジェネレータ４２とコンバータ６０との双方が同時にフィードバック制御されるため、フィードバック制御が互いに干渉して発電電圧Ｖｉｓｇや放電電圧Ｖｃｏｎを振動させてしまう虞がある。

このため、メインコントローラ９０は、ＩＳＧ発電モードとコンバータ放電モードとの同時実行を回避する観点から、ＩＳＧ発電モードを停止させた後にコンバータ放電モードを実行している。しかしながら、電源モードの切替過程においてスタータジェネレータ４２とコンバータ６０との双方を停止させた場合には、一時的に低電圧バッテリ４０のみから電気機器群４４に電力が供給されるため、低電圧バッテリ４０のＳＯＣや電気機器群４４の作動状況によっては、電気機器群４４に対する供給電力が不足してしまう虞がある。そこで、メインコントローラ９０は、電気機器群４４に対する供給電力を不足させないように、電源モードをＩＳＧ発電モードからコンバータ放電モードに切り替えている。つまり、メインコントローラ９０は、電気機器群４４に対する供給電力を不足させないように、電力供給源をスタータジェネレータ４２からコンバータ６０に素早く切り替えている。

［タイミングチャート］
以下、タイミングチャートを用いて、ＩＳＧ発電モードからコンバータ放電モードへの切替制御について説明する。図６は切替制御におけるスタータジェネレータ４２等の作動状況を示すタイミングチャートである。図６において、ＩＳＧはスタータジェネレータ４２であり、リレー端電圧Ｖａは半導体リレー４３の端子４３ａに印加される電圧であり、リレー端電圧Ｖｂは半導体リレー４３の端子４３ｂに印加される電圧である。また、図６において、リレー端電圧Ｖａ，Ｖｂについては、電圧推移を明確にする観点から、互いに重なる場合であっても若干ずらして記載している。また、図７は図６に示した時刻ｔ３の電力供給状況を示す回路図である。

図６に時刻ｔ１で示すように、ＩＳＧ発電モードにおいては、スタータジェネレータ４２が発電状態に制御され（符号ａ１）、コンバータ６０が停止状態に制御される（符号ｂ１）。このとき、スタータジェネレータ４２の目標電圧Ｔｖｉは電圧値Ｖ２に制御され（符号ｃ１）、コンバータ６０の目標電圧Ｔｖｃは０Ｖに制御される（符号ｄ１）。このように、ＩＳＧ発電モードにおいては、スタータジェネレータ４２の目標電圧Ｔｖｉが目標電圧Ｔｖｃを上回るため、スタータジェネレータ４２から電気機器群４４に電力が供給される。また、ＩＳＧ発電モードにおいては、半導体リレー４３がＯＮ状態に制御されるため（符号ｅ１）、リレー端電圧Ｖａ，Ｖｂは目標電圧Ｔｖｉとほぼ同様の電圧値Ｖ２に制御される（符号ｆ１）。なお、図示する例では、電気機器群４４の消費電力に基づき、スタータジェネレータ４２の目標電圧Ｔｖｉを電圧値Ｖ２に制御しているが、これに限られることはなく、電気機器群４４の消費電力に基づき目標電圧Ｔｖｉを他の電圧値に制御しても良い。

続いて、ＩＳＧ発電モードからコンバータ放電モードへの切り替えが決定されると、時刻ｔ２に示すように、スタータジェネレータ４２の目標電圧Ｔｖｉが電圧値Ｖ３に引き上げられる（符号ｃ２）。このとき、半導体リレー４３はＯＮ状態に制御されるため（符号ｅ２）、リレー端電圧Ｖａ，Ｖｂは目標電圧Ｔｖｉとほぼ同様の電圧値Ｖ３に制御される（符号ｆ２）。このように、スタータジェネレータ４２の目標電圧Ｔｖｉが直近の電圧である電圧値Ｖ２から引き上げられると（符号ｃ２）、その後、時刻ｔ３に示すように、半導体リレー４３がＯＦＦ状態に制御される（符号ｅ３）。

図７に示すように、半導体リレー４３がＯＦＦ状態に制御されると、スタータジェネレータ４２から電気機器群４４に対し、半導体リレー４３のダイオード部４３ｄを介して電力が供給される（矢印α）。ここで、ＯＦＦ状態である半導体リレー４３の電気抵抗は、ＯＮ状態である半導体リレー４３の電気抵抗に比べて大きいため、図６に符号ｇ１で示すように、半導体リレー４３をＯＦＦ状態に切り替えることでリレー端電圧Ｖｂが低下する。このように、電気機器群４４側のリレー端電圧Ｖｂが下がることは、電気機器群４４への印加電圧が下がることであるが、半導体リレー４３をＯＦＦ状態に切り替える前のタイミングで、スタータジェネレータ４２の目標電圧Ｔｖｉを直近の電圧である電圧値Ｖ２よりも上げている。これにより、電気機器群４４に対する印加電圧の過度な低下を回避することができ、電気機器群４４を正常に動作させることができる。

図６に示すように、半導体リレー４３がＯＦＦ状態に制御されると（符号ｅ３）、その後、時刻ｔ４に示すように、コンバータ６０の目標電圧Ｔｖｃが電圧値Ｖ４に引き上げられ（符号ｄ２）、コンバータ６０は放電状態に制御される（符号ｂ２）。このように、コンバータ６０の目標電圧Ｔｖｃをスタータジェネレータ４２の目標電圧Ｔｖｉよりも上げることにより（符号ｄ２）、電力供給源がスタータジェネレータ４２からコンバータ６０に切り替えられる。つまり、コンバータ６０の目標電圧Ｔｖｃが目標電圧Ｔｖｉを下回る領域では、スタータジェネレータ４２から電気機器群４４に電力が供給され、コンバータ６０の目標電圧Ｔｖｃが目標電圧Ｔｖｉを上回る領域では、コンバータ６０から電気機器群４４に電力が供給される。

しかも、時刻ｔ４において、コンバータ６０の目標電圧Ｔｖｃを目標電圧Ｔｖｉよりも上げる際には、半導体リレー４３がＯＦＦ状態に制御されることから、コンバータ６０側からスタータジェネレータ４２側に電力が供給されることがない。すなわち、半導体リレー４３をＯＦＦ状態に制御することにより、コンバータ６０からスタータジェネレータ４２に向かう通電が遮断されるため、コンバータ６０とスタータジェネレータ４２とは互いに分離された状態になる。これにより、時刻ｔ４〜ｔ５の期間において、コンバータ６０とスタータジェネレータ４２とのフィードバック制御が互いに干渉することはなく、放電電圧Ｖｃｏｎおよび発電電圧Ｖｉｓｇを安定させることができる。

このように、電源モードがコンバータ放電モードに切り替えられると、その後、時刻ｔ５に示すように、スタータジェネレータ４２の目標電圧Ｔｖｉが０Ｖに下げられ（符号ｃ３）、スタータジェネレータ４２は停止状態に制御される（符号ａ２）。このため、スタータジェネレータ４２側のリレー端電圧Ｖａは、低電圧バッテリ４０の端子電圧に相当する電圧値Ｖ１まで低下する（符号ｆ３）。なお、図６のタイミングチャートには図示されていないが、スタータジェネレータ４２が停止状態に制御されると（符号ａ２）、その後、半導体リレー４３がＯＦＦ状態からＯＮ状態に制御され、コンバータ６０の目標電圧Ｔｖｃが電気機器群４４の消費電力に応じて制御される。

これまで説明したように、電源モードをＩＳＧ発電モードからコンバータ放電モードに切り替える場合には、半導体リレー４３がＯＮ状態からＯＦＦ状態に制御された後に（符号ｅ３）、コンバータ６０の目標電圧Ｔｖｃが目標電圧Ｔｖｉよりも上げられる（符号ｄ２）。これにより、電気機器群４４に対する電力供給を継続したまま、電力供給源をスタータジェネレータ４２からコンバータ６０に切り替えることができる。しかも、コンバータ６０の目標電圧Ｔｖｃを引き上げる際には（符号ｄ２）、半導体リレー４３がＯＦＦ状態に制御されるため、コンバータ６０側からスタータジェネレータ４２側に電力が供給されることがない。すなわち、コンバータ６０からスタータジェネレータ４２に向かう通電が遮断されるため、コンバータ６０およびスタータジェネレータ４２のフィードバック制御が互いに干渉することはなく、切替制御におけるフィードバック制御の安定性を高めることができる。

なお、図６に示した例では、半導体リレー４３をＯＦＦ状態に切り替える前のタイミングで、スタータジェネレータ４２の目標電圧Ｔｖｉを直近の電圧である電圧値Ｖ２よりも上げているが（符号ｃ２）、これに限られることはない。例えば、スタータジェネレータ４２の目標電圧Ｔｖｉが十分に高く制御されており、電気機器群４４に対する印加電圧の過度な低下を回避することが可能であれば、コンバータ放電モードへの切り替えが決定されてから、スタータジェネレータ４２の目標電圧Ｔｖｉを維持したまま、半導体リレー４３をＯＦＦ状態に切り替えても良い。

［フローチャート］
前述したＩＳＧ発電モードからコンバータ放電モードへの切替制御をフローチャートに沿って説明する。図８はＩＳＧ発電モードからコンバータ放電モードへの切替手順の一例を示すフローチャートである。この図８のフローチャートには、スタータジェネレータ４２の目標電圧Ｔｖｉが電圧値Ｖ２に制御されるＩＳＧ発電モードから、コンバータ６０の目標電圧Ｔｖｃが電圧値Ｖ２に制御されるコンバータ放電モードへの切替手順の一例が示されている。なお、図８に記載されるＩＳＧは、スタータジェネレータ４２である。

図８に示すように、ステップＳ１０では、電源モードとしてＩＳＧ発電モードが実行され、スタータジェネレータ４２の目標電圧Ｔｖｉが電圧値Ｖ２に制御される。続くステップＳ１１では、高電圧バッテリ５０のＳＯＣ等に基づき、電源モードをコンバータ放電モードに切り替えるか否かが判定される。ステップＳ１１において、電源モードをコンバータ放電モードに切り替えると判定された場合には、ステップＳ１２に進み、スタータジェネレータ４２の目標電圧Ｔｖｉが、直近の電圧Ｖ２よりも高い電圧値Ｖ３に制御される。続くステップＳ１３では、半導体リレー４３がＯＦＦ状態に制御される。

ステップＳ１３において、半導体リレー４３がＯＦＦ状態に制御されると、ステップＳ１４に進み、コンバータ６０の目標電圧Ｔｖｃが、目標電圧Ｔｖｉよりも高い電圧値Ｖ４に制御される。これにより、電源モードがＩＳＧ発電モードからコンバータ放電モードに切り替えられる。その後、ステップＳ１５に進み、スタータジェネレータ４２の目標電圧Ｔｖｉが下げられ、スタータジェネレータ４２が停止状態に制御される。続いて、ステップＳ１６に進み、半導体リレー４３がＯＮ状態に制御され、ステップＳ１７に進み、コンバータ６０の目標電圧Ｔｖｃが電圧値Ｖ２に制御される。

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。前述の説明では、第１電源機器としてスタータジェネレータ４２を用い、第２電源機器としてコンバータ６０を用いているが、これに限られることはなく、他の電源機器を用いても良い。例えば、第１電源機器として、発電機であるオルタネータを用いても良い。図示する例では、スイッチとして、開閉部４３ｃおよびダイオード部４３ｄが一体となる半導体リレー４３を用いているが、これに限られることはなく、別体となる半導体素子を組み合わせてスイッチを構成しても良い。また、開閉部４３ｃとしてはＭＯＳＦＥＴに限られることはなく、ＩＧＢＴ等を用いて開閉部４３ｃを構成しても良く、接点を機械的に開閉させるリレー等を用いて開閉部４３ｃを構成しても良い。

前述の説明では、スタータジェネレータ４２やコンバータ６０の目標電圧Ｔｖｉ，Ｔｖｃとして、４段階の電圧値Ｖ１〜Ｖ４を設定しているが、これに限られることはなく、電気機器群４４の消費電力に基づき他の電圧値を設定しても良い。また、前述の説明では、電圧値Ｖ１を下方電圧ＶＬよりも高く設定しているが、これに限られることはなく、電圧値Ｖ１を下方電圧ＶＬと同じ電圧に設定しても良い。また、低電圧バッテリ４０として、例えば、開放電圧が約１２Ｖの鉛バッテリを用いることが可能であり、高電圧バッテリ５０として、例えば、開放電圧が約１１８Ｖのリチウムイオンバッテリを用いることが可能であるが、低電圧バッテリ４０や高電圧バッテリ５０として、他の形式のバッテリやキャパシタを用いても良く、他の開放電圧のバッテリやキャパシタを用いても良い。また、車両１１に搭載されるパワートレインとしては、図１に例示したパワートレイン１２に限られることはなく、他の形式のパワートレインであっても良い。

１０ 車両用電源装置
１１ 車両
１３ エンジン
４２ スタータジェネレータ（第１電源機器、発電機）
４２ａ 正極端子（第１電源端子）
４３ 半導体リレー（スイッチ）
４３ａ 端子（第１スイッチ端子）
４３ｂ 端子（第２スイッチ端子）
４４ａ 電気機器
５０ 高電圧バッテリ（蓄電体）
６０ コンバータ（第２電源機器）
６１ａ 正極端子（第２電源端子）
９２ ＩＳＧ制御部（電源制御部）
９３ リレー制御部（電源制御部）
９４ コンバータ制御部（電源制御部）
Ｔｖｉ 目標電圧
Ｔｖｃ 目標電圧
Ｖｃｏｎ 放電電圧（端子電圧）
Ｖｉｓｇ 発電電圧（端子電圧）

Claims (5)

1. 車両に搭載される車両用電源装置であって、
   第１電源端子を備える第１電源機器と、
   第２電源端子を備える第２電源機器と、
   第１スイッチ端子および第２スイッチ端子を備え、端子間における双方向の通電を許容する第１状態と、端子間における一方向のみの通電を許容する第２状態と、に制御されるスイッチと、
   前記第１電源端子と前記第１スイッチ端子とを互いに接続する第１通電経路と、
   前記第２電源端子と前記第２スイッチ端子とを互いに接続する第２通電経路と、
   前記第２通電経路に接続される電気機器と、
   前記第１電源機器と前記第２電源機器との目標電圧を制御し、前記第１電源機器または前記第２電源機器からの電力を前記電気機器に供給する電源制御部と、
   を有し、
   前記電源制御部は、
   前記第１電源機器からの電力を前記電気機器に供給する状況から、前記第２電源機器からの電力を前記電気機器に供給する状況に切り替える場合に、
   前記スイッチを第１状態から第２状態に制御した後に、前記第２電源機器の目標電圧を前記第１電源機器の目標電圧よりも上げる、
   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、
   第２状態に制御された前記スイッチは、前記第１スイッチ端子から前記第２スイッチ端子に向かう通電を許容する一方、前記第２スイッチ端子から前記第１スイッチ端子に向かう通電を遮断する、
   車両用電源装置。
3. 請求項１または２に記載の車両用電源装置において、
   前記電源制御部は、
   前記第１電源機器からの電力を前記電気機器に供給する状況から、前記第２電源機器からの電力を前記電気機器に供給する状況に切り替える場合に、
   前記第１電源機器の目標電圧を直近の電圧よりも上げてから、前記スイッチを第１状態から第２状態に制御した後に、前記第２電源機器の目標電圧を前記第１電源機器の目標電圧よりも上げる、
   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１電源機器は、エンジンに連結される発電機であり、
   前記第２電源機器は、蓄電体からの電力を降圧して出力するコンバータである、
   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、
   前記電源制御部は、前記第１電源機器の端子電圧を目標電圧に基づいてフィードバック制御し、前記第２電源機器の端子電圧を目標電圧に基づいてフィードバック制御する、
   車両用電源装置。

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