JP6011049B2

JP6011049B2 - 中間固着診断装置

Info

Publication number: JP6011049B2
Application number: JP2012135164A
Authority: JP
Inventors: 勇悟茂木; 剛史渡邊
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2012-06-14
Filing date: 2012-06-14
Publication date: 2016-10-19
Anticipated expiration: 2032-06-14
Also published as: JP2013257297A

Description

本発明は、バッテリの充放電電流を検出する電流センサの劣化診断に関する。

車両の燃費性能や排気性能の向上を図るため、いわゆるアイドルストップ制御を実行可能な車両が増加している。ところが、アイドルストップ制御を実行する場合には、エンジン再始動の度にスタータを使用するため、アイドルストップ制御を実行しない場合に比べて電力消費量が大幅に増加する。このような電力消費量の増加に対応するために、複数のバッテリを搭載した車両が知られている。

例えば、特許文献１には、スタータのように供給電力量の多少の変動（瞬低）は許容される第１の電気負荷群に電力を供給するメインバッテリと、ナビシステムのように瞬低が許容されない第２の電気負荷群に電力を供給するサブバッテリを備える構成が開示されている。そして特許文献１の構成では、メインバッテリとサブバッテリがリレーを介して並列接続されたり、接続が解除されたりする構成となっている。

ところで、アイドルストップ制御に限らず、電気負荷を駆動するためには、バッテリの状態、例えば、バッテリの充電状態や、バッテリが劣化により容量低下していないか等を正確に把握しておくことが望ましい。特許文献１では、運転者のイグニッションキー操作によるスタート時には、サブバッテリがリレーを介してスタータと接続され、メインバッテリ及びサブバッテリからスタータに電力が供給される構成になっている。そして、上記スタート時のバッテリ電圧の低下挙動に基づいて、バッテリの劣化診断を行なっている。

特開２００８−８２２７５号公報

しかしながら、特許文献１には、複数のバッテリを備える車両における、バッテリの充放電電流値を検知する電流センサの故障検知については記載されていない。電流センサの充放電電流値の検出精度が低下すれば、充放電電流値に基づいて推定するバッテリ充電状態の推定精度も低下し、電気負荷を駆動させることが可能か否かの許否判断を誤るおそれが生じる。

電流センサの故障診断手法として、電流変動に基づいて中間固着の有無を診断するものが知られている。しかし、特許文献１のように運転状態に応じて複数のバッテリの接続状態を切り替える構成では、接続状態によっては、電力消費が少なく電流変動が無いのか本当にセンサが中間固着しているのかが判別しにくく、誤診断するおそれがある。

そこで本発明では、運転状態に応じて複数のバッテリの接続状態を切り替える構成において、バッテリの充放電電流を検出する電流センサの故障診断を精度良く行うことができる診断装置を提供することを目的とする。

本発明の中間固着診断装置は、複数のバッテリを備える車両において、電流センサの中間固着診断を行なうものである。当該車両は、内燃機関をトルクアシストするために作動する電動機と、トルクアシスト実行中に電動機に電力を供給する第１バッテリと、トルクアシスト実行中に電動機以外の電気負荷に電力を供給する第２バッテリとを備える。さらに、トルクアシスト非実行時には第１バッテリと第２バッテリを並列接続し、トルクアシスト実行時には並列接続を解除するリレーと、トルクアシスト実行時に並列接続を解除してから徐々に電動機の発生トルクを増大させる電動機制御手段とを備える。そして、中間固着診断装置は、第２バッテリの充放電電流を検出する第２バッテリ用電流検出手段を備え、第２バッテリ用電流検出手段の検出値が変動していない場合に中間固着していると診断する中間固着診断を、リレーを介して第１バッテリと第２バッテリが並列接続されている場合にのみ実行する。

本発明によれば、リレーを介して第１バッテリと第２バッテリが並列接続されている状態、つまり第２バッテリと電動機とが接続されている状態でのみ、第２バッテリ用電流検出手段の中間固着診断を行なうので、電動機のリップル波形を利用して精度良く中間固着診断を行なうことができる。

図１は本発明の実施形態に係るシステムの構成図である。図２はサブバッテリ電流センサの中間固着診断用の制御ルーチンを示すフローチャートである。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態を示すシステム構成図である。図中の実線はハードワイヤ接続を示し、破線は電力伝達経路を示し、一点鎖線はコントローラ・エリア・ネットワーク（以下、ＣＡＮと称する）を示している。以下の説明では、図中上方を先端側、下方を基端側とする。

図１に示すように、内燃機関１は一方の側面に電動機２を、他方の側面にエアコンコンプレッサ４を、それぞれ図示しないブラケット等を介して備えている。内燃機関１のクランクシャフト先端に装着したクランクプーリ５と、電動機２の回転軸先端に装着した電動機プーリ６と、エアコンコンプレッサ４の回転軸先端に装着したコンプレッサプーリ７とにベルト８を巻掛けて、これらを機械的に連結する。

なお、図１ではクランクプーリ５、電動機プーリ６、及びコンプレッサプーリ７の３つのプーリを一本のベルト８で機械的に連結しているが、電動機プーリ６とコンプレッサプーリ７をそれぞれ別のベルト８でクランクプーリ５と機械的に連結してもよい。また、ベルトに代えてチェーンを用いてもよい。

内燃機関１は無段変速機（以下、ＣＶＴと称する）１１との連結部付近にスタータ９を備える。スタータ９は、一般的な始動用のスタータと同様に進退動するピニオンギヤを備え、作動時にはピニオンギヤがクランクシャフト基端部に装着されたドライブプレートの外周に設けたギヤに係合し、クランキングを行なう。スタータ９の制御はアンダー・フード・スイッチングモジュール（以下、ＵＳＭと称する）２３が行い、作動に必要な電力はメインバッテリ１６から供給される。ＵＳＭ２３は、この他にエアコンアンプ２２等の制御も行う。

ＣＶＴ１１は変速用のオイルポンプ１０を備える。オイルポンプ１０はＣＶＴコントローラ２０の変速指示に応じて作動する。

電動機２はインバータ３を備え、メインバッテリ１６から供給された電力により駆動するモータ機能と、内燃機関１の駆動力により駆動して発電する発電機能を有する。また、電動機２の発電機能を使用する際に、発電電圧を可変に制御することが可能である。

モータ機能と発電機能の切り換えは、エンジンコントロールモジュール（以下、ＥＣＭと称する）１９が行う。モータ機能を使用するのは、主にアイドルストップからの復帰時と、加速時等におけるトルクアシスト実行時である。トルクアシストとは、加速時や登坂路走行時のように大きな出力が必要な場合に、電動機２のモータ機能を使用して、内燃機関１の出力の補助を行なうことをいう。トルクアシストの制御については後述する。

メインバッテリ１６は、第１電気負荷群４０へ電力を供給する。第１電気負荷群４０はトルクアシスト実行時にいわゆる瞬低と呼ばれる瞬間的な電圧降下を許容し得る電装品群である。上記のＥＣＭ１９、スタータ９、インバータ３の他に、例えば、ヘッドライトやワイパ等が含まれる。

また、本システムではサブバッテリ１５を備える。サブバッテリ１５は第２電気負荷群３０へ電力を供給する。第２電気負荷群３０は、トルクアシスト時の瞬低が許容し得ない電装品群であり、例えば、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）、ビークルダイナミクスコントロール装置（ＶＤＣ）等が含まれる。

メインバッテリ１６とサブバッテリ１５は、いずれも電動機２で発電された電力が充電される。ただし、サブバッテリ１５と電動機２の間にはリレー１７が介装されている。リレー１７は、リレー１７Ａとリレー１７Ｂの２つのリレーを備えており、いわゆる冗長系となっている。リレー１７Ａとリレー１７Ｂの切り換えは、ＥＣＭ１９が行う。

また、メインバッテリ１６とサブバッテリ１５の、それぞれの充放電電流は電流センサ５０、５１により検出される。検出された電流値はＥＣＭ１９に読み込まれる。

ＥＣＭ１９は、アクセル開度センサ１８、クランク角センサ１２といった運転状態を検出するセンサの検出信号を読み込み、これらに基づいて一般的な燃料噴射量や点火時期等の制御や上述したリレー１７の制御の他、後述するトルクアシスト制御等を行なう。ＥＣＭ１９は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。ＥＣＭ１９を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。

また、ＥＣＭ１９は、電流センサ５０、５１で検出した電流値に基づいて電流積算値を算出し、これに基づいてメインバッテリ１６、サブバッテリ１５の充電状態を推定する。推定した充電状態は、トルクアシスト実行を許可するか否かを判断等に用いられる。

なお、ＥＣＭ１９は、ＣＶＴコントローラ２０、電動パワーステアリングコントローラ２１、エアコンアンプ２２、ＵＳＭ２３、及び各メータ２４とＣＡＮを形成している。

次に、電動機２のモータ機能と発電機能の切り換えと、リレー１７の切り換えについて、運転シーン毎に説明する。

（Ａ）システム停止状態、例えば車両運行終了から次回運行までの間は、リレー１７Ａ、リレー１７ＢをいずれもＯＦＦにする。

（Ｂ）運転者の操作により内燃機関１を始動する場合は、リレー１７Ａ、リレー１７ＢはいずれもＯＦＦのまま、メインバッテリ１６からスタータ９へ電力供給し、スタータ９により内燃機関１を始動させる。内燃機関１が完爆した後、電動機２は発電を行ない、リレー１７Ａ、リレー１７ＢのいずれかをＯＮにする。ここでは、電動機２の目標発電電圧は１４Ｖ、メインバッテリ１６、サブバッテリ１５は満充電状態で１４Ｖとする。これにより、電動機２で発電された電力によりメインバッテリ１６、サブバッテリ１５の充電を完了させる。

（Ｃ）定常走行時やトルクアシストを伴わない程度の加速時は、始動時と同様にリレー１７Ａ、リレー１７ＢのいずれかをＯＮにした状態を維持する。そして、電動機２の目標発電電圧を、例えば１２Ｖ程度まで低下させることで電動機２を無発電状態にする。これにより、内燃機関１の負荷が低減し、燃費性能が向上する。

（Ｄ）減速時は、始動時と同様にリレー１７Ａ、リレー１７ＢのいずれかをＯＮにした状態を維持する。そして、電動機２は目標発電電圧を１４Ｖとして回生発電を行ない、メインバッテリ１６、サブバッテリ１５への充電を行なう。

（Ｅ）車両運行中にいわゆるアイドルストップを行なう場合は、リレー１７Ａ、リレー１７ＢはいずれもＯＦＦにし、システム停止状態にする。

（Ｆ）アイドルストップからの復帰時は、リレー１７Ａ、リレー１７ＢはいずれもＯＦＦのままにする。メインバッテリ１６から電動機２へ電力を供給し、電動機２をモータとして機能させて内燃機関１を始動させる。すなわち、アイドルストップからの復帰時には、スタータ９は用いずに、電動機２のモータ機能により内燃機関１を再始動させる。

（Ｇ）再始動時の完爆後は、アイドルストップ前の運転中とは逆のリレー１７をＯＮにし、電動機２を発電機能に切り換える。

（Ｈ）トルクアシスト実行時は、リレー１７Ａ、リレー１７ＢをいずれもＯＦＦにし、メインバッテリ１６から電動機２へ電力を供給する。リレー１７Ａとリレー１７ＢをいずれもＯＦＦにすることで、サブバッテリ１５と電動機２を電気的に切断する。これにより、トルクアシスト中もサブバッテリ１５から第２電気負荷群３０へ安定した電力供給を行なうことが可能となり、第２電気負荷群３０の瞬低を防止できる。

なお、本実施形態では簡単のため、アクセル開度の変化速度が所定値以上となったらトルクアシストを開始し、アクセル開度が減少するまで、またはトルクアシスト開始から所定時間が経過したらトルクアシストを終了するものとする。

（Ｉ）トルクアシスト終了後は、トルクアシスト実行前とは逆のリレー１７をＯＮにする。

次に、メインバッテリ１６、サブバッテリ１５の充放電電流を検出する電流センサ５０、５１の故障診断について説明する。以下の説明では、メインバッテリ１６用の電流センサをメインバッテリ電流センサ５０、サブバッテリ１５用の電流センサをサブバッテリ電流センサ５１とする。

上述したトルクアシストを実行するためには、トルクアシスト実行に必要な電力、つまり、トルクアシストのために電動機２を駆動するのに必要な電力が、メインバッテリ１６に蓄えられていなければならない。また、トルクアシスト実行中はサブバッテリ１５と電動機２との接続が断たれるので、トルクアシスト実行中も第２電気負荷群を駆動させ続けるために必要な電力がサブバッテリ１５に蓄えられていなければならない。

すなわち、トルクアシストの実行を必要以上に制限してしまうことや、トルクアシスト実行により電力不足に陥ること等を回避するために、メインバッテリ１６及びサブバッテリ１５の充電状態を精度良く推定することが重要である。そこで、メインバッテリ電流センサ５０及びサブバッテリ電流センサ５１の故障診断が必要になる。

電流センサの故障として、電流値は変動しているにもかかわらず検出値が変動しなくなる、いわゆる中間固着が知られている。そして、中間固着の診断方法として、一定時間電流値が変動しなかったら中間固着していると診断する方法が知られている。電動機２のようにリップル波形を出す電気負荷を含むシステムであれば、リップル波形が一定期間検出されなければ中間固着していると診断することができる。つまり、電動機２と常時接続されているメインバッテリ電流センサ５０については、公知の中間固着診断方法により診断することができる。

ところが、サブバッテリ電流センサ５１については、公知の中間固着診断方法を用いると誤診断するおそれがある。すなわち、図１のシステムでは、リレー１７がＯＦＦになるとサブバッテリ１５はリップル波形を出す電動機２と切り離された状態になるので、サブバッテリ１５に接続された電気負荷が動作しない限り、サブバッテリ電流センサ５１の電流値は変動しない。そのため、サブバッテリ電流センサ５１の電流値変動に基づいて中間固着の有無を診断しようとしても、単に電力消費量が少ないために電流変動が無いのか、中間固着しているのかを判別することが難しい。

そこで、サブバッテリ電流センサ５１については、中間固着の診断を行なう条件を限定することによって、誤診断を防止する。

図２は、ＥＣＭ１９が実行するサブバッテリ電流センサ５１の中間固着診断用のルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、中間固着していると診断された場合を除き、例えば数ミリ秒程度の間隔で繰り返し実行される。

ステップＳ１０で、ＥＣＭ１９はリレー１７がＯＮであるか否かを判定する。ＯＮであればステップＳ２０の処理を実行し、ＯＦＦであれば本ルーチンを終了して、再びステップＳ１０の処理を実行する。

ステップＳ２０で、ＥＣＭ１９は、サブバッテリ電流値Ｉ_ｓｂとサブバッテリ電流前回値Ｉ_{ｓｂ［ｏｌｄ］}との差がサブバッテリ電流センサ中間固着診断閾値Ｉ_ｄｇｎ以下の状態が、連続してサブバッテリ電流センサ中間固着診断判定時間Ｔ_ｄｇｎ以上継続しているかを判定する。ＥＣＭ１９は、この条件を満たしている場合はステップＳ３０の処理を実行し、満たしていない場合は本ルーチンを終了して、再びステップＳ１０の処理を実行する。

なお、サブバッテリ電流センサ中間固着診断閾値Ｉ_ｄｇｎは、電動機２のトルクリップルが生じれば超える大きさの値とする。また、サブバッテリ電流センサ中間固着診断判定時間Ｔ_ｄｇｎは、数秒程度の長さとする。

ステップＳ３０で、ＥＣＭ１９は中間固着していると診断して本ルーチンを終了する。なお、中間固着していると診断した場合は、例えば警告灯を点灯する等して、運転者に中間固着していることを知らせる。

上記のように、サブバッテリ電流センサ５１の中間固着診断は、リレー１７がＯＮの場合にのみ行うこととする。つまり、サブバッテリ１５と電動機２が接続された状態でのみ、中間固着診断を行なう。このようにすれば、サブバッテリ電流センサ５１の検出した電流値に変動が無い場合は、本来検出されるはずの電動機２のトルクリップルが検出されていないということなので、中間固着していると診断することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、サブバッテリ電流センサ５１の中間固着診断を、リレー１７がＯＮになっている場合にのみ実行するので、サブバッテリ電流センサ５１の出力が変動しているか否かを、電動機２のリップル波形の有無に基づいて判断することができる。このため、電力消費量が少ないために電流変動が無い場合と中間固着により電力変動が無い場合を区別することが可能となり、サブバッテリ電流センサ５１の中間固着診断を精度良く行うことができる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

１内燃機関
２電動機
３インバータ
５クランクプーリ
６電動機プーリ
８ベルト
９スタータ
１５サブバッテリ（第２バッテリ）
１６メインバッテリ（第１バッテリ）
１７リレー
１９エンジンコントロールモジュール（ＥＣＭ）（電動機制御手段）
５０メインバッテリ電流センサ
５１サブバッテリ電流センサ（第２バッテリ用電流検出手段）

Claims

内燃機関の駆動軸に機械的に連結され、前記内燃機関をトルクアシストするために作動する電動機と、
前記トルクアシスト実行中に前記電動機に電力を供給する第１バッテリと、
前記トルクアシスト実行中に前記電動機以外の電気負荷に電力を供給する第２バッテリと、
前記トルクアシスト非実行時には前記第１バッテリと前記第２バッテリを並列接続し、前記トルクアシスト実行時には前記並列接続を解除するリレーと、
前記トルクアシスト実行時に前記並列接続を解除してから徐々に電動機の発生トルクを増大させる電動機制御手段と、
前記第２バッテリの充放電電流を検出する第２バッテリ用電流検出手段と、
を備える車両において前記第２バッテリ用電流検出手段が中間固着しているか否かを診断する中間固着診断装置であって、
前記第２バッテリ用電流検出手段の検出値が変動していない場合に中間固着していると診断する中間固着診断を、前記リレーを介して前記第１バッテリと前記第２バッテリが並列接続されている場合にのみ実行する中間固着診断装置。