JP6467451B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

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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、ＩＳＧ（Integrated Starter Generator）等のモータジェネレータを回生発電させる電源装置が提案されている（特許文献１参照）。また、特許文献１に記載される電源装置は、バッテリ等の蓄電体として、互いに並列接続される鉛バッテリおよびリチウムイオンバッテリを有している。これにより、鉛バッテリだけでなくリチウムイオンバッテリにも回生電力を充電することができ、回生電力を増やして車両のエネルギー効率を高めることができる。
特開２０１４−３６５５７号公報
ところで、複数の蓄電体を備える電源装置においては、それぞれの蓄電体に対してアクチュエータ等の電気負荷が接続されており、これら電気負荷の消費電力は年々増加する傾向にある。このため、蓄電体に接続される電気負荷の作動状況によっては、特定の蓄電体を過度に放電させてしまう虞がある。そこで、蓄電体を過度に放電させてしまう状況においては、電源回路に設けられたスイッチを制御することにより、複数の蓄電体を互いに接続して蓄電体の過度な放電を回避することが考えられる。
しかしながら、それぞれの蓄電体には電気負荷が接続されるため、特定の蓄電体を保護するために他の蓄電体を接続することは、保護対象の蓄電体に対して新たな電気負荷を接続することにもなる。このため、保護対象の蓄電体に対して接続される新たな電気負荷の作動状況によっては、保護すべき蓄電体を更に放電させてしまう虞があることから、このような問題を解決することが求められている。
本発明の目的は、蓄電体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、エンジンに連結されるモータジェネレータと、前記モータジェネレータに接続される第１蓄電体と、前記第１蓄電体と並列に前記モータジェネレータに接続される第２蓄電体と、前記モータジェネレータと前記第１蓄電体とを接続する導通状態と、前記モータジェネレータと前記第１蓄電体とを切り離す遮断状態と、に切り替えられるスイッチと、前記モータジェネレータが力行状態に制御される場合に、前記スイッチを導通状態から遮断状態に切り替えるスイッチ制御部と、前記第２蓄電体が正常に放電できる正常状態であるか、前記第２蓄電体が正常に放電できない異常状態であるかを判定する蓄電体判定部と、を有し、前記スイッチ制御部は、前記モータジェネレータの力行制御に伴い前記スイッチが遮断状態に切り替えられ、かつ前記第２蓄電体が正常状態であると判定された状態のもとで、前記第１蓄電体が閾値を上回って放電する場合には、前記スイッチを遮断状態から導通状態に切り替える一方、前記モータジェネレータの力行制御に伴い前記スイッチが遮断状態に切り替えられ、かつ前記第２蓄電体が異常状態であると判定された状態のもとで、前記第１蓄電体が閾値を上回って放電する場合には、前記スイッチの遮断状態を維持し、前記モータジェネレータを制御するモータ制御部は、前記第２蓄電体が異常状態であると判定されることで前記スイッチの遮断状態が維持された場合に、前記モータジェネレータを力行状態から発電状態に切り替える。
本発明によれば、モータジェネレータの力行制御に伴いスイッチが遮断状態に切り替えられ、かつ第２蓄電体が異常状態であると判定された状態のもとで、第１蓄電体が閾値を上回って放電する場合には、スイッチの遮断状態を維持する。これにより、第１蓄電体を過度な放電から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る車両の構成例を示す概略図である。 電源回路の一例を示す回路図である。 スタータジェネレータを発電状態に制御したときの電力供給状況を示す図である。 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力供給状況を示す図である。 バッテリ保護制御の実行手順の一例を示すフローチャートである。 図５に示されるステップＳ１３の詳細手順の一例を示すフローチャートである。 図５に示されるステップＳ１４の詳細手順の一例を示すフローチャートである。 バッテリ保護制御の各過程における電力供給状況を示す図である。 バッテリ保護制御の各過程における電力供給状況を示す図である。 バッテリ保護制御の各過程における電力供給状況を示す図である。 バッテリ保護制御の各過程における電力供給状況を示す図である。 バッテリ保護制御の各過程における電力供給状況を示す図である。 バッテリ保護制御の各過程における電力供給状況を示す図である。
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。図１は本発明の一実施の形態である車両用電源装置１０が搭載される車両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、動力源であるエンジン１２を備えたパワーユニット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（モータジェネレータ）１６が機械的に連結されている。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を回転させ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をアシストする場合には、電動機としてスタータジェネレータ１６は力行状態に制御される。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２１と、フィールドコイルを備えたロータ２２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、レギュレータおよびマイコン等からなるＩＳＧコントローラ２３が設けられている。ＩＳＧコントローラ２３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の発電トルクや力行トルク等を制御することができる。
［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の一例を示す回路図である。図２に示すように、電源回路３０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）３１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）３２と、を備えている。なお、リチウムイオンバッテリ３２を積極的に放電させるため、リチウムイオンバッテリ３２の端子電圧は、鉛バッテリ３１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３２を積極的に充放電させるため、リチウムイオンバッテリ３２の内部抵抗は、鉛バッテリ３１の内部抵抗よりも小さく設計されている。
鉛バッテリ３１の正極端子３１ａには正極ライン３３が接続され、リチウムイオンバッテリ３２の正極端子３２ａには正極ライン３４が接続され、スタータジェネレータ１６の正極端子１６ａには正極ライン３５が接続される。これらの正極ライン３３〜３５は、接続点３６を介して互いに接続されている。また、鉛バッテリ３１の負極端子３１ｂには負極ライン３７が接続され、リチウムイオンバッテリ３２の負極端子３２ｂには負極ライン３８が接続され、スタータジェネレータ１６の負極端子１６ｂには負極ライン３９が接続される。これらの負極ライン３７〜３９は、基準電位点４０に接続されている。
鉛バッテリ３１の正極ライン３３には、導通状態と遮断状態とに切り替えられるスイッチ（スイッチ，第１スイッチ）ＳＷ１が設けられている。スイッチＳＷ１を導通状態に制御することにより、スタータジェネレータ１６と鉛バッテリ３１とを接続することができる。一方、スイッチＳＷ１を遮断状態に制御することにより、スタータジェネレータ１６と鉛バッテリ３１とを切り離すことができる。また、リチウムイオンバッテリ３２の正極ライン３４には、導通状態と遮断状態とに切り替えられるスイッチ（第２スイッチ）ＳＷ２が設けられている。スイッチＳＷ２を導通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３２とを接続することができる。一方、スイッチＳＷ２を遮断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３２とを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。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３０には、バッテリモジュール４１が設けられている。このバッテリモジュール４１には、リチウムイオンバッテリ３２が組み込まれるとともに、スイッチＳＷ１，ＳＷ２が組み込まれている。また、バッテリモジュール４１には、マイコン等からなるバッテリコントローラ４２が設けられている。バッテリコントローラ４２は、リチウムイオンバッテリ３２の充電状態ＳＯＣ、充放電電流、端子電圧、セル温度、内部抵抗等を監視する機能や、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御する機能を有している。
鉛バッテリ３１の正極ライン３３には、複数の電気負荷からなる電気負荷群５０が接続されている。電気負荷群５０を構成する電気負荷として、車両の走行姿勢を安定させる横滑り防止装置５１、運転手のステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置５２、車両前方に光を照射するヘッドライト５３、乗員に各種情報を表示するインストルメントパネル５４等が設けられている。例示した電気負荷のうち、横滑り防止装置５１、電動パワーステアリング装置５２およびヘッドライト５３は、消費電力が所定の電力閾値を上回る大容量デバイス（大容量負荷）である。なお、消費電力の大きな大容量デバイスとしては、前述した各装置に限られることはなく、例えば、ヒータブロワ、ＰＴＣヒータおよび電熱ヒータ等の装置も大容量デバイスに相当する。
また、図示していないが、鉛バッテリ３１の正極ライン３３には、ＩＳＧコントローラ２３、バッテリコントローラ４２、後述するメインコントローラ６０等の各種コントローラが電気負荷として接続される。つまり、各種コントローラ２３，４２，６０は、電気負荷群５０を構成する電気負荷の１つとして設けられている。また、鉛バッテリ３１の負極ライン３７には、バッテリセンサ５５が設けられている。このバッテリセンサ５５は、鉛バッテリ３１の充電電流、放電電流、端子電圧、充電状態ＳＯＣ等を検出する機能を有している。なお、正極ライン３３には、電気負荷群５０等を保護するヒューズ５６が設けられている。
［バッテリ充放電制御］
リチウムイオンバッテリ３２の充放電制御について説明する。リチウムイオンバッテリ３２の充放電を制御するため、車両用電源装置１０にはマイコン等からなるメインコントローラ６０が設けられている。メインコントローラ６０や前述した各コントローラ２３，４２は、ＣＡＮやＬＩＮ等の車載ネットワーク６１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６０は、リチウムイオンバッテリ３２の充電状態ＳＯＣに基づいて、スタータジェネレータ１６を発電状態または発電休止状態に制御することにより、リチウムイオンバッテリ３２の充放電を制御する。なお、充電状態ＳＯＣ（state of charge）とは、バッテリの設計容量に対する蓄電量の比率である。この充電状態ＳＯＣは、バッテリコントローラ４２からメインコントローラ６０に送信される。
図３はスタータジェネレータ１６を発電状態に制御したときの電力供給状況を示す図である。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力供給状況を示す図である。なお、スタータジェネレータ１６の発電状態として、エンジン動力によってスタータジェネレータ１６を回転駆動する燃焼発電状態と、車両減速時の運動エネルギーによってスタータジェネレータ１６を回転駆動する回生発電状態とがある。
図３に示すように、例えばリチウムイオンバッテリ３２の蓄電量が枯渇している場合には、スタータジェネレータ１６が燃焼発電状態に制御される。つまり、リチウムイオンバッテリ３２の充電状態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３２を充電して充電状態ＳＯＣを高めるため、スタータジェネレータ１６が燃焼発電状態に制御される。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の発電電圧がリチウムイオンバッテリ３２の端子電圧よりも引き上げられる。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３２、電気負荷群５０および鉛バッテリ３１等に対して電力が供給されるため、スタータジェネレータ１６によってリチウムイオンバッテリ３２が充電される。
図４に示すように、例えばリチウムイオンバッテリ３２の蓄電量が十分に確保されている場合には、スタータジェネレータ１６が発電休止状態に制御される。つまり、リチウムイオンバッテリ３２の充電状態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３２の放電を促してエンジン負荷を低減するため、スタータジェネレータ１６は発電休止状態に制御される。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の発電電圧がリチウムイオンバッテリ３２の端子電圧よりも引き下げられる。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３２から電気負荷群５０に対して電力が供給されるため、スタータジェネレータ１６の発電を抑制することができ、エンジン負荷を低減することができる。
前述したように、スタータジェネレータ１６は、充電状態ＳＯＣに基づき燃焼発電状態や発電休止状態に制御されるが、車両１１の燃費性能を向上させる観点から、車両減速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。これにより、車両１１の運動エネルギーを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向上させることができる。スタータジェネレータ１６の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いて決定される。例えば、車両走行中にアクセルペダルの踏み込みが解除された場合や、車両走行中にブレーキペダルが踏み込まれた場合には、スタータジェネレータ１６の発電電圧がリチウムイオンバッテリ３２の端子電圧よりも引き上げられ、図３に示すように、スタータジェネレータ１６が回生発電状態に制御される。なお、図３および図４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は導通状態に保持される。
［バッテリ保護制御］
続いて、鉛バッテリ３１を保護するバッテリ保護制御について説明する。このバッテリ保護制御は、メインコントローラ６０によって所定周期毎に実行される。図５はバッテリ保護制御の実行手順の一例を示すフローチャートである。また、図６は図５に示されるステップＳ１３の詳細手順の一例を示すフローチャートであり、図７は図５に示されるステップＳ１４の詳細手順の一例を示すフローチャートである。また、図８〜図１３は、バッテリ保護制御の各過程における電力供給状況を示す図である。なお、図５〜図１３には、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の導通状態がＯＮとして記載され、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の遮断状態がＯＦＦとして記載される。また、図５〜図７には、スタータジェネレータ１６がＩＳＧとして記載され、鉛バッテリ３１がＰｂＢとして記載され、リチウムイオンバッテリ３２がＬＩＢとして記載される。
図１に示すように、各コントローラ２３，４２を統括するメインコントローラ６０には、スイッチ制御部７０、バッテリ判定部７１およびモータ制御部７２等が設けられている。メインコントローラ６０のスイッチ制御部７０は、スタータジェネレータ１６、鉛バッテリ３１およびリチウムイオンバッテリ３２の作動状態に基づいてスイッチＳＷ１，ＳＷ２の作動目標を設定し、この作動目標に応じた制御信号をバッテリコントローラ４２に向けて出力する。また、メインコントローラ６０のバッテリ判定部（蓄電体判定部）７１は、スタータジェネレータ１６やリチウムイオンバッテリ３２の作動状態に基づいて、リチウムイオンバッテリ３２が正常に放電できる正常状態であるか否かを判定する。さらに、メインコントローラ６０のモータ制御部７２は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２やスタータジェネレータ１６の作動状態に基づいてスタータジェネレータ１６の作動目標を設定し、この作動目標に応じた制御信号をＩＳＧコントローラ２３に向けて出力する。
図５に示すように、ステップＳ１０では、スタータジェネレータ１６の力行条件が成立しているか否かが判定される。スタータジェネレータ１６の力行条件が成立する状況とは、エンジン始動時にスタータジェネレータ１６によってエンジン１２を始動回転させる状況や、車両発進時や車両加速時にスタータジェネレータ１６によってエンジン１２をアシスト駆動する状況である。ステップＳ１０において、スタータジェネレータ１６の力行条件が成立していると判定された場合には、ステップＳ１１に進み、スイッチＳＷ１が導通状態から遮断状態に切り替えられる。続くステップＳ１２では、ＩＳＧコントローラ２３に向けて力行指令が出力され、スタータジェネレータ１６が力行状態に制御される。
このように、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が導通状態から遮断状態に切り替えられる。図８に示すように、スイッチＳＷ１を遮断状態に切り替えることにより、リチウムイオンバッテリ３２およびスタータジェネレータ１６からなる電源回路６２と、鉛バッテリ３１および電気負荷群５０からなる電源回路６３とが、互いに切り離される。つまり、図８に黒塗りの矢印で示すように、スタータジェネレータ１６の消費電力が増加する状況であっても、鉛バッテリ３１からスタータジェネレータ１６に電力が供給されることはなく、鉛バッテリ３１から電気負荷群５０に電力を供給することができる。これにより、電気負荷群５０に対する瞬間的な電圧低下つまり瞬低を防止することができ、乗員に違和感を与えることなく車両１１を制御することができる。
図５に示すように、ステップＳ１２において、スタータジェネレータ１６に力行指令が出力されると、ステップＳ１３に進み、鉛バッテリ３１の放電状況が高負荷放電であるか否かが判定される。続いて、図６に示したフローチャートに従い、鉛バッテリ３１の放電状況が高負荷放電であるか否かを判定する際の手順について説明する。
図６に示すように、鉛バッテリ３１の放電状況が高負荷放電であるか否かを判定する際には、ステップＳ２０において、鉛バッテリ３１の端子電圧Ｖ_Ｐｂが、所定の電圧閾値ｖ１を下回るか否かが判定される。このステップＳ２０において、端子電圧Ｖ_Ｐｂが電圧閾値ｖ１を下回ると判定された場合には、ステップＳ２１に進み、鉛バッテリ３１の放電状況が高負荷放電であること、つまり鉛バッテリ３１が所定の閾値を上回って放電する状況であることが判定される。
ステップＳ２０において、鉛バッテリ３１の端子電圧Ｖ_Ｐｂが電圧閾値ｖ１以上であると判定された場合には、ステップＳ２２に進み、鉛バッテリ３１の放電電流Ｉ_Ｐｂが、所定の電流閾値ｉ１を上回るか否かが判定される。このステップＳ２２において、放電電流Ｉ_Ｐｂが電流閾値ｉ１を上回ると判定された場合には、ステップＳ２１に進み、鉛バッテリ３１の放電状況が高負荷放電であること、つまり鉛バッテリ３１が所定の閾値を上回って放電する状況であることが判定される。
ステップＳ２２において、鉛バッテリ３１の放電電流Ｉ_Ｐｂが電流閾値ｉ１以下であると判定された場合には、ステップＳ２３に進み、消費電力の大きな大容量デバイス５１〜５３が作動しているか否かが判定される。ステップＳ２３において、大容量デバイス５１〜５３の少なくともいずれか１つが作動すると判定された場合には、ステップＳ２１に進み、鉛バッテリ３１の放電状況が高負荷放電であること、つまり鉛バッテリ３１が所定の閾値を上回って放電する状況であることが判定される。
一方、ステップＳ２３において、大容量デバイス５１〜５３のいずれも作動していないと判定された場合には、ステップＳ２４に進み、鉛バッテリ３１の放電状況が低負荷放電であること、つまり鉛バッテリ３１が所定の閾値を下回って放電する状況であることが判定される。すなわち、鉛バッテリ３１の端子電圧Ｖ_Ｐｂが電圧閾値ｖ１以上であると判定され、鉛バッテリ３１の放電電流Ｉ_Ｐｂが電流閾値ｉ１以下であると判定され、かつ大容量デバイス５１〜５３のいずれも作動していないと判定された場合には、鉛バッテリ３１の放電状況が低負荷放電であることが判定される。
このような手順に沿って、鉛バッテリ３１の放電状況が高負荷放電であると判定された場合には、図５に示すように、ステップＳ１４に進み、リチウムイオンバッテリ３２が正常に放電できない異常状態であるか否かが判定される。続いて、図７に示したフローチャートに従い、リチウムイオンバッテリ３２が異常状態であるか否かを判定する際の手順について説明する。
図７に示すように、リチウムイオンバッテリ３２が異常状態であるか否かを判定する際には、ステップＳ３０において、リチウムイオンバッテリ３２の異常状態を示す異常信号を、メインコントローラ６０が受信しているか否かが判定される。蓄電体判定部としても機能するバッテリコントローラ４２は、リチウムイオンバッテリ３２の内部抵抗が所定の抵抗閾値を下回る場合に、リチウムイオンバッテリ３２が正常に放電できる正常状態であると判定し、リチウムイオンバッテリ３２の内部抵抗が所定の抵抗閾値を上回る場合に、リチウムイオンバッテリ３２が正常に放電できない異常状態であると判定する。また、バッテリコントローラ４２は、リチウムイオンバッテリ３２の充電状態ＳＯＣが所定の蓄電閾値を上回る場合に、リチウムイオンバッテリ３２が正常に放電できる正常状態であると判定し、リチウムイオンバッテリ３２の充電状態ＳＯＣが所定の蓄電閾値を下回る場合に、リチウムイオンバッテリ３２が正常に放電できない異常状態であると判定する。つまり、リチウムイオンバッテリ３２の内部抵抗が所定の抵抗閾値を上回る場合や、リチウムイオンバッテリ３２の充電状態ＳＯＣが所定の蓄電閾値を下回る場合には、バッテリコントローラ４２によってリチウムイオンバッテリ３２が異常状態であると判定される。そして、バッテリコントローラ４２は、リチウムイオンバッテリ３２の異常状態を示す異常信号をメインコントローラ６０に向けて送信する。
ステップＳ３０において、メインコントローラ６０が異常信号を受信していないと判定された場合には、ステップＳ３１に進み、スタータジェネレータ１６に力行指令が出力されているか否かが判定される。ステップＳ３１において、スタータジェネレータ１６に力行指令が出力されていると判定された場合には、ステップＳ３２に進み、リチウムイオンバッテリ３２の放電電流Ｉ_ＬＩＢが、所定の電流閾値ｉ２を下回るか否かが判定される。ステップＳ３２において、リチウムイオンバッテリ３２の放電電流Ｉ_ＬＩＢが、電流閾値ｉ２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の力行制御に伴ってリチウムイオンバッテリ３２から十分な電流が供給されている状況である。このため、ステップＳ３３に進み、リチウムイオンバッテリ３２が正常状態であると判定される。
一方、ステップＳ３２において、リチウムイオンバッテリ３２の放電電流Ｉ_ＬＩＢが、電流閾値ｉ２を下回ると判定された場合には、スタータジェネレータ１６の力行制御に伴ってリチウムイオンバッテリ３２から十分な電流が供給されていない状況である。このため、ステップＳ３４に進み、リチウムイオンバッテリ３２が異常状態であると判定される。また、ステップＳ３０において、メインコントローラ６０が異常信号を受信していると判定された場合にも、ステップＳ３４に進み、リチウムイオンバッテリ３２が異常状態であると判定される。
このような手順に沿って、リチウムイオンバッテリ３２が正常状態であると判定された場合には、図５に示すように、ステップＳ１５に進み、スイッチＳＷ１が遮断状態から導通状態に切り替えられる。このように、鉛バッテリ３１の放電状況が高負荷放電であり、かつリチウムイオンバッテリ３２が正常状態であると判定された場合には、スイッチＳＷ１が遮断状態から導通状態に切り替えられる。
ここで、スイッチＳＷ１が遮断された状態のもとで、鉛バッテリ３１の放電状況が高負荷放電である場合とは、鉛バッテリ３１から電気負荷群５０に供給される電力が増加する状況である。このため、図９に示すように、スイッチＳＷ１が遮断状態から導通状態に切り替えられ、電気負荷群５０にリチウムイオンバッテリ３２が接続される。つまり、図９に黒塗りの矢印で示すように、リチウムイオンバッテリ３２から電気負荷群５０に電力を供給することができ、鉛バッテリ３１の過度な放電を防止して鉛バッテリ３１を保護することができる。また、車両用電源装置１０の電源電圧を安定させることができ、電気負荷群５０を正常に機能させることができる。
図５に示すように、ステップＳ１４において、リチウムイオンバッテリ３２が正常に放電できない異常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ＳＷ１の遮断状態が継続される。このように、リチウムイオンバッテリ３２が異常状態であると判定される状況とは、図１０に示すように、スタータジェネレータ１６に力行指令が出力されているが、リチウムイオンバッテリ３２からスタータジェネレータ１６に十分な電力が供給されていない状況である。つまり、図１０に示した状況のもとで、スイッチＳＷ１を導通状態に切り替えてしまうと、矢印αで示すように、力行指令中のスタータジェネレータ１６に対して鉛バッテリ３１から電力が供給されることから、鉛バッテリ３１を過度に放電させてしまう虞がある。そこで、図５に示すように、ステップＳ１４において、リチウムイオンバッテリ３２が異常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ＳＷ１の遮断状態を継続している。これにより、図１０に示すように、力行指令中のスタータジェネレータ１６に対する鉛バッテリ３１の接続を回避することができ、鉛バッテリ３１の過度な放電を防止して鉛バッテリ３１を保護することができる。
図５に示すように、ステップＳ１６において、スイッチＳＷ１の遮断状態が継続されると、ステップＳ１７に進み、スタータジェネレータ１６に対して発電指令が出力され、スタータジェネレータ１６が発電状態に制御される。続いて、ステップＳ１８に進み、スイッチＳＷ１が遮断状態から導通状態に切り替えられ、ステップＳ１９に進み、スイッチＳＷ２が導通状態から遮断状態に切り替えられる。
すなわち、図１１に示すように、スイッチＳＷ１の遮断状態を継続したまま、スタータジェネレータ１６に対して発電指令が出力される。そして、図１２に示すように、スイッチＳＷ１が遮断状態から導通状態に切り替えられる。これにより、図１２に黒塗りの矢印で示すように、スタータジェネレータ１６から電気負荷群５０に電力を供給することができ、鉛バッテリ３１の過度な放電を防止して鉛バッテリ３１を保護することができる。さらに、図１３に示すように、スイッチＳＷ２が導通状態から遮断状態に切り替えられる。これにより、異常状態のリチウムイオンバッテリ３２を電源回路３０から切り離すことができ、車両用電源装置１０の信頼性を高めることができる。
これまで説明したように、スタータジェネレータ１６の力行制御に伴いスイッチＳＷ１が遮断状態に切り替えられ、かつリチウムイオンバッテリ３２が正常状態であると判定された状態のもとで、鉛バッテリ３１が閾値を上回って放電する場合には、スイッチＳＷ１が遮断状態から導通状態に切り替えられる。これにより、正常状態であるリチウムイオンバッテリ３２から電力を供給することができ、鉛バッテリ３１の過度な放電を防止することができる。
一方、スタータジェネレータ１６の力行制御に伴いスイッチＳＷ１が遮断状態に切り替えられ、かつリチウムイオンバッテリ３２が異常状態であると判定された状態のもとで、鉛バッテリ３１が閾値を上回って放電する場合には、スイッチＳＷ１の遮断状態が維持される。これにより、鉛バッテリ３１からスタータジェネレータ１６への放電を回避することができ、鉛バッテリ３１の過度な放電を防止することができる。
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、第１蓄電体として鉛バッテリ３１を採用し、第２蓄電体としてリチウムイオンバッテリ３２を採用しているが、これに限られることはなく、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１蓄電体と第２蓄電体とは、異なる種類の蓄電体に限られることはなく、同じ種類の蓄電体であっても良いことはいうまでもない。また、前述の説明では、モータジェネレータとしてＩＳＧであ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、ハイブリッド車両の動力源であるモータジェネレータを採用しても良い。
前述の説明では、メインコントローラ６０をスイッチ制御部、蓄電体判定部およびモータ制御部として機能させているが、これに限られることはなく、他のコントローラをスイッチ制御部、蓄電体判定部およびモータ制御部として機能させても良く、複数のコントローラによってスイッチ制御部、蓄電体判定部およびモータ制御部を構成しても良い。また、前述の説明では、バッテリモジュール４１にスイッチＳＷ１，ＳＷ２を組み込んでいるが、これに限られることはなく、バッテリモジュール４１の外にスイッチＳＷ１，ＳＷ２を設けても良いことはいうまでもない。さらに、前述の説明では、リチウムイオンバッテリ３２の正極ライン３４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３２の負極ライン３８にスイッチＳＷ２を設けても良い。
図６に示すフローチャートでは、ステップＳ２０，２２，２３を経て、鉛バッテリ３１が高負荷放電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く、他の手順に沿って鉛バッテリ３１が高負荷放電であるか否かを判定しても良い。また、図７に示すフローチャートでは、ステップＳ３０，３１，３２を経て、リチウムイオンバッテリ３２が異常状態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く、他の手順に沿ってリチウムイオンバッテリ３２が異常状態であるか否かを判定しても良い。
１０ 車両用電源装置
１２ エンジン
１６ スタータジェネレータ（モータジェネレータ）
３１ 鉛バッテリ（第１蓄電体）
３２ リチウムイオンバッテリ（第２蓄電体）
４２ バッテリコントローラ（蓄電体判定部）
５１ 横滑り防止装置（大容量負荷）
５２ 電動パワーステアリング装置（大容量負荷）
５３ ヘッドライト（大容量負荷）
６０ メインコントローラ
７０ スイッチ制御部
７１ バッテリ判定部（蓄電体判定部）
７２ モータ制御部

Claims (6)

  1. 車両に搭載される車両用電源装置であって、
    エンジンに連結されるモータジェネレータと、
    前記モータジェネレータに接続される第１蓄電体と、
    前記第１蓄電体と並列に前記モータジェネレータに接続される第２蓄電体と、
    前記モータジェネレータと前記第１蓄電体とを接続する導通状態と、前記モータジェネレータと前記第１蓄電体とを切り離す遮断状態と、に切り替えられるスイッチと、
    前記モータジェネレータが力行状態に制御される場合に、前記スイッチを導通状態から遮断状態に切り替えるスイッチ制御部と、
    前記第２蓄電体が正常に放電できる正常状態であるか、前記第２蓄電体が正常に放電できない異常状態であるかを判定する蓄電体判定部と、
    を有し、
    前記スイッチ制御部は、
    前記モータジェネレータの力行制御に伴い前記スイッチが遮断状態に切り替えられ、かつ前記第２蓄電体が正常状態であると判定された状態のもとで、前記第１蓄電体が閾値を上回って放電する場合には、前記スイッチを遮断状態から導通状態に切り替える一方、
    前記モータジェネレータの力行制御に伴い前記スイッチが遮断状態に切り替えられ、かつ前記第２蓄電体が異常状態であると判定された状態のもとで、前記第１蓄電体が閾値を上回って放電する場合には、前記スイッチの遮断状態を維持し、
    前記モータジェネレータを制御するモータ制御部は、前記第２蓄電体が異常状態であると判定されることで前記スイッチの遮断状態が維持された場合に、前記モータジェネレータを力行状態から発電状態に切り替える、
    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、
    前記スイッチとしての第１スイッチと、
    前記モータジェネレータと前記第２蓄電体とを接続する導通状態と、前記モータジェネレータと前記第２蓄電体とを切り離す遮断状態と、に切り替えられる第２スイッチと、
    を有し、
    前記スイッチ制御部は、前記第２蓄電体が異常状態であると判定されることで前記第１スイッチの遮断状態が維持された場合に、前記第２スイッチを導通状態から遮断状態に切り替える、
    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、
    前記蓄電体判定部は、
    前記モータジェネレータが力行状態に制御される状況のもとで、前記第２蓄電体の放電電流が電流閾値を上回る場合に、前記第２蓄電体が正常状態であると判定し、
    前記モータジェネレータが力行状態に制御される状況のもとで、前記第２蓄電体の放電電流が前記電流閾値を下回る場合に、前記第２蓄電体が異常状態であると判定する、
    車両用電源装置。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用電源装置において、
    前記蓄電体判定部は、
    前記第２蓄電体の充電状態が蓄電閾値を上回る場合に、前記第２蓄電体が正常状態であると判定し、
    前記第２蓄電体の充電状態が前記蓄電閾値を下回る場合に、前記第２蓄電体が異常状態であると判定する、
    車両用電源装置。
  5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両用電源装置において、
    前記蓄電体判定部は、
    前記第２蓄電体の内部抵抗が抵抗閾値を下回る場合に、前記第２蓄電体が正常状態であると判定し、
    前記第２蓄電体の内部抵抗が前記抵抗閾値を上回る場合に、前記第２蓄電体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のいずれか１項に記載の車両用電源装置において、
    前記第１蓄電体が閾値を上回って放電する場合とは、前記第１蓄電体の放電電流が電流閾値を上回る場合と、前記第１蓄電体の端子電圧が電圧閾値を下回る場合と、前記第１蓄電体に接続される大容量負荷が作動する場合と、の少なくともいずれかの場合である、
    車両用電源装置。
JP2017063514A 2017-03-28 2017-03-28 車両用電源装置 Active JP6467451B2 (ja)

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