JP6620769B2 - 制御システム - Google Patents

Description

本発明は、車両等に搭載される電源システムに適用され、電源システムに関する制御を実施する複数の制御装置を備える制御システムに関する。

従来、この種の制御システムとして、発電機の発電目標値を設定する目標設定部と、目標設定部に通信自在に接続され、発電目標値に基づいて発電機を制御する発電制御部とを備えるものがある（特許文献１参照）。特許文献１に記載のものでは、発電制御部は、目標設定部との通信異常が検出された場合に、メモリ部に記憶される電流上限値以下に発電機の発電電流を制御する自立発電制御を実行している。そして、特許文献１に記載のものでは、電流上限値として、共通の発電機を使用する車種に対応した第１電流上限値と、自車両に対応する第２電流上限値とを用いている。

特開２０１６−１９３６３１号公報

ところで、通電経路の各部に流すことが可能な電流の上限値は、通電経路の構成や、通電経路のスイッチの開閉状態に応じて異なる。特許文献１に記載のものは、自車両に対応する第２電流上限値しか考慮しておらず、未だ改善の余地を残すものとなっている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、通電経路の構成や状態に応じて、電流上限値を適切に設定することのできる制御システムを提供することにある。

上記課題を解決するための第１の手段は、
回転電機（２１）と、前記回転電機に対して並列接続された第１蓄電部（１１）、第２蓄電部（１２）、及び電気負荷（１４、１５）と、前記第１蓄電部、前記第２蓄電部、及び前記電気負荷の少なくとも１つと前記回転電機とを導通及び遮断するスイッチ（３１、３２、３６、３９）と、を備える電源システム（１０）に適用される制御システムであって、
前記スイッチを制御する第１制御装置（３７）と、
前記回転電機の発電及び力行の作動を制御する第２制御装置（２３）と、
前記第１制御装置及び前記第２制御装置を統括的に管理する第３制御装置（４０）と、を備え、
前記第１制御装置、前記第２制御装置、及び前記第３制御装置は、信号伝達経路（４１）により相互に信号伝達が可能になっており、
前記第３制御装置は、前記スイッチの状態に基づいて、複数の電流制限フラグから選択した１つの電流制限フラグを前記第２制御装置に対して送信し、
前記第２制御装置は、前記第３制御装置から受信した前記電流制限フラグに基づいて、前記回転電機の前記発電における発電電流の上限値を設定する。

上記構成によれば、回転電機と、第１蓄電部、第２蓄電部、及び電気負荷とが、並列接続されている。スイッチにより、第１蓄電部、第２蓄電部、及び電気負荷の少なくとも１つと、回転電機とが導通及び遮断される。そして、第１制御装置によりスイッチが制御される。第２制御装置により、回転電機の発電及び力行の作動が制御される。第３制御装置により、第１制御装置及び第２制御装置が統括的に管理される。また、第１制御装置、第２制御装置、及び第３制御装置は、信号伝達経路により相互に信号伝達が可能になっている。

ここで、スイッチの状態に応じて、回転電機から第１蓄電部、第２蓄電部、及び電気負荷への通電経路が変化する。そして、各通電経路に流すことのできる電流の上限値は、必ずしも一致しない。このため、各通電経路に応じた電流上限値を適切に設定しなければ、各通電経路に設けられたスイッチやヒューズを破損するおそれがある。

この点、第３制御装置により、スイッチの状態に基づいて、複数の電流制限フラグから選択された１つの電流制限フラグが第２制御装置に対して送信される。そして、第２制御装置により、第３制御装置から受信した電流制限フラグに基づいて、回転電機の発電における発電電流の上限値が設定される。したがって、通電経路の構成や状態に応じて、電流上限値を適切に設定することができる。さらに、第２制御装置は、第３制御装置から電流制限フラグを受信するだけであり、信号伝達の負荷が増加することを抑制することができる。しかも、第２制御装置は、回転電機の発電における発電電流の上限値を設定するだけであり、発電における処理負荷が増加することを抑制することができる。

第２の手段では、前記第１制御装置は、前記スイッチが異常である場合に、前記スイッチの異常の状態に応じた異常信号を前記第３制御装置に対して送信し、前記第３制御装置は、前記第１制御装置から受信した前記異常信号に基づいて、複数の電流制限フラグから選択した１つの電流制限フラグを前記第２制御装置に対して送信する。

上記構成によれば、第１制御装置により、スイッチが異常である場合に、スイッチの異常の状態に応じた異常信号が第３制御装置に対して送信される。このため、第３制御装置は、異常信号に基づいてスイッチの異常の状態を把握することができる。そして、第３制御装置により、第１制御装置から受信した異常信号に基づいて、複数の電流制限フラグから選択された１つの電流制限フラグが第２制御装置に対して送信される。したがって、第２制御装置は、スイッチの異常の状態に応じて、適切な電流上限値を設定することができる。

第３の手段では、前記第３制御装置は、前記第１制御装置に対して前記スイッチの制御に関する指令信号を送信し、前記第１制御装置は、前記第３制御装置から受信した前記指令信号に基づいて、前記スイッチを制御し、前記第３制御装置は、前記指令信号に基づいて、複数の電流制限フラグから選択した１つの電流制限フラグを前記第２制御装置に対して送信する。

上記構成によれば、第３制御装置により、第１制御装置に対してスイッチの制御に関する指令信号が送信される。そして、第１制御装置により、第３制御装置から受信した指令信号に基づいて、スイッチが制御される。このため、第３制御装置は、指令信号に基づいてスイッチの動作の状態を把握することができる。そして、第３制御装置により、指令信号に基づいて、複数の電流制限フラグから選択された１つの電流制限フラグが第２制御装置に対して送信される。したがって、第２制御装置は、スイッチの動作状態に応じて、適切な電流上限値を設定することができる。

第４の手段では、前記第１制御装置は、前記スイッチの動作の状態に応じた動作信号を前記第３制御装置に対して送信し、前記第３制御装置は、前記第１制御装置から受信した前記動作信号に基づいて、複数の電流制限フラグから選択した１つの電流制限フラグを前記第２制御装置に対して送信する。

上記構成によれば、第１制御装置により、スイッチの動作の状態に応じた動作信号が第３制御装置に対して送信される。このため、第３制御装置は、動作信号に基づいてスイッチの動作の状態を把握することができる。そして、第３制御装置により、第１制御装置から受信した動作信号に基づいて、複数の電流制限フラグから選択された１つの電流制限フラグが第２制御装置に対して送信される。したがって、第２制御装置は、スイッチの動作の状態に応じて、適切な電流上限値を設定することができる。

第２制御装置と第３制御装置との信号伝達が、何らかの異常により途絶える場合がある。この場合、第２制御装置は、第３制御装置から電流制限フラグを受信することができなくなり、電流制限フラグに基づいて発電電流の上限値を設定することができなくなる。

この点、第５の手段では、前記第２制御装置は、前記第３制御装置との前記信号伝達が途絶えた場合に、前記複数の電流制限フラグのうち発電電流の上限値が最も小さい電流制限フラグに基づいて、前記回転電機の前記発電における発電電流の上限値を設定するといった構成を採用している。このため、第２制御装置と第３制御装置との信号伝達が途絶え
た場合であっても、第２制御装置は、電流制限フラグに基づいて発電電流の上限値を設定することができる。さらに、複数の電流制限フラグのうち発電電流の上限値が最も小さい電流制限フラグに基づいて、発電電流の上限値が設定される。したがって、いずれの通電経路においても、電流が上限値を超えないようにすることができる。

回転電機の発電における発電電流の上限値を設定したとしても、信号のノイズやリプル電流により回転電機の界磁電流の大きさがばらつき、発電電流が上限値を超えるおそれがある。この点、第６の手段では、前記回転電機は、界磁電流に基づいて前記発電を実行するものであり、前記第２制御装置は、前記界磁電流と前記発電電流とで規定される領域において、前記界磁電流の増加量に対する前記発電電流の増加量が大きい領域ほど、前記回転電機の前記発電における発電電流の目標値を前記上限値に対して小さく設定するといった構成を採用している。

このため、界磁電流の大きさがばらついたとしても、発電電流が上限値を超えることを抑制することができる。さらに、界磁電流の増加量に対する発電電流の増加量が小さい領域ほど、回転電機の発電における発電電流の目標値を上限値に近付けて設定することができる。その結果、回転電機の発電電流を過剰に小さくすることを抑制することができる。

一般に、エンジンの駆動力及び界磁電流に基づいて発電を実行する回転電機において、回転電機の回転速度が低いほど、界磁電流の増加量に対する発電電流の増加量が大きくなる。このため、エンジンのアイドル運転時において、アイドル回転速度が低いほど、界磁電流の増加量に対する発電電流の増加量が大きくなり、発電電流がばらつき易くなる。

この点、第７の手段では、前記回転電機は、エンジン（４２）の駆動力及び界磁電流に基づいて、前記発電を実行するものであり、前記第３制御装置は、前記第２制御装置により前記回転電機の前記発電における発電電流の前記上限値が設定される場合に、前記エンジンのアイドル回転速度が低いほど、前記アイドル回転速度を大きく上昇させるといった構成を採用している。このため、界磁電流の大きさがばらついたとしても、発電電流が上限値を超えることを抑制することができる。さらに、界磁電流の増加量に対する発電電流の増加量が小さいアイドル回転速度ほど、アイドル回転速度の上昇量を小さくすることができる。その結果、エンジンのアイドル回転速度を過剰に上昇させることを抑制することができる。

電源システムを示す電気回路図。 回転電機ユニットの電気的構成を示す回路図。 回転電機の界磁電流と回転速度と出力電流の関係を示すマップ。 電池ユニットにおける異常発生時の処理の流れを示すタイムチャート。 通信異常発生時の処理の流れを示すタイムチャート。

以下、車両の各種機器に電力を供給する車載電源システムに具現化した一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１に示すように、電源システム１０は、第１蓄電部としての鉛蓄電池１１と第２蓄電部としてのリチウムイオン蓄電池１２とを有する２電源システムである。電源システム１０では、回転電機ユニット１６に対して並列に、鉛蓄電池１１、リチウムイオン蓄電池１２、及び電気負荷１４，１５が接続されている。各蓄電池１１，１２からは、スタータ１３や、各種の電気負荷１４，１５、回転電機ユニット１６への給電が可能となっている。また、各蓄電池１１，１２に対しては、回転電機ユニット１６による充電が可能となっている。

鉛蓄電池１１は周知の汎用蓄電池である。これに対し、リチウムイオン蓄電池１２は、鉛蓄電池１１に比べて、充放電における電力損失が少なく、出力密度、及びエネルギ密度の高い高密度蓄電池である。リチウムイオン蓄電池１２は、鉛蓄電池１１に比べて充放電時のエネルギ効率が高い蓄電池であるとよい。また、リチウムイオン蓄電池１２は、それぞれ複数の単電池を有してなる組電池として構成されている。これら各蓄電池１１，１２の定格電圧はいずれも同じであり、例えば１２Ｖである。

図示による具体的な説明は割愛するが、リチウムイオン蓄電池１２は、収容ケースに収容されて基板一体の電池ユニットＵとして構成されている。電池ユニットＵは、出力端子Ｐ１〜Ｐ４を有している。出力端子Ｐ１に鉛蓄電池１１とスタータ１３と電気負荷１４とが接続され、出力端子Ｐ２に回転電機ユニット１６が接続され、出力端子Ｐ４に電気負荷１５が接続されている。鉛蓄電池１１及びスタータ１３はヒューズ１７を介して出力端子Ｐ１に接続されている。

各電気負荷１４，１５は、各蓄電池１１，１２から供給される供給電力の電圧について要求が相違するものである。このうち電気負荷１４には、供給電力の電圧が一定又は少なくとも所定範囲内で変動するよう安定であることが要求される定電圧要求負荷が含まれる。これに対し、電気負荷１５は、定電圧要求負荷以外の一般的な電気負荷である。電気負荷１４は被保護負荷とも言える。また、電気負荷１４は電源失陥が許容されない負荷であり、電気負荷１５は、電気負荷１４に比べて電源失陥が許容される負荷であるとも言える。

定電圧要求負荷である電気負荷１４の具体例としては、ナビゲーション装置やオーディオ装置、メータ装置、エンジンＥＣＵ等の各種ＥＣＵが挙げられる。この場合、供給電力の電圧変動が抑えられることで、上記各装置において不要なリセット等が生じることが抑制され、安定動作が実現可能となっている。電気負荷１４として、電動ステアリング装置やブレーキ装置等の走行系アクチュエータが含まれていてもよい。また、電気負荷１５の具体例としては、シートヒータやリヤウインドウのデフロスタ用ヒータ、ヘッドライト、フロントウインドウのワイパ、空調装置の送風ファン等が挙げられる。

回転電機ユニット１６は、３相交流モータとしての回転電機２１と、電力変換装置としてのインバータ２２と、回転電機２１の作動を制御する回転電機ＥＣＵ２３とを備えている。回転電機ユニット１６は、モータ機能付き発電機であり、機電一体型のＩＳＧ（Integrated Starter Generator）として構成されている。

ここで、回転電機ユニット１６の電気的構成について図２を用いて説明する。回転電機２１は、３相電機子巻線としてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗと、界磁巻線２５とを備えている。回転電機２１の回転軸は、図示しないエンジン出力軸に対してベルトにより駆動連結されている。エンジン出力軸の回転によって回転電機２１の回転軸が回転する一方、回転電機２１の回転軸の回転によってエンジン出力軸が回転する。つまり、回転電機ユニット１６は、エンジン出力軸や車軸の回転により発電（回生発電）を行う発電機能と、エンジン出力軸に回転力を付与する力行機能とを備えている。

インバータ２２は、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗから出力される交流電圧を直流電圧に変換して電池ユニットＵに対して出力する。また、インバータ２２は、電池ユニットＵから入力される直流電圧を交流電圧に変換して各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗへ出力する。インバータ２２は、相巻線の相数と同数の上下アームを有するブリッジ回路であり、３相全波整流回路を構成している。また、インバータ２２は、回転電機２１に供給される電力を調節することで回転電機２１を駆動する駆動回路を構成している。

インバータ２２は、相ごとに上アームスイッチＳｐ及び下アームスイッチＳｎを備えている。本実施形態では、各スイッチＳｐ，Ｓｎとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用いており、具体的には、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。上アームスイッチＳｐには、上アームダイオードＤｐが逆並列に接続され、下アームスイッチＳｎには、下アームダイオードＤｎが逆並列に接続されている。本実施形態では、各ダイオードＤｐ，Ｄｎとして、各スイッチＳｐ，Ｓｎのボディダイオードを用いている。なお、各ダイオードＤｐ，Ｄｎとしては、ボディダイオードに限らず、例えば各スイッチＳｐ，Ｓｎとは別部品のダイオードであってもよい。

各相におけるスイッチＳｐ，Ｓｎの直列接続体の中間接続点は、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗの一端にそれぞれ接続されている。また、インバータ２２の高圧側経路と低圧側経路との間には、インバータ２２の入出力の電圧を検出する電圧センサ２６が設けられている。その他、回転電機ユニット１６には、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗを流れる電流を検出する電流センサ２７と、界磁巻線２５に流れる電流を検出する電流センサ２８が設けられている。なお、電流センサ２７は、インバータ２２と各相巻線との間に設けられていてもよいし、下アームスイッチＳｎとグランドラインとの間に相ごとに設けられていてもよい。上記各センサ２６〜２８の検出信号は回転電機ＥＣＵ２３に適宜入力される。また、図示は略すが、回転電機２１には、回転子の角度情報を検出する回転角度センサが設けられ、インバータ２２には、その回転角度センサからの信号を処理する信号処理回路が設けられている。

回転電機ＥＣＵ２３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を含むマイコンにより構成されている。回転電機ＥＣＵ２３は、その内部の図示しないＩＣレギュレータにより、界磁巻線２５に流す励磁電流（界磁電流）を調整する。これにより、回転電機ユニット１６の発電電圧（電池ユニットＵに対する出力電圧）が制御される。また、回転電機ＥＣＵ２３は、車両の走行開始後にインバータ２２を制御して回転電機２１を駆動させて、エンジン４２の駆動力をアシストする。回転電機２１は、エンジン始動時にクランク軸に初期回転を付与することが可能であり、エンジン始動装置としての機能も有している。なお、図１において、回転電機ＥＣＵ２３に鉛蓄電池１１が接続されているとよい。

次に、電池ユニットＵにおける電気的構成を説明する。図１に示すように、電池ユニットＵには、ユニット内電気経路（通電経路）として、各出力端子Ｐ１，Ｐ２を繋ぐ電気経路Ｌ１と、電気経路Ｌ１上の点Ｎ１とリチウムイオン蓄電池１２とを繋ぐ電気経路Ｌ２とが設けられている。このうち電気経路Ｌ１にスイッチ３１が設けられ、電気経路Ｌ２にスイッチ３２が設けられている。なお、鉛蓄電池１１とリチウムイオン蓄電池１２とを接続する電気経路で言えば、回転電機ユニット１６との接続点Ｎ１よりも鉛蓄電池１１の側にスイッチ３１が設けられ、接続点Ｎ１よりもリチウムイオン蓄電池１２の側にスイッチ３２が設けられている。

これら各スイッチ３１，３２は、例えば２×ｎ個のＭＯＳＦＥＴ（半導体スイッチング素子）を備え、その２つ一組のＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードが互いに逆向きになるように直列に接続されている。この寄生ダイオードによって、各スイッチ３１，３２をオフ状態とした場合にそのスイッチが設けられた経路に流れる電流が完全に遮断される。なお、スイッチ３１，３２として、ＭＯＳＦＥＴに代えて、ＩＧＢＴやバイポーラトランジスタ等を用いることも可能である。

電気経路Ｌ１においてスイッチ３１よりもＰ１側には電圧センサ３３が設けられ、スイッチ３１よりもＰ２側には電圧センサ３４が設けられている。電圧センサ３３により出力端子Ｐ１の端子電圧が検出され、電圧センサ３４により出力端子Ｐ２の端子電圧が検出される。

また、電池ユニットＵには、スイッチ３１を迂回するバイパス経路Ｌ３が設けられている。バイパス経路Ｌ３は、出力端子Ｐ３と電気経路Ｌ１上の点Ｎ１とを接続するようにして設けられている。出力端子Ｐ３はヒューズ３５を介して鉛蓄電池１１に接続されている。バイパス経路Ｌ３によって、スイッチ３１を介さずに、鉛蓄電池１１と電気負荷１５及び回転電機ユニット１６との接続が可能となっている。バイパス経路Ｌ３には、例えば常閉式の機械式リレーからなるバイパススイッチ３６が設けられている。バイパススイッチ３６を閉鎖することで、スイッチ３１がオフ（開放）されていても鉛蓄電池１１と電気負荷１５及び回転電機ユニット１６とが電気的に接続される。電気負荷１５はヒューズ３８を介して出力端子Ｐ４に接続されており、出力端子Ｐ４はスイッチ３９を介して出力端子Ｐ２及び点Ｎ１に接続されている。スイッチ３９は、スイッチ３１，３２と同様のスイッチである。ここで、ヒューズ３５の容量Ａ１よりもヒューズ３８の容量Ａ２が大きく、ヒューズ３８の容量Ａ２よりもヒューズ１７の容量Ａ３が大きくなっている（Ａ１＜Ａ２＜Ａ３）。

電池ユニットＵは、各スイッチ３１，３２のオンオフ（開閉）を制御する電池ＥＣＵ３７を備えている。電池ＥＣＵ３７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を含むマイコンにより構成されている。電池ＥＣＵ３７は、各蓄電池１１，１２の蓄電状態や、上位制御装置であるエンジンＥＣＵ４０からの指令値に基づいて、各スイッチ３１，３２のオンオフを制御する。これにより、鉛蓄電池１１とリチウムイオン蓄電池１２とを選択的に用いて充放電が実施される。例えば、電池ＥＣＵ３７は、リチウムイオン蓄電池１２のＳＯＣ（残存容量：State Of Charge）を算出し、そのＳＯＣが所定の使用範囲内に保持されるようにリチウムイオン蓄電池１２への充電量及び放電量を制御する。また、電池ＥＣＵ３７は、エンジンＥＣＵ４０からの指令値に基づいて、スイッチ３９のオンオフを制御する。

回転電機ユニット１６の回転電機ＥＣＵ２３や電池ユニットＵの電池ＥＣＵ３７には、これら各ＥＣＵ２３，３７を統括的に管理する上位制御装置としてのエンジンＥＣＵ４０が接続されている。エンジンＥＣＵ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を含むマイコンにより構成されており、都度のエンジン運転状態や車両走行状態に基づいて、エンジン４２の運転を制御する。エンジンＥＣＵ４０は、回転電機ＥＣＵ２３へ電圧指令値及びトルク指令値を送信する。回転電機ＥＣＵ２３は、エンジンＥＣＵ４０から受信した電圧指令値及びトルク指令値に基づいて、界磁巻線２５に流す励磁電流及びインバータ２２の動作を制御する。

これら各ＥＣＵ２３，３７，４０は、ＣＡＮ等の通信ネットワークを構築する通信線４１により接続されて相互に通信可能（信号伝達可能）となっており、所定周期で双方向の通信が実施される。これにより、各ＥＣＵ２３，３７，４０に記憶される各種データが互いに共有できるものとなっている。なお、電池ＥＣＵ３７が「第１制御装置」に相当し、回転電機ＥＣＵ２３が「第２制御装置」に相当し、エンジンＥＣＵ４０が「第３制御装置」に相当する。また、通信線４１が「信号伝達経路」に相当する。電池ＥＣＵ３７、回転電機ＥＣＵ２３、及びエンジンＥＣＵ４０により、制御システムが構成されている。

ところで、電池ユニットＵでは、各スイッチ３１，３２においてオフ故障（開きっぱなし故障）の発生が懸念される。そこで、電池ＥＣＵ３７は、各スイッチ３１，３２のオフ故障の有無を判定するとともに、オフ故障の発生時において、リチウムイオン蓄電池１２の使用（すなわち充放電）を禁止すべく各スイッチ３１，３２に対してオフ信号を出力する。スイッチ３１，３２がオフされる際には、バイパススイッチ３６に対する開放指令が停止され、それに伴いバイパススイッチ３６が閉鎖状態に移行する。かかる状態下では、鉛蓄電池１１側がバイパス経路Ｌ３を介して回転電機ユニット１６に接続される。このとき、スイッチ３２がオフされることにより、リチウムイオン蓄電池１２と回転電機ユニット１６との間が遮断される。

なお上記以外に、電池ユニットＵでは、リチウムイオン蓄電池１２の異常高温が生じることが懸念される。そこで、電池ＥＣＵ３７は、ユニット内に設けた温度センサ等によりリチウムイオン蓄電池１２が異常高温状態にあるか否かを判定するとともに、異常高温の発生時において、リチウムイオン蓄電池１２の使用を禁止すべく各スイッチ３１，３２に対してオフ信号を出力する。この場合にも、上記同様、バイパススイッチ３６が閉鎖状態に移行し、鉛蓄電池１１側がバイパス経路Ｌ３を介して回転電機ユニット１６に接続される。

ここで、電池ユニットＵにおいてスイッチ３１，３２をオフし、かつバイパススイッチ３６をオンした状態下で回転電機２１の発電を制限しないままにしておくと、バイパス経路Ｌ３のヒューズ３５やバイパススイッチ３６での許容値を超える大きさの電流（過電流）が流れることが考えられる。つまり、リチウムイオン蓄電池１２の充放電が停止された状態では、電源システム１０において鉛蓄電池１１のみで充放電が行われることになり、回転電機２１から鉛蓄電池１１の側への過剰放電が生じることが懸念される。そして、バイパス経路Ｌ３に過電流が流れると、ヒューズ３５の溶断やバイパススイッチ３６の破損が生じ、ひいては車両において所望の退避走行状態を継続できなくなることが懸念される。

これに対して、電池ＥＣＵ３７は、スイッチオフ故障や異常高温等の異常発生時には、スイッチ３１，３２やリチウムイオン蓄電池１２の異常の状態に応じた異常信号を、通信線４１を介してエンジンＥＣＵ４０に対して送信する。

そして、エンジンＥＣＵ４０は、電池ＥＣＵ３７から受信した異常信号（スイッチ３１，３２，３６，３９の状態）に基づいて、複数の電流制限フラグから選択した１つの電流制限フラグを回転電機ＥＣＵ２３に対して送信する。複数の電流制限フラグは、異常信号により把握されるスイッチ３１，３２，３６，３９の開閉状態に応じてそれぞれ設定されている。例えば、スイッチ３１，３２，３９が開放されており、スイッチ３６が閉鎖されている状態に対しては、発電電流の上限値が最も小さい電流制限フラグ１が設定されている。スイッチ３１，３２，３６が開放されており、スイッチ３９が閉鎖されている状態に対しては、電流制限フラグ１よりも発電電流の上限値が大きい電流制限フラグ２が設定されている。スイッチ３２，３６，３９が開放されており、スイッチ３１が閉鎖されている状態に対しては、発電電流の上限値が電流制限フラグ２よりも大きい電流制限フラグ３が設定されている。すなわち、本実施形態では、それぞれヒューズ３５，３８，１７を有する電気経路に電流が流れる場合に、ヒューズ３５，３８，１７の容量の大きさ（各電気経路に流すことのできる電流の上限値）に応じて電流制限フラグ（発電電流の上限値）が設定されている。また、複数のヒューズに電流が流れる場合には、１つのヒューズのみに電流が流れる場合よりも発電電流の上限値が大きい電流制限フラグを設定するとよい。

回転電機ＥＣＵ２３は、電池ユニットＵでの異常発生に対するフェイルセーフ処理として、エンジンＥＣＵ４０から受信した電流制限フラグに基づいて、回転電機２１の発電電流の上限値を設定する。そして、回転電機ＥＣＵ２３は、回転電機２１の界磁巻線２５に流す励磁電流を調整することにより、回転電機２１から出力される発電電流を上限値以下に制限する。回転電機２１の出力制限として、発電電力をゼロにすることも可能である。なお、回転電機２１の発電電流の制限を、各相巻線に流れる電流を調整することにより実施することも可能である。

また、回転電機ＥＣＵ２３とエンジンＥＣＵ４０との通信が、何らかの異常により途絶える場合がある。この場合、回転電機ＥＣＵ２３は、エンジンＥＣＵ４０から電流制限フラグを受信することができなくなり、電流制限フラグに基づいて発電電流の上限値を設定することができなくなる。

そこで、回転電機ＥＣＵ２３は、エンジンＥＣＵ４０との通信が途絶えた場合に、複数の電流制限フラグのうち発電電流の上限値が最も小さい電流制限フラグに基づいて、回転電機２１の発電電流の上限値を設定する。具体的には、回転電機ＥＣＵ２３は、上記電流制限フラグ１をエンジンＥＣＵ４０から受信した場合と同様に、発電電流の上限値を設定する。

さらに、回転電機２１の発電における発電電流の上限値を設定したとしても、信号のノイズやリプル電流により回転電機２１の界磁電流の大きさがばらつき、発電電流が上限値を超えるおそれがある。この点、本実施形態では、図３に示すように、回転電機ＥＣＵ２３は、界磁電流と出力電流（発電電流）とで規定される領域において、界磁電流の増加量に対する発電電流の増加量が大きい領域ほど、回転電機２１の発電における発電電流の目標値を上限値に対して小さく設定する。すなわち、領域Ｒ１における界磁電流の増加量に対する発電電流の増加量は、領域Ｒ２における界磁電流の増加量に対する発電電流の増加量よりも大きくなっている。このため、回転電機ＥＣＵ２３は、発電電流の上限値が設定された場合に、領域Ｒ１では領域Ｒ２と比較して、発電電流の目標値を発電電流の上限値に対して小さく設定する。また、回転電機２１の発電において、インバータ２２によりＰＷＭ整流を行う場合は、インバータ２２により同期整流を行う場合よりも、界磁電流の増加量（あるいは回転電機２１の回転速度の上昇量）に対する発電電流の増加量が大きくなる。このため、回転電機ＥＣＵ２３により回転電機２１の発電における発電電流の上限値を設定する場合には、インバータ２２によりＰＷＭ整流を行うことを禁止し、同期整流等の他の整流を行うとよい。

一般に、回転電機２１の回転速度が低いほど、界磁電流の増加量に対する発電電流の増加量が大きくなる。例えば、図３に示すように、回転電機２１の回転速度が２０００ｒｐｍの場合は、回転速度が１００００ｒｐｍの場合と比較して、界磁電流の増加量に対する発電電流の増加量が大きくなる。このため、エンジン４２のアイドル運転時において、アイドル回転速度が低いほど、界磁電流の増加量に対する発電電流の増加量が大きくなり、発電電流がばらつき易くなる。なお、回転電機２１の回転速度は、エンジン４２の回転速度の略２．４倍である。

この点、本実施形態では、エンジンＥＣＵ４０は、回転電機ＥＣＵ２３により回転電機２１の発電における発電電流の上限値が設定される場合に、エンジン４２のアイドル回転速度が低いほど、アイドル回転速度を大きく上昇させる。例えば、アイドル回転速度が８００ｒｐｍの場合と１２００ｒｐｍの場合とにおいて、共にアイドル回転速度を１５００ｒｐｍまで上昇させる。

図４は、電池ユニットＵにおける異常発生時の処理の流れを示すタイムチャートである。

同図において、時刻ｔ１１以前においては、電池ユニットＵに異常が生じておらず、スイッチ３１，３２が閉鎖（状況によっては一方のみが開放）、スイッチ３６，３９が開放の状態にある。エンジンＥＣＵ４０（Ｅ−ＥＣＵ）は、ＩＳＧ制御モード指令値、トルク指令値、及び電圧指令値（図示略）を、回転電機ＥＣＵ２３（ＩＳＧ−ＥＣＵ）へ送信している。ＩＳＧ制御モード指令値は、０：ニュートラル制御、１：発電制御、２：始動制御、及び３：アシスト制御のいずれを実行するかを示す指令値である。回転電機ＥＣＵ２３は、ＩＳＧ制御モード指令値、トルク指令値、及び電圧指令値に基づいて、回転電機２１の発電及び力行の動作を制御している。

ここで、電池ＥＣＵ３７（電池−ＥＣＵ）において異常が検出されると、時刻ｔ１１において、電池ＥＣＵ３７からエンジンＥＣＵ４０へ異常の状態に応じた異常信号が送信される。これ以後、所定の期間Ｔａ１１が経過するまで、異常発生時のスイッチ３１，３２の開閉状態が維持される。期間Ｔａ１１は、回転電機２１の発電電流を０まで減少させることのできる期間として設定されている。

時刻ｔ１１から期間Ｔａ１２が経過すると、時刻ｔ１２において、エンジンＥＣＵ４０内で電池異常フラグがオンになる。期間Ｔａ１２は、エンジンＥＣＵ４０が異常信号を受信するための通信時間と、エンジンＥＣＵ４０で異常信号を認識するための処理時間との合計である。そして、時刻ｔ１３において、ＩＳＧ制御モード指令値が、１：発電制御に設定されるとともに、異常信号に基づいて選択された電流制限フラグがエンジンＥＣＵ４０から回転電機ＥＣＵ２３へ送信される。

時刻ｔ１３から期間Ｔａ１３が経過すると、時刻ｔ１４において、回転電機ＥＣＵ２３は、ＩＳＧ制御モードを、０：ニュートラル制御に設定する。期間Ｔａ１３は、回転電機ＥＣＵ２３が電流制限フラグを受信するための通信時間と、回転電機ＥＣＵ２３で電流制限フラグを認識するための処理時間との合計である。回転電機ＥＣＵ２３は、電流制限フラグのみを受信及び認識するため、期間Ｔａ１３は期間Ｔａ１２よりも短くなっている。そして、回転電機ＥＣＵ２３は、トルク指令値を減少させて、回転電機２１の発電電流を０Ａまで減少させる。回転電機ＥＣＵ２３は、０：ニュートラル制御に設定してから期間Ｔａ１４が経過するまで、すなわちスイッチ３１，３２，３６，３９の開閉状態が切り替わるまで、０：ニュートラル制御を維持する。

時刻ｔ１５において、電池ＥＣＵ３７は、スイッチ３１，３２を開放するとともに、スイッチ３６，３９を閉鎖する。このとき、回転電機２１の発電電流は０Ａになっている。時刻ｔ１５よりも後の時刻ｔ１６（期間Ｔａ１４経過後）において、回転電機ＥＣＵ２３は、ＩＳＧ制御モード指令値に従ってＩＳＧ制御モードを、１：発電制御に設定する。このとき、回転電機ＥＣＵ２３は、エンジンＥＣＵ４０から受信した電流制限フラグに基づいて、回転電機２１の発電電流を上限値Ａｎ以下に制限する。すなわち、回転電機ＥＣＵ２３は、回転電機２１の発電電流を、電流制限フラグに対応する発電電流の上限値Ａｎ以下に制限する。このため、時刻ｔ１７以降において、回転電機２１の発電電流が上限値Ａｎ以下に制限されている。

図５は、通信異常発生時の処理の流れを示すタイムチャートである。

同図において、時刻ｔ２１以前においては、エンジンＥＣＵ４０と回転電機ＥＣＵ２３との通信異常が生じておらず、スイッチ３１，３２，３６，３９の開閉状態が制御されている。エンジンＥＣＵは、ＩＳＧ制御モード指令値、トルク指令値、及び電圧指令値（図示略）を、回転電機ＥＣＵ２３へ送信している。回転電機ＥＣＵ２３は、ＩＳＧ制御モード指令値、トルク指令値、及び電圧指令値に基づいて、回転電機２１の発電及び力行の動作を制御している。

ここで、時刻ｔ２１において回転電機ＥＣＵ２３において通信異常が検出されると、異常を確定するための異常判定期間Ｔａ２１が経過した時刻ｔ２２において通信異常が確定する。エンジンＥＣＵ４０においても、時刻ｔ２２で通信異常が確定し、通信異常フラグがオンになる。通信異常が確定すると、回転電機ＥＣＵ２３は、ＩＳＧ制御モードを、０：ニュートラル制御に設定する。そして、回転電機ＥＣＵ２３は、トルク指令値を減少させて、回転電機２１の発電電流を０Ａまで減少させる。回転電機ＥＣＵ２３は、０：ニュートラル制御に設定してから期間Ｔａ２２が経過するまで、すなわち回転電機２１の発電電流を０Ａまで減少させるために必要な期間が経過するまで、０：ニュートラル制御を維持する。時刻ｔ２３において、エンジンＥＣＵ４０は、ＩＳＧ制御モード指令値を、０：ニュートラル制御に設定する。

時刻ｔ２２から期間Ｔａ２２が経過すると、回転電機ＥＣＵ２３は、ＩＳＧ制御モードを、１：発電制御に設定する。このとき、回転電機ＥＣＵ２３は、複数の電流制限フラグのうち発電電流の上限値が最も小さい電流制限フラグ１に基づいて、回転電機２１の発電電流を上限値Ａ１以下に制限する。すなわち、回転電機ＥＣＵ２３は、回転電機２１の発電電流を、電流制限フラグ１に対応する発電電流の上限値Ａ１以下に制限する。

時刻ｔ２５において、回転電機ＥＣＵ２３において通信正常が検出されると、正常を確定するための正常判定期間Ｔａ２３が経過した時刻ｔ２６において通信正常が確定する。通信正常が確定すると、回転電機ＥＣＵ２３は、ＩＳＧ制御モード指令値に従ってＩＳＧ制御モードを、０：ニュートラル制御に設定する。エンジンＥＣＵ４０においては、時刻ｔ２７で通信正常が確定し、通信異常フラグがオフになる。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

・エンジンＥＣＵ４０により、スイッチ３１，３２，３６，３９の状態に基づいて、複数の電流制限フラグから選択された１つの電流制限フラグが回転電機ＥＣＵ２３に対して送信される。そして、回転電機ＥＣＵ２３により、エンジンＥＣＵ４０から受信した電流制限フラグに基づいて、回転電機２１の発電における発電電流の上限値が設定される。したがって、通電経路の構成や状態に応じて、電流上限値を適切に設定することができる。さらに、回転電機ＥＣＵ２３は、エンジンＥＣＵ４０から電流制限フラグを受信するだけであり、通信の負荷が増加することを抑制することができる。しかも、回転電機ＥＣＵ２３は、回転電機２１の発電における発電電流の上限値を設定するだけであり、発電における処理負荷が増加することを抑制することができる。

・スイッチ３１，３２，３６，３９が異常である場合に、電池ＥＣＵ３７により、スイッチ３１，３２，３６，３９の異常の状態に応じた異常信号がエンジンＥＣＵ４０に対して送信される。このため、エンジンＥＣＵ４０は、異常信号に基づいてスイッチ３１，３２，３６，３９の異常の状態を把握することができる。そして、エンジンＥＣＵ４０により、電池ＥＣＵ３７から受信した異常信号に基づいて、複数の電流制限フラグから選択された１つの電流制限フラグが回転電機ＥＣＵ２３に対して送信される。したがって、回転電機ＥＣＵ２３は、スイッチ３１，３２，３６，３９の異常の状態に応じて、適切な電流上限値を設定することができる。

・回転電機ＥＣＵ２３は、エンジンＥＣＵ４０との通信が途絶えた場合に、複数の電流制限フラグのうち発電電流の上限値が最も小さい電流制限フラグ１に基づいて、回転電機２１の発電における発電電流の上限値Ａ１を設定している。このため、回転電機ＥＣＵ２３とエンジンＥＣＵ４０との通信が途絶えた場合であっても、回転電機ＥＣＵ２３は、電流制限フラグに基づいて発電電流の上限値を設定することができる。さらに、複数の電流制限フラグのうち発電電流の上限値が最も小さい電流制限フラグ１に基づいて、発電電流の上限値Ａ１が設定される。したがって、いずれの電気経路においても、電流が上限値を超えないようにすることができる。

・回転電機ＥＣＵ２３は、界磁電流と発電電流（出力電流）とで規定される領域において、界磁電流の増加量に対する発電電流の増加量が大きい領域ほど、回転電機２１の発電における発電電流の目標値を上限値に対して小さく設定している。このため、界磁電流の大きさがばらついたとしても、発電電流が上限値を超えることを抑制することができる。さらに、界磁電流の増加量に対する発電電流の増加量が小さい領域ほど、回転電機２１の発電における発電電流の目標値を上限値に近付けて設定することができる。その結果、回転電機２１の発電電流を過剰に小さくすることを抑制することができる。

・エンジンＥＣＵ４０は、回転電機ＥＣＵ２３により回転電機２１の発電における発電電流の上限値が設定される場合に、エンジン４２のアイドル回転速度が低いほど、アイドル回転速度を大きく上昇させている。このため、界磁電流の大きさがばらついたとしても、発電電流が上限値を超えることを抑制することができる。さらに、界磁電流の増加量に対する発電電流の増加量が小さいアイドル回転速度ほど、アイドル回転速度の上昇量を小さくすることができる。その結果、エンジン４２のアイドル回転速度を過剰に上昇させることを抑制することができる。

・回転電機ＥＣＵ２３は、電流制限フラグを受信した後は、エンジンＥＣＵ４０との通信を必要とせず、発電電流の上限値を設定することができる。このため、発電電流の上限値を設定する際に、エンジンＥＣＵ４０との通信を常に必要とする構成と比較して、通信による遅延なく発電電流を制限することができる。

なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。

・上記実施形態では、エンジンＥＣＵ４０は、回転電機ＥＣＵ２３により回転電機２１の発電における発電電流の上限値が設定される場合に、エンジン４２のアイドル回転速度が低いほど、アイドル回転速度を大きく上昇させている。これに対して、このアイドル回転速度を上昇させる制御を省略することもできる。

・上記実施形態では、回転電機ＥＣＵ２３は、界磁電流と発電電流とで規定される領域において、界磁電流の増加量に対する発電電流の増加量が大きい領域ほど、回転電機２１の発電における発電電流の目標値を上限値に対して小さく設定している。これに対して、この回転電機２１の発電における発電電流の目標値を、上限値に対して小さく設定する制御を省略することもできる。すなわち、回転電機２１の発電における発電電流の目標値を、上限値に対して一律に設定することもできる。

・上記実施形態では、回転電機ＥＣＵ２３は、エンジンＥＣＵ４０との通信が途絶えた場合に、複数の電流制限フラグのうち発電電流の上限値が最も小さい電流制限フラグに基づいて、回転電機２１の発電における発電電流の上限値を設定している。これに対して、回転電機ＥＣＵ２３は、エンジンＥＣＵ４０との通信が途絶えた場合に、複数の電流制限フラグのうち標準的な電流制限フラグに基づいて、回転電機２１の発電における発電電流の上限値を設定することもできる。

・エンジンＥＣＵ４０（第３制御装置）は、電池ＥＣＵ３７（第１制御装置）に対してスイッチ３１，３２，３６，３９の制御に関する指令信号を送信し、電池ＥＣＵ３７は、エンジンＥＣＵ４０から受信した指令信号に基づいて、スイッチ３１，３２，３６，３９を制御し、エンジンＥＣＵ４０は、指令信号に基づいて、複数の電流制限フラグから選択した１つの電流制限フラグを回転電機ＥＣＵ２３（第２制御装置）に対して送信することもできる。

上記構成によれば、エンジンＥＣＵ４０により、電池ＥＣＵ３７に対してスイッチ３１，３２，３６，３９の制御に関する指令信号が送信される。そして、電池ＥＣＵ３７により、エンジンＥＣＵ４０から受信した指令信号に基づいて、スイッチ３１，３２，３６，３９が制御される。このため、エンジンＥＣＵ４０は、指令信号に基づいてスイッチ３１，３２，３６，３９の動作の状態を把握することができる。そして、エンジンＥＣＵ４０により、指令信号に基づいて、複数の電流制限フラグから選択された１つの電流制限フラグが回転電機ＥＣＵ２３に対して送信される。したがって、回転電機ＥＣＵ２３は、スイッチ３１，３２，３６，３９の動作状態に応じて、適切な電流上限値を設定することができる。

・電池ＥＣＵ３７は、スイッチ３１，３２，３６，３９の動作の状態に応じた動作信号をエンジンＥＣＵ４０に対して送信し、エンジンＥＣＵ４０は、電池ＥＣＵ３７から受信した動作信号に基づいて、複数の電流制限フラグから選択した１つの電流制限フラグを回転電機ＥＣＵ２３に対して送信することもできる。

上記構成によれば、電池ＥＣＵ３７により、スイッチ３１，３２，３６，３９の動作の状態に応じた動作信号がエンジンＥＣＵ４０に対して送信される。このため、エンジンＥＣＵ４０は、動作信号に基づいてスイッチ３１，３２，３６，３９の動作の状態を把握することができる。そして、エンジンＥＣＵ４０により、電池ＥＣＵ３７から受信した動作信号に基づいて、複数の電流制限フラグから選択された１つの電流制限フラグが回転電機ＥＣＵ２３に対して送信される。したがって、回転電機ＥＣＵ２３は、スイッチ３１，３２，３６，３９の動作の状態に応じて、適切な電流上限値を設定することができる。

・上記実施形態では、それぞれヒューズ３５，３８，１７を有する電気経路に電流が流れる場合に、ヒューズ３５，３８，１７の容量の大きさに応じて電流制限フラグ（発電電流の上限値）が設定されている。これに対して、各スイッチ３１，３２，３６，３９の電流容量の大きさに応じて、電流制限フラグ（発電電流の上限値）を設定してもよい。例えば、図１において、スイッチ３１，３２の電流容量は、スイッチ３６，３９の電流容量よりも大きく設定されている。このため、例えばスイッチ３１，３２が開放されており、スイッチ３６，３９が閉鎖されている状態に対しては、発電電流の上限値が小さい電流制限フラグ１１を設定する。一方、スイッチ３６，３９が開放されており、スイッチ３１，３２が閉鎖されている状態に対しては、電流制限フラグ１１よりも発電電流の上限値が大きい電流制限フラグ１２を設定する。こうした構成によっても、通電経路の構成や状態に応じて、電流上限値を適切に設定することができる。

・上記実施形態では、第１蓄電部として鉛蓄電池１１を設けるとともに、第２蓄電部としてリチウムイオン蓄電池１２を設ける構成としたが、これを変更してもよい。第２蓄電部として、リチウムイオン蓄電池１２以外の高密度蓄電池、例えばニッケル−水素電池を用いてもよい。その他、少なくともいずれかの蓄電部としてキャパシタを用いることも可能である。

・回転電機２１として、車両を走行させることのできる駆動力を発生するＭＧ（Motor Generator）を採用することもできる。

・電源システム１０を、車両以外の用途で用いることも可能である。

１０…電源システム、１１…鉛蓄電池、１２…リチウムイオン蓄電池、１４…電気負荷、１５…電気負荷、２１…回転電機、２３…回転電機ＥＣＵ、３１…スイッチ、３２…スイッチ、３６…バイパススイッチ、３７…電池ＥＣＵ、３９…スイッチ、４０…エンジンＥＣＵ、４１…通信線。

Claims (7)

1. 回転電機（２１）と、前記回転電機に対して並列接続された第１蓄電部（１１）、第２蓄電部（１２）、及び電気負荷（１４、１５）と、前記第１蓄電部、前記第２蓄電部、及び前記電気負荷の少なくとも１つと前記回転電機とを導通及び遮断するスイッチ（３１、３２、３６、３９）と、を備える電源システム（１０）に適用される制御システムであって、
   前記スイッチを制御する第１制御装置（３７）と、
   前記回転電機の発電及び力行の作動を制御する第２制御装置（２３）と、
   前記第１制御装置及び前記第２制御装置を統括的に管理する第３制御装置（４０）と、を備え、
   前記第１制御装置、前記第２制御装置、及び前記第３制御装置は、信号伝達経路（４１）により相互に信号伝達が可能になっており、
   前記第３制御装置は、前記スイッチの状態に基づいて、複数の電流制限フラグから選択した１つの電流制限フラグを前記第２制御装置に対して送信し、
   前記第２制御装置は、前記第３制御装置から受信した前記電流制限フラグに基づいて、前記回転電機の前記発電における発電電流の上限値を設定する制御システム。
2. 前記第１制御装置は、前記スイッチが異常である場合に、前記スイッチの異常の状態に応じた異常信号を前記第３制御装置に対して送信し、
   前記第３制御装置は、前記第１制御装置から受信した前記異常信号に基づいて、複数の電流制限フラグから選択した１つの電流制限フラグを前記第２制御装置に対して送信する請求項１に記載の制御システム。
3. 前記第３制御装置は、前記第１制御装置に対して前記スイッチの制御に関する指令信号を送信し、
   前記第１制御装置は、前記第３制御装置から受信した前記指令信号に基づいて、前記スイッチを制御し、
   前記第３制御装置は、前記指令信号に基づいて、複数の電流制限フラグから選択した１つの電流制限フラグを前記第２制御装置に対して送信する請求項１又は２に記載の制御システム。
4. 前記第１制御装置は、前記スイッチの動作の状態に応じた動作信号を前記第３制御装置に対して送信し、
   前記第３制御装置は、前記第１制御装置から受信した前記動作信号に基づいて、複数の電流制限フラグから選択した１つの電流制限フラグを前記第２制御装置に対して送信する請求項１又は２に記載の制御システム。
5. 前記第２制御装置は、前記第３制御装置との前記信号伝達が途絶えた場合に、前記複数の電流制限フラグのうち発電電流の上限値が最も小さい電流制限フラグに基づいて、前記回転電機の前記発電における発電電流の上限値を設定する請求項１〜４のいずれか１項に記載の制御システム。
6. 前記回転電機は、界磁電流に基づいて前記発電を実行するものであり、
   前記第２制御装置は、前記界磁電流と前記発電電流とで規定される領域において、前記界磁電流の増加量に対する前記発電電流の増加量が大きい領域ほど、前記回転電機の前記発電における発電電流の目標値を前記上限値に対して小さく設定する請求項１〜５のいずれか１項に記載の制御システム。
7. 前記回転電機は、エンジン（４２）の駆動力及び界磁電流に基づいて、前記発電を実行するものであり、
   前記第３制御装置は、前記第２制御装置により前記回転電機の前記発電における発電電流の前記上限値が設定される場合に、前記エンジンのアイドル回転速度が低いほど、前記アイドル回転速度を大きく上昇させる請求項１〜６のいずれか１項に記載の制御システム。

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