JP6757379B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

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、モータジェネレータやＩＳＧ（Integrated Starter Generator）等の発電機が設けられている（特許文献１参照）。

特開２０１７−１１８６９９４号公報

ところで、発電機に発電不能等の異常状態が生じたとしても、鉛バッテリやリチウムイオンバッテリ等には電力が蓄えられるため、所定時間に渡って車両走行を継続させることが可能である。しかしながら、鉛バッテリ等の電力が枯渇した場合には車両走行が困難になるため、発電機の異常状態を早期に判定することが求められている。

本発明の目的は、発電機の異常状態を早期に判定することにある。

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蓄電体と、前記第１蓄電体に接続される電気負荷と、を備える第１電源系と、エンジンに連結される発電機と、前記発電機に接続される第２蓄電体と、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蓄電体と前記第２蓄電体とを並列接続する通電径路と、前記通電径路に設けられ、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、に制御される第１スイッチと、前記第２電源系に設けられ、前記発電機と前記第２蓄電体とを接続するオン状態と、前記発電機と前記第２蓄電体とを切り離すオフ状態と、に制御される第２スイッチと、前記第１蓄電体の電流に基づいて、前記発電機が異常状態であるか否かを判定する異常判定部と、前記第１スイッチがオン状態に制御され、前記第２スイッチがオフ状態に制御された状態のもとで、前記発電機に発電指令を出力することにより、前記第１蓄電体を充電する第１蓄電体充電制御を実行する発電機制御部と、を有し、前記異常判定部は、前記第１蓄電体充電制御が実行されることにより、前記第１スイッチがオン状態に制御され、前記第２スイッチがオフ状態に制御され、かつ前記発電機に発電指令が出力された状態のもとで、前記第１蓄電体から放電電流が出力される場合に、前記発電機が異常状態であると判定する。

本発明によれば、異常判定部は、第１スイッチと第２スイッチとの少なくとも何れか一方がオン状態に制御され、かつ発電機に発電指令が出力された状態のもとで、発電機が異常状態であるか否かを判定する。これにより、発電機の異常状態を早期に判定することができる。

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。 電源回路の一例を簡単に示した回路図である。 スタータジェネレータを燃焼発電状態に制御したときの電流供給状況の一例を示す図である。 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流供給状況の一例を示す図である。 スタータジェネレータを回生発電状態に制御したときの電流供給状況の一例を示す図である。 スタータジェネレータを力行状態に制御したときの電流供給状況の一例を示す図である。 スタータジェネレータを力行状態に制御したときの電流供給状況の一例を示す図である。 エンジン初始動制御における電流供給状況の一例を示す図である。 鉛バッテリ補充電制御における電流供給状況の一例を示す図である。 ＩＳＧ異常判定制御の実行手順の一例を示すフローチャートである。 （Ａ）および（Ｂ）は、判定パターン１における電流供給状況の一例を示す図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、判定パターン２における電流供給状況の一例を示す図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、判定パターン３における電流供給状況の一例を示す図である。

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。

［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を動力源に用いたパワーユニット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（発電機）１６が連結されている。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を駆動す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を補助する場合に、スタータジェネレータ１６は力行状態に制御され、スタータジェネレータ１６は電動機として機能する。

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３０と、フィールドコイルを備えたロータ３１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、マイコンおよび各種センサ等からなるＩＳＧコントローラ３２が設けられている。ＩＳＧコントローラ３２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の発電電圧、発電トルク、力行トルク等を制御することができる。

また、パワーユニット１３には、エンジン１２を始動回転させるスタータモータ４０が設けられている。スタータモータ４０のピニオン４１は、トルクコンバータ１７のリングギヤ４２に噛み合う突出位置と、リングギヤ４２との噛み合いが外れる退避位置と、に移動自在である。後述するように、乗員によってスタータボタン４３が押されると、スタータモータ４０の通電を制御するスタータリレー４４がオン状態に切り替えられる。これにより、スタータリレー４４を介してスタータモータ４０に通電が為され、スタータモータ４０のピニオン４１は突出位置に移動して回転する。また、スタータリレー４４を介してスタータモータ４０を制御するため、車両１１にはマイコン等からなるエンジンコントローラ４５が設けられている。また、エンジンコントローラ４５は、スタータリレー４４を制御するだけでなく、スロットルバルブ、インジェクタおよび点火装置等のエンジン補機４６を制御する。

前述したように、図示する車両１１には、スタータジェネレータ１６およびスタータモータ４０が設けられている。アイドリングストップ制御に伴ってエンジン１２を再始動させる場合、つまりエンジン運転中に停止条件が成立することでエンジン１２を停止させ、エンジン停止中に始動条件が成立することでエンジン１２を再始動させる場合には、スタータジェネレータ１６を用いてエンジン１２の始動回転が行われる。一方、車両１１の制御システムを起動させて最初にエンジン１２を始動させる場合、つまり乗員のスタータボタン操作等によってエンジン１２を始動させる場合には、スタータモータ４０を用いてエンジン１２の始動回転が行われる。

［電源回路］
車両用電源装置１０が備える電源回路５０について説明する。図２は電源回路５０の一例を簡単に示した回路図である。図２に示すように、電源回路５０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）５１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）５２と、を備えている。なお、リチウムイオンバッテリ５２を積極的に放電させるため、リチウムイオンバッテリ５２の端子電圧は、鉛バッテリ５１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５２を積極的に充放電させるため、リチウムイオンバッテリ５２の内部抵抗は、鉛バッテリ５１の内部抵抗よりも小さく設計されている。

スタータジェネレータ１６の正極端子１６ａには正極ライン５３が接続され、リチウムイオンバッテリ５２の正極端子５２ａには正極ライン５４が接続され、鉛バッテリ５１の正極端子５１ａには正極ライン５５を介して正極ライン５６が接続される。これらの正極ライン５３，５４，５６は、接続点５７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１６の負極端子１６ｂには負極ライン５８が接続され、リチウムイオンバッテリ５２の負極端子５２ｂには負極ライン５９が接続され、鉛バッテリ５１の負極端子５１ｂには負極ライン６０が接続される。これらの負極ライン５８，５９，６０は、基準電位点６１を介して互いに接続されている。

図１に示すように、鉛バッテリ５１の正極ライン５５には、正極ライン６２が接続されている。この正極ライン６２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（電気負荷）６３からなる電気機器群６４が接続されている。また、鉛バッテリ５１の負極ライン６０には、バッテリセンサ６５が設けられている。バッテリセンサ６５は、鉛バッテリ５１の充放電電流や端子電圧を検出する機能を有するとともに、充放電電流等から鉛バッテリ５１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、バッテリセンサ６５は、図示しない通電ラインを介して鉛バッテリ５１の正極端子５１ａにも接続されている。

なお、鉛バッテリ５１のＳＯＣとは、鉛バッテリ５１の電気残量を示す比率であり、鉛バッテリ５１の満充電容量に対する蓄電量の比率である。例えば、鉛バッテリ５１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、鉛バッテリ５１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。

電源回路５０には、鉛バッテリ５１および電気機器６３からなる第１電源系７１が設けられており、リチウムイオンバッテリ５２およびスタータジェネレータ１６からなる第２電源系７２が設けられている。そして、第１電源系７１と第２電源系７２との間に設けられる正極ライン（通電径路）５６を介して、鉛バッテリ５１とリチウムイオンバッテリ５２とは互いに並列接続されている。この正極ライン５６には、過大電流によって溶断する電力ヒューズ７３が設けられるとともに、オン状態とオフ状態とに制御される第１スイッチＳＷ１が設けられている。また、リチウムイオンバッテリ５２の正極ライン５４には、オン状態とオフ状態とに制御される第２スイッチＳＷ２が設けられている。

スイッチＳＷ１をオン状態に制御することにより、第１電源系７１と第２電源系７２とを互いに接続することができる一方、スイッチＳＷ１をオフ状態に制御することにより、第１電源系７１と第２電源系７２とを互いに切り離すことができる。また、スイッチＳＷ２をオン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５２とを互いに接続することができる一方、スイッチＳＷ２をオフ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５２とを互いに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。また、スイッチＳＷ１，ＳＷ２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ＳＷ１，ＳＷ２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。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５０には、バッテリモジュール７４が設けられている。このバッテリモジュール７４は、リチウムイオンバッテリ５２を有するとともに、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を有している。また、バッテリモジュール７４は、マイコンや各種センサ等からなるバッテリコントローラ７５を有している。さらに、バッテリモジュール７４には、リチウムイオンバッテリ５２の充放電電流、端子電圧および温度等を検出するバッテリセンサ７６が設けられている。また、バッテリコントローラ７５は、バッテリセンサ７６から送信される充放電電流等に基づいて、リチウムイオンバッテリ５２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。また、バッテリコントローラ７５は、リチウムイオンバッテリ５２のＳＯＣ等に基づいて、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御する機能を有している。

なお、リチウムイオンバッテリ５２のＳＯＣとは、リチウムイオンバッテリ５２の電気残量を示す比率であり、リチウムイオンバッテリ５２の満充電容量に対する蓄電量の比率である。例えば、リチウムイオンバッテリ５２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、リチウムイオンバッテリ５２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。

［制御系］
図１に示すように、車両用電源装置１０は、パワーユニット１３や電源回路５０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８０を有している。メインコントローラ８０は、エンジン１２を制御するエンジン制御部９０、スタータジェネレータ１６を制御するＩＳＧ制御部（発電機制御部）９１、およびスイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御するスイッチ制御部９２を有している。また、メインコントローラ８０は、後述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制御部９３を有しており、後述するモータアシスト制御を実行するアシスト制御部９４を有している。さらに、メインコントローラ８０は、後述するＩＳＧ異常判定制御を実行する異常判定部９５を有している。

メインコントローラ８０や前述した各コントローラ３２，４５，７５は、ＣＡＮやＬＩＮ等の車載ネットワーク９６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８０は、各種コントローラや各種センサからの情報に基づいて、パワーユニット１３や電源回路５０等を制御する。なお、メインコントローラ８０は、ＩＳＧコントローラ３２を介してスタータジェネレータ１６を制御し、バッテリコントローラ７５を介してスイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御する。また、メインコントローラ８０は、エンジンコントローラ４５を介してエンジン１２やスタータモータ４０を制御する。

［スタータジェネレータ発電制御］
続いて、メインコントローラ８０によるスタータジェネレータ１６の発電制御について説明する。メインコントローラ８０のＩＳＧ制御部９１は、ＩＳＧコントローラ３２に制御信号を出力し、スタータジェネレータ１６を発電状態や力行状態に制御する。例えば、ＩＳＧ制御部９１は、リチウムイオンバッテリ５２のＳＯＣが低下すると、スタータジェネレータ１６の発電電圧を上げて燃焼発電状態に制御する一方、リチウムイオンバッテリ５２のＳＯＣが上昇すると、スタータジェネレータ１６の発電電圧を下げて発電休止状態に制御する。なお、後述する図３以降の各図面において、「ＩＳＧ」とはスタータジェネレータ１６を意味している。

図３はスタータジェネレータ１６を燃焼発電状態に制御したときの電流供給状況の一例を示す図である。なお、スタータジェネレータ１６の燃焼発電状態とは、エンジン動力によってスタータジェネレータ１６を発電させる状態、つまりエンジン内で燃料を燃焼させてスタータジェネレータ１６を発電させる状態である。例えば、リチウムイオンバッテリ５２の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５２を充電してＳＯＣを高めるため、エンジン動力によってスタータジェネレータ１６を発電させる。このように、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、鉛バッテリ５１およびリチウムイオンバッテリ５２の端子電圧よりも上げられる。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５２、電気機器群６４および鉛バッテリ５１等に対して電流が供給され、リチウムイオンバッテリ５２や鉛バッテリ５１が緩やかに充電される。

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流供給状況の一例を示す図である。例えば、リチウムイオンバッテリ５２の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５２を積極的に放電させるため、エンジン動力を用いたスタータジェネレータ１６の発電が休止される。このように、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、鉛バッテリ５１およびリチウムイオンバッテリ５２の端子電圧よりも下げられる。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５２から電気機器群６４に電流が供給されるため、スタータジェネレータ１６の発電を停止させることができ、エンジン負荷を軽減することができる。なお、発電休止状態におけるスタータジェネレータ１６の発電電圧としては、リチウムイオンバッテリ５２を放電させる発電電圧であれば良い。例えば、スタータジェネレータ１６の発電電圧を０Ｖに制御しても良く、スタータジェネレータ１６の発電電圧を０Ｖよりも高く制御しても良い。

前述したように、メインコントローラ８０のＩＳＧ制御部９１は、リチウムイオンバッテリ５２のＳＯＣに基づきスタータジェネレータ１６を燃焼発電状態や発電休止状態に制御しているが、車両減速時には多くの運動エネルギーを回収して燃費性能を高めることが求められる。そこで、車両減速時には、スタータジェネレータ１６の発電電圧が引き上げられ、スタータジェネレータ１６は回生発電状態に制御される。これにより、スタータジェネレータ１６の発電電力を増加させることができるため、運動エネルギーを積極的に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高めて燃費性能を向上させることができる。このような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き決定される。つまり、アクセルペダルの踏み込みが解除される減速走行時や、ブレーキペダルが踏み込まれる減速走行時には、スタータジェネレータ１６が回生発電状態に制御される。

ここで、図５はスタータジェネレータ１６を回生発電状態に制御したときの電流供給状況の一例を示す図である。スタータジェネレータ１６を回生発電状態に制御する際には、前述した燃焼発電状態よりもスタータジェネレータ１６の発電電圧が上げられる。これにより、図５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５２や鉛バッテリ５１に対して大きな電流が供給されるため、リチウムイオンバッテリ５２や鉛バッテリ５１は急速に充電される。また、リチウムイオンバッテリ５２の内部抵抗は、鉛バッテリ５１の内部抵抗よりも小さいことから、発電電流の大部分はリチウムイオンバッテリ５２に供給される。

なお、図３〜図５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はオン状態に保持されている。つまり、車両用電源装置１０においては、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の切替制御を行うことなく、スタータジェネレータ１６の発電電圧を制御するだけで、リチウムイオンバッテリ５２の充放電を制御することが可能である。これにより、簡単にリチウムイオンバッテリ５２の充放電を制御することができるだけでなく、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の耐久性を向上させることができる。

［アイドリングストップ制御におけるエンジン再始動］
メインコントローラ８０のアイドリング制御部９３は、自動的にエンジン１２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。アイドリング制御部９３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１２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１６を回転させてエンジン１２を再始動させる。エンジン１２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１２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。なお、アイドリング制御部９３は、アイドリングストップ制御を実行する際に、エンジン制御部９０やＩＳＧ制御部９１に制御信号を出力し、エンジン１２やスタータジェネレータ１６を制御する。

また、アイドリング制御部９３は、アイドリングストップ制御でのエンジン停止中に始動条件が成立すると、スタータジェネレータ１６を力行状態に制御してエンジン１２を始動回転させる。ここで、図６はスタータジェネレータ１６を力行状態に制御したときの電流供給状況の一例を示す図である。図６に示すように、アイドリングストップ制御におけるエンジン再始動時に、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がオフ状態に制御され、スイッチＳＷ２がオン状態に制御される。つまり、スタータジェネレータ１６によってエンジン１２を始動回転させる場合には、スイッチＳＷ１がオフ状態に切り替えられ、第１電源系７１と第２電源系７２とが互いに切り離される。これにより、リチウムイオンバッテリ５２からスタータジェネレータ１６に大電流が供給される場合であっても、第１電源系７１の電気機器群６４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６４等を正常に機能させることができる。

［モータアシスト制御］
メインコントローラ８０のアシスト制御部９４は、発進時や加速時等にスタータジェネレータ１６を力行状態に制御し、スタータジェネレータ１６によってエンジン１２を補助するモータアシスト制御を実行する。なお、アシスト制御部９４は、モータアシスト制御を実行する際に、ＩＳＧ制御部９１に制御信号を出力し、スタータジェネレータ１６を制御する。

ここで、図７はスタータジェネレータ１６を力行状態に制御したときの電流供給状況の一例を示す図である。図７に示すように、モータアシスト制御に伴って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，ＳＷ２は共にオン状態に制御される。このように、スタータジェネレータ１６によってエンジン１２を補助する場合には、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオン状態に制御することにより、電気機器群６４に鉛バッテリ５１とリチウムイオンバッテリ５２との双方を接続している。これにより、電気機器群６４の電源電圧を安定させることができ、車両用電源装置１０の信頼性を向上させることができる。

前述したように、スタータジェネレータ１６によるエンジン再始動時には、スイッチＳＷ１がオフ状態に切り替えられる一方、スタータジェネレータ１６によるモータアシスト時には、スイッチＳＷ１がオン状態に保持される。つまり、エンジン再始動とは、停止中のエンジン１２をスタータジェネレータ１６によって回転させ始める状況であり、スタータジェネレータ１６の消費電力が増加し易い状況である。これに対し、モータアシスト時とは、回転中のエンジン１２をスタータジェネレータ１６によって補助的に駆動する状況であり、スタータジェネレータ１６の消費電力が抑制される状況である。このように、モータアシスト制御においては、スタータジェネレータ１６の消費電力が抑制されることから、スイッチＳＷ１をオン状態に保持したとしても、鉛バッテリ５１からスタータジェネレータ１６に大電流が流れることはなく、電気機器群６４の電源電圧を安定させることができる。

［エンジン初始動制御，鉛バッテリ補充電制御］
続いて、スタータモータ４０を用いてエンジン１２を始動するエンジン初始動制御について説明した後に、エンジン初始動後のスタータジェネレータ１６による鉛バッテリ補充電制御（第１蓄電体充電制御）について説明する。ここで、図８はエンジン初始動制御における電流供給状況の一例を示す図である。また、図９は鉛バッテリ補充電制御における電流供給状況の一例を示す図である。

車両１１の制御システムを起動させて最初にエンジン１２を始動する場合、つまりスタータボタン操作等によってエンジン１２を始動する場合には、スタータモータ４０によってエンジン１２の始動回転が行われる。このエンジン初始動制御においては、図８に示すように、スイッチＳＷ１がオフ状態に制御され、スイッチＳＷ２がオフ状態に制御され、スタータリレー４４がオン状態に制御される。これにより、鉛バッテリ５１からスタータモータ４０に電流が供給され、スタータモータ４０を回転させることでエンジン１２が始動される。

このように、スタータモータ４０によってエンジン１２が始動されると、図９に示すように、スタータリレー４４がオフ状態に切り替えられ、スイッチＳＷ１がオン状態に切り替えられ、スタータジェネレータ１６が燃焼発電状態に制御される。すなわち、エンジン１２が始動されると、スイッチＳＷ２をオフ状態に保持したまま、スイッチＳＷ１がオン状態に切り替えられ、スタータジェネレータ１６が燃焼発電状態に制御される。これにより、スタータジェネレータ１６によって鉛バッテリ５１を積極的に充電することができ、停車中やエンジン初始動時に低下する鉛バッテリ５１のＳＯＣを回復させることができる。

つまり、停車中には鉛バッテリ５１から電気機器群６４に暗電流が流れ、エンジン初始動時には鉛バッテリ５１からスタータモータ４０に大電流が流れるため、停車中からエンジン初始動時にかけて鉛バッテリ５１のＳＯＣは徐々に低下する。このため、エンジン初始動後に鉛バッテリ補充電制御を実行することにより、低下した鉛バッテリ５１のＳＯＣを回復させている。なお、エンジン初始動後の鉛バッテリ補充電制御は、所定時間に渡って継続しても良く、鉛バッテリ５１のＳＯＣが所定値に回復するまで継続しても良い。

［ＩＳＧ異常判定制御］
続いて、メインコントローラ８０によって実行されるＩＳＧ異常判定制御について説明する。ＩＳＧ異常判定制御とは、スタータジェネレータ１６に発電異常（異常状態）が生じているか否かを判定する制御であり、メインコントローラ８０の異常判定部９５によって所定周期毎に実行される制御である。例えば、スタータジェネレータ１６の発電異常として、スタータジェネレータ１６や制御系の故障により、スタータジェネレータ１６が発電不能になる異常状態や、スタータジェネレータ１６が発電指令に反して力行状態になる異常状態がある。また、スタータジェネレータ１６の発電異常として、スタータジェネレータ１６の正極端子１６ａから正極ライン５３が外れる異常状態があり、スタータジェネレータ１６の負極端子１６ｂから負極ライン５８が外れる異常状態等がある。

図１０はＩＳＧ異常判定制御の実行手順の一例を示すフローチャートである。図１０のフローチャートにおいて、電流値ｉＬｉはリチウムイオンバッテリ５２の電流（放電電流，充電電流）を示す値であり、電流値ｉＰｂは鉛バッテリ５１の電流（放電電流，充電電流）を示す値である。また、電流値ｉＬｉについては、リチウムイオンバッテリ５２に流入する充電側が正（＋）の値として扱われ、リチウムイオンバッテリ５２から流出する放電側が負（−）の値として扱われる。同様に、電流値ｉＰｂについては、鉛バッテリ５１に流入する充電側が正（＋）の値として扱われ、鉛バッテリ５１から流出する放電側が負（−）の値として扱われる。なお、図１０に示したフローチャートは、符号Ａを付した箇所で互いに接続されている。

図１０に示すように、ステップＳ１０では、スタータジェネレータ１６に対する発電指令中であるか否か、つまりメインコントローラ８０からスタータジェネレータ１６に発電指令が出力中であるか否かが判定される。このステップＳ１０では、スタータジェネレータ１６に向けて発電指令が出力されてから、所定の判定開始時間（例えば１秒〜２秒）を経過した場合に、スタータジェネレータ１６に対する発電指令中であると判定される。なお、スタータジェネレータ１６に発電指令が出力される状況としては、スタータジェネレータ１６が燃焼発電状態に制御される状況であっても良く、スタータジェネレータ１６が回生発電状態に制御される状況であっても良い。

前述したように、ステップＳ１０において、スタータジェネレータ１６に対する発電指令中であると判定された場合には、ステップＳ１１に進み、スイッチＳＷ１がオン状態であるか否かが判定される。ステップＳ１１において、スイッチＳＷ１がオン状態であると判定された場合には、ステップＳ１２に進み、スイッチＳＷ２がオン状態であるか否かが判定される。

（判定パターン１）
ステップＳ１２において、スイッチＳＷ２がオン状態であると判定された場合、すなわち、スイッチＳＷ１がオン状態に制御され、スイッチＳＷ２がオン状態に制御され、かつスタータジェネレータ１６に発電指令が出力された場合には、後述する判定パターン１が成立することから、ステップＳ１３に進み、リチウムイオンバッテリ５２の電流値ｉＬｉが、所定時間（例えば０．１秒）に渡って、放電側の電流閾値ｉａ（例えば−５Ａ）を下回るか否かが判定される。

ステップＳ１３において、電流値ｉＬｉが放電側の電流閾値ｉａを下回ると判定された場合、つまりリチウムイオンバッテリ５２から放電電流が出力されると判定された場合には、ステップＳ１４に進み、スタータジェネレータ１６に発電異常が生じていると判定される。なお、ステップＳ１３において、電流値ｉＬｉが放電側の電流閾値ｉａ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が正常であることから、そのままルーチンを抜ける。前述の説明では、リチウムイオンバッテリ５２の放電を適切に判定するため、電流閾値ｉａとして「−５Ａ」つまり「−５アンペア」を使用しているが、これに限られることはなく、電流閾値ｉａとして「０Ａ」を使用しても良い。

続いて、判定パターン１の電流供給状況について説明する。図１１（Ａ）および（Ｂ）は、判定パターン１における電流供給状況の一例を示す図である。図１１（Ａ）にはスタータジェネレータ１６が正常である場合の電流供給状況が示されており、図１１（Ｂ）にはスタータジェネレータ１６が発電異常である場合の電流供給状況が示されている。なお、図１１（Ｂ）には、スタータジェネレータ１６の発電異常として、スタータジェネレータ１６の正極端子１６ａから正極ライン５３が外れる異常状態が示されている。

図１１（Ａ）に示すように、スタータジェネレータ１６が正常に発電している場合には、スタータジェネレータ１６からリチウムイオンバッテリ５２に対して電流が供給される。つまり、判定パターン１において、スタータジェネレータ１６が正常である場合には、リチウムイオンバッテリ５２が充電されるため、バッテリセンサ７６によって充電側（＋側）の電流値ｉＬｉが検出される。

一方、図１１（Ｂ）に示すように、スタータジェネレータ１６に発電異常が生じている場合には、リチウムイオンバッテリ５２から電気機器群６４に対して電流が供給される。つまり、判定パターン１において、スタータジェネレータ１６に発電異常が生じている場合には、リチウムイオンバッテリ５２が放電することから、バッテリセンサ７６によって放電側（−側）の電流値ｉＬｉが検出される。

すなわち、判定パターン１において、リチウムイオンバッテリ５２の電流値ｉＬｉが放電側（−側）に検出された場合には、スタータジェネレータ１６が発電異常であると判定される。このように、スタータジェネレータ１６が発電状態に制御されるタイミングで、電流値ｉＬｉに基づきスタータジェネレータ１６の発電異常を判定することができるため、スタータジェネレータ１６の発電異常を早期に検出することが可能である。これにより、スタータジェネレータ１６の発電異常によって車両１１が停止する前に、警告灯等を用いて乗員に発電異常を通知することができ、乗員に早急な修理を促すことができる。

また、判定パターン１で示した状況、つまりスイッチＳＷ１がオン状態に制御され、スイッチＳＷ２がオン状態に制御され、かつスタータジェネレータ１６が発電状態に制御される状況としては、図３および図４に示されるように、スタータジェネレータ１６が燃焼発電状態や回生発電状態に制御される状況がある。すなわち、スタータジェネレータ１６を燃焼発電状態や回生発電状態に制御する際に、併せてスタータジェネレータ１６の発電異常を判定することができるため、スタータジェネレータ１６の発電異常を早期に検出することができる。

前述したように、ステップＳ１０では、スタータジェネレータ１６に発電指令が出力されてから所定の判定開始時間が経過した場合に、スタータジェネレータ１６に対する発電指令中であると判定される。つまり、図１０のフローチャートにおいては、スタータジェネレータ１６に発電指令が出力されてから判定開始時間を経過した後に、スタータジェネレータ１６が異常状態であるか否かが判定される。また、判定パターン１においては、リチウムイオンバッテリ５２の電流値ｉＬｉを用いて発電異常を判定しているが、スタータジェネレータ１６の発電開始からリチウムイオンバッテリ５２の充電開始までは、リチウムイオンバッテリ５２の化学的変化による時間的な遅れが生じている。このため、判定開始時間が経過してからスタータジェネレータ１６の発電異常を判定することにより、電流値ｉＬｉを用いてスタータジェネレータ１６の発電異常を精度良く判定することができ、ＩＳＧ異常判定制御を適切に実行することができる。

なお、図１１（Ｂ）に示した例では、スタータジェネレータ１６が発電不能になる異常状態が示されているが、これに限られることはなく、スタータジェネレータ１６の発電異常としては、スタータジェネレータ１６が発電指令に反して力行状態になる異常状態であっても良い。このように、スタータジェネレータ１６が発電指令に反して力行状態に制御された場合には、図１１（Ｂ）に破線の矢印αで示すように、リチウムイオンバッテリ５２からスタータジェネレータ１６に電流が供給される。この場合であっても、リチウムイオンバッテリ５２から放電電流が出力されるため、判定パターン１において、電流値ｉＬｉが放電側（−側）に検出された場合には、スタータジェネレータ１６が発電異常であると判定することができる。

（判定パターン２）
ステップＳ１２において、スイッチＳＷ２がオフ状態であると判定された場合、すなわち、スイッチＳＷ１がオン状態に制御され、スイッチＳＷ２がオフ状態に制御され、かつスタータジェネレータ１６に発電指令が出力された場合には、後述する判定パターン２が成立することから、ステップＳ１５に進み、鉛バッテリ５１の電流値ｉＰｂが、所定時間（例えば０．１秒）に渡って、放電側の電流閾値ｉｂ（例えば−１Ａ）を下回るか否かが判定される。

ステップＳ１５において、電流値ｉＰｂが放電側の電流閾値ｉｂを下回ると判定された場合、つまり鉛バッテリ５１から放電電流が出力されると判定された場合には、ステップＳ１４に進み、スタータジェネレータ１６に発電異常が生じていると判定される。なお、ステップＳ１５において、電流値ｉＰｂが放電側の電流閾値ｉｂ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が正常であることから、そのままルーチンを抜ける。前述の説明では、鉛バッテリ５１の放電を適切に判定するため、電流閾値ｉｂとして「−１Ａ」を使用しているが、これに限られることはなく、電流閾値ｉｂとして「０Ａ」を使用しても良い。

続いて、判定パターン２の電流供給状況について説明する。図１２（Ａ）および（Ｂ）は、判定パターン２における電流供給状況の一例を示す図である。図１２（Ａ）にはスタータジェネレータ１６が正常である場合の電流供給状況が示されており、図１２（Ｂ）にはスタータジェネレータ１６が発電異常である場合の電流供給状況が示されている。なお、図１２（Ｂ）には、スタータジェネレータ１６の発電異常として、スタータジェネレータ１６の正極端子１６ａから正極ライン５３が外れる異常状態が示されている。

図１２（Ａ）に示すように、スタータジェネレータ１６が正常に発電している場合には、スタータジェネレータ１６から鉛バッテリ５１に対して電流が供給される。つまり、判定パターン２において、スタータジェネレータ１６が正常である場合には、鉛バッテリ５１が充電されるため、バッテリセンサ６５によって充電側（＋側）の電流値ｉＰｂが検出される。

一方、図１２（Ｂ）に示すように、スタータジェネレータ１６に発電異常が生じている場合には、鉛バッテリ５１から電気機器群６４に対して電流が供給される。つまり、判定パターン２において、スタータジェネレータ１６に発電異常が生じている場合には、鉛バッテリ５１が放電することから、バッテリセンサ６５によって放電側（−側）の電流値ｉＰｂが検出される。

すなわち、判定パターン２において、鉛バッテリ５１の電流値ｉＰｂが放電側（−側）に検出された場合には、スタータジェネレータ１６が発電異常であると判定される。このように、スタータジェネレータ１６が発電状態に制御されるタイミングで、電流値ｉＰｂに基づきスタータジェネレータ１６の発電異常を判定することができるため、スタータジェネレータ１６の発電異常を早期に検出することが可能である。これにより、スタータジェネレータ１６の発電異常によって車両１１が停止する前に、警告灯等を用いて乗員に発電異常を通知することができ、乗員に早急な修理を促すことができる。

また、判定パターン２で示した状況、つまりスイッチＳＷ１がオン状態に制御され、スイッチＳＷ２がオフ状態に制御され、かつスタータジェネレータ１６が燃焼発電状態に制御される状況としては、図９に示されるように、鉛バッテリ補充電制御（第１蓄電体充電制御）が実行される状況がある。すなわち、鉛バッテリ補充電制御を実行する際に、併せてスタータジェネレータ１６の発電異常を判定することにより、スタータジェネレータ１６の発電異常を早期に検出することができる。なお、鉛バッテリ補充電制御は、エンジン初始動後に実行されているが、これに限られることはなく、鉛バッテリ５１のＳＯＣや端子電圧が低下した場合に鉛バッテリ補充電制御を実行しても良い。

前述したように、図１０のフローチャートにおいては、スタータジェネレータ１６に発電指令が出力されてから所定の判定開始時間を経過した後に、スタータジェネレータ１６が異常状態であるか否かが判定される。また、判定パターン２においては、鉛バッテリ５１の電流値ｉＰｂを用いて発電異常を判定しているが、スタータジェネレータ１６の発電開始から鉛バッテリ５１の充電開始までは、鉛バッテリ５１の化学的変化による時間的な遅れが生じている。このため、判定開始時間が経過してからスタータジェネレータ１６の発電異常を判定することにより、電流値ｉＰｂを用いてスタータジェネレータ１６の発電異常を精度良く判定することができ、ＩＳＧ異常判定制御を適切に実行することができる。

なお、図１２（Ｂ）に示した例では、スタータジェネレータ１６が発電不能になる異常状態が示されているが、これに限られることはなく、スタータジェネレータ１６の発電異常としては、スタータジェネレータ１６が発電指令に反して力行状態になる異常状態であっても良い。このように、スタータジェネレータ１６が発電指令に反して力行状態に制御された場合には、図１２（Ｂ）に破線の矢印αで示すように、鉛バッテリ５１からスタータジェネレータ１６に電流が供給される。この場合であっても、鉛バッテリ５１から放電電流が出力されるため、判定パターン２において、電流値ｉＰｂが放電側（−側）に検出された場合には、スタータジェネレータ１６が発電異常であると判定することができる。

（判定パターン３）
ステップＳ１１において、スイッチＳＷ１がオフ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ＳＷ２がオン状態であるか否かが判定される。ステップＳ１６において、スイッチＳＷ２がオン状態であると判定された場合、すなわち、スイッチＳＷ１がオフ状態に制御され、スイッチＳＷ２がオン状態に制御され、かつスタータジェネレータ１６に発電指令が出力された場合には、後述する判定パターン３が成立することから、ステップＳ１７に進み、リチウムイオンバッテリ５２の電流値ｉＬｉが、所定時間（例えば０．１秒）に渡って０Ａ以下であるか否かが判定される。

ステップＳ１７において、電流値ｉＬｉが０Ａ以下であると判定された場合、つまり、リチウムイオンバッテリ５２に充電電流が入力されないと判定された場合や、リチウムイオンバッテリ５２から放電電流が出力されると判定された場合には、ステップＳ１４に進み、スタータジェネレータ１６に発電異常が生じていると判定される。なお、ステップＳ１７において、電流値ｉＬｉが０Ａを上回ると判定された場合には、スタータジェネレータ１６が正常であることから、そのままルーチンを抜ける。

続いて、判定パターン３の電流供給状況について説明する。図１３（Ａ）および（Ｂ）は、判定パターン３における電流供給状況の一例を示す図である。図１３（Ａ）にはスタータジェネレータ１６が正常である場合の電流供給状況が示されており、図１３（Ｂ）にはスタータジェネレータ１６が発電異常である場合の電流供給状況が示されている。なお、図１３（Ｂ）には、スタータジェネレータ１６の発電異常として、スタータジェネレータ１６の正極端子１６ａから正極ライン５３が外れる異常状態が示されている。

図１３（Ａ）に示すように、スタータジェネレータ１６が正常に発電している場合には、スタータジェネレータ１６からリチウムイオンバッテリ５２に対して電流が供給される。つまり、判定パターン３において、スタータジェネレータ１６が正常である場合には、リチウムイオンバッテリ５２が充電されるため、バッテリセンサ７６によって充電側（＋側）の電流値ｉＬｉが検出される。

一方、図１３（Ｂ）に示すように、スタータジェネレータ１６に発電異常が生じており、スタータジェネレータ１６が発電不能であった場合には、スタータジェネレータ１６からリチウムイオンバッテリ５２に対する電流供給が停止される。つまり、判定パターン３において、スタータジェネレータ１６が発電不能であった場合には、リチウムイオンバッテリ５２の充電が止まるため、バッテリセンサ７６によって「０Ａ」の電流値ｉＬｉが検出される。

なお、図１３（Ｂ）に示した例では、第２電源系７２にアクチュエータ等の電気機器が設けられていないため、判定パターン３においてスタータジェネレータ１６が発電不能であった場合には、０Ａの電流値ｉＬｉが検出されることになるが、これに限られることはない。例えば、第２電源系７２に電気機器が設けられる場合には、判定パターン３においてスタータジェネレータ１６が発電不能であった場合に、リチウムイオンバッテリ５２から電気機器に対して電流が供給されることになる。このため、バッテリセンサ７６によって放電側（−側）の電流値ｉＬｉが検出された場合に、スタータジェネレータ１６が発電不能であることを判定しても良い。

また、図１３（Ｂ）に示した例では、スタータジェネレータ１６が発電不能になる異常状態が示されているが、これに限られることはなく、スタータジェネレータ１６の発電異常としては、スタータジェネレータ１６が発電指令に反して力行状態になる異常状態であっても良い。このように、スタータジェネレータ１６が発電指令に反して力行状態に制御された場合には、図１３（Ｂ）に破線の矢印αで示すように、リチウムイオンバッテリ５２からスタータジェネレータ１６に電流が供給される。この場合には、リチウムイオンバッテリ５２が放電することから、バッテリセンサ７６によって放電側（−側）の電流値ｉＬｉが検出される。

前述したように、判定パターン３においては、リチウムイオンバッテリ５２の電流値ｉＬｉが０Ａであった場合に、スタータジェネレータ１６が発電不能であると判定され、リチウムイオンバッテリ５２の電流値ｉＬｉが放電側（−側）であった場合に、スタータジェネレータ１６が発電指令に反して力行状態であると判定される。すなわち、判定パターン３においては、リチウムイオンバッテリ５２の電流値ｉＬｉが０Ａ以下であった場合に、スタータジェネレータ１６が発電異常であると判定される。

このように、スタータジェネレータ１６が発電状態に制御されるタイミングで、電流値ｉＬｉに基づきスタータジェネレータ１６の発電異常を判定することができるため、スタータジェネレータ１６の発電異常を早期に検出することが可能である。これにより、スタータジェネレータ１６の発電異常によって車両１１が停止する前に、警告灯等を用いて乗員に発電異常を通知することができ、乗員に早急な修理を促すことができる。

前述したように、図１０のフローチャートにおいては、スタータジェネレータ１６に発電指令が出力されてから所定の判定開始時間を経過した後に、スタータジェネレータ１６が異常状態であるか否かが判定される。また、判定パターン３においては、リチウムイオンバッテリ５２の電流値ｉＬｉを用いて発電異常を判定しているが、スタータジェネレータ１６の発電開始からリチウムイオンバッテリ５２の充電開始までは、リチウムイオンバッテリ５２の化学的変化による時間的な遅れが生じている。このため、判定開始時間が経過してからスタータジェネレータ１６の発電異常を判定することにより、電流値ｉＬｉを用いてスタータジェネレータ１６の発電異常を精度良く判定することができ、ＩＳＧ異常判定制御を適切に実行することができる。

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、エンジン１２に連結される電動機として、電動機および発電機として機能す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、発電機としてのみ機能するオルタネータを採用しても良い。また、前述の説明では、第１蓄電体として鉛バッテリ５１を採用しているが、これに限られることはなく、第１蓄電体として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２蓄電体としてリチウムイオンバッテリ５２を採用しているが、これに限られることはなく、第２蓄電体として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、図１および図２に示した例では、リチウムイオンバッテリ５２の正極ライン５４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５２の負極ライン５９にスイッチＳＷ２を設けても良い。

図１０に示したフローチャートでは、判定パターン１〜３に基づきスタータジェネレータ１６が発電異常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い。例えば、判定パターン１のみに基づきスタータジェネレータ１６が発電異常であるか否かを判定しても良く、判定パターン２のみに基づきスタータジェネレータ１６が発電異常であるか否かを判定しても良く、判定パターン３のみに基づきスタータジェネレータ１６が発電異常であるか否かを判定しても良い。また、判定パターン３においては、リチウムイオンバッテリ５２の電流値ｉＬｉが０Ａ以下であった場合に、スタータジェネレータ１６が発電異常であると判定しているが、これに限られることはない。例えば、判定パターン３において、リチウムイオンバッテリ５２の電流値ｉＬｉが０Ａである場合、つまりリチウムイオンバッテリ５２に充電電流が入力されない場合にだけ、スタータジェネレータ１６が発電異常であると判定しても良い。また、判定パターン３において、リチウムイオンバッテリ５２の電流値ｉＬｉが放電側（−側）である場合、つまりリチウムイオンバッテリ５２から放電電流が出力される場合にだけ、スタータジェネレータ１６が発電異常であると判定しても良い。また、前述の説明では、メインコントローラ８０に、各種制御部９０〜９５を設けているが、これに限られることはない。他のコントローラに、各種制御部９０〜９５の一部や全部を設けても良い。

１０ 車両用電源装置
１１ 車両
１２ エンジン
１６ スタータジェネレータ（発電機）
５１ 鉛バッテリ（第１蓄電体）
５２ リチウムイオンバッテリ（第２蓄電体）
５６ 正極ライン（通電径路）
６３ 電気機器（電気負荷）
９５ 異常判定部
ｉＬｉ 電流値（電流，放電電流，充電電流）
ｉＰｂ 電流値（電流，放電電流）

Claims (4)

1. 車両に搭載される車両用電源装置であって、
   第１蓄電体と、前記第１蓄電体に接続される電気負荷と、を備える第１電源系と、
   エンジンに連結される発電機と、前記発電機に接続される第２蓄電体と、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蓄電体と前記第２蓄電体とを並列接続する通電径路と、
   前記通電径路に設けられ、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、に制御される第１スイッチと、
   前記第２電源系に設けられ、前記発電機と前記第２蓄電体とを接続するオン状態と、前記発電機と前記第２蓄電体とを切り離すオフ状態と、に制御される第２スイッチと、
   前記第１蓄電体の電流に基づいて、前記発電機が異常状態であるか否かを判定する異常判定部と、
   前記第１スイッチがオン状態に制御され、前記第２スイッチがオフ状態に制御された状態のもとで、前記発電機に発電指令を出力することにより、前記第１蓄電体を充電する第１蓄電体充電制御を実行する発電機制御部と、
   を有し、
   前記異常判定部は、
   前記第１蓄電体充電制御が実行されることにより、前記第１スイッチがオン状態に制御され、前記第２スイッチがオフ状態に制御され、かつ前記発電機に発電指令が出力された状態のもとで、
   前記第１蓄電体から放電電流が出力される場合に、前記発電機が異常状態であると判定する、
   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電源系は、前記第１蓄電体に接続されるスタータモータを備え、
   前記発電機制御部は、前記スタータモータによる前記エンジンの始動回転が行われた後に、前記第１スイッチがオン状態に制御され、前記第２スイッチがオフ状態に制御された状態のもとで、前記発電機に発電指令を出力することにより、前記第１蓄電体を充電する前記第１蓄電体充電制御を実行する、
   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、
   前記異常判定部は、前記発電機に発電指令が出力されてから判定開始時間を経過した後に、前記発電機が異常状態であるか否かを判定する、
   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２蓄電体の内部抵抗は、前記第１蓄電体の内部抵抗よりも小さい、
   車両用電源装置。

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