JP6793156B2 - 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、エンジンに駆動される発電機と、発電機に接続される蓄電体と、を備えた電源装置がある。また、電源装置の信頼性を高める観点から、蓄電体の異常として端子外れ等を検出する電源装置が提案されている（特許文献１〜３参照）。端子外れや断線等の異常を検出する際には、例えば、蓄電体の端子電圧に基づき異常の有無を判定することが可能である。
特開２００４−１４７４２０号公報 特開２０１３−２５６１７４号公報 特開２０１７−２１８１１１号公報
ところで、電源装置として、互いに並列接続される複数の蓄電体を備えた電源装置がある。この電源装置においては、端子電圧に基づき蓄電体の異常を検出することが困難であった。つまり、特定の蓄電体に端子外れ等の異常が発生していた場合であっても、並列接続される他の蓄電体の端子電圧が電圧センサによって検出され、異常発生中の蓄電体を正常であると誤判定してしまう虞がある。このため、他の方法によって、蓄電体の異常を判定することが求められている。
本発明の目的は、蓄電体の異常を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、エンジンに連結される発電機、および前記発電機に接続される第１蓄電体、を備える第１電源系と、前記第１蓄電体に並列接続される第２蓄電体、および前記第２蓄電体に接続される電気機器群、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、に制御されるスイッチと、前記第２蓄電体の負極ラインに設けられ、前記第２蓄電体の電流を検出する蓄電体センサと、前記蓄電体センサが正常であり、かつ前記スイッチがオン状態に制御された状態のもとで、前記第２蓄電体の放電電流が電流閾値以下である場合に、前記第２蓄電体が端子外れ又は断線による異常であると判定する異常判定部と、前記第１蓄電体の充電状態が発電閾値を下回る場合に、前記発電機の発電電圧を前記第１蓄電体の端子電圧よりも上げる一方、前記第１蓄電体の充電状態が休止閾値を上回る場合に、前記発電機の発電電圧を前記第１蓄電体の端子電圧よりも下げる発電制御部と、を有し、前記第２蓄電体が正常である場合には、前記前記発電閾値として第１発電閾値が設定され、前記休止閾値として前記第１発電閾値よりも大きな第１休止閾値が設定され、前記第２蓄電体が異常である場合には、前記スイッチのオフ状態への制御が禁止され、前記発電閾値として前記第１休止閾値よりも大きな第２発電閾値が設定され、前記休止閾値として前記第２発電閾値よりも大きな第２休止閾値が設定される。
本発明によれば、蓄電体センサが正常であり、かつ第２蓄電体の放電電流が電流閾値以下である場合に、第２蓄電体が異常であると判定する異常判定部、を有する。これにより、第１蓄電体と第２蓄電体とが並列接続される場合であっても、第２蓄電体の異常を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。 車両の制御系の一例を示すブロック図である。 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。 鉛バッテリの異常状態の一例を示す図である。 異常判定処理の実行手順の一例を示すフローチャートである。 フェイルセーフ処理の実行手順の一例を示すフローチャートである。 鉛バッテリ正常時に設定される発電閾値および休止閾値の一例を示す図である。 鉛バッテリ異常時に設定される発電閾値および休止閾値の一例を示す図である。 鉛バッテリ異常時における充電状態の推移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および変速機構１３等を備えたパワーユニット１４が搭載されている。エンジン１２のクランク軸１５には、ベルト機構１６を介してスタータジェネレータ（発電機，発電電動機）１７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１８を介して変速機構１３が連結されており、変速機構１３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１７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１７は、クランク軸１５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１５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、発進時や加速時等においてエンジン１２をアシスト駆動する場合には、スタータジェネレータ１７は電動機として機能する。
スタータジェネレータ１７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１７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１７の発電電圧、発電トルク、力行トルク等が制御される。
［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３０は、スタータジェネレータ１７に電気的に接続されるリチウムイオンバッテリ（第１蓄電体）３１と、これと並列にスタータジェネレータ１７に電気的に接続される鉛バッテリ（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３１を積極的に放電させるため、リチウムイオンバッテリ３１の端子電圧は、鉛バッテリ３２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３１を積極的に充放電させるため、リチウムイオンバッテリ３１の内部抵抗は、鉛バッテリ３２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１７の正極端子１７ａには正極ライン３３が接続され、リチウムイオンバッテリ３１の正極端子３１ａには正極ライン３４が接続され、鉛バッテリ３２の正極端子３２ａには正極ライン３５を介して正極ライン３６が接続される。これらの正極ライン３３，３４，３６は、接続点３７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１７の負極端子１７ｂには負極ライン３８が接続され、リチウムイオンバッテリ３１の負極端子３１ｂには負極ライン３９が接続され、鉛バッテリ３２の負極端子３２ｂには負極ライン４０が接続される。これらの負極ライン３８，３９，４０は、基準電位点４１を介して互いに接続されている。
鉛バッテリ３２の正極ライン３５には、正極ライン４２が接続されている。この正極ライン４２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４３からなる電気機器群４４が接続されている。また、鉛バッテリ３２の負極ライン４０には、バッテリセンサ（蓄電体センサ）４５が設けられている。バッテリセンサ４５は、鉛バッテリ３２の充放電状況を検出する機能を有している。鉛バッテリ３２の充放電状況としては、例えば、鉛バッテリ３２の充電電流、放電電流、端子電圧、充電状態等がある。なお、図示する例では、鉛バッテリ３２の負極ライン４０にバッテリセンサ４５を設けているが、これに限られることはなく、鉛バッテリ３２の正極ライン３５にバッテリセンサ４５を設けても良い。
また、電源回路３０には、リチウムイオンバッテリ３１およびスタータジェネレータ１７からなる第１電源系５１が設けられており、鉛バッテリ３２および電気機器４３からなる第２電源系５２が設けられている。そして、第１電源系５１と第２電源系５２とは、正極ライン３６を介して互いに接続されている。この正極ライン３６には、過大電流によって溶断するヒューズ５３が設けられるとともに、ＯＮ状態（オン状態）とＯＦＦ状態（オフ状態）とに制御される第１スイッチ（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３１の正極ライン３４には、ＯＮ状態とＯＦＦ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ＯＮ状態に制御することにより、第１電源系５１と第２電源系５２とを互いに接続することができる一方、スイッチＳＷ１をＯＦＦ状態に制御することにより、第１電源系５１と第２電源系５２とを互いに切り離すことができる。また、スイッチＳＷ２をＯＮ状態に制御することにより、第１電源系５１にリチウムイオンバッテリ３１を接続することができる一方、スイッチＳＷ２をＯＦＦ状態に制御することにより、第１電源系５１からリチウムイオンバッテリ３１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。また、スイッチＳＷ１，ＳＷ２のＯＮ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ＯＦＦ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３０には、バッテリモジュール５４が設けられている。このバッテリモジュール５４には、リチウムイオンバッテリ３１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５４には、マイコン等からなるバッテリコントローラ５５が設けられている。バッテリコントローラ５５は、リチウムイオンバッテリ３１の充電状態ＳＯＣ、充放電電流、端子電圧、セル温度、内部抵抗等を検出する機能や、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御する機能を有している。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。また、リチウムイオンバッテリ３１の充電状態ＳＯＣについては、以下、充電状態Ｓ_ＬｉＢと記載する。
［制御系］
図３は車両１１の制御系の一例を示すブロック図である。図３に示すように、車両１１には、前述したＩＳＧコントローラ２３やバッテリコントローラ５５だけでなく、エンジン１２の作動状態を制御するエンジン１２コントローラ６０や、変速機構１３の作動状態を制御するミッションコントローラ６１が設けられている。また、車両１１には、車輪２０の制動力を調整するブレーキアクチュエータ６２を制御するブレーキコントローラ６３や、車輪２０の操舵角を調整するステアリングアクチュエータ６４を制御するステアリングコントローラ６５が設けられている。さらに、車両１１には、各コントローラ２３，５５，６０，６１，６３，６５を統括して制御するメインコントローラ７０が設けられている。これらのコントローラ２３，５５，６０，６１，６３，６５，７０は、マイコン等によって構成されるとともに、ＣＡＮやＬＩＮ等の車載ネットワーク６６を介して互いに通信自在に接続されている。
また、車両用電源装置１０の一部を構成するメインコントローラ７０は、パワーユニット１４や電源回路３０等を制御する機能を有している。メインコントローラ７０には、スタータジェネレータ１７を制御するＩＳＧ制御部（発電制御部，アシスト制御部）７１、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御するスイッチ制御部７２、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７３、および自動運転制御を実行する運転制御部７４等が設けられている。
メインコントローラ７０のＩＳＧ制御部７１は、ＩＳＧコントローラ２３に制御信号を出力し、スタータジェネレータ１７を力行状態や発電状態に制御する。例えば、ＩＳＧ制御部７１は、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、発進時や加速時等においてエンジン１２を補助するアシスト制御を実行する場合に、スタータジェネレータ１７を力行状態に制御する。また、後述するように、ＩＳＧ制御部７１は、リチウムイオンバッテリ３１の充電状態Ｓ_ＬｉＢが低い場合に、スタータジェネレータ１７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３１の充電状態Ｓ_ＬｉＢが高い場合に、スタータジェネレータ１７の発電電圧を下げて発電休止状態に制御する。
メインコントローラ７０のスイッチ制御部７２は、バッテリコントローラ５５に制御信号を出力し、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をＯＮ状態やＯＦＦ状態に制御する。例えば、スイッチ制御部７２は、電気機器４３の１つであるスタータモータを用いたエンジン初始動時には、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を共にＯＦＦ状態に制御し、鉛バッテリ３２から電気機器４３のスタータモータに電力を供給する。また、スイッチ制御部７２は、スタータモータによるエンジン初始動後に、スタータジェネレータ１７によって鉛バッテリ３２を補充電するため、スイッチＳＷ２をＯＦＦ状態に制御してスイッチＳＷ１をＯＮ状態に制御する。そして、スイッチ制御部７２は、エンジン初始動後における鉛バッテリ３２の補充電が終了すると、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を共にＯＮ状態に制御する。また、後述するように、スイッチ制御部７２は、スタータジェネレータ１７が力行制御される際に、スイッチＳＷ１をＯＦＦ状態に制御する。なお、スイッチ制御部７２は、リチウムイオンバッテリ３１等に異常が発生した場合に、スイッチＳＷ２をＯＦＦ状態に制御する。
メインコントローラ７０のアイドリング制御部７３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７３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１７を始動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。
メインコントローラ７０には、車両前方を撮像するフロントカメラ７６、車両後方の障害物を検出する後側方レーダ７７等が接続されている。メインコントローラ７０の運転制御部７４は、カメラ７６やレーダ７７等の情報に基づいて車両周辺の状況を監視するとともに、周辺状況に応じて車両１１の操舵や加減速を自動的に制御する。つまり、運転制御部７４は、車両周辺状況に応じて各種コントローラに制御信号を出力し、パワーユニット１４、ブレーキアクチュエータ６２およびステアリングアクチュエータ６４等を制御する。なお、メインコントローラ７０が実行する自動運転制御には、運転操作や周辺監視の一部をメインコントローラ７０が行う運転支援制御も含まれる。このような運転支援制御として、例えば、先行車両に追従しながら加減速走行を行うアダプティブクルーズコントロールがあり、走行車線を逸脱させないように車輪２０を操舵する車線維持制御があり、車両前方の障害物に接近した場合に車輪２０を制動する自動ブレーキ制御がある。
［スタータジェネレータの発電制御］
続いて、スタータジェネレータ１７の発電制御について説明する。メインコントローラ７０のＩＳＧ制御部７１は、リチウムイオンバッテリ３１の充電状態Ｓ_ＬｉＢに基づいて、スタータジェネレータ１７の目標発電電圧を設定する。そして、メインコントローラ７０は、目標発電電圧をＩＳＧコントローラ２３に出力し、スタータジェネレータ１７を後述する燃焼発電状態や発電休止状態に制御する。
図４はスタータジェネレータ１７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。例えば、リチウムイオンバッテリ３１の充電状態Ｓ_ＬｉＢが所定の発電閾値を下回る場合には、リチウムイオンバッテリ３１を充電して充電状態Ｓ_ＬｉＢ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１７が発電駆動される。このように、スタータジェネレータ１７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１７の発電電圧が引き上げられ、リチウムイオンバッテリ３１に印加される発電電圧が端子電圧よりも高く調整される。これにより、図４に黒塗りの矢印で示すように、スタータジェネレータ１７から、リチウムイオンバッテリ３１や鉛バッテリ３２等に電流が供給され、リチウムイオンバッテリ３１や鉛バッテリ３２が緩やかに充電される。
図５はスタータジェネレータ１７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３１の充電状態Ｓ_ＬｉＢが所定の休止閾値を上回る場合には、リチウムイオンバッテリ３１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１７の発電駆動が休止される。このように、スタータジェネレータ１７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１７の発電電圧が引き下げられ、リチウムイオンバッテリ３１に印加される発電電圧が端子電圧よりも低く調整される。これにより、図５に黒塗りの矢印で示すように、リチウムイオンバッテリ３１から電気機器群４４に電流が供給されるため、スタータジェネレータ１７の発電駆動を抑制または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。
前述したように、メインコントローラ７０は、充電状態Ｓ_ＬｉＢに基づきスタータジェネレータ１７を燃焼発電状態や発電休止状態に制御しているが、車両１１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必要である。そこで、車両１１減速時には、スタータジェネレータ１７の発電電圧が大きく引き上げられ、スタータジェネレータ１７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１７の発電電力つまり回生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。
このように、スタータジェネレータ１７を回生発電状態に制御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おいては、エンジン１２が燃料カット状態に制御される状況であるため、スタータジェネレータ１７が回生発電状態に制御される。一方、アクセルペダルが踏み込まれる加速走行時や定常走行時においては、エンジン１２が燃料噴射状態に制御される状況であるため、スタータジェネレータ１７は燃焼発電状態や発電休止状態に制御される。
ここで、図６はスタータジェネレータ１７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１７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１７の発電電圧が引き上げられ、リチウムイオンバッテリ３１に印加される発電電圧が端子電圧よりも大きく引き上げられる。これにより、図６に黒塗りの矢印で示すように、スタータジェネレータ１７から、リチウムイオンバッテリ３１や鉛バッテリ３２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３１や鉛バッテリ３２が急速に充電される。また、リチウムイオンバッテリ３１の内部抵抗は、鉛バッテリ３２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３１に供給される。
なお、図４〜図６に示すように、スタータジェネレータ１７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ＯＮ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１７の発電電圧を制御するだけで、リチウムイオンバッテリ３１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３１の充放電を制御することができるとともに、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の耐久性を向上させることができる。
また、図７はスタータジェネレータ１７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、スタータジェネレータ１７を力行状態に制御する際には、スイッチＳＷ１がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えられる。つまり、スタータジェネレータ１７によってエンジン１２を始動回転させる場合や、スタータジェネレータ１７によってエンジン１２をアシスト駆動する場合には、スイッチＳＷ１がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えられる。これにより、電源系５１，５２が互いに切り離されるため、リチウムイオンバッテリ３１からスタータジェネレータ１７に対して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。
［鉛バッテリの異常状態］
続いて、鉛バッテリ３２の異常状態について説明する。図８は鉛バッテリ３２の異常状態の一例を示す図である。まず、前述した図７に示すように、スタータジェネレータ１７を力行状態に制御する際には、スイッチＳＷ１がＯＦＦ状態に切り替えられる。この場合であっても、電気機器群４４には鉛バッテリ３２から電流が供給されることから、電気機器群４４を正常に機能させることができる。しかしながら、図８に矢印αで示すように、鉛バッテリ３２に端子外れ等の異常が発生していた場合には、鉛バッテリ３２から電気機器群４４に電流を供給することができないため、スイッチＳＷ１のＯＦＦ状態への切り替え等を禁止することが必要である。
このような鉛バッテリ３２の端子外れ等を検出する際に、バッテリセンサ４５を用いて鉛バッテリ３２の端子電圧を検出することが考えられるが、図８に示すように、バッテリセンサ４５の電位検出ライン８０が正極ライン３５等に接続されていた場合には、鉛バッテリ３２の端子電圧を適切に検出することが困難である。すなわち、鉛バッテリ３２の正極端子３２ａから正極ライン３５が外れていたとしても、この正極ライン３５にはリチウムイオンバッテリ３１の正極電位が印加されるため、バッテリセンサ４５は正常時と同等の鉛バッテリ３２の端子電圧を検出してしまう。このため、鉛バッテリ３２とリチウムイオンバッテリ３１とが並列接続される電源回路３０においては、バッテリセンサ４５に検出される鉛バッテリ３２の端子電圧に基づいて、端子外れや断線等の異常を検出することが困難であった。
そこで、図３に示すように、メインコントローラ７０には、鉛バッテリ３２に端子外れ等の異常が発生しているか否かを判定する異常判定部７５が設けられている。後述するように、メインコントローラ７０の異常判定部７５は、バッテリセンサ４５から送信される放電電流ｉ_ＰｂＢに基づいて、鉛バッテリ３２に端子外れ等の異常が発生しているか否かを判定する。
［鉛バッテリの異常判定］
鉛バッテリ３２の異常の有無を判定する異常判定処理について説明する。この異常判定処理は、メインコントローラ７０によって所定周期毎に実行される。ここで、図９は異常判定処理の実行手順の一例を示すフローチャートである。
図９に示すように、ステップＳ１０では、スイッチＳＷ１，ＳＷ２が共にＯＮ状態であるか否かが判定される。ステップＳ１０において、スイッチＳＷ１，ＳＷ２がＯＮ状態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３１と鉛バッテリ３２とが並列接続されている場合には、ステップＳ１１に進み、バッテリセンサ４５が正常に機能しているか否かが判定される。
ステップＳ１１において、バッテリセンサ４５が正常であると判定された場合、つまり鉛バッテリ３２の放電電流等が正常に検出されている場合には、ステップＳ１２に進み、鉛バッテリ３２の放電電流ｉ_ＰｂＢが、所定の電流閾値ｉａ以下であるか否かが判定される。ここで、電流閾値ｉａとは、正常時における鉛バッテリ３２の放電電流の最低値よりも小さい電流値である。つまり、電流閾値ｉａとは、電気機器群４４が停止している状態のもとで、鉛バッテリ３２から放電される電流値よりも小さく設定される電流値である。例えば、電流閾値ｉａとして、０Ａを設定しても良く、０Ａの近傍（例えば１００ｍＡ）の電流値を設定しても良い。
すなわち、ステップＳ１２において、放電電流ｉ_ＰｂＢが電流閾値ｉａ以下である状況とは、鉛バッテリ３２から電気機器群４４に電流が流れていない状況、つまり電源回路３０から鉛バッテリ３２が切り離された状況である。このため、ステップＳ１２において、放電電流ｉ_ＰｂＢが電流閾値ｉａ以下である場合には、ステップＳ１３に進み、鉛バッテリ３２に端子外れや断線等の異常が発生していると判定される。
このように、鉛バッテリ３２の放電電流ｉ_ＰｂＢに基づき異常発生の有無を判定したので、リチウムイオンバッテリ３１と鉛バッテリ３２とが並列接続される場合であっても、鉛バッテリ３２の異常発生を適切に検出することが可能である。なお、ステップＳ１０において、スイッチＳＷ１やスイッチＳＷ２がＯＦＦ状態であると判定された場合や、ステップＳ１１において、バッテリセンサ４５が異常であると判定された場合には、鉛バッテリ３２の異常判定を行うことなくルーチンを抜ける。
なお、バッテリセンサ４５には、センサ異常を自己診断する自己診断機能が設けられている。バッテリセンサ４５が異常である場合、つまり鉛バッテリ３２の放電電流、充電電流、端子電圧等を正常に検出できない場合には、異常信号をメインコントローラ７０に向けて送信する。そして、メインコントローラ７０の異常判定部７５は、バッテリセンサ４５からの異常信号を受信した場合には、バッテリセンサ４５に異常が発生していると判定する。また、メインコントローラ７０の異常判定部７５が、バッテリセンサ４５からの放電電流等を正常に受信できない場合にも、バッテリセンサ４５に異常が発生していると判定する。
［鉛バッテリ異常時のフェイルセーフ］
鉛バッテリ３２に異常が発生した場合のフェイルセーフ処理について説明する。このフェイルセーフ処理は、メインコントローラ７０によって所定周期毎に実行される。ここで、図１０はフェイルセーフ処理の実行手順の一例を示すフローチャートである。
図１０に示すように、ステップＳ２０では、鉛バッテリ３２に異常が発生しているか否かが判定される。ステップＳ２０において、鉛バッテリ３２が異常であると判定された場合には、ステップＳ２１に進み、スタータジェネレータ１７の燃焼発電状態に制御する際の実行基準である発電閾値が、発電閾値（第１発電閾値）Ｓ１ａから発電閾値（第２発電閾値）Ｓ２ａに引き上げられる。これにより、リチウムイオンバッテリ３１に多くの電力を蓄えることができるため、電源回路３０から鉛バッテリ３２が外れていた場合であっても、電気機器群４４に印加される電源電圧を安定させることができる。
また、ステップＳ２０において、鉛バッテリ３２が異常であると判定されると、ステップＳ２２に進み、車両１１の自動運転制御が禁止される。つまり、電源回路３０から鉛バッテリ３２が外れている場合には、電気機器群４４の電源電圧が不安定になる虞があるため、アダプティブクルーズコントロール等の自動運転制御を禁止する。これにより、車両１１の信頼性を高めることができる。
さらに、ステップＳ２０において、鉛バッテリ３２が異常であると判定されると、ステップＳ２３に進み、スタータジェネレータ１７によるアシスト制御が禁止され、ステップＳ２４に進み、アイドリングストップ制御が禁止される。つまり、電源回路３０から鉛バッテリ３２が外れている場合には、スイッチＳＷ１をＯＦＦ状態に制御することができないため、スタータジェネレータ１７の力行を伴うアシスト制御やアイドリングストップ制御を禁止する。これにより、車両１１の信頼性を高めることができる。
（発電閾値変更）
以下、ステップＳ２１における発電閾値変更について詳細に説明する。まず、図４に示したように、リチウムイオンバッテリ３１の充電状態Ｓ_ＬｉＢが低下すると、スタータジェネレータ１７は燃焼発電状態に切り替えられる。スタータジェネレータ１７の燃焼発電状態においては、発電電圧がリチウムイオンバッテリ３１の端子電圧よりも上げられ、リチウムイオンバッテリ３１が充電される。一方、図５に示したように、リチウムイオンバッテリ３１の充電状態Ｓ_ＬｉＢが上昇すると、スタータジェネレータ１７は発電休止状態に切り替えられる。スタータジェネレータ１７の発電休止状態においては、発電電圧がリチウムイオンバッテリ３１の端子電圧よりも下げられ、リチウムイオンバッテリ３１の放電が促される。
このように、リチウムイオンバッテリ３１の充電状態Ｓ_ＬｉＢに基づき、スタータジェネレータ１７を燃焼発電状態と発電休止状態とに切り替えるため、充電状態Ｓ_ＬｉＢと比較される発電閾値Ｓ１ａ，Ｓ２ａや休止閾値Ｓ１ｂ，Ｓ２ｂが設定されている。ここで、図１１は鉛バッテリ正常時に設定される発電閾値Ｓ１ａおよび休止閾値Ｓ１ｂの一例を示す図である。図１２は鉛バッテリ異常時に設定される発電閾値Ｓ２ａおよび休止閾値Ｓ２ｂの一例を示す図である。
図１１に符号ａ１で示すように、リチウムイオンバッテリ３１の充電状態Ｓ_ＬｉＢが、所定の発電閾値Ｓ１ａを下回る場合には、スタータジェネレータ１７が燃焼発電状態に制御される。そして、充電によって上昇するリチウムイオンバッテリ３１の充電状態Ｓ_ＬｉＢが、所定の休止閾値Ｓ１ｂに到達すると（符号ａ２）、スタータジェネレータ１７が発電休止状態に制御される。そして、放電によって低下するリチウムイオンバッテリ３１の充電状態Ｓ_ＬｉＢが、発電閾値Ｓ１ａに到達すると（符号ａ３）、再びスタータジェネレータ１７が燃焼発電状態に制御される。その後、リチウムイオンバッテリ３１の充電状態Ｓ_ＬｉＢが休止閾値Ｓ１ｂに到達すると（符号ａ４）、再びスタータジェネレータ１７が発電休止状態に制御される。
このように、鉛バッテリ３２の正常時においては、発電閾値Ｓ１ａや休止閾値Ｓ１ｂが低く設定されている。これにより、リチウムイオンバッテリ３１の充電状態Ｓ_ＬｉＢを低く抑えることができるため、リチウムイオンバッテリ３１の空き容量βを確保することができ、減速走行時には回生機会を逃すことなくスタータジェネレータ１７を回生発電状態に制御することができる。つまり、図１１に符号ｂ１，ｂ２で示すように、回生機会を逃すことなくスタータジェネレータ１７を回生発電状態に制御することができるため、多くの回生電力を確保することができ、車両１１のエネルギー効率を高めることができる。
これに対し、図１２に示すように、鉛バッテリ３２の異常時には、正常時に比べて発電閾値Ｓ２ａや休止閾値Ｓ２ｂが高く設定されている。つまり、鉛バッテリ３２が正常である場合には、発電閾値として第１発電閾値「Ｓ１ａ」が設定される一方、鉛バッテリ３２が異常である場合には、発電閾値として「Ｓ１ａ」よりも大きな第２発電閾値「Ｓ２ａ」が設定される。同様に、鉛バッテリ３２が正常である場合には、休止閾値として第１休止閾値「Ｓ１ｂ」が設定される一方、鉛バッテリ３２が異常である場合には、休止閾値として「Ｓ１ｂ」よりも大きな第２休止閾値「Ｓ２ｂ」が設定される。
これにより、鉛バッテリ３２の異常時においては、図１２に符号ｃ１で示すように、リチウムイオンバッテリ３１の充電状態Ｓ_ＬｉＢが、所定の発電閾値Ｓ２ａを下回ると、スタータジェネレータ１７が燃焼発電状態に制御される。そして、充電によって上昇するリチウムイオンバッテリ３１の充電状態Ｓ_ＬｉＢが、所定の休止閾値Ｓ２ｂに到達すると（符号ｃ２）、スタータジェネレータ１７が発電休止状態に制御される。そして、放電によって低下するリチウムイオンバッテリ３１の充電状態Ｓ_ＬｉＢが、発電閾値Ｓ２ａに到達すると（符号ｃ３）、再びスタータジェネレータ１７が燃焼発電状態に制御される。その後、リチウムイオンバッテリ３１の充電状態Ｓ_ＬｉＢが休止閾値Ｓ２ｂに到達すると（符号ｃ４）、再びスタータジェネレータ１７が発電休止状態に制御される。
このように、鉛バッテリ３２に異常が生じている場合には、正常時よりも発電閾値Ｓ２ａを高く設定したので、リチウムイオンバッテリ３１の充電状態Ｓ_ＬｉＢを高めに維持することができる。これにより、常にリチウムイオンバッテリ３１に対して多くの電力を蓄えておくことができる。このため、電源回路３０から鉛バッテリ３２が外れていた場合であっても、電気機器群４４に印加する電源電圧を安定させることができ、電気機器群４４を正常に機能させて車両１１の信頼性を高めることができる。
（発電休止状態の禁止）
図１３は鉛バッテリ異常時における充電状態Ｓ_ＬｉＢの推移の一例を示す図である。前述の図１２に示した例では、鉛バッテリ３２の異常時において、発電閾値Ｓ２ａや休止閾値Ｓ２ｂを高めることにより、スタータジェネレータ１７が発電休止状態に制御されることを抑制しているが、これに限られることはない。例えば、鉛バッテリ３２に異常が発生していると判定された場合には、スタータジェネレータ１７の発電休止状態を禁止しても良い。この場合には、スタータジェネレータ１７が燃焼発電状態に維持されることになる。すなわち、エンジン動力によってスタータジェネレータ１７が発電駆動され続けるため、図１３に示すように、リチウムイオンバッテリ３１の充電状態Ｓ_ＬｉＢは、１００％およびその近傍を推移することになる。
このように、鉛バッテリ３２が正常である場合には、スタータジェネレータ１７の発電休止状態を許容する一方、鉛バッテリ３２が異常である場合には、スタータジェネレータ１７の発電休止状態を禁止しても良い。このように、鉛バッテリ３２が異常であると判定された場合に、スタータジェネレータ１７の発電休止状態を禁止した場合であっても、常にリチウムイオンバッテリ３１に対して多くの電力を蓄えておくことができる。このため、電源回路３０から鉛バッテリ３２が外れていた場合であっても、電気機器群４４に印加する電源電圧を安定させることができ、電気機器群４４を正常に機能させて車両１１の信頼性を高めることができる。
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、電源回路３０にスイッチＳＷ１，ＳＷ２を設けているが、これに限られることはなく、電源回路３０からスイッチＳＷ１を削減しても良く、電源回路３０からスイッチＳＷ２を削減しても良い。さらに、前述の説明では、リチウムイオンバッテリ３１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３１の負極ライン３９にスイッチＳＷ２を設けても良い。
前述の説明では、第１蓄電体としてリチウムイオンバッテリ３１を採用し、第２蓄電体として鉛バッテリ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、互いに異なる種類の蓄電体に限られることはなく、互いに同じ種類の蓄電体であっても良い。
前述の説明では、発電機として、電動機としても機能するスタータジェネレータ１７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、オルタネータを採用しても良い。また、前述の説明では、メインコントローラ７０に、異常判定部７５，ＩＳＧ制御部７１、アイドリング制御部７３、運転制御部７４を設けているが、これに限られることはない。例えば、他のコントローラや複数のコントローラに、異常判定部７５，ＩＳＧ制御部７１、アイドリング制御部７３、運転制御部７４を設けても良い。
１０ 車両用電源装置
１１ 車両
１２ エンジン
１７ スタータジェネレータ（発電機，発電電動機）
３１ リチウムイオンバッテリ（第１蓄電体）
３２ 鉛バッテリ（第２蓄電体）
４４ 電気機器群
４５ バッテリセンサ（蓄電体センサ）
５１ 第１電源系
５２ 第２電源系
７１ ＩＳＧ制御部（発電制御部，アシスト制御部）
７３ アイドリング制御部
７４ 運転制御部
７５ 異常判定部
ＳＷ１ 第１スイッチ（スイッチ）
ｉ_ＰｂＢ 放電電流
ｉａ 電流閾値
Ｓ_ＬｉＢ 充電状態
Ｓ１ａ 発電閾値（第１閾値）
Ｓ２ａ 発電閾値（第２閾値）
Ｓ１ｂ 休止閾値

Claims (3)

  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発電機、および前記発電機に接続される第１蓄電体、を備える第１電源系と、
    前記第１蓄電体に並列接続される第２蓄電体、および前記第２蓄電体に接続される電気機器群、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、に制御されるスイッチと、
    前記第２蓄電体の負極ラインに設けられ、前記第２蓄電体の電流を検出する蓄電体センサと、
    前記蓄電体センサが正常であり、かつ前記スイッチがオン状態に制御された状態のもとで、前記第２蓄電体の放電電流が電流閾値以下である場合に、前記第２蓄電体が端子外れ又は断線による異常であると判定する異常判定部と、
    前記第１蓄電体の充電状態が発電閾値を下回る場合に、前記発電機の発電電圧を前記第１蓄電体の端子電圧よりも上げる一方、前記第１蓄電体の充電状態が休止閾値を上回る場合に、前記発電機の発電電圧を前記第１蓄電体の端子電圧よりも下げる発電制御部と、
    を有し、
    前記第２蓄電体が正常である場合には、前記前記発電閾値として第１発電閾値が設定され、前記休止閾値として前記第１発電閾値よりも大きな第１休止閾値が設定され、
    前記第２蓄電体が異常である場合には、前記スイッチのオフ状態への制御が禁止され、前記発電閾値として前記第１休止閾値よりも大きな第２発電閾値が設定され、前記休止閾値として前記第２発電閾値よりも大きな第２休止閾値が設定される、
    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、
    前記電流閾値は、前記電気機器群が停止している状態のもとで、前記第２蓄電体から放電される電流値よりも小さく設定される、
    車両用電源装置。
  3. 請求項２に記載の車両用電源装置において、
    前記電流閾値は、１００ｍＡである、
    車両用電源装置。
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