JP7133462B2 - 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、蓄電体および発電機からなる電源部が設けられている。電源部を構成する蓄電体としては、鉛バッテリやリチウムイオンバッテリ等が用いられており、電源部を構成する発電機としては、オルタネータやＩＳＧ（Integrated Starter Generator）等が用いられている。また、車両用電源装置には、電源部に接続される電気機器として、各種コントローラや電動アクチュエータ等が設けられている（特許文献１～３参照）。

特開２０１６－２１３９６７号公報 特開２０１５－１７５３１３号公報 特開２０１５－１９６４４７号公報

ところで、電気機器に電力を供給する電源部の出力は、電気機器が取り得る消費電力に基づき設計される。つまり、消費電力の大きなシートヒータ等の電気機器が作動し、電気機器の消費電力が一時的に急増する場合であっても、他の電気機器に対する供給電力が十分に確保されるように、電源部の出力を高く設計することが求められている。しかしながら、電源部の出力を高く設計することは、電源部の大型化や高コスト化を招く要因であるため、電気機器に対する供給電力を確保しつつ、電源部の出力を下げることが求められている。

本発明の目的は、電気機器に対する供給電力を確保しつつ、電源部の出力を下げることにある。

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蓄電体および第１発電機からなる第１電源部と、前記第１電源部に接続される第１電気機器と、を備える第１電源系と、第２蓄電体および第２発電機からなる第２電源部と、前記第２電源部に接続される第２電気機器と、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、電力供給モードとして低電力モードを実行することにより、前記スイッチをオン状態に制御し、前記第１電源部と前記第２電源部との一方から、前記第１電気機器と前記第２電気機器との双方に電力を供給する第１モード制御部と、電力供給モードとして高電力モードを実行することにより、前記スイッチをオフ状態に制御し、前記第１電源部から前記第１電気機器に電力を供給し、前記第２電源部から前記第２電気機器に電力を供給する第２モード制御部と、を有し、前記第２モード制御部は、前記低電力モードが実行された状態のもとで、前記第２電源部の放電電流が閾値を上回る場合に、電力供給モードを前記低電力モードから前記高電力モードに切り替える。

本発明によれば、第２モード制御部は、低電力モードが実行された状態のもとで、第２電源部の放電電流が閾値を上回る場合に、電力供給モードを低電力モードから高電力モードに切り替える。これにより、第１電気機器および第２電気機器に対する供給電力を確保しつつ、第１電源部および第２電源部の出力を下げることができる。

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。 車両用電源装置が備える電源回路および制御系の一例を示す図である。 低電力モードによる電力供給状況の一例を示す図である。 高電力モードによる電力供給状況の一例を示す図である。 低電力モードと高電力モードとの切替状況の一例を示すタイミングチャートである。 電力供給モードの切替手順の一例を示すフローチャートである。 低電力モードによる電力供給状況の他の例を示す図である。 低電力モードによる電力供給状況の他の例を示す図である。 エンジン始動時における電力供給状況の一例を示す図である。 他の実施の形態である車両用電源装置が備える電源回路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、モータジェネレータ１３およびトランスミッション１４を備えたパワートレイン１５が搭載されている。エンジン１２が備えるクランク軸１６の一端側には、ベルト機構１７を介してスタータジェネレータ１８が連結されており、クランク軸１６の他端側には、クラッチ機構１９を介してモータジェネレータ１３が連結されている。また、モータジェネレータ１３にはトランスミッション１４内の変速機構２０が連結されており、変速機構２０にはデファレンシャル機構２１等を介して車輪２２が連結されている。なお、内燃機関であるエンジン１２には、インジェクタや点火装置等のエンジン補機２３が設けられている。

パワートレイン１５に設けられるモータジェネレータ１３には、インバータ３０を介して高電圧バッテリ３１が接続されている。この高電圧バッテリ３１として、例えば、端子電圧が約１００Ｖのリチウムイオンバッテリや鉛バッテリを用いることが可能である。また、高電圧バッテリ３１からモータジェネレータ１３に電力を供給し、モータジェネレータ１３を力行状態に制御することにより、モータ動力によって車輪２２を駆動することができる。さらに、車両減速時には、モータジェネレータ１３を発電状態に制御することにより、モータジェネレータ１３から高電圧バッテリ３１に電力を供給し、高電圧バッテリ３１を充電することができる。

エンジン１２に連結されるスタータジェネレータ１８には、低電圧バッテリ３２が接続されている。この低電圧バッテリ３２として、例えば、端子電圧が約１２Ｖのリチウムイオンバッテリや鉛バッテリを用いることが可能である。また、スタータジェネレータ１８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。例えば、低電圧バッテリ３２の蓄電残量であるＳＯＣが低下した場合には、スタータジェネレータ１８が発電状態に制御される。また、エンジン１２を始動回転させる場合や、発進時や加速時においてエンジン１２を補助する場合には、スタータジェネレータ１８が力行状態に制御される。なお、スタータジェネレータ１８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３３が設けられている。

なお、エンジン１２とモータジェネレータ１３との間には、クラッチ機構１９が設けられている。このクラッチ機構１９を解放することにより、モータジェネレータ１３からエンジン１２を切り離すことができ、モータジェネレータ１３のみを用いて車両１１を走行させることができる。一方、クラッチ機構１９を締結することにより、モータジェネレータ１３にエンジン１２を接続することができ、エンジン１２およびモータジェネレータ１３の双方を用いて車両１１を走行させることができる。

［電源回路］
図１に示すように、モータジェネレータ１３には、インバータ３０を介して高電圧バッテリ３１が接続されている。また、高電圧バッテリ３１には、電圧を変換するコンバータ３４が接続されている。コンバータ３４の正極端子３４ａには正極ライン３５が接続されており、この正極ライン３５には正極ライン３６が接続されている。さらに、正極ライン３６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３７からなる電気機器群３８が接続されている。このように、車両用電源装置１０が備える電源回路３９には、モータジェネレータ１３、インバータ３０、高電圧バッテリ３１、コンバータ３４、および電気機器３７等からなる第１電源系５１が設けられている。つまり、電源回路３９には、モータジェネレータ（第１発電機）１３および高電圧バッテリ（第１蓄電体）３１からなる第１電源部４０と、この第１電源部４０に接続される第１電気機器３７と、を備える第１電源系５１が設けられている。なお、図示する例では、第１電源部４０にコンバータ３４が含まれている。

スタータジェネレータ１８の正極端子１８ａには正極ライン４１が接続されており、低電圧バッテリ３２の正極端子３２ａには正極ライン４２が接続されている。また、正極ライン４１と正極ライン４２とは互いに接続されており、この正極ライン４１，４２の接続点には正極ライン４３が接続されている。さらに、正極ライン４３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４４からなる電気機器群４５が接続されている。このように、車両用電源装置１０が備える電源回路３９には、スタータジェネレータ（第２発電機，発電電動機）１８および低電圧バッテリ（第２蓄電体）３２からなる第２電源部４６と、この第２電源部４６に接続される第２電気機器４４と、を備える第２電源系５２が設けられている。

前述した第１電源系５１と第２電源系５２との間には、第１電源系５１と第２電源系５２とを互いに並列接続する通電ライン４７が設けられている。また、通電ライン４７には、オン状態とオフ状態とに切り替えられるスイッチＳＷが設けられている。このスイッチＳＷをオン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、スイッチＳＷをオフ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。

なお、スイッチＳＷ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ＳＷ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ＳＷ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。また、スイッチＳＷは、リレーやコンタクタ等とも呼ばれている。

［制御系］
図２は車両用電源装置１０が備える電源回路３９および制御系の一例を示す図である。図２に示すように、車両用電源装置１０は、パワートレイン１５や電源回路３９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６０を有している。メインコントローラ６０は、エンジン１２を制御するエンジン制御部６１、モータジェネレータ１３を制御するモータ制御部６２、スタータジェネレータ１８を制御するＩＳＧ制御部６３、コンバータ３４を制御するコンバータ制御部６４、およびスイッチＳＷを制御するスイッチ制御部６５等を有している。また、車両用電源装置１０は、電気機器３７，４４に電力を供給する電力供給モードとして、後述する低電力モードおよび高電力モードを有している。このため、メインコントローラ６０には、低電力モードを実行する第１モード制御部６６が設けられており、高電力モードを実行する第２モード制御部６７が設けられている。

メインコントローラ６０、ＩＳＧコントローラ３３、インバータ３０、コンバータ３４およびエンジン補機２３等は、ＣＡＮやＬＩＮ等の車載ネットワークを介して互いに通信自在に接続されている。また、メインコントローラ６０に接続されるセンサとして、高電圧バッテリ３１のバッテリセンサ７０があり、低電圧バッテリ３２のバッテリセンサ７１がある。メインコントローラ６０には、バッテリセンサ７０から高電圧バッテリ３１の充放電電流やＳＯＣ等が入力されており、バッテリセンサ７１から低電圧バッテリ３２の充放電電流やＳＯＣ等が入力されている。また、メインコントローラ６０には、ＩＳＧコントローラ３３からスタータジェネレータ１８の発電電圧や発電電流等が入力されており、コンバータ３４内の図示しないコントローラからコンバータ３４の放電電圧や放電電流等が入力されている。

高電圧バッテリ３１に設けられるバッテリセンサ７０は、高電圧バッテリ３１の充放電電流、端子電圧、温度、ＳＯＣ等を検出する機能を有している。なお、高電圧バッテリ３１の充電状態であるＳＯＣ（State of Charge）とは、高電圧バッテリ３１の蓄電残量を示す比率であり、高電圧バッテリ３１の満充電容量に対する蓄電量の比率である。例えば、高電圧バッテリ３１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、高電圧バッテリ３１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。

低電圧バッテリ３２に設けられるバッテリセンサ７１は、低電圧バッテリ３２の充放電電流、端子電圧、温度、ＳＯＣ等を検出する機能を有している。なお、低電圧バッテリ３２の充電状態であるＳＯＣ（State of Charge）とは、低電圧バッテリ３２の蓄電残量を示す比率であり、低電圧バッテリ３２の満充電容量に対する蓄電量の比率である。例えば、低電圧バッテリ３２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、低電圧バッテリ３２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。

［低電力モードおよび高電力モード］
続いて、電気機器３７，４４に対する電力供給について説明する。前述したように、電気機器３７，４４に電力を供給する電力供給モードとして、電気機器３７，４４に対する供給電力の少ない低電力モードがあり、電気機器３７，４４に対する供給電力の多い高電力モードがある。ここで、図３は低電力モードによる電力供給状況の一例を示す図であり、図４は高電力モードによる電力供給状況の一例を示す図である。図３および図４には黒塗り矢印を用いて電力の供給状況が示されている。

図３に示すように、低電力モードとは、スイッチＳＷをオン状態に制御し、第１電源系５１の第１電源部４０から、第１電気機器３７と第２電気機器４４との双方に電力を供給する、という制御内容の電力供給モードである。この低電力モードにおいては、メインコントローラ６０からスイッチＳＷにオン指令が出力され、メインコントローラ６０からコンバータ３４に放電指令が出力される。そして、放電指令を受けたコンバータ３４は、所定の目標電圧に向けて放電電圧を制御しながら、第１電気機器３７に電力を供給するとともに、スイッチＳＷを介して第２電気機器４４に電力を供給する。また、低電力モードにおいては、メインコントローラ６０からスタータジェネレータ１８に発電停止指令が出力される。なお、低電力モードにおいては、エンジン１２が停止状態に制御されていても良く、エンジン１２が運転状態に制御されていても良い。

図４に示すように、高電力モードとは、スイッチＳＷをオフ状態に制御し、第１電源系５１の第１電源部４０から第１電気機器３７に電力を供給し、第２電源系５２の第２電源部４６から第２電気機器４４に電力を供給する、という制御内容の電力供給モードである。この高電力モードにおいては、メインコントローラ６０からスイッチＳＷにオフ指令が出力され、メインコントローラ６０からコンバータ３４に放電指令が出力され、メインコントローラ６０からスタータジェネレータ１８に発電指令が出力される。そして、放電指令を受けたコンバータ３４は、所定の目標電圧に向けて放電電圧を制御しながら、第１電気機器３７に電力を供給する。また、発電指令を受けたスタータジェネレータ１８は、所定の目標電圧に向けて発電電圧を制御しながら、第２電気機器４４に電力を供給する。なお、高電力モードにおいては、スタータジェネレータ１８を発電状態に制御するため、エンジン１２が運転状態に制御される。

［電力供給モードの切替制御：タイミングチャート］
続いて、低電力モードと高電力モードとの切替制御について説明する。メインコントローラ６０は、低電圧バッテリ３２の放電電流、スタータジェネレータ１８の発電電流、およびコンバータ３４の放電電流に基づき、低電力モードと高電力モードとを切り替えている。ここで、図５は低電力モードと高電力モードとの切替状況の一例を示すタイミングチャートである。図５には、低電力モードから高電力モードに切り替えられた後に、高電力モードから低電力モードに切り替えられる状況が示されている。なお、図５に示す合計電流ｉＸは、コンバータ３４の放電電流ｉｃ、スタータジェネレータ１８の発電電流ｉｓおよび低電圧バッテリ３２の放電電流ｉｂを、全て合計した電流値である。つまり、合計電流ｉＸとは、第１電源部４０と第２電源部４６との放電電流を合計した電流値であり、電気機器３７，４４の消費電流に相当する電流値である。

図５に時刻ｔ１で示すように、電力供給モードとして低電力モードが設定される場合（符号ａ１）には、スイッチＳＷがオン状態に制御され（符号ｂ１）、コンバータ３４が放電状態に制御され（符号ｃ１）、スタータジェネレータ１８が発電停止状態に制御される（符号ｄ１）。これにより、図３に示すように、コンバータ３４から第１電気機器３７に電力が供給されるとともに、コンバータ３４からスイッチＳＷを介して第２電気機器４４に電力が供給される。このとき、図５に示すように、コンバータ３４から所定の放電電流ｉｃが出力されるのに対し（符号ｅ１）、スタータジェネレータ１８の発電電流ｉｓはゼロに制御され（符号ｆ１）、低電圧バッテリ３２の放電電流ｉｂはほぼゼロになる（符号ｇ１）。

続いて、図５に時刻ｔ２で示すように、シートヒータ等が作動して電気機器３７，４４の消費電力が増加し始めると、電気機器３７，４４に向かうコンバータ３４の放電電流ｉｃが増加する（符号ｅ２）。そして、コンバータ３４の放電電流ｉｃが所定の上限値Ｍ１に到達すると（符号ｅ３）、低電圧バッテリ３２から電気機器３７，４４に電流が流れ始める（符号ｇ２）。つまり、コンバータ３４から電気機器３７，４４への供給電力が不足する場合には、図３に白抜きの矢印αで示すように、低電圧バッテリ３２から電気機器３７，４４に不足分の電力が供給されることになる。

そして、図５に時刻ｔ３で示すように、低電圧バッテリ３２の放電電流ｉｂが所定の閾値ｉ１を上回ると（符号ｇ３）、電力供給モードが高電力モードに切り替えられる（符号ａ２）。つまり、低電圧バッテリ３２の放電電流ｉｂが閾値ｉ１を上回る状況とは、コンバータ３４の放電能力が不足している状況であるため、コンバータ３４を放電させるとともにスタータジェネレータ１８を発電させる高電力モードが実行される。電力供給モードが高電力モードに切り替えられると（符号ａ２）、スイッチＳＷがオフ状態に制御され（符号ｂ２）、コンバータ３４の放電状態を維持したまま（符号ｃ２）、スタータジェネレータ１８が発電状態に制御される（符号ｄ２）。これにより、図４に示すように、コンバータ３４から第１電気機器３７に電力が供給されるとともに、スタータジェネレータ１８から第２電気機器４４に電力が供給される。なお、図５に示すように、スタータジェネレータ１８の発電電流ｉｓが増加すると（符号ｆ２）、低電圧バッテリ３２の放電電流ｉｂはほぼゼロに低下する（符号ｇ４）。

次いで、図５に時刻ｔ４で示すように、シートヒータ等が停止して電気機器３７，４４の消費電力が低下し始めると、電気機器３７に向かうコンバータ３４の放電電流ｉｃが低下し（符号ｅ４）、電気機器４４に向かうスタータジェネレータ１８の発電電流ｉｓが低下する（符号ｆ３）。つまり、電気機器３７，４４の消費電力が低下し始めると、電気機器３７，４４に流れる合計電流ｉＸが低下する（符号ｈ１）。そして、時刻ｔ５で示すように、合計電流ｉＸが所定の閾値ｉ２を下回ると（符号ｈ２）、電力供給モードが低電力モードに切り替えられる（符号ａ３）。つまり、合計電流ｉＸが閾値ｉ２を下回る状況とは、電気機器３７，４４の消費電力をコンバータ３４単独で供給可能な状況であるため、スタータジェネレータ１８を発電停止状態に制御する低電力モードが実行される。この低電力モードにおいては、スイッチＳＷがオン状態に制御され（符号ｂ３）、コンバータ３４の放電状態を維持したまま（符号ｃ３）、スタータジェネレータ１８が発電状態に制御される（符号ｄ３）。

［電力供給モードの切替制御：フローチャート］
続いて、前述した電力供給モードの切替制御をフローチャートに沿って説明する。図６は電力供給モードの切替手順の一例を示すフローチャートである。なお、図６に記載される「ＩＳＧ」は、スタータジェネレータ１８である。

図６に示すように、ステップＳ１０では、電力供給モードとして低電力モードが実行される。この低電力モードにおいては、スイッチＳＷがオン状態に制御され、コンバータ３４が放電状態に制御され、スタータジェネレータ１８が発電停止状態に制御される。続くステップＳ１１では、低電圧バッテリ３２の放電電流ｉｂが所定の閾値ｉ１を上回るか否かが判定される。ステップＳ１１において、低電圧バッテリ３２の放電電流ｉｂが閾値ｉ１以下であると判定された場合には、コンバータ３４から電気機器３７，４４に供給される電流が十分であることから、ステップＳ１０に進み、コンバータ３４から電力を供給する低電力モードが維持される。

一方、ステップＳ１１において、低電圧バッテリ３２の放電電流ｉｂが閾値ｉ１を上回ると判定された場合には、低電圧バッテリ３２から電気機器３７，４４に不足分の電流が供給される状況であるため、ステップＳ１２に進み、電力供給モードとして高電力モードが実行される。この高電力モードにおいては、スイッチＳＷがオフ状態に制御され、コンバータ３４が放電状態に制御され、スタータジェネレータ１８が発電状態に制御される。続くステップＳ１３では、電源部４０，４６から供給される合計電流ｉｘが所定の閾値ｉ２を下回るか否かが判定される。ステップＳ１３において、合計電流ｉｘが閾値ｉ２以上であると判定された場合には、コンバータ３４単独で電気機器３７，４４の消費電力を賄うことが困難であるため、コンバータ３４およびスタータジェネレータ１８から電力を供給する高電力モードが維持される。

一方、ステップＳ１３において、合計電流ｉｘが閾値ｉ２を下回ると判定された場合には、コンバータ３４単独で電気機器３７，４４の消費電力を賄うことが可能であるため、ステップＳ１４に進み、スタータジェネレータ１８を発電停止状態に制御する低電力モードが実行される。この低電力モードにおいては、スイッチＳＷがオン状態に制御され、コンバータ３４が放電状態に制御され、スタータジェネレータ１８が発電停止状態に制御される。

［まとめ］
これまで説明したように、電気機器３７，４４の消費電力が少ない場合には、電力供給モードとして低電力モードが実行され、コンバータ３４から電気機器３７，４４に電力が供給される。一方、電気機器３７，４４の消費電力が多い場合には、電力供給モードとして高電力モードが実行され、コンバータ３４から電気機器３７に電力が供給されるとともに、スタータジェネレータ１８から電気機器４４に電力が供給される。このように、電気機器３７，４４の消費電力が多い場合には、コンバータ３４およびスタータジェネレータ１８の双方から電力を供給することにより、コンバータ３４およびスタータジェネレータ１８の電力供給能力を下げることができる。つまり、コンバータ３４の放電能力を下げることができ、コンバータ３４の低コスト化や小型化を達成することができる。また、スタータジェネレータ１８の発電能力を下げることができ、スタータジェネレータ１８の低コスト化や小型化を達成することができる。すなわち、電気機器３７，４４に対する供給電力を確保しつつ、電源部４０，４６の電力供給能力である出力を下げることができ、電源部４０，４６の低コスト化や小型化を達成することができる。

しかも、低電力モードが実行された状態のもとで、低電圧バッテリ３２の放電電流ｉｂが閾値ｉ１を上回る場合に、電力供給モードを低電力モードから高電力モードに切り替えている。これにより、低電力モードにおいて電力が不足する状況を適切に検出することができ、低電力モードから高電力モードに適切に切り替えることができる。また、高電力モードが実行された状態のもとで、電源部４０，４６から放電される合計電流ｉＸが閾値ｉ２を下回る場合に、電力供給モードを高電力モードから低電力モードに切り替えている。これにより、高電力モードにおいて電力が余る状況を適切に検出することができ、高電力モードから低電力モードに適切に切り替えることができる。

また、高電力モードにおいては、スイッチＳＷをオフ状態に制御することにより、コンバータ３４から電気機器３７に電力を供給する回路と、スタータジェネレータ１８から電気機器４４に電力を供給する回路と、を互いに切り離している。つまり、第１電源系５１と第２電源系５２とを互いに切り離すことにより、コンバータ３４の放電電圧とスタータジェネレータ１８の発電電圧とを分けて制御することができ、コンバータ３４およびスタータジェネレータ１８を簡単に制御することができる。すなわち、第１電源系５１と第２電源系５２とが接続される状況において、コンバータ３４とスタータジェネレータ１８との双方から電気機器３７，４４に電力を供給するためには、コンバータ３４の放電電圧とスタータジェネレータ１８の発電電圧とを互いに合わせる必要があるが、このような電圧制御を回避することができる。

［他の実施形態：低電力モードおよび高電力モード］
図３および図４に示すように、低電力モードおよび高電力モードにおいては、コンバータ３４を放電状態に制御することにより、高電圧バッテリ３１に蓄えられた電力を電気機器３７，４４に供給している。このため、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが低下していた場合には、コンバータ３４から電気機器３７，４４に電力を供給することが困難である。そこで、低電力モードおよび高電力モードにおいて、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが低下した場合には、エンジン動力によってモータジェネレータ１３を発電状態に制御することにより、モータジェネレータ１３によって高電圧バッテリ３１が充電される。

図７は低電力モードによる電力供給状況の他の例を示す図である。図７には黒塗り矢印を用いて電力の供給状況が示されている。図７に示すように、低電力モードにおいて高電圧バッテリ３１のＳＯＣが低下した場合には、メインコントローラ６０からエンジン補機２３に向けて回転上昇指令が出力され、メインコントローラ６０からインバータ３０に向けて発電指令が出力される。これらの指令に基づき、エンジン補機２３はエンジン回転数を上昇させるように制御され、インバータ３０はモータジェネレータ１３を発電させるように制御される。これにより、モータジェネレータ１３によって高電圧バッテリ３１を充電することができ、コンバータ３４から電気機器３７，４４に対する電力供給を継続するこができる。

なお、図７に示した例では、低電力モードにおいて、モータジェネレータ１３を発電状態に制御しているが、これに限られることはない。例えば、高電力モードにおいて、高電圧バッテリ３１のＳＯＣが低下した場合に、モータジェネレータ１３を発電状態に制御しても良い。また、エンジン１２によってモータジェネレータ１３を駆動する際には、クラッチ機構１９が締結状態に制御されることはいうまでもない。

［他の実施形態：低電力モード］
図３に示した例では、低電力モードにおいて、コンバータ３４から第１電気機器３７に電力を供給するとともに、コンバータ３４からスイッチＳＷを介して第２電気機器４４に電力を供給しているが、これに限られることはない。ここで、図８は低電力モードによる電力供給状況の他の例を示す図である。図８には黒塗り矢印を用いて電力の供給状況が示されている。

図８に示すように、低電力モードにおいて、スタータジェネレータ１８から第２電気機器４４に電力を供給するとともに、スタータジェネレータ１８からスイッチＳＷを介して第１電気機器３７に電力を供給しても良い。この低電力モードにおいては、メインコントローラ６０からスイッチＳＷにオン指令が出力され、メインコントローラ６０からスタータジェネレータ１８に発電指令が出力される。そして、発電指令を受けたスタータジェネレータ１８は、所定の目標電圧に向けて発電電圧を制御しながら、電気機器群４５の第２電気機器４４に電力を供給するとともに、スイッチＳＷを介して電気機器群３８の第１電気機器３７に電力を供給する。また、低電力モードにおいては、メインコントローラ６０からコンバータ３４に放電停止指令が出力される。なお、図８に示す低電力モードにおいては、エンジン１２が運転状態に制御される。

このように、スタータジェネレータ１８を発電させる低電力モードにおいても、前述したように、低電圧バッテリ３２の放電電流ｉｂが所定の閾値ｉ１を上回る場合には、図４に示すように、電力供給モードが高電力モードに切り替えられる。つまり、スタータジェネレータ１８から電気機器３７，４４への供給電力が不足する場合には、図８に白抜きの矢印αで示すように、低電圧バッテリ３２から電気機器３７，４４に不足分の電力が供給されることになる。このため、低電圧バッテリ３２の放電電流ｉｂが閾値ｉ１を上回る場合には、スタータジェネレータ１８の発電能力が不足している状況であることから、スタータジェネレータ１８を発電させるとともにコンバータ３４を放電させる高電力モードが実行される。

［エンジン始動時のスイッチ制御］
前述したように、第１電源系５１と第２電源系５２との間には、第１電源系５１と第２電源系５２とを切り離すためのスイッチＳＷが設けられている。このスイッチＳＷは、スタータジェネレータ１８によってエンジン１２を始動回転させる際に、第１電気機器３７を正常に機能させる観点からオフ状態に制御される。ここで、図９はエンジン始動時における電力供給状況の一例を示す図であり、図９には黒塗り矢印を用いて電力の供給状況が示されている。

図９に示すように、スタータジェネレータ１８によってエンジン１２を始動回転させる場合には、メインコントローラ６０からコンバータ３４に放電指令が出力され、メインコントローラ６０からスイッチＳＷにオフ指令が出力され、メインコントローラ６０からスタータジェネレータ１８に力行指令が出力される。このように、スタータジェネレータ１８を力行状態に制御するエンジン始動時には、スイッチＳＷがオフ状態に切り替えられ、第１電源系５１と第２電源系５２とが互いに切り離される。これにより、クランキングに伴ってスタータジェネレータ１８の消費電力が急増する場合であっても、第１電源系５１からスタータジェネレータ１８に電力が流れることはなく、第１電源系５１の第１電気機器３７に対する瞬間的な電圧低下を防止することができ、第１電気機器３７を正常に機能させることができる。

また、図９に示した例において、第１電源系５１に設けられる第１電気機器３７は、エンジン始動時に作動状態が維持される電気機器である。この電気機器３７として、インストルメントパネル、各種コントローラ、ブレーキアクチュエータ、ステアリングアクチュエータ等が挙げられる。一方、第２電源系５２に設けられる第２電気機器４４は、エンジン始動時に停止状態が許容される電気機器である。この電気機器４４として、シートヒータ、ドアミラーモータ、パワーウィンドウモータ、ラジエータファンモータ等が挙げられる。

［他の実施形態：エンジン始動時のスイッチ制御］
図９に示した例では、第１電気機器３７として、エンジン始動時に作動状態が維持される電気機器が設けられる一方、第２電気機器４４として、エンジン始動時に停止状態が許容される電気機器が設けられるが、これに限られることはない。例えば、第１電気機器３７および第２電気機器４４として、エンジン始動時の作動状態を維持する電気機器が設けられていても良い。ここで、図１０は他の実施の形態である車両用電源装置８０が備える電源回路８１の一例を示す図である。また、図１０には黒塗り矢印を用いてエンジン始動時における電力供給状況が示されている。なお、図１０において、図２に示した部材や部品と同様の部材や部品については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１０に示すように、車両用電源装置８０が備える電源回路８１には、モータジェネレータ（第１発電機）１３および高電圧バッテリ（第１蓄電体）３１からなる第１電源部４０と、この第１電源部４０に接続される第１電気機器３７と、を備える第１電源系５１が設けられている。また、車両用電源装置８０が備える電源回路８１には、スタータジェネレータ（第２発電機，発電電動機）１８および低電圧バッテリ（第２蓄電体）３２からなる第２電源部４６と、この第２電源部４６に接続される第２電気機器４４と、を備える第２電源系５２が設けられている。さらに、第１電気機器３７および第２電気機器４４として、エンジン始動時の作動状態を維持する電気機器が設けられている。

また、第１電源系５１と第２電源系５２との間には、オン状態とオフ状態とに切り替えられるスイッチ（第１スイッチ）ＳＷが設けられている。さらに、第２電源系５２を構成する第２電源部４６と第２電気機器４４との間には、オン状態とオフ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。なお、スイッチＳＷ，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。

図１０に示すように、スタータジェネレータ１８によってエンジン１２を始動回転させる場合には、メインコントローラ６０からコンバータ３４に放電指令が出力され、メインコントローラ６０からスイッチＳＷにオン指令が出力され、メインコントローラ６０からスイッチＳＷ２にオフ指令が出力され、メインコントローラ６０からスタータジェネレータ１８に力行指令が出力される。このように、スタータジェネレータ１８を力行状態に制御するエンジン始動時には、スイッチＳＷがオン状態に制御されてスイッチＳＷ２がオフ状態に制御され、スタータジェネレータ１８から電気機器３７，４４が切り離される。これにより、エンジン始動時にスタータジェネレータ１８の消費電力が急増する場合であっても、電気機器３７，４４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３７，４４を正常に機能させることができる。

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。図示する例では、第１蓄電体の電圧が第２蓄電体の電圧よりも高いことから、第１電源部４０に直流電力を降圧するコンバータ３４を設けているが、これに限られることはなく、第１電源部４０にコンバータ３４が含まれていない場合であっても、本発明を有効に適用することができる。この場合には、第１蓄電体と第２蓄電体とが直接的に並列接続されるため、第１蓄電体と第２蓄電体との電圧差が所定範囲に収まるように設計される。

前述の説明では、第１蓄電体として、端子電圧が約１００Ｖのリチウムイオンバッテリや鉛バッテリを用いているが、これに限られることはない。例えば、第１蓄電体として、端子電圧が１００Ｖ以外の蓄電体を用いても良く、第１蓄電体として、キャパシタや他形式のバッテリを用いても良い。同様に、第２蓄電体として、端子電圧が約１２Ｖのリチウムイオンバッテリや鉛バッテリを用いているが、これに限られることはない。例えば、第２蓄電体として、端子電圧が１２Ｖ以外の蓄電体を用いても良く、第２蓄電体として、キャパシタや他形式のバッテリを用いても良い。

前述の説明では、第１発電機として、発電機および電動機として機能するモータジェネレータ１３を用いているが、これに限られることはなく、第１発電機として、発電機としてのみ機能するジェネレータを用いても良い。同様に、第２発電機として、発電機および電動機として機能するスタータジェネレータ１８を用いているが、これに限られることはなく、第２発電機として、発電機としてのみ機能するジェネレータを用いても良い。

図９に示した例では、スタータジェネレータ１８を力行させるエンジン始動時にスイッチＳＷをオフ状態に制御し、図１０に示した例では、スタータジェネレータ１８を力行させるエンジン始動時にスイッチＳＷ２をオフ状態に制御しているが、これに限られることはない。例えば、消費電力の大きな他の電動アクチュエータが作動する際に、電気機器３７や電気機器４４に対する瞬間的な電圧低下を回避する観点から、スイッチＳＷやスイッチＳＷ２をオフ状態に制御しても良い。

前述の説明では、メインコントローラ６０に、エンジン制御部６１、モータ制御部６２、ＩＳＧ制御部６３、コンバータ制御部６４、スイッチ制御部６５、第１モード制御部６６および第２モード制御部６７を設けているが、これに限られることはない。例えば、各制御部６１～６７を他のコントローラに設けても良く、各制御部６１～６７を複数のコントローラに分けて設けても良い。

１０ 車両用電源装置
１１ 車両
１２ エンジン
１３ モータジェネレータ（第１発電機）
１８ スタータジェネレータ（第２発電機，発電電動機）
３１ 高電圧バッテリ（第１蓄電体）
３２ 低電圧バッテリ（第２蓄電体）
３４ コンバータ
３７ 電気機器（第１電気機器）
４０ 第１電源部
４４ 電気機器（第２電気機器）
４６ 第２電源部
５１ 第１電源系
５２ 第２電源系
６６ 第１モード制御部
６７ 第２モード制御部
８０ 車両用電源装置
ｉｂ 放電電流
ｉ１ 閾値
ｉＸ 合計電流
ｉ２ 閾値
ＳＷ スイッチ（第１スイッチ）
ＳＷ２ スイッチ（第２スイッチ）

Claims (5)

1. 車両に搭載される車両用電源装置であって、
   第１蓄電体および第１発電機からなる第１電源部と、前記第１電源部に接続される第１電気機器と、を備える第１電源系と、
   第２蓄電体および第２発電機からなる第２電源部と、前記第２電源部に接続される第２電気機器と、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、
   電力供給モードとして低電力モードを実行することにより、前記スイッチをオン状態に制御し、前記第１電源部と前記第２電源部との一方から、前記第１電気機器と前記第２電気機器との双方に電力を供給する第１モード制御部と、
   電力供給モードとして高電力モードを実行することにより、前記スイッチをオフ状態に制御し、前記第１電源部から前記第１電気機器に電力を供給し、前記第２電源部から前記第２電気機器に電力を供給する第２モード制御部と、
   を有し、
   前記第２モード制御部は、前記低電力モードが実行された状態のもとで、前記第２電源部の放電電流が閾値を上回る場合に、電力供給モードを前記低電力モードから前記高電力モードに切り替える、
   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、
   前記第１モード制御部は、前記高電力モードが実行された状態のもとで、前記第１電源部の放電電流と前記第２電源部の放電電流との合計電流が閾値を下回る場合に、電力供給モードを前記高電力モードから前記低電力モードに切り替える、
   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、
   前記第１蓄電体の電圧は、前記第２蓄電体の電圧よりも高く、
   前記第１電源部には、電圧を変換するコンバータが設けられる、
   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発電機は、エンジン始動時に力行状態に制御される発電電動機であり、
   前記第１電気機器は、エンジン始動時に作動状態が維持される電気機器であり、
   前記第２電気機器は、エンジン始動時に停止状態が許容される電気機器であり、
   前記スイッチは、エンジン始動時にオフ状態に制御される、
   車両用電源装置。
5. 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発電機は、エンジン始動時に力行状態に制御される発電電動機であり、
   前記スイッチは、第１スイッチであり、
   前記第２電源部と前記第２電気機器との間には、オン状態とオフ状態とに切り替えられる第２スイッチが設けられ、
   前記第１スイッチは、エンジン始動時にオン状態に制御され、
   前記第２スイッチは、エンジン始動時にオフ状態に制御される、
   車両用電源装置。

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