JP7193959B2 - 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１～４参照）。

特開２００４－２５１７４４号公報 特開２００７－２８２３７５号公報 特開２００９－１６６６３２号公報 特開２０１３－１０９８６０号公報

ところで、車両用電源装置の電源供給能力を安定させるためには、蓄電体の過充電や過放電を防止することが必要である。このため、蓄電体には電圧センサが設けられており、コントローラ等によって蓄電体の端子電圧が監視されている。そして、蓄電体の端子電圧が過度に上昇した場合には、発電機の発電電圧が引き下げられる一方、蓄電体の端子電圧が過度に低下した場合には、発電機の発電電圧が引き上げられる。しかしながら、蓄電体に設けられる電圧センサに異常が生じた場合には、蓄電体の端子電圧を把握することができないため、蓄電体の過充電や過放電を招いてしまう虞がある。

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、第１蓄電体と、前記第１蓄電体に接続される電気機器と、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、前記電気機器である電子制御ユニットに設けられ、前記第１蓄電体の端子電圧が限界電圧に達した場合に、前記発電機の発電電圧を制御する発電制御部と、前記第１蓄電体の端子電圧を検出し、前記端子電圧を第１電圧情報として前記発電制御部に送信する第１電圧検出部と、前記電子制御ユニットに設けられ、前記電子制御ユニットの電源電圧を検出し、前記電源電圧を第２電圧情報として前記発電制御部に送信する第２電圧検出部と、を有し、前記発電制御部は、前記第１電圧検出部が正常である場合には、前記第１電圧情報に基づき前記発電機の発電電圧を制御する一方、前記第１電圧検出部が異常である場合には、前記第１蓄電体と前記電子制御ユニットとの間の電圧降下分を前記第２電圧情報に加算し、前記電圧降下分が加算された前記第２電圧情報に基づき前記発電機の発電電圧を制御する。

本発明によれば、発電制御部は、第１電圧検出部が正常である場合には、第１電圧情報に基づき発電機の発電電圧を制御する一方、第１電圧検出部が異常である場合には、第２電圧情報に基づき前記発電機の発電電圧を制御する。これにより、第１電圧検出部に異常が生じた場合であっても、第１蓄電体を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。 鉛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。 フェイルセーフ制御の実行手順の一例を示すフローチャートである。 メインコントローラによる電圧情報Ｄｖ１，Ｄｖ２の受信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。

［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（電流）を検出する電流検出部６６、鉛バッテリ５１の端子電圧（電圧）を検出する電圧検出部（第１電圧検出部）６７、および鉛バッテリ５１の充電状態であるＳＯＣ（State Of Charge）を算出する残量算出部６８、およびセンサ異常を検出する自己診断部６９を有している。バッテリセンサ６５の残量算出部６８は、鉛バッテリ５１の充放電電流や端子電圧等に基づき鉛バッテリ５１のＳＯＣを算出し、このＳＯＣを後述するメインコントローラ８０に送信する。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。

前述したように、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等に基づいて、鉛バッテリ５１のＳＯＣを算出する機能を有している。例えば、鉛バッテリ５１の充放電電流を積算することにより、鉛バッテリ５１のＳＯＣを算出することが可能である。また、鉛バッテリ５１の端子電圧から残存する蓄電量を推定し、鉛バッテリ５１のＳＯＣを算出することが可能である。なお、バッテリセンサ６５は、充放電電流だけに基づきＳＯＣを算出しても良く、端子電圧だけに基づきＳＯＣを算出しても良く、充放電電流と端子電圧との双方に基づきＳＯＣを算出しても良い。また、バッテリセンサ６５は、充放電電流と端子電圧との双方を検出しているが、これに限られることはなく、充放電電流だけを検出しても良く、端子電圧だけを検出しても良い。また、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。

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や端子電圧等に基づいて、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。

前述したように、バッテリコントローラ７５は、リチウムイオンバッテリ５２の充放電電流や端子電圧等に基づいて、リチウムイオンバッテリ５２のＳＯＣを算出する機能を有している。例えば、リチウムイオンバッテリ５２の充放電電流を積算することにより、リチウムイオンバッテリ５２のＳＯＣを算出することが可能である。また、リチウムイオンバッテリ５２の端子電圧から残存する蓄電量を推定し、リチウムイオンバッテリ５２のＳＯＣを算出することが可能である。なお、バッテリコントローラ７５は、充放電電流だけに基づきＳＯＣを算出しても良く、端子電圧だけに基づきＳＯＣを算出しても良く、充放電電流と端子電圧との双方に基づきＳＯＣを算出しても良い。また、バッテリセンサ７６は、充放電電流と端子電圧との双方を検出しているが、これに限られることはなく、充放電電流だけを検出しても良く、端子電圧だけを検出しても良い。

［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には電源部８１が設けられており、電源部８１は通電ライン８２を介して正極ライン６２に接続されている。つまり、メインコントローラ８０は、電気機器群６４を構成する電気機器６３の１つとして設けられている。また、メインコントローラ（電子制御ユニット）８０の電源部８１には、メインコントローラ８０の電源電圧を検出する電圧検出部（第２電圧検出部）８３が設けられている。この電圧検出部８３は、メインコントローラ８０の電源電圧を検出して、メインコントローラ８０内の後述する鉛バッテリ保護制御部９５に送信する機能を有している。

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、後述する鉛バッテリ保護制御を実行する鉛バッテリ保護制御部（発電制御部）９５を有している。この鉛バッテリ保護制御部９５は、後述するフェイルセーフ制御を実行する機能を有している。

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９７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。

［鉛バッテリ保護制御］
続いて、メインコントローラ８０によって実行される鉛バッテリ保護制御について説明する。鉛バッテリ保護制御とは、後述するように、鉛バッテリ５１の端子電圧ＶＰｂに基づき鉛バッテリ５１の過放電や過充電を判定し、鉛バッテリ５１を過放電や過充電から保護する制御である。なお、鉛バッテリ保護制御は、メインコントローラ８０によって所定周期毎に実行される。

図１０は鉛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１０に示すように、ステップＳ１０では、鉛バッテリ５１の端子電圧ＶＰｂが、所定の上限電圧（限界電圧）Ｖｍａｘを上回るか否かが判定される。ステップＳ１０において、端子電圧ＶＰｂが上限電圧Ｖｍａｘを上回ると判定された場合、つまり鉛バッテリ５１が過充電であると判定された場合には、ステップＳ１１に進み、スタータジェネレータ１６の発電電圧の上昇が禁止される。つまり、ステップＳ１１に進んだ場合には、車両減速時の回生発電等によって発電電圧の引き上げが求められたとしても、状況に応じて発電電圧の下降や保持が行われる。

また、ステップＳ１０において、鉛バッテリ５１の端子電圧ＶＰｂが上限電圧Ｖｍａｘ以下であると判定された場合には、ステップＳ１２に進み、鉛バッテリ５１の端子電圧ＶＰｂが所定の下限電圧（限界電圧）Ｖｍｉｎを下回るか否かが判定される。ステップＳ１２において、端子電圧ＶＰｂが下限電圧Ｖｍｉｎを下回ると判定された場合、つまり鉛バッテリ５１が過放電であると判定された場合には、ステップＳ１３に進み、スタータジェネレータ１６の発電電圧の下降が禁止される。つまり、ステップＳ１３に進んだ場合には、リチウムイオンバッテリ５２のＳＯＣの上昇等によって発電電圧の引き下げが求められたとしても、状況に応じて発電電圧の上昇や保持が行われる。

また、ステップＳ１２において、鉛バッテリ５１の端子電圧ＶＰｂが下限電圧Ｖｍｉｎ以上であると判定された場合、つまり鉛バッテリ５１が過充電や過放電ではない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の通常制御が実行される。つまり、ステップＳ１４では、前述した図３～図７に示すように、スタータジェネレータ１６は、リチウムイオンバッテリ５２のＳＯＣ、アイドリングストップ制御の実行状況、またはモータアシスト制御の実行状況に基づいて、燃焼発電状態、発電休止状態、回生発電状態または力行状態に制御される。

このように、鉛バッテリ５１の端子電圧ＶＰｂが上限電圧Ｖｍａｘに達した場合には、スタータジェネレータ１６の発電電圧の上昇が禁止される一方、鉛バッテリ５１の端子電圧ＶＰｂが下限電圧Ｖｍｉｎに達した場合には、スタータジェネレータ１６の発電電圧の下降が禁止される。これにより、鉛バッテリ５１の過充電や過放電を防止することができ、鉛バッテリ５１を保護することができる。

［フェイルセーフ制御］
前述したように、鉛バッテリ保護制御を実行することにより、鉛バッテリ５１は過放電や過充電から保護されている。しかしながら、鉛バッテリ５１の端子電圧ＶＰｂを検出するバッテリセンサ６５に異常が発生した場合には、鉛バッテリ５１の端子電圧ＶＰｂを把握することができないため、鉛バッテリ保護制御を適切に実行することが困難である。そこで、メインコントローラ８０は、バッテリセンサ６５の異常を検出した場合に、鉛バッテリ５１を保護する観点からフェイルセーフ制御を実行する。このフェイルセーフ制御は、メインコントローラ８０によって所定周期毎に実行される。

続いて、鉛バッテリ５１のバッテリセンサ６５に異常が発生した場合のフェイルセーフ制御について説明する。ここで、図１１はフェイルセーフ制御の実行手順の一例を示すフローチャートである。図１１に示すように、ステップＳ２０では、バッテリセンサ６５に異常が発生しているか否かが判定される。なお、ステップＳ２０では、バッテリセンサ６５の自己診断部６９によって異常が検出された場合に、バッテリセンサ６５に異常が発生していると判定される。

ステップＳ２０において、バッテリセンサ６５が異常であると判定された場合には、ステップＳ２１に進み、メインコントローラ８０内の電圧検出部８３より送信される第２電圧情報Ｄｖ２に基づいて、図１０に示した鉛バッテリ保護制御が実行される。一方、ステップＳ２０において、バッテリセンサ６５が正常であると判定された場合には、ステップＳ２２に進み、バッテリセンサ６５より送信される第１電圧情報Ｄｖ１に基づいて、図１０に示した鉛バッテリ保護制御が実行される。

すなわち、バッテリセンサ６５が正常である場合には、第１電圧情報Ｄｖ１に基づきスタータジェネレータ１６の発電電圧が制御される一方、バッテリセンサ６５が異常である場合には、第２電圧情報Ｄｖ２に基づきスタータジェネレータ１６の発電電圧が制御される。これにより、バッテリセンサ６５に異常が発生した場合であっても、第２電圧情報Ｄｖ２つまりメインコントローラ８０の電源電圧を用いて、鉛バッテリ５１の端子電圧ＶＰｂを推定することができるため、鉛バッテリ保護制御を適切に実行することができる。

ここで、図１２はメインコントローラ８０による第１および第２電圧情報Ｄｖ１，Ｄｖ２の受信状況を示す図である。なお、図１２において、図１および図２に示した部品や部材と同様の部品や部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。図１２に示すように、メインコントローラ８０の鉛バッテリ保護制御部９５には、バッテリセンサ６５から第１電圧情報Ｄｖ１が送信されるとともに、コントローラ８０内の電圧検出部８３から第２電圧情報Ｄｖ２が送信される。また、鉛バッテリ保護制御部９５には、バッテリセンサ６５の正常または異常を示す信号が、バッテリセンサ６５の自己診断部６９から送信されている。

そして、鉛バッテリ保護制御部９５は、バッテリセンサ６５が正常であると判定すると、バッテリセンサ６５からの第１電圧情報Ｄｖ１に基づき鉛バッテリ５１の端子電圧ＶＰｂを判定し、この端子電圧ＶＰｂに基づいて前述した鉛バッテリ保護制御を実行する。一方、鉛バッテリ保護制御部９５は、バッテリセンサ６５が異常であると判定すると、コントローラ８０内の電圧検出部８３からの第２電圧情報Ｄｖ２に基づき鉛バッテリ５１の端子電圧ＶＰｂを判定し、この端子電圧ＶＰｂに基づいて前述した鉛バッテリ保護制御を実行する。

すなわち、バッテリセンサ６５によって端子電圧ＶＰｂを適切に検出することができない場合には、鉛バッテリ５１の端子電圧ＶＰｂとして、メインコントローラ８０の電源電圧を用いることにより、鉛バッテリ保護制御を実行している。これにより、バッテリセンサ６５に異常が生じた場合であっても、メインコントローラ８０の電源電圧に基づいて鉛バッテリ保護制御を適切に実行することができ、鉛バッテリ５１を過充電や過放電から保護することができる。このように、バッテリセンサ６５に異常が生じた場合であっても、鉛バッテリ５１を過充電や過放電から保護することができるため、図３～図５に示すように、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオン状態に保持したまま、スタータジェネレータ１６を制御することができる。

また、図１２に矢印αで示すように、鉛バッテリ５１からメインコントローラ８０に電流が流れる過程では電圧が降下するため、第２電圧情報Ｄｖ２は電圧降下分ΔＶだけ第１電圧情報Ｄｖ１より低く検出される。そこで、鉛バッテリ保護制御部９５は、バッテリセンサ６５が異常である場合に、鉛バッテリ５１とメインコントローラ８０との間の電圧降下分ΔＶを第２電圧情報Ｄｖ２に加算し、電圧降下分ΔＶが加算された第２電圧情報Ｄｖ２に基づいて鉛バッテリ保護制御を実行する。つまり、電圧降下分ΔＶが加算された第２電圧情報Ｄｖ２に基づいて、スタータジェネレータ１６の発電電圧の上昇や下降を禁止している。このように、第２電圧情報Ｄｖ２に電圧降下分ΔＶを加算することにより、鉛バッテリ５１の端子電圧ＶＰｂを精度良く推定することができ、鉛バッテリ保護制御をより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。

前述の説明では、バッテリセンサ６５内の自己診断部６９によって、バッテリセンサ６５が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、バッテリセンサ６５によって検出される電圧値が、所定の電圧検出範囲を外れた場合に、バッテリセンサ６５が異常であると判定しても良い。また、前述の説明では、鉛バッテリ保護制御を実行することにより、鉛バッテリ５１を過充電と過放電との双方から保護しているが、これに限られることはない。例えば、鉛バッテリ保護制御を実行することにより、鉛バッテリ５１を過充電のみから保護しても良く、鉛バッテリ保護制御を実行することにより、鉛バッテリ５１を過放電のみから保護しても良い。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
６７ 電圧検出部（第１電圧検出部）
７１ 第１電源系
７２ 第２電源系
８０ メインコントローラ（電気機器，電子制御ユニット）
８３ 電圧検出部（第２電圧検出部）
９１ ＩＳＧ制御部（発電制御部）
９５ 鉛バッテリ保護制御部（発電制御部）
ＶＰｂ 端子電圧
Ｖｍａｘ 上限電圧（限界電圧）
Ｖｍｉｎ 下限電圧（限界電圧）
Ｄｖ１ 第１電圧情報
Ｄｖ２ 第２電圧情報
ΔＶ 電圧降下分

Claims (2)

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機器と、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、
   前記電気機器である電子制御ユニットに設けられ、前記第１蓄電体の端子電圧が限界電圧に達した場合に、前記発電機の発電電圧を制御する発電制御部と、
   前記第１蓄電体の端子電圧を検出し、前記端子電圧を第１電圧情報として前記発電制御部に送信する第１電圧検出部と、
   前記電子制御ユニットに設けられ、前記電子制御ユニットの電源電圧を検出し、前記電源電圧を第２電圧情報として前記発電制御部に送信する第２電圧検出部と、
   を有し、
   前記発電制御部は、
   前記第１電圧検出部が正常である場合には、前記第１電圧情報に基づき前記発電機の発電電圧を制御する一方、
   前記第１電圧検出部が異常である場合には、前記第１蓄電体と前記電子制御ユニットとの間の電圧降下分を前記第２電圧情報に加算し、前記電圧降下分が加算された前記第２電圧情報に基づき前記発電機の発電電圧を制御する、
   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、
   前記限界電圧として、上限電圧と下限電圧とがあり、
   前記発電制御部は、前記第１蓄電体の端子電圧が前記上限電圧に達する場合に、前記発電機の発電電圧の上昇を禁止する一方、前記第１蓄電体の端子電圧が前記下限電圧に達する場合に、前記発電機の発電電圧の下降を禁止する、
   車両用電源装置。

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