JP7277253B2 - 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）等の発電電動機が設けられている（特許文献１～３参照）。また、車両用電源装置には、蓄電体や発電電動機等の接続状態を制御するため、半導体等からなるスイッチが設けられている。
ところで、車両用電源装置内のスイッチが故障した場合、例えばオン状態で動作不能になるオン固着がスイッチに発生した場合には、車両用電源装置を適切に機能させることが困難である。このため、スイッチが故障状態であるか否かを判定することが求められている。
本発明の目的は、スイッチの故障状態を判定することにある。
本発明の車両用電源装置は、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電動機と、前記発電電動機に接続される第１蓄電体と、を備える第１電源系と、前記第１蓄電体よりも高電圧の第２蓄電体を備える第２電源系と、前記第１電源系に接続される低電圧端子と、前記第２電源系に接続される高電圧端子と、を備える電力変換機器と、前記第１電源系と前記低電圧端子とを接続するオン状態と、前記第１電源系と前記低電圧端子とを切り離すオフ状態と、に制御されるスイッチと、前記低電圧端子と前記スイッチとを互いに接続し、蓄電体を含まない電気機器群が接続される正極ラインと、前記第１電源系と前記低電圧端子との電位差に基づいて、前記スイッチがオン状態で動作不能な故障状態であるか否かを判定する故障判定部と、を有し、電源制御モードとして、前記スイッチがオン状態に制御され、前記電力変換機器が放電状態に制御され、かつ前記エンジン運転中に前記発電電動機が発電を停止する停止状態に制御される、放電モードがあり、電源制御モードとして、前記スイッチがオフ状態に制御され、前記電力変換機器が放電状態に制御され、かつ前記発電電動機が力行状態に制御されて前記エンジンを始動回転させる、再始動モードがあり、前記故障判定部は、電源制御モードが前記放電モードから前記再始動モードに切り替えられる過程であって、かつ前記エンジン停止を伴うモータ走行モードまたはアイドリングストップの実行前に、前記スイッチをオフ状態に制御するオフ信号を出力し、前記低電圧端子から第１電圧で放電させる放電状態に前記電力変換機器を制御し、かつ前記発電電動機を前記第１電圧と異なる第２電圧で発電させる発電状態に制御した状態のもとで、前記電位差が閾値を下回る場合に前記スイッチがオン状態で動作不能な故障状態であると判定する。
本発明によれば、スイッチをオフ状態に制御するオフ信号を出力し、低電圧端子から第１電圧で放電させる放電状態に電力変換機器を制御し、かつ発電電動機を第１電圧と異なる第２電圧で発電させる発電状態に制御した状態のもとで、第１電源系と低電圧端子との電位差が閾値を下回る場合にスイッチがオン状態で動作不能な故障状態であると判定する。これにより、スイッチの故障状態を判定することができる。
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。
［パワートレイン］
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に搭載されるパワートレイン１２には、動力源としてエンジン１３およびモータジェネレータ１４が設けられている。また、パワートレイン１２には、プライマリプーリ１５およびセカンダリプーリ１６からなる無段変速機１７が設けられている。プライマリプーリ１５の一方側には、前後進切替機構１８およびトルクコンバータ１９を介してエンジン１３が連結されており、プライマリプーリ１５の他方側には、モータジェネレータ１４のロータ２０が連結されている。また、セカンダリプーリ１６には、車輪出力軸２１やデファレンシャル機構２２等を介して車輪２３が連結されている。なお、前後進切替機構１８は、前進クラッチ２４、後退ブレーキおよび遊星歯車列等によって構成される。
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に搭載されるパワートレイン１２には、動力源としてエンジン１３およびモータジェネレータ１４が設けられている。また、パワートレイン１２には、プライマリプーリ１５およびセカンダリプーリ１６からなる無段変速機１７が設けられている。プライマリプーリ１５の一方側には、前後進切替機構１８およびトルクコンバータ１９を介してエンジン１３が連結されており、プライマリプーリ１５の他方側には、モータジェネレータ１４のロータ２０が連結されている。また、セカンダリプーリ１６には、車輪出力軸２１やデファレンシャル機構２２等を介して車輪２３が連結されている。なお、前後進切替機構１８は、前進クラッチ２４、後退ブレーキおよび遊星歯車列等によって構成される。
［走行モード］
図２（Ａ）および（Ｂ）は、走行モードの実行例を示す概略図である。図示する車両１１は、走行モードとして、モータ走行モードおよびパラレル走行モードを備えている。モータ走行モードは、エンジン１３を停止させてモータジェネレータ１４を駆動する走行モードであり、パラレル走行モードは、エンジン１３とモータジェネレータ１４との双方を駆動する走行モードである。図２（Ａ）に示すように、車両１１をモータ走行モードで走行させる際には、前後進切替機構１８の前進クラッチ２４が解放され、車輪２３からエンジン１３が切り離される。これにより、エンジン１３を停止させた状態のもとで、モータジェネレータ１４を駆動することができ、モータ動力によって車輪２３を駆動することができる。また、図２（Ｂ）に示すように、車両１１をパラレル走行モードで走行させる際には、前後進切替機構１８の前進クラッチ２４が締結され、車輪２３に対してエンジン１３が接続される。これにより、エンジン動力およびモータ動力によって車輪２３を駆動することができる。
図２（Ａ）および（Ｂ）は、走行モードの実行例を示す概略図である。図示する車両１１は、走行モードとして、モータ走行モードおよびパラレル走行モードを備えている。モータ走行モードは、エンジン１３を停止させてモータジェネレータ１４を駆動する走行モードであり、パラレル走行モードは、エンジン１３とモータジェネレータ１４との双方を駆動する走行モードである。図２（Ａ）に示すように、車両１１をモータ走行モードで走行させる際には、前後進切替機構１８の前進クラッチ２４が解放され、車輪２３からエンジン１３が切り離される。これにより、エンジン１３を停止させた状態のもとで、モータジェネレータ１４を駆動することができ、モータ動力によって車輪２３を駆動することができる。また、図２（Ｂ）に示すように、車両１１をパラレル走行モードで走行させる際には、前後進切替機構１８の前進クラッチ２４が締結され、車輪２３に対してエンジン１３が接続される。これにより、エンジン動力およびモータ動力によって車輪２３を駆動することができる。
これらの走行モードを選択する際には、車両１１に対する要求駆動力や後述する高電圧バッテリ５０のＳＯＣに基づき決定される。例えば、高電圧バッテリ５０のＳＯＣが所定値を上回り、かつアクセルペダルの踏み込み量が少なく要求駆動力が小さい場合には、走行モードとしてモータ走行モードが選択される。一方、高電圧バッテリ５０のＳＯＣが所定値を下回る場合や、アクセルペダルの踏み込み量が多く要求駆動力が大きい場合には、走行モードとしてパラレル走行モードが選択される。なお、前述の説明では、エンジン１３を駆動する走行モードとしてパラレル走行モードを例示しているが、これに限られることはない。例えば、モータジェネレータ１４を空転させることや、モータジェネレータ１４をプライマリプーリ１５から切り離して停止させることにより、エンジン１３だけを駆動するエンジン走行モードを実行しても良い。
［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３は電源回路３０および制御系を簡単に示した図である。図１および図３に示すように、電源回路３０は、低電圧バッテリ（第１蓄電体）４０を備えた低電圧系（第１電源系）４１と、低電圧バッテリ４０よりも高電圧の高電圧バッテリ（第２蓄電体）５０を備えた高電圧系（第２電源系）５１と、を有している。なお、低電圧系４１を構成する低電圧バッテリ４０として、例えば、端子電圧が約１２Ｖの鉛バッテリを用いることができ、高電圧系５１を構成する高電圧バッテリ５０として、例えば、端子電圧が約１１８Ｖのリチウムイオンバッテリを用いることができる。
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３は電源回路３０および制御系を簡単に示した図である。図１および図３に示すように、電源回路３０は、低電圧バッテリ（第１蓄電体）４０を備えた低電圧系（第１電源系）４１と、低電圧バッテリ４０よりも高電圧の高電圧バッテリ（第２蓄電体）５０を備えた高電圧系（第２電源系）５１と、を有している。なお、低電圧系４１を構成する低電圧バッテリ４０として、例えば、端子電圧が約１２Ｖの鉛バッテリを用いることができ、高電圧系５１を構成する高電圧バッテリ５０として、例えば、端子電圧が約１１８Ｖのリチウムイオンバッテリを用いることができる。
また、低電圧系４１と高電圧系５１との間には、高電圧系５１から低電圧系４１に電力を供給するコンバータ（電力変換機器）６０が設けられている。このコンバータ６０には、低電圧系４１に接続される正極端子（低電圧端子）６１ａおよび負極端子６１ｂが設けられており、高電圧系５１に接続される正極端子（高電圧端子）６２ａおよび負極端子６２ｂが設けられている。また、コンバータ６０の正極端子６１ａには、スイッチングダイオード（スイッチ）６３を介して低電圧系４１が接続されている。さらに、コンバータ６０の正極端子６１ａとスイッチングダイオード６３とを接続する正極ライン６４には、正極ライン６５を介して複数の電気機器６６からなる電気機器群６７が接続されている。なお、電気機器６６として、横滑り防止装置、電動パワーステアリング装置およびオーディオ装置等が設けられている。
電源回路３０の低電圧系４１は、低電圧バッテリ４０、スタータジェネレータ４２およびスタータモータ４３等によって構成されている。低電圧バッテリ４０の正極端子４０ａには正極ライン４４が接続されており、スタータジェネレータ４２の正極端子４２ａには正極ライン４５が接続されており、スタータモータ４３の正極端子４３ａには正極ライン４６が接続されている。これらの正極ライン４４～４６は互いに接続されており、スタータモータ４３の正極ライン４６にはスタータリレー４７が設けられている。また、低電圧系４１の正極ライン４４～４６には、正極ライン４８を介してスイッチングダイオード６３が接続されている。
電源回路３０の高電圧系５１は、高電圧バッテリ５０およびインバータ５２等によって構成されている。高電圧バッテリ５０の正極端子５０ａには正極ライン５３が接続されており、インバータ５２の正極端子５２ａには正極ライン５４が接続されており、コンバータ６０の正極端子６２ａには正極ライン５５が接続されている。これらの正極ライン５３～５５は、互いに接続されている。また、高電圧バッテリ５０の負極端子５０ｂには負極ライン５６が接続されており、インバータ５２の負極端子５２ｂには負極ライン５７が接続されており、コンバータ６０の負極端子６２ｂには負極ライン５８が接続されている。これらの負極ライン５６～５８は、互いに接続されている。
［低電圧系］
低電圧系４１に設けられるスタータジェネレータ（発電電動機）４２は、ベルト機構７０を介してエンジン１３のクランク軸７１に連結されている。このスタータジェネレータ４２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４２は、エンジン動力を用いて発電する発電機として機能するだけでなく、クランク軸７１を始動回転させる電動機として機能する。また、スタータジェネレータ４２は、ステータコイルを備えたステータ７２と、フィールドコイルを備えたロータ７３と、を有している。さらに、スタータジェネレータ４２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７４が設けられている。
低電圧系４１に設けられるスタータジェネレータ（発電電動機）４２は、ベルト機構７０を介してエンジン１３のクランク軸７１に連結されている。このスタータジェネレータ４２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４２は、エンジン動力を用いて発電する発電機として機能するだけでなく、クランク軸７１を始動回転させる電動機として機能する。また、スタータジェネレータ４２は、ステータコイルを備えたステータ７２と、フィールドコイルを備えたロータ７３と、を有している。さらに、スタータジェネレータ４２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７４が設けられている。
ＩＳＧコントローラ７４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４２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。つまり、スタータジェネレータ４２は、エンジン動力によって発電を行う発電状態、発電を停止する停止状態、またはエンジン１３をクランキングする力行状態に制御することが可能である。また、ＩＳＧコントローラ７４は、スタータジェネレータ４２の発電電流ｉｉｓｇおよび発電電圧ｖｉｓｇを検出する機能を有している。なお、スタータジェネレータ４２の発電電流ｉｉｓｇは、ステータコイルやフィールドコイルの励磁電流等から推定しても良く、電流センサを用いて検出しても良い。
また、低電圧系４１には、エンジン１３を始動回転させるスタータモータ４３が設けられている。後述するように、乗員によってプッシュスイッチ１００が押されると、正極ライン４６のスタータリレー４７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４７を介してスタータモータ４３に通電が為され、スタータモータ４３のピニオン７５はトルクコンバータ１９のリングギヤ７６に噛み合って回転する。このように、スタータモータ４３によってリングギヤ７６を回転させることにより、エンジン１３のクランク軸７１を始動回転させることができる。
前述したように、パワートレイン１２には、スタータジェネレータ４２およびスタータモータ４３が設けられている。前述したモータ走行モードからパラレル走行モードへの切り替えに伴ってエンジン１３を再始動させる場合や、後述するアイドリングストップ制御に伴ってエンジン１３を再始動させる場合には、スタータジェネレータ４２を用いてエンジン１３の始動回転つまりクランキングが実行される。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１３を始動させる場合、つまり乗員のプッシュスイッチ操作等によってエンジン１３を始動させる場合には、スタータモータ４３を用いてエンジン１３のクランキングが実行される。なお、車両１１には、マイコン等からなる電子制御ユニットであるエンジンコントローラ７７が設けられている。スタータモータ４３によってエンジン１３を始動する際には、エンジンコントローラ７７によってスタータリレー４７が制御されるとともに、エンジンコントローラ７７によってインジェクタやイグニッション等の補機類７８が制御される。
また、低電圧バッテリ４０の負極端子４０ｂに接続される負極ライン８０には、低電圧バッテリ４０の端子電圧等を検出するバッテリセンサ８１が設けられている。このバッテリセンサ８１を用いることにより、低電圧バッテリ４０の正極端子４０ａの電位、つまりスイッチングダイオード６３に接続される正極ライン４８の電位を検出することが可能である。また、バッテリセンサ８１は、低電圧バッテリ４０の端子電圧を検出するだけでなく、低電圧バッテリ４０の充放電電流を検出する機能や、低電圧バッテリ４０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８１は、図示しない通電ラインを介して低電圧バッテリ４０の正極端子４０ａにも接続されている。
［高電圧系］
高電圧系５１にはインバータ５２が設けられており、インバータ５２にはモータジェネレータ１４のステータ８２が接続されている。インバータ５２は、スイッチング素子やコンデンサ等によって構成されており、直流電力と交流電力とを相互に変換する機能を有している。モータジェネレータ１４を力行状態に制御する際には、インバータ５２を介して直流電力が交流電力に変換され、高電圧バッテリ５０からモータジェネレータ１４に電力が供給される。一方、モータジェネレータ１４を回生状態に制御する際には、インバータ５２を介して交流電力が直流電力に変換され、モータジェネレータ１４から高電圧バッテリ５０に電力が供給される。
高電圧系５１にはインバータ５２が設けられており、インバータ５２にはモータジェネレータ１４のステータ８２が接続されている。インバータ５２は、スイッチング素子やコンデンサ等によって構成されており、直流電力と交流電力とを相互に変換する機能を有している。モータジェネレータ１４を力行状態に制御する際には、インバータ５２を介して直流電力が交流電力に変換され、高電圧バッテリ５０からモータジェネレータ１４に電力が供給される。一方、モータジェネレータ１４を回生状態に制御する際には、インバータ５２を介して交流電力が直流電力に変換され、モータジェネレータ１４から高電圧バッテリ５０に電力が供給される。
また、高電圧バッテリ５０には、マイコン等からなる電子制御ユニットであるバッテリコントローラ８３が設けられている。さらに、高電圧バッテリ５０には、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８４が設けられている。高電圧バッテリ５０に設けられるバッテリコントローラ８３は、バッテリセンサ８４から送信される充放電電流等に基づいて、高電圧バッテリ５０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。なお、高電圧バッテリ５０のＳＯＣとは、高電圧バッテリ５０の電気残量を示す比率であり、高電圧バッテリ５０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５０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５０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。また、高電圧バッテリ５０には、バッテリセルを電源回路３０から切り離すため、バッテリコントローラ８３によって制御されるメインリレー８５が設けられている。
［スイッチングダイオードおよびコンバータ］
前述したように、低電圧系４１と高電圧系５１との間には、スイッチングダイオード６３およびコンバータ６０が設けられている。スイッチングダイオード６３をオン状態に制御することにより、低電圧系４１とコンバータ６０とを互いに接続することができる一方、スイッチングダイオード６３をオフ状態に制御することにより、低電圧系４１とコンバータ６０とを互いに切り離すことができる。なお、図示する例では、スイッチとして、ダイオードによって構成されるスイッチングダイオード６３が示されているが、これに限られることはなく、他の半導体素子（トランジスタ等）によって構成されるスイッチであっても良く、接点を機械的に開閉させるリレー等のスイッチであっても良い。
前述したように、低電圧系４１と高電圧系５１との間には、スイッチングダイオード６３およびコンバータ６０が設けられている。スイッチングダイオード６３をオン状態に制御することにより、低電圧系４１とコンバータ６０とを互いに接続することができる一方、スイッチングダイオード６３をオフ状態に制御することにより、低電圧系４１とコンバータ６０とを互いに切り離すことができる。なお、図示する例では、スイッチとして、ダイオードによって構成されるスイッチングダイオード６３が示されているが、これに限られることはなく、他の半導体素子（トランジスタ等）によって構成されるスイッチであっても良く、接点を機械的に開閉させるリレー等のスイッチであっても良い。
このように、低電圧系４１にはスイッチングダイオード６３を介してコンバータ６０が接続されている。スイッチング素子やコンデンサ等によって構成されるコンバータ６０は、高電圧バッテリ５０の直流電力を降圧して出力する機能を有している。つまり、コンバータ６０は、高電圧バッテリ５０の電力を電気機器群６７等に向けて放電する放電状態と、電気機器群６７等に対する放電を停止させる停止状態と、に作動する。つまり、スイッチングダイオード６３がオン状態であり、かつコンバータ６０を放電状態に制御した場合には、高電圧バッテリ５０から電気機器群６７と低電圧系４１との双方に電力を供給することができる。一方、スイッチングダイオード６３がオフ状態であり、かつコンバータ６０を放電状態に制御した場合には、高電圧バッテリ５０から電気機器群６７に電力を供給することができる。また、コンバータ６０には、正極端子６１ａの放電電圧ｖｃｏｎを検出する電圧センサ８６が設けられており、正極端子６１ａから放電される電流ｉｃｏｎを検出する電流センサ８７が設けられている。
また、本実施形態においては、コンバータ６０を放電状態に制御する際に、コンバータ６０の放電電圧が約１３．５Ｖまたは約１４．３Ｖに制御される。例えば、低電圧バッテリ４０の端子電圧が所定値よりも低い場合や、電気機器群６７の要求電圧が所定値よりも高い場合には、コンバータ６０の放電電圧が高めの約１４．３Ｖに制御される。一方、低電圧バッテリ４０の端子電圧が所定値よりも高い場合、かつ電気機器群６７の要求電圧が所定値よりも低い場合には、コンバータ６０の放電電圧が低めの約１３．５Ｖに制御される。
［制御系］
図３に示すように、車両用電源装置１０は、パワートレイン１２や電源回路３０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電子制御ユニットであるメインコントローラ９０を有している。メインコントローラ９０は、エンジン１３を制御するエンジン制御部９１、スタータジェネレータ４２を制御するＩＳＧ制御部９２、スイッチングダイオード６３を制御するスイッチ制御部９３、コンバータ６０を制御するコンバータ制御部９４、およびインバータ５２を制御するインバータ制御部９５を有している。また、メインコントローラ９０は、走行モードの切り替えを制御する走行モード制御部９６、アイドリングストップ制御を実行するアイドリングストップ制御部９７、およびスイッチングダイオード６３の故障判定制御を実行する故障判定部９８を有している。
図３に示すように、車両用電源装置１０は、パワートレイン１２や電源回路３０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電子制御ユニットであるメインコントローラ９０を有している。メインコントローラ９０は、エンジン１３を制御するエンジン制御部９１、スタータジェネレータ４２を制御するＩＳＧ制御部９２、スイッチングダイオード６３を制御するスイッチ制御部９３、コンバータ６０を制御するコンバータ制御部９４、およびインバータ５２を制御するインバータ制御部９５を有している。また、メインコントローラ９０は、走行モードの切り替えを制御する走行モード制御部９６、アイドリングストップ制御を実行するアイドリングストップ制御部９７、およびスイッチングダイオード６３の故障判定制御を実行する故障判定部９８を有している。
メインコントローラ９０や前述した各コントローラ７４，７７，８３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９０には、制御システム起動時やエンジン初始動時に乗員によって操作されるプッシュスイッチ１００、車両１１の走行速度である車速を検出する車速センサ１０１、アクセルペダルの操作状況を検出するアクセルセンサ１０２、ブレーキペダルの操作状況を検出するブレーキセンサ１０３等が接続されている。なお、メインコントローラ９０は、ＩＳＧコントローラ７４を介してスタータジェネレータ４２を制御し、エンジンコントローラ７７を介してエンジン１３やスタータモータ４３を制御し、バッテリコントローラ８３を介してメインリレー８５を制御する。
また、メインコントローラ９０のアイドリングストップ制御部９７は、自動的にエンジン１３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。アイドリングストップ制御部９７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１３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４２を回転させてエンジン１３を再始動させる。エンジン１３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１３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。
［電源制御モード］
続いて、メインコントローラ９０による電源回路３０の制御モード（以下、電源制御モードとして記載する。）について説明する。電源制御モードとして、エンジン初始動時に実行される初始動モード、エンジン再始動時に実行される再始動モード、コンバータ６０から電気機器群６７等に電力を供給するコンバータ放電モード、およびスタータジェネレータ４２から電気機器群６７等に電力を供給するＩＳＧ発電モードがある。ここで、図４は各電源制御モードの切り替え状況を示す図である。また、図５は初始動モードによる電力供給状況を示す回路図であり、図６はコンバータ放電モードによる電力供給状況を示す回路図であり、図７はＩＳＧ発電モードによる電力供給状況を示す回路図であり、図８は再始動モードによる電力供給状況を示す回路図である。なお、図５～図８においては、スイッチングダイオード６３のオンオフ状況を明確にするため、スイッチングダイオード６３をリレー等のスイッチと同様に示している。また、図５～図８においては、矢印を用いて電力供給状況を示している。
続いて、メインコントローラ９０による電源回路３０の制御モード（以下、電源制御モードとして記載する。）について説明する。電源制御モードとして、エンジン初始動時に実行される初始動モード、エンジン再始動時に実行される再始動モード、コンバータ６０から電気機器群６７等に電力を供給するコンバータ放電モード、およびスタータジェネレータ４２から電気機器群６７等に電力を供給するＩＳＧ発電モードがある。ここで、図４は各電源制御モードの切り替え状況を示す図である。また、図５は初始動モードによる電力供給状況を示す回路図であり、図６はコンバータ放電モードによる電力供給状況を示す回路図であり、図７はＩＳＧ発電モードによる電力供給状況を示す回路図であり、図８は再始動モードによる電力供給状況を示す回路図である。なお、図５～図８においては、スイッチングダイオード６３のオンオフ状況を明確にするため、スイッチングダイオード６３をリレー等のスイッチと同様に示している。また、図５～図８においては、矢印を用いて電力供給状況を示している。
［初始動モード］
図４に示すように、乗員によってプッシュスイッチ操作が行われ、メインコントローラ９０が初始動要求を受信すると、メインコントローラ９０によって初始動モードが実行される。ここで、図５に示すように、初始動モードにおいては、スイッチングダイオード６３がオン状態に制御され、コンバータ６０が停止状態に制御され、スタータジェネレータ４２が停止状態に制御され、スタータリレー４７がオン状態に制御される。これにより、矢印ａ１で示すように、低電圧バッテリ４０からスタータモータ４３に電力が供給され、スタータモータ４３によってエンジン１３がクランキングされる。また、スイッチングダイオード６３がオン状態に制御されるため、矢印ａ２で示すように、低電圧バッテリ４０から電気機器群６７に対して電力が供給される。なお、スタータモータ４３を用いたエンジン始動後には、スタータリレー４７がオフ状態に制御される。
図４に示すように、乗員によってプッシュスイッチ操作が行われ、メインコントローラ９０が初始動要求を受信すると、メインコントローラ９０によって初始動モードが実行される。ここで、図５に示すように、初始動モードにおいては、スイッチングダイオード６３がオン状態に制御され、コンバータ６０が停止状態に制御され、スタータジェネレータ４２が停止状態に制御され、スタータリレー４７がオン状態に制御される。これにより、矢印ａ１で示すように、低電圧バッテリ４０からスタータモータ４３に電力が供給され、スタータモータ４３によってエンジン１３がクランキングされる。また、スイッチングダイオード６３がオン状態に制御されるため、矢印ａ２で示すように、低電圧バッテリ４０から電気機器群６７に対して電力が供給される。なお、スタータモータ４３を用いたエンジン始動後には、スタータリレー４７がオフ状態に制御される。
［コンバータ放電モード，ＩＳＧ発電モード］
図４に示すように、初始動モードによってエンジン１３が始動されると、高電圧バッテリ５０のＳＯＣに基づき、コンバータ放電モードまたはＩＳＧ発電モードが実行される。つまり、エンジン初始動後において高電圧バッテリ５０のＳＯＣが高い場合には、高電圧バッテリ５０から電気機器群６７に電力を供給するため、電源制御モードが初始動モードからコンバータ放電モードに切り替えられる。一方、エンジン初始動後において高電圧バッテリ５０のＳＯＣが低い場合には、スタータジェネレータ４２から電気機器群６７に電力を供給するため、電源制御モードが初始動モードからＩＳＧ発電モードに切り替えられる。
図４に示すように、初始動モードによってエンジン１３が始動されると、高電圧バッテリ５０のＳＯＣに基づき、コンバータ放電モードまたはＩＳＧ発電モードが実行される。つまり、エンジン初始動後において高電圧バッテリ５０のＳＯＣが高い場合には、高電圧バッテリ５０から電気機器群６７に電力を供給するため、電源制御モードが初始動モードからコンバータ放電モードに切り替えられる。一方、エンジン初始動後において高電圧バッテリ５０のＳＯＣが低い場合には、スタータジェネレータ４２から電気機器群６７に電力を供給するため、電源制御モードが初始動モードからＩＳＧ発電モードに切り替えられる。
図６に示すように、コンバータ放電モード（放電モード）においては、スイッチングダイオード６３がオン状態に制御され、コンバータ６０が放電状態に制御され、スタータジェネレータ４２が停止状態に制御される。これにより、矢印ｂ１で示すように、コンバータ６０から電気機器群６７に電力が供給される。また、矢印ｂ２で示すように、コンバータ６０の放電状況や電気機器群６７の作動状況等に応じて低電圧バッテリ４０が充放電される。なお、コンバータ放電モードにおいて、モータ走行モードやアイドリングストップが実行される場合にはエンジン１３が停止される。
図７に示すように、ＩＳＧ発電モード（発電モード）においては、スイッチングダイオード６３がオン状態に制御され、コンバータ６０が停止状態に制御され、スタータジェネレータ４２が発電状態に制御される。これにより、矢印ｃ１で示すように、スタータジェネレータ４２から電気機器群６７に電力が供給される。また、矢印ｃ２で示すように、スタータジェネレータ４２の発電状況や電気機器群６７の作動状況等に応じて低電圧バッテリ４０が充放電される。なお、ＩＳＧ発電モードにおいては、エンジン動力を用いてスタータジェネレータ４２が発電することから、エンジン停止を伴うモータ走行モードやアイドリングストップの実行が禁止される。
また、図４に示すように、コンバータ放電モードの実行中に、高電圧バッテリ５０のＳＯＣが低下して所定値を下回る場合には、電源制御モードがコンバータ放電モードからＩＳＧ発電モードに切り替えられる一方、ＩＳＧ発電モードの実行中に、高電圧バッテリ５０のＳＯＣが上昇して所定値を上回る場合には、電源制御モードがＩＳＧ発電モードからコンバータ放電モードに切り替えられる。これにより、車両制動時に回生電力が蓄えられる高電圧バッテリ５０の電力を積極的に用いることができるため、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。なお、コンバータ放電モードの実行中に、コンバータ異常等が生じていると判定された場合には、電源制御モードがコンバータ放電モードからＩＳＧ発電モードに切り替えられる。
［再始動モード］
図４に示すように、コンバータ放電モードの実行中にエンジン再始動要求が為された場合、つまりモータ走行モードからパラレル走行モードへの切り替えが決定された場合や、アイドリングストップ制御によるエンジン停止中に所定の始動条件が成立した場合には、電源制御モードがコンバータ放電モードから再始動モードに切り替えられる。
図４に示すように、コンバータ放電モードの実行中にエンジン再始動要求が為された場合、つまりモータ走行モードからパラレル走行モードへの切り替えが決定された場合や、アイドリングストップ制御によるエンジン停止中に所定の始動条件が成立した場合には、電源制御モードがコンバータ放電モードから再始動モードに切り替えられる。
図８に示すように、再始動モードにおいては、スイッチングダイオード６３がオフ状態に制御され、コンバータ６０が放電状態に制御され、スタータジェネレータ４２が力行状態に制御される。これにより、矢印ｄ１で示すように、低電圧バッテリ４０からスタータジェネレータ４２に電力が供給される。また、矢印ｄ２で示すように、コンバータ６０から電気機器群６７に電力が供給される。このように、クランキングに伴ってスタータジェネレータ４２の消費電力が急増する再始動モードにおいては、スイッチングダイオード６３がオフ状態に制御され、低電圧系４１と電気機器群６７とが切り離される。これにより、低電圧バッテリ４０からスタータジェネレータ４２に大電流が供給される場合であっても、電気機器群６７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６７を正常に機能させることができる。
また、図４に示すように、再始動モードによってエンジン１３が再始動されると、高電圧バッテリ５０のＳＯＣに基づき、コンバータ放電モードまたはＩＳＧ発電モードが実行される。つまり、エンジン再始動後において高電圧バッテリ５０のＳＯＣが高い場合には、高電圧バッテリ５０から電気機器群６７に電力を供給するため、電源制御モードが再始動モードからコンバータ放電モードに切り替えられる。一方、エンジン再始動後において高電圧バッテリ５０のＳＯＣが低い場合には、スタータジェネレータ４２から電気機器群６７に電力を供給するため、電源制御モードが再始動モードからＩＳＧ発電モードに切り替えられる。なお、エンジン再始動後において、コンバータ異常等が生じていると判定された場合には、電源制御モードが再始動モードからＩＳＧ発電モードに切り替えられる。
［各電源制御モードの切り替え］
続いて、メインコントローラ９０による各電源制御モード（初始動モード，コンバータ放電モード，ＩＳＧ発電モード，再始動モード）の切り替えについて、フローチャートに沿って説明する。図９および図１０は、各電源制御モードを切り替える際の実行手順の一例を示すフローチャートである。なお、図９および図１０に示すフローチャートは、符号Ａの箇所で互いに接続されている。また、図９以降の各フローチャートにおいては、スイッチングダイオード６３が「ダイオードＳＷ」と表記され、スタータジェネレータ４２が「ＩＳＧ」と表記される。
続いて、メインコントローラ９０による各電源制御モード（初始動モード，コンバータ放電モード，ＩＳＧ発電モード，再始動モード）の切り替えについて、フローチャートに沿って説明する。図９および図１０は、各電源制御モードを切り替える際の実行手順の一例を示すフローチャートである。なお、図９および図１０に示すフローチャートは、符号Ａの箇所で互いに接続されている。また、図９以降の各フローチャートにおいては、スイッチングダイオード６３が「ダイオードＳＷ」と表記され、スタータジェネレータ４２が「ＩＳＧ」と表記される。
図９に示すように、ステップＳ１０では、乗員のプッシュスイッチ操作によってアクセサリーモード（Ａｃｃモード）が選択されているか否かが判定される。なお、アクセサリーモードとは、エンジン初始動前に電装品を使用するためのモードである。ステップＳ１０において、アクセサリーモードが選択されていると判定された場合には、ステップＳ１１に進み、スイッチングダイオード６３がオン状態に制御される。続いて、ステップＳ１１においてスイッチングダイオード６３がオン状態に制御された場合や、ステップＳ１０においてアクセサリーモードが選択されていないと判定された場合には、ステップＳ１２に進み、乗員のプッシュスイッチ操作によるエンジン初始動要求の有無が判定される。
ステップＳ１２において、エンジン初始動要求が有ると判定された場合には、ステップＳ１３に進み、電源制御モードとして初始動モードが実行され、スタータモータ４３のクランキングによってエンジン１３が始動される。続いて、図１０に示すように、ステップＳ１４では、高電圧バッテリ５０のＳＯＣが所定の閾値Ｓ１以上であるか否かが判定される。ステップＳ１４において、高電圧バッテリ５０のＳＯＣが閾値Ｓ１以上であると判定された場合には、高電圧バッテリ５０から電気機器群６７に電力を供給するため、ステップＳ１５に進み、電源制御モードとしてコンバータ放電モードが実行される。一方、ステップＳ１４において、高電圧バッテリ５０のＳＯＣが閾値Ｓ１未満であると判定された場合には、スタータジェネレータ４２から電気機器群６７に電力を供給するため、ステップＳ１６に進み、電源制御モードとしてＩＳＧ発電モードが実行される。
また、ステップＳ１５において、コンバータ放電モードが実行されると、ステップＳ１７に進み、モータ走行要求またはアイドリングストップ要求の有無が判定される。つまり、ステップＳ１７において、アクセルペダルの踏み込み解除等によってパラレル走行モードからモータ走行モードへの切り替えが決定され、モータ走行要求が有ると判定された場合には、ステップＳ１８に進み、エンジン１３を停止させるモータ走行モードが実行される。また、ステップＳ１７において、アイドリングストップ制御における所定の停止条件が成立し、アイドリングストップ要求が有ると判定された場合には、ステップＳ１８に進み、エンジン１３を停止させるアイドリングストップが実行される。
続くステップＳ１９では、エンジン再始動要求の有無が判定される。ステップＳ１９において、アクセルペダルの踏み込み等によってモータ走行モードからパラレル走行モードへの切り替えが決定され、エンジン再始動要求が有ると判定された場合には、ステップＳ２０に進み、電源制御モードとして再始動モードが実行される。また、ステップＳ１９において、アイドリングストップ中に所定の始動条件が成立し、エンジン再始動要求が有ると判定された場合には、ステップＳ２０に進み、電源制御モードとして再始動モードが実行され、スタータジェネレータ４２のクランキングによってエンジン１３が始動される。このように、エンジン１３が再始動されると、再びステップＳ１４に進み、高電圧バッテリ５０のＳＯＣに基づいて、電源制御モードが再始動モードからコンバータ放電モードまたはＩＳＧ発電モードに切り替えられる。
［初始動モードからコンバータ放電モード］
図１１に示すフローチャートに沿って、初始動モードからコンバータ放電モードに切り替える際の手順について説明する。図１１は初始動モードからコンバータ放電モードへの切替手順の一例を示すフローチャートである。
図１１に示すフローチャートに沿って、初始動モードからコンバータ放電モードに切り替える際の手順について説明する。図１１は初始動モードからコンバータ放電モードへの切替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Ｓ３０では、電源制御モードとして初始動モードが実行される。初始動モードにおいては、コンバータ６０が停止状態に制御され、スタータジェネレータ４２が停止状態に制御され、スイッチングダイオード６３がオン状態に制御される。続くステップＳ３１では、スタータリレー４７がオン状態に制御され、スタータモータ４３によってエンジン１３がクランキングされる。そして、ステップＳ３２に進み、エンジン始動が完了したか否かが判定される。
ステップＳ３２において、エンジン始動が完了していないと判定された場合には、ステップＳ３０に戻り、初始動モードによるエンジン１３のクランキングが継続される。一方、ステップＳ３２において、エンジン始動が完了したと判定された場合には、ステップＳ３３に進み、スタータリレー４７がオフ状態に制御され、スタータモータ４３によるクランキングが停止される。このように、初始動モードによってエンジン１３が始動されると、ステップＳ３４に進み、電源制御モードが初始動モードからコンバータ放電モードに切り替えられる。コンバータ放電モードにおいては、コンバータ６０が放電状態に制御され、スタータジェネレータ４２が停止状態に制御され、スイッチングダイオード６３がオン状態に制御される。
［初始動モードからＩＳＧ発電モード］
図１２に示すフローチャートに沿って、初始動モードからＩＳＧ発電モードに切り替える際の手順について説明する。図１２は初始動モードからＩＳＧ発電モードへの切替手順の一例を示すフローチャートである。
図１２に示すフローチャートに沿って、初始動モードからＩＳＧ発電モードに切り替える際の手順について説明する。図１２は初始動モードからＩＳＧ発電モードへの切替手順の一例を示すフローチャートである。
図１２に示すように、ステップＳ４０では、電源制御モードとして初始動モードが実行される。初始動モードにおいては、コンバータ６０が停止状態に制御され、スタータジェネレータ４２が停止状態に制御され、スイッチングダイオード６３がオン状態に制御される。続くステップＳ４１では、スタータリレー４７がオン状態に制御され、スタータモータ４３によってエンジン１３がクランキングされる。そして、ステップＳ４２に進み、エンジン始動が完了したか否かが判定される。
ステップＳ４２において、エンジン始動が完了していないと判定された場合には、ステップＳ４０に戻り、初始動モードによるエンジン１３のクランキングが継続される。一方、ステップＳ４２において、エンジン始動が完了したと判定された場合には、ステップＳ４３に進み、スタータリレー４７がオフ状態に制御され、スタータモータ４３によるクランキングが停止される。このように、初始動モードによってエンジン１３が始動されると、ステップＳ４４に進み、電源制御モードが初始動モードからＩＳＧ発電モードに切り替えられる。ＩＳＧ発電モードにおいては、コンバータ６０が停止状態に制御され、スタータジェネレータ４２が発電状態に制御され、スイッチングダイオード６３がオン状態に制御される。
［コンバータ放電モードからＩＳＧ発電モード］
図１３に示すフローチャートに沿って、コンバータ放電モードからＩＳＧ発電モードに切り替える際の手順について説明する。図１３はコンバータ放電モードからＩＳＧ発電モードへの切替手順の一例を示すフローチャートである。
図１３に示すフローチャートに沿って、コンバータ放電モードからＩＳＧ発電モードに切り替える際の手順について説明する。図１３はコンバータ放電モードからＩＳＧ発電モードへの切替手順の一例を示すフローチャートである。
図１３に示すように、ステップＳ５０では、電源制御モードとしてコンバータ放電モードが実行される。コンバータ放電モードにおいては、コンバータ６０が放電状態に制御され、スタータジェネレータ４２が停止状態に制御され、スイッチングダイオード６３がオン状態に制御される。続くステップＳ５１では、エンジン運転中であるか否かが判定される。ステップＳ５１において、エンジン停止中であると判定された場合には、ステップＳ５２に進み、スタータジェネレータ４２を用いてエンジン１３が始動される。
一方、ステップＳ５１において、エンジン運転中であると判定された場合には、ステップＳ５３に進み、スタータジェネレータ４２が停止状態から発電状態に切り替えられ、スタータジェネレータ４２の発電電圧が約１４．３Ｖに制御される。続いて、ステップＳ５４では、コンバータ６０の放電状態が維持され、コンバータ６０の放電電圧が約１３．５Ｖに制御される。つまり、コンバータ放電モードにおいて、コンバータ６０の放電電圧が約１３．５Ｖであった場合には放電電圧が約１３．５Ｖに維持され、コンバータ６０の放電電圧が約１４．３Ｖであった場合には放電電圧が約１３．５Ｖまで下げられる。
続くステップＳ５５では、コンバータ６０の放電電流ｉｃｏｎが所定の閾値ｉ１（例えば０．５Ａ）を下回るか否かが判定される。ステップＳ５５において、放電電流ｉｃｏｎが閾値ｉ１を下回ると判定された場合には、ステップＳ５６に進み、コンバータ６０が放電状態から停止状態に切り替えられ、ステップＳ５７に進み、電源制御モードとしてＩＳＧ発電モードが実行される。ＩＳＧ発電モードにおいては、コンバータ６０が停止状態に制御され、スタータジェネレータ４２が発電状態に制御され、スイッチングダイオード６３がオン状態に制御される。
［ＩＳＧ発電モードからコンバータ放電モード］
図１４に示すフローチャートに沿って、ＩＳＧ発電モードからコンバータ放電モードに切り替える際の手順について説明する。図１４はＩＳＧ発電モードからコンバータ放電モードへの切替手順の一例を示すフローチャートである。
図１４に示すフローチャートに沿って、ＩＳＧ発電モードからコンバータ放電モードに切り替える際の手順について説明する。図１４はＩＳＧ発電モードからコンバータ放電モードへの切替手順の一例を示すフローチャートである。
図１４に示すように、ステップＳ６０では、電源制御モードとしてＩＳＧ発電モードが実行される。ＩＳＧ発電モードにおいては、コンバータ６０が停止状態に制御され、スタータジェネレータ４２が発電状態に制御され、スイッチングダイオード６３がオン状態に制御される。続くステップＳ６１では、コンバータ６０が停止状態から放電状態に切り替えられ、コンバータ６０の放電電圧が約１４．３Ｖに制御される。次いで、ステップＳ６２では、スタータジェネレータ４２の発電電圧が徐々に下げられ、ステップＳ６３では、スタータジェネレータ４２の発電電流ｉｉｓｇが所定の閾値ｉ２（例えば０．５Ａ）を下回るか否かが判定される。ステップＳ６３において、発電電流ｉｉｓｇが閾値ｉ２を下回ると判定された場合には、ステップＳ６４に進み、スタータジェネレータ４２が発電状態から停止状態に切り替えられ、ステップＳ６５に進み、電源制御モードとしてコンバータ放電モードが実行される。コンバータ放電モードにおいては、コンバータ６０が放電状態に制御され、スタータジェネレータ４２が停止状態に制御され、スイッチングダイオード６３がオン状態に制御される。
［コンバータ放電モードから再始動モード］
図１５に示すフローチャートに沿って、コンバータ放電モードから再始動モードに切り替える際の手順について説明する。図１５はコンバータ放電モードから再始動モードへの切替手順の一例を示すフローチャートである。
図１５に示すフローチャートに沿って、コンバータ放電モードから再始動モードに切り替える際の手順について説明する。図１５はコンバータ放電モードから再始動モードへの切替手順の一例を示すフローチャートである。
図１５に示すように、ステップＳ７０では、電源制御モードとしてコンバータ放電モードが実行される。コンバータ放電モードにおいては、コンバータ６０が放電状態に制御され、スタータジェネレータ４２が停止状態に制御され、スイッチングダイオード６３がオン状態に制御される。続くステップＳ７１では、モータ走行要求またはアイドリングストップ要求の有無が判定される。ステップＳ７１において、モータ走行要求またはアイドリングストップ要求が有ると判定された場合には、ステップＳ７２に進み、スイッチングダイオード６３のＯＮ固着を診断するＯＮ固着診断が実行される。なお、スイッチングダイオード６３のＯＮ固着とは、スイッチングダイオード６３がオン状態で動作不能な故障状態である。
前述したステップＳ７１において、モータ走行要求またはアイドリングストップ要求が有ると判定される状況とは、モータ走行モードやアイドリングストップの実行後にエンジン再始動が求められ、電源制御モードをコンバータ放電モードから再始動モードに切り替えることが必要になる状況である。つまり、電源制御モードを再始動モードに切り替える際に、スイッチングダイオード６３をオフ状態に切り替えることが必要になるため、エンジン停止を伴うモータ走行モードやアイドリングストップの実行前に、ステップＳ７２において、スイッチングダイオード６３のＯＮ固着診断を実行している。
ここで、図１６はＯＮ固着診断の実行手順の一例を示すフローチャートである。図１６に示すように、ステップＳ１０００では、メインコントローラ９０からスイッチングダイオード６３に向けて、スイッチングダイオード６３をオフ状態に制御するＯＦＦ信号（オフ信号）が出力される。次いで、ステップＳ１００１では、コンバータ６０の放電電圧ｖｃｏｎが維持され、続くステップＳ１００２では、スタータジェネレータ４２の発電電圧ｖｉｓｇが放電電圧ｖｃｏｎよりも上げられる。
このように、ＯＮ固着診断においては、放電状態に制御されるコンバータ６０の放電電圧（第１電圧）ｖｃｏｎと、発電状態に制御されるスタータジェネレータ４２の発電電圧（第２電圧）ｖｉｓｇとが、互いに異なる電圧値に制御されている。例えば、コンバータ放電モードにおいてコンバータ６０の放電電圧ｖｃｏｎが約１３．５Ｖ（第１電圧）に制御されていた場合には、スタータジェネレータ４２の発電電圧ｖｉｓｇが約１４．３Ｖ（第２電圧）に上げられる。また、コンバータ放電モードにおいてコンバータ６０の放電電圧ｖｃｏｎが約１４．３Ｖ（第１電圧）に制御されていた場合には、スタータジェネレータ４２の発電電圧ｖｉｓｇが約１５．３Ｖ（第２電圧）に上げられる。
続いて、ステップＳ１００３では、スイッチングダイオード６３の端子電圧Ｖｓｗが、所定の閾値Ｖ１（例えば０．５Ｖ）を上回るか否かが判定される。なお、スイッチングダイオード６３の端子電圧Ｖｓｗとは、スイッチングダイオード６３における低電圧系４１側の端子６３ａとコンバータ６０側の端子６３ｂとの電位差であり、本実施形態においては発電電圧ｖｉｓｇと放電電圧ｖｃｏｎとの差の絶対値が端子電圧Ｖｓｗとして算出される。つまり、スイッチングダイオード６３の端子電圧Ｖｓｗとは、低電圧系４１（第１電源系）と正極端子（低電圧端子）６１ａとの電位差を意味している。ステップＳ１００３において、端子電圧Ｖｓｗが閾値Ｖ１を上回ると判定された場合には、スイッチングダイオード６３の両端子６３ａ，６３ｂ間に所定の電位差が生じている状況であるため、ステップＳ１００４に進み、スイッチングダイオード６３が正常にオフ状態に制御されていると判定される。
一方、ステップＳ１００３において、端子電圧Ｖｓｗが閾値Ｖ１以下であると判定された場合には、ステップＳ１００５に進み、所定時間（例えば１秒）に渡って端子電圧Ｖｓｗが閾値Ｖ１以下であるか否かが判定される。そして、ステップＳ１００５において、所定時間に渡って端子電圧Ｖｓｗが閾値Ｖ１以下であると判定された場合には、ステップＳ１００６に進み、スイッチングダイオード６３に故障状態（ＯＮ固着）が発生していると判定される。つまり、本実施形態のＯＮ固着診断においては、スイッチングダイオード６３にＯＦＦ信号が出力され、コンバータ６０が第１電圧で放電状態に制御され、スタータジェネレータ４２が第１電圧よりも高い第２電圧で発電状態に制御される。このように、スイッチングダイオード６３の両端子６３ａ，６３ｂ間に意図的に電位差を発生させた状態のもとで、スイッチングダイオード６３の端子電圧Ｖｓｗが閾値Ｖ１以下であった場合には、スイッチングダイオード６３がオン状態のまま動作していないことが推定されるため、スイッチングダイオード６３にＯＮ固着が発生していると判定される。
このように、図１５に示したステップＳ７２において、ＯＮ固着診断が実行されると、ステップＳ７３に進み、スイッチングダイオード６３が正常であるか否かが判定される。ステップＳ７３において、スイッチングダイオード６３が故障していると判定された場合には、電源制御モードを再始動モードに切り替えることが困難であるため、ステップＳ７４に進み、モータ走行モードやアイドリングストップの実行が禁止され、ステップＳ７５に進み、電源回路３０の異常を乗員に通知する警告灯が点灯される。
一方、ステップＳ７３において、スイッチングダイオード６３が正常であると判定された場合には、ステップＳ７６に進み、モータ走行モードまたはアイドリングストップが実行される。続くステップＳ７７では、エンジン再始動要求の有無が判定される。ステップＳ７７において、エンジン再始動要求が有ると判定された場合には、ステップＳ７８に進み、スイッチングダイオード６３がオフ状態に制御される。次いで、ステップＳ７９に進み、電源制御モードとして再始動モードが実行される。再始動モードにおいては、コンバータ６０が放電状態に制御され、スタータジェネレータ４２が力行状態に制御され、スイッチングダイオード６３がオフ状態に制御される。
これまで説明したように、メインコントローラ９０の故障判定部９８は、スイッチングダイオード６３にＯＦＦ信号を出力し、コンバータ６０を第１電圧で放電させる放電状態に制御し、かつスタータジェネレータ４２を第１電圧と異なる第２電圧で発電させる発電状態に制御した状態のもとで、端子電圧Ｖｓｗが閾値Ｖ１を下回る場合に、スイッチングダイオード６３にＯＮ固着が発生していると判定する。これにより、電源制御モードをコンバータ放電モードから再始動モードに切り替える際には、スイッチングダイオード６３を適切にオフ状態に制御することができる。また、メインコントローラ９０は、電源制御モードがコンバータ放電モードから再始動モードに切り替えられる過程で、スイッチングダイオード６３のＯＮ固着を診断するため、スイッチングダイオード６３がオン状態に制御される再始動モードを適切に実行することができる。
また、前述の説明では、ＯＮ固着診断において、発電状態に制御されるスタータジェネレータ４２の発電電圧（第２電圧）ｖｉｓｇを、放電状態に制御されるコンバータ６０の放電電圧（第１電圧）ｖｃｏｎよりも高めている。これにより、低電圧系４１に設けられる低電圧バッテリ４０の影響を受けることなく、スイッチングダイオード６３の両端子６３ａ，６３ｂ間に電位差を発生させることができる。また、前述の説明では、発電電圧（第２電圧）ｖｉｓｇを放電電圧（第１電圧）ｖｃｏｎよりも高めているが、これに限られることはなく、スイッチングダイオード６３の両端子６３ａ，６３ｂ間に電位差を適切に発生させることが可能であれば、発電電圧（第２電圧）ｖｉｓｇを放電電圧（第１電圧）ｖｃｏｎより下げても良い。
［再始動モードからコンバータ放電モード］
図１７および図１８に示すフローチャートに沿って、再始動モードからコンバータ放電モードに切り替える際の手順について説明する。図１７および図１８は再始動モードからコンバータ放電モードへの切替手順の一例を示すフローチャートである。なお、図１７および図１８に示すフローチャートは、符号Ｂの箇所で互いに接続されている。
図１７および図１８に示すフローチャートに沿って、再始動モードからコンバータ放電モードに切り替える際の手順について説明する。図１７および図１８は再始動モードからコンバータ放電モードへの切替手順の一例を示すフローチャートである。なお、図１７および図１８に示すフローチャートは、符号Ｂの箇所で互いに接続されている。
図１７に示すように、ステップＳ８０では、電源制御モードとして再始動モードが実行される。再始動モードにおいては、コンバータ６０が放電状態に制御され、スタータジェネレータ４２が力行状態に制御され、スイッチングダイオード６３がオフ状態に制御される。ステップＳ８１に進み、スタータジェネレータ４２のクランキングによってエンジン１３が再始動されると、続くステップＳ８２では、コンバータ６０の放電電圧ｖｃｏｎが維持され、ステップＳ８３では、スタータジェネレータ４２の発電電圧ｖｉｓｇが放電電圧ｖｃｏｎに向けて上げられる。つまり、コンバータ６０の放電電圧ｖｃｏｎが約１３．５Ｖに制御されていた場合には、スタータジェネレータ４２の発電電圧ｖｉｓｇが約１３．５Ｖに上げられる。また、コンバータ６０の放電電圧ｖｃｏｎが約１４．３Ｖに制御されていた場合には、スタータジェネレータ４２の発電電圧ｖｉｓｇが約１４．３Ｖに上げられる。
次いで、ステップＳ８４では、スイッチングダイオード６３の端子電圧Ｖｓｗが、所定の閾値Ｖ２（例えば０．５Ｖ）を下回るか否かが判定される。ステップＳ８４において、端子電圧Ｖｓｗが閾値Ｖ２以上であると判定された場合には、ステップＳ８５に進み、スタータジェネレータ４２の発電電圧ｖｉｓｇが放電電圧ｖｃｏｎに向けて調整される。一方、ステップＳ８４において、端子電圧Ｖｓｗが閾値Ｖ２を下回ると判定された場合には、ステップＳ８６に進み、スイッチングダイオード６３がオン状態に制御される。
続いて、図１８に示すように、ステップＳ８７では、スタータジェネレータ４２の発電電圧が徐々に下げられ、ステップＳ８８では、スタータジェネレータ４２の発電電流ｉｉｓｇが所定の閾値ｉ３（例えば０．５Ａ）を下回るか否かが判定される。ステップＳ８８において、発電電流ｉｉｓｇが閾値ｉ３を下回ると判定された場合には、ステップＳ８９に進み、スタータジェネレータ４２が発電状態から停止状態に切り替えられ、ステップＳ９０に進み、スイッチングダイオード６３のＯＦＦ固着が診断される。なお、スイッチングダイオード６３のＯＦＦ固着とは、スイッチングダイオード６３がオフ状態で動作不能な故障状態である。
ここで、図１９はＯＦＦ固着診断の実行手順の一例を示すフローチャートである。図１９に示すように、ステップＳ２０００では、メインコントローラ９０からスイッチングダイオード６３に向けて、スイッチングダイオード６３をオン状態に制御するＯＮ信号（オン信号）が出力される。次いで、ステップＳ２００１では、スイッチングダイオード６３の端子電圧Ｖｓｗが、所定の閾値Ｖ３（例えば０．５Ｖ）を下回るか否かが判定される。ステップＳ２００１において、端子電圧Ｖｓｗが閾値Ｖ３を下回ると判定された場合には、スイッチングダイオード６３における両端子６３ａ，６３ｂ間の電位差が解消している状況であるため、ステップＳ２００２に進み、スイッチングダイオード６３が正常にオン状態に制御されていると判定される。
一方、ステップＳ２００１において、端子電圧Ｖｓｗが閾値Ｖ３以上であると判定された場合には、ステップＳ２００３に進み、所定時間（例えば１秒）に渡って端子電圧Ｖｓｗが閾値Ｖ３以上であるか否かが判定される。そして、ステップＳ２００３において、所定時間に渡って端子電圧Ｖｓｗが閾値Ｖ３以上であると判定された場合には、ステップＳ２００４に進み、スイッチングダイオード６３に故障状態（ＯＦＦ固着）が発生していると判定される。つまり、本実施形態のＯＦＦ固着診断においては、スイッチングダイオード６３にＯＮ信号が出力され、コンバータ６０が放電状態に制御され、スタータジェネレータ４２が停止状態に制御される。このように、スイッチングダイオード６３の両端子６３ａ，６３ｂ間に意図的に電位差を発生させた状態のもとで、スイッチングダイオード６３の端子電圧Ｖｓｗが閾値Ｖ３以上であった場合には、スイッチングダイオード６３がオフ状態のまま動作していないことが推定されるため、スイッチングダイオード６３にＯＦＦ固着が発生していると判定される。
このように、図１８に示したステップＳ９０において、ＯＦＦ固着診断が実行されると、ステップＳ９１に進み、スイッチングダイオード６３が正常であるか否かが判定される。ステップＳ９１において、スイッチングダイオード６３にＯＦＦ固着が発生していると判定された場合には、電源制御モードをコンバータ放電モードに切り替えることが困難であるため、ステップＳ９２に進み、モータ走行モードやアイドリングストップの実行が禁止され、ステップＳ９３に進み、電源回路３０の異常を乗員に通知する警告灯が点灯される。一方、ステップＳ９１において、スイッチングダイオード６３が正常であると判定された場合には、ステップＳ９４に進み、電源制御モードとしてコンバータ放電モードが実行される。コンバータ放電モードにおいては、コンバータ６０が放電状態に制御され、スタータジェネレータ４２が停止状態に制御され、スイッチングダイオード６３がオン状態に制御される。
このように、メインコントローラ９０の故障判定部９８は、電源制御モードが再始動モードからコンバータ放電モードに切り替えられる過程で、スイッチングダイオード６３にＯＮ信号を出力して端子電圧Ｖｓｗが閾値Ｖ３を上回る場合に、スイッチングダイオード６３にＯＦＦ固着が発生していると判定する。これにより、電源制御モードを再始動モードからコンバータ放電モードに切り替える際に、スイッチングダイオード６３を適切にオン状態に制御することができる。
［再始動モードからＩＳＧ発電モード］
図２０および図２１に示すフローチャートに沿って、再始動モードからＩＳＧ発電モードに切り替える際の手順について説明する。図２０および図２１は再始動モードからＩＳＧ発電モードへの切替手順の一例を示すフローチャートである。なお、図２０および図２１に示すフローチャートは、符号Ｃの箇所で互いに接続されている。
図２０および図２１に示すフローチャートに沿って、再始動モードからＩＳＧ発電モードに切り替える際の手順について説明する。図２０および図２１は再始動モードからＩＳＧ発電モードへの切替手順の一例を示すフローチャートである。なお、図２０および図２１に示すフローチャートは、符号Ｃの箇所で互いに接続されている。
図２０に示すように、ステップＳ１００では、電源制御モードとして再始動モードが実行される。再始動モードにおいては、コンバータ６０が放電状態に制御され、スタータジェネレータ４２が力行状態に制御され、スイッチングダイオード６３がオフ状態に制御される。ステップＳ１０１に進み、スタータジェネレータ４２のクランキングによってエンジン１３が再始動されると、続くステップＳ１０２では、コンバータ６０の放電電圧ｖｃｏｎが維持され、ステップＳ１０３では、スタータジェネレータ４２の発電電圧ｖｉｓｇが放電電圧ｖｃｏｎに向けて上げられる。つまり、コンバータ６０の放電電圧ｖｃｏｎが約１３．５Ｖに制御されていた場合には、スタータジェネレータ４２の発電電圧ｖｉｓｇが約１３．５Ｖに上げられる。また、コンバータ６０の放電電圧ｖｃｏｎが約１４．３Ｖに制御されていた場合には、スタータジェネレータ４２の発電電圧ｖｉｓｇが約１４．３Ｖに上げられる。
次いで、ステップＳ１０４では、スイッチングダイオード６３の端子電圧Ｖｓｗが、所定の閾値Ｖ４（例えば０．５Ｖ）を下回るか否かが判定される。ステップＳ１０４において、端子電圧Ｖｓｗが閾値Ｖ４以上であると判定された場合には、ステップＳ１０５に進み、スタータジェネレータ４２の発電電圧ｖｉｓｇが放電電圧ｖｃｏｎに向けて調整される。一方、ステップＳ１０４において、端子電圧Ｖｓｗが閾値Ｖ４を下回ると判定された場合には、ステップＳ１０６に進み、スイッチングダイオード６３がオン状態に制御される。
続いて、図２１に示すように、ステップＳ１０７では、コンバータ６０の放電電圧が徐々に下げられ、ステップＳ１０８では、コンバータ６０の放電電流ｉｃｏｎが所定の閾値ｉ４（例えば０．５Ａ）を下回るか否かが判定される。ステップＳ１０８において、放電電流ｉｃｏｎが閾値ｉ４を下回ると判定された場合には、ステップＳ１０９に進み、コンバータ６０が放電状態から停止状態に切り替えられ、ステップＳ１１０に進み、スイッチングダイオード６３のＯＦＦ固着が診断される。
前述した図１９に示すように、ステップＳ２０００では、メインコントローラ９０からスイッチングダイオード６３に向けて、スイッチングダイオード６３をオン状態に制御するＯＮ信号（オン信号）が出力される。次いで、ステップＳ２００１では、スイッチングダイオード６３の端子電圧Ｖｓｗが、所定の閾値Ｖ３（例えば０．５Ｖ）を下回るか否かが判定される。ステップＳ２００１において、端子電圧Ｖｓｗが閾値Ｖ３を下回ると判定された場合には、スイッチングダイオード６３における両端子６３ａ，６３ｂ間の電位差が解消している状況であるため、ステップＳ２００２に進み、スイッチングダイオード６３が正常にオン状態に制御されていると判定される。
一方、ステップＳ２００１において、端子電圧Ｖｓｗが閾値Ｖ３以上であると判定された場合には、ステップＳ２００３に進み、所定時間（例えば１秒）に渡って端子電圧Ｖｓｗが閾値Ｖ３以上であるか否かが判定される。そして、ステップＳ２００３において、所定時間に渡って端子電圧Ｖｓｗが閾値Ｖ３以上であると判定された場合には、ステップＳ２００４に進み、スイッチングダイオード６３に故障状態（ＯＦＦ固着）が発生していると判定される。つまり、本実施形態のＯＦＦ固着診断においては、スイッチングダイオード６３にＯＮ信号が出力され、コンバータ６０が放電状態に制御され、スタータジェネレータ４２が停止状態に制御される。このように、スイッチングダイオード６３の両端子６３ａ，６３ｂ間に意図的に電位差を発生させた状態のもとで、スイッチングダイオード６３の端子電圧Ｖｓｗが閾値Ｖ３以上であった場合には、スイッチングダイオード６３がオフ状態のまま動作していないことが推定されるため、スイッチングダイオード６３にＯＦＦ固着が発生していると判定される。
このように、図２１に示したステップＳ１１０において、ＯＦＦ固着診断が実行されると、ステップＳ１１１に進み、スイッチングダイオード６３が正常であるか否かが判定される。ステップＳ１１１において、スイッチングダイオード６３にＯＦＦ固着が発生していると判定された場合には、電源制御モードをＩＳＧ発電モードに切り替えることが困難であるため、ステップＳ１１２に進み、モータ走行モードやアイドリングストップの実行が禁止され、ステップＳ１１３に進み、電源回路３０の異常を乗員に通知する警告灯が点灯される。一方、ステップＳ１１１において、スイッチングダイオード６３が正常であると判定された場合には、ステップＳ１１４に進み、電源制御モードとしてＩＳＧ発電モードが実行される。ＩＳＧ発電モードにおいては、コンバータ６０が停止状態に制御され、スタータジェネレータ４２が発電状態に制御され、スイッチングダイオード６３がオン状態に制御される。
このように、メインコントローラ９０の故障判定部９８は、電源制御モードが再始動モードからＩＳＧ発電モードに切り替えられる過程で、スイッチングダイオード６３にＯＮ信号を出力して端子電圧Ｖｓｗが閾値Ｖ３を上回る場合に、スイッチングダイオード６３にＯＦＦ固着が発生していると判定する。これにより、電源制御モードを再始動モードからＩＳＧ発電モードに切り替える際に、スイッチングダイオード６３を適切にオン状態に制御することができる。
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、電圧センサ８６によって検出される放電電圧ｖｃｏｎと、ＩＳＧコントローラ７４によって検出される発電電圧ｖｉｓｇとに基づいて、スイッチングダイオード６３の端子電圧Ｖｓｗを求めているが、これに限られることはない。スイッチングダイオード６３における低電圧系４１側の端子６３ａとコンバータ６０側の端子６３ｂとの電位差を求めることが可能であれば、他の部位に設けられる電圧センサやコントローラ等が検出する電圧値を使用しても良い。また、車両１１に搭載されるパワートレインとしては、図１に例示したパワートレイン１２に限られることはなく、他の形式のパワートレインであっても良い。
１０ 車両用電源装置
１１ 車両
１３ エンジン
４０ 低電圧バッテリ（第１蓄電体）
４１ 低電圧系（第１電源系）
４２ スタータジェネレータ（発電電動機）
５０ 高電圧バッテリ（第２蓄電体）
５１ 高電圧系（第２電源系）
６０ コンバータ（電力変換機器）
６１ａ 正極端子（低電圧端子）
６２ａ 正極端子（高電圧端子）
６３ スイッチングダイオード（スイッチ）
９０ メインコントローラ
９８ 故障判定部
ｖｃｏｎ 放電電圧（第１電圧）
ｖｉｓｇ 発電電圧（第２電圧）
閾値 Ｖ１
閾値 Ｖ３
１１ 車両
１３ エンジン
４０ 低電圧バッテリ（第１蓄電体）
４１ 低電圧系（第１電源系）
４２ スタータジェネレータ（発電電動機）
５０ 高電圧バッテリ（第２蓄電体）
５１ 高電圧系（第２電源系）
６０ コンバータ（電力変換機器）
６１ａ 正極端子（低電圧端子）
６２ａ 正極端子（高電圧端子）
６３ スイッチングダイオード（スイッチ）
９０ メインコントローラ
９８ 故障判定部
ｖｃｏｎ 放電電圧（第１電圧）
ｖｉｓｇ 発電電圧（第２電圧）
閾値 Ｖ１
閾値 Ｖ３
Claims (4)
- 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電動機と、前記発電電動機に接続される第１蓄電体と、を備える第１電源系と、
前記第１蓄電体よりも高電圧の第２蓄電体を備える第２電源系と、
前記第１電源系に接続される低電圧端子と、前記第２電源系に接続される高電圧端子と、を備える電力変換機器と、
前記第１電源系と前記低電圧端子とを接続するオン状態と、前記第１電源系と前記低電圧端子とを切り離すオフ状態と、に制御されるスイッチと、
前記低電圧端子と前記スイッチとを互いに接続し、蓄電体を含まない電気機器群が接続される正極ラインと、
前記第１電源系と前記低電圧端子との電位差に基づいて、前記スイッチがオン状態で動作不能な故障状態であるか否かを判定する故障判定部と、
を有し、
電源制御モードとして、前記スイッチがオン状態に制御され、前記電力変換機器が放電状態に制御され、かつ前記エンジン運転中に前記発電電動機が発電を停止する停止状態に制御される、放電モードがあり、
電源制御モードとして、前記スイッチがオフ状態に制御され、前記電力変換機器が放電状態に制御され、かつ前記発電電動機が力行状態に制御されて前記エンジンを始動回転させる、再始動モードがあり、
前記故障判定部は、
電源制御モードが前記放電モードから前記再始動モードに切り替えられる過程であって、かつ前記エンジン停止を伴うモータ走行モードまたはアイドリングストップの実行前に、
前記スイッチをオフ状態に制御するオフ信号を出力し、前記低電圧端子から第１電圧で放電させる放電状態に前記電力変換機器を制御し、かつ前記発電電動機を前記第１電圧と異なる第２電圧で発電させる発電状態に制御した状態のもとで、前記電位差が閾値を下回る場合に前記スイッチがオン状態で動作不能な故障状態であると判定する、
車両用電源装置。 - 請求項１に記載の車両用電源装置において、
前記第２電圧は、前記第１電圧よりも高い、
車両用電源装置。 - 請求項１または２に記載の車両用電源装置において、
前記故障判定部は、電源制御モードが前記再始動モードから前記放電モードに切り替えられる過程で、前記スイッチをオン状態に制御するオン信号を出力して前記電位差が閾値を上回る場合に、前記スイッチがオフ状態で動作不能な故障状態であると判定する、
車両用電源装置。 - 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、
電源制御モードとして、前記スイッチがオン状態に制御され、前記電力変換機器が停止状態に制御され、かつ前記発電電動機が発電状態に制御される、発電モードがあり、
前記故障判定部は、電源制御モードが前記再始動モードから前記発電モードに切り替えられる過程で、前記スイッチをオン状態に制御するオン信号を出力して前記電位差が閾値を上回る場合に、前記スイッチがオフ状態で動作不能な故障状態であると判定する、
車両用電源装置。
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