JP2020156247A - 車載電源システムの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機と蓄電池との電気的な接続を切り換えるスイッチに固着異常が生じた場合において、運転者の違和感を生じさせることなく適正な処置を実施することができる車載電源システムの制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】車載電源システム１００を構成する電池制御部３１は、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２のいずれかをオン状態に操作し、かつ回転電機１１を駆動させている場合に、それら各スイッチのうちオン状態のスイッチについて固着異常が生じているか否かを判定する。固着異常が生じていると判定した場合に、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２のうちオフ状態のスイッチをオン状態に操作する。回転電機制御部１３は、回転電機１１の駆動要求期間内で、回転電機１１の駆動を制限しつつ継続する。【選択図】 図１

Description

車両に搭載される車載電源システムの制御装置に関する。

従来、車載電源システムとして、特許文献１に記載されたものがある。この車載電源システムは、第１蓄電池と、第２蓄電池と、回転電機と、第２蓄電池と回転電機との間の電気的な接続を切り換えるスイッチとを備えている。車載電源システムでは、スイッチの固着異常が検出された場合に、回転電機の力行に伴う第２蓄電池の端子間電圧の低下を防止するために、回転電機の力行が禁止される。

特許第５９３００４１号公報

車載電源システムにおいて、回転電機の駆動中に、オン状態に操作中のスイッチに固着異常が生じる場合があり、このような場合、特許文献１に開示された発明では、回転電機の駆動中であってもその駆動が強制的に停止される。例えば、回転電機がその駆動によりエンジンの出力をアシストしている場合に、オン状態に操作中のスイッチに固着異常が生じることで、回転電機によるエンジンの出力に対するアシストが停止される。そのため、固着異常に伴う回転電機の駆動停止により、運転者に違和感を生じさせることが懸念される。

本発明は上記課題に鑑みたものであり、回転電機と蓄電池との電気的な接続を切り換えるスイッチに固着異常が生じた場合において、運転者の違和感を生じさせることなく適正な処置を実施することができる車載電源システムの制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために第１の本発明は、回転電機と、前記回転電機に対して並列接続された第１蓄電池及び第２蓄電池と、前記回転電機と前記第１蓄電池との間の電気的な接続を切り換える第１スイッチと、前記回転電機と前記第２蓄電池との間の電気的な接続を切り換える第２スイッチと、を備える車載電源システムに適用され、前記回転電機の力行及び発電のいずれかの駆動に際し、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの少なくともいずれかをオン状態に操作する制御装置に関する。制御装置は、前記第１スイッチ又は前記第２スイッチのいずれかをオン状態に操作し、かつ前記回転電機を駆動させている場合に、それら各スイッチのうちオン状態のスイッチについて固着異常が生じているか否かを判定する異常判定部と、前記固着異常が生じていると判定された場合に、その際の前記回転電機の駆動要求期間内で、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのうちオフ状態のスイッチをオン状態に操作するとともに、前記回転電機の駆動を制限しつつ継続するフェイルセーフ制御部と、を備える。

回転電機の駆動中において、オン操作されているスイッチに固着異常が生じたと判定された場合、その時点で回転電機の駆動を停止すると、それに伴い運転者に違和感を生じさせることが懸念される。また、回転電機の駆動を継続させても、固着異常が生じたと判定されたスイッチは、状態が不安定になっており、一時的にオン状態からオフ状態に切り替わることがあると考えられ、回転電機と各蓄電池との間の電気的な接続が遮断されることが懸念される。この場合、例えば、第１，第２蓄電池から回転電機へ電力供給が行われる場面では、回転電機の駆動に不都合が生じ、運転者に違和感を生じさせることが懸念される。上記構成では、回転電機の駆動中において、第１スイッチ又は第２スイッチのうちオン操作中のスイッチに固着異常が生じているか否かが判定される。オン操作中のスイッチに固着異常が生じていると判定された場合に、その際の回転電機の駆動要求期間において、第１スイッチ及び第２スイッチのうち、オフ状態のスイッチがオン状態に操作されるとともに、回転電機の駆動が制限された状態で継続される。これにより、オン状態に操作中のスイッチに固着異常が生じた場合でも、このスイッチ以外のスイッチにより、回転電機と蓄電池とを電気的に接続させることができるため、車載電源システムに対して運転者の違和感を生じさせることなく適正な処置を実施させることができる。

第２の発明では、前記フェイルセーフ制御部は、前記異常判定部により前記固着異常が生じていると判定された駆動要求期間内での前記回転電機の駆動を終了した後に、それ以降の前記回転電機の駆動を禁止する。

上記構成では、オン状態に操作中のスイッチの固着異常に伴い、回転電機の駆動を制限しつつ継続した後は、回転電機の駆動が禁止される。これにより、オン操作中のスイッチに固着異常が生じている状態で回転電機の駆動が再度実施されるのを防止することができ、回転電機に対して適正な処置を実施できる。

第３の発明では、前記第２蓄電池はリチウムイオン蓄電池であり、前記第１蓄電池は鉛蓄電池であり、前記フェイルセーフ制御部は、前記第２スイッチに固着異常が生じたと判定されることにより前記第１スイッチをオン状態に操作する場合に、前記第２蓄電池の端子間電圧が所定の出力電圧範囲に収まるように、前記回転電機の駆動を制限しつつ継続する。

リチウムイオン蓄電池は鉛蓄電池に比べて、充放電における電力損失が少なく、高効率で充放電を行わせることができる。しかし、リチウムイオン蓄電池では、鉛蓄電池よりも、過充電及び過放電により劣化が促進され易いという問題がある。上記構成では、オン状態に操作中の第２スイッチに固着異常が生じた状態で回転電機の力行又は回生発電を継続する場合に、第２蓄電池であるリチウムイオン蓄電池の端子間電圧が所定の出力電圧範囲から外れることが防止される。これにより、第２蓄電池の劣化を抑制しつつ回転電機の駆動を継続させることができる。

第４の発明では、前記車載電源システムは、前記第１スイッチを介することなく前記回転電機と前記第１蓄電池とを接続するバイパス経路に設けられた第３スイッチを備え、前記バイパス経路には、所定の溶断電流よりも大きな電流が流れることにより溶断される溶断部が設けられており、前記フェイルセーフ制御部は、前記第２スイッチに固着異常が生じていると判定された場合に、前記第１スイッチをオン状態に操作する一方、前記第１スイッチに固着異常が生じていると判定された場合に、前記第３スイッチをオン状態に操作し、かつ前記バイパス経路に流れる電流が前記溶断電流よりも小さくなるよう制御しつつ、前記回転電機の駆動を継続する。

オン状態に操作中の第１スイッチに固着異常が生じた場合に、第３スイッチをオン状態に操作することにより、第１スイッチを介することなく、バイパス経路を介して第１蓄電池と回転電機との間の電気的な接続を継続することができる。ここで、バイパス経路を介して回転電機と第１蓄電池とを電気的に接続する場合、このバイパス経路に設けられた溶断部が溶断することで、回転電機の駆動が継続できなくなることが懸念される。上記構成では、第３スイッチがオン状態に操作されることにより、バイパス経路を介して回転電機と第１蓄電池とが電気的に接続される場合に、このバイパス経路に流れる電流が溶断電流よりも小さくなるように回転電機の駆動が制限される。これにより、オン状態に操作中の第１スイッチに固着異常が生じた場合において、第１蓄電池と回転電機との間の電気的な接続を継続しつつ、回転電機の駆動を安定的に継続させることができる。

車載電源システムの構成図。 スイッチＳＷ２の固着異常に対するフェイルセーフ制御を説明する図。 スイッチＳＷ１の固着異常に対するフェイルセーフ制御を説明する図。 電池制御部によるフェイルセーフ制御を説明するフローチャート。 駆動制御部によるフェイルセーフ制御を説明するフローチャート。 フェイルセーフ制御を説明するタイミングチャート。 フェイルセーフ制御を説明するタイミングチャート。

以下、本発明の車載電源システムを具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。車載電源システムは、車両に搭載された負荷に対して電力を供給するシステムである。

図１に示すように、車載電源システム１００は、回転電機ユニット１０と、第１蓄電池である鉛蓄電池２０と、第２蓄電池であるリチウムイオン蓄電池３０（以下、Ｌｉ蓄電池と記載）とを備えており、負荷４２，４３に対して電力を供給する。車載電源システム１００では、Ｌｉ蓄電池３０は電池ユニット４０内に設けられている。鉛蓄電池２０とＬｉ蓄電池３０とは、回転電機ユニット１０に対して並列に接続されている。

電気負荷４３には、車載電源システム１００から供給される電圧が一定または少なくとも所定範囲内で変動することが要求される定電圧要求負荷が含まれる。これに対し、電気負荷４２は、定電圧要求負荷以外の一般的な電気負荷である。また、電気負荷４３は電源失陥が許容されない負荷であり、電気負荷４２は、電気負荷４３に比べて電源失陥が許容される負荷であるとも言える。

定電圧要求負荷である電気負荷４３の具体例としては、ナビゲーション装置やオーディオ装置、メータ装置、上位ＥＣＵの各種ＥＣＵである。この場合、供給電力の電圧変動が抑えられることで、上記各装置において不要なリセット等が生じることが抑制され、安定動作が実現可能となっている。電気負荷４３として、電動ステアリング装置やブレーキ装置等の走行系アクチュエータが含まれていてもよい。また、電気負荷４２の具体例としては、シートヒータやリヤウインドウのデフロスタ用ヒータ、ヘッドライト、フロントウインドウのワイパ、空調装置の送風ファン等が挙げられる。

鉛蓄電池２０は周知の汎用蓄電池である。これに対し、Ｌｉ蓄電池３０は鉛蓄電池２０に比べて、充放電における電力損失が少なく、出力密度及びエネルギ密度の高い高密度蓄電池である。Ｌｉ蓄電池３０は、鉛蓄電池２０に比べて充放電時のエネルギ効率が高い蓄電池であるとよい。また、Ｌｉ蓄電池３０は、それぞれ複数の単電池を有してなる組電池として構成されている。これら各蓄電池２０，３０の定格電圧はいずれも同じであり、例えば１２Ｖである。

回転電機ユニット１０は、３相交流モータである回転電機１１と、回転電機１１の各相巻線に接続されるインバータ１２と、インバータ１２の通電制御により回転電機１１の駆動を制御する回転電機制御部１３とを備えている。回転電機ユニット１０は、モータ機能付き発電機であり、機電一体型のＩＳＧ（Integrated Starter Generator）として構成されている。回転電機１１は、その回転軸がベルト及びプーリからなる連結部材により不図示のエンジンの出力軸（クランク軸）に駆動連結されており、回転電機１１とエンジンとの間で回転が伝達される。回転電機ユニット１０は、エンジン出力軸や車軸の回転により発電を行う発電機能と、エンジン出力軸に回転力を付与する力行機能とを備えている。

回転電機１１は、多相巻線型の交流電動機であり、本実施形態では、３相交流電動機である。インバータ１２は、複数の半導体スイッチング素子を有する電力変換部として構成されている。インバータ１２は、力行時において直流電流を３相交流電流に変換し、その３相交流電流により回転電機１１を力行駆動させる。また、インバータ１２は、発電時において回転電機１１から出力される３相交流電流を直流電流に変換し、その直流電流を各蓄電池２０，３０に供給する。これにより、各蓄電池２０，３０の充電が実施される。

回転電機制御部１３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を含むマイコンにより構成されている。回転電機制御部１３は、通電位相に応じてインバータ１２の各相のスイッチング素子のオンオフを制御するとともに、各相コイルの通電時にオンオフ比率（例えばデューティ比）を調整することで通電電流を制御する。具体的には、回転電機制御部１３は、力行時においては、回転電機１１の力行トルクＴ１ｒを、力行トルク目標値Ｔ１＊に制御すべく、インバータ１２をオンオフ操作する。回転電機制御部１３は、回生発電時においては、回転電機１１の回生トルクＴ２ｒを、回生トルク目標値Ｔ２＊に制御すべく、インバータ１２をオンオフ操作する。

電池ユニット４０は、端子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を有しており、このうち端子Ｐ１に鉛蓄電池２０と電気負荷４２とが並列接続され、端子Ｐ２に回転電機ユニット１０が接続され、端子Ｐ３に電気負荷４３が接続されている。

電池ユニット４０には、ユニット内電気経路として、端子Ｐ１と、Ｌｉ蓄電池３０とを接続する第１電気経路Ｌ１が設けられている。この第１電気経路Ｌ１は、中間点である接続点Ｎ１で端子Ｐ２に接続されている。

第１電気経路Ｌ１のうち、接続点Ｎ１と端子Ｐ１との間には、第１電気経路Ｌ１を通じた回転電機１１と鉛蓄電池２０との電気的な接続を切り換え可能なスイッチＳＷ１が設けられている。また、第１電気経路Ｌ１のうち、接続点Ｎ１とＬｉ蓄電池３０との間には、第１電気経路Ｌ１を通じた回転電機１１とＬｉ蓄電池３０との間の電気的な接続を切り換え可能なスイッチＳＷ２が設けられている。本実施形態では、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２は常開式のスイッチである。

電池ユニット４０には、ユニット内電気経路として、端子Ｐ１とスイッチＳＷ１との間の接続点Ｎ３と、スイッチＳＷ２とＬｉ蓄電池３０の間の接続点Ｎ４とを接続する第２電気経路Ｌ２が設けられている。第２電気経路Ｌ２の中間点である接続点Ｎ２には、端子Ｐ３が接続されている。第２電気経路Ｌ２において、接続点Ｎ２と接続点Ｎ３との間にスイッチＳＷ３が設けられ、接続点Ｎ２と接続点Ｎ４との間にスイッチＳＷ４が設けられている。

第２電気経路Ｌ２は、第１電気経路Ｌ１側と比べて小電流を流すことを想定した小電流経路（すなわち、第１電気経路Ｌ１に比べて許容電流が小さい小電流経路）であり、この経路を介して、各蓄電池２０、３０から電気負荷４３への通電が行われる。

また、電池ユニット４０には、スイッチＳＷ１を介することなく、鉛蓄電池２０と回転電機１１とを接続するバイパス経路Ｌ３が設けられている。具体的には、バイパス経路Ｌ３の第１端は、第１電気経路Ｌ１において端子Ｐ２とスイッチＳＷ１と間の接続点Ｎ１に接続されており、第２端は、電池ユニット４０の外部において、鉛蓄電池２０の正極端子に接続された電機経路に接続されている。このバイパス経路Ｌ３には、常閉式のスイッチＳＷ５と、溶断部としてのヒューズ５０が設けられている。なお、本実施形態では、ヒューズ５０は、バイパス経路Ｌ３において、電池ユニット４０の外部に設けられている。

電池ユニット４０は、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ５をオンオフ操作する電池制御部３１を備えている。電池制御部３１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を含むマイコンにより構成されている。電池制御部３１は、各蓄電池２０、３０の充電率であるＳＯＣや、車載電源システム１００に対する駆動要求に基づいて、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ５のオンオフを操作する。具体的には、電池制御部３１は、Ｌｉ蓄電池３０のＳОＣを算出し、このＳＯＣが所定の使用範囲内に保持されるようにＬｉ蓄電池３０の充電及び放電を制御する。

電池ユニット４０には、スイッチＳＷ１に流れる電流を検出する第１電流センサ３２と、スイッチＳＷ２に流れる電流を検出する第２電流センサ３３とが設けられている。第１，第２電流センサ３２，３３により検出された電流値は、電池制御部３１に入力される。

回転電機制御部１３と電池制御部３１とは、ＣＡＮバス８１を介して通信可能に接続されている。また、ＣＡＮバス８１には、上位ＥＣＵ８０が接続されており、回転電機制御部１３と電池制御部３１とは、ＣＡＮバス８１を介して上位ＥＣＵ８０と通信可能となっている。上位ＥＣＵ８０は、回転電機１１の駆動として力行を要求する場合、ＣＡＮバス８１を介して力行要求信号を電池制御部３１及び回転電機制御部１３に出力する。また、上位ＥＣＵ８０は、回転電機１１の駆動として回生発電を要求する場合、ＣＡＮバス８１を介して回生発電要求信号を電池制御部３１及び回転電機制御部１３に出力する。

上記構成の車載電源システム１００では、エンジンの始動前において、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は開状態となっており、スイッチＳＷ５が閉状態となっている。そのため、鉛蓄電池２０と端子Ｐ２とは、バイパス経路Ｌ３を介して電気的に接続されており、鉛蓄電池２０からの電力により回転電機１１に暗電流が流れる。

エンジンの始動後においては、上位ＥＣＵ８０からの駆動要求に応じて、回転電機１１の力行と回生発電とが実施される。力行時には、Ｌｉ蓄電池３０又は鉛蓄電池２０のいずれかから回転電機１１に電力が供給される。Ｌｉ蓄電池３０により回転電機１１を給電する場合、スイッチＳＷ２がオン操作され、スイッチＳＷ１がオフ操作される。鉛蓄電池２０により回転電機１１を給電する場合、スイッチＳＷ１がオン操作され、かつスイッチＳＷ２がオフ操作される。なお、本実施形態では、力行時においては、各スイッチＳＷ３，ＳＷ４のオンオフ状態が操作されることにより、Ｌｉ蓄電池３０又は鉛蓄電池２０により電気負荷４３が給電される。

回生発電時には、Ｌｉ蓄電池３０及び鉛蓄電池２０の少なくともいずれかに対して、回転電機１１からの発電電力が供給される。回転電機１１の発電電力によりＬｉ蓄電池３０を充電する場合、スイッチＳＷ２がオン操作されるとともに、スイッチＳＷ１がオフ操作される。回転電機１１の発電電力により鉛蓄電池２０を充電する場合、スイッチＳＷ１がオン操作されるとともに、スイッチＳＷ２がオフ操作される。また、鉛蓄電池２０及びＬｉ蓄電池３０の両者を充電する場合、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２が共にオン操作される。

上記構成の車載電源システム１００において、回転電機１１の駆動中に、オン状態に操作されたスイッチＳＷ１，ＳＷ２に固着異常が生じる場合がある。ここで、固着異常とはスイッチＳＷ１，ＳＷ２がオン状態のままになってしまう異常である。この場合、回転電機１１と各蓄電池２０，３０との間の電気的な接続が遮断されることによる不都合を考慮して、回転電機１１の力行及び回生発電を禁止することが考えられる。しかし、例えば、回転電機１１がエンジンの出力をアシストしている最中に、オン操作中のスイッチＳＷ２の固着異常が検出された場合に、回転電機１１によるアシストの停止に伴い運転者に違和感を生じさせることが懸念される。これに対して、オン操作中のスイッチＳＷ１，ＳＷ２に固着異常が生じた場合に、回転電機１１の駆動を継続させる場合、固着異常が生じているスイッチＳＷ１，ＳＷ２は、その状態が不安定であるため、一時的にオン状態からオフ状態に切り替わることにより、回転電機１１と各蓄電池２０，３０との間の電気的な接続が遮断されるおそれがある。

回転電機１１の駆動中において、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２のうちオン状態に操作されているスイッチに固着異常が生じている場合に、電池制御部３１と回転電機制御部１３とは、回転電機１１の駆動を安定的に継続させるべく、協同してフェイルセーフ制御を実施する。本実施形態では、電池制御部３１と回転電機制御部１３とがフェイルセーフ制御部に相当する。

本実施形態では、電池制御部３１は、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２のうち、オン操作中のスイッチに固着異常が生じていることを以下のように判定する。スイッチＳＷ１，ＳＷ２に対する操作指令をオン指令からオフ指令に切り換え、切り換え後に流れる電流の変化に応じて、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２に固着異常が生じているか否かを判定する。具体的には、スイッチＳＷ１に対する操作指令をオン指令からオフ指令に切り換えた際に、その後に第１電流センサ３２により検出された検出電流が所定値よりも低下する場合は、オン操作中のスイッチＳＷ１に固着異常が生じていないと判定し、検出された検出電流が所定値よりも低下しない場合は、スイッチＳＷ１に固着異常が生じていると判定する。同様に、スイッチＳＷ２に対する操作指令をオン指令からオフ指令に切り換えた際に、その後に第２電流センサ３３により検出された検出電流が所定値よりも低下する場合は、オン操作中のスイッチＳＷ２に固着異常が生じていないと判定し、検出された検出電流が所定値よりも低下しない場合は、スイッチＳＷ２に固着異常が生じていると判定する。本実施形態では、電池制御部３１が異常判定部に相当する。

本実施形態では、電池制御部３１により実施される固着異常の判定の際、オン操作中のスイッチＳＷ１，ＳＷ２を一時的にオフ操作するため、力行時には回転電機１１に供給される電力が遮断されることが懸念される。そこで、力行時での固着異常の判定において、オン操作中のスイッチＳＷ１，ＳＷ２をオフ操作する期間では、オフ状態のスイッチＳＷ１，ＳＷ２をオン操作することにより、回転電機１１に供給される電力が遮断されないようにしている。具体的には、オン操作中のスイッチＳＷ２に対する固着異常の有無を判定する場合、スイッチＳＷ２をオフ操作する期間では、スイッチＳＷ１をオン操作することにより、鉛蓄電池２０と回転電機１１とを電気的に接続する。オン操作中のスイッチＳＷ１に対する固着異常の有無を判定する場合、スイッチＳＷ１をオフ操作する期間では、スイッチＳＷ２をオン操作することにより、回転電機１１とＬｉ蓄電池３０とを電気的に接続する。

電池制御部３１は、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２のうち、オン操作中のスイッチに固着異常が生じていると判定した場合に、このスイッチ以外のオフ操作されているスイッチをオン操作する。まずは、回転電機１１の力行中及び回生発電中に、オン操作中のスイッチＳＷ２に固着異常が生じた場合の処理を説明する。

図２（ａ）では、上位ＥＣＵ８０からの力行要求時において、スイッチＳＷ２がオン操作されており、Ｌｉ蓄電池３０により回転電機１１が給電されている。この状態において、スイッチＳＷ２に固着異常が生じていると判定された場合、スイッチＳＷ２が一時的にオン状態からオフ状態に切り替わることにより、Ｌｉ蓄電池３０による回転電機１１の給電が遮断されることが懸念される。

図２（ｂ）に示すように、電池制御部３１は、オフ状態のスイッチＳＷ１をオン操作することにより、端子Ｐ１，Ｐ２間においてスイッチＳＷ１を含む電気経路を導通する。これにより、スイッチＳＷ２が一時的にオン状態からオフ状態に切り替わった場合でも、鉛蓄電池２０により回転電機１１を安定的に給電することができる。

回生発電中において、オン操作中のスイッチＳＷ２に固着異常が生じていると判定された場合のフェイルセーフ制御を説明する。この場合においても、スイッチＳＷ２がオン状態に操作されており、回転電機１１の発電電力がＬｉ蓄電池３０に供給されている。この状態において、スイッチＳＷ２に固着異常が生じていると判定された場合、スイッチＳＷ２が一時的にオン状態からオフ状態に切り替わることにより、回転電機１１の発電電力の供給先がなくなる場合が想定される。

電池制御部３１は、オフ状態のスイッチＳＷ１をオン操作することにより、端子Ｐ１，Ｐ２間においてスイッチＳＷ１を含む電気経路を導通する。これにより、スイッチＳＷ２が一時的にオン状態からオフ状態に切り替わった場合でも、回転電機１１の発電電力が鉛蓄電池２０に供給される。

Ｌｉ蓄電池３０は鉛蓄電池２０に比べて、充放電における電力損失が少なく、高効率での充放電が可能である。しかし、Ｌｉ蓄電池３０は、鉛蓄電池２０よりも過充電及び過放電により劣化が促進され易い。そこで、回転電機制御部１３は、スイッチＳＷ２に固着異常が生じていると判定された場合に、Ｌｉ蓄電池３０の過放電又は過充電を防止するために、各トルクＴ１ｒ，Ｔ２ｒを制限した状態で、回転電機１１の駆動を継続する。具体的には、回転電機制御部１３は、力行中では、Ｌｉ蓄電池３０の端子間電圧が、過放電により所定の出力電圧範囲の下限値を下回らないように、力行トルクＴ１ｒの上限値を制限する。また、回転電機制御部１３は、回生発電中は、Ｌｉ蓄電池３０の端子間電圧が過充電により出力電圧範囲の上限値を上回らないように、回生トルクＴ２ｒの上限値を制限する。出力電圧範囲は、Ｌｉ蓄電池３０において、過放電及び過充電により劣化を促進しないために推奨される端子間電圧の範囲である。

本実施形態では、回転電機制御部１３は、オン操作中のスイッチＳＷ２に固着異常が生じていると判定された場合は、オープン制御により、各トルク目標値Ｔ１＊，Ｔ２＊を低下側に変更することにより回転電機１１のトルクを制限する。具体的には、力行中は、力行トルク目標値Ｔ１＊を、スイッチＳＷ２に固着異常が生じていないと判定された場合の力行トルク目標値Ｔ１＊よりも低い値に変更する。また、回生発電中は、回生トルク目標値Ｔ２＊を、スイッチＳＷ２に固着異常が生じていないと判定された場合の回生トルク目標値Ｔ２＊よりも低い値に変更する。

次に、力行中において、オン操作中のスイッチＳＷ１に固着異常が生じた場合の処理を説明する。図３（ａ）では、スイッチＳＷ１がオン状態となっており、鉛蓄電池２０により回転電機１１が給電されている。この状態において、スイッチＳＷ１に固着異常が生じている場合、スイッチＳＷ１が一時的にオン状態からオフ状態に切り替わることにより、鉛蓄電池２０による回転電機１１の給電が遮断されることが懸念される。

図３（ｂ）に示すように、電池制御部３１は、スイッチＳＷ５をオン操作し、かつスイッチＳＷ２をオフ操作することにより、鉛蓄電池２０と回転電機１１とをバイパス経路Ｌ３を通じて電気的に接続する。これにより、スイッチＳＷ１が一時的にオン状態からオフ状態に切り替わった場合でも、鉛蓄電池２０の電力がバイパス経路Ｌ３を通じて回転電機１１に供給される。

回生発電中において、オン操作中のスイッチＳＷ１に固着異常が生じた場合のフェイルセーフ制御を説明する。この場合、スイッチＳＷ１がオン状態となっており、回転電機１１により発電された電力が、スイッチＳＷ１を含む電気経路を通じて鉛蓄電池２０に供給されている。この状態において、電池制御部３１は、オン操作中のスイッチＳＷ１に固着異常が生じていると判定した場合、スイッチＳＷ５をオン操作し、スイッチＳＷ２をオフ操作し、鉛蓄電池２０と回転電機１１とをバイパス経路Ｌ３を通じて電気的に接続する。これにより、スイッチＳＷ１が一時的にオン状態からオフ状態に切り替わった場合でも、回転電機１１の発電電力が、バイパス経路Ｌ３を通じて鉛蓄電池２０に供給される。

回転電機制御部１３は、スイッチＳＷ１に固着異常が生じていると判定された場合に、バイパス経路Ｌ３に設けられたヒューズ５０を保護するために、回転電機１１の各トルクＴ１ｒ，Ｔ２ｒを制限した状態で、回転電機１１の駆動を継続する。具体的には、回転電機制御部１３は、回転電機１１の各トルクＴ１ｒ，Ｔ２ｒを、スイッチＳＷ１に固着異常が生じていると判定されない場合よりも低下させることにより、バイパス経路Ｌ３にヒューズ５０を溶断させる溶断電流値よりも低い電流を流す。

本実施形態では、回転電機制御部１３は、オン操作中のスイッチＳＷ１に固着異常が生じていると判定した場合は、オープン制御により、各トルク目標値Ｔ１＊，Ｔ２＊を低下側に変更することにより、回転電機１１のトルクＴ１ｒ，Ｔ２ｒを制限する。具体的には、力行中は、力行トルク目標値Ｔ１＊をスイッチＳＷ１に固着異常が生じていると判定されない場合の力行トルク目標値Ｔ１＊よりも低い値に変更する。また、回生発電時は、回生トルク目標値Ｔ２＊をスイッチＳＷ２に固着異常が生じていると判定されない場合の力行トルク目標値Ｔ１＊よりも低い値に変更する。

次に、電池制御部３１により実施されるフェイルセーフ制御の手順を、図４を用いて説明する。本処理は、電池制御部３１により所定周期で繰り返し実施される。

ステップＳ１１では、オン操作中のスイッチの固着異常の有無を判定する。ステップＳ１２では、力行又は回生発電中であるか否かを判定する。例えば、上位ＥＣＵ８０からの駆動要求の種別により、回転電機１１が力行又は回生発電中であると判定する。

回転電機１１が力行又は回生発電中である場合、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、ステップＳ１１において、オン操作中のスイッチＳＷ２の固着異常を検出しているか否かを判定する。オン操作中のスイッチＳＷ２の固着異常を検出している場合、ステップＳ１４に進み、オフ状態のスイッチＳＷ１をオン操作する。

ステップＳ１５において、現在、回転電機１１が力行中である場合、ステップＳ１６に進む。ステップＳ１６では、スイッチＳＷ２の異常状態を示す異常信号を、ＣＡＮバス８１を通じて回転電機制御部１３に送信する。ステップＳ１６に進む場合、異常信号は、力行中であり、かつオン操作中のＳＷ２に固着異常が生じていること示すものとなる。

ステップＳ１５において、現在、回転電機１１が回生発電中である場合、ステップＳ１７に進む。ステップＳ１７で送信される異常信号は、回生発電中であり、かつオン操作中のＳＷ２に固着異常が生じていることを示すものとなる。

ステップＳ１３に戻り、オン操作中のスイッチＳＷ２の固着異常を検出していないと判定すると、ステップＳ１８に進む。ステップＳ１８では、ステップＳ１１において、オン操作中のスイッチＳＷ１の固着異常を検出しているか否かを判定する。オン操作中のスイッチＳＷ１の固着異常を検出している判定すると、ステップＳ１９に進む。

ステップＳ１９では、スイッチＳＷ５をオン操作し、スイッチＳＷ２をオフ操作する。ステップＳ２０において、現在、回転電機１１が力行中であれば、ステップＳ２１に進み、スイッチＳＷ１の異常状態を示す異常信号を、ＣＡＮバス８１を通じて回転電機制御部１３に送信する。ステップＳ２１で送信される異常信号は、力行中であり、かつオン操作中のスイッチＳＷ１に固着異常が生じていること示すものとなる。

ステップＳ２０において、現在、回転電機１１が回生発電中であれば、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２２で送信される異常信号は、回生発電中であり、かつオン操作中のスイッチＳＷ１に固着異常が生じていることを示すものとなる。

ステップＳ１８に戻り、スイッチＳＷ１に固着異常が生じていないと判定すると、図４の処理を一旦終了する。

ステップＳ１２に戻り、現在、回転電機１１が力行中及び回生発電中のいずれの駆動状態でもないと判定すると、ステップＳ２３に進む。ステップＳ２３では、ステップＳ１１において、オフ操作中のいずれかのスイッチＳＷ１，ＳＷ２の固着異常を検出しているか否かを判定する。ステップＳ２３において、オフ操作中のスイッチＳＷ１，ＳＷ２の固着異常を検出していると判定すると、ステップＳ２４に進む。ステップＳ２４では、オフ操作中のスイッチＳＷ１，ＳＷ２のいずれかに固着異常が生じていることを、ＣＡＮバス８１を通じて回転電機制御部１３に送信する。

次に、回転電機制御部１３により実施されるフェイルセーフ制御の手順を、図５を用いて説明する。本処理は、回転電機制御部１３により所定周期で繰り返し実施される。

ステップＳ３０では、電池制御部３１からＣＡＮバス８１を通じて送信された異常信号を解析する。ステップＳ３１では、ステップＳ３０での異常信号の解析結果により、力行中であり、かつオン操作中のスイッチＳＷ２に固着異常が生じていると判定すると、ステップＳ３２に進む。ステップＳ３２では、力行トルク目標値Ｔ１＊を低下側に変更する。これにより、Ｌｉ蓄電池３０の端子間電圧が出力電圧範囲の下限値を下回らないように、力行トルクＴ１ｒが制限される。

ステップＳ３１を否定判定すると、ステップＳ３３に進む。ステップＳ３３では、ステップＳ３０での異常信号の解析結果により、力行中であり、かつオン操作中のスイッチＳＷ１に固着異常が生じているか否かを判定する。ステップＳ３３を肯定判定すると、ステップＳ３４に進み、力行トルク目標値Ｔ１＊を低下側に変更する。これにより、バイパス経路Ｌ３に流れる電流が溶断電流を上回らないように、力行トルクＴ１ｒが制限される。

ステップＳ３３を否定判定すると、ステップＳ３５に進む。ステップＳ３５では、ステップＳ３０での異常信号の解析結果により、回生発電中であり、かつオン操作中のスイッチＳＷ２に固着異常が生じているか否かを判定する。ステップＳ３５を肯定判定すると、ステップＳ３６に進み、回生トルク目標値Ｔ２＊を低下側に変更する。これにより、Ｌｉ蓄電池３０の端子間電圧が、出力電圧範囲の上限値を上回らないように、回生トルクＴ２ｒが制限される。

ステップＳ３５を否定判定すると、ステップＳ３７に進む。ステップＳ３７では、ステップＳ３０での異常信号の解析結果により、回生発電中であり、かつオン操作中のスイッチＳＷ１に固着異常が生じているか否かを判定する。ステップＳ３７を肯定判定すると、ステップＳ３８に進み、回生トルク目標値Ｔ２＊を低下側に変更する。これにより、バイパス経路Ｌ３に流れる電流が溶断電流を上回らないように、回生トルクＴ２ｒが制限される。

ステップＳ４０では、上位ＥＣＵ８０による力行又は回生発電の要求期間が終了したか否かを判定する。要求期間が終了してないと判定すると、図５の処理を一旦終了する。本実施形態では、力行又は回生発電の要求期間が駆動要求期間に相当する。ステップＳ４０を肯定判定すると、ステップＳ４１では、回転電機１１の力行及び回生発電を禁止するための禁止要求を、ＣＡＮバス８１を通じて上位ＥＣＵ８０に送信する。これにより、上位ＥＣＵ８０は、禁止フラグをハイ状態に変化させることにより、回転電機１１の力行及び回生発電を禁止する。

一方、ステップＳ３７を否定判定すると、ステップＳ３９に進む。ステップＳ３９では、ステップＳ３０での異常信号の解析結果により、オフ操作中のスイッチＳＷ１，ＳＷ２に固着異常が生じているか否かを判定する。ステップＳ３９を肯定判定すると、ステップＳ４１に進み、上位ＥＣＵ８０に、禁止命令をＣＡＮバス８１を通じて送信する。

次に、フェール制御中の、電池制御部３１及び回転電機制御部１３の動作を、タイミングチャートを用いて説明する。図６は、力行中に、オン操作中のスイッチＳＷ２に対して固着異常が生じていると判定される場合のタイミングチャートである。図６（ａ）は上位ＥＣＵ８０からの力行要求の有無の推移を示し、図６（ｂ）は力行トルクＴ１ｒの推移を示す。図６（ｃ）はスイッチＳＷ１のオンオフ状態を示し、図６（ｄ）はスイッチＳＷ２のオンオフ状態を示す。図６（ｅ）はスイッチＳＷ５のオンオフ状態を示し、図６（ｆ）は回転電機１１の力行及び回生発電の禁止の有無を示す禁止フラグの変化を示す。

時刻ｔ１よりも前では、上位ＥＣＵ８０による力行要求がされておらず、回転電機１１の力行トルクＴ１ｒは、０付近の値となっている。なお、図６に示す例では、時刻ｔ１よりも前において、スイッチＳＷ２はオン状態となっているものとする。時刻ｔ１において、上位ＥＣＵ８０による力行要求により、回転電機ユニット１０の力行が実施される。図６（ｂ）において、時刻ｔ１から時刻ｔ４までの期間が、回転電機１１に対して力行要求が行われる駆動要求期間である。

回転電機制御部１３により、回転電機１１の力行トルクＴ１ｒが、力行トルク目標値Ｔ１＊に近づくように制御されることにより、時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間において、力行トルクＴ１ｒが力行トルク目標値Ｔ１＊に近づくように上昇する。時刻ｔ２以後は、回転電機制御部１３により、力行トルクＴ１ｒが力行トルク目標値Ｔ１＊に維持されている。

時刻ｔ３において、電池制御部３１は、オン操作中のスイッチＳＷ２に固着異常が生じていることを判定すると、オフ状態のスイッチＳＷ１をオン操作する。回転電機制御部１３は、電池制御部３１からの異常信号により、力行トルク目標値Ｔ１＊を現在の値よりも低い値に変更する。これにより、回転電機１１の力行トルクＴ１ｒが、オン操作中のスイッチＳＷ２に固着異常が生じていると判定される前の力行トルクＴ１ｒよりも低下する。

時刻ｔ４において、上位ＥＣＵ８０からの力行要求が終了することにより、回転電機制御部１３は、力行トルク目標値Ｔ１＊を低下させる。そのため、回転電機１１の力行トルクＴ１ｒが０付近まで低下する。また、回転電機制御部１３は、上位ＥＣＵ８０に禁止要求を送信することにより、回転電機１１の力行及び回生発電を禁止する禁止フラグがハイ状態となり、上位ＥＣＵ８０による力行要求及び回生発電要求が禁止される。

図７は、力行中に、オン操作中のスイッチＳＷ１に対して固着異常が生じていると判定される場合のタイミングチャートである。図７（ａ）〜図７（ｆ）は、図６（ａ）〜図６（ｆ）にそれぞれ対応している。

時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの各動作は、図６に示した時刻ｔ１から時刻ｔ２と同じ動作と同じであるため説明を省略する。図７（ｂ）において、時刻ｔ１１から時刻ｔ１４までの期間が、回転電機１１の力行が要求される駆動要求期間である。

時刻ｔ１３において、電池制御部３１は、オン操作中のスイッチＳＷ１に固着異常が生じていることを判定すると、オフ操作中のスイッチＳＷ５をオン操作する。なお、スイッチＳＷ２はオフ操作されている。また、回転電機制御部１３は、電池制御部３１からの異常信号により、力行トルク目標値Ｔ１＊を現在の値よりも低下側に変更する。これにより、回転電機１１の力行トルクＴ１ｒが低下されることにより、バイパス経路Ｌ３に流れる電流が、ヒューズ５０の溶断電流よりも低い値に制限される。

時刻ｔ１４において、上位ＥＣＵ８０が力行要求を停止することにより、回転電機制御部１３は、力行トルク目標値Ｔ１＊を低下させる。そのため、回転電機１１の力行トルクＴ１ｒが０付近まで低下する。また、回転電機制御部１３が上位ＥＣＵ８０に禁止要求を送信することにより、禁止フラグがハイ状態となり、上位ＥＣＵ８０による力行要求及び回生発電要求が禁止される。

以上説明した本実施形態では以下の効果を奏することができる。

・電池制御部３１は、回転電機１１の力行又は回生発電中において、スイッチＳＷ１又はスイッチＳＷ２のうちオン操作中のスイッチに固着異常が生じているか否かを判定する。オン操作中のスイッチに固着異常が生じていると判定した場合に、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２のうち、オフ状態のスイッチをオン状態に操作する。そして、回転電機制御部１３は、回転電機１１の駆動を、トルクを制限した状態で継続する。これにより、オン操作中のスイッチに固着異常が生じている場合でも、このスイッチ以外のスイッチにより、回転電機１１と各蓄電池２０，３０とを電気的に接続させることができるため、運転者の違和感を生じさせることなく回転電機１１に対して適正な処置を実施することができる。

・回転電機制御部１３は、オン操作中のスイッチの固着異常に伴い、回転電機１１の駆動を制限しつつ継続した後は、回転電機１１の駆動を禁止する。これにより、オン操作中のスイッチに固着異常が生じている状態で回転電機１１の駆動が再度実施されるのを防止することができる。

・回転電機制御部１３は、オン操作中のスイッチＳＷ２に固着異常が生じた状態で回転電機１１の駆動を継続する場合において、Ｌｉ蓄電池３０の端子間電圧が所定の出力電圧範囲から外れないように、回転電機１１のトルクＴ１ｒ，Ｔ２ｒを制限する。これにより、Ｌｉ蓄電池３０の劣化を抑制しつつ回転電機１１の駆動を継続させることができる。

・電池制御部３１は、オン操作中のスイッチＳＷ１に固着異常が生じたと判定した場合に、スイッチＳＷ５をオン操作することにより、スイッチＳＷ１を介することなく、バイパス経路Ｌ３を介して鉛蓄電池２０と回転電機１１との間の電気的な接続を継続する。また、回転電機制御部１３は、バイパス経路Ｌ３に流れる電流がヒューズ５０を溶断する溶断電流よりも小さくなるように回転電機１１のトルクＴ１ｒ，Ｔ２ｒを制限する。これにより、オン操作中のスイッチＳＷ１に固着異常が生じた場合において、鉛蓄電池２０と回転電機１１との間の電気的な接続を継続しつつ、回転電機１１の駆動を安定的に継続させることができる。

（その他の実施形態）
・電池制御部３１は、オン操作中のスイッチＳＷ１に固着異常が生じていると判定した場合に、スイッチＳＷ２をオン操作するものであってもよい。この場合、図４のステップＳ１９において、スイッチＳＷ２をオン操作すればよい。これにより、回転電機１１とＬｉ蓄電池３０とがスイッチＳＷ２を介して電気的に接続されることにより、力行時において、スイッチＳＷ１が一時的にオン状態からオフ状態へ変化した場合でも、Ｌｉ蓄電池３０からの電力が回転電機１１に供給される。また、回生発電時には、スイッチＳＷ１が一時的にオン状態からオフ状態へ変化した場合でも、回転電機１１の発電電力がＬｉ蓄電池３０に供給される。

・バイパス経路Ｌ３に設けられる溶断部は、所定の溶断電流よりも大きな電流より溶断されるものであればよく、ヒューズ以外のものであってもよい。例えば、バイパス経路Ｌ３において、一部の経路幅がそれ以外の経路幅よりも狭められた部位であって、過電流に伴う発熱により溶断する部位を溶断部としてもよい。

・車載電源システム１００は、バイパス経路Ｌ３上にスイッチＳＷ５を備える構成に代えて、バイパス経路Ｌ３上に抵抗部を備える構成であってもよい。この場合において、電池制御部３１は、オン操作中のスイッチＳＷ１に固着異常が生じていると判定した場合に、スイッチＳＷ２をオン操作すればよい。

・回転電機制御部１３は、電池制御部３１からの異常信号を受信した後に、受信した異常信号の解析結果に応じて、電池制御部３１に各スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のオンオフ操作を命令してもよい。

・電池制御部３１と回転電機制御部１３とにより制御装置を構成することに代えて、１つの制御装置に、電池制御部３１と回転電機制御部１３との両者の機能を備えさせてもよい。

１１…回転電機、２０…鉛蓄電池、３０…Ｌｉ蓄電池、３１…電池制御部、１３…回転電機制御部、１００…車載電源システム。

Claims (4)

1. 回転電機（１１）と、
   前記回転電機に対して並列接続された第１蓄電池（２０）及び第２蓄電池（３０）と、
   前記回転電機と前記第１蓄電池との間の電気的な接続を切り換える第１スイッチ（ＳＷ１）と、
   前記回転電機と前記第２蓄電池との間の電気的な接続を切り換える第２スイッチ（ＳＷ２）と、
   を備える車載電源システム（１００）に適用され、
   前記回転電機の力行及び発電のいずれかの駆動に際し、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの少なくともいずれかをオン状態に操作する制御装置（１３，３１）であって、
   前記第１スイッチ又は前記第２スイッチのいずれかをオン状態に操作し、かつ前記回転電機を駆動させている場合に、それら各スイッチのうちオン状態のスイッチについて固着異常が生じているか否かを判定する異常判定部と、
   前記固着異常が生じていると判定された場合に、その際の前記回転電機の駆動要求期間内で、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのうちオフ状態のスイッチをオン状態に操作するとともに、前記回転電機の駆動を制限しつつ継続するフェイルセーフ制御部と、
   を備える車載電源システムの制御装置。
2. 前記フェイルセーフ制御部は、前記異常判定部により前記固着異常が生じていると判定された駆動要求期間内での前記回転電機の駆動を終了した後に、それ以降の前記回転電機の駆動を禁止する請求項１に記載の車載電源システムの制御装置。
3. 前記第２蓄電池はリチウムイオン蓄電池であり、前記第１蓄電池は鉛蓄電池であり、
   前記フェイルセーフ制御部は、前記第２スイッチに固着異常が生じたと判定されることにより前記第１スイッチをオン状態に操作する場合に、前記第２蓄電池の端子間電圧が所定の出力電圧範囲に収まるように制限しつつ、前記回転電機の駆動を継続する請求項１又は２に記載の車載電源システムの制御装置。
4. 前記車載電源システムは、前記第１スイッチを介することなく前記回転電機と前記第１蓄電池とを接続するバイパス経路（Ｌ３）に設けられた第３スイッチ（ＳＷ５）を備え、
   前記バイパス経路には、所定の溶断電流よりも大きな電流が流れることにより溶断される溶断部（５０）が設けられており、
   前記フェイルセーフ制御部は、前記第２スイッチに固着異常が生じていると判定された場合に、前記第１スイッチをオン状態に操作する一方、前記第１スイッチに固着異常が生じていると判定された場合に、前記第３スイッチをオン状態に操作し、かつ前記バイパス経路に流れる電流が前記溶断電流よりも小さくなるように制限しつつ、前記回転電機の駆動を継続する請求項１〜３のいずれか一項に記載の車載電源システムの制御装置。

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