JP6860421B2

JP6860421B2 - 車両用電源装置

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Publication number: JP6860421B2
Application number: JP2017103361A
Authority: JP
Inventors: 貴博木下
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2017-05-25
Filing date: 2017-05-25
Publication date: 2021-04-14
Anticipated expiration: 2037-05-25
Also published as: JP2018198519A

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、エンジンに連結される電動機を備えた電源装置が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の電源装置は、電動機や電気負荷に電力を供給する蓄電体として、互いに接続される鉛バッテリとリチウムイオンバッテリとを有している。また、引用文献１に記載の電源装置は、電動機を力行させてエンジンをアシストする際に、鉛バッテリとリチウムイオンバッテリとの接続を解除している。これにより、リチウムイオンバッテリから電動機に対する供給電力が急増する場合であっても、鉛バッテリから電気負荷に対して適切に電力を供給することができる。

特開２０１３−２５６２６７号公報

また、引用文献１に記載の電源装置は、電流センサの故障によって鉛バッテリの放電状況を把握できない場合に、電動機によるエンジンのアシストを禁止している。このように、電動機によるアシストを禁止して鉛バッテリとリチウムイオンバッテリとの接続を維持することにより、万一、センサ故障中に鉛バッテリの放電性能が低下した場合であっても、リチウムイオンバッテリから電気負荷に電力を供給することができ、電源装置を正常に機能させることができる。しかしながら、電動機によるエンジンのアシストが実行された状態、つまり鉛バッテリとリチウムイオンバッテリとが切り離された状態のもとで、電流センサ等に異常が発生した場合には、鉛バッテリの放電状況を適切に把握することができないため、電源装置を適切に制御することが困難となっていた。

本発明の目的は、センサ異常が発生した場合であっても、車両用電源装置を適切に制御することにある。

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電動機と、前記電動機に接続される第１蓄電体と、前記第１蓄電体と並列に前記電動機に接続される第２蓄電体と、前記電動機と前記第１蓄電体とを接続する導通状態と、前記電動機と前記第１蓄電体とを切り離す遮断状態と、に制御されるスイッチと、前記電動機が力行状態に制御される場合に、前記スイッチを遮断状態に制御するスイッチ制御部と、前記第１蓄電体の放電状況を検出する蓄電体センサと、前記蓄電体センサの異常を判定するセンサ判定部と、前記第１蓄電体に接続される制御ユニットと、を有し、前記スイッチ制御部は、前記電動機の力行に伴って前記スイッチを遮断した状態のもとで、前記蓄電体センサが異常であると判定され、かつ前記制御ユニットの電源電圧が閾値を下回る場合に、前記スイッチを遮断状態から導通状態に制御する。

本発明によれば、電動機の力行に伴ってスイッチを遮断した状態のもとで、蓄電体センサが異常であると判定され、かつ制御ユニットの電源電圧が閾値を下回る場合に、スイッチを遮断状態から導通状態に制御する。これにより、センサ異常が発生した場合であっても、車両用電源装置を適切に制御することができる。

本発明の一実施の形態である車両用電源装置を備えた車両の構成例を示す概略図である。電源回路の一例を示す回路図である。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力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力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力供給状況の一例を示す図である。スイッチ開閉制御の実行手順の一例を示すフローチャートである。スイッチ開閉制御の実行手順の一例を示すフローチャートである。スイッチ開閉制御の各過程における電力供給状況を示す図である。（ａ）および（ｂ）は、スイッチ開閉制御の各過程における電力供給状況を示す図である。（ａ）および（ｂ）は、スイッチ開閉制御の各過程における電力供給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。図１は本発明の一実施の形態である車両用電源装置１０を備えた車両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、本発明の一実施の形態である車両用電源装置１０が搭載されている。また、車両１１には、動力源であるエンジン１２を備えたパワーユニット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（電動機）１６が機械的に連結されている。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。この発電電動機であるスタータジェネレータ１６は、クランク軸１４によって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を回転させ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をアシスト駆動する場合には、スタータジェネレータ１６は電動機として力行状態に制御される。

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。

［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の一例を示す回路図である。図２に示すように、電源回路３０は、スタータジェネレータ１６に電気的に接続される鉛バッテリ（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）３２と、を備えている。なお、リチウムイオンバッテリ３２を積極的に放電させるため、リチウムイオンバッテリ３２の端子電圧は、鉛バッテリ３１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３２を積極的に充放電させるため、リチウムイオンバッテリ３２の内部抵抗は、鉛バッテリ３１の内部抵抗よりも小さく設計されている。

鉛バッテリ３１の正極端子３１ａには正極ライン３３が接続され、リチウムイオンバッテリ３２の正極端子３２ａには正極ライン３４が接続され、スタータジェネレータ１６の正極端子１６ａには正極ライン３５が接続される。これらの正極ライン３３〜３５は、接続点３６を介して互いに接続されている。また、鉛バッテリ３１の負極端子３１ｂには負極ライン３７が接続され、リチウムイオンバッテリ３２の負極端子３２ｂには負極ライン３８が接続され、スタータジェネレータ１６の負極端子１６ｂには負極ライン３９が接続される。これらの負極ライン３７〜３９は、基準電位点４０を介して互いに接続されている。

鉛バッテリ３１の正極ライン３３には、導通状態と遮断状態とに切り替えられる第１スイッチ（スイッチ）ＳＷ１が設けられている。スイッチＳＷ１を導通状態に制御することにより、スタータジェネレータ１６と鉛バッテリ３１とは互いに接続される。一方、スイッチＳＷ１を遮断状態に制御することにより、スタータジェネレータ１６と鉛バッテリ３１とは互いに切り離される。また、リチウムイオンバッテリ３２の正極ライン３４には、導通状態と遮断状態とに切り替えられる第２スイッチＳＷ２が設けられている。スイッチＳＷ２を導通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３２とは互いに接続される。一方、スイッチＳＷ２を遮断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３２とは互いに切り離される。

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。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４１が設けられている。このバッテリモジュール４１には、リチウムイオンバッテリ３２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４１には、マイコン等からなるバッテリコントローラ４２が設けられている。バッテリコントローラ４２は、リチウムイオンバッテリ３２の充電状態ＳＯＣ、充放電電流、端子電圧、セル温度、内部抵抗等を監視する機能や、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。

鉛バッテリ３１の正極ライン３３には、複数の電気負荷からなる電気負荷群５０が接続されている。電気負荷群５０を構成する電気負荷として、車両の走行姿勢を安定させる横滑り防止装置５１、運転手のステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置５２、車両前方に光を照射するヘッドライト５３、乗員に各種情報を表示するインストルメントパネル５４等が設けられている。例示した電気負荷のうち、横滑り防止装置５１、電動パワーステアリング装置５２およびヘッドライト５３は、消費電力が所定の電力閾値を上回る高負荷デバイス５５である。また、例示した電気負荷のうち、インストルメントパネル５４は、消費電力が所定の電力閾値を下回る低負荷デバイス５６である。このように、車両用電源装置１０には、複数の電気負荷として、低負荷デバイス５６とこれよりも消費電力の大きな高負荷デバイス５５とが設けられている。なお、高負荷デバイス５５や低負荷デバイス５６は、前述した装置に限られることはない。例えば、高負荷デバイスとして、ヒータブロワ、ＰＴＣヒータ或いは電熱ヒータ等を採用しても良い。

また、鉛バッテリ３１の負極ライン３７には、バッテリセンサ（蓄電体センサ）５７が設けられている。このバッテリセンサ５７は、鉛バッテリ３１の充電電流、放電電流、端子電圧、充電状態ＳＯＣ等を検出する機能を有している。つまり、バッテリセンサ５７を用いることにより、鉛バッテリ３１の放電状況を検出することが可能である。また、鉛バッテリ３１の正極ライン３３には、電気負荷群５０等を保護するヒューズ５８が設けられている。なお、前述の説明では、鉛バッテリ３１の負極端子３１ｂにバッテリセンサ５７を接続しているが、これに限られることはなく、鉛バッテリ３１の正極端子３１ａに蓄電体センサを接続しても良い。

［車両用電源装置の制御系］
図１に示すように、車両用電源装置１０は、マイコン等からなるメインコントローラ（制御ユニット）６０を有している。このメインコントローラ６０には、スタータジェネレータ１６を制御するＩＳＧ制御部６１、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御するスイッチ制御部６２、バッテリセンサ５７が正常であるか否かを判定するセンサ判定部６３、鉛バッテリ３１の放電電流や端子電圧を判定する放電判定部６４、メインコントローラ６０の電源電圧を検出する電圧検出部６５等の各機能部が設けられている。メインコントローラ６０や前述した各コントローラ２３，４２は、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。

後述するように、メインコントローラ６０の各機能部は、各種コントローラやセンサからの情報に基づき、スタータジェネレータ１６やスイッチＳＷ１，ＳＷ２等を制御する。なお、メインコントローラ６０のＩＳＧ制御部６１は、ＩＳＧコントローラ２３に制御信号を出力することにより、スタータジェネレータ１６の発電電圧等を制御する。また、メインコントローラ６０のスイッチ制御部６２は、バッテリコントローラ４２に制御信号を出力することにより、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を導通状態や遮断状態に制御する。

また、メインコントローラ６０は、電源ライン６７を介して鉛バッテリ３１の正極ライン３３に接続されている。つまり、メインコントローラ６０の電圧検出部６５は、メインコントローラ６０の電源電圧として、基準電位に対する正極ライン３３の電位差、つまり鉛バッテリ３１の端子電圧を検出することが可能である。なお、図示していないが、鉛バッテリ３１の正極ライン３３には、ＩＳＧコントローラ２３やバッテリコントローラ４２等のコントローラも電気負荷として接続される。

［電力供給状況］
スタータジェネレータ１６の発電制御や力行制御に伴う電力供給状況について説明する。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力供給状況の一例を示す図である。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力供給状況の一例を示す図である。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力供給状況の一例を示す図である。

図３に示すように、リチウムイオンバッテリ３２の蓄電量が低下している場合には、スタータジェネレータ１６が燃焼発電状態に制御される。つまり、リチウムイオンバッテリ３２の充電状態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３２を充電して充電状態ＳＯＣを高めるため、スタータジェネレータ１６が燃焼発電状態に制御される。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の発電電圧がリチウムイオンバッテリ３２の端子電圧よりも引き上げられる。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３２、電気負荷群５０および鉛バッテリ３１等に対して発電電力が供給される。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１２によってスタータジェネレータ１６が発電駆動される状態である。

図４に示すように、リチウムイオンバッテリ３２の蓄電量が十分に確保されている場合には、スタータジェネレータ１６が発電休止状態に制御される。つまり、リチウムイオンバッテリ３２の充電状態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３２から電気負荷群５０に対する電力供給が可能であるため、スタータジェネレータ１６は発電休止状態に制御される。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の発電電圧がリチウムイオンバッテリ３２の端子電圧よりも引き下げられる。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３２から電気負荷群５０等に電力が供給されるため、スタータジェネレータ１６の発電を抑制または停止させることができ、エンジン負荷を低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６０は、充電状態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するが、減速走行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、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、スタータジェネレータ１６の発電電圧がバッテリ３１，３２や電気負荷群５０等の耐電圧を超えない範囲で引き上げられる。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３２や鉛バッテリ３１に大きな電流を供給することができる。つまり、スタータジェネレータ１６の発電電力を増やすことができるため、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。なお、リチウムイオンバッテリ３２の内部抵抗は、鉛バッテリ３１の内部抵抗よりも小さいことから、発電電流の多くはリチウムイオンバッテリ３２に供給される。

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は導通状態に保持される。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３２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３２の充放電を制御することができ、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の耐久性を向上させることができる。

［スイッチ開閉制御］
続いて、メインコントローラ６０によって所定周期毎に実行されるスイッチＳＷ１，ＳＷ２の開閉制御について説明する。図６および図７はスイッチ開閉制御の実行手順の一例を示すフローチャートである。図６および図７のフローチャートにおいては符号Ａの箇所で互いに接続されている。また、図８〜図１０はスイッチ開閉制御の各過程における電力供給状況を示す図である。なお、図６および図７には、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の導通状態がＯＮとして記載され、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の遮断状態がＯＦＦとして記載され、スタータジェネレータ１６がＩＳＧとして記載される。

図６に示すように、ステップＳ１０では、スタータジェネレータ１６が力行状態に制御される状況であるか否かが判定される。スタータジェネレータ１６が力行状態に制御される状況とは、例えば、エンジン再始動時にスタータジェネレータ１６によってエンジン１２を始動回転させる状況や、車両発進時や車両加速時にスタータジェネレータ１６によってエンジン１２をアシスト駆動する状況である。ステップＳ１０において、スタータジェネレータ１６を力行させる状況であると判定された場合には、ステップＳ１１に進み、スイッチＳＷ１が遮断状態に制御され、スイッチＳＷ２が導通状態に制御される。続くステップＳ１２では、スタータジェネレータ１６が力行状態に制御される。

このように、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が導通状態から遮断状態に制御される。図８に示すように、スイッチＳＷ１を遮断状態に切り替えることにより、鉛バッテリ３１および電気負荷群５０からなる電源回路７０と、リチウムイオンバッテリ３２およびスタータジェネレータ１６からなる電源回路７１と、が互いに切り離される。これにより、図８に黒塗りの矢印で示すように、スタータジェネレータ１６の消費電流が増加する場合であっても、鉛バッテリ３１から電気負荷群５０に電力を供給することができるため、電気負荷群５０に対する瞬間的な電圧低下つまり瞬低を防止することができ、電気負荷群５０を適切に機能させることができる。

図６および図７に示すように、ステップＳ１２において、スタータジェネレータ１６が力行状態に制御されると、続いてステップＳ１３に進み、バッテリセンサ５７に異常が発生しているか否かが判定される。例えば、メインコントローラ６０がバッテリセンサ５７から信号を受信できない場合や、メインコントローラ６０内にバッテリセンサ５７の故障情報が記録されている場合には、メインコントローラ６０のセンサ判定部６３によってバッテリセンサ５７が異常であると判定される。ステップＳ１３において、バッテリセンサ５７が正常であると判定された場合には、ステップＳ１４に進み、鉛バッテリ３１の端子電圧（電圧）ｖ_Ｐｂが所定の電圧閾値ｖ１（例えば１２．０Ｖ）を下回るか否かが判定される。

ステップＳ１４において、鉛バッテリ３１の端子電圧ｖ_Ｐｂが電圧閾値ｖ１を下回る状況とは、図９（ａ）に示すように、鉛バッテリ３１から電気負荷群５０に供給される電力が増加する状況であり、鉛バッテリ３１が所定の閾値を上回って放電する状況である。このため、ステップＳ１４において、鉛バッテリ３１の端子電圧ｖ_Ｐｂが電圧閾値ｖ１を下回ると判定された場合には、ステップＳ１５に進み、スイッチＳＷ１、ＳＷ２の双方が導通状態に制御される。つまり、図９（ａ）に示すように、メインコントローラ６０の放電判定部６４が、バッテリセンサ５７からの端子電圧ｖ_Ｐｂに基づき鉛バッテリ３１の過度な放電を検出すると、メインコントローラ６０のスイッチ制御部６２からスイッチＳＷ１に向けてＯＮ信号が出力される。そして、図９（ｂ）に示すように、スイッチＳＷ１は導通状態に切り替えられ、電気負荷群５０にリチウムイオンバッテリ３２が接続される。これにより、図９（ｂ）に黒塗りの矢印で示すように、リチウムイオンバッテリ３２から電気負荷群５０に電力が供給されるため、鉛バッテリ３１の過度な放電を抑制することができるとともに、電気負荷群５０を正常に機能させることができる。

ステップＳ１４において、鉛バッテリ３１の端子電圧ｖ_Ｐｂが電圧閾値ｖ１以上であると判定された場合には、ステップＳ１６に進み、鉛バッテリ３１の放電電流ｉ_Ｐｂが、所定の電流閾値ｉ１（例えば１００Ａ）を上回るか否かが判定される。ステップＳ１６において、鉛バッテリ３１の放電電流ｉ_Ｐｂが電流閾値ｉ１を上回る状況とは、図９（ａ）に示すように、鉛バッテリ３１から電気負荷群５０に供給される電力が増加する状況であり、鉛バッテリ３１が所定の閾値を上回って放電する状況である。このため、ステップＳ１４において、鉛バッテリ３１の放電電流ｉ_Ｐｂが電流閾値ｉ１を上回ると判定された場合には、ステップＳ１５に進み、スイッチＳＷ１、ＳＷ２の双方が導通状態に制御される。つまり、図９（ａ）に示すように、メインコントローラ６０の放電判定部６４が、バッテリセンサ５７からの放電電流ｉ_Ｐｂに基づき鉛バッテリ３１の過度な放電を検出すると、メインコントローラ６０のスイッチ制御部６２からスイッチＳＷ１に向けてＯＮ信号が出力される。そして、図９（ｂ）に示すように、スイッチＳＷ１は導通状態に切り替えられ、電気負荷群５０にリチウムイオンバッテリ３２が接続される。これにより、図９（ｂ）に黒塗りの矢印で示すように、リチウムイオンバッテリ３２から電気負荷群５０に電力が供給されるため、鉛バッテリ３１の過度な放電を抑制することができるとともに、電気負荷群５０を正常に機能させることができる。

ステップＳ１６において、鉛バッテリ３１の放電電流ｉ_Ｐｂが電流閾値ｉ１以下であると判定された場合には、ステップＳ１７に進み、消費電力の大きな高負荷デバイス５５が作動しているか否かが判定される。ステップＳ１７において、電気負荷群５０を構成する電気負荷のうち、横滑り防止装置５１、電動パワーステアリング装置５２およびヘッドライト５３の少なくとも何れか１つが作動すると判定された場合には、ステップＳ１５に進み、スイッチＳＷ１が遮断状態から導通状態に切り替えられる。ここで、横滑り防止装置５１等の高負荷デバイスが作動する状況とは、電気負荷群５０による消費電力の増加が予測される状況であり、鉛バッテリ３１が所定の閾値を上回って放電することが予測される状況である。このため、スイッチＳＷ１が遮断状態から導通状態に切り替えられ、電気負荷群５０にリチウムイオンバッテリ３２が接続される。これにより、リチウムイオンバッテリ３２から電気負荷群５０に電力が供給されるため、鉛バッテリ３１の過度な放電を抑制することができるとともに、電気負荷群５０を正常に機能させることができる。

なお、ステップＳ１７において、全ての高負荷デバイス５５が停止していると判定された場合には、スイッチＳＷ１を導通状態に制御することなくルーチンを抜ける。つまり、ステップＳ１４において端子電圧ｖ_Ｐｂが電圧閾値ｖ１以上であると判定され、ステップＳ１６において放電電流ｉ_Ｐｂが電流閾値ｉ１以下であると判定され、かつステップＳ１７において全ての高負荷デバイス５５が停止すると判定された場合には、鉛バッテリ３１が過度に放電する状況ではないことから、スイッチＳＷ１は遮断状態に保持される。

一方、ステップＳ１３において、バッテリセンサ５７が異常であると判定された場合には、ステップＳ１８に進み、メインコントローラ６０の電源電圧ｖ_ＥＣＵが所定の電圧閾値ｖ２（例えば１２．５Ｖ）を下回るか否かが判定される。例えば、メインコントローラ６０がバッテリセンサ５７から信号を受信した場合や、メインコントローラ６０内にバッテリセンサ５７の故障情報が記録されていない場合には、メインコントローラ６０のセンサ判定部６３によってバッテリセンサ５７が正常であると判定される。この場合には、ステップＳ１８に進み、メインコントローラ６０の電源電圧ｖ_ＥＣＵが電圧閾値ｖ２を下回るか否かが判定される。

ステップＳ１８において、メインコントローラ６０の電源電圧ｖ_ＥＣＵが電圧閾値ｖ２を下回る状況とは、図１０（ａ）に示すように、鉛バッテリ３１から電気負荷群５０に供給される電力が増加する状況であり、鉛バッテリ３１が所定の閾値を上回って放電する状況である。このため、ステップＳ１８において、メインコントローラ６０の電源電圧ｖ_ＥＣＵが電圧閾値ｖ２を下回ると判定された場合には、ステップＳ１５に進み、スイッチＳＷ１、ＳＷ２の双方が導通状態に制御される。つまり、図１０（ａ）に示すように、メインコントローラ６０の電圧検出部６５が電源電圧ｖ_ＥＣＵの低下を検出すると、メインコントローラ６０のスイッチ制御部６２からスイッチＳＷ１に向けてＯＮ信号が出力される。そして、図１０（ｂ）に示すように、スイッチＳＷ１は導通状態に切り替えられ、電気負荷群５０にリチウムイオンバッテリ３２が接続される。これにより、図１０（ｂ）に黒塗りの矢印で示すように、リチウムイオンバッテリ３２から電気負荷群５０に電力が供給されるため、鉛バッテリ３１の過度な放電を抑制することができるとともに、電気負荷群５０を正常に機能させることができる。

これまで説明したように、バッテリセンサ５７が正常であると判定された場合には、バッテリセンサ５７からの端子電圧ｖ_Ｐｂや放電電流ｉ_Ｐｂに基づき、スイッチＳＷ１の遮断中に鉛バッテリ３１が過度に放電するか否かを検出している。そして、スイッチＳＷ１の遮断中に鉛バッテリ３１が過度に放電した場合には、スイッチＳＷ１を遮断状態から導通状態に切り替え、電気負荷群５０にリチウムイオンバッテリ３２を接続している。すなわち、スタータジェネレータ１６の力行に伴ってスイッチＳＷ１を遮断した状態のもとで、バッテリセンサ５７が正常であると判定され、かつ鉛バッテリ３１が閾値を上回って放電する場合に、スイッチＳＷ１を遮断状態から導通状態に制御している。これにより、リチウムイオンバッテリ３２から電気負荷群５０に電力を供給することができるため、鉛バッテリ３１の過度な放電を抑制することができるとともに、電気負荷群５０を正常に機能させることができる。

一方、バッテリセンサ５７が異常であると判定された場合には、メインコントローラ６０に入力される電源電圧ｖ_ＥＣＵに基づき、スイッチＳＷ１の遮断中に鉛バッテリ３１が過度に放電するか否かを検出している。そして、スイッチＳＷ１の遮断中に鉛バッテリ３１が過度に放電した場合には、スイッチＳＷ１を遮断状態から導通状態に切り替え、電気負荷群５０にリチウムイオンバッテリ３２を接続している。すなわち、スタータジェネレータ１６の力行に伴ってスイッチＳＷ１を遮断した状態のもとで、バッテリセンサ５７が異常であると判定され、かつメインコントローラ６０の電源電圧ｖ_ＥＣＵが閾値を下回る場合に、スイッチＳＷ１を遮断状態から導通状態に制御している。これにより、リチウムイオンバッテリ３２から電気負荷群５０に電力を供給することができるため、鉛バッテリ３１の過度な放電を抑制することができるとともに、電気負荷群５０を正常に機能させることができる。

このように、バッテリセンサ５７に異常が発生した場合であっても、メインコントローラ６０の電源電圧ｖ_ＥＣＵを用いて、スイッチＳＷ１を適切に制御することができるため、車両用電源装置１０を適切に制御することができる。しかも、バッテリセンサ５７が正常である場合には、鉛バッテリ３１の端子電圧ｖ_Ｐｂが電圧閾値ｖ１（例えば１２．０Ｖ）を下回る場合に、スイッチＳＷ１を導通状態に制御する一方、バッテリセンサ５７が異常である場合には、メインコントローラ６０の電源電圧ｖ_ＥＣＵが電圧閾値ｖ２（例えば１２．５Ｖ）を下回る場合に、スイッチＳＷ１を導通状態に制御する。このように、バッテリセンサ５７が正常である場合に用いられる電圧閾値ｖ１よりも、バッテリセンサ５７が異常である場合に用いられる電圧閾値ｖ２を高く設定することにより、バッテリセンサ５７の異常時には鉛バッテリ３１の過度な放電を早期に検出するようにしている。これにより、バッテリセンサ５７の異常時には早いタイミングでスイッチＳＷ１を導通状態に制御することができ、車両用電源装置１０の信頼性を向上させることができる。

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、車両用電源装置１０にスイッチＳＷ２を設けているが、これに限られることはなく、車両用電源装置１０からスイッチＳＷ２を削減しても良い。すなわち、鉛バッテリ３１および電気負荷群５０からなる電源回路７０と、リチウムイオンバッテリ３２およびスタータジェネレータ１６からなる電源回路７１と、を互いに切り離す観点からは、車両用電源装置１０にスイッチＳＷ１が設けられていれば良く、車両用電源装置１０からスイッチＳＷ２を削減しても良い。また、図示する例では、バッテリモジュール４１にスイッチＳＷ１，ＳＷ２を組み込んでいるが、これに限られることはなく、バッテリモジュール４１の外にスイッチＳＷ１，ＳＷ２を設けても良い。さらに、前述の説明では、リチウムイオンバッテリ３２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３２の負極ライン３８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５７を用いて端子電圧ｖ_Ｐｂと放電電流ｉ_Ｐｂとの双方を検出しているが、これに限られることはない。例えば、バッテリセンサ５７を用いて端子電圧ｖ_Ｐｂだけを検出しても良く、バッテリセンサ５７を用いて放電電流ｉ_Ｐｂだけを検出しても良い。また、前述の説明では、第１蓄電体として鉛バッテリ３１を採用し、第２蓄電体としてリチウムイオンバッテリ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、異なる種類の蓄電体に限られることはなく、同じ種類の蓄電体であっても良いことはいうまでもない。また、前述の説明では、第２蓄電体の内部抵抗を、第１蓄電体の内部抵抗よりも小さくしているが、これに限られることはなく、第２蓄電体の内部抵抗を第１蓄電体の内部抵抗よりも大きくしても良く、第２蓄電体の内部抵抗と第１蓄電体の内部抵抗とを同じにしても良い。

前述の説明では、電動機として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い。例えば、電動機としてスタータモータを採用しても良く、電動機としてモータジェネレ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６０を、スイッチ制御部６２やセンサ判定部６３として機能させているが、これに限られることはない。例えば、他のコントローラを、スイッチ制御部６２やセンサ判定部６３として機能させても良く、複数のコントローラによって、スイッチ制御部６２やセンサ判定部６３を構成しても良い。また、バッテリセンサ５７の異常時にはメインコントローラ６０の電源電圧ｖ_ＥＣＵを用いてスイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御しているが、これに限られることはなく、他のコントローラ（制御ユニット）の電源電圧を用いてスイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御しても良い。

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（電動機）
３１鉛バッテリ（第１蓄電体）
３２リチウムイオンバッテリ（第２蓄電体）
５７バッテリセンサ（蓄電体センサ）
６０メインコントローラ（制御ユニット）
６２スイッチ制御部
６３センサ判定部
ＳＷ１スイッチ
ｖ_ＥＣＵ電源電圧
ｖ２電圧閾値（閾値）
ｖ_Ｐｂ端子電圧（電圧）
ｖ１電圧閾値
ｉ_Ｐｂ放電電流
ｉ１電流閾値

Claims

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電動機と、
前記電動機に接続される第１蓄電体と、
前記第１蓄電体と並列に前記電動機に接続される第２蓄電体と、
前記電動機と前記第１蓄電体とを接続する導通状態と、前記電動機と前記第１蓄電体とを切り離す遮断状態と、に制御されるスイッチと、
前記電動機が力行状態に制御される場合に、前記スイッチを遮断状態に制御するスイッチ制御部と、
前記第１蓄電体の放電状況を検出する蓄電体センサと、
前記蓄電体センサの異常を判定するセンサ判定部と、
前記第１蓄電体に接続される制御ユニットと、
を有し、
前記スイッチ制御部は、
前記電動機の力行に伴って前記スイッチを遮断した状態のもとで、前記蓄電体センサが異常であると判定され、かつ前記制御ユニットの電源電圧が閾値を下回る場合に、前記スイッチを遮断状態から導通状態に制御する、
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、
前記スイッチ制御部は、
前記電動機の力行に伴って前記スイッチを遮断した状態のもとで、前記蓄電体センサが正常であると判定され、かつ前記第１蓄電体が閾値を上回って放電する場合に、前記スイッチを遮断状態から導通状態に制御する、
車両用電源装置。
請求項２に記載の車両用電源装置において、
前記第１蓄電体が閾値を上回って放電する場合とは、前記第１蓄電体の放電電流が電流閾値を上回る場合と、前記第１蓄電体の電圧が電圧閾値を下回る場合と、の少なくとも何れか一方である、
車両用電源装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用電源装置において、
前記第２蓄電体の内部抵抗は、前記第１蓄電体の内部抵抗よりも小さい、
車両用電源装置。