JP5977855B1 - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両用電源装置に設けられるスイッチの故障を判定する。【解決手段】モータジェネレータ１６とリチウムイオンバッテリ２７とを接続する導通状態と分離する遮断状態とに切り替えられる開閉スイッチＳＷ１と、モータジェネレータ１６と鉛バッテリ２８とを接続する導通状態と分離する遮断状態とに切り替えられる開閉スイッチＳＷ２と、リチウムイオンバッテリ２７の正極端子に接続される第１電源ライン２９と、鉛バッテリ２８の正極端子に接続される第２電源ライン３０と、モータジェネレータ１６の出力端子に接続される充電ライン３１と、を互いに接続するノード３２と、開閉スイッチＳＷ１の制御信号、開閉スイッチＳＷ２の制御信号、第１電源ライン２９の電流、および第１電源ライン２９の電位に基づいて、開閉スイッチＳＷ１と開閉スイッチＳＷ２との少なくともいずれか一方の故障を判定する故障判定処理を実行する故障判定部５３ｂと、を有する。【選択図】図２

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、車両減速時にオルタネータによって発電された電力を、鉛バッテリだけでなくリチウムイオンバッテリに充電させるようにした電源装置が開発されている（特許文献１参照）。これにより、車両減速時に多くの電力を回生させることができ、車両のエネルギー効率を向上させることができる。

特開２０１４−３６５５７号公報

ところで、特許文献１に記載されるように、車両用電源装置には、オルタネータやリチウムイオンバッテリ等の接続状態を制御するスイッチが設けられている。このように車両用電源装置に設けられたスイッチは、充放電状況に応じて導通状態や遮断状態に切り替えられている。このスイッチに閉固着や開固着等の故障が発生していた場合には、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とから、スイッチ故障の有無を判定することが求められている。

本発明の目的は、車両用電源装置に設けられるスイッチの故障を判定することにある。

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、エンジンに接続される発電機と、前記発電機に接続される第１蓄電体と、前記第１蓄電体と並列に、前記発電機に接続される第２蓄電体と、前記発電機と前記第１蓄電体とを接続する導通状態と、前記発電機と前記第１蓄電体とを分離する遮断状態とに、制御信号に基づき切り替えられる第１スイッチと、前記発電機と前記第２蓄電体とを接続する導通状態と、前記発電機と前記第２蓄電体とを分離する遮断状態とに、制御信号に基づき切り替えられる第２スイッチと、前記第１蓄電体の正極端子に接続される第１通電経路と、前記第２蓄電体の正極端子に接続される第２通電経路と、前記発電機の出力端子に接続される第３通電経路と、を互いに接続する接続点と、前記第１スイッチの制御信号、前記第２スイッチの制御信号、前記第１通電経路の電流、および前記第１通電経路の電位に基づいて、前記第１スイッチと前記第２スイッチとの少なくともいずれか一方の故障を判定する故障判定処理を実行する故障判定部と、を有する。

本発明によれば、第１スイッチの制御信号、第２スイッチの制御信号、第１通電経路の電流、および第１通電経路の電位を用いることにより、スイッチの故障を判定することができる。

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。 車両用電源装置の構成例を示すブロック図である。 車両用電源装置の構成を簡単に示した回路図である。 バッテリの端子電圧と充電状態との関係を示す線図である。 モータジェネレータの発電制御の一例を示すタイミングチャートである。 車両用電源装置の電力供給状況を示す説明図である。 車両用電源装置の電力供給状況を示す説明図である。 車両用電源装置の電力供給状況を示す説明図である。 車両用電源装置の電力供給状況を示す説明図である。 スイッチ診断制御における各判定パターンの実行状況を示す説明図である。 スイッチ診断制御における各判定パターンの実行状況を示す説明図である。 スイッチ診断制御における各判定パターンの実行状況を示す説明図である。 スイッチ診断制御における各判定パターンの実行状況を示す説明図である。 各判定パターンにおける検出電圧および検出電流を示す説明図である。 （ａ）および（ｂ）は、各判定パターンにおける検出電圧および検出電流を示す説明図である。 （ａ）および（ｂ）は、各判定パターンにおける検出電圧および検出電流を示す説明図である。 スイッチ診断制御の実行手順の一例を示すフローチャートである。 故障判定処理の実行手順の一例を示すフローチャートである。 故障判定処理の実行手順の一例を示すフローチャートである。 フェイルセーフ処理の実行手順の一例を示すフローチャートである。

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、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を介してモータジェネレータ（発電機）１６が連結されている。このように、エンジン１２には、モータジェネレータ１６が機械的に接続されている。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。さらに、パワーユニット１３には、クランク軸１４を始動回転させるスタータモータ２１が設けられている。

モータジェネレータ１６は、所謂ＩＳＧ（integrated starter generator）であり、クランク軸１４に駆動され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１４を始動回転させる電動機として機能している。モータジェネレータ１６は、ステータコイルを備えたステータ２２と、フィールドコイルを備えたロータ２３と、を有している。また、モータジェネレータ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クロコンピュータ等を備えたＩＳＧコントローラ２４が設けられている。ＩＳＧコントローラ２４には、モータジェネレータ１６の発電電圧や発電電流を検出するセンサ２４ａが接続されている。

モータジェネレータ１６を発電機として機能させる際には、ＩＳＧコントローラ２４によってフィールドコイルの通電状態が制御される。フィールドコイルの通電状態を制御することにより、モータジェネレータ１６の発電電圧を制御することができる。また、モータジェネレータ１６を発電駆動する際に、ＩＳＧコントローラ２４のインバータを制御することにより、モータジェネレータ１６の発電電流を制御することが可能である。一方、モータジェネレータ１６を電動機として機能させる際には、ＩＳＧコントローラ２４によってステータコイルの通電状態が制御される。なお、ＩＳＧコントローラ２４は、後述する制御ユニット５０からの制御信号に基づいて、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。

続いて、車両用電源装置１０の構成について説明する。図２は車両用電源装置１０の構成例を示すブロック図である。図３は車両用電源装置１０の構成を簡単に示した回路図である。図１〜図３に示すように、車両用電源装置１０は、第１蓄電体であるリチウムイオンバッテリ２７と、第２蓄電体である鉛バッテリ２８と、を備えている。リチウムイオンバッテリ２７および鉛バッテリ２８は、モータジェネレータ１６に並列に接続されている。リチウムイオンバッテリ２７の正極端子２７ａには、第１電源ライン（第１通電経路）２９が接続されており、鉛バッテリ２８の正極端子２８ａには、第２電源ライン（第２通電経路）３０が接続されている。また、モータジェネレータ１６の発電電流を出力する出力端子１６ａには、充電ライン（第３通電経路）３１が接続されている。第１電源ライン２９、第２電源ライン３０および充電ライン３１は、接続点であるノード３２を介して互いに接続されている。すなわち、リチウムイオンバッテリ２７と鉛バッテリ２８との正極端子２７ａ，２８ａは、第１電源ライン２９、第２電源ライン３０およびノード３２からなる通電経路１００を介して接続されている。

第１電源ライン２９には、第１スイッチである開閉スイッチＳＷ１が設けられており、第２電源ライン３０には、第２スイッチである開閉スイッチＳＷ２が設けられている。なお、開閉スイッチＳＷ２は、第２電源ライン３０における正極端子２８ａとノード３２との間に設けられている。これらの開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、閉じられた状態つまり導通状態（ＯＮ状態）と、開かれた状態つまり遮断状態（ＯＦＦ状態）とに動作可能である。すなわち、開閉スイッチＳＷ１は、モータジェネレータ１６とリチウムイオンバッテリ２７とを電気的に接続する導通状態と、モータジェネレータ１６とリチウムイオンバッテリ２７とを電気的に分離する遮断状態とに切り替えられる。同様に、開閉スイッチＳＷ２は、モータジェネレータ１６と鉛バッテリ２８とを電気的に接続する導通状態と、モータジェネレータ１６と鉛バッテリ２８とを電気的に分離する遮断状態とに切り替えられる。

第２電源ライン３０には、瞬低保護負荷３３および車体負荷３４等が接続されている。また、第２電源ライン３０には、スタータリレー３５を介してスタータモータ２１が接続されており、ＩＳＧリレー３６を介してＩＳＧコントローラ２４が接続されている。さらに、第２電源ライン３０には、瞬低保護負荷３３、車体負荷３４、スタータモータ２１およびＩＳＧコントローラ２４等を保護するヒューズ３７が設けられている。なお、図示する例では、第１電源ライン２９に開閉スイッチＳＷ１を設けているが、これに限られることはない。図３に一点鎖線で示すように、リチウムイオンバッテリ２７の負極端子２７ｂに接続される通電ライン（第４通電経路）３８に、開閉スイッチＳＷ１を設けても良い。すなわち、リチウムイオンバッテリ２７と鉛バッテリ２８との負極端子２７ｂ，２８ｂは、通電ライン３８，３９からなる通電経路１０１を介して接続されている。この通電経路１０１を構成する通電ライン３８に、開閉スイッチＳＷ１を設けても良い。

図１および図２に示すように、車両用電源装置１０には、リチウムイオンバッテリ２７およびモータジェネレータ１６を備えた第１電源回路４１が設けられている。また、車両用電源装置１０には、鉛バッテリ２８、瞬低保護負荷３３、車体負荷３４およびスタータモータ２１等を備えた第２電源回路４２が設けられている。そして、第１電源回路４１と第２電源回路４２とは、開閉スイッチＳＷ２を介して接続されている。また、車両用電源装置１０にはバッテリモジュール４３が設けられており、このバッテリモジュール４３にリチウムイオンバッテリ２７および開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２が組み込まれている。

図２に示すように、バッテリモジュール４３には、リチウムイオンバッテリ２７の充電状態、充放電電流、端子電圧、温度等を検出するバッテリセンサ４４が設けられている。また、バッテリセンサ４４は、第１電源ライン２９におけるノード３２と開閉スイッチＳＷ１との間の電流および電位を検出する。なお、第１電源ライン２９の電位は、基準電位との電位差（電圧）として検出される。また、バッテリモジュール４３には、駆動回路部やマイクロコンピュータ等を備えたバッテリコントローラ４５が設けられている。このバッテリコントローラ４５は、開閉スイッチＳＷ１の制御電流を生成する駆動回路部４５ａと、開閉スイッチＳＷ２の制御電流を生成する駆動回路部４５ｂと、を有している。バッテリコントローラ４５は、後述する制御ユニット５０からの制御信号に基づいて、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２を導通状態または遮断状態に切り替える。また、バッテリコントローラ４５は、リチウムイオンバッテリ２７の過度な充放電電流や温度上昇が検出された場合に、開閉スイッチＳＷ１を開いて車両用電源装置１０からリチウムイオンバッテリ２７を分離する。なお、図示していないが、バッテリコントローラ４５は、前述したＩＳＧコントローラ２４と同様に、第２電源ライン３０に接続される。

前述したように、第２電源ライン３０には、瞬低保護負荷３３が接続されている。この瞬低保護負荷３３は、後述するアイドリングストップ制御のエンジン再始動時に、作動状態を継続することが必要な電気機器である。瞬低保護負荷３３として、エンジン補機類、ブレーキアクチュエータ、パワーステアリングアクチュエータ、インストルメントパネル、各種電子制御ユニット等が挙げられる。また、第２電源ライン３０には、車体負荷３４が接続されている。この車体負荷３４は、アイドリングストップ制御のエンジン再始動時に、瞬間的な停止状態が許容される電気機器である。車体負荷３４として、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。

図２に示すように、車両用電源装置１０は、モータジェネレータ１６やバッテリモジュール４３等を制御する制御ユニット５０を有している。制御ユニット５０は、リチウムイオンバッテリ２７の充放電を制御する充放電コントローラ（発電制御部）５１を有している。充放電コントローラ５１は、他のコントローラやセンサからの入力信号に基づいて、リチウムイオンバッテリ２７の充電状態や、アクセルペダルおよびブレーキペダルの操作状況等を判定する。そして、充放電コントローラ５１は、リチウムイオンバッテリ２７の充電状態等に基づいて、モータジェネレータ１６の発電状態を制御することにより、リチウムイオンバッテリ２７の充放電を制御する。なお、充放電コントローラ５１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等によって構成されるマイクロコンピュータや、各種アクチュエータに対する制御電流を生成する駆動回路等を備えている。

制御ユニット５０は、アイドリングストップ制御を実行するＩＳＳコントローラ（エンジン制御部）５２を有している。アイドリングストップ制御とは、所定条件に基づいてエンジン１２を自動的に停止させ、所定条件に基づいてエンジン１２を自動的に再始動させる制御である。ＩＳＳコントローラ５２は、他のコントローラやセンサからの入力信号に基づいて、エンジン１２の停止条件や始動条件を判定する。そして、ＩＳＳコントローラ５２は、停止条件が成立した場合にエンジン１２を自動的に停止する一方、始動条件が成立した場合にエンジン１２を自動的に再始動する。エンジン１２の停止条件としては、例えば、車速が所定車速以下であり、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、アクセルペダルが踏み込まれることが挙げられる。なお、ＩＳＳコントローラ５２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等によって構成されるマイクロコンピュータや、各種アクチュエータに対する制御電流を生成する駆動回路等を備えている。また、ＩＳＳコントローラ５２のＩＳＳとは、「idling stop system」である。

制御ユニット５０は、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の開閉制御を実行するスイッチコントローラ５３を有している。スイッチコントローラ５３は、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２に向けて制御信号を出力するスイッチ制御部５３ａと、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２が故障しているか否かを判定する故障判定部５３ｂと、を有している。スイッチ制御部５３ａは、他のコントローラやセンサ等からの入力信号に基づき開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の制御信号を生成し、この制御信号をバッテリコントローラ４５に向けて出力する。なお、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の制御信号として、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２を導通状態に切り替える導通信号（ＯＮ信号）と、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２を遮断状態に切り替える遮断信号（ＯＦＦ信号）とがある。また、故障判定部５３ｂは、他のコントローラやセンサ等からの入力信号に基づき、所定のタイミングで開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の故障を判定する故障判定処理を実行する。なお、スイッチコントローラ５３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等によって構成されるマイクロコンピュータや、各種アクチュエータに対する制御電流を生成する駆動回路等を備えている。

制御ユニット５０に接続されるセンサとして、鉛バッテリ２８の充放電電流や充電状態等を検出するバッテリセンサ５４、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサ５５、ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキセンサ５６がある。また、制御ユニット５０に接続される他のセンサ類として、車両１１の走行速度である車速を検出する車速センサ５７、乗員に手動操作されるスタートスイッチ５８等がある。さらに、制御ユニット５０には、車両用電源装置１０の異常を乗員に通知する警告灯５９が接続されている。

制御ユニット５０に接続されるスタートスイッチ（起動スイッチ）５８は、車両の制御システムを起動する際やエンジン１２を始動する際に、乗員によって手動操作されるスイッチである。例えば、スタートスイッチ５８が押ボタン式である場合には、ブレーキペダルを踏まずにスタートスイッチ５８を押し込むことにより、車両の制御システムの起動や停止を選択することができる。また、ブレーキペダルを踏み込みながらスタートスイッチ５８を押し込むことにより、車両の制御システムを起動させてエンジン１２を始動することができる。このように、図示するスタートスイッチ５８は、押し込み操作によって起動側や起動停止側に操作されるスイッチとなっている。

また、制御ユニット５０、モータジェネレータ１６およびバッテリモジュール４３等は、ＣＡＮやＬＩＮ等の車載ネットワーク６０を介して互いに接続されている。すなわち、ＩＳＧコントローラ２４、バッテリコントローラ４５、充放電コントローラ５１、ＩＳＳコントローラ５２、スイッチコントローラ５３および各種センサは、車載ネットワーク６０を介して通信自在に接続されている。この車載ネットワーク６０を介して、制御ユニット５０には、ＩＳＧコントローラ２４からモータジェネレータ１６の発電電圧や発電電流等が入力され、バッテリコントローラ４５からリチウムイオンバッテリ２７の充電状態や放電電流等が入力される。そして、制御ユニット５０は、車両用電源装置１０の作動状態や車両１１の走行状況を判定し、ＩＳＧコントローラ２４やバッテリコントローラ４５に制御信号を出力する。

［バッテリの電圧特性］
続いて、リチウムイオンバッテリ２７および鉛バッテリ２８の電圧特性について説明する。図４はバッテリの端子電圧と充電状態ＳＯＣとの関係を示す線図である。なお、充電状態ＳＯＣ（state of charge）とは、バッテリの充電度合を示す値であり、バッテリの設計容量に対する残存容量の比率である。また、図４に示される端子電圧Ｖ１，Ｖ２とは、電流が流れていないときのバッテリ電圧つまり開放端電圧である。また、図４に示される符号ＧＨは、モータジェネレータ１６の最大発電電圧を示している。

図４に示すように、リチウムイオンバッテリ２７の端子電圧Ｖ１は、鉛バッテリ２８の端子電圧Ｖ２よりも高く設定されている。すなわち、リチウムイオンバッテリ２７の充放電範囲Ｘ１における下限電圧Ｖ１Ｌは、鉛バッテリ２８の充放電範囲Ｘ２における上限電圧Ｖ２Ｈよりも高く設定されている。また、リチウムイオンバッテリ２７の端子電圧Ｖ１は、鉛バッテリ２８の充電電圧上限（例えば、１６Ｖ）よりも低く設定されている。すなわち、リチウムイオンバッテリ２７の充放電範囲Ｘ１における上限電圧Ｖ１Ｈは、鉛バッテリ２８の充電電圧上限よりも低く設定されている。これにより、リチウムイオンバッテリ２７と鉛バッテリ２８とを並列接続した場合であっても、リチウムイオンバッテリ２７による鉛バッテリ２８の過充電を回避することができ、鉛バッテリ２８の劣化を回避することができる。なお、充電電圧上限とは、蓄電体の劣化を抑制する観点から、蓄電体の種類毎に設定される充電電圧の上限値である。

図４に示すように、リチウムイオンバッテリ２７はサイクル特性に優れることから、リチウムイオンバッテリ２７には広い充放電範囲Ｘ１が設定されている。一方、鉛バッテリ２８には、バッテリ劣化を防止する観点から、満充電付近の狭い充放電範囲Ｘ２が設定されている。また、リチウムイオンバッテリ２７の内部抵抗は、鉛バッテリ２８の内部抵抗よりも小さく設定される。つまり、鉛バッテリ２８の内部抵抗は、リチウムイオンバッテリ２７の内部抵抗よりも大きく設定される。

［モータジェネレータの発電制御］
続いて、モータジェネレータ１６の発電制御について説明する。図５はモータジェネレータ１６の発電制御の一例を示すタイミングチャートである。図５には、モータジェネレータ１６の発電電圧ＶＧ、リチウムイオンバッテリ２７の端子電圧Ｖ１および充電状態Ｓ１、鉛バッテリ２８の端子電圧Ｖ２および充電状態Ｓ２が示されている。また、図５に示されるブレーキＯＮとは、ブレーキペダルが踏み込まれた状態を意味し、ブレーキＯＦＦとは、ブレーキペダルの踏み込みが解除された状態を意味している。

図５に示すように、リチウムイオンバッテリ２７の充電状態Ｓ１は、充放電範囲Ｘ１内で制御されている。例えば、リチウムイオンバッテリ２７の充電状態Ｓ１が、放電に伴って下限値ＳＬまで低下した場合には、モータジェネレータ１６が発電状態に制御されてリチウムイオンバッテリ２７が充電される。ここで、モータジェネレータ１６の発電状態として、燃焼発電状態と回生発電状態とがある。燃焼発電状態とは、エンジン動力によってモータジェネレータ１６を発電させ、燃料のエネルギーを電気エネルギーに変換する発電状態である。また、回生発電状態とは、車両減速時にモータジェネレータ１６を発電させ、車両１１の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電状態である。車両１１のエネルギー効率を向上させて燃費性能を高めるためには、モータジェネレータ１６の回生発電状態を増やすことにより、モータジェネレータ１６の燃焼発電状態を減らしてエンジン１２の燃料消費量を抑制することが望ましい。すなわち、モータジェネレータ１６の回生電力をリチウムイオンバッテリ２７に積極的に蓄え、この回生電力をリチウムイオンバッテリ２７から車体負荷３４等に放出することにより、モータジェネレータ１６の燃焼発電状態を減らすことが望ましい。

モータジェネレータ１６を燃焼発電状態に制御するか否かは、リチウムイオンバッテリ２７の充電状態Ｓ１に基づいて決定される。すなわち、充放電コントローラ５１は、充電状態Ｓ１が下限値ＳＬまで低下したときに、モータジェネレータ１６を燃焼発電状態に制御する。そして、充放電コントローラ５１は、充電状態Ｓ１が第１上限値ＳＨ１に到達するまで、モータジェネレータ１６の燃焼発電状態を継続する。一方、モータジェネレータ１６を回生発電状態に制御するか否かは、アクセルペダルやブレーキペダルの操作状況に基づいて決定される。すなわち、充放電コントローラ５１は、アクセルペダルの踏み込みが解除される車両減速時や、ブレーキペダルが踏み込まれる車両減速時に、モータジェネレータ１６を回生発電状態に制御している。そして、充放電コントローラ５１は、アクセルペダルが踏み込まれた場合や、ブレーキペダルの踏み込みが解除された場合に、モータジェネレータ１６の回生発電状態を解除し、モータジェネレータ１６を発電休止状態に制御している。なお、モータジェネレータ１６が回生発電状態に制御された状態のもとで、充電状態Ｓ１が第２上限値ＳＨ２まで上昇した場合には、リチウムイオンバッテリ２７の過充電を防止するため、モータジェネレータ１６の回生発電状態は解除され、モータジェネレータ１６は発電休止状態に制御される。

［車両用電源装置の電力供給状況］
続いて、車両用電源装置１０の電力供給状況について説明する。図６および図７は車両用電源装置１０の電力供給状況を示す説明図である。図６にはリチウムイオンバッテリ充電時の電力供給状況が示されており、図７にはリチウムイオンバッテリ放電時の電力供給状況が示されている。

まず、図５に示すように、リチウムイオンバッテリ２７の充電状態Ｓ１が、下限値ＳＬまで低下すると（符号Ａ１）、充放電コントローラ５１は、モータジェネレータ１６を燃焼発電状態に制御する。この燃焼発電状態においては、モータジェネレータ１６の発電電圧ＶＧが、リチウムイオンバッテリ２７の端子電圧Ｖ１よりも高い所定電圧Ｖａに引き上げられる（符号Ｂ１）。ここで、図６に示すように、モータジェネレータ１６の発電電圧ＶＧを、リチウムイオンバッテリ２７の端子電圧Ｖ１よりも上げる際には、バッテリモジュール４３内の開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２は閉じられた状態に保持される。これにより、図６に矢印で示すように、モータジェネレータ１６の発電電力は、リチウムイオンバッテリ２７、鉛バッテリ２８、瞬低保護負荷３３、車体負荷３４に供給される。

このように、モータジェネレータ１６が燃焼発電状態に制御されると、リチウムイオンバッテリ２７が充電されるため、リチウムイオンバッテリ２７の充電状態Ｓ１は徐々に上昇する。そして、図５に示すように、充電状態Ｓ１が第１上限値ＳＨ１に到達すると（符号Ａ２）、充放電コントローラ５１は、モータジェネレータ１６を発電休止状態に制御する。この発電休止状態においては、モータジェネレータ１６の発電電圧ＶＧが、リチウムイオンバッテリ２７の端子電圧Ｖ１よりも低い「０」に引き下げられる（符号Ｂ２）。ここで、図７に示すように、モータジェネレータ１６の発電電圧ＶＧを、リチウムイオンバッテリ２７の端子電圧Ｖ１よりも下げる際には、バッテリモジュール４３内の開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２は閉じられた状態に保持される。これにより、図７に矢印で示すように、リチウムイオンバッテリ２７に蓄えられた電力が、瞬低保護負荷３３、車体負荷３４および鉛バッテリ２８に供給される。

次いで、図５に示すように、ブレーキペダルが踏み込まれると（符号Ｃ１）、充放電コントローラ５１は、モータジェネレータ１６を回生発電状態に制御する。この回生発電状態においては、モータジェネレータ１６の発電電圧ＶＧが、リチウムイオンバッテリ２７の端子電圧Ｖ１よりも高い所定電圧Ｖｂに引き上げられる（符号Ｂ３）。ここで、図６に示すように、モータジェネレータ１６の発電電圧ＶＧを、リチウムイオンバッテリ２７の端子電圧Ｖ１よりも上げる際には、バッテリモジュール４３内の開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２は閉じられた状態に保持される。これにより、図６に矢印で示すように、モータジェネレータ１６の発電電力は、リチウムイオンバッテリ２７、鉛バッテリ２８、瞬低保護負荷３３、車体負荷３４に供給される。

その後、図５に示すように、ブレーキペダルの踏み込みが解除されると（符号Ｃ２）、充放電コントローラ５１は、モータジェネレータ１６を発電休止状態に制御する。この発電休止状態においては、モータジェネレータ１６の発電電圧ＶＧが、リチウムイオンバッテリ２７の端子電圧Ｖ１よりも低い「０」に引き下げられる（符号Ｂ４）。ここで、図７に示すように、モータジェネレータ１６の発電電圧ＶＧを、リチウムイオンバッテリ２７の端子電圧Ｖ１よりも下げる際には、バッテリモジュール４３内の開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２は閉じられた状態に保持される。これにより、図７に矢印で示すように、リチウムイオンバッテリ２７に蓄えられた電力が、瞬低保護負荷３３、車体負荷３４および鉛バッテリ２８に供給される。

これまで説明したように、モータジェネレータ１６の発電電圧ＶＧを制御することにより、リチウムイオンバッテリ２７の充放電を制御することができる。すなわち、発電電圧ＶＧを端子電圧Ｖ１よりも上げることにより、リチウムイオンバッテリ２７を充電することができる。一方、発電電圧ＶＧを端子電圧Ｖ１よりも下げることにより、リチウムイオンバッテリ２７を放電させることができる。しかも、リチウムイオンバッテリ２７の端子電圧Ｖ１を、鉛バッテリ２８の端子電圧Ｖ２よりも高く設定したので、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２を閉じた状態に保持したまま、リチウムイオンバッテリ２７を充放電させることができる。すなわち、リチウムイオンバッテリ２７から鉛バッテリ２８を切り離さずに、リチウムイオンバッテリ２７を放電させることができるため、車両用電源装置１０の回路構造やスイッチ制御を複雑にすることなく、リチウムイオンバッテリ２７を積極的に充放電させることが可能である。これにより、車両１１のエネルギー効率を向上させる車両用電源装置１０のコストを下げることができる。

図６に示すように、モータジェネレータ１６を発電させる際には、鉛バッテリ２８の充電を抑制しつつ、リチウムイオンバッテリ２７を積極的に充電することができる。すなわち、リチウムイオンバッテリ２７の内部抵抗は、鉛バッテリ２８の内部抵抗よりも小さいことから、鉛バッテリ２８の充電を抑制しつつ、リチウムイオンバッテリ２７に積極的に充電することが可能である。また、図７に示すように、モータジェネレータ１６の発電を休止させる際には、鉛バッテリ２８の放電を抑制しつつ、リチウムイオンバッテリ２７を積極的に放電させることができる。すなわち、リチウムイオンバッテリ２７の端子電圧Ｖ１は、鉛バッテリ２８の端子電圧Ｖ２よりも高いことから、鉛バッテリ２８の放電を抑制しつつ、リチウムイオンバッテリ２７を積極的に放電させることが可能である。このように、鉛バッテリ２８の充放電を抑制することができるため、鉛バッテリ２８に求められる出力特性やサイクル特性を緩和することができ、鉛バッテリ２８のコストを下げることが可能である。この点からも、車両用電源装置１０のコストを下げることができる。

なお、前述の説明では、発電電圧ＶＧを端子電圧Ｖ１よりも下げる際に、モータジェネレータ１６を発電休止状態に制御しているが、これに限られることはない。モータジェネレータ１６の発電状態を維持したまま、発電電圧ＶＧを端子電圧Ｖ１よりも下げた場合であっても、リチウムイオンバッテリ２７を放電させることが可能である。このとき、モータジェネレータ１６の発電電流を調整することにより、リチウムイオンバッテリ２７の放電電流を制御することが可能である。すなわち、モータジェネレータ１６の発電電流を増加させることにより、リチウムイオンバッテリ２７の放電電流を減少させることができる。一方、モータジェネレータ１６の発電電流を減少させることにより、リチウムイオンバッテリ２７の放電電流を増加させることができる。

［エンジン始動制御］
続いて、エンジン始動時における車両用電源装置１０の電力供給状況について説明する。図８および図９は車両用電源装置１０の電力供給状況を示す説明図である。図８にはスタートスイッチ操作によるエンジン初始動時の電力供給状況が示されており、図９にはアイドリングストップ制御によるエンジン再始動時の電力供給状況が示されている。

図８に示すように、運転手のスタートスイッチ操作によるエンジン初始動時においては、スタータモータ２１によってエンジン１２が始動される。すなわち、スタートスイッチ操作によるエンジン初始動時には、バッテリモジュール４３内の開閉スイッチＳＷ２が閉じられた後に、スタータリレー３５が閉じられる。これにより、鉛バッテリ２８からスタータモータ２１に電力が供給され、スタータモータ２１のクランキング動作によってエンジン１２が始動される。なお、バッテリモジュール４３内の開閉スイッチＳＷ１は、エンジン１２が始動された後に閉じられる。前述の説明では、リチウムイオンバッテリ２７の放電を抑制する観点から、開閉スイッチＳＷ１は開かれているが、これに限られることはない。例えば、寒冷地等の低温環境下においては、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２を閉じることにより、鉛バッテリ２８とリチウムイオンバッテリ２７との双方から、スタータモータ２１に対して電力を供給しても良い。

図９に示すように、アイドリングストップ制御によるエンジン再始動時においては、モータジェネレータ１６によってエンジン１２が始動される。すなわち、アイドリングストップ制御によるエンジン再始動時には、バッテリモジュール４３内の開閉スイッチＳＷ２が開かれた後に、モータジェネレータ１６の目標駆動トルクが引き上げられる。これにより、リチウムイオンバッテリ２７からモータジェネレータ１６に電力が供給され、モータジェネレータ１６のクランキング動作によってエンジン１２が始動される。アイドリングストップ制御によるエンジン再始動時においては、開閉スイッチＳＷ２を開いて第１電源回路４１と第２電源回路４２とを切り離すことにより、第２電源回路４２の瞬低保護負荷３３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る。これにより、エンジン再始動時に瞬低保護負荷３３の作動状態を継続することができるため、車両品質を向上させることができる。

［開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の故障診断］
続いて、車両用電源装置１０によって実行されるスイッチ診断制御について説明する。前述したように、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、車両用電源装置１０の作動状況に応じて導通状態や遮断状態に切り替えられる。しかしながら、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２に閉固着や開固着等の故障が発生した場合には、車両用電源装置１０を適切に作動させることが困難となっていた。このため、スイッチコントローラ５３は、所定の判定パターンに従って開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り替えながら、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２に関する故障の有無を判定するスイッチ診断制御を実行する。なお、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の閉固着（ＯＮ固着）とは、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２が閉じられた導通状態で切り替え不能になる故障である。また、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の開固着（ＯＦＦ固着）は、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２が開かれた遮断状態で切り替え不能になる故障である。

スイッチ診断制御においては、第１電源ライン２９におけるノード３２と開閉スイッチＳＷ１との間の電流および電位に基づき、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２が故障しているか否かを判定している。以下の説明では、バッテリセンサ４４によって検出される第１電源ライン２９の電流、つまりノード３２と開閉スイッチＳＷ１との間の電流を「検出電流」として記載する。また、前述したように、バッテリセンサ４４は、第１電源ライン２９の電位を基準電位との電位差（電圧）として検出している。このバッテリセンサ４４によって検出される第１電源ライン２９の電圧、つまりノード３２と開閉スイッチＳＷ１との間の電圧を「検出電圧」として記載する。なお、以下の説明では、ノード３２と開閉スイッチＳＷ１との間の電流を用いてスイッチ診断制御を実行しているが、これに限られることはなく、例えば、開閉スイッチＳＷ１と正極端子２７ａとの間の電流を用いてスイッチ診断制御を実行しても良い。

以下、スイッチ診断制御による開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の故障診断方法について説明する。図１０〜図１３はスイッチ診断制御における各判定パターンの実行状況を示す説明図である。また、図１４は各判定パターンにおける検出電圧および検出電流を示す説明図である。図１４には、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２が正常である場合の検出電圧および検出電流が示されている。なお、スイッチ診断制御を実行する際には、検出電圧および検出電流を安定させるため、エンジン１２を停止させてモータジェネレータ１６の発電を停止させている。図１４において、検出電圧が「Ｈｉｇｈ」とは、検出電圧が所定電圧を上回ることを意味し、検出電圧が「Ｌｏｗ」とは、検出電圧が所定電圧を下回ることを意味している。また、検出電流が「放電」とは、検出電流が所定電流を上回ることを意味し、検出電流が「弱放電」とは、検出電流が所定電流を下回ることを意味している。さらに、検出電流が「ゼロ」とは、検出電流が検出されないことを意味している。

［第１判定パターン］
図１０〜図１３に示すように、スイッチ診断制御における判定パターンとして、４つの判定パターンが設定されている。図１０に示すように、判定パターンとして、開閉スイッチＳＷ１にＯＮ信号が出力され、開閉スイッチＳＷ２にＯＮ信号が出力される第１判定パターンがある。第１判定パターンにおいては、開閉スイッチＳＷ１が閉じられるため、第１電源ライン２９にリチウムイオンバッテリ２７の端子電圧が印加される。また、第１判定パターンにおいては、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２が閉じられるため、リチウムイオンバッテリ２７から、第１電源ライン２９および第２電源ライン３０を経て、瞬低保護負荷３３や車体負荷３４に電流が供給される。また、リチウムイオンバッテリ２７から、第１電源ライン２９および充電ライン３１を経て、モータジェネレータ１６にも微小電流が供給される。このため、図１４に示すように、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２が正常である場合には、第１判定パターンに従って開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２にＯＮ信号を与えることにより、検出電圧は「Ｈｉｇｈ」になり、検出電流は「放電」になる。

［第２判定パターン］
図１１に示すように、判定パターンとして、開閉スイッチＳＷ１にＯＦＦ信号が出力され、開閉スイッチＳＷ２にＯＮ信号が出力される第２判定パターンがある。第２判定パターンにおいては、開閉スイッチＳＷ２が閉じられるため、第１電源ライン２９に鉛バッテリ２８の端子電圧が印加される。また、第２判定パターンにおいては、開閉スイッチＳＷ１が開かれるため、第１電源ライン２９に対する通電は遮断される。なお、鉛バッテリ２８から、第２電源ライン３０を経て、瞬低保護負荷３３や車体負荷３４に電流が供給される。さらに、鉛バッテリ２８から、第２電源ライン３０および充電ライン３１を経て、モータジェネレータ１６にも微小電流が供給される。このため、図１４に示すように、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２が正常である場合には、第２判定パターンに従い、開閉スイッチＳＷ１にＯＦＦ信号を与え、開閉スイッチＳＷ２にＯＮ信号を与えることにより、検出電圧は「Ｈｉｇｈ」になり、検出電流は「ゼロ」になる。

［第３判定パターン］
図１２に示すように、判定パターンとして、開閉スイッチＳＷ１にＯＮ信号が出力され、開閉スイッチＳＷ２にＯＦＦ信号が出力される第３判定パターンがある。第３判定パターンにおいては、開閉スイッチＳＷ１が閉じられるため、第１電源ライン２９にリチウムイオンバッテリ２７の端子電圧が印加される。また、第３判定パターンにおいては、開閉スイッチＳＷ２が開かれるため、リチウムイオンバッテリ２７から、第１電源ライン２９および充電ライン３１を経て、モータジェネレータ１６に微小電流が供給される。このため、図１４に示すように、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２が正常である場合には、第３判定パターンに従い、開閉スイッチＳＷ１にＯＮ信号を与え、開閉スイッチＳＷ２にＯＦＦ信号を与えることにより、検出電圧は「Ｈｉｇｈ」になり、検出電流は「弱放電」になる。

［第４判定パターン］
図１３に示すように、判定パターンとして、開閉スイッチＳＷ１にＯＦＦ信号が出力され、開閉スイッチＳＷ２にＯＦＦ信号が出力される第４判定パターンがある。第４判定パターンにおいては、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２が開かれるため、第１電源ライン２９にリチウムイオンバッテリ２７や鉛バッテリ２８の端子電圧は印加されていない。また、第４判定パターンにおいては、開閉スイッチＳＷ１が開かれるため、第１電源ライン２９に対する通電は遮断される。なお、鉛バッテリ２８から、第２電源ライン３０を経て、瞬低保護負荷３３や車体負荷３４に電流が供給される。このため、図１４に示すように、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２が正常である場合には、第４判定パターンに従って開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２にＯＦＦ信号を与えることにより、検出電圧は「Ｌｏｗ」になり、検出電流は「ゼロ」になる。

［開閉スイッチＳＷ１の故障］
続いて、開閉スイッチＳＷ１の故障について説明する。図１５（ａ）および（ｂ）は各判定パターンにおける検出電圧および検出電流を示す説明図である。図１５（ａ）には開閉スイッチＳＷ１がＯＦＦ固着したときの状況が示され、図１５（ｂ）には開閉スイッチＳＷ１がＯＮ固着したときの状況が示されている。

開閉スイッチＳＷ１にＯＦＦ固着が発生していると、スイッチ制御部５３ａから開閉スイッチＳＷ１にＯＮ信号が出力された場合であっても、開閉スイッチＳＷ１はＯＦＦ状態を維持することになる。このため、図１５（ａ）にハッチングで示すように、第１判定パターンや第３判定パターンに従って開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御したときには、スイッチ正常時とは異なる検出電圧や検出電流が現れる。すなわち、開閉スイッチＳＷ１はＯＦＦ状態で固定されるため、第１判定パターンにおいては第２判定パターンと同一の検出電圧や検出電流が現れ、第３判定パターンにおいては第４判定パターンと同一の検出電圧や検出電流が現れる。

また、開閉スイッチＳＷ１にＯＮ固着が発生していると、スイッチ制御部５３ａから開閉スイッチＳＷ１にＯＦＦ信号が出力された場合であっても、開閉スイッチＳＷ１はＯＮ状態を維持することになる。このため、図１５（ｂ）にハッチングで示すように、第２判定パターンや第４判定パターンに従って開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御したときには、スイッチ正常時とは異なる検出電圧や検出電流が現れる。すなわち、開閉スイッチＳＷ１はＯＮ状態で固定されるため、第２判定パターンにおいては第１判定パターンと同一の検出電圧や検出電流が現れ、第４判定パターンにおいては第３判定パターンと同一の検出電圧や検出電流が現れる。

［開閉スイッチＳＷ２の故障］
続いて、開閉スイッチＳＷ２の故障について説明する。図１６（ａ）および（ｂ）は各判定パターンにおける検出電圧および検出電流を示す説明図である。図１６（ａ）には開閉スイッチＳＷ２がＯＦＦ固着したときの状況が示され、図１６（ｂ）には開閉スイッチＳＷ２がＯＮ固着したときの状況が示されている。

開閉スイッチＳＷ２にＯＦＦ固着が発生していると、スイッチ制御部５３ａから開閉スイッチＳＷ２にＯＮ信号が出力された場合であっても、開閉スイッチＳＷ２はＯＦＦ状態を維持することになる。このため、図１６（ａ）にハッチングで示すように、第２判定パターンに従って開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御したときには、スイッチ正常時とは異なる検出電圧や検出電流が現れる。すなわち、開閉スイッチＳＷ２はＯＦＦ状態で固定されるため、第２判定パターンにおいては第４判定パターンと同一の検出電圧や検出電流が現れる。

また、開閉スイッチＳＷ２にＯＮ固着が発生していると、スイッチ制御部５３ａから開閉スイッチＳＷ２にＯＦＦ信号が出力された場合であっても、開閉スイッチＳＷ２はＯＮ状態を維持することになる。このため、図１６（ｂ）にハッチングで示すように、第４判定パターンに従って開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御したときには、スイッチ正常時とは異なる検出電圧や検出電流が現れる。すなわち、開閉スイッチＳＷ２はＯＮ状態で固定されるため、第４判定パターンにおいては第２判定パターンと同一の検出電圧や検出電流が現れる。

［スイッチ診断制御］
続いて、スイッチコントローラ５３によるスイッチ診断制御の実行手順について説明する。図１７はスイッチ診断制御の実行手順の一例を示すフローチャートである。図１７に示すように、ステップＳ１０では、スタートスイッチ５８が起動側に操作（ＯＮ操作）されたか否かが判定される。ステップＳ１０において、スタートスイッチ５８のＯＮ操作が検出された場合には、ステップＳ１１に進み、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２に関する故障判定処理の履歴の有無が判定される。ステップＳ１１において、故障判定処理に関する履歴が無いと判定された場合、つまり開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の故障判定処理がこれまで実行されていない場合には、ステップＳ１２に進み、エンジン１２の始動が禁止され、ステップＳ１３に進み、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の故障判定処理が実行される。この故障判定処理の具体的手順については別途説明する。

一方、ステップＳ１１において、故障判定処理に関する履歴が有ると判定された場合、つまり開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の故障判定処理が過去に実行されていた場合には、ステップＳ１４に進み、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２に関する故障記録の有無が判定される。ステップＳ１４において、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の故障記録が有る場合、つまり開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２のＯＮ固着やＯＦＦ固着が記録されている場合には、ステップＳ１２に進み、エンジン１２の始動が禁止され、ステップＳ１３に進み、改めて開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の故障判定処理が実行される。

ステップＳ１３において、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の故障判定処理が完了すると、ステップＳ１５に進み、エンジン１２の始動禁止が解除され、ステップＳ１６に進み、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２に関する故障記録の有無が判定される。ステップＳ１６において、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の故障記録が有る場合、つまり開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２のＯＮ固着やＯＦＦ固着が記録されている場合には、ステップＳ１７に進み、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の故障に対応するフェイルセーフ処理が実行される。このフェイルセーフ処理の具体的手順については別途説明する。

ステップＳ１４，Ｓ１６において、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の故障記録が無いと判定された場合や、ステップＳ１７において、フェイルセーフ処理が行われた場合には、ステップＳ１８に進み、スタートスイッチ５８が起動停止側に操作（ＯＦＦ操作）されたか否かが判定される。ステップＳ１８において、スタートスイッチ５８のＯＦＦ操作が検出された場合には、ステップＳ１９に進み、改めて開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の故障判定処理が実行される。

図１７に示すように、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の故障判定処理は、スタートスイッチ５８が起動側に操作された場合と、スタートスイッチ５８が起動停止側に操作された場合との双方で実行される。前述したように、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の故障判定処理においては、モータジェネレータ１６の発電を停止させて検出電圧および検出電流を安定させるため、故障判定処理が完了するまでエンジン１２の始動が禁止されている。このため、スタートスイッチ５８が起動側に操作された場合には、故障判定処理の履歴つまり実行記録が無い場合や、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の故障記録が有る場合に限り、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の故障判定処理を実行している。これにより、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の過度な故障判定処理を回避することができ、エンジン１２を素早く始動させることができる。また、スタートスイッチ５８が起動停止側に操作された場合には、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の故障記録等に拘わらず、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の故障判定処理が実行される。このように、スタートスイッチ５８が起動停止側に操作される度に、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の故障判定処理を実行することにより、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の故障を早期に検出することができる。

［故障判定処理］
続いて、スイッチ診断制御の故障判定処理について説明する。図１８および図１９は故障判定処理の実行手順の一例を示すフローチャートである。なお、図１８および図１９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。

図１８に示すように、ステップＳ２０では、第１判定パターンに従い、開閉スイッチＳＷ１にＯＮ信号が出力され、開閉スイッチＳＷ２にＯＮ信号が出力される。次いで、ステップＳ２１では、検出電圧が「Ｈｉｇｈ」であり、かつ検出電流が「ゼロ」であるか否かが判定される。ステップＳ２１において、検出電圧が「Ｈｉｇｈ」であり、かつ検出電流が「ゼロ」である場合には、ステップＳ２２に進み、第３判定パターンに従い、開閉スイッチＳＷ１にＯＮ信号が出力され、開閉スイッチＳＷ２にＯＦＦ信号が出力される。次いで、ステップＳ２３では、検出電圧が「Ｌｏｗ」であり、かつ検出電流が「ゼロ」であるか否かが判定される。ステップＳ２３において、検出電圧が「Ｌｏｗ」であり、かつ検出電流が「ゼロ」である場合には、ステップＳ２４に進み、開閉スイッチＳＷ１がＯＦＦ固着であると判定され、開閉スイッチＳＷ１のＯＦＦ固着が故障判定部５３ｂに記憶される。すなわち、図１５（ａ）にハッチングで示すように、第１判定パターンおよび第３判定パターンにおいて、検出電圧や検出電流の相違が認められることから、開閉スイッチＳＷ１がＯＦＦ固着であると判定される。このように、開閉スイッチＳＷ１のＯＦＦ固着が判定されると、ステップＳ２５に進み、開閉スイッチＳＷ１の故障を乗員に通知するため、警告灯５９が点灯される。

ステップＳ２１において、検出電圧が「Ｌｏｗ」であったり、検出電流が「放電」や「弱放電」であったりした場合には、ステップＳ２６に進み、第２判定パターンに従い、開閉スイッチＳＷ１にＯＦＦ信号が出力され、開閉スイッチＳＷ２にＯＮ信号が出力される。次いで、ステップＳ２７では、検出電圧が「Ｌｏｗ」であり、かつ検出電流が「ゼロ」であるか否かが判定される。ステップＳ２７において、検出電圧が「Ｌｏｗ」であり、かつ検出電流が「ゼロ」である場合には、ステップＳ２８に進み、開閉スイッチＳＷ２がＯＦＦ固着であると判定され、開閉スイッチＳＷ２のＯＦＦ固着が故障判定部５３ｂに記憶される。すなわち、図１６（ａ）にハッチングで示すように、第２判定パターンにおいて、検出電圧や検出電流の相違が認められることから、開閉スイッチＳＷ２がＯＦＦ固着であると判定される。このように、開閉スイッチＳＷ２のＯＦＦ固着が判定されると、ステップＳ２９に進み、開閉スイッチＳＷ２の故障を乗員に通知するため、警告灯５９が点灯される。

ステップＳ２７において、検出電圧が「Ｈｉｇｈ」であったり、検出電流が「放電」や「弱放電」であったりした場合には、図１９に示すように、ステップＳ３０に進み、第４判定パターンに従い、開閉スイッチＳＷ１にＯＦＦ信号が出力され、開閉スイッチＳＷ２にＯＦＦ信号が出力される。次いで、ステップＳ３１では、検出電圧が「Ｈｉｇｈ」であるか否かが判定される。ステップＳ３１において、検出電圧が「Ｈｉｇｈ」である場合には、ステップＳ３２に進み、検出電流が「ゼロ」であるか否かが判定される。ステップＳ３２において、検出電流が「ゼロ」である場合には、ステップＳ３３に進み、開閉スイッチＳＷ２がＯＮ固着であると判定され、開閉スイッチＳＷ２のＯＮ固着が故障判定部５３ｂに記憶される。すなわち、図１６（ｂ）にハッチングで示すように、第４判定パターンにおいて、検出電圧や検出電流の相違が認められることから、開閉スイッチＳＷ２がＯＮ固着であると判定される。このように、開閉スイッチＳＷ２のＯＮ固着が判定されると、ステップＳ３４に進み、開閉スイッチＳＷ２の故障を乗員に通知するため、警告灯５９が点灯される。

ステップＳ３２において、検出電流が「放電」や「弱放電」である場合には、第２判定パターンに従い、開閉スイッチＳＷ１にＯＦＦ信号が出力され、開閉スイッチＳＷ２にＯＮ信号が出力される。次いで、ステップＳ３６では、検出電圧が「Ｈｉｇｈ」であり、かつ検出電流が「放電」であるか否かが判定される。ステップＳ３６において、検出電圧が「Ｈｉｇｈ」であり、かつ検出電流が「放電」である場合には、ステップＳ３７に進み、開閉スイッチＳＷ１がＯＮ固着であると判定され、開閉スイッチＳＷ１のＯＮ固着が故障判定部５３ｂに記憶される。すなわち、図１５（ｂ）にハッチングで示すように、第２判定パターンおよび第４判定パターンにおいて、検出電圧や検出電流の相違が認められることから、開閉スイッチＳＷ１がＯＮ固着であると判定される。このように、開閉スイッチＳＷ１のＯＮ固着が判定されると、ステップＳ３８に進み、開閉スイッチＳＷ２の故障を乗員に通知するため、警告灯５９が点灯される。

これまで説明したように、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２に対する制御信号を切り替えながら、検出電圧および検出電流を正常時の電圧および電流と比較することにより、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の故障を判定することができる。すなわち、スイッチコントローラ５３は、故障判定処理として、第１判定パターンで検出電圧および検出電流を判定する第１判定処理（Ｓ２０，Ｓ２１）を実行し、第２判定パターンで検出電圧および検出電流を判定する第２判定処理（Ｓ２６，Ｓ２７，Ｓ３５，Ｓ３６）を実行する。また、スイッチコントローラ５３は、故障判定処理として、第３判定パターンで検出電圧および検出電流を判定する第３判定処理（Ｓ２２，Ｓ２３）を実行し、第４判定パターンで検出電圧および検出電流を判定する第４判定処理（Ｓ３０，Ｓ３１，Ｓ３２）を実行する。これにより、開閉スイッチＳＷ１のＯＮ固着やＯＦＦ固着を判定することができ、開閉スイッチＳＷ２のＯＮ固着やＯＦＦ固着を判定することができる。

［フェイルセーフ処理］
続いて、スイッチ診断制御のフェイルセーフ処理について説明する。前述したように、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２にＯＮ固着やＯＦＦ固着が発生した場合には、車両用電源装置１０を適切に制御することが困難となっていた。このため、各種コントローラ５１，５２，５３を備える制御ユニット５０は、車両用電源装置１０を開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２の故障状況に対応させるフェイルセーフ処理を実行する。図２０はフェイルセーフ処理の実行手順の一例を示すフローチャートである。

図２０に示すように、ステップＳ４０では、開閉スイッチＳＷ１がＯＮ固着であるか否かが判定される。ステップＳ４０において、開閉スイッチＳＷ１がＯＮ固着である場合には、ステップＳ４１に進み、アイドリングストップ制御が禁止され、ステップＳ４２に進み、モータジェネレータ１６の回生発電が禁止される。すなわち、開閉スイッチＳＷ１がＯＮ固着している状況とは、電源回路４１，４２からリチウムイオンバッテリ２７を分離することができない状況である。このため、リチウムイオンバッテリ２７の放電を伴うアイドリングストップ制御や、リチウムイオンバッテリ２７の充電を伴う回生発電制御が禁止される。

ステップＳ４０において、開閉スイッチＳＷ１がＯＮ固着以外である場合には、ステップＳ４３に進み、開閉スイッチＳＷ１がＯＦＦ固着であるか否かが判定される。ステップＳ４３において、開閉スイッチＳＷ１がＯＦＦ固着である場合には、ステップＳ４４に進み、アイドリングストップ制御が禁止され、ステップＳ４５に進み、モータジェネレータ１６の回生発電が禁止される。すなわち、開閉スイッチＳＷ１がＯＦＦ固着している状況とは、電源回路４１，４２にリチウムイオンバッテリ２７を接続することができない状況である。このため、リチウムイオンバッテリ２７の放電を伴うアイドリングストップ制御や、リチウムイオンバッテリ２７の充電を伴う回生発電制御が禁止される。

ステップＳ４３において、開閉スイッチＳＷ１がＯＦＦ固着以外である場合には、ステップＳ４６に進み、開閉スイッチＳＷ２がＯＮ固着であるか否かが判定される。ステップＳ４６において、開閉スイッチＳＷ２がＯＮ固着である場合には、ステップＳ４７に進み、アイドリングストップ制御が禁止される。すなわち、開閉スイッチＳＷ２がＯＮ固着している状況とは、第１電源回路４１と第２電源回路４２とを分離することができない状況である。このため、第２電源回路４２の瞬低保護負荷３３に対する瞬間的な電圧低下を防止する観点から、エンジン再始動時に大きな電力を消費するアイドリングストップ制御が禁止される。

ステップＳ４６において、開閉スイッチＳＷ２がＯＮ固着以外である場合には、ステップＳ４８に進み、開閉スイッチＳＷ２がＯＦＦ固着であるか否かが判定される。ステップＳ４８において、開閉スイッチＳＷ２がＯＦＦ固着である場合には、ステップＳ４９に進み、アイドリングストップ制御が禁止され、ステップＳ５０に進み、開閉スイッチＳＷ１が遮断状態に制御される。さらに、ステップＳ５１に進み、モータジェネレータ１６の回生発電が禁止され、ステップＳ５２に進み、モータジェネレータ１６の燃焼発電が禁止される。すなわち、開閉スイッチＳＷ２がＯＦＦ固着している状況とは、第１電源回路４１と第２電源回路４２とを接続できない状況であり、リチウムイオンバッテリ２７を有効に活用することができない状況である。このため、開閉スイッチＳＷ１を開いてリチウムイオンバッテリ２７を分離し、リチウムイオンバッテリ２７の充放電を伴うアイドリングストップ制御、回生発電制御、燃焼発電制御が禁止される。

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、スイッチコントローラ５３を故障判定部およびスイッチ制御部として機能させ、充放電コントローラ５１を発電制御部として機能させ、ＩＳＳコントローラをエンジン制御部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、故障判定部、スイッチ制御部、発電制御部、或いはエンジン制御部として機能させても良い。また、１つのコントローラによって故障判定部、スイッチ制御部、発電制御部、或いはエンジン制御部を構成しても良く、複数のコントローラによって故障判定部、スイッチ制御部、発電制御部、或いはエンジン制御部を構成しても良い。

前述の説明では、開閉スイッチＳＷ１と開閉スイッチＳＷ２との双方の故障を判定しているが、これに限られることはない。例えば、開閉スイッチＳＷ１の故障だけを判定しても良く、開閉スイッチＳＷ２の故障だけを判定しても良い。また、開閉スイッチＳＷ１，ＳＷ２としては、接触子を電磁力によって動作させる電磁式のスイッチであっても良く、半導体素子を用いて構成される半導体式のスイッチであっても良い。なお、前述の説明では、通電経路１００を構成する第２電源ライン３０に、開閉スイッチＳＷ２を設けているが、これに限られることはなく、通電経路１０１を構成する通電ライン３９に、開閉スイッチＳＷ２を設けても良い。このように、通電経路１０１に開閉スイッチＳＷ２を設けた場合であっても、電源回路に対する鉛バッテリ２８の接続状態を制御することができる。

前述したように、第１蓄電体としてリチウムイオンバッテリ２７を採用し、第２蓄電体として鉛バッテリ２８を採用しているが、これに限られることはなく、第１蓄電体や第２蓄電体として如何なる蓄電体を採用しても良い。例えば、第１蓄電体として、鉛バッテリ、ニッケル水素バッテリ、電気二重層キャパシタ等を採用しても良い。また、第２蓄電体として、リチウムイオンバッテリ、ニッケル水素バッテリ、電気二重層キャパシタ等を採用しても良い。さらに、第１蓄電体および第２蓄電体として、同種の蓄電体を採用しても良いことはいうまでもない。なお、リチウムイオンバッテリ２７と鉛バッテリ２８とを組み合わせる際には、リチウムイオンバッテリ２７として、正極材料にリン酸鉄リチウムを適用したリン酸鉄リチウムイオンバッテリを採用することが望ましい。

前述の説明では、モータジェネレータ１６を燃焼発電状態に制御する際には、発電電圧ＶＧを所定電圧Ｖａに引き上げ、モータジェネレータ１６を回生発電状態に制御する際には、発電電圧ＶＧを所定電圧Ｖｂに引き上げているが、これに限られることはない。例えば、モータジェネレータ１６の目標発電電圧を、燃焼発電状態と回生発電状態とで一致させても良い。また、燃焼発電状態や回生発電状態において、モータジェネレータ１６の目標発電電圧を、車速、アクセル操作量、ブレーキ操作量に基づき変化させても良い。また、前述の説明では、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１６を用いているが、これに限られることはなく、電動機として機能しない発電機を用いても良い。なお、モータジェネレータ１６としては、誘導発電機に限られることはなく、他の形式の発電機を採用しても良い。

前述の説明では、アイドリングストップ制御のエンジン再始動時に、モータジェネレータ１６を電動機として駆動しているが、これに限られることはない。例えば、エンジン始動後の加速走行時に、モータジェネレータ１６を電動機として駆動することにより、エンジン１２の負荷を軽減しても良い。さらに、前述の説明では、第１電源回路４１に車体負荷３４を接続しているが、これに限られることはなく、第２電源回路４２だけに車体負荷３４を接続しても良く、第１電源回路４１と第２電源回路４２との双方に車体負荷３４を接続しても良い。

１０ 車両用電源装置
１１ 車両
１２ エンジン
１６ モータジェネレータ（発電機）
２７ リチウムイオンバッテリ（第１蓄電体）
２７ａ 正極端子
２７ｂ 負極端子
２８ 鉛バッテリ（第２蓄電体）
２８ａ 正極端子
２９ 第１電源ライン（第１通電経路）
３０ 第２電源ライン（第２通電経路）
３１ 充電ライン（第３通電経路）
３２ ノード（接続点）
３８ 通電ライン（第４通電経路）
５１ 充放電コントローラ（発電制御部）
５２ ＩＳＳコントローラ（エンジン制御部）
５３ａ スイッチ制御部
５３ｂ 故障判定部
ＳＷ１ 開閉スイッチ（第１スイッチ）
ＳＷ２ 開閉スイッチ（第２スイッチ）

Claims (11)

1. 車両に搭載される車両用電源装置であって、
   エンジンに接続される発電機と、
   前記発電機に接続される第１蓄電体と、
   前記第１蓄電体と並列に、前記発電機に接続される第２蓄電体と、
   前記発電機と前記第１蓄電体とを接続する導通状態と、前記発電機と前記第１蓄電体とを分離する遮断状態とに、制御信号に基づき切り替えられる第１スイッチと、
   前記発電機と前記第２蓄電体とを接続する導通状態と、前記発電機と前記第２蓄電体とを分離する遮断状態とに、制御信号に基づき切り替えられる第２スイッチと、
   前記第１蓄電体の正極端子に接続される第１通電経路と、前記第２蓄電体の正極端子に接続される第２通電経路と、前記発電機の出力端子に接続される第３通電経路と、を互いに接続する接続点と、
   前記第１スイッチの制御信号、前記第２スイッチの制御信号、前記第１通電経路の電流、および前記第１通電経路の電位に基づいて、前記第１スイッチと前記第２スイッチとの少なくともいずれか一方の故障を判定する故障判定処理を実行する故障判定部と、
   を有する、車両用電源装置。
2. 請求項１記載の車両用電源装置において、
   前記第１蓄電体の負極端子に接続される第４通電経路、を有し、
   前記第１スイッチは、前記第１通電経路または前記第４通電経路に設けられ、
   前記第２スイッチは、前記第２通電経路に設けられる、車両用電源装置。
3. 請求項１または２記載の車両用電源装置において、
   前記第１スイッチは、前記第１通電経路に設けられ、
   前記故障判定部は、前記第１通電経路における前記第１スイッチと前記接続点との間の電位に基づいて、前記第１スイッチと前記第２スイッチとの少なくともいずれか一方の故障を判定する、車両用電源装置。
4. 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１スイッチの制御信号として、前記第１スイッチを導通状態に切り替える導通信号と、前記第１スイッチを遮断状態に切り替える遮断信号とがあり、
   前記第２スイッチの制御信号として、前記第２スイッチを導通状態に切り替える導通信号と、前記第２スイッチを遮断状態に切り替える遮断信号とがあり、
   前記故障判定部は、故障判定処理として、
   前記第１スイッチに導通信号が与えられ、前記第２スイッチに導通信号が与えられた場合に、前記第１通電経路の電流および電位を判定する第１判定処理と、
   前記第１スイッチに遮断信号が与えられ、前記第２スイッチに導通信号が与えられた場合に、前記第１通電経路の電流および電位を判定する第２判定処理と、
   前記第１スイッチに導通信号が与えられ、前記第２スイッチに遮断信号が与えられた場合に、前記第１通電経路の電流および電位を判定する第３判定処理と、
   前記第１スイッチに遮断信号が与えられ、前記第２スイッチに遮断信号が与えられた場合に、前記第１通電経路の電流および電位を判定する第４判定処理と、
   を実行する、車両用電源装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両用電源装置において、
   前記故障判定部は、車両の起動スイッチが乗員によって起動停止側に操作された場合に、故障判定処理を実行する、車両用電源装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両用電源装置において、
   前記故障判定部は、車両の起動スイッチが乗員によって起動側に操作され、かつ故障判定処理の実行記録が記録されていない場合に、故障判定処理を実行する、車両用電源装置。
7. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両用電源装置において、
   前記故障判定部は、車両の起動スイッチが乗員によって起動側に操作され、かつ前記第１スイッチまたは前記第２スイッチの故障が記録されていた場合に、故障判定処理を実行する、車両用電源装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の車両用電源装置において、
   停止条件に基づき前記エンジンを停止し、始動条件に基づき前記エンジンを再始動するエンジン制御部と、
   前記発電機を制御する発電制御部と、を有し、
   前記第１スイッチが導通状態で故障していた場合に、前記エンジン制御部は前記エンジンの停止を禁止し、前記発電制御部は前記発電機の回生発電を禁止する、車両用電源装置。
9. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の車両用電源装置において、
   停止条件に基づき前記エンジンを停止し、始動条件に基づき前記エンジンを再始動するエンジン制御部と、
   前記発電機を制御する発電制御部と、を有し、
   前記第１スイッチが遮断状態で故障していた場合に、前記エンジン制御部は前記エンジンの停止を禁止し、前記発電制御部は前記発電機の回生発電を禁止する、車両用電源装置。
10. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の車両用電源装置において、
    停止条件に基づき前記エンジンを停止し、始動条件に基づき前記エンジンを再始動するエンジン制御部、を有し、
    前記第２スイッチが導通状態で故障していた場合に、前記エンジン制御部は前記エンジンの停止を禁止する、車両用電源装置。
11. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の車両用電源装置において、
    停止条件に基づき前記エンジンを停止し、始動条件に基づき前記エンジンを再始動するエンジン制御部と、
    前記発電機を制御する発電制御部と、
    前記第１スイッチを導通状態と遮断状態とに切り替えるスイッチ制御部と、を有し、
    前記第２スイッチが遮断状態で故障していた場合に、前記エンジン制御部は前記エンジンの停止を禁止し、前記発電制御部は前記発電機の発電を禁止し、前記スイッチ制御部は前記第１スイッチを遮断状態に切り替える、車両用電源装置。

Images