JP6819719B2

JP6819719B2 - 車両用電源装置

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Publication number: JP6819719B2
Application number: JP2019083045A
Authority: JP
Inventors: 仁北隅; 瞭一大塚
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2019-04-24
Filing date: 2019-04-24
Publication date: 2021-01-27
Anticipated expiration: 2039-04-24
Also published as: JP2020182287A

Description

本発明は、車両に搭載される電源の異常診断を行う車両用電源装置に関する。

エンジンとモータとを備えるハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、車両外部からの電力により充電が可能な充電池を有し、エンジンとモータとを備えるプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）、燃料電池を備える燃料電池自動車（ＦＣＶ）に搭載される電源装置やハーネス、その他機器内の電装部品において、組み付け不良や車両の使用過程に生じる劣化等を原因とした導通異常が発生する。

このような導通異常を検出する車両用電源装置の一例として、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１においては、車両用の電源装置は、複数の電池が直列接続してなる走行用バッテリと、走行用バッテリを一時的に放電する強制放電回路と、強制放電回路の放電状態で電流を検出する電流検出回路と、強制放電回路の放電状態で電池の電圧を検出する電圧検出回路と、検出電圧と検出電流とから直列インピーダンスを検出するインピーダンス検出回路と、検出される直列インピーダンスから接続異常を判定する判定回路とを備える。強制放電回路は、放電抵抗と放電スイッチとの直列回路において、放電スイッチをオンに切り換えて走行用バッテリを放電する。判定回路は、記憶部に記憶される設定インピーダンスと検出される直列インピーダンスとを比較して、直列インピーダンスが設定インピーダンスよりも大きい状態で接続異常を判定している。（例えば、特許文献１を参照）

特開２０１１−６９７２０号公報

しかしながら、上述した車両用電源装置の一例においては、接続異常の診断に際して強制放電回路に切り替える必要があるため、走行中といったタイミングで強制放電回路へ切り替えることができない。そのため、接続異常を判定することができない。したがって、接続異常の診断回数を十分に確保できないため、診断精度を高めることができない。

そこで、本発明は、複数の電源を有する車両において、イグニッションスイッチをオンとした場合に限らず、車両の走行中においても電力系部品の異常診断が可能となる車両用電源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の一態様に係る車両用電源装置は、発電機能を有する第１電源と、蓄電機能を有する第２電源とを有する車両用電源装置であって、第１電源または第２電源を診断対象として決定する決定部と、決定部の結果に基づいて第１電源と第２電源とに導通異常に関する異常診断を行う診断部と、を備え、決定部は、第２電源を異常診断した後に第１電源を異常診断する第１診断モードと、第１電源を異常診断した後に第２電源を異常診断する第２診断モードと、を有し、決定部は、第２電源の充電容量が、第２電源の制御可能な充電容量の下限値を下回らないように設定した第１閾値未満である場合に、第１診断モードを選択し、かつ第２電源の充電容量が第１閾値以上である場合に、第２診断モードを選択し、診断部が異常診断を実施する。

一態様によれば、第２電源の充電容量に応じて診断モードを変更することにより、第１電源の診断時に、ドライバからの要求出力が変化した状態であっても第２電源から供給される出力電流が不足することを防止することができる。そのため、車両に対する要求出力の変化がある走行状態であっても異常診断を好適に実行することが可能である。

図１は、本発明の一実施形態に係る車両用電源装置を搭載した車両の概略構成図である。図２は、本発明の一実施形態に係る車両コントローラのブロック図である。図３は、本発明の一実施形態に係る車両用電源装置の動作を説明するフローチャートである。図４は、図３の車両用電源装置の蓄電電源ユニットにおける異常診断の動作を説明するフローチャートである。図５は、蓄電電源ユニットの異常診断時に係る蓄電電源ユニットの電流Ｉ_Ｎの推移を説明するタイミングチャートである。図６は、蓄電電源ユニットの異常診断時に係る車両用電源装置より出力される必要電力の推移を説明するタイミングチャートである。図７は、蓄電電源ユニットの異常診断時に係る発電電源ユニットの電流Ｉ_Ｍの推移を説明するタイミングチャートである。図８は、図３の車両用電源装置の発電電源ユニットにおける異常診断の動作を説明するフローチャートである。図９は、発電電源ユニットの異常診断時に係る発電電源ユニットの電流Ｉ_Ｍの推移を説明するタイミングチャートである。図１０は、発電電源ユニットの異常診断時に係る車両用電源装置より出力される必要電力の推移を説明するタイミングチャートである。図１１は、発電電源ユニットの異常診断時に係る蓄電電源ユニットの電流Ｉ_Ｎの推移を説明するタイミングチャートである。

本発明の一実施の形態に係る車両用電源装置は、発電機能を有する第１電源と、蓄電機能を有する第２電源と、を有する車両用電源装置であって、第１電源または第２電源を診断対象として各別に決定する決定部と、決定部に決定された第１電源と第２電源とに導通異常に関する異常診断を行う診断部と、を備え、決定部は、第２電源を異常診断した後に第１電源を異常診断する第１診断モードと、第１電源を異常診断した後に第２電源を異常診断する第２診断モードと、を有し、第２電源の充電容量に応じて第１診断モードまたは第２診断モードを選択し、診断部が異常診断を実施する車両用電源装置を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る車両用電源装置について図面を用いて説明する。図１から図１１は、本発明の一実施形態に係る車両用電源装置を説明する図である。

図１の概略構成図に示すように、車両１００は、モータＭの駆動力を用いて走行する電動車両である。車両１００は、モータＭへ電力を供給する車両用電源装置１と、車両用電源装置１が発生する直流電流を交流電流へ変換した上でモータＭへ電力を供給するするインバータ２と、を含んで構成される。

車両用電源装置１は、発電機能を有する発電電源ユニットＰＳＵ１と、蓄電機能を有する蓄電電源ユニットＰＳＵ２と、発電電源ユニットＰＳＵ１から出力される電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータユニットＤＣＵと、を含んで構成される。

発電電源ユニットＰＳＵ１は、燃料電池であり、複数の燃料電池セルＦＣを組み合わせて燃料電池スタックとして構成される。この燃料電池の冷却方式は水冷式や空冷式のいずれでもよく、燃料電池のアノードガスは水素やメタン等のいずれでもよい。また、発電電源ユニットＰＳＵ１は燃料電池に限られず、内燃機関の動力を用いて発電機を駆動し、発電を行う発電電源でもよい。

発電電源ユニットＰＳＵ１は、図１には、少なくとも１つ当たりの燃料電離セルＦＣごとに電圧センサＶＳ１を有する。なお、図１の一例として１つごとの燃料電池セルＦＣに電圧センサＶＳ１が配置されているが、複数個の燃料電池セルＦＣを一組として電圧センサＶＳ１を配置してもよい。また、発電電源ユニットＰＳＵ１は、燃料電池スタックの正極と負極との間の電圧を検出する電圧センサＶＳ２を有する。また、燃料電池スタックの正極にはリレーＲＬ１と電流センサＡＳ１とが接続される。負極にはリレーＲＬ２が接続され、発電電源ユニットＰＳＵ１が構成される。

蓄電電源ユニットＰＳＵ２は、発電電源ユニットＰＳＵ１が発電する電力等を蓄えることが可能な蓄電池であり、複数のバッテリセルＢＣを組み合わせて構成される。この蓄電池は、リチウムイオン二次電池やニッケル水素蓄電池等とすることができる。しかしながら、本発明の蓄電池における電解質の種類はいずれでも良い。

蓄電電源ユニットＰＳＵ２は、少なくとも１つ当たりの蓄電池セルＢＣごとに設置される電圧センサＶＳ５を有する。また、蓄電池の正極にはリレーＲＬ３と電流センサＡＳ４とが接続される。負極にはサービスプラグＳＰが接続され、蓄電電源ユニットＰＳＵ２が構成される。なお、図１では一例として１つごとの蓄電池セルＢＣに電圧センサＶＳ５が配置されているが、複数個の蓄電池セルＢＣを一組として電圧センサＶＳ５を配置してもよい。

ＤＣ／ＤＣコンバータユニットＤＣＵは、ＤＣ／ＤＣコンバータＤＣＣと、発電電源ユニットＰＳＵ１側のＤＣ／ＤＣコンバータＤＣＣの正極とＤＣ／ＤＣコンバータＤＣＣの負極との電圧差を検出する電圧センサＶＳ３と、蓄電電源ユニットＰＳＵ２側のＤＣ／ＤＣコンバータＤＣＣの正極とＤＣ／ＤＣコンバータＤＣＣの負極との電圧差を検出する電圧センサＶＳ４と、が接続される。さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータユニットＤＣＵは、発電電源ユニットＰＳＵ１からの出力を入力する正極側に電流センサＡＳ２が接続される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータユニットＤＣＵは、蓄電電源ユニットＰＳＵ２からの出力を入力する正極側に電流センサＡＳ３が接続される。

発電電源ユニットＰＳＵ１の端子Ｎ１とＤＣ／ＤＣコンバータユニットＤＣＵの端子Ｎ３とが接続され、発電電源ユニットＰＳＵ１の端子Ｎ２とＤＣ／ＤＣコンバータユニットＤＣＵの端子Ｎ４とが接続されている。蓄電電源ユニットＰＳＵ２の端子Ｎ７とＤＣ／ＤＣコンバータユニットＤＣＵの端子Ｎ５とが接続され、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の端子Ｎ８とＤＣ／ＤＣコンバータユニットＤＣＵの端子Ｎ６とが接続されている。

車両１００に備えられる車両コントローラ３（以下、ＶＣＵともいう）は、発電電源ユニットＰＳＵ１の発電量や蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電量または放電量を制御する機能を有する。また、ＶＣＵ３はＤＣ／ＤＣコンバータユニットＤＣＵに対し、出力電圧や出力電流を制御する。また、ＶＣＵ３はインバータ２より出力される電圧や周波数を制御する。

図２のブロック図に示すように、車両コントローラ３は、診断部３１と決定部３２と駆動制御部３３とを有する。

診断部３１は、決定部３２により決定された順序に基づいて発電電源ユニットＰＳＵ１または蓄電電源ユニットＰＳＵ２の異常診断を実行する。診断部３１は、発電電源ユニットＰＳＵ１の異常診断を実行する場合、燃料電池セルＦＣやリレーＲＬ１、ＲＬ２を対象に内部抵抗値を算出し、内部抵抗値に基づいて異常診断を実行する。蓄電電源ユニットＰＳＵ２の異常診断を実行する場合も発電電源ユニットＰＳＵ１の異常診断を実行する場合と同様に蓄電池セルＢＣやリレーＲＬ３を対象に内部抵抗値を算出し、異常診断を実行する。

決定部３２は、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量に基づいて、蓄電電源ユニットＰＳＵ２を異常診断した後に発電電源ユニットＰＳＵ１を異常診断する第１診断モードと、発電電源ユニットＰＳＵ１を異常診断した後に蓄電電源ユニットＰＳＵ２を異常診断する第２診断モードと、を選択する。

駆動制御部３３は、車両１００に搭乗する運転者のアクセルペダル（図示せず）の踏込量や操作量等に基づいて要求出力を算出し、要求出力を満たすように車両用電源装置１の出力やモータＭの回転数を制御する。

車両コントローラ３の入力ポートには、５つの電圧センサＶＳ１、ＶＳ２、ＶＳ３、ＶＳ４、ＶＳ５から出力される電圧が入力される。また、車両コントローラ３の入力ポートには、４つの電流センサＡＳ１、ＡＳ２、ＡＳ３、ＡＳ４から出力される電流が入力される。さらに、アクセルペダル（図示せず）やブレーキペダル（図示せず）のストロークといった操作量等の各種センサの出力が入力される。

車両コントローラ３の出力ポートから、発電電源ユニットＰＳＵ１への要求出力やＤＣ／ＤＣコンバータユニットＤＣＵへの要求出力が出力される。さらに、車両コントローラ３の出力ポートには、運転者に車両情報を報知する表示部３４や音声出力部３５が接続されている。

すなわち、車両用電源装置１においては、図示しないアクセルペダルやブレーキペダルから入力される操作量に基づいて、車両コントローラ３の駆動制御部３３が要求出力を算出する。さらに、駆動制御部３３はモータＭの要求出力を満たすように発電電源ユニットＰＳＵ１と蓄電電源ユニットＰＳＵ２との出力を決定し、発電電源ユニットＰＳＵ１と蓄電電源ユニットＰＳＵ２とを制御する。

（診断モードの選択）
次に、図３のフローチャートを参照して、本実施形態に係る車両電源装置１において、車両コントローラ３により実行される異常診断について説明する。

ステップＳ１において、決定部３２は、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが第１閾値未満であるか判別する。ここでは、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが第１閾値未満である場合（ＹＥＳ）、蓄電電源ユニットＰＳＵ２を異常診断した後に発電電源ユニットＰＳＵ１を異常診断する第１診断モードが選択される（ステップＳ１１）。また、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが第１閾値以上である場合（ＮＯ）、発電電源ユニットＰＳＵ１を異常診断した後に蓄電電源ユニットＰＳＵ２を異常診断する第２診断モードを選択する（ステップＳ２１）。

ステップＳ１において、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが第１閾値未満である場合（ＹＥＳ）、決定部３２はステップＳ１１へ進み、ステップＳ１における決定部３２の決定に基づいて、第１診断モードを選択する。

ステップＳ１２において、ステップＳ１１による第１診断モードの選択に基づいて、診断部３１は蓄電電源ユニットＰＳＵ２の異常診断を実行する。ここでは、図４のフローチャートに基づいて車両用電源装置１の蓄電電源ユニットＰＳＵ２の異常診断を実行する。蓄電電源ユニットＰＳＵ２の異常診断の詳細については、後述する。

ステップＳ１３において、ステップＳ１２にて実行する蓄電電源ユニットＰＳＵ２の異常診断が終了したか判断を行う。異常診断が終了していない場合（ＮＯ）は、ステップＳ１３を繰り返す。異常診断が終了している場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ１４へ進む。

ステップＳ１３において、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の異常診断が終了していると判断された場合、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の異常診断終了時の蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣに基づいて、ステップＳ１４とステップＳ１６との判断を行う。

ステップＳ１４において、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが第１閾値以上であるか判断を行う。蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが第１閾値未満の場合（ＮＯ）は、ステップＳ１５へ進む。蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが第１閾値以上の場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ１６へ進む。

ステップＳ１５において、ステップＳ１４にて、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが第１閾値未満である場合（ＮＯ）は、駆動制御部３３は発電電源ユニットＰＳＵ１からの出力電流が増加する補正を行う。すなわち、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣを増加させるために、要求出力に対する発電電源ユニットＰＳＵ１の出力割合を増加させる。

ステップＳ１６において、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが第２閾値より大きいか判断を行う。蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが第２閾値より大きい場合（ＮＯ）は、ステップＳ１７へ進む。蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが第２閾値以下である場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ１８へ進む。

ステップＳ１７において、ステップＳ１６にて、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが第２閾値より大きい場合（ＮＯ）は、駆動制御部３３は発電電源ユニットＰＳＵ１からの出力電流が減少する補正を行う。すなわち、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣを減少させるために、要求出力に対する発電電源ユニットＰＳＵ１の出力割合を減少させる。

ステップＳ１５またはステップＳ１７が終了した場合、ステップＳ１４へ戻り、ステップＳ１４とステップＳ１６との判断を繰り返し、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣの調節であるステップＳ１５とステップＳ１７を実行する。

発電電源ユニットＰＳＵ１の異常診断の際に蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが適切な範囲でない場合、蓄電電源ユニットＰＳＵ２が過充電または過放電となる恐れがある。すなわち、発電電源ユニットＰＳＵ１の出力電流が制限される異常診断中に、車両用電源装置１への要求出力が大きく増加することにより蓄電電源ユニットＰＳＵ２からの電力持ち出しが多くなることで蓄電電源ユニットＰＳＵ２が過放電となる。また、発電電源ユニットＰＳＵ１の出力電流が制限される異常診断中に、車両用電源装置１への要求出力が大きく減少することにより、蓄電電源ユニットＰＳＵ２への充電量が大きくなることで蓄電電源ユニットＰＳＵ２が過充電となる。このような過充電または過放電を防止するために、発電電源ユニットＰＳＵ１からの蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣを好適な状態へなるようステップＳ１５およびステップＳ１７を実施する。そのため、蓄電電源ユニットＰＳＵ２が過充電または過放電となることを好適に防止することが可能である。

ステップＳ１８において、ステップＳ１４およびステップＳ１６にて蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが予め定められる第１閾値以上かつ第２閾値以下の範囲となった場合、診断部３１は発電電源ユニットＰＳＵ１の異常診断を実行する。ここでは、図８のフローチャートに基づいて車両用電源装置１の発電電源ユニットＰＳＵ１の異常診断を実行する。発電電源ユニットＰＳＵ１の異常診断の詳細については、後述する。

ステップＳ１９において、ステップＳ１８にて実行する発電電源ユニットＰＳＵ１の異常診断が終了したか判断を行う。異常診断が終了していない場合（ＮＯ）は、ステップＳ１９を繰り返す。発電電源ユニットＰＳＵ１の異常診断が終了している場合（ＹＥＳ）は、第１診断モードを終了する。

次に第２診断モードの説明をする。ステップＳ１において、蓄電電源ユニットＰＳＵ１の充電容量ＳＯＣが第１閾値より大きい場合、ステップＳ２１は、ステップＳ１の判断に基づいて、決定部３２は第２診断モードを選択する。

ステップＳ２２において、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが第３閾値未満であるか判断する。蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが第３閾値未満である場合（ＹＥＳ）、ステップＳ２４へ進み、発電電源ユニットＰＳＵ１の異常診断を実行する。蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが第３閾値以上である場合（ＮＯ）、ステップＳ２３へ進む。

ステップＳ２３において、ステップＳ２２にて、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが第３閾値以上である場合（ＮＯ）に、発電電源ユニットＰＳＵ１の出力電流が減少する補正を行う。すなわち、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣを減少させるために、要求出力に対する発電電源ユニットＰＳＵ１の出力割合を減少させる。ステップＳ２２とステップＳ２３は、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが第３閾値未満になるまで繰り返される。

発電電源ユニットＰＳＵ１の異常診断の際に蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが適切な範囲でない場合、発電電源ユニットＰＳＵ１の出力電流が制限される異常診断中に蓄電電源ユニットＰＳＵ２が過充電または過放電となる恐れがある。すなわち、発電電源ユニットＰＳＵ１の出力電流が制限される異常診断中に、車両用電源装置１への要求出力が大きく増加することにより蓄電電源ユニットＰＳＵ２からの電力持ち出しが多くなることで蓄電電源ユニットＰＳＵ２が過放電となる。また、発電電源ユニットＰＳＵ１の出力電流が制限される異常診断中に、車両用電源装置１への要求出力が大きく減少することにより、蓄電電源ユニットＰＳＵ２への充電電流が大きくなることで蓄電電源ユニットＰＳＵ２が過充電となる。蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが好適な状態へなるようにステップＳ２３を実施することにより蓄電電源ユニットＰＳＵ２が過充電または過放電となることを好適に防止することが可能である。

ステップＳ２４において、ステップＳ２２にて、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが予め定められる第３閾値未満である場合（ＹＥＳ）に、診断部３１は発電電源ユニットＰＳＵ１の異常診断を実行する。ここでは、図８のフローチャートに基づいて車両用電源装置１の発電電源ユニットＰＳＵ１の異常診断を実行する。発電電源ユニットＰＳＵ１の異常診断の詳細については、後述する。

ステップＳ２５において、ステップＳ２４で実行する発電電源ユニットＰＳＵ１の異常診断が終了したか判断を行う。異常診断が終了していない場合（ＮＯ）は、ステップＳ２５を繰り返す。異常診断が終了している場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ２６へ進む。

ステップＳ２６において、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが第４閾値未満であるか判断する。蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが第４閾値未満である場合（ＹＥＳ）に、ステップＳ２８へ進み、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の異常診断を実行する。蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが第４閾値以上である場合（ＮＯ）に、ステップＳ２７へ進む。

ステップＳ２７において、ステップＳ２６にて、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが第４閾値以上である場合（ＮＯ）に、駆動制御部３３は発電電源ユニットＰＳＵ１の出力電流が減少する補正を行う。すなわち、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣを減少させるために、要求出力に対する発電電源ユニットＰＳＵ１の出力割合を減少させる。ステップＳ２６とステップＳ２７とは、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが第４閾値未満になるまで繰り返される。

蓄電電源ユニットＰＳＵ２の異常診断の際に蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが適切な範囲でない場合、蓄電電源ユニットの充電電流が一定電流に制限される異常診断中に蓄電電源ＰＳＵ２が過充電となる恐れがある。すなわち、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電電流が制限される異常診断中は、蓄電電源ユニットＰＳＵ２に対し、継続的に充電電流が流れるため、充電容量ＳＯＣが蓄電池の制御における好適な上限値を超え、過充電となる。蓄電電源ユニットＰＳＵ２の異常診断を好適に実施可能な蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣになるようにステップＳ２７を実行することにより、蓄電電源ユニットＰＳＵ２が過充電となることを好適に防止することが可能である。

ステップＳ２８において、ステップＳ２６にて、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが予め定められる第４閾値未満の範囲となった場合（ＹＥＳ）、診断部３１は蓄電電源ユニットＰＳＵ２の異常診断を実行する。ここでは、図４のフローチャートに基づいて車両用電源装置１の蓄電電源ユニットＰＳＵ２の異常診断を実行する。蓄電電源ユニットＰＳＵ２の異常診断の詳細については、後述する。

ステップＳ２９において、ステップＳ２８で実行する蓄電電源ユニットＰＳＵ２の異常診断が終了したか判断を行う、異常診断が終了していない場合（ＮＯ）は、ステップＳ２９を繰り返す。蓄電電源ユニットＰＳＵ２の異常診断が終了している場合（ＹＥＳ）は、第２診断モードの異常診断を終了する。

（蓄電電源ユニットＰＳＵ２の異常診断）
次に、診断部３１によって、図３のフローチャートのステップＳ１２とステップＳ２８とにおいて実行される蓄電電源ユニットＰＳＵ２の異常診断について、図４のフローチャートを参照して、説明する。

ステップＳ３１において、診断部３１は、診断対象となる蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電電流Ｉ_Ｎを一定に制御するように駆動制御部３３へ指示する。駆動制御部３３は、診断部３１の指示に基づいて、蓄電電源ユニットＰＳＵ２が出力する電流が診断電流で一定となるように制御する。

ステップＳ３２において、駆動制御部３３は、図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度ともいう）を検出する。また、鞍乗り型車両の場合はライダ要求であってもよい。

ステップＳ３３において、ステップＳ３２にて検出されるアクセル開度に基づいて駆動制御部３３がモータＭへの要求出力を算出する。

ステップＳ３４において、駆動制御部３３は、発電電源ユニットＰＳＵ１が出力する発電電力を算出する。すなわち、発電電源ユニットＰＳＵ１の発電電力はステップＳ３３において算出された要求出力と蓄電電源の診断電流とを考慮した必要電力Ｐが決定される。

ステップＳ３５において、駆動制御部３３はステップＳ３４によって求められた必要電力Ｐに基づいて発電電源ユニットＰＳＵ１が出力する電流Ｉ_Ｍを算出かつ、発電電源ユニットＰＳＵ１へ指示をする。

ステップＳ３６において、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の内部抵抗値を算出する。ここで、それぞれが少なくとも一つのバッテリセルＢＣに配置される複数の電圧センサＶＳ５と、蓄電池の正極と負極とを接続する電圧センサＶＳ４とに基づいて、蓄電電源ユニットＰＳＵ２内の内部抵抗値を算出できる。

内部抵抗値は、電圧降下を、電流で除算することで求められる。電圧降下は、バッテリセルＢＣ側における電圧、すなわち電圧センサＶＳ５が検出する電圧値の合計値であるＶ５と、部品のＤＣ／ＤＣコンバータユニットＤＣＵ側における電圧、すなわち電圧センサＶＳ４が検出する電圧値Ｖ４との差により求められる。電流は、診断電流としての蓄電電源の出力電流Ｉ_Ｍである。すなわち、診断電流としての蓄電電源の出力電流Ｉ_Ｍと、電圧センサＶＳ４が検出する電圧値Ｖ４と、電圧センサＶＳ５が検出する電圧値の合計値であるＶ５と、に基づいて、次式に基づいてリレーＲＬ３とサービスプラグＳＰとを含む電圧センサＶＳ５と電圧センサＶＳ４の間における内部抵抗値ＲＣを算出する。
ＲＣ = （Ｖ５ - Ｖ４） / Ｉ_Ｍ・・・（式１）

また、内部抵抗値を演算する際に用いられる電圧値は、所定時間の間において電圧センサによって計測された電圧値の平均値であってもよい。そのため、異常診断中に電圧値が変動する状態であっても、好適に蓄電電源ユニットＰＳＵ２の内部抵抗値を算出することが可能である。

ステップＳ３７において、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の異常診断が開始してから所定時間経過したか判断を行う。所定時間が経過している場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ３８へ進む。所定時間が経過していない場合（ＮＯ）は、ステップＳ３１へ進み異常診断を継続して実施する。また、ステップＳ３７では、時間経過に基づいて異常診断の終了を確認していたが、内部抵抗値の取得に基づいてステップＳ３８へ進んでもよい。

ステップＳ３８において、ステップ３６にて算出された内部抵抗値が車両製造時に予め定められる内部抵抗値から所定値以上増加しているか否か判断を行う。すなわち、車両製造時の内部抵抗値から大きく増加した場合に蓄電電源ユニットＰＳＵ２に異常が発生していると判断することができる。内部抵抗値が所定以上増加している場合（ＹＥＳ）、ステップ３９へ進む。

ステップＳ３９において、ステップＳ３８にて内部抵抗値が所定値以上増加していると判断した場合（ＹＥＳ）、例えば車載メータといった表示部３４や、例えばスピーカといった音声出力部３５より運転者に対して異常を報知し、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の異常診断を終了する。表示部３４は車両１００の速度を表示可能にする車載メータに限られず、例えばナビゲーション装置等の車両１００に搭載されるディスプレイや、車両の状態を表すインジケータランプを含む。また、音声出力部３５は車載メータに設けられるスピーカや、ドアに設けられるオーディオから出力される音声を出力可能なスピーカが含まれる。内部抵抗値が所定値以上増加していない場合（ＮＯ）、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の異常診断を終了する。

次に、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の異常診断中における蓄電電源ユニットＰＳＵ２の出力電流Ｉ_Ｎの推移を示す図５のタイミングチャートと、車両用電源装置１の出力する必要電力Ｐの推移を示す図６のタイミングチャートと、発電電源ユニットＰＳＵ１の出力電流Ｉ_Ｍの推移を示す図７のタイミングチャートについて説明する。

蓄電電源ユニットＰＳＵ２の出力の推移を示す図５のタイミングチャートを参照すると、縦軸は蓄電電源ユニットＰＳＵ２に入出力される電流Ｉ_Ｎを示し、横軸は時間ｔを示す。電流Ｉ_Ｎは０（ゼロ）よりプラス側が蓄電電源ユニットＰＳＵ２からの放電電流を示し、マイナス側が蓄電電源ユニットＰＳＵ２への充電電流を示す。

蓄電電源ユニットＰＳＵ２が異常診断の対象となる電源であるため、出力電流Ｉ_Ｎが一定に制御されている。

車両用電源装置１の出力の推移を示す図６のタイミングチャートを参照すると、縦軸は車両用電源装置１が出力する必要電力Ｐを示し、横軸は時間ｔを示す。

ここで、車両用電源装置１が出力する必要電力Ｐは、運転者からの要求出力を満たすように推移する。

発電電源ユニットＰＳＵ１の出力の推移を示す図７のタイミングチャートを参照すると、縦軸は発電電源ユニットＰＳＵ１から出力される電流Ｉ_Ｍを示し、横軸は時間ｔを示す。

ここで、発電電源ユニットＰＳＵ１は、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の異常診断に使用する診断電流と、運転者からの要求出力を満たす電流の和を出力する。そのため、運転者からの要求出力が変化する走行中であっても、好適に蓄電電源ユニットのＰＳＵ２の異常診断を実行することが可能である。

（発電電源ユニットＰＳＵ１の異常診断）
次に、診断部３１によって、図３のフローチャートのステップＳ１８とステップＳ２４とにおいて実行される発電電源ユニットＰＳＵ１の異常診断について、図８のフローチャートを参照して、説明する。

ステップＳ４１において、診断部３１は、診断対象となる発電電源ユニットＰＳＵ１の出力電流Ｉ_Ｍを一定に制御するように駆動制御部３１へ指示する。駆動制御部３３は、診断部の指示に基づいて、発電電源ユニットＰＳＵ１が出力する電流が診断電流で一定となるように制御する。

ステップＳ４２において、駆動制御部３３は、アクセル開度を検出する。

ステップＳ４３において、駆動制御部３３は、ステップＳ４２で検出されるアクセル開度に基づいて駆動制御部３３がモータＭへの要求出力を算出する。

ステップＳ４４において、蓄電電源ユニットＰＳＵ２から放電される出力を算出する。すなわち、蓄電電源ユニットＰＳＵ２から放電される電力はステップＳ４３で算出された要求出力と発電電源より放電される診断電流とを考慮した必要電力Ｐに決定される。

ステップＳ４５において、駆動制御部３３は、蓄電電源ユニットＰＳＵ２が出力する電流Ｉ_Ｎが算出される。ここで、ステップＳ４４で算出された必要電力Ｐを満たすように電流Ｉ_Ｎが制御される。

ステップＳ４６において、診断部３１は発電電源ユニットＰＳＵ１の内部抵抗値を算出する。ここで、それぞれが単位あたりの燃料電池セルＦＣに配置される複数の電流センサＶＳ１と、燃料電池スタックの正極と負極とを接続する電圧センサＶＳ２と、に基づいて、発電電源ユニットＰＳＵ１内の内部抵抗値を算出できる。

すなわち、内部抵抗値ＲＣと同様に、電圧センサＶＳ１が検出する電圧値Ｖ１と、電圧センサＶＳ２が検出する電圧値Ｖ２と、に基づいて、電圧センサＶＳ１と電圧センサＶＳ２との間に配置される発電電源ユニットＰＳＵ１内に配置されるリレーＲＬ１と、リレーＲＬ２とを含む抵抗値ＲＡを次式に基づいて算出する。
ＲＡ＝（Ｖ２―Ｖ１）／Ｉ_Ｍ・・・（式２）

さらに、診断部３１は、電圧センサＶＳ２が検出する電圧値Ｖ２と、電圧センサＶＳ３が検出する電圧値Ｖ３と、に基づいて、電圧センサＶＳ２と電圧センサＶＳ３との間に配置される発電電源ユニットＰＳＵ１とＤＣ／ＤＣコンバータユニットＤＣＵとの接続部を含む内部抵抗値であるＲＢを次式に基づいて算出する。
ＲＢ＝（Ｖ３―Ｖ２）／Ｉ_Ｍ・・・（式３）

また、内部抵抗値を演算する際に用いられる電圧値は、所定時間の間における電圧センサによって計測された電圧値の平均値であってもよい。そのため、異常診断中に走行条件等の要因によって電圧値が変動する状態であっても、好適に発電電源ユニットＰＳＵ１または蓄電電源ユニットＰＳＵ２の内部抵抗値を算出することが可能である。

次に、発電電源ユニットＰＳＵ１の異常診断中における発電電源ユニットＰＳＵ１の出力電流Ｉ_Ｍの推移を示す図９のタイミングチャートと、車両用電源装置１の出力する電力Ｐの推移を示す図１０のタイミングチャートと、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の出力Ｉ_Ｎの推移を示す図１１のタイミングチャートについて説明する。

発電電源ユニットＰＳＵ１の出力の推移を示す図９のタイミングチャートを参照すると、縦軸は発電電源ユニットＰＳＵ１より出力される電流Ｉ_Ｍを示し、横軸は時間ｔを示す。

発電電源ユニットＰＳＵ１が異常診断の対象となる電源であるため、出力電流Ｉ_Ｍが一定に制御されている。

車両用電源装置１の出力の推移を示す図１０のタイミングチャートを参照すると、車両用電源装置１が出力する必要電力Ｐは、運転者からの要求出力を満たすように推移する。

また、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣを事前に調節する工程によって、発電電源ユニットＰＳＵ１の異常診断中に発電電源ユニットＰＳＵ１より出力される診断電流をより好適な状態に設定することが可能である。すなわち、発電電源ユニットＰＳＵ１から出力される診断電流を大きくすることにより電圧降下量が大きくなるため、高精度な診断を行うことが可能となる。具体的には、図３のフローチャートに記載のステップＳ１４からステップＳ１７、またはステップＳ２２とステップＳ２３と、が蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣを事前に調節する工程に該当する。

蓄電電源ユニットＰＳＵ２の出力の推移を示す図１１のタイミングチャートを参照すると、縦軸は蓄電電源ユニットＰＳＵ２から入出力される電流Ｉ_Ｎを示し、横軸は時間ｔを示す。電流Ｉ_Ｎは０（ゼロ）よりプラス側が蓄電電源ユニットＰＳＵ２からの放電電流を示し、マイナス側が蓄電電源ユニットＰＳＵ２への充電電流を示す。

すなわち、蓄電電源ユニットＰＳＵ２は、運転者からの要求出力を満たすように入出力される電流Ｉ_Ｎを決定する。すなわち、要求出力が小さい場合は、発電電源ユニットＰＳＵ１の診断電流を蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電に使用する。運転者からの要求出力が大きい場合は、発電電源ユニットＰＳＵ１の診断電流に加算するように、蓄電電源ユニットＰＳＵ２より放電を行う。そのため、運転者からの要求出力が変化する走行中であっても好適に発電電源ユニットＰＳＵ１の異常診断を実行することが可能となる。

本実施形態において、発電電源ユニットＰＳＵ１と蓄電電源ユニットＰＳＵ２の異常診断では、２つの電圧センサＶＳ１、ＶＳ２の組み合わせと、別の２つの電圧センサＶＳ４、ＶＳ５の組み合わせによる異常診断について詳述したが、さらなる別の２つの電圧センサＶＳ２、ＶＳ３の組み合わせによる発電電源ユニットＰＳＵ１とＤＣ／ＤＣコンバータユニットＤＣＵとの接続部に関する異常診断も実行可能である。

以上のように、電圧センサを組み合わせることによって異常診断可能な対象部品を次の表に示す。

また、本実施形態において異常診断の実行時に蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣに関する閾値の条件について詳述すると、第１閾値と第２閾値と第３閾値とは、発電電源ユニットＰＳＵ１を異常診断中に用いられる閾値である。第１閾値は、発電電源ユニットＰＳＵ１の出力電流Ｉ_Ｍを一定に制御する間に、運転手からの要求出力が最大を維持した場合における蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣに基づいて決定される。すなわち、第１閾値は蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣの減少量が最大となる場合であり、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の制御可能な充電容量ＳＯＣの下限値を下回らないように設定される。そのため、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の性能劣化の抑制や蓄電電源ユニットＰＳＵ２の制御を好適に実施することが可能である。

第２閾値および第３閾値は、発電電源ユニットＰＳＵ１の出力電流Ｉ_Ｍを一定に制御する間に、ドライバからの要求出力を０（ゼロ）に維持した場合における蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣに基づいて決定される。すなわち、第２閾値および第３閾値は蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣの増加量が最大となる場合であり、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の制御可能な充電容量ＳＯＣの上限値を上回らないように設定される。そのため、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の性能劣化の抑制や蓄電電源ユニットＰＳＵ２の制御を好適に実施することが可能である。

第４閾値は、蓄電電源ユニットＰＳＵ２を異常診断中に用いられる閾値である。第４閾値は、蓄電電源ユニットの充電電流Ｉ_Ｎを一定に制御する場合の蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣに基づいて決定される。すなわち、第４閾値は蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが所定の増加量を伴って増加する場合であり、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の制御可能な充電容量ＳＯＣの上限値を上回らないように設定される。そのため、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の性能劣化の抑制や蓄電電源ユニットＰＳＵ２の制御を好適に実施することが可能である。

以上のように、異常診断時に使用される閾値の設定について詳述した。各閾値の特徴をまとめたものを次の表に示す。

以上のように、本実施形態において、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣに応じて診断モードを変更することにより、発電電源ユニットＰＳＵ１の異常診断中に運転者からの要求出力の変化に対して、蓄電電源ユニットＰＳＵ２から出力される電力が不足することを防止することが可能である。そのため、車両１００に対する要求出力の変化がある走行状態であっても異常診断を好適に実施することが可能である。また、走行中に異常診断が実行することが可能である場合、１回のイグニッションオンからイグニッションオフの間である１ドライビングサイクルにおける異常診断回数をより多くすることができる。すなわち、異常診断回数を増加させることにより、車両用電源装置の診断精度を向上させることが可能となる。

さらに、車両１００に搭載される発電電源や蓄電電源の出力や容量が大きくない鞍乗り型車両や電動車いすでは、電源の異常診断に伴って発電電源ユニットＰＳＵ１または蓄電電源ユニットＰＳＵ２のいずれか一方の出力が制限される場合、他方の電源の出力のみで走行が可能な領域は非常に限られる。よって、発電電源または蓄電電源が診断中であっても、走行が可能なように蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣに応じて診断モードを変更することにより、異常診断が可能な走行領域を増加させることが可能である。

また、本実施形態において、第１診断モードと第２診断モードとによって、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣの状態によらず発電電源ユニットＰＳＵ１または蓄電電源ユニットＰＳＵ２が出力する所定の診断電流に基づいて内部抵抗値を算出することが可能である。このようにすることにより、異常診断中に診断対象となる電源から所定の診断電流の出力を維持した異常診断が行えるため、車両１００に対する要求出力の変化がある走行状態であっても異常診断を好適に実行することが可能である。

また、本実施形態において、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣの状態に応じて第１診断モードと第２診断モードとを変更することにより発電電源ユニットＰＳＵ１と蓄電電源ユニットＰＳＵ２との出力が診断電流に制限された状態であっても、運転者からの要求出力を出力することが可能である。このようにすることにより、車両１００に対する要求出力の変化がある走行状態であっても異常診断を好適に実行することが可能である。

また、本実施形態において、発電電源ユニットＰＳＵ１または蓄電電源ユニットＰＳＵ２の異常診断に伴う充電または放電により、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の過充電や過放電になることを好適に防止することが可能である。このようにすることにより、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣの状態を発電電源ユニットＰＳＵ１の異常診断に適した充電容量へ調節でき、発電電源ユニットＰＳＵ１の異常診断の精度を向上させることが可能である。

また、本実施形態において、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣを調節する工程を実施することにより、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の過充電または過放電を防止することができる。これは、発電電源ユニットＰＳＵ１または蓄電電源ユニットＰＳＵ２の異常診断に伴って、蓄電電源ユニットＰＳＵ２が異常診断中の充電容量ＳＯＣを適切に管理することが可能となる。すなわち、発電電源ユニットＰＳＵ１を異常診断中に蓄電電源ユニットＰＳＵ２の充電容量ＳＯＣが制御上の上限値を上回ることや制御上の下限値を下回ることを防止し、蓄電電源ユニットＰＳＵ２の性能劣化の抑制や蓄電電源ユニットＰＳＵ２の制御を好適に実施することが可能である。

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１車両用電源装置
３１診断部
３２決定部
３４表示部
３５音声出力部
１００車両
ＰＳＵ１第１電源（発電電源ユニット）
ＰＳＵ２第２電源（蓄電電源ユニット）

Claims

発電機能を有する第１電源と、蓄電機能を有する第２電源と、を有する車両用電源装置であって、
前記第１電源または前記第２電源を診断対象として各別に決定する決定部と、
前記決定部に決定された前記第１電源と前記第２電源とに導通異常に関する異常診断を行う診断部と、
を備え、
前記決定部は、
前記第２電源を前記異常診断した後に前記第１電源を異常診断する第１診断モードと、
前記第１電源を前記異常診断した後に前記第２電源を異常診断する第２診断モードと、
を有し、
前記決定部は、
前記第２電源の充電容量が、前記第２電源の制御可能な充電容量の下限値を下回らないように設定した第１閾値未満である場合に、前記第１診断モードを選択し、かつ
前記第２電源の充電容量が前記第１閾値以上である場合に、前記第２診断モードを選択し、
前記診断部が前記異常診断を実施することを特徴とする車両用電源装置。
前記診断部は、前記決定部の診断モードに基づいて決定される前記第１電源または前記第２電源に対し、所定の診断電流にて充電または放電させることによって計測される前記第１電源または前記第２電源の内部抵抗値に基づいて前記異常診断を行うことを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。
前記診断部は、
前記決定部により前記第１診断モードを選択され、前記第１電源の前記異常診断を実行する前に、前記第２電源の前記異常診断終了時の前記第２電源の充電容量が前記第１閾値未満である場合に、前記車両用電源装置へ要求される要求出力に対する前記第１電源の出力電流割合を増加するように補正を行い、かつ、
前記決定部により前記第１診断モードを選択され、前記第１電源の前記異常診断を実行する前に、前記第２電源の診断終了時の前記第２電源の充電容量が、前記第２電源の制御可能な充電容量の上限値を上回らないように設定した第２閾値であって、前記第１閾値より大きい第２閾値以上である場合に、前記第１電源の前記異常診断実行前に前記第１電源の出力電流割合を減少するように補正を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用電源装置。
前記診断部は、前記決定部により前記第２診断モードが選択され、かつ前記第１電源の異常診断実行前の前記第２電源の充電容量が、前記第２電源の制御可能な充電容量の上限値を上回らないように設定した第３閾値以上である場合に、前記車両用電源装置へ要求される要求出力に対する前記第１電源の出力電流割合を減少するように補正を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用電源装置。
前記診断部は、前記決定部により前記第２診断モードが選択され、前記第１電源の診断終了時の前記第２電源の充電容量が、前記第２電源の制御可能な充電容量の上限値を上回らないように設定した第４閾値以上である場合に、前記要求出力に対する前記第１電源の出力電流割合を減少するように補正を行うことを特徴とする請求項４に記載の車両用電源装置。
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の前記車両用電源装置を搭載する車両であって、前記車両は、表示部または音声出力部を備え、前記診断部は、診断結果を乗員へ報知するように前記表示部または前記音声出力部へ出力することを特徴とする車両用電源装置。