JP2019022334A - 回転電機の異常判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電異常を適正に判定することができる回転電機の異常判定装置を提供する。【解決手段】電源システムは、エンジン２５の動力による発電を可能とする回転電機２１と、回転電機２１の発電電力を電力変換するインバータ２２と、インバータ２２から出力される電流により充電される鉛蓄電池１１と、インバータ２２及び鉛蓄電池１１を繋ぐ電気経路に接続され、その電気経路からの給電により駆動される電気負荷１４と、を備えている。電流センサ２７は、電気経路において電気負荷１４の接続点よりもインバータ２２側で、インバータ２２の出力電流を検出する。回転電機ＥＣＵ２３は、回転電機２１の発電要求が生じていることを判定する要求判定部と、発電要求が生じていると判定された場合に、電流センサ２７による検出電流に基づいて発電異常の有無を判定する異常判定部と、を備えている。【選択図】 図１

Description

本発明は、回転電機の異常判定装置に関するものである。

従来、例えば電源装置の異常判定装置として、特許文献１に記載された技術が知られている。その異常判定装置では、エンジン動力により発電する発電機と、発電機の発電電力を充電可能で、かつ電気負荷に電力を供給する蓄電池と、蓄電池からの放電を検出する放電検出部とを備える構成において、発電機に対する発電指示がなされており、かつ放電検出部により蓄電池からの放電が検出される場合に、電源装置に異常があると判定するものとなっている。電源装置の異常判定としては、発電機に対して動力伝達する動力伝達部材の異常や、発電機と蓄電池とを接続する電線の異常を判定するものとしている。

特開２０１７−９５００４号公報

ところで、蓄電池や回転電機（発電機）を含む電源システムでは、回転電機やインバータ（電力変換部）を異常判定の対象として、発電異常の判定を行うことが考えられる。つまり、回転電機やインバータに何らかの異常が生じると、適正な発電が行われなくなり、蓄電池に対する充電不良が懸念される。そのため、発電異常が生じた場合に、それを適正に把握することが望まれる。

ここで、回転電機やインバータでの発電異常が生じる場合には、上記特許文献１に記載されているように、回転電機に対する発電指示がなされる状態下で、蓄電池からの放電が放電検出部により検出されることがあると考えられる。ゆえに、回転電機に対する発電指示がなされ、かつ蓄電池からの放電が放電検出部により検出される状態になることに基づいて、発電異常が生じていると判定することが可能となる。

しかしながら、蓄電池に電気負荷が接続されている場合には、回転電機やインバータによる発電が正常であるにもかかわらず、電気負荷への電力供給により蓄電池の放電が生じることがあると考えられる。つまり、電気負荷の消費電流が発電電流よりも大きいと、正常な発電時にあっても、蓄電池の放電が生じ得ると考えられる。そのため、正常であるににもかかわらず、発電異常であると誤判定がなされることが懸念される。ゆえに、発電異常を判定する技術として、改善の余地があると考えられる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、発電異常を適正に判定することができる回転電機の異常判定装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。

第１の手段では、
エンジンの動力による発電を可能とする回転電機と、前記回転電機の発電電力を電力変換する電力変換部と、前記電力変換部から出力される電流により充電される蓄電池と、前記電力変換部及び前記蓄電池を繋ぐ電気経路に接続され、その電気経路からの給電により駆動される電気負荷と、を備える電源システムに適用され、
前記電気経路において前記電気負荷の接続点よりも前記電力変換部側で、当該電力変換部の電流の入出力を示す入出力パラメータを検出するパラメータ検出部と、
前記回転電機の発電要求が生じていることを判定する要求判定部と、
前記発電要求が生じていると判定された場合に、前記パラメータ検出部により検出された前記入出力パラメータに基づいて、前記回転電機及び前記電力変換部の少なくともいずれかでの発電異常の有無を判定する異常判定部と、
を備える。

上記構成によれば、電力変換部及び蓄電池を繋ぐ電気経路において電気負荷の接続点よりも電力変換部側で、パラメータ検出部により、電力変換部の電流の入出力を示す入出力パラメータが検出される。そして、回転電機による発電中、すなわち回転電機の発電要求が生じていると判定される場合に、入出力パラメータに基づいて、回転電機及び電力変換部の少なくともいずれかでの発電異常の有無が判定される。この場合、電気負荷の接続点よりも電力変換部側に流れる電流等に基づいて異常判定が実施されることになるため、電気負荷が駆動状態であっても、その負荷駆動の影響を受けずに発電異常を適正に判定できる。つまり、上記構成とは異なり仮に電気負荷の接続点よりも蓄電池側に流れる電流が検出され、その検出電流を用いて異常判定が実施される場合には、電気負荷に電流が流れることで、異常判定に用いる電流値が実際の電流よりも小さくなるおそれがあり、それに起因する誤判定が懸念される。しかしながら、本手段の構成によれば誤判定が抑制される。その結果、発電異常を適正に判定することができる。

第２の手段では、前記異常判定部は、前記発電要求が生じていると判定された場合に、前記パラメータ検出部により検出された前記入出力パラメータが、前記電力変換部に電流が流入することを示すものであれば、前記発電異常が生じている旨を判定する。

回転電機又は電力変換部での発電異常の発生時には、発電モード時であるにもかかわらず、本来とは逆に電力変換部に電流が流入する状態（電流消費状態）になることがあると考えられる。そして、こうした電流流入の状態になると、電気負荷に対する供給電流が不足する等の不都合が懸念される。この点、上記構成によれば、入出力パラメータが、電力変換部に電流が流入することを示すものである場合、すなわち電気負荷の接続点よりも電力変換部側に流れる電流（出力電流）が、電力変換部に流入する電流になっている場合に、発電異常が生じている旨が判定されるため、異常発生時における適正な対処が可能となる。

第３の手段では、前記電源システムにおいて、前記電気経路には、前記電気負荷の接続点よりも前記電力変換部側にスイッチが設けられており、前記パラメータ検出部は、前記入出力パラメータとして、前記スイッチに流れる電流を検出する電流検出部であり、前記異常判定部は、前記発電要求が生じていると判定された場合に、前記電流検出部により検出された電流に基づいて前記発電異常の有無を判定する。

上記構成によれば、電気負荷の接続点よりも電力変換部側のスイッチに流れる電流が電流検出部により検出され、該検出された検出電流に基づいて発電異常の有無が判定される。この場合、仮に回転電機又は電力変換部に異常が生じていても、それら回転電機や電力変換部からの情報を用いず、回転電機や電力変換部とは別に設けられた電流検出部の検出情報を用いて、発電異常の有無を判定できる。したがって、異常判定の信頼性を高めることができる。

また、電気負荷の接続点よりも電力変換部側で検出された検出電流を用いて異常判定が実施されることで、既述のとおり電気負荷の駆動状態にかかわらず、発電異常を適正に判定できる。

第４の手段では、前記蓄電池として、前記電力変換部に対して並列接続される第１蓄電池と第２蓄電池とを有し、前記スイッチとして、前記電力変換部及び前記第１蓄電池の間に設けられた第１スイッチと、前記電力変換部及び前記第２蓄電池の間に設けられた第２スイッチとを有し、前記電流検出部として、前記第１スイッチに流れる電流を検出する第１検出部と、前記第２スイッチに流れる電流を検出する第２検出部とを有しており、前記異常判定部は、前記発電要求が生じていると判定された場合に、前記第１検出部により検出された第１検出電流、及び前記第２検出部により検出された第２検出電流に基づいて、前記発電異常の有無を判定する。

上記構成によれば、第１蓄電池と第２蓄電池とを有する電源システムにおいて、蓄電池ごとに設けられる各スイッチに流れる電流に基づいて、発電異常を適正に判定できる。

第５の手段では、前記電源システムにおいて、前記電気経路には、前記電気負荷の接続点よりも前記電力変換部側にスイッチが設けられており、前記パラメータ検出部は、前記入出力パラメータとして、前記スイッチの両端の各電圧を検出する電圧検出部であり、前記異常判定部は、前記発電要求が生じていると判定され、かつ前記スイッチが閉状態である場合に、前記電圧検出部により検出された各電圧に基づいて前記発電異常の有無を判定する。

スイッチの両端（すなわち蓄電池側及び電力変換部側）の各電圧を取得することで、電力変換部が電流流入の状態か電流流出の状態かを把握できる。したがって、上記構成によれば、スイッチの両端（すなわち蓄電池側及び電力変換部側）の各電圧により発電異常を適正に判定できる。

第６の手段では、前記電源システムにおいて、前記電気経路には、前記電気負荷の接続点よりも前記電力変換部側にスイッチが設けられており、前記回転電機及び前記電力変換部を有する回転電機ユニットを備え、前記回転電機ユニットの第１端子と前記スイッチの両側のうち前記電力変換部側の第２端子とが接続線により接続されており、前記パラメータ検出部は、前記入出力パラメータとして、前記第１端子の電圧及び前記第２端子の電圧を検出する電圧検出部であり、前記異常判定部は、前記発電要求が生じていると判定された場合に、前記電圧検出部により検出された各電圧に基づいて前記発電異常の有無を判定する。

回転電機ユニット側の第１端子とスイッチ両側のうち電力変換部側の第２端子とが接続線により接続されている電源システムでは、発電時において接続線の両端に電流の向きに応じた所定の電圧差が生じる。したがって、接続線の両端の各電圧（第１端子電圧及び第２端子電圧）を取得することで、電力変換部が電流流入の状態か電流流出の状態かを把握できる。よって、発電異常を適正に判定できる。

第７の手段では、前記電源システムにおいて、前記電気経路には、前記電気負荷の接続点よりも前記電力変換部側にスイッチが設けられ、前記電気負荷として、前記電気経路において前記スイッチよりも前記蓄電池側の第１接続点に第１負荷が接続されるとともに、前記電気経路において前記スイッチよりも前記電力変換部側の第２接続点に第２負荷が接続されており、前記パラメータ検出部は、前記第１接続点よりも前記電力変換部側で前記入出力パラメータを検出するものであり、前記異常判定部は、前記第２負荷が停止状態であることを条件に、前記入出力パラメータに基づいて前記発電異常の有無を判定する。

上記構成によれば、スイッチよりも蓄電池側の第１接続点に第１負荷が接続されるとともに、スイッチよりも電力変換部側の第２接続点に第２負荷が接続される電源システムにおいて、パラメータ検出部により、第１接続点よりも電力変換部側で入出力パラメータが検出され、第２負荷が停止状態であることを条件に、入出力パラメータに基づいて異常判定が実施される。この場合、電源システムにおいてスイッチの両側（すなわち蓄電池側及び電力変換部側）に電気負荷がそれぞれ接続される構成にあっても、電力変換部側の電気負荷（第２負荷）が停止状態にあることを条件にして、発電適正に判定することができる。

第１実施形態の電源システムを示す電気回路図。 発電異常判定の処理手順を示すフローチャート。 第２実施形態の電源システムを示す電気回路図。 第２実施形態において発電異常判定の処理手順を示すフローチャート。 第３実施形態の電源システムを示す電気回路図。 第３実施形態において発電異常判定の処理手順を示すフローチャート。 第４実施形態の電源システムを示す電気回路図。 第４実施形態において発電異常判定の処理手順を示すフローチャート。 第５実施形態の電源システムを示す電気回路図。 第５実施形態において発電異常判定の処理手順を示すフローチャート。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、エンジン（内燃機関）を駆動源として走行する車両において当該車両の各種機器に電力を供給する車載電源システムを具体化するものとしている。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一又は均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

（第１実施形態）
図１に示すように、本電源システムは、第１蓄電池としての鉛蓄電池１１と第２蓄電池としてのリチウムイオン蓄電池１２とを有する２電源システムである。各蓄電池１１，１２からはスタータ１３や、各種の電気負荷１４，１５、回転電機ユニット２０への給電が可能となっている。また、各蓄電池１１，１２に対しては回転電機ユニット２０による充電が可能となっている。本システムでは、回転電機ユニット２０に対して並列に鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２が接続されるとともに、電気負荷１４，１５に対して並列に鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２が接続されている。

鉛蓄電池１１は周知の汎用蓄電池である。これに対し、リチウムイオン蓄電池１２は、鉛蓄電池１１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。リチウムイオン蓄電池１２は、鉛蓄電池１１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、リチウムイオン蓄電池１２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１１，１２の定格電圧はいずれも同じであり、例えば１２Ｖである。

図示による具体的な説明は割愛するが、リチウムイオン蓄電池１２は、収容ケースに収容されて基板一体の電池ユニット３０の一部として構成されている。電池ユニット３０は、出力端子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を有しており、このうち出力端子Ｐ１，Ｐ４に鉛蓄電池１１とスタータ１３と電気負荷１４とが接続され、出力端子Ｐ２に回転電機ユニット２０が接続され、出力端子Ｐ３に電気負荷１５が接続されている。

各電気負荷１４，１５は、各蓄電池１１，１２から供給される供給電力の電圧について要求が相違するものである。このうち電気負荷１５には、供給電力の電圧が一定又は少なくとも所定範囲内で変動するよう安定であ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１４は、定電圧要求負荷以外の一般的な電気負荷である。電気負荷１５は被保護負荷とも言える。また、電気負荷１５は電源失陥が許容されない負荷であり、電気負荷１４は、電気負荷１５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１５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、エンジンＥＣＵ等の各種ＥＣＵが挙げられる。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１５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１４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。なお、上述の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、電気負荷１５でなく電気負荷１４として設けられてもよい。

回転電機ユニット２０は、３相交流モータである回転電機２１と、回転電機２１の各相巻線に接続されるインバータ２２と、インバータ２２の通電制御により回転電機２１の作動を制御する回転電機ＥＣＵ２３とを備えており、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。回転電機ユニット２０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２１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エンジン２５の出力軸（クランク軸）に駆動連結されており、回転電機２１とエンジン２５との間で回転が伝達される。

周知構成のため図示は省略するが、インバータ２２は、複数の半導体スイッチング素子を有する電力変換部（スイッチング回路部）として構成されている。インバータ２２は、発電時において回転電機２１から出力される３相交流電流を直流電流に変換し、その直流電流により各蓄電池１１，１２の充電等を実施する。また、インバータ２２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２１を力行駆動させる。

回転電機ＥＣＵ２３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ＥＣＵ２３は、通電位相に応じてインバータ２２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。

回転電機ユニット２０と電池ユニット３０とは、回転電機ユニット２０側の出力端子Ｐ１１と電池ユニット３０側の出力端子Ｐ２との間に設けられた接続線２６により接続されており、その接続線２６を介して回転電機ユニット２０に電力が出入りする。接続線２６には、電流を検出する電流センサ２７が設けられている。なお、回転電機ユニット２０側の出力端子Ｐ１１が「第１端子」に相当し、電池ユニット３０側の出力端子Ｐ２が「第２端子」に相当する。電流センサ２７を、回転電機ユニット２０内、すなわち出力端子Ｐ１１とインバータ２２との間に設けることも可能である。

次に、電池ユニット３０の電気的構成について説明する。

電池ユニット３０には、ユニット内電気経路として、出力端子Ｐ１とリチウムイオン蓄電池１２とを繋ぐ第１電気経路Ｌ１を有しており、その第１電気経路Ｌ１の中間点である接続点Ｎ１に出力端子Ｐ２が接続されている。第１電気経路Ｌ１は、鉛蓄電池１１とリチウムイオン蓄電池１２とを電気的に繋ぐ経路であり、第１電気経路Ｌ１上の接続点Ｎ１に回転電機ユニット２０が接続されている。第１電気経路Ｌ１において、接続点Ｎ１よりも鉛蓄電池１１の側に第１スイッチＳＷ１が設けられ、接続点Ｎ１よりもリチウムイオン蓄電池１２の側に第２スイッチＳＷ２が設けられている。つまり、第１スイッチＳＷ１は、インバータ２２及び鉛蓄電池１１の間に設けられ、第２スイッチＳＷ２は、インバータ２２及びリチウムイオン蓄電池１２の間に設けられている。第１電気経路Ｌ１とＮ１−Ｐ２間の電気経路とは、回転電機ユニット２０に対する入出力電流を流すことを想定した大電流経路であり、この経路を介して、各蓄電池１１，１２及び回転電機ユニット２０の間の相互の通電が行われる。

また、第１電気経路Ｌ１には、出力端子Ｐ１及び第１スイッチＳＷ１の間の分岐点Ｎ３と、第２スイッチＳＷ２及びリチウムイオン蓄電池１２の間の分岐点Ｎ４との間に、第２電気経路Ｌ２が並列に設けられており、その第２電気経路Ｌ２の中間点である接続点Ｎ２に出力端子Ｐ３が接続されている。第２電気経路Ｌ２において、接続点Ｎ２よりも鉛蓄電池１１の側に第３スイッチＳＷ３が設けられ、接続点Ｎ２よりもリチウムイオン蓄電池１２の側に第４スイッチＳＷ４が設けられている。第２電気経路Ｌ２とＮ２−Ｐ３間の電気経路とは、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１１，１２から電気負荷１５への通電が行われる。

なお、電気負荷１４，１５のうち電気負荷１５は、鉛蓄電池１１に対して第３スイッチＳＷ３のオンにより電気的に接続される負荷であるのに対し、電気負荷１４は、鉛蓄電池１１に対して常時接続されている負荷であるとも言える。

電源システムの作動状態において、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２が選択的に閉状態に操作されることで、第１電気経路Ｌ１を介して、鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２の少なくともいずれかと回転電機ユニット２０との間で通電が行われる。また、第３スイッチＳＷ３及び第４スイッチＳＷ４が選択的に閉状態に操作されることで、第２電気経路Ｌ２を介して、鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２の少なくともいずれかと電気負荷１５との間で通電が行われる。

各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、それぞれＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子を用いて構成されており、言うなればノーマリオープン式のスイッチである。具体的には、例えば第１スイッチＳＷ１は、寄生ダイオードの向きを互いに逆にして直列接続された半導体スイッチング素子からなるスイッチ部３１と、同じく寄生ダイオードの向きを互いに逆にして直列接続された半導体スイッチング素子からなるスイッチ部３２とを有し、これら各スイッチ部３１，３２が並列接続されることで構成されている。他のスイッチも同様の構成を有している。すなわち、第２スイッチＳＷ２は、スイッチ部３３，３４が並列接続されることで構成され、第３スイッチＳＷ３は、スイッチ部３５，３６が並列接続されることで構成され、第４スイッチＳＷ４は、スイッチ部３７，３８が並列接続されることで構成されている。

上記の各スイッチ部３１〜３８では、寄生ダイオードの向きを互いに逆にする一対の半導体スイッチング素子をそれぞれ有することから、例えば第１スイッチＳＷ１がオフ（開放）となった場合、つまり各半導体スイッチング素子がオフとなった場合において、寄生ダイオードを通じて電流が流れることが完全に遮断される。つまり、各電気経路Ｌ１，Ｌ２において意図せず電流が流れることを回避できる。

なお、図１では、寄生ダイオードが互いにアノード同士で接続されるようにしたが、寄生ダイオードのカソード同士が接続されるようにしてもよい。半導体スイッチング素子として、ＭＯＳＦＥＴに代えて、ＩＧＢＴやバイポーラトランジスタ等を用いることも可能である。ＩＧＢＴやバイポーラトランジスタを用いた場合には、上記寄生ダイオードの代わりとなるダイオードを各半導体スイッチング素子にそれぞれ並列に接続させればよい。

また、電池ユニット３０には、出力端子Ｐ４と出力端子Ｐ３とを繋ぐバイパス経路Ｌ３が設けられ、そのバイパス経路Ｌ３上にバイパスリレー４１が設けられている。つまり、バイパスリレー４１は、第３スイッチＳＷ３に並列に設けられている。バイパスリレー４１は、ノーマリクローズ式のメカニカルリレースイッチである。バイパス経路Ｌ３の延長線上にはヒューズ４２が設けられている。なお、ヒューズ４２は、ユニット内部のバイパス経路Ｌ３に設けられていてもよい。バイパスリレー４１を閉鎖することで、第３スイッチＳＷ３がオフであっても鉛蓄電池１１と電気負荷１５とが電気的に接続される。例えば、車両の電源スイッチであるＩＧスイッチ（イグニッションスイッチ）がオフされている状態では、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４がオフ（閉鎖）されており、かかる状態では、バイパスリレー４１を介して電気負荷１５に対して暗電流が供給される。

電池ユニット３０は、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４、及びバイパスリレー４１のオンオフ（開閉）を制御する電池ＥＣＵ５０を備えている。電池ＥＣＵ５０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ＥＣＵ５０は、各蓄電池１１，１２の蓄電状態や、エンジンＥＣＵ６０等の他のＥＣＵからの指令に基づいて、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４等のオンオフを制御する。これにより、鉛蓄電池１１とリチウムイオン蓄電池１２とを選択的に用いて充放電が実施される。例えば、電池ＥＣＵ５０は、リチウムイオン蓄電池１２のＳＯＣ（残存容量：State Of Charge）を算出し、そのＳＯＣが所定の使用範囲内に保持されるようにリチウムイオン蓄電池１２への充電量及び放電量を制御する。

本システムでは、ＣＡＮ等による通信ネットワークが構築されており、その通信ネットワークにより各種ＥＣＵ間の相互の通信が可能になっている。通信ネットワークには、回転電機ＥＣＵ２３、電池ＥＣＵ５０、エンジンＥＣＵ６０等が接続されている。エンジンＥＣＵ６０は、回転電機ＥＣＵ２３や電池ＥＣＵ５０を統括的に管理する上位制御装置であり、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。エンジンＥＣＵ６０は、都度のエンジン運転状態や車両走行状態に基づいて、エンジン２５の運転を制御する。なお、エンジン２５は、燃料の燃焼によりトルクを発生するガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関である。

ところで、回転電機ユニット２０において回転電機２１及びインバータ２２の少なくともいずれかで発電異常が生じると、電気負荷１４，１５の駆動や各蓄電池１１，１２の充電に悪影響が及ぶことから、発電異常が生じた場合にはそれを適正に把握することが望ましい。また、発電異常が生じた場合には、インバータ２２の出力電流が適正値でなくなることが考えられ、その出力電流に基づいて、発電異常を正しく認識することが望ましい。ここで、鉛蓄電池１１とインバータ２２とを繋ぐ電気経路には電気負荷１４が接続されており、その電気負荷１４が駆動されている状況にあっても、換言すれば電気負荷１４に対する給電が行われている状況であっても、発電異常が正しく判定される必要がある。

そこで本実施形態では、インバータ２２の電流の入出力を示す入出力パラメータとして、電流センサ２７により、接続線２６を流れる電流を検出し、回転電機２１の発電要求が生じている場合において、電流センサ２７の検出電流に基づいて発電異常の有無を判定する構成としている。本実施形態では、電流センサ２７がパラメータ検出部に相当する。電流センサ２７によれば、鉛蓄電池１１とインバータ２２とを繋ぐ電気経路において電気負荷１４の接続点（図１のＸ１）よりもインバータ２２側で、インバータ２２の電流の入出力を示す入出力パラメータの検出が可能になっている。

また、発電異常としては、回転電機２１による発電量が過小になる発電不足異常、又は、発電要求時であるのにインバータ２２に電流が流入する電流流入異常が生じると考えられる。そこで本実施形態では、これら発電不足異常と電流流入異常とをそれぞれ判定する構成としている。なお、回転電機ユニット２０では、例えばレゾルバ等のロータ位置検出部において回転電機２１のロータ回転位置が誤検出されると、ロータ回転位置に対する３相電流の通電位相にずれが生じるおそれがある。そしてこれにより、回転電機２１の発電が行われるべき発電モード時において、発電不足異常や電流流入異常が生じることが懸念される。

図２は、発電異常判定の処理手順を示すフローチャートであり、本処理は回転電機ＥＣＵ２３により所定周期で実施される。

図２において、ステップＳ１１では、回転電機ユニット２０での発電を行わせる旨の発電要求が生じているか否か、すなわち発電モード時であるか否かを判定する。このとき、エンジン回転速度がアイドル回転速度以上となるエンジン回転状態である場合において、例えば車両減速状態で回生発電が可能になること、又は電池ＳＯＣが所定以下に低下することに基づいて、発電要求が生じるものとなっている。

そして、ステップＳ１１がＹＥＳである場合、ステップＳ１２に進み、電流センサ２７により検出された出力電流Ｉｏｕｔを取得する。出力電流Ｉｏｕｔは、インバータ２２から出力される向きを正とする電流であり、特に回転電機ユニット２０（インバータ２２）と各蓄電池１１，１２とを繋ぐ電気経路において電気負荷１４との接続点Ｘ１よりも回転電機ユニット２０の側に流れる電流である。

その後、ステップＳ１３では、出力電流Ｉｏｕｔが第１閾値ＴＨ１以上であるか否かを判定する。第１閾値ＴＨ１は、回転電機ユニット２０での正常時の発電電流を基準として定められ、その発電電流よりも低い正の電流値である。Ｉｏｕｔ≧ＴＨ１である場合、ステップＳ１４に進み、正常な発電が行われている旨を判定する。

また、Ｉｏｕｔ＜ＴＨ１である場合には、ステップＳ１５に進み、出力電流Ｉｏｕｔが第２閾値ＴＨ２以上であるか否かを判定する。第２閾値ＴＨ２は、第１閾値ＴＨ１よりも低い電流値であり、特にゼロ又は負の電流値である。Ｉｏｕｔ≧ＴＨ２である場合には、ステップＳ１６に進み、Ｉｏｕｔ＜ＴＨ２である場合には、ステップＳ１７に進む。

ステップＳ１６では、回転電機ユニット２０において電流流出（発電）は行われているものの、その出力電流Ｉｏｕｔが過少であるとして、発電異常である旨を判定する。このとき、発電不足異常である旨が判定されるとよい。また、ステップＳ１７では、回転電機ユニット２０において電流流出ではなく電流流入が行われているとして、発電異常である旨を判定する。このとき、電流流入異常である旨が判定されるとよい。ステップＳ１６，Ｓ１７では、いずれも発電異常である旨が判定されるが、フェイルセーフ処理がそれぞれ異なっているとよい。

例えば、ステップＳ１６では、異常レベルであるものの発電は行われているため、回転電機ユニット２０での発電量が制限されるとよい（フェイルセーフ処理１）。また、ステップＳ１７では、回転電機ユニット２０での作動、すなわち発電が禁止されるとよい（フェイルセーフ処理２）。電流流入異常である場合に回転電機ユニット２０の作動が停止されることで、電気負荷１４への供給電流が過小となったり、鉛蓄電池１１の蓄電量の低下が早められたりする不都合が抑制される。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

回転電機２１による発電中、すなわち回転電機２１の発電要求が生じていると判定される場合に、インバータ２２と鉛蓄電池１１とを繋ぐ電気経路において電気負荷１４の接続点Ｘ１よりもインバータ２２側での検出電流に基づいて、発電異常の有無を判定する構成とした。この場合、電気負荷１４の接続点Ｘ１よりもインバータ２２側に流れる電流により異常判定が実施されることになるため、電気負荷１４が駆動状態であっても、その負荷駆動の影響を受けずに発電異常を適正に判定できる。つまり、上記構成とは異なり仮に電気負荷１４の接続点Ｘ１よりも鉛蓄電池１１側に流れる電流が検出され、その検出電流を用いて異常判定が実施される場合には、電気負荷１４に電流が流れることで、異常判定に用いる電流値が実際の出力電流よりも小さくなるおそれがあり、それに起因する誤判定が懸念される。しかしながら、上記構成によれば誤判定が抑制される。その結果、発電異常を適正に判定することができる。

発電異常として、発電モード時であるにもかかわらずインバータ２２に電流が流入する状態（電流消費状態）になっていることを判定する構成とした。これにより、異常発生時においていち早く適正な対応を実施することが可能となる。

以下に、上記以外の実施形態を、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

（第２実施形態）
本実施形態では、入出力パラメータとして、スイッチＳＷ１，ＳＷ２に流れる電流を取得し、その電流に基づいて発電異常の有無を判定することとしている。

図３は、第２実施形態の電源システムを示す電気回路図である。なお、図３の構成は、図１の一部を変更したものである。図３では便宜上、スイッチＳＷ３，ＳＷ４やバイパスリレー４１の図示を省略している。

図３では、図１との相違点として、出力端子Ｐ１とリチウムイオン蓄電池１２とを繋ぐ第１電気経路Ｌ１に、第１スイッチＳＷ１に流れる電流を検出する電流センサ７１と、第２スイッチＳＷ２に流れる電流を検出する電流センサ７２とが設けられている。これら各電流センサ７１，７２によれば、回転電機ユニット２０（インバータ２２）と各蓄電池１１，１２とを繋ぐ電気経路において電気負荷１４との接続点Ｘ１よりも回転電機ユニット２０の側で、インバータ２２から流出する電流の検出が可能になっている。本実施形態では、これら各電流センサ７１，７２がパラメータ検出部に相当する。また、電流センサ７１が第１検出部に相当し、電流センサ７２が第２検出部に相当する。

図４は、発電異常判定の処理手順を示すフローチャートであり、本処理は、図２の処理に置き換えて回転電機ＥＣＵ２３により所定周期で実施される。図４において、図２の処理との相違点はステップＳ２１，Ｓ２２である。

図４において、発電要求が生じていると判定されると（ステップＳ１１がＹＥＳ）、ステップＳ２１では、電流センサ７１により検出された検出電流Ｉｓ１と、電流センサ７２により検出された検出電流Ｉｓ２とを取得する。このとき、検出電流Ｉｓ１，Ｉｓ２は、回転電機ユニット２０から各蓄電池１１，１２に流れる向きを正とする電流である。その後、ステップＳ２２では、検出電流Ｉｓ１，Ｉｓ２により出力電流Ｉｏｕｔを算出する。例えばＩｏｕｔ＝Ｉｓ１＋Ｉｓ２とする。その後の処理は図２と同様であり、出力電流Ｉｏｕｔと閾値ＴＨ１，ＴＨ２との比較により発電異常の有無を判定する（ステップＳ１３〜Ｓ１７）。

上記構成によれば、蓄電池１１，１２ごとに設けられる各スイッチＳＷ１，ＳＷ２に流れる電流に基づいて、発電異常を適正に判定できる。この場合、仮に回転電機２１又はインバータ２２に異常が生じていても、回転電機２１やインバータ２２からの情報を用いず、それらとは別に設けられた電流センサ７１，７２の検出情報を用いて、発電異常の有無を判定できる。したがって、異常判定の信頼性を高めることができる。また、インバータ２２が電流流入の状態か電流流出の状態かを把握できる。

（第３実施形態）
本実施形態では、入出力パラメータとして、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の両端の各電圧をそれぞれ取得し、それらの電圧に基づいて発電異常の有無を判定することとしている。

図５は、第３実施形態の電源システムを示す電気回路図である。なお、図５の構成は、図１の一部を変更したものである。図５では便宜上、スイッチＳＷ３，ＳＷ４やバイパスリレー４１の図示を省略している。

図５では、図１との相違点として、出力端子Ｐ１とリチウムイオン蓄電池１２とを繋ぐ第１電気経路Ｌ１において、第１スイッチＳＷ１の出力端子Ｐ１側（鉛蓄電池１１側）に電圧センサ８１が設けられるとともに、第２スイッチＳＷ２のリチウムイオン蓄電池１２側に電圧センサ８２が設けられている。また、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２の出力端子Ｐ２側（インバータ２２側）に電圧センサ８３が設けられている。これら各電圧センサ８１〜８３によれば、回転電機ユニット２０（インバータ２２）と各蓄電池１１，１２とを繋ぐ電気経路において電気負荷１４との接続点Ｘ１よりも回転電機ユニット２０の側で、インバータ２２から流出する電流の検出が可能になっている。本実施形態では、これら各電圧センサ８１〜８３がパラメータ検出部、電圧検出部に相当する。

図６は、発電異常判定の処理手順を示すフローチャートであり、本処理は、図２の処理に置き換えて回転電機ＥＣＵ２３により所定周期で実施される。図６において、図２の処理との相違点はステップＳ３１〜Ｓ３３である。

図６において、発電要求が生じていると判定されると（ステップＳ１１がＹＥＳ）、ステップＳ３１では、電圧センサ８１〜８３により検出された検出電圧Ｖｓ１，Ｖｓ２，Ｖｓ３を取得する。その後、ステップＳ３２では、検出電圧Ｖｓ１，Ｖｓ３により、第１スイッチＳＷ１に流れる電流Ｉｓ１を算出するとともに、検出電圧Ｖｓ２，Ｖｓ３により、第２スイッチＳＷ２に流れる電流Ｉｓ２を算出する。このとき、電流Ｉｓ１は、第１スイッチＳＷ１が閉鎖されている状態で、検出電圧Ｖｓ１，Ｖｓ３の差（＝Ｖｓ３−Ｖｓ１）と第１スイッチＳＷ１を含む部位の経路抵抗とに基づいて算出される。また、電流Ｉｓ２は、第２スイッチＳＷ２が閉鎖されている状態で、検出電圧Ｖｓ２，Ｖｓ３の差（＝Ｖｓ３−Ｖｓ２）と第２スイッチＳＷ２を含む部位の経路抵抗とに基づいて算出される。なお、スイッチＳＷ１，ＳＷ２が開放されていれば、電流Ｉｓ１，Ｉｓ２をゼロとする。

また、ステップＳ３３では、電流Ｉｓ１，Ｉｓ２により出力電流Ｉｏｕｔを算出する。例えばＩｏｕｔ＝Ｉｓ１＋Ｉｓ２とする。その後の処理は図２と同様であり、出力電流Ｉｏｕｔと閾値ＴＨ１，ＴＨ２との比較により発電異常の有無を判定する（ステップＳ１３〜Ｓ１７）。

上記構成によれば、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２の両側の各電圧を取得することで、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２に流れる電流に基づいて発電異常を適正に判定できる。このとき、インバータ２２が電流流入の状態か電流流出の状態かを把握できる。したがって、発電異常を適正に判定できる。なお、電圧センサは、一般に電流センサに比べて安価であることが考えられる。したがって、システムコストの観点からしても有利な構成を実現できる。

（第４実施形態）
本実施形態では、入出力パラメータとして、回転電機ユニット２０の端子電圧（出力端子Ｐ１１の電圧）及び電池ユニット３０の端子電圧（出力端子Ｐ２の電圧）、すなわち接続線２６の両端の電圧を取得し、それら電圧に基づいて発電異常の有無を判定することとしている。

図７は、第４実施形態の電源システムを示す電気回路図である。なお、図７の構成は、図１の一部を変更したものである。図７では便宜上、スイッチＳＷ３，ＳＷ４やバイパスリレー４１の図示を省略している。

図７では、図１との相違点として、回転電機ユニット２０には出力端子Ｐ１１の電圧を検出する電圧センサ９１が設けられ、電池ユニット３０には出力端子Ｐ２の電圧を検出する電圧センサ９２が設けられている。これら各電圧センサ９１，９２によれば、回転電機ユニット２０（インバータ２２）と各蓄電池１１，１２とを繋ぐ電気経路において電気負荷１４との接続点Ｘ１よりも回転電機ユニット２０の側で、インバータ２２から流出する電流の検出が可能になっている。本実施形態では、これら各電圧センサ９１，９２がパラメータ検出部、電圧検出部に相当する。

図８は、発電異常判定の処理手順を示すフローチャートであり、本処理は、図２の処理に置き換えて回転電機ＥＣＵ２３により所定周期で実施される。

図８において、発電要求が生じていると判定されると（ステップＳ１１がＹＥＳ）、ステップＳ４１では、電圧センサ９１，９２により検出された端子電圧Ｖｐ１，Ｖｐ２を取得する。その後、ステップＳ４２では、端子電圧Ｖｐ１が端子電圧Ｖｐ２によりも大きいか否かを判定する。そして、Ｖｐ１＞Ｖｐ２であれば、ステップＳ４３に進み、正常な発電が行われている旨を判定する。また、Ｖｐ１≦Ｖｐ２であれば、ステップＳ４４に進み、発電異常が生じている旨を判定する。

回転電機ユニット２０の発電時には、接続線２６の両端に電流の向きに応じた電圧差が生じる。したがって、接続線２６の両端の各電圧（出力端子Ｐ１１，Ｐ２の各電圧）を取得することで、インバータ２２が電流流入の状態か電流流出の状態かを把握できる。よって、発電異常を適正に判定できる。

（第５実施形態）
本実施形態では、回転電機ユニット２０と電池ユニット３０との間に電気負荷が接続される構成において、その電気負荷の駆動状態と関連づけて、発電異常の有無を判定することとしている。

図９は、第５実施形態の電源システムを示す電気回路図である。なお、図９の構成は、図１の一部を変更したものである。図９では便宜上、スイッチＳＷ３，ＳＷ４やバイパスリレー４１の図示を省略している。

図９では、図１との相違点として、電池ユニット３０と鉛蓄電池１１との間の第１接続点Ｘ１に電気負荷１４（第１負荷）が接続されることに加え、電池ユニット３０と回転電機ユニット２０との間の第２接続点Ｘ２に電気負荷１７（第２負荷）が接続されている。電気負荷１７は、車両の電源オン時（ＩＧスイッチオン時）において常時駆動されるものではなく、電動ラジエータファンやパワーウインドウ装置等、駆動要求に応じて一時的に駆動されるものであるとよい。電流センサ２７は接続線２６に設けられており、つまり、第１接続点Ｘ１よりもインバータ２２側で電流（入出力パラメータ）を検出するものとなっている。なお、本実施形態において、パラメータ検出部の構成として図３、図５、図７の構成を用いることも可能である。

図１０は、発電異常判定の処理手順を示すフローチャートであり、本処理は、図２の処理に置き換えて回転電機ＥＣＵ２３により所定周期で実施される。図１０において、図２の処理との相違点はステップＳ５１である。

図１０において、発電要求が生じていると判定されると（ステップＳ１１がＹＥＳ）、ステップＳ５１では、電池ユニット３０と回転電機ユニット２０との間の電気負荷１７が停止状態であるか否かを判定する。そして、停止状態になければ（すなわち駆動状態にあれば）、本処理を一旦終了する。つまり、異常判定を禁止する。また、停止状態であれば、ステップＳ１２以降の処理を実施する。ステップＳ１２以降の処理は図２と同様であり、出力電流Ｉｏｕｔを取得するとともに、出力電流Ｉｏｕｔと閾値ＴＨ１，ＴＨ２との比較により発電異常の有無を判定する（ステップＳ１２〜Ｓ１７）。

上記構成によれば、電池ユニット３０と回転電機ユニット２０との間の電気負荷１７が停止状態であることを条件に、発電異常の有無を判定する構成とした。この場合、電源システムにおいて第１スイッチＳＷ１の両側（すなわち鉛蓄電池１１側及びインバータ２２側）に電気負荷１４，１７がそれぞれ接続されている構成にあっても、インバータ２２側の電気負荷１７が停止状態にあることを条件にして、発電適正に判定することができる。

（他の実施形態）
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。

・上記実施形態では、発電異常の判定処理（図２等に示す各処理）を回転電機ＥＣＵ２３が実施する構成について説明したが、この構成に限られない。発電異常の判定処理を電池ＥＣＵ５０及びエンジンＥＣＵ６０のいずれかが実施する構成としてもよい。

・上記実施形態では、回転電機として、発電及び力行の機能を有するＩＳＧを例示したが、これに限られず、発電機能のみを有する発電機（オルタネータ）を用いる構成であってもよい。この場合、電力変換部は、例えば複数の整流素子（ダイオード）を用いた整流回路であればよい。

・上記実施形態では、第１蓄電部として鉛蓄電池１１を設けるとともに、第２蓄電部としてリチウムイオン蓄電池１２を設ける構成としたが、これを変更してもよい。第２蓄電部として、リチウムイオン蓄電池１２以外の高密度蓄電池、例えばニッケル−水素電池を用いてもよい。その他、少なくともいずれかの蓄電部としてキャパシタを用いることも可能である。

・２つの蓄電部を有する電源システム以外への適用も可能である。例えば蓄電部として、鉛蓄電池１１のみを有する構成、又はリチウムイオン蓄電池１２のみを有する構成であってもよい。

例えば図１において、２つの蓄電池１１，１２のうち鉛蓄電池１１のみを用い、かつ４つのスイッチＳＷ１〜ＳＷ４のうちスイッチＳＷ１のみ、又はスイッチＳＷ１，ＳＷ３のみを用いる構成であってもよい。図３の構成で言えば、２つの電流センサ７１，７２のうち電流センサ７１のみを用いる構成とする。また、図５の構成で言えば、３つの電圧センサ８１〜８３のうち電圧センサ８１，８３のみを用いる構成とする。

・本発明が適用される電源システムを、車両以外の用途で用いることも可能である。

１１…鉛蓄電池、１２…リチウムイオン蓄電池、１４…電気負荷、２１…回転電機、２２…インバータ（電力変換部）、２３…回転電機ＥＣＵ、２５…エンジン、５０…電池ＥＣＵ、６０…エンジンＥＣＵ。

Claims (7)

1. エンジン（２５）の動力による発電を可能とする回転電機（２１）と、前記回転電機の発電電力を電力変換する電力変換部（２２）と、前記電力変換部から出力される電流により充電される蓄電池（１１，１２）と、前記電力変換部及び前記蓄電池を繋ぐ電気経路に接続され、その電気経路からの給電により駆動される電気負荷（１４）と、を備える電源システムに適用され、
   前記電気経路において前記電気負荷の接続点よりも前記電力変換部側で、当該電力変換部の電流の入出力を示す入出力パラメータを検出するパラメータ検出部（２７，７１，７２，８１〜８３，９１，９２）と、
   前記回転電機の発電要求が生じていることを判定する要求判定部（２３，５０，６０）と、
   前記発電要求が生じていると判定された場合に、前記パラメータ検出部により検出された前記入出力パラメータに基づいて、前記回転電機及び前記電力変換部の少なくともいずれかでの発電異常の有無を判定する異常判定部（２３，５０，６０）と、
   を備える回転電機の異常判定装置。
2. 前記異常判定部は、前記発電要求が生じていると判定された場合に、前記パラメータ検出部により検出された前記入出力パラメータが、前記電力変換部に電流が流入することを示すものであれば、前記発電異常が生じている旨を判定する請求項１に記載の回転電機の異常判定装置。
3. 前記電源システムにおいて、前記電気経路には、前記電気負荷の接続点よりも前記電力変換部側にスイッチ（ＳＷ１，ＳＷ２）が設けられており、
   前記パラメータ検出部は、前記入出力パラメータとして、前記スイッチに流れる電流を検出する電流検出部（７１，７２）であり、
   前記異常判定部は、前記発電要求が生じていると判定された場合に、前記電流検出部により検出された電流に基づいて前記発電異常の有無を判定する請求項１又は２に記載の回転電機の異常判定装置。
4. 前記蓄電池として、前記電力変換部に対して並列接続される第１蓄電池（１１）と第２蓄電池（１２）とを有し、
   前記スイッチとして、前記電力変換部及び前記第１蓄電池の間に設けられた第１スイッチ（ＳＷ１）と、前記電力変換部及び前記第２蓄電池の間に設けられた第２スイッチ（ＳＷ２）とを有し、
   前記電流検出部として、前記第１スイッチに流れる電流を検出する第１検出部（７１）と、前記第２スイッチに流れる電流を検出する第２検出部（７２）とを有しており、
   前記異常判定部は、前記発電要求が生じていると判定された場合に、前記第１検出部により検出された第１検出電流、及び前記第２検出部により検出された第２検出電流に基づいて、前記発電異常の有無を判定する請求項３に記載の回転電機の異常判定装置。
5. 前記電源システムにおいて、前記電気経路には、前記電気負荷の接続点よりも前記電力変換部側にスイッチ（ＳＷ１，ＳＷ２）が設けられており、
   前記パラメータ検出部は、前記入出力パラメータとして、前記スイッチの両端の各電圧を検出する電圧検出部（８１〜８３）であり、
   前記異常判定部は、前記発電要求が生じていると判定され、かつ前記スイッチが閉状態である場合に、前記電圧検出部により検出された各電圧に基づいて前記発電異常の有無を判定する請求項１又は２に記載の回転電機の異常判定装置。
6. 前記電源システムにおいて、前記電気経路には、前記電気負荷の接続点よりも前記電力変換部側にスイッチ（ＳＷ１）が設けられており、
   前記回転電機及び前記電力変換部を有する回転電機ユニット（２０）を備え、前記回転電機ユニットの第１端子（Ｐ１１）と前記スイッチの両側のうち前記電力変換部側の第２端子（Ｐ２）とが接続線（２６）により接続されており、
   前記パラメータ検出部は、前記入出力パラメータとして、前記第１端子の電圧及び前記第２端子の電圧を検出する電圧検出部（９１，９２）であり、
   前記異常判定部は、前記発電要求が生じていると判定された場合に、前記電圧検出部により検出された各電圧に基づいて前記発電異常の有無を判定する請求項１又は２に記載の回転電機の異常判定装置。
7. 前記電源システムにおいて、前記電気経路には、前記電気負荷の接続点よりも前記電力変換部側にスイッチ（ＳＷ１）が設けられ、
   前記電気負荷として、前記電気経路において前記スイッチよりも前記蓄電池側の第１接続点に第１負荷（１４）が接続されるとともに、前記電気経路において前記スイッチよりも前記電力変換部側の第２接続点に第２負荷（１７）が接続されており、
   前記パラメータ検出部は、前記第１接続点よりも前記電力変換部側で前記入出力パラメータを検出するものであり、
   前記異常判定部は、前記第２負荷が停止状態であることを条件に、前記入出力パラメータに基づいて前記発電異常の有無を判定する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の回転電機の異常判定装置。

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