JP5966727B2 - Power system - Google Patents
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Description
本発明は、第１蓄電池及び第２蓄電池と、これら両蓄電池の導通及び遮断を切り替える半導体スイッチング素子とを備え、例えば車両用電源システムとして用いられる電源システムに関する。 The present invention relates to a power supply system that includes a first storage battery, a second storage battery, and a semiconductor switching element that switches between conduction and disconnection of both the storage batteries, and is used as, for example, a vehicle power supply system.
従来から、互いに並列に接続され例えば鉛蓄電池及びリチウムイオン蓄電池よりなる複数の蓄電池と、それら両蓄電池を充電する発電機と、両蓄電池を電気的に接続する給電線に設けられる半導体スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）とを備え、各蓄電池の蓄電状態等に応じて半導体スイッチング素子のオン／オフを制御するようにした電源システムが提案されている（例えば特許文献１参照）。この電源システムでは、上記の各蓄電池を好適に使い分けることにより、車両における省燃費効果や蓄電池の保護効果等が得られるものとなっている。 Conventionally, a plurality of storage batteries connected in parallel to each other, for example, a lead storage battery and a lithium ion storage battery, a generator for charging both storage batteries, and a semiconductor switching element (MOSFET) provided on a feeder line that electrically connects both storage batteries ), And a power supply system that controls on / off of the semiconductor switching element according to the storage state of each storage battery has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In this power supply system, by appropriately using each of the above storage batteries, a fuel saving effect in the vehicle, a protection effect of the storage battery, and the like can be obtained.
ここで、上記のように互いに並列に接続される鉛蓄電池及びリチウムイオン蓄電池を有する構成において、例えば鉛蓄電池が劣化するとそれに伴い鉛蓄電池の交換作業が行われる。かかる場合、＋電極と−電極とを間違えて鉛蓄電池が逆接続されると、その逆接続時において半導体スイッチング素子に意図せず電流が流れ、それに起因して半導体スイッチング素子の故障が生じるおそれがある。 Here, in the configuration having the lead storage battery and the lithium ion storage battery connected in parallel to each other as described above, for example, when the lead storage battery deteriorates, the replacement work of the lead storage battery is performed accordingly. In such a case, if the lead-acid battery is reversely connected with the + electrode and the-electrode being mistaken, an unintended current flows through the semiconductor switching element during the reverse connection, which may cause a failure of the semiconductor switching element. is there.
より具体的には、鉛蓄電池の交換時は電源オフ状態であり、半導体スイッチング素子はオフ状態になっている。そして、その状態で鉛蓄電池が正常に接続される（正接続される）のであれば、鉛蓄電池とリチウムイオン蓄電池とは並列接続の状態で保たれるため、鉛蓄電池の再接続時において両蓄電池間に意図せず電流が流れることはなく、半導体スイッチング素子に何ら不具合は生じない。これに対し、鉛蓄電池が逆接続されると、半導体スイッチング素子においてゲートと他の電極との間に形成される寄生容量によって、鉛蓄電池とリチウムイオン蓄電池とのカップリング（容量性カップリング）が生じる。そして、このカップリングの影響で、半導体スイッチング素子のゲート−ソース間に正の電圧が印加されて、半導体スイッチング素子が意図せずオンしてしまう。この場合、半導体スイッチング素子に電流が流れることに伴い発熱が生じ、その発熱に起因して半導体スイッチング素子が故障して、オン固着等の不具合が生じることが考えられる。 More specifically, when the lead storage battery is replaced, the power is off, and the semiconductor switching element is off. If the lead storage battery is normally connected (positively connected) in that state, the lead storage battery and the lithium ion storage battery are kept in a parallel connection state. No current flows unintentionally in the meantime, and there is no problem with the semiconductor switching element. On the other hand, when the lead storage battery is reversely connected, the coupling (capacitive coupling) between the lead storage battery and the lithium ion storage battery is caused by the parasitic capacitance formed between the gate and the other electrode in the semiconductor switching element. Arise. Under the influence of this coupling, a positive voltage is applied between the gate and the source of the semiconductor switching element, and the semiconductor switching element is turned on unintentionally. In this case, it is conceivable that heat is generated as a current flows through the semiconductor switching element, and the semiconductor switching element breaks down due to the generated heat, resulting in problems such as ON fixation.
本発明は、互いに並列に接続される第１蓄電池及び第２蓄電池を有する電源システムにおいて、蓄電池の逆接続時における不具合の発生を抑制することができる電源システムを提供することを主たる目的とするものである。 The main object of the present invention is to provide a power supply system having a first storage battery and a second storage battery that are connected in parallel to each other, and capable of suppressing the occurrence of problems during reverse connection of the storage battery. It is.
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。 Hereinafter, means for solving the above-described problems and the effects thereof will be described.
本発明では、互いに並列に接続される第１蓄電池（１２）及び第２蓄電池（１３）と、前記両蓄電池を電気的に接続する給電線（１７）に設けられ、これら両蓄電池の導通及び遮断を切り替える半導体スイッチング素子（２１〜２４）と、前記半導体スイッチング素子のゲートに接続され、当該半導体スイッチング素子に形成される寄生容量の電荷を放出する放電回路（４０）と、を備えている。そして、前記放電回路は、前記給電線において前記両蓄電池のいずれかの逆接続によって正接続時とは逆の逆極性の電圧が印加される位置と、前記半導体スイッチング素子のゲートとに接続されており、前記逆極性の電圧により、前記寄生容量の電荷を放出する放電状態となる構成を有していることを特徴とする。 In the present invention , the first storage battery (12) and the second storage battery (13) connected in parallel with each other, and the power supply line (17) for electrically connecting the storage batteries are connected to and disconnected from the storage batteries. And a discharge circuit (40) that is connected to the gate of the semiconductor switching element and discharges the charge of the parasitic capacitance formed in the semiconductor switching element. The discharge circuit is connected to a position where a voltage having a reverse polarity opposite to that in a normal connection is applied to the feeder line by a reverse connection of either of the storage batteries and a gate of the semiconductor switching element. And having a configuration in which a discharge state in which the charge of the parasitic capacitance is discharged by the voltage having the reverse polarity is provided.
第１蓄電池と第２蓄電池とが並列に接続され、それら両蓄電池の間に半導体スイッチング素子が設けられる電源システムでは、半導体スイッチング素子を必要に応じて導通（オン）させることで両蓄電池において相互に電力の供給が可能となっている。また、本電源システムでは、駆動対象である電気負荷に対して、両蓄電池の少なくともいずれかを用いて電力の供給が可能となっている。 In a power supply system in which a first storage battery and a second storage battery are connected in parallel, and a semiconductor switching element is provided between the two storage batteries, the semiconductor switching elements are made conductive (on) as necessary to mutually connect the storage batteries. Electric power can be supplied. Moreover, in this power supply system, electric power can be supplied to the electric load to be driven using at least one of both storage batteries.
また、本発明では、半導体スイッチング素子のゲートに放電回路が接続されているため、バッテリ交換作業時などにおいていずれかの蓄電池が逆接続された場合には、半導体スイッチング素子の寄生容量の電荷が放電回路を介して放出される。これにより、蓄電池の逆接続時において半導体スイッチング素子が意図せずオンしてしまうことを抑制できる。 In the present invention, since the discharge circuit is connected to the gate of the semiconductor switching element, the charge of the parasitic capacitance of the semiconductor switching element is discharged when one of the storage batteries is reversely connected during the battery replacement operation. Released through the circuit. Thereby, it can suppress that a semiconductor switching element turns on unintentionally at the time of reverse connection of a storage battery.
特に、放電回路は、給電線において蓄電池の逆接続によって逆極性（正接続時とは逆の極性）の電圧が印加される位置と、半導体スイッチング素子のゲートとに接続されており、逆極性の電圧により、寄生容量の電荷を放出する放電状態に移行する。つまり、蓄電池の逆接続時には、給電線に逆極性の電圧が印加された時点で、直ちに放電回路による放電が行われる。したがって、半導体スイッチング素子が意図せずオンしてそれに起因して半導体スイッチング素子が故障するといった不都合を抑制できる。その結果、互いに並列接続される第１蓄電池及び第２蓄電池を有する電源システムにおいて、蓄電池の逆接続時における不具合の発生を抑制することができる。 In particular, the discharge circuit is connected to a position where a voltage of reverse polarity (polarity opposite to that at the time of normal connection) is applied by the reverse connection of the storage battery in the power supply line and the gate of the semiconductor switching element. The voltage shifts to a discharge state in which parasitic capacitance charges are discharged. That is, at the time of reverse connection of the storage battery, discharge by the discharge circuit is performed immediately when a voltage of reverse polarity is applied to the power supply line. Accordingly, it is possible to suppress the disadvantage that the semiconductor switching element is turned on unintentionally and the semiconductor switching element fails due to this. As a result, in the power supply system having the first storage battery and the second storage battery that are connected in parallel to each other, it is possible to suppress the occurrence of problems when the storage battery is reversely connected.
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の電源システムは車両に搭載される車載電源システムであり、車両は、エンジン（内燃機関）を駆動源として走行するものである。エンジンの始動時にはスタータモータの駆動によりエンジンに初期回転が付与されるものとなっている。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. The power supply system of the present embodiment is an on-vehicle power supply system mounted on a vehicle, and the vehicle travels using an engine (internal combustion engine) as a drive source. When the engine is started, initial rotation is applied to the engine by driving the starter motor.
まずは、電源システムの基本構成を図１により説明する。図１に示すように、本電源システムは、オルタネータ１１（発電機）、鉛蓄電池１２、リチウムイオン蓄電池１３、各種の電気負荷１４，１５，１６、２つのＭＯＳスイッチ２１，２２、及び２つのＳＭＲスイッチ２３，２４を備えている。本実施形態では、鉛蓄電池１２が第１蓄電池に相当し、リチウムイオン蓄電池１３が第２蓄電池に相当する。また、２つのＭＯＳスイッチ２１，２２が第１半導体スイッチング素子に相当し、２つのＳＭＲスイッチ２３，２４が第２半導体スイッチング素子に相当する。
First, the basic configuration of the power supply system will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the power supply system includes an alternator 11 (generator), a
鉛蓄電池１２、リチウムイオン蓄電池１３及び電気負荷１４〜１６は、給電線１７によりオルタネータ１１に対して並列に電気接続されている。この給電線１７により、上記の各電気要素について相互の給電経路が形成されている。ＭＯＳスイッチ２１，２２とＳＭＲスイッチ２３，２４とは、鉛蓄電池１２とリチウムイオン蓄電池１３との間において直列に接続されており、その間の中間点に電気負荷１６が接続されている。
The
鉛蓄電池１２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１３は、鉛蓄電池１２に比べて出力密度、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１３は、複数の単電池を直列に接続してなる組電池により構成されている。なお、鉛蓄電池１２の蓄電容量は、リチウムイオン蓄電池１３の蓄電容量よりも大きいものとなっている。
The
ＭＯＳスイッチ２１，２２は、ＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）により構成されており、オルタネータ１１及び鉛蓄電池１２と、リチウムイオン蓄電池１３との間に設けられている。ＭＯＳスイッチ２１，２２は、オルタネータ１１及び鉛蓄電池１２に対するリチウムイオン蓄電池１３の導通（オン）と遮断（オフ）を切り替えるスイッチとして機能する。ＭＯＳスイッチ２１，２２は、電子制御装置からなる制御部２５により制御され、制御部２５によりＭＯＳスイッチ２１，２２のオン作動（導通作動）とオフ作動（遮断作動）とが切り替えられる。
The
ＭＯＳスイッチ２１，２２は、その内部構造上必然的に整流手段を有していると言える。すなわち、ＭＯＳスイッチ２１，２２は、ゲート、ドレイン及びソースを有する半導体スイッチ部を有し、ドレイン−ソース間に寄生ダイオード２１ａ，２２ａ（整流手段）が形成されている。２つのＭＯＳスイッチ２１，２２は、寄生ダイオード２１ａ，２２ａが互いに逆向きで、かつアノード同士が接続されるようにして直列に接続されている。そのため、両ＭＯＳスイッチ２１，２２をオフ作動させた場合において、寄生ダイオード２１ａ，２２ａを通じて電流が流れることを完全に遮断できる。よって、２つのＭＯＳスイッチ２１，２２をオフ作動させれば、リチウムイオン蓄電池１３から鉛蓄電池１２の側に放電されること、及び鉛蓄電池１２の側からリチウムイオン蓄電池１３に充電されることを回避できる。
It can be said that the MOS switches 21 and 22 inevitably have rectifying means due to their internal structure. That is, the MOS switches 21 and 22 have a semiconductor switch portion having a gate, a drain, and a source, and
また、ＳＭＲスイッチ２３，２４は、ＭＯＳスイッチ２１，２２と同様に、ＭＯＳＦＥＴにより構成されており、ＭＯＳスイッチ２２及び電気負荷１６の接続点（図のＸ）とリチウムイオン蓄電池１３との間に設けられている。ＳＭＲスイッチ２３，２４は、ＭＯＳスイッチ２１，２２及び電気負荷１６の接続点Ｘに対するリチウムイオン蓄電池１３の導通及び遮断を切り替えるスイッチとして機能する。ＳＭＲスイッチ２３，２４は制御部２５により制御され、制御部２５によりＳＭＲスイッチ２３，２４のオン作動（導通作動）とオフ作動（遮断作動）とが切り替えられる。
Similarly to the MOS switches 21 and 22, the
ＳＭＲスイッチ２３，２４は、ＭＯＳスイッチ２１，２２と同様に、その内部構造上必然的に整流手段を有している。すなわち、ＳＭＲスイッチ２３，２４は、ゲート、ドレイン及びソースを有する半導体スイッチ部を有し、ドレイン−ソース間に寄生ダイオード２３ａ，２４ａ（整流手段）が形成されている。２つのＳＭＲスイッチ２３，２４は、ＭＯＳスイッチ２１，２２と同様に、寄生ダイオード２３ａ，２４ａが互いに逆向きで、かつアノード同士が接続されるようにして直列に接続されている。そのため、両ＳＭＲスイッチ２３，２４をオフ作動させた場合において、寄生ダイオード２３ａ，２４ａを通じて電流が流れることを完全に遮断できる。よって、両ＳＭＲスイッチ２３，２４をオフ作動させれば、リチウムイオン蓄電池１３から鉛蓄電池１２や電気負荷１６の側に放電されること、及び鉛蓄電池１２の側からリチウムイオン蓄電池１３に充電されることを回避できる。
Similar to the
ＳＭＲスイッチ２３，２４は非常時用の開閉手段でもあり、非常時でない通常時には、制御部２５からオン信号が出力されることでオン状態に保持される。そして、以下に例示する非常時に、オン信号の出力が停止されてＳＭＲスイッチ２３，２４がオフ作動される。このＳＭＲスイッチ２３，２４のオフ作動により、リチウムイオン蓄電池１３の過充電及び過放電の回避が図られている。例えば、オルタネータ１１に設けられたレギュレータが故障して設定電圧Ｖｒｅｇが異常に高くなる場合には、リチウムイオン蓄電池１３が過充電の状態になることが懸念される。かかる場合にＳＭＲスイッチ２３，２４をオフ作動させる。また、オルタネータ１１の故障やＭＯＳスイッチ２１，２２の故障によりリチウムイオン蓄電池１３への充電ができなくなる場合には、リチウムイオン蓄電池１３が過放電になることが懸念される。かかる場合にもＳＭＲスイッチ２３，２４をオフ作動させる。
The SMR switches 23 and 24 are emergency opening / closing means, and are kept in an ON state by outputting an ON signal from the
なお、各２つずつのＭＯＳスイッチ２１，２２とＳＭＲスイッチ２３，２４とは、制御部２５によりそれぞれ同時のオン／オフ操作が可能となっている。つまり、制御部２５からの駆動信号によりＭＯＳスイッチ２１，２２が同時にオン又はオフ作動し、同じく制御部２５からの駆動信号によりＳＭＲスイッチ２３，２４が同時にオン又はオフ作動する。
The two
電気負荷１４〜１６のうち電気負荷１４は、エンジンを始動させるためのスタータモータ（始動装置）であり、電気負荷１５は、ヘッドライトやパワーウインドウモータ等の一般負荷である。また、電気負荷１６は、供給電力の電圧が概ね一定、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電気負荷であり、具体例としてはナビゲーション装置やオーディオ装置が挙げられる。
Of the electric loads 14 to 16, the electric load 14 is a starter motor (starting device) for starting the engine, and the
ＳＭＲスイッチ２４と接地点との間には過電流対策としてヒューズ２７が設けられている。これにより、仮にリチウムイオン蓄電池１３とＳＭＲスイッチ２３，２４とからなる経路に過電流が流れる場合には、ヒューズ２７が溶断されることでこれらリチウムイオン蓄電池１３やＳＭＲスイッチ２３，２４が保護されるようになっている。
A
また、給電線１７には、ＭＯＳスイッチ２１，２２をバイパスするようにしてバイパス給電線３１が接続されている。バイパス給電線３１は、一方の端部が給電線１７においてＭＯＳスイッチ２１，２２よりも鉛蓄電池１２の側に接続され、他方の端部が給電線１７においてＭＯＳスイッチ２１，２２よりも電気負荷１６の側（リチウムイオン蓄電池１３の側）に接続されている。そして、バイパス給電線３１を介して、オルタネータ１１及び鉛蓄電池１２の少なくともいずれかから電気負荷１６への電力供給が可能となっている。
Further, a bypass
バイパス給電線３１には、常閉式の電磁リレーであるバイパスリレー３２（バイパス切替手段）が設けられている。バイパスリレー３２の作動は制御部２５により制御される。バイパスリレー３２は、ＭＯＳスイッチ２１，２２や制御部２５に異常（故障）が発生した場合に使用される非常時通電手段であり、通常時（非故障時）は、制御部２５から励磁電流が常時出力されることで開放状態となっている。そして、例えば制御部２５に異常が発生してＭＯＳスイッチ２１，２２をオンできなくなると、制御部２５からの励磁電流の出力が停止され、常閉式であるバイパスリレー３２が導通状態にされて、バイパス給電線３１が導通されるようになっている。これにより、バイパス給電線３１を介して、オルタネータ１１及び鉛蓄電池１２の少なくともいずれかから電気負荷１６への電力供給が実施される。
The
リチウムイオン蓄電池１３や、各スイッチ２１〜２４、制御部２５、バイパスリレー３２は筐体（収容ケース）に収容されることで一体化され、電池ユニットＵとして構成されている。電池ユニットＵ内の制御部２５は、電池ユニット外の図示しないＥＣＵ（電子制御装置）に相互に通信可能に接続されている。
The lithium
ところで、鉛蓄電池１２の交換時において、＋電極と−電極とを間違えて鉛蓄電池１２が逆接続されると、その逆接続時において瞬時にＳＭＲスイッチ２４に意図せず電流が流れ、それに起因してＳＭＲスイッチ２４の故障が生じるおそれがある。具体的には、図１の構成において、鉛蓄電池１２の交換作業時には電源がオフされており、各スイッチ２１〜２４はいずれもオフ状態（遮断状態）になっている。また、バイパスリレー３２は導通状態となっている。この状態下で、鉛蓄電池１２が逆接続された状態が図２に示す状態である。
By the way, when the
図２に示す状態では、接続点Ｘに、鉛蓄電池１２の正接続時とは逆の逆極性の電圧、すなわち負の電圧（例えば−１２Ｖ）が印加され、ＳＭＲスイッチ２３，２４の両端には正の電圧と負の電圧とがそれぞれ印加されている。この場合、鉛蓄電池１２が逆接続された時に、ＳＭＲスイッチ２３，２４においてゲート、ドレイン及びソースの間に形成される寄生容量Ｃｇｄ，Ｃｇｓ，Ｃｄｓによって、鉛蓄電池１２とリチウムイオン蓄電池１３とのカップリング（容量性カップリング）が生じる。そして、このカップリングの影響で、ＳＭＲスイッチ２４が意図せずオンしてしまう。すなわち、ＳＭＲスイッチ２４において、寄生容量Ｃｇｄ，Ｃｇｓ，ＣｄｓのうちＣｇｄ，Ｃｇｓを介してのカップリングが生じると、ゲート−ソース間に正の電圧が印加され、ＳＭＲスイッチ２４が不完全な状態でオンする。この場合、ＳＭＲスイッチ２４が完全にオンした状態（通常のオン状態）ではオン抵抗が１ミリΩ程度なのに対して、不完全なオン状態ではオン抵抗が数Ω程度となり、その状態でＳＭＲスイッチ２４に電流が流れることに伴い発熱が生じる。そして、その発熱に起因してＳＭＲスイッチ２４が故障して、オン固着等の不具合が生じることが考えられる。
In the state shown in FIG. 2, a voltage of reverse polarity opposite to that at the time of positive connection of the
そこで、図３に示すように、電池ユニットＵにおいてＳＭＲスイッチ２４の寄生容量Ｃｇｄ，Ｃｇｓの電荷を放出する放電回路４０を設ける構成としている。
Therefore, as shown in FIG. 3, the battery unit U is provided with a
放電回路４０は、ｎｐｎトランジスタよりなる駆動素子４１を有している。駆動素子４１は、そのコレクタがダイオード４２を介してＳＭＲスイッチ２４のゲートに接続され、エミッタが接続点Ｘに接続されている。ダイオード４２は、アノードがＳＭＲスイッチ２４のゲートに接続され、カソードが駆動素子４１のコレクタに接続された状態で設けられている。また、駆動素子４１のベースは、抵抗４３を介して接続点Ｘに接続されるとともに、抵抗４４及びダイオード４５を介して接地されている。ダイオード４５は、アノードが接地点に接続され、カソードが駆動素子４１のベースに接続される状態で設けられている。給電線１７において接続点Ｘは、鉛蓄電池１２の逆接続時に逆極性の電圧（負の電圧）が印加される位置であり、放電回路４０は、接続点Ｘに負の電圧が印加されることにより作動する。
The
要するに、鉛蓄電池１２が逆接続されると、上記のとおりＳＭＲスイッチ２３，２４の寄生容量によってカップリングが生じる状況となるが、その際、接続点Ｘに負の電圧が印加されることで駆動素子４１がオンし、ＳＭＲスイッチ２４の寄生容量Ｃｇｄ，Ｃｇｓの電荷が駆動素子４１を介して放出される（図３のＡ）。このとき、ＳＭＲスイッチ２４の寄生容量Ｃｇｄ，Ｃｇｓの電荷は、バイパス給電線３１を通って鉛蓄電池１２側に流れる。こうした放電回路４０の放電により、ＳＭＲスイッチ２４が意図せずオンすることが抑制される。
In short, when the
ちなみに、鉛蓄電池１２が＋電極と−電極とを間違えずに正接続された場合には、接続点Ｘに正の電圧が印加される。この場合、駆動素子４１はオンせず、放電回路４０の放電作用は生じない。またこのとき、ダイオード４５によれば、接続点Ｘが正の電圧となる場合においてその接続点Ｘから放電回路４０への電流の流入が規制される。そのため、放電回路４０を介して無駄に電流が流れることが抑制されている。
Incidentally, when the
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。 According to the embodiment described in detail above, the following excellent effects can be obtained.
上記のとおり放電回路４０を設けたことにより、バッテリ交換作業時などにおいて鉛蓄電池１２が逆接続された場合に、ＳＭＲスイッチ２４の寄生容量Ｃｇｄ，Ｃｇｓの電荷が放電回路４０を介して放出される。これにより、鉛蓄電池１２の逆接続時においてＳＭＲスイッチ２４がオンして電流が流れることが抑制され、ＳＭＲスイッチ２４の保護を図ることができる。
By providing the
特に、放電回路４０は、鉛蓄電池１２の逆接続時において、その逆接続によって逆極性の電圧（負の電圧）が印加された時点で直ちに放電状態となる。したがって、意図しないオン作動によりＳＭＲスイッチ２４が故障するといった不都合を抑制できる。
In particular, when the
ＭＯＳスイッチ２１，２２を迂回して設けられるバイパス給電線３１と、そのバイパス給電線３１に設けられる常閉式のバイパスリレー３２とを備える構成では、ＭＯＳスイッチ２１，２２がオンできなくなっても、バイパス給電線３１を介して電気負荷１６への給電を継続できる反面、バッテリ接続作業において鉛蓄電池１２が逆接続されると、接続点Ｘ（ＭＯＳスイッチ２１，２２とＳＭＲスイッチ２３，２４との間の中間点）に、逆極性の電圧（負の電圧）が印加される。そのため、ＳＭＲスイッチ２４の故障を招くおそれが生じる。この点、放電回路４０が接続点Ｘに接続されているため、逆極性の電圧が印加されても、放電回路４０によって、直ちにＳＭＲスイッチ２４の寄生容量Ｃｇｄ，Ｃｇｓの電荷が放出される。したがって、ＳＭＲスイッチ２４の故障を抑制できる。
In the configuration including the bypass
ここで、寄生容量Ｃｇｄ，Ｃｇｓの電荷を放出する放電手段として、ハードウエアのみで動作する放電回路４０を用いており、ソフトウエアによる演算処理が不要となっている。そのため、鉛蓄電池１２の逆接続時において放電を即時に実施できる。つまり、ソフトウエアを用いた構成では、逆接続されたことの判定や、その判定結果により放電を実施することの判断等を要するが、本実施形態の構成ではこうした処理が不要となる。そのため、放電実施までの時間を短縮でき、ＳＭＲスイッチ２４の保護を図る上で好適なる構成を実現できる。
Here, as the discharge means for discharging the charges of the parasitic capacitances Cgd and Cgs, the
また、リチウムイオン蓄電池１３とＳＭＲスイッチ２３，２４とからなる経路にヒューズ２７が設けられている場合に、そのヒューズ２７を溶断させることなくＳＭＲスイッチ２３，２４を保護できる。
Moreover, when the
２つのＳＭＲスイッチ２３，２４（一対の半導体スイッチング素子）は、寄生ダイオード２３ａ，２４ａが互いに逆向きとなるように直列に接続されており、そのうち寄生ダイオードの向きが、逆接続時に流れる電流を阻止する向きになっているＳＭＲスイッチ２４のゲートに、放電回路４０が接続されている。この場合、ＳＭＲスイッチ２４では、鉛蓄電池１２の逆接続時にオン状態になることが放電回路４０により抑制され、さらに寄生ダイオード２４ａによってリチウムイオン蓄電池１３から鉛蓄電池１２に電流が流れることが抑制されている。そのため、リチウムイオン蓄電池１３とＳＭＲスイッチ２３，２４とを有する経路における電流遮断を好適に実施できる。
The two SMR switches 23 and 24 (a pair of semiconductor switching elements) are connected in series so that the
放電回路４０は、逆接続により印加される逆極性の電圧と接地電圧との電圧差によりオンする駆動素子４１を備えており、この構成によれば、鉛蓄電池１２の逆接続時において放電回路４０を直ちに作動させて寄生容量Ｃｇｄ，Ｃｇｓの電荷を即時に放出することができる。
The
放電回路４０は、接続点Ｘ（逆接続により逆極性の電圧が印加される位置）が負の電圧となる場合に、その接続点Ｘから放電回路４０への電流の流入を許容し、接続点Ｘが正の電圧となる場合に、その接続点Ｘから放電回路４０への電流の流入を規制するダイオード４５を備えている。この構成によれば、鉛蓄電池１２が正しく接続されている状態では、放電回路４０を介して無駄に電流が流れることを抑制でき、車両の電源オフ時（例えば駐車時）に流れる暗電流の低減を実現できる。また、放電回路４０は、ダイオード４５を備えることで、鉛蓄電池１２側の電気負荷やオルタネータからの電気雑音に対する耐性が高いものとなっている。
The
鉛蓄電池１２とリチウムイオン蓄電池１３とを有する構成では、電池寿命からして鉛蓄電池１２の方が交換の頻度が高いと考えられる。また、リチウムイオン蓄電池１３は電池ユニットＵとしてユニット化されており、バッテリ交換が行われるとしても逆接続が生じにくいと考えられる。こうした実状において、鉛蓄電池１２について逆接続対策が必要になっており、そのニーズに好適に応えた電源システムを実現できる。
In the configuration having the
（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。
(Other embodiments)
You may change the said embodiment as follows, for example.
・上記実施形態では、２つのＳＭＲスイッチ２３，２４のうちＳＭＲスイッチ２４側にのみ放電回路４０を設けたが、これに代えて、ＳＭＲスイッチ２３，２４の両方に放電回路４０を設ける構成としてもよい。
In the above embodiment, the
・上記実施形態では、２つのＭＯＳスイッチ２１，２２を、寄生ダイオード２１ａ，２２ａのアノード同士が接続されるようにして直列に接続したが、これを変更し、寄生ダイオード２１ａ，２２ａのカソード同士が接続されるようにして直列に接続してもよい。ＳＭＲスイッチ２３，２４についても同様である。
In the above embodiment, the two MOS switches 21 and 22 are connected in series so that the anodes of the
・上記実施形態では、ＭＯＳスイッチ２１，２２をバイパスするようにしてバイパス給電線３１を設け、そのバイパス給電線３１に常閉式のバイパスリレー３２を設ける構成としたが、これらのバイパス給電線３１やバイパスリレー３２を備えていない構成、又はバイパスリレー３２を常開式とする構成であってもよい。この場合、バイパス給電線３１の無い構成（バイパスリレー３２が開放された状態も同様）では、鉛蓄電池１２が逆接続されると、各スイッチ２１〜２４の寄生容量によって鉛蓄電池１２とリチウムイオン蓄電池１３とのカップリングが生じ、これら各スイッチ２１〜２４が意図せずオンする事態が生じる。かかる構成では、給電線１７において鉛蓄電池１２の逆接続によって正接続時とは逆の逆極性の電圧（負の電圧）が印加される位置は、ＭＯＳスイッチ２１よりも鉛蓄電池１２の側（ＭＯＳスイッチ２１とＰｂ＋端子との間）であり、放電回路４０は、その逆極性の電圧が印加される位置と、ＳＭＲスイッチ２４のゲートとに接続されているとよい。本構成により、鉛蓄電池１２の逆接続時において各スイッチ２１〜２４の保護を図ることができる。
In the above embodiment, the bypass
・上記実施形態では、第１半導体スイッチング素子としてのＭＯＳスイッチ、第２半導体スイッチング素子としてのＳＭＲスイッチを、各々２つずつのＭＯＳＦＥＴを用いて構成したが、これに限らず、１つずつのＭＯＳＦＥＴを用いて構成してもよい。 In the above-described embodiment, the MOS switch as the first semiconductor switching element and the SMR switch as the second semiconductor switching element are configured using two MOSFETs each, but not limited to this, one MOSFET You may comprise using.
・上記実施形態では、２つの蓄電池のうち一方を電池ユニットＵとしてユニット化されたリチウムイオン蓄電池１３、他方を鉛蓄電池１２としており、それ故にバッテリ交換対象を鉛蓄電池１２（ユニット化していない方の蓄電池）としていたが、当然ながら両方の蓄電池が共にバッテリ交換対象として想定される場合もある。この場合には、一方の蓄電池が逆接続されたことを想定しての放電回路と、他方の蓄電池が逆接続されたことを想定しての放電回路とを備えているとよい。
In the above embodiment, one of the two storage batteries is a lithium
・第１蓄電池及び第２蓄電池の組み合わせは、鉛蓄電池１２及びリチウムイオン蓄電池１３の組み合わせ以外であってもよい。例えば、両方を鉛蓄電池としたり、第２蓄電池としてニカド蓄電池やニッケル水素蓄電池など、他の二次電池を用いたりしてもよい。
The combination of the first storage battery and the second storage battery may be other than the combination of the
１２…鉛蓄電池（第１蓄電池）、１３…リチウムイオン蓄電池（第２蓄電池）、１７…給電線、２１，２２…ＭＯＳスイッチ（第１半導体スイッチング素子）、２３，２４…ＳＭＲスイッチ（第２半導体スイッチング素子）、４０…放電回路。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記両蓄電池の正極側同士を電気的に接続する給電線（１７）に設けられ、これら両蓄電池の導通及び遮断を切り替える半導体スイッチング素子（２１〜２４）と、
前記半導体スイッチング素子のゲートに接続され、当該半導体スイッチング素子に形成される寄生容量の電荷を放出する放電回路（４０）と、
を備え、
前記放電回路は、前記給電線において前記両蓄電池のいずれかの逆接続によって正接続時とは逆の逆極性の電圧が印加される位置と、前記半導体スイッチング素子のゲートとに接続されており、前記逆極性の電圧により、前記寄生容量の電荷を放出する放電状態となる構成を有しており、
前記半導体スイッチング素子は、前記逆極性の電圧が印加される位置と前記両蓄電池のうち逆接続されていない方の蓄電池との間に直列接続される一対の半導体スイッチング素子（２３，２４）を有してなり、
さらに、前記放電回路は、前記一対の半導体スイッチング素子のうち、前記逆極性の電圧が印加される位置から遠い側の半導体スイッチング素子のゲートに接続されており、前記寄生容量の電荷を、前記逆接続がなされた前記蓄電池の負極側に対して放出させるものとなっていることを特徴とする電源システム。 A first storage battery (12) and a second storage battery (13) connected in parallel with each other;
Semiconductor switching elements (21 to 24) that are provided on a power supply line (17) that electrically connects the positive electrode sides of the two storage batteries, and switch between conduction and interruption of the two storage batteries,
A discharge circuit (40) connected to the gate of the semiconductor switching element and discharging a parasitic capacitance formed in the semiconductor switching element;
With
The discharge circuit is connected to a position where a voltage having a reverse polarity opposite to that of a positive connection is applied by reverse connection of either of the storage batteries in the power supply line, and a gate of the semiconductor switching element, It has a configuration that is in a discharge state that discharges the charge of the parasitic capacitance by the voltage of the reverse polarity ,
The semiconductor switching element has a pair of semiconductor switching elements (23, 24) connected in series between a position where the reverse polarity voltage is applied and a storage battery which is not reversely connected among the storage batteries. And
Further, the discharge circuit is connected to a gate of the semiconductor switching element far from a position where the reverse polarity voltage is applied, out of the pair of semiconductor switching elements, and the charge of the parasitic capacitance is converted to the reverse capacitance. A power supply system, characterized in that it is discharged to the negative electrode side of the connected storage battery .
前記第１半導体スイッチング素子を迂回し、該第１半導体スイッチング素子を挟んで前記第１蓄電池の側と前記電気負荷の側とを接続するように設けられるバイパス線（３１）に、常閉式のバイパスリレー（３２）が設けられており、
前記両半導体スイッチング素子の間の中間点が、前記逆接続により逆極性の電圧が印加される位置であり、前記放電回路が、前記両半導体スイッチング素子の間の中間点に接続されている請求項１に記載の電源システム。 The semiconductor switching element includes a first semiconductor switching element (21, 22) and a second semiconductor switching element (23, 24) connected in series with each other in the feeder line, and between the semiconductor switching elements. An electrical load (16) is connected to the middle point,
A bypass line (31) provided to bypass the first semiconductor switching element and to connect the first storage battery side and the electric load side across the first semiconductor switching element is provided with a normally closed bypass A relay (32) is provided;
The intermediate point between the two semiconductor switching elements is a position where a reverse polarity voltage is applied by the reverse connection, and the discharge circuit is connected to an intermediate point between the two semiconductor switching elements. The power supply system according to 1.
前記一対の半導体スイッチング素子は、当該半導体スイッチング素子に存在する寄生ダイオード（２３ａ，２４ａ）が互いに逆向きとなるように直列に接続されており、
前記放電回路は、前記一対の半導体スイッチング素子のうち、前記寄生ダイオードの向きが、前記逆接続により両蓄電池の間で流れる電流を阻止する向きになっている半導体スイッチング素子のゲートに接続されている請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電源システム。 As said semiconductor switching element, it has a pair of semiconductor switching elements (23, 24) provided so that it may be turned on / off simultaneously,
The pair of semiconductor switching elements are connected in series such that parasitic diodes (23a, 24a) existing in the semiconductor switching elements are opposite to each other,
The discharge circuit is connected to a gate of the semiconductor switching element in which the direction of the parasitic diode of the pair of semiconductor switching elements is such that the current flowing between the two storage batteries is blocked by the reverse connection. The power supply system as described in any one of Claims 1 thru | or 4.
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