JP6221796B2 - Battery unit and power supply system - Google Patents
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本発明は、内部蓄電池を有する電池ユニットにおいて、この電池ユニットに外部蓄電池と発電機能を有する回転機とを接続可能にした技術に関する。 The present invention relates to a technique in which an external storage battery and a rotating machine having a power generation function can be connected to a battery unit having an internal storage battery.
例えば、車両に搭載される車載電源システムとして、複数の蓄電池(例えば鉛蓄電池、リチウムイオン蓄電池)を用い、これら各蓄電池を使い分けながら車載の各種電気負荷に対して電力を供給する構成が知られている(例えば特許文献1参照)。 For example, a configuration in which a plurality of storage batteries (for example, a lead storage battery and a lithium ion storage battery) are used as an in-vehicle power supply system mounted on a vehicle and power is supplied to various in-vehicle electric loads while using each of these storage batteries properly is known. (For example, refer to Patent Document 1).
具体的には、発電機及びリチウムイオン蓄電池と、鉛蓄電池とを主接続経路によって接続し、その主接続経路上に2つの半導体スイッチを設ける構成としている。第1の半導体スイッチは、発電機及びリチウムイオン蓄電池と鉛蓄電池との間に設けられ、第2の半導体スイッチは、第1の半導体スイッチ、発電機、及びリチウムイオン蓄電池が接続される接続点と、リチウムイオン蓄電池との間に設けられている。回生発電時において、上記2つの半導体スイッチの開閉状態を変更することで、鉛蓄電池及びリチウムイオン蓄電池それぞれの充電率に応じて好適に充電を行うことができる。 Specifically, a generator, a lithium ion storage battery, and a lead storage battery are connected by a main connection path, and two semiconductor switches are provided on the main connection path. The first semiconductor switch is provided between the generator and the lithium ion storage battery and the lead storage battery, and the second semiconductor switch is a connection point to which the first semiconductor switch, the generator, and the lithium ion storage battery are connected. And between the lithium ion storage battery. At the time of regenerative power generation, by changing the open / close state of the two semiconductor switches, charging can be suitably performed according to the charge rates of the lead storage battery and the lithium ion storage battery.
上記2つの蓄電池を用いる電源システムでは、蓄電池と半導体スイッチとをユニットに内蔵し、その内部蓄電池を有するユニット(電池ユニット)の2つの端子に対し、外部蓄電池と発電機(回転機)とをそれぞれ接続する構成としている。ここで、基本的に外部蓄電池から電力供給が行われる電気負荷(一般負荷)と、基本的に内部蓄電池から電力供給が行われる電気負荷(保護負荷)とを異なる位置に接続する構成が考えられる。 In the power supply system using the above two storage batteries, the storage battery and the semiconductor switch are built in the unit, and the external storage battery and the generator (rotary machine) are respectively connected to the two terminals of the unit (battery unit) having the internal storage battery. It is configured to connect. Here, a configuration is considered in which an electrical load (general load) that is basically supplied with power from an external storage battery and an electrical load (protective load) that is basically supplied with power from an internal storage battery are connected to different positions. .
具体的には、一般負荷を外部蓄電池が接続される電池ユニットの端子(第1端子)に接続する。また、保護負荷を上記2つの端子とは異なる端子(第3端子)に接続し、その第3端子と、第2半導体スイッチ及びリチウムイオン蓄電池が接続される接続点とを接続する。このような構成にすることで、第1半導体スイッチ及び第2半導体スイッチが開状態であっても、鉛蓄電池から一般負荷へ、リチウムイオン蓄電池から保護負荷へと電力供給を行うことが可能となる。また、第1端子と第3端子とを接続し、その接続経路上に第3の半導体スイッチを設ける構成とする。このような構成にすることで、例えば、リチウムイオン蓄電池の充電率が低下した場合において、鉛蓄電池から保護負荷へと電力供給を行うことができる。 Specifically, the general load is connected to the terminal (first terminal) of the battery unit to which the external storage battery is connected. The protective load is connected to a terminal (third terminal) different from the two terminals, and the third terminal is connected to a connection point to which the second semiconductor switch and the lithium ion storage battery are connected. With this configuration, even when the first semiconductor switch and the second semiconductor switch are in the open state, it is possible to supply power from the lead storage battery to the general load and from the lithium ion storage battery to the protective load. . Further, the first terminal and the third terminal are connected, and a third semiconductor switch is provided on the connection path. By adopting such a configuration, for example, when the charging rate of the lithium ion storage battery is reduced, power can be supplied from the lead storage battery to the protective load.
ここで、例えば充電率の低下などによってリチウムイオン蓄電池から保護負荷に対して電力が供給できない場合において、第3半導体スイッチに開異常が生じていると、保護負荷に対して鉛蓄電池から電力供給が行えなくなり、保護負荷が電源失陥となる懸念が生じる。 Here, for example, when power cannot be supplied from the lithium ion storage battery to the protective load due to a decrease in the charging rate or the like, if an open abnormality occurs in the third semiconductor switch, power supply from the lead storage battery to the protective load is performed. There is a concern that the protection load becomes a power failure.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、外部蓄電池が接続され、内部蓄電池を有する電池ユニットにおいて、内部蓄電池から電力供給をされる電気負荷に対し、外部蓄電池から電力供給する手段を提供することを主たる目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and in a battery unit having an internal storage battery connected to an external storage battery, power is supplied from the external storage battery to an electric load supplied with power from the internal storage battery. The main purpose is to provide means.
本発明は、内部蓄電池(30)を備え、第1端子(P1)に外部蓄電池(20)が接続され、第2端子(P2)に発電機能を有する回転機(10)が接続され、第3端子(P3)に電気負荷(43)が接続されるようになっている電池ユニット(U)であって、前記第1端子と前記第2端子とを接続するとともに、それら両端子の間の電池接続点(N1)に前記内部蓄電池を接続する主接続経路(L1,L2)と、前記主接続経路において、前記第1端子と前記第2端子との間に設けられる第1スイッチ(51)と、前記主接続経路において、前記電池接続点と前記内部蓄電池とを接続する経路(L2)に設けられる第2スイッチ(52)と、前記内部蓄電池又は前記外部蓄電池から前記電気負荷に対しての給電を可能とする副接続経路(L3,L4)と、前記副接続経路において、前記内部蓄電池及び前記第2スイッチの間の接続点(N3)と、前記第3端子とを接続する経路(L4)と、前記副接続経路において、前記第1端子及び前記第1スイッチの間の中間点(N2)と前記第3端子とを接続する経路(L3)に設けられる第3スイッチ(53)と、前記第3スイッチを迂回して、前記外部蓄電池から前記第3端子に接続される前記電気負荷へ給電を可能とするバイパス経路(B1,B2,B3)と、前記バイパス経路上に設けられたバイパススイッチ(55,56,57)と、を備えることを特徴とする。 The present invention includes an internal storage battery (30), an external storage battery (20) is connected to the first terminal (P1), a rotating machine (10) having a power generation function is connected to the second terminal (P2), and a third A battery unit (U) in which an electric load (43) is connected to a terminal (P3), wherein the battery is connected between the first terminal and the second terminal and between the two terminals. A main connection path (L1, L2) for connecting the internal storage battery to a connection point (N1), and a first switch (51) provided between the first terminal and the second terminal in the main connection path; In the main connection path, a second switch (52) provided in a path (L2) for connecting the battery connection point and the internal storage battery, and feeding from the internal storage battery or the external storage battery to the electrical load Sub-connection path (L , L4), in the sub-connection path, the connection point (N3) between the internal storage battery and the second switch, and the path (L4) for connecting the third terminal, A third switch (53) provided in a path (L3) connecting the intermediate point (N2) between the first terminal and the first switch and the third terminal, bypassing the third switch, A bypass path (B1, B2, B3) that enables power supply from the external storage battery to the electrical load connected to the third terminal, and a bypass switch (55, 56, 57) provided on the bypass path; It is characterized by providing.
電気負荷に対して基本的に内部蓄電池から電力を供給するために、内部蓄電池及び第2スイッチの間の接続点と、第3端子とを接続する経路を設け、第3端子に電気負荷を接続する構成とした。ここで、内部蓄電池から電気負荷への給電ができない場合に、外部蓄電池と電気負荷とを接続する経路上の第3スイッチに開異常が生じるなど、第3スイッチを介する給電が不可能となると、電気負荷が電源失陥となる懸念が生じる。 In order to supply power from the internal storage battery to the electrical load basically, a path connecting the connection point between the internal storage battery and the second switch and the third terminal is provided, and the electrical load is connected to the third terminal. It was set as the structure to do. Here, when power cannot be supplied from the internal storage battery to the electric load, such as when an open abnormality occurs in the third switch on the path connecting the external storage battery and the electric load, power supply through the third switch becomes impossible. There is a concern that the electrical load will cause power failure.
そこで、第3スイッチを迂回して、外部蓄電池から電気負荷への給電を可能とするバイパス経路を設ける構成とした。更に、バイパススイッチを設けることで、バイパス経路の導通状態・遮断状態を切替可能な構成とし、第3スイッチを介する給電が不可能な場合において、そのバイパス経路を介して外部蓄電池から電気負荷への給電が可能な構成とした。これにより、電気負荷の電源失陥を好適に抑制できる。 Therefore, a configuration is provided in which a bypass path that bypasses the third switch and enables power supply from the external storage battery to the electric load is provided. Furthermore, by providing a bypass switch, the bypass path can be switched between a conductive state and a cut-off state. When power cannot be supplied via the third switch, the external storage battery can be connected to the electrical load via the bypass path. The power supply can be configured. Thereby, the power supply failure of an electric load can be suppressed suitably.
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の電池ユニットは車両に搭載される車載電源システムに適用されるものであり、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。また、車両は、いわゆるアイドリングストップ機能を有している。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Embodiments of the invention will be described below with reference to the drawings. The battery unit of this embodiment is applied to an in-vehicle power supply system mounted on a vehicle, and the vehicle travels using an engine (internal combustion engine) as a drive source. The vehicle has a so-called idling stop function.
図1に示すように、本電源システムは、回転機10、鉛蓄電池20、リチウムイオン蓄電池30、スタータ41、各種の電気負荷42,43、第1スイッチとしてのP−MOSスイッチ51、第2スイッチとしてのP−SMRスイッチ52、第3スイッチとしてのS−MOSスイッチ53、第4スイッチとしてのS−SMRスイッチ54を備えている。
As shown in FIG. 1, this power supply system includes a
このうち、リチウムイオン蓄電池30と各スイッチ51〜56とは筐体(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。また、電池ユニットUは、電池制御手段を構成する制御部60を有しており、各スイッチ51〜56と制御部60とは同一の基板に実装された状態で筐体内に収容されている。
Among these, the lithium
電池ユニットUには外部端子として第1端子P1、第2端子P2、第3端子P3が設けられており、第1端子P1には鉛蓄電池20とスタータ41と電気負荷42とが接続され、第2端子P2には回転機10が接続され、第3端子P3には電気負荷43が接続されるようになっている。この場合、第1端子P1にはハーネスH1を介して鉛蓄電池20等が接続され、第2端子P2にはハーネスH2を介して回転機10が接続され、第3端子P3にはハーネスH3を介して電気負荷43が接続される。第1端子P1と第2端子P2とは、いずれも回転機10の入出力の電流が流れる大電流入出力端子となっている。
The battery unit U is provided with a first terminal P1, a second terminal P2, and a third terminal P3 as external terminals. The
回転機10の回転軸は、図示しないエンジンのクランク軸に対してベルト等により駆動連結されており、クランク軸の回転によって回転機10の回転軸が回転するとともに、回転機10の回転軸の回転によってクランク軸が回転する。この場合、回転機10は、クランク軸の回転により発電(回生発電)を行う発電機能と、クランク軸に回転力を付与する動力出力機能とを備え、ISG(Integrated Starter Generator)を構成するものとなっている。また、回転機10の動力出力について言えば、アイドリングストップ制御でエンジン再始動が行われる場合に、回転機10によりエンジンが再始動される。また、車両走行時において回転機10による出力補助(アシスト)が可能となっている。
The rotating shaft of the
鉛蓄電池20とリチウムイオン蓄電池30とは回転機10に対して並列に電気接続されており、回転機10の発電電力により各蓄電池20,30の充電が可能となっている。また、回転機10は、各蓄電池20,30からの給電により駆動されるものとなっている。
The
鉛蓄電池20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30は、鉛蓄電池20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30は、複数の電池セル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20が「外部蓄電池」に相当し、リチウムイオン蓄電池30が「内部蓄電池」に相当する。
The
電池ユニットU内には、ユニット内電気経路として、各端子P1〜P3及びリチウムイオン蓄電池30を相互に接続する複数の接続経路L1〜L4が設けられている。このうち、
・第1接続経路L1は、第1端子P1と第2端子P2とを接続する電気経路であり、
・第2接続経路L2は、第1接続経路L1上の接続点N1とリチウムイオン蓄電池30とを接続する電気経路であり、
・第3接続経路L3は、第1接続経路L1上の接続点N2と第3端子P3とを接続する電気経路であり、
・第4接続経路L4は、第2接続経路L2の接続点N3と第3接続経路L3の接続点N4とを接続する電気経路である。
このうち第1接続経路L1と第2接続経路L2とが「主接続経路」に相当し、第3接続経路L3と第4接続経路L4とが「副接続経路」に相当する。
In the battery unit U, a plurality of connection paths L <b> 1 to L <b> 4 for connecting the terminals P <b> 1 to P <b> 3 and the lithium
The first connection path L1 is an electrical path that connects the first terminal P1 and the second terminal P2,
The second connection path L2 is an electrical path that connects the connection point N1 on the first connection path L1 and the lithium
The third connection path L3 is an electrical path that connects the connection point N2 on the first connection path L1 and the third terminal P3,
The fourth connection path L4 is an electrical path that connects the connection point N3 of the second connection path L2 and the connection point N4 of the third connection path L3.
Among these, the first connection path L1 and the second connection path L2 correspond to “main connection paths”, and the third connection path L3 and the fourth connection path L4 correspond to “sub connection paths”.
そして、
・第1接続経路L1(詳しくはN1−N2の間)にP−MOSスイッチ51が設けられ、
・第2接続経路L2(詳しくはN1−N3の間)にP−SMRスイッチ52が設けられ、
・第3接続経路L3(詳しくはN2−N4の間)にS−MOSスイッチ53が設けられ、
・第4接続経路L4(詳しくはN3−N4の間)にS−SMRスイッチ54が設けられている。
これら各スイッチ51〜54は、いずれも2×n個のMOSFET(半導体スイッチ)を備え、その2つ一組のMOSFETの寄生ダイオードが互いに逆向きになるように直列に接続されている。この寄生ダイオードによって、各スイッチ51〜54をオフ状態とした場合にそのスイッチが設けられた経路に流れる電流が完全に遮断される。なお、第1接続経路L1及び第2接続経路L2には、回転機10と各蓄電池20,30との間で比較的大きな電流が流れることが想定される大電流経路である。また、第3接続経路L3及び第4接続経路L4は、接続経路L1,L2に比べて小さい電流が流れることが想定される小電流経路である。そこで、接続経路L1,L2に設けられるスイッチ51,52は、接続経路L3,L4に設けられるスイッチ53,54に比べて、許容電流量の大きなものを用いている。具体的には、スイッチ51,52として、スイッチ53,54と比べて多くのMOSFETを並列接続して用いることで、許容電流量を大きくしている。
And
A P-
A P-
An S-
An S-
Each of these
また、電池ユニットUには、ユニット内のスイッチ51,53を介さずに、鉛蓄電池20を回転機10及び電気負荷43に接続可能とするバイパス経路B1,B2が設けられている。具体的には、本実施形態の電池ユニットUには第4端子P4が設けられており、第4端子P4には、ヒューズ44を介して、鉛蓄電池20、スタータ41及び電気負荷42が接続されている。また、第4端子P4は、電池ユニットUの内部において、第1接続経路L1上の接続点N1と、第1バイパス経路B1によって接続されている。第1バイパス経路B1上には、第4端子P4と接続点N1との接続を遮断状態又は導通状態にする第1バイパススイッチ55が設けられている。
Further, the battery unit U is provided with bypass paths B1 and B2 that allow the
また、電池ユニットUの内部において、第1接続経路L1上の接続点N1と第3端子P3とを接続するように第2バイパス経路B2が設けられている。第2バイパス経路B2上には、接続点N1と第3端子P3との接続を遮断状態又は導通状態にする第2バイパススイッチ56が設けられている。 Further, in the battery unit U, a second bypass path B2 is provided so as to connect the connection point N1 on the first connection path L1 and the third terminal P3. A second bypass switch 56 is provided on the second bypass path B2 to turn off the connection between the connection point N1 and the third terminal P3.
第1バイパススイッチ55及び第2バイパススイッチ56は、常閉式のリレースイッチである。第1バイパス経路B1により、P−MOSスイッチ51を迂回して鉛蓄電池20と回転機10及びリチウムイオン蓄電池30とが接続される。また、第1バイパス経路B1と第2バイパス経路B2とが直列接続されることにより、S−MOSスイッチ53を迂回して鉛蓄電池20と電気負荷43とが接続される。
The
制御部60は、各スイッチ51〜54のオン(閉鎖)とオフ(開放)との切替を行う。例えば、各蓄電池20,30の放電時において、スイッチ51〜54は、基本的に鉛蓄電池20及びリチウムイオン蓄電池30の接続を遮断するように制御され、鉛蓄電池20からリチウムイオン蓄電池30に電流が流れること、及び、リチウムイオン蓄電池30から鉛蓄電池20に対して電流が流れることが抑制される。これにより、両方の蓄電池間で電流が流れることに伴う電力損失を抑制することができる。
The
また、制御部60は、電池ユニット外のECU70(電子制御装置)に接続されている。つまり、これら制御部60及びECU70は、CAN等の通信ネットワークにより接続されて相互に通信可能となっており、制御部60及びECU70に記憶される各種データが互いに共有できるものとなっている。ECU70は、アイドリングストップ制御を実施する。アイドリングストップ制御とは、周知のとおり所定の自動停止条件の成立によりエンジンを自動停止させ、かつその自動停止状態下で所定の再始動条件の成立によりエンジンを再始動させるものである。
The
電気負荷43は、供給電力の電圧が概ね一定であるか、又は、電圧変動が所定範囲内であり安定していることが要求される定電圧要求電気負荷である。電気負荷43には、S−MOSスイッチ53を介して鉛蓄電池20が接続されるとともに、S−SMRスイッチ54を介してリチウムイオン蓄電池30が接続されており、鉛蓄電池20及びリチウムイオン蓄電池30のいずれかからの給電が行われるようになっている。ただし本実施形態では、定電圧要求電気負荷である電気負荷43への電力供給は、主にリチウムイオン蓄電池30が分担することとしている。
The
電気負荷43の具体例としては車載ナビゲーション装置や車載オーディオ装置が挙げられる。例えば、供給電力の電圧が一定ではなく大きく変動している場合、又は、前記所定範囲を超えて大きく変動している場合には、電圧が瞬時的に最低動作電圧よりも低下して、車載ナビゲーション装置等の動作がリセットする不具合が生じる。そこで、電気負荷43へ供給される電力は、電圧が最低動作電圧よりも低下することのない一定の値に安定していることが要求される。
Specific examples of the
電気負荷42は、電気負荷43(定電圧要求電気負荷)及びスタータ41以外の一般的な電気負荷である。電気負荷42の具体例としてはヘッドライト、フロントウインドシールド等のワイパ、空調装置の送風ファン、リヤウインドシールドのデフロスタ用ヒータ等が挙げられる。また、電気負荷42には、所定の駆動条件が成立することで停止状態から駆動状態に移行し、その条件が成立しなくなると停止状態に戻る駆動負荷が含まれる。駆動負荷は例えば、パワーステアリングや、パワーウィンドウなどである。スタータ41及び電気負荷42は、P−MOSスイッチ51に対して鉛蓄電池20の側に電気接続されており、スタータ41及び電気負荷42への電力供給は主に鉛蓄電池20が分担することとしている。
The
回転機10は、エンジンのクランク軸の回転エネルギにより発電するものである。回転機10で発電した電力は、電気負荷42,43へ供給されるとともに、鉛蓄電池20及びリチウムイオン蓄電池30へ供給される。エンジンの駆動が停止して回転機10で発電が実施されていない場合には、鉛蓄電池20及びリチウムイオン蓄電池30から回転機10、スタータ41及び電気負荷42,43へ電力が供給される。各蓄電池20,30から回転機10、スタータ41及び電気負荷42〜43への放電量、及び、回転機10から各蓄電池20,30への充電量は、各蓄電池20,30のSOC(State of charge:充電状態、即ち、満充電時の充電量に対する実際の充電量の割合)が過充放電とならない範囲(適正範囲)となるよう制御される。
The rotating
制御部60は、リチウムイオン蓄電池30の温度、出力電圧及び充放電電流を検出し、その検出値に基づいてリチウムイオン蓄電池30のSOCを算出する。また、制御部60は、鉛蓄電池20の温度、出力電圧及び充放電電流を検出し、その検出値に基づいて鉛蓄電池20のSOCを算出する。制御部60は、各蓄電池のSOCに基づいて各スイッチ51〜54を開閉し、そのSOCが適正範囲となるように制御を行う。また、各スイッチ51〜54にはそれぞれ電流センサが設けられており、制御部60は、各スイッチ51〜54に流れる電流の検出値をそれぞれ取得する。また、電池ユニットUの端子P1〜P3には電圧センサが設けられており、制御部60は端子P1〜P3の電圧の検出値をそれぞれ取得する。
本実施形態では、車両の回生エネルギにより回転機10を発電させて両蓄電池20,30(主にはリチウムイオン蓄電池30)に充電させる減速回生を行っている。この減速回生は、車両が減速状態であること、エンジンへの燃料噴射をカットしていること等の条件が成立した時にECU70の制御により実施される。
In the present embodiment, the decelerating regeneration is performed in which the rotating
ここで、両蓄電池20,30は回転機10に対して並列接続されている。このため、回転機10により発電された電力を充電する際には、端子電圧の低い方の蓄電池に対して優先的に充電がなされることになる。回生発電時には、リチウムイオン蓄電池30の端子電圧が鉛蓄電池20の端子電圧より低くなる機会が多くなるようにして、鉛蓄電池20よりも優先してリチウムイオン蓄電池30に対する充電が実施されるようになっている。こうした設定は、両蓄電池20,30の開放端電圧及び内部抵抗値を設定することで実現可能であり、開放端電圧の設定は、リチウムイオン蓄電池30の正極活物質、負極活物質及び電解液を選定することで実現可能である。
Here, both the
また、本実施形態では、アイドリングストップ制御によりエンジンを自動停止させた後、回転機10の駆動によりエンジンを自動で再始動させる。更に、その再始動の後には、車両の速度が所定速度に達するまで、回転機10によってクランク軸にトルクを付与する出力補助(発進アシスト)を実施する。また、車両の走行中において、ドライバによりアクセルペダルが踏み込まれて車両の加速を実施する際、回転機10によってクランク軸にトルクを付与する出力補助(中間アシスト)を実施する。中間アシストは、登り急斜面を走行するときのように、クランク軸に高出力が要求される状況下においても実施される。発進アシスト及び中間アシストは共にECU70の制御により実施される。発進アシスト及び中間アシストを実施することで、車両の燃費を向上させることができる。
In the present embodiment, the engine is automatically stopped by idling stop control, and then the engine is automatically restarted by driving the rotating
始動時、発進アシスト時、及び、中間アシスト時において、回転機10の駆動に伴い、回転機10がクランク軸に対して付与するトルクの量に応じた電流が回転機10に対して電力を供給する蓄電池に流れる。この電流及び蓄電池の内部抵抗によって蓄電池の出力電圧が低下する。この回転機10が付与するトルクに応じた蓄電池の出力電圧の低下により、定電圧要求電気負荷43に供給される電力の電圧も一時的に低下し、予期せぬ動作のリセットが発生するおそれがある。
A current corresponding to the amount of torque that the rotating
そこで、本実施形態では、制御部60が各スイッチ51〜54の状態を車両の走行状態に応じて適切に制御することで、車両の走行中に定電圧要求電気負荷43の動作がリセットされる不具合を抑制する。具体的には、各スイッチ51〜54は、下記第1状態〜第5状態とされる。
Therefore, in the present embodiment, the
図2に示す第1状態では、スイッチ51,52,54がオン状態とされ、S−MOSスイッチ53のみがオフ状態とされている。この第1状態では、鉛蓄電池20とリチウムイオン蓄電池30とが導通状態とされ、両蓄電池20,30と回転機10及び電気負荷43とが導通状態とされる。回生発電時には、両蓄電池20,30に対して充電を行うべくスイッチ状態を第1状態とする。また、アイドリングストップ再始動後の発進アシスト時においても、スイッチ状態を第1状態とする。
In the first state shown in FIG. 2, the
図3に示す第2状態では、スイッチ51,54がオン状態とされ、スイッチ52,53がオフ状態とされている。この第2状態では、鉛蓄電池20と回転機10とが導通状態とされ、電気負荷43とリチウムイオン蓄電池30とが導通状態とされる。また、鉛蓄電池20とリチウムイオン蓄電池30とが遮断状態とされる。回転機10によるアシストを行わない走行時(通常走行時)、アイドリングストップにおけるエンジン停止時、及び、アイドリングストップにおけるエンジン再始動時には、電気負荷43に供給される電力の電圧の安定化を目的としてスイッチ状態を第2状態とする。
In the second state shown in FIG. 3, the
図4に示す第3状態では、スイッチ52,54がオン状態とされ、スイッチ51,53オフ状態とされている。この第3状態では、回転機10及び電気負荷43とリチウムイオン蓄電池30とが導通状態とされる。また、鉛蓄電池20とリチウムイオン蓄電池30とが遮断状態とされる。リチウムイオン蓄電池30から回転機10に対して電力供給を行い、リチウムイオン蓄電池30の残存容量(充電率)を低下させて、回生発電時において生じる電力をリチウムイオン蓄電池30により多く充電することを目的として、中間アシスト時には、基本的にスイッチ状態を第3状態とする。
In the third state shown in FIG. 4, the
図5に示す第4状態では、スイッチ51,53がオン状態とされ、スイッチ52,54がオフ状態とされている。この第4状態では、回転機10及び電気負荷43と鉛蓄電池20とが導通状態とされる。また、鉛蓄電池20とリチウムイオン蓄電池30とが遮断状態とされる。リチウムイオン蓄電池30の過放電を防止すべく、IGオン直後及び冷間始動時、及び、リチウムイオン蓄電池30の残存容量が低下した場合には、スイッチ状態を第4状態とする。
In the fourth state shown in FIG. 5, the
図6に示す第5状態では、スイッチ52,53がオン状態とされ、スイッチ51,54がオフ状態とされている。この第5状態では、回転機10とリチウムイオン蓄電池30とが導通状態とされ、電気負荷43と鉛蓄電池20とが導通状態とされる。また、鉛蓄電池20とリチウムイオン蓄電池30とが遮断状態とされる。中間アシスト時において、回転機10に流れる電流が所定量以上であり、リチウムイオン蓄電池30の出力電圧が大きく低下する場合には、スイッチ状態を第5状態とする。
In the fifth state shown in FIG. 6, the
上述の通り、第1状態では、鉛蓄電池20とリチウムイオン蓄電池30とが導通状態とされ、鉛蓄電池20及びリチウムイオン蓄電池30と回転機10及び電気負荷43とが導通状態とされる。また、第2〜第5状態では、鉛蓄電池20とリチウムイオン蓄電池30とが遮断状態とされ、回転機10及び電気負荷43のそれぞれが、鉛蓄電池20及びリチウムイオン蓄電池30のいずれか一方と導通状態とされる。
As described above, in the first state, the
ここで、車載電源システムがIGオン状態とされている間に、P−MOSスイッチ51に開異常(常時オフ異常)が生じると、鉛蓄電池20に対して回転機10から電力供給を実施することができない。この場合、鉛蓄電池20から電気負荷42に電力が供給され続ける結果、鉛蓄電池20の充電率が低下していき、電気負荷42はやがて電源失陥となる。そこで、第1バイパス経路B1を介して鉛蓄電池20と回転機10とを接続する構成にした。これにより、P−MOSスイッチ51に開異常が生じた場合に、第1バイパススイッチ55をオン状態とすることで、回転機10から鉛蓄電池20に対する電力供給が可能になる。
Here, if an open abnormality (always off abnormality) occurs in the P-
上記図2〜6に示した通り、S−MOSスイッチ53とS−SMRスイッチ54は、いずれか一方がオン状態とされる。これにより、鉛蓄電池20又はリチウムイオン蓄電池30から電気負荷43に対して電力が供給される。ここで、車載電源システムがIGオン状態とされている間に、開異常などが原因でS−MOSスイッチ53及びS−SMRスイッチ54が共にオフ状態とされると、鉛蓄電池20及びリチウムイオン蓄電池30のそれぞれから電気負荷43に対する電力供給をすることができず、電気負荷43が電源失陥となる。そこで、第1バイパス経路B1及び第2バイパス経路B2を介して鉛蓄電池20と電気負荷43とを接続し、さらに、S−MOSスイッチ53及びS−SMRスイッチ54が共に共にオフ状態とされたことを条件として、両バイパススイッチ55,56をオン状態とする構成とした。これにより、鉛蓄電池20から電気負荷43に対する電力供給が可能になり、電気負荷43における電源失陥を抑制することができる。
As shown in FIGS. 2 to 6, one of the S-
また、車載電源システムがIGオフ状態における電気負荷42,43への電力供給(いわゆる暗電流供給)は、リチウムイオン蓄電池30が過放電となることを抑制するために、鉛蓄電池20から行われることが望ましい。これは、リチウムイオン蓄電池が鉛蓄電池に比べて過放電による劣化度合いが大きいからである。また、MOS−FETを駆動するために要する電力消費(例えば、ゲート・リーク電流による電力消費)を抑制するために、暗電流供給中はスイッチ51〜54はオフ状態とすることが望ましい。
In addition, power supply (so-called dark current supply) to the
そこで、IGオフ時には、第1バイパス経路B1及び第2バイパス経路B2を介して、鉛蓄電池20から電気負荷43への電力供給を実施する構成とした。第1バイパス経路B1及び第2バイパス経路B2上に設けられている第1バイパススイッチ55及び第2バイパススイッチ56は、常閉式のリレースイッチであるため、リレースイッチを駆動するための電流が停止されるとオン状態となる。つまり、暗電流供給時において、スイッチを導通状態に保つことに伴う電力消費を抑制することができる。
Thus, when the IG is off, power is supplied from the
また、電池ユニットUの第4端子P4と、第1端子P1及び鉛蓄電池20が接続される接続点N5との間には、ヒューズ44が設けられている。第1バイパススイッチ55がオン状態とされている間に第2端子P2又はハーネスH2に地絡が生じると、鉛蓄電池20から地絡が生じた点に対して大電流が流れる。また、第1バイパススイッチ55及び第2バイパススイッチ56がオン状態とされている間に第3端子P3又はハーネスH3に地絡が生じると、鉛蓄電池20から地絡が生じた点に対して大電流が流れる。このような大電流が流れる場合にヒューズ44が溶断されることで、大電流が流れ続けることに伴う二次的な故障を抑制することができる。
Further, a
ここで、バイパス経路B1,B2は直列接続されているため、バイパス経路B1,B2それぞれに対してヒューズ44を設ける必要がなく部品点数を削減することができる。なお、ヒューズ44を電池ユニットUの外部に設ける構成としているため、ヒューズ44が溶断された場合に容易に交換が可能である。
Here, since the bypass paths B1 and B2 are connected in series, it is not necessary to provide the
図7に本実施形態におけるバイパススイッチ制御処理を示す。本処理は、制御部60によって所定周期ごとに行われる。
FIG. 7 shows a bypass switch control process in the present embodiment. This process is performed by the
ステップS11において、車載電源システムがIGオン状態か否かを判定する。IGオフ状態であると判定されると(S11:NO)、ステップS12において、両バイパススイッチ55,56を共にオン状態として処理を終了する。なお、ここではIGオフ中も本処理の実施が可能であることを想定しているが、IGオフ中に処理の実施が中止されている場合には、制御部60からの信号出力がないことで、両バイパススイッチ55,56が共にオン状態にされる。
In step S11, it is determined whether or not the in-vehicle power supply system is in an IG on state. If it is determined that the IG is off (S11: NO), both bypass switches 55 and 56 are both turned on in step S12, and the process is terminated. Here, it is assumed that the present process can be performed even while the IG is off. However, if the process is suspended while the IG is off, there is no signal output from the
車載電源システムがIGオン状態であると判定されると(S11:YES)、ステップS13において、P−MOSスイッチ51に開異常が生じているか否かを判定する。なお、P−MOSスイッチ51の開異常は、P−MOSスイッチ51がオン状態となるように信号を送信しているにも関わらずP−MOSスイッチ51に流れる電流が0Aであることなどに基づいて判定することができる。
If it is determined that the in-vehicle power supply system is in the IG on state (S11: YES), it is determined in step S13 whether an open abnormality has occurred in the P-
P−MOSスイッチ51に開異常が生じていないと判定されると(S13:NO)、ステップS14において、S−MOSスイッチ53及びS−SMRスイッチ54が共にオフ状態にされている否かを判定する。スイッチ53,54が共にオフ状態にされていないと判定されると(S14:NO)、ステップS15において、両バイパススイッチ55,56をオフ状態として処理を終了する。
If it is determined that an open abnormality has not occurred in the P-MOS switch 51 (S13: NO), it is determined in step S14 whether or not both the S-
P−MOSスイッチ51に開異常が生じていると判定されると(S13:YES)、ステップS16において、第1バイパススイッチ55をオン状態として処理を終了する。また、S−MOSスイッチ53及びS−SMRスイッチ54が共にオフ状態にされていると判定されると(S14:YES)、ステップS17において第2バイパススイッチ56をオン状態として処理を終了する。
If it is determined that an open abnormality has occurred in the P-MOS switch 51 (S13: YES), in step S16, the
(その他の実施形態)
・上記実施形態では、第4端子P4と第1接続経路L1上の接続点N1とを接続する第1バイパス経路B1と、接続点N1と第3端子P3とを接続する第2バイパス経路B2とが直列接続されることで、S−MOSスイッチ53を迂回して鉛蓄電池20と電気負荷43とを接続する構成とした。
(Other embodiments)
In the above embodiment, the first bypass path B1 that connects the fourth terminal P4 and the connection point N1 on the first connection path L1, and the second bypass path B2 that connects the connection point N1 and the third terminal P3. Are connected in series to bypass the S-
これを変更し、第2バイパス経路B2に代えて、鉛蓄電池20と電気負荷43とを直接接続する第3バイパス経路B3を設ける構成としてもよい。具体的には、図8に示すように電池ユニットUに鉛蓄電池20が接続される第5端子P5を設け、電池ユニットUの内部に第3端子P3と第5端子P5とを接続する第3バイパス経路B3を設ける構成とする。第3端子P3と第5端子P5とを接続する第3バイパス経路B3上には、バイパススイッチ57を設けている。この構成においても、鉛蓄電池20から電気負荷43に対し、S−MOSスイッチ53を迂回して電力供給を実施できる。
It is good also as a structure which replaces 2nd bypass path | route B2 and provides 3rd bypass path | route B3 which connects the
また、この構成では、P−MOSスイッチ51を迂回する第1バイパス経路B1と、S−MOSスイッチ53を迂回する第3バイパス経路B3のそれぞれに対してヒューズ44,45を設ける構成としている。具体的には、第4端子P4と鉛蓄電池20との間にヒューズ44を設けるとともに、第5端子P5と鉛蓄電池20との間にヒューズ45を設ける構成としている。
In this configuration, fuses 44 and 45 are provided for the first bypass path B1 that bypasses the P-
また、上記のように第3端子P3と第5端子P5とを接続するバイパス経路を設ける構成では、第1バイパス経路B1を省略してもよい。 Further, in the configuration in which the bypass path that connects the third terminal P3 and the fifth terminal P5 is provided as described above, the first bypass path B1 may be omitted.
・上記実施形態では、フェールセーフ処理として、P−MOSスイッチ51に開異常が生じたときに、第1バイパススイッチ55をオン状態に、S−MOSスイッチ53及びS−SMRスイッチ54が共にオフ状態とされた場合に第2バイパススイッチ56をオン状態にする構成とした。これを変更し、フェールセーフ処理として、電池ユニットUに何らかの異常が発生したことを条件に、スイッチ51〜54を全てオフ状態とし、両バイパススイッチ55,56を共にオン状態とする構成としてもよい。例えば、P−MOSスイッチ51に開異常が生じた場合に、両バイパススイッチ55,56を共にオン状態とする構成としてもよい。また、S−MOSスイッチ53及びS−SMRスイッチ54が共にオフ状態とされた場合に、両バイパススイッチ55,56を共にオン状態とする構成としてもよい。
In the above embodiment, as fail-safe processing, when the P-
・バイパススイッチ55,56としてリレースイッチに代えて、MOS−FETなどの半導体スイッチを用いてもよい。また、バイパススイッチ55,56にリレースイッチを用いる場合において、常閉式のリレースイッチに代えて、常開式のリレースイッチを用いてもよい。 A semiconductor switch such as a MOS-FET may be used as the bypass switches 55 and 56 instead of the relay switch. When relay switches are used for the bypass switches 55 and 56, a normally open relay switch may be used instead of the normally closed relay switch.
・S−SMRスイッチ54を省略する構成としてもよい。
The S-
・電池ユニットUに内蔵される内部蓄電池としてリチウムイオン蓄電池以外のものを用いてもよく、電池ユニットUの第1端子P1に接続される外部蓄電池として鉛蓄電池以外のものを用いてもよい。例えば、内部蓄電池及び外部蓄電池が共に鉛蓄電池であってもよいし、共にリチウムイオン蓄電池であってもよい。 A battery other than the lithium ion battery may be used as the internal storage battery built in the battery unit U, and a battery other than the lead storage battery may be used as the external storage battery connected to the first terminal P1 of the battery unit U. For example, both the internal storage battery and the external storage battery may be lead storage batteries, or may be both lithium ion storage batteries.
10…回転機、20…鉛蓄電池(外部蓄電池)、30…リチウムイオン蓄電池(内部蓄電池)、43…電気負荷、51…P−MOSスイッチ、52…P−SMRスイッチ、53…S−MOSスイッチ、55…第1バイパススイッチ、56…第2バイパススイッチ、57…第3バイパススイッチ、B1…第1バイパス経路、B2…第2バイパス経路、B3…第3バイパス経路、L1…第1接続経路、L2…第2接続経路、L3…第3接続経路、L4…第4接続経路、N1…接続点、N2…接続点、N3…接続点、P1…第1端子、P2…第2端子、P3…第3端子、U…電池ユニット。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記第1端子と前記第2端子とを接続するとともに、それら両端子の間の電池接続点(N1)に前記内部蓄電池を接続する主接続経路(L1,L2)と、
前記主接続経路において前記第1端子と前記第2端子との間に設けられる第1スイッチ(51)と、
前記主接続経路において前記電池接続点と前記内部蓄電池とを接続する経路(L2)に設けられる第2スイッチ(52)と、
前記内部蓄電池又は前記外部蓄電池から前記電気負荷に対しての給電を可能とする副接続経路(L3,L4)と、
前記副接続経路において前記内部蓄電池及び前記第2スイッチの間の接続点(N3)と前記第3端子とを接続する経路(L4)と、
前記副接続経路において前記第1端子及び前記第1スイッチの間の中間点(N2)と前記第3端子とを接続する経路(L3)に設けられる第3スイッチ(53)と、
前記第3スイッチを迂回して、前記外部蓄電池から前記第3端子に接続される前記電気負荷へ給電を可能とするバイパス経路(B1,B2,B3)と、
前記バイパス経路上に設けられたバイパススイッチ(55,56,57)と、
を備えることを特徴とする電池ユニット。 An internal storage battery (30) is provided, an external storage battery (20) is connected to the first terminal (P1), a rotating machine (10) having a power generation function is connected to the second terminal (P2), and a third terminal (P3) A battery unit (U) to which an electrical load (43) is connected,
A main connection path (L1, L2) for connecting the first storage terminal and the second terminal, and connecting the internal storage battery to a battery connection point (N1) between the two terminals;
A first switch (51) provided between the first terminal and the second terminal in the main connection path;
A second switch (52) provided in a path (L2) for connecting the battery connection point and the internal storage battery in the main connection path;
Sub-connection paths (L3, L4) that enable power supply to the electrical load from the internal storage battery or the external storage battery;
A path (L4) for connecting a connection point (N3) between the internal storage battery and the second switch and the third terminal in the sub-connection path;
A third switch (53) provided in a path (L3) connecting the intermediate point (N2) between the first terminal and the first switch and the third terminal in the sub-connection path;
A bypass path (B1, B2, B3) that bypasses the third switch and enables power supply from the external storage battery to the electrical load connected to the third terminal;
Bypass switches (55, 56, 57) provided on the bypass path;
A battery unit comprising:
前記第1バイパス経路は、前記第1スイッチを迂回するように前記外部蓄電池と前記電池接続点とを接続するように設けられ、
前記第2バイパス経路は、前記電池接続点と前記第3端子との間に設けられ、
前記バイパススイッチとして、前記第1バイパス経路上に設けられた第1バイパススイッチ(55)と、前記第2バイパス経路上に設けられた第2バイパススイッチ(56)と、を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の電池ユニット。 The bypass path includes a first bypass path (B1) and a second bypass path (B2) connected in series with each other,
The first bypass path is provided to connect the external storage battery and the battery connection point so as to bypass the first switch,
The second bypass path is provided between the battery connection point and the third terminal,
The bypass switch includes a first bypass switch (55) provided on the first bypass path and a second bypass switch (56) provided on the second bypass path. The battery unit according to claim 1 or 2.
前記第3スイッチ及び前記第4スイッチがそれぞれ開状態とされたことを条件として、前記第1バイパススイッチ及び前記第2バイパススイッチを閉状態に制御する制御手段(60)と、
を備えることを特徴とする請求項3に記載の電池ユニット。 A fourth switch (54) provided in a path connecting the connection point (N3) between the internal storage battery and the second switch and the third terminal in the sub-connection path;
Control means (60) for controlling the first bypass switch and the second bypass switch to a closed state on condition that the third switch and the fourth switch are respectively opened;
The battery unit according to claim 3, comprising:
前記電池ユニットは、前記外部蓄電池と接続される第4端子(P4)を備え、
前記第1バイパス経路は、一端が前記第4端子に接続されていることで、前記第1スイッチを迂回するように前記外部蓄電池と前記電池接続点とを接続するように設けられるものであり、
前記第4端子と前記外部蓄電池との間にヒューズ(44)を備えることを特徴とする電源システム。 A power supply system comprising the battery unit according to claim 3 or 4, the external storage battery connected to the first terminal, and the rotating machine connected to the second terminal,
The battery unit includes a fourth terminal (P4) connected to the external storage battery,
The first bypass path is provided to connect the external storage battery and the battery connection point so as to bypass the first switch because one end is connected to the fourth terminal.
A power supply system comprising a fuse (44) between the fourth terminal and the external storage battery.
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