JP6361564B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される電源装置に関するものである。

車両に搭載される電源装置として、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電力を供給する構成が知られている。

例えば特許文献１では、発電機に対して並列接続された鉛蓄電池とリチウムイオン蓄電池の２電源を備える電源システムにおいて、各蓄電池が過充電や過放電の状態とならないように、各蓄電池の充放電を制御している。

特開２０１１−２３０６１８号公報

鉛蓄電池とリチウムイオン蓄電池との充放電が繰り返し行われる場合、各蓄電池の充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）に差が生じる可能性がある。また蓄電池の各々において過充電、過放電となる電圧が異なる場合がある。そのため、各蓄電池の充電時には、一の蓄電池のＳＯＣが過充電状態（過放電状態)となることを避けるために、他の蓄電池の充電を停止すると、他の蓄電池が未だ充電可能な状態であるのに、その充電状態が制限されることが生じうる。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、複数の蓄電池の状態をより適切に制御できる電源装置を提供することを主たる目的とする。

第１の発明は、発電機能を備えた回転電機（１０）に対して並列接続された第１蓄電池（１１）と第２蓄電池（１２）とを備える電源システムにおいて、前記第２蓄電池に直列接続され、少なくとも２つの半導体スイッチ部（３１、３２）の並列接続体を備えると共に、前記回転電機と前記第２蓄電池との間の前記第１蓄電池側との分岐点（Ｎ２）よりも前記第２蓄電池側に設けられた第１スイッチ部（３０）と、前記第１スイッチ部が備える前記半導体スイッチ部の各々のオンオフを切り替え可能な制御手段（４０）と、を備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、第１スイッチ部の各半導体スイッチ部のオンオフを切り替えることで、第１スイッチ部の抵抗値（第１スイッチ部におけるオン抵抗の大きさ）を変えることができる。これにより、第１蓄電池側の電気経路と第２蓄電池側の電気経路との経路抵抗の比率を変えることができ、回転電機から第１蓄電池及び第２蓄電池に流入する充電電流の比率が変えられるため、第１蓄電池及び第２蓄電池を充電の優先度に応じて充電できる。

第２の発明は、前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池に並列接続された電気負荷（１４）を備え、前記制御手段は、前記半導体スイッチ部の並列接続体における少なくとも一方をオンとすることで、前記電気負荷に対して、前記第２蓄電池及び前記第１蓄電池の両方を接続した状態を保持することを特徴とする。

第２の発明によれば、第１蓄電池と第２蓄電池の両方から電気負荷に給電できるため、電源の冗長性を確保できる。

第３の発明は、前記回転電機と前記第２蓄電池との間の前記第１蓄電池側との分岐点よりも前記第１蓄電池側に設けられており、且つ少なくとも２つの半導体スイッチ部（２１、２２）の並列接続体を備える第２スイッチ部（２０）を備えており、前記制御手段は、前記第１スイッチ部が備える並列接続された全半導体スイッチ部をオン、前記第２スイッチ部が備える並列接続された半導体スイッチ部のいずれかをオフ、または、前記第１スイッチ部の並列接続された半導体スイッチのいずれか一方をオフ、前記第２スイッチ部の並列接続された全半導体スイッチ部をオンにすることを特徴とする。

第３の発明によれば、第１蓄電池側の電気経路と第２蓄電池側の電気経路それぞれの経路抵抗の比率を変えることができるため、各蓄電池への充電比率をより詳細に変えることができる。

第４の発明は、前記各半導体スイッチ部は、複数の半導体スイッチの直列接続体にて構成されており、前記制御手段は、前記各半導体スイッチを個別にオンオフすることを特徴とする。

第４の発明によれば、各半導体スイッチ部を複数の半導体スイッチの直列接続体で構成したため、複数の半導体スイッチの各々のオンオフが個別に制御されるようにすることで、第１蓄電池側の経路抵抗と第２蓄電池側の経路抵抗との比率を更にフレキシブルに変えることができ、第１蓄電池及び第２蓄電池を充電の優先度に応じてバランスよく充電する効果を高めることができる。

第５の発明は、前記各半導体スイッチ部は、一対の半導体スイッチの直列接続体にて構成されており、前記一対の半導体スイッチの各々は、互いのダイオード成分の順方向が逆向きとなるように接続されていることを特徴とする。

第５の発明によれば、半導体スイッチ部を構成する一対の半導体スイッチのアノードを互いに向かい合わせに直列接続して構成したため、一対の半導体スイッチの両方をオフとした際に、当該半導体スイッチの経路に流れる電流を遮断する効果が高められる。

第６の発明は、前記第１蓄電池の充電状態と、前記第２蓄電池の充電状態との比較により、前記第１蓄電池及び第２蓄電池の充電の優先度を判定する優先度判定手段（４０）を備え、前記制御手段は、前記優先度判定手段による充電の優先度の判定結果に基づいて、前記各半導体スイッチ部のオンオフを制御することを特徴とする。

第６の発明によれば、充電の優先度を備えることで、２つの蓄電池の充電状態をより適切に管理できる。

本実施形態の電源システムを示す電気回路図。 各蓄電池の充電の優先度の設定に関する説明図。 各蓄電池の充電の優先度の設定に関する説明図。 充電制御のフローチャート。 他の実施形態の電源システムを示す電気回路図。 他の実施形態の充電制御のフローチャート。

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。本実施形態の電源システムは、エンジン（内燃機関）を駆動源として走行する車両に搭載される。

（第１実施形態）
図１に示すように、本電源システムは、回転電機１０、鉛蓄電池１１、リチウムイオン蓄電池１２、第１電気負荷１４、第２電気負荷１３、第２スイッチ部２０、第１スイッチ部３０を備えている。このうち、リチウムイオン蓄電池１２、第２スイッチ部２０及び第１スイッチ部３０は、図示しない筐体（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４０を有しており、第２スイッチ部２０、第１スイッチ部３０及び制御部４０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。

電池ユニットＵには外部端子として第１端子Ｔ１、第２端子Ｔ２が設けられている。第１端子Ｔ１には鉛蓄電池１１と第２電気負荷１３と第１電気負荷１４とが接続され、第２端子Ｔ２には回転電機１０が接続されている。なお、端子Ｔ１，Ｔ２はいずれも回転電機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。

回転電機１０の回転軸は、図示しないエンジン出力軸に対してベルト等により駆動連結されており、エンジン出力軸の回転によって回転電機１０の回転軸が回転する一方、回転電機１０の回転軸の回転によってエンジン出力軸が回転する。この場合、回転電機１０は、エンジン出力軸や車軸の回転により発電（回生発電）を行う発電機能と、エンジン出力軸に回転力を付与する動力出力機能とを備えている。なお回転電機１０には、例えばＩＳＧ（Integrated Starter Generator）等が使用される。

鉛蓄電池１１とリチウムイオン蓄電池１２とは回転電機１０に対して並列に電気接続されており、回転電機１０の発電電力により各蓄電池１１，１２の充電が可能となっている。また、回転電機１０は、各蓄電池１１，１２からの給電により駆動されるものとなっている。

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。この場合、リチウムイオン蓄電池１２は第２蓄電池に相当し、これは鉛蓄電池１１よりも出力密度又はエネルギ密度の高い蓄電池であるとよい。

鉛蓄電池１１の構成として具体的には、正極活物質が二酸化鉛（ＰｂＯ２）、負極活物質が鉛（Ｐｂ）、電解液が硫酸（Ｈ２ＳＯ４）である。そして、これらの電極から構成された複数の電池セルを直列接続して構成されている。なお本実施形態では、鉛蓄電池１１の蓄電容量がリチウムイオン蓄電池１２の蓄電容量よりも大きくなるような設定がなされている。

一方、リチウムイオン蓄電池１２の正極活物質には、リチウムを含む酸化物（リチウム金属複合酸化物）が用いられており、具体例としては、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４等が挙げられる。リチウムイオン蓄電池１２の負極活物質には、カーボン（Ｃ）やグラファイト、チタン酸リチウム（例えばＬｉｘＴｉＯ２）、Ｓｉ又はＳｕを含有する合金等が用いられている。リチウムイオン蓄電池１２の電解液には有機電解液が用いられている。そして、これらの電極から構成された複数の電池セルを直列接続して構成されている。

なお、図１中の符号１１ａ，１２ａは、鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２の電池セル集合体を表し、符号１１ｂ，１２ｂは鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２の内部抵抗を表している。また、以下の説明において、蓄電池の開放電圧Ｖ０とは、電池セル集合体１１ａ，１２ａにより生じた電圧のことである。

電池ユニットＵには、ユニット内電気経路として、各端子Ｔ１，Ｔ２及びリチウムイオン蓄電池１２を相互に接続する第１接続経路Ｌ１，第２接続経路Ｌ２が設けられている。

そして、このうち第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間の第１接続経路Ｌ１に第２スイッチ手段としての第２スイッチ部２０が設けられ、接続点Ｎ１（分岐点）とリチウムイオン蓄電池１２との間の第２接続経路Ｌ２に第１スイッチ手段としての第１スイッチ部３０が設けられている。

第２スイッチ部２０は、２つのスイッチ部２１，２２の並列接続体として構成されている。各スイッチ部２１，２２は、一対の半導体スイッチの直列接続体として構成されている。各半導体スイッチには逆並列接続されたダイオード成分が含まれている。なお本実施形態では、半導体スイッチとしてＮチャネルＭＯＳＦＥＴを使用する例を示している。

スイッチ部２１は、２つの半導体スイッチ（以下、スイッチ２１ａ，２１ｂ）のソース端子同士を向かい合わせに直列接続して構成している。そのため、スイッチ２１ａ，２１ｂの各々が有するダイオード成分のアノードが互いに向かい合わせとなっている。スイッチ部２２は、２つの半導体スイッチ（以下、スイッチ２２ａ，２２ｂ）の互いのソース端子同士を向かい合わせに直列接続して構成している。そのため、スイッチ２２ａ，２２ｂの各々が有するダイオード成分のアノードが互いに向かい合わせとなっている。

第１スイッチ部３０は、２つのスイッチ部３１，３２の並列接続体として構成されている。スイッチ部３１は、２つの半導体スイッチ（以下、スイッチ３１ａ，３１ｂ）の互いのソース端子同士が向かい合わせに直列接続して構成している。そのため、スイッチ３１ａ，３１ｂの各々が有するダイオード成分のアノードが互いに向かい合わせとなっている。スイッチ部３２は、２つの半導体スイッチ（スイッチ３２ａ，３２ｂ）の互いのソース端子同士を互いに向かい合わせに直列接続して構成している。そのため、スイッチ３２ａ，３２ｂの各々が有するダイオード成分のアノードが互いに向かい合わせとなっている。

以上のように、各スイッチ部を、一対の半導体スイッチのアノードを互いに向かい合わせに直列接続して構成した場合、一対の半導体スイッチの両方をオフとすることで、当該半導体スイッチの経路に流れる電流を遮断する効果が高められる。

第１電気負荷１４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負荷と、定電圧負荷以外の一般負荷とを有している。

第１電気負荷１４について詳しく説明すると、定電圧要求負荷には、車両走行に関連する走行用負荷と、走行用以外の負荷とが含まれる。走行用負荷としては、ブレーキ装置、自動変速機のオイルポンプ、燃料ポンプ、電動パワーステアリング等が挙げられる。走行用以外の負荷としては、ナビゲーション装置、メータ等を表示するディスプレイ装置、オーディオ装置等が挙げられる。一般負荷には、定電圧要求負荷に比べて動作可能な電圧範囲が比較的に広い負荷であり、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。

制御部４０は、電源システムにおける各種処理を実施する。制御部４０は、電源装置外のＥＣＵ５０と接続されている。これら制御部４０及びＥＣＵ５０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４０及びＥＣＵ５０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。例えばＥＣＵ５０には、図示を略すアクセル開度センサ、ブレーキセンサ等の車両の走行状態を示す各種センサからの信号が入力され、これら各種センサの検出信号が制御部４０と共有される。

回転電機１０は、エンジン出力軸の回転エネルギにより発電する発電機を兼用するものである。具体的には、回転電機１０においてロータがエンジン出力軸により回転すると、ロータコイルに流れる励磁電流に応じてステータコイルに交流電流が誘起され、図示しない整流器により直流電流に変換される。そして、回転電機１０においてロータコイルに流れる励磁電流がレギュレータにより調整されることで、発電された直流電流の電圧が所定の電圧となるよう調整される。

回転電機１０で発電した電力は、第１電気負荷１４に供給されるとともに、鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２に供給される。エンジンの駆動が停止して回転電機１０で発電されていない時には、鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２から第１電気負荷１４に電力供給される。鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２から第１電気負荷１４への放電量、及び回転電機１０からの充電量は、ＳＯＣ（State of charge：充電状態、満充電時の充電量に対する実際の充電量の割合でもある）が過充放電とならない範囲（ＳＯＣ使用範囲）となるよう適宜調整される。

この場合、制御部４０は、鉛蓄電池１１、リチウムイオン蓄電池１２のＳＯＣを所定の使用範囲にすべく、各蓄電池１１，１２への充電量を制限して過充電保護するとともに鉛蓄電池１１，リチウムイオン蓄電池１２からの放電量を制限して過放電保護するよう保護制御を実施する。保護制御について補足しておくと、制御部４０は、鉛蓄電池１１、リチウムイオン蓄電池１２の端子電圧又は開放電圧Ｖ０(Li)の検出値を常時取得するとともに、図示しない電流検出手段により検出される鉛蓄電池１１、リチウムイオン蓄電池１２を流れる電流値を常時取得する。

そして、例えば、放電時における各蓄電池１１，１２の端子電圧がＳＯＣ使用範囲の下限値に対応する電圧（下限電圧）よりも低下する場合には、回転電機１０からの充電により、各蓄電池１１，１２の過放電保護を図るようにする。また、制御部４０は、各蓄電池１１，１２の端子電圧がＳＯＣ使用範囲の上限値に対応する電圧（上限電圧）よりも上昇しないようにして過充電保護を実施する。

ところで、各蓄電池１１，１２の充放電が繰り返し行われる場合、各蓄電池１１，１２のＳＯＣに差が生じる可能性がある。また、蓄電池１１，１２の各々において過充電（過放電）となる電圧が異なる場合には、一方の蓄電池のＳＯＣが過充電状態（過放電状態）となることを避けるために充電を停止すると（充電電圧を抑えると）、未だ充電可能な他方の蓄電池の充電状態（ＳＯＣ）が制限されてしまう。

そこで制御部４０は、鉛蓄電池１１とリチウムイオン蓄電池１２の現在の充電状態（ＳＯＣ）に応じて、各蓄電池１１，１２の充電の優先度を判定する。そしてその充電の優先度に応じて、第２スイッチ部２０及び第１スイッチ部３０が有する各スイッチ部２１，２２，３１，３２のオン（閉鎖）とオフ（開放）とを切り替える。

具体的には、回転電機１０が接続される接続点Ｎ１から鉛蓄電池１１に至る経路の経路抵抗（以下、Ｐｂ側経路抵抗と記す）と、接続点Ｎ１からリチウムイオン蓄電池１２に至る経路の経路抵抗（以下、Ｌｉ側経路抵抗と記す）との比率を変える。経路抵抗の比率が変わると、回転電機１０から各蓄電池１１，１２に流入する充電電流の比率が変わるため、各蓄電池１１，１２が充電の優先度に応じて充電されることとなる。なお、本実施形態で示す「経路抵抗」には、各半導体スイッチのオン抵抗や、各電気経路の配線抵抗等が含まれているとする。

例えば、図１の構成において、両蓄電池１１，１２の充電の優先度が同じ場合には、第２スイッチ部２０の両スイッチ部２１，２２をオン、第１スイッチ部３０の両スイッチ部３１，３２をオンにする。この場合、Ｐｂ側経路抵抗とＬｉ側経路抵抗との差が抑えられるため、両蓄電池１１，１２が同様に充電される。

鉛蓄電池１１よりもリチウムイオン蓄電池１２の充電の優先度が高い場合には、第２スイッチ部２０の一方のスイッチ部２１をオフ、他方のスイッチ部２２をオンにする。また、第１スイッチ部３０の両スイッチ部３１，３２をオンにする。この場合、Ｐｂ側経路抵抗よりもＬｉ側経路抵抗が小さくなるため、回転電機１０からの充電電流がリチウムイオン蓄電池１２に優先的に充電電流が供給され、リチウムイオン蓄電池１２が優先して充電される。

リチウムイオン蓄電池１２よりも鉛蓄電池１１の充電の優先度が高い場合には、第２スイッチ部２０の両方のスイッチ部２１，２２をオンにする。また、第１スイッチ部３０の一方のスイッチ部３１をオフ、他方のスイッチ部３２をオフにする。この場合、Ｐｂ側経路抵抗よりもＬｉ側経路抵抗が大きくなるため、回転電機１０からの充電電流が鉛蓄電池１１に優先的に供給され、鉛蓄電池１１が優先して充電される。

なお本実施形態では、制御部４０は、各スイッチ部２１，２２，３１，３２を構成する一対の半導体スイッチのオンオフの状態が同じになるように制御する。例えば、スイッチ部２１をオン状態とする場合には、スイッチ２１ａ，２１の両方をオンとし、スイッチ部２１をオフ状態とする場合には、スイッチ２１ａ，２１ｂの両方をオフとする。このように各スイッチ部２１を構成する一対の半導体スイッチの各々のオンオフを制御する場合、スイッチ部をオフとする際には、逆向きに接続されたダイオード成分によって電流を遮断する効果を高めることができる。

各蓄電池１１，１２の充電の優先度は、図示を略すＲＯＭに記憶された図２、図３の関係に基づいて制御部４０が判定する。図２は、各蓄電池１１，１２のＳＯＣ使用範囲を複数の区分に分けるものであり、本実施形態では、鉛蓄電池１１のＳＯＣ使用範囲をその上限と下限との間でＡ１、Ｂ１、Ｃ１（Ａ１＞Ｂ１＞Ｃ１）の３つに区分けしている。同様に、リチウムイオン蓄電池１２のＳＯＣ使用範囲をその上限と下限との間で、Ａ２、Ｂ２，Ｃ２（Ａ２＞Ｂ２＞Ｃ２）３つに区分けしている。

制御部４０は、各蓄電池１１，１２の現在のＳＯＣを図２の各区分に対応付けるとともに、図３の関係を用いて各蓄電池１１，１２の充電の優先度を判定する。詳しくは、鉛蓄電池１１のＳＯＣがＡ１の場合、リチウムイオン蓄電池１２のＳＯＣがＡ２であれば、両蓄電池１１，１２は同じ優先度と判定する。リチウムイオン蓄電池１２のＳＯＣがＢ２，Ｃ２であれば、リチウムイオン蓄電池１２の優先度の方が高いと判定する。

鉛蓄電池１１のＳＯＣがＢ１の場合、リチウムイオン蓄電池１２のＳＯＣがＡ２であれば、鉛蓄電池１１の優先度の方が高いと判定する。リチウムイオン蓄電池１２のＳＯＣがＢ２であれば、両蓄電池１１，１２は同じ優先度と判定する。リチウムイオン蓄電池１２のＳＯＣがＣ２であれば、リチウムイオン蓄電池１２の優先度の方が高いと判定する。

鉛蓄電池１１のＳＯＣがＣ１の場合、リチウムイオン蓄電池１２のＳＯＣがＡ２，Ｂ２であれば、鉛蓄電池１１の優先度の方が高いと判定する。リチウムイオン蓄電池１２がＣ２であれば両蓄電池１１，１２は同じ充電度と判定する。

次に制御部４０による充電制御の処理手順を図４のフローチャートを用いて説明する。以下の処理は、制御部４０が所定周期で繰り返し実施する。

図４において、各蓄電池１１，１２の充電時であるか否かを判定する（Ｓ１１）。本処理は、各蓄電池１１，１２の電流の検出結果に基づき判定できる。肯定判定した場合には、リチウムイオン蓄電池１２の充電の優先度が高いか否かを判定する（Ｓ１２）。Ｓ１２で肯定判定した場合には、第２スイッチ部２０のスイッチ部２１をオフ、スイッチ部２２をオン、第１スイッチ部３０の両スイッチ部３１，３２をオンにする（Ｓ１３）。この場合、Ｐｂ側経路抵抗よりもＬｉ側経路抵抗が小さくなるため、リチウムイオン蓄電池１２が優先して充電される。

Ｓ１２で否定判定した場合には、鉛蓄電池１１の充電の優先度が高いか否かを判定する（Ｓ１４）。Ｓ１４で肯定判定した場合には、第２スイッチ部２０の両スイッチ部２１，２２をオン、第１スイッチ部３０のスイッチ部３１をオフ、スイッチ部３２をオンにする（Ｓ１５）。この場合、Ｐｂ側経路抵抗よりもＬｉ側経路抵抗が大きくなるため、鉛蓄電池１１が優先して充電される。

Ｓ１４で否定判定した場合、すなわち、鉛蓄電池１１とリチウムイオン蓄電池１２との充電の優先度が同じ場合には、全スイッチ部２１，２２，３１，３２をオンにする（Ｓ１６）。この場合、Ｐｂ側経路抵抗とＬｉ側経路抵抗との差が抑えられて、両蓄電池１１，１２が同様に充電される。Ｓ１１で否定判定した場合、すなわち充電時でない場合には、車両の走行状態に応じて、各蓄電池１１，１２から第１電気負荷１４に放電（電力供給）をすべく、第２スイッチ部２０，第１スイッチ部３０のオンオフの状態を制御する通常制御をする（Ｓ１７）。

例えば、Ｓ１７の通常制御では、車両が定常走行状態の場合やアイドリングストップ制御によるエンジンの自動停止状態の場合には、第２スイッチ部２０（両スイッチ部２１，２２），第１スイッチ部３０（両スイッチ３１，３２）をオン状態にする。回転電機１０によるエンジン再始動時、又は回転電機１０による動力アシスト時（すなわち加速時）には、第２スイッチ部２０をオフ状態（両スイッチ部２１，２２をオフ）、第１スイッチ部３０をオン状態（両スイッチ部３１，３２をオン）にする。

上記によれば以下の優れた効果を奏することができる。

・回転電機１０に対して鉛蓄電池１１とリチウムイオン蓄電池１２とが並列接続された電源システムにおいて、回転電機１０とリチウムイオン蓄電池１２との間の電気経路において鉛蓄電池１１側との分岐点よりもリチウムイオン蓄電池１２側に、スイッチ部３１とスイッチ部３２の並列接続体を有する第１スイッチ部３０を設ける構成とした。この場合、第１スイッチ部３０の各スイッチ３１，３２のオンオフを切り替えることで、第１スイッチ部３０の抵抗値（第１スイッチ部３０のオン抵抗の大きさ）を変えることができる。これにより、鉛蓄電池１１側の電気経路とリチウムイオン蓄電池１２側の電気経路との経路抵抗の比率を変えることができ、回転電機１０から鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２に流入する充電電流の比率を変えられるため、鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２を充電の優先度に応じて充電できる。

・スイッチ部３１及びスイッチ部３２の少なくとも一方がオンとなるように制御する場合、充電の優先度に関わらず、第１電気負荷１４に対しては鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２の２電源を接続した状態を保持することができる。

・回転電機１０とリチウムイオン蓄電池１２の間の電気経路においてリチウムイオン蓄電池１２との分岐点よりも鉛蓄電池１１側に、スイッチ部２１とスイッチ部２２との並列接続体を有する第２スイッチ部２０を設ける構成とした。この場合、第２スイッチ部２０及び第１スイッチ部３０のオンオフを切り替えることで、第２スイッチ部２０及び第１スイッチ部３０の抵抗値（オン抵抗の大きさ）を変えることができる。これにより、鉛蓄電池１１側の経路抵抗とリチウムイオン蓄電池１２側の経路抵抗との比率を変えることができ、回転電機１０から各蓄電池１１，１２に流入する充電電流の比率が変えられるため、両蓄電池１１、１２を充電の優先度に応じて充電できる。

・各スイッチ部２１，２２，３１，３２を一対の半導体スイッチの直列接続体として構成する場合に、一対の半導体スイッチの各々のダイオード成分の順方向が逆向きとなるように接続するようにした。この場合、一対の半導体スイッチの両方をオフにすることで、ダイオード成分により半導体スイッチ部を介して流れる電流を遮断する効果が高められる。

・鉛蓄電池１１の充電状態とリチウムイオン蓄電池１２の充電状態の比較により判定された各蓄電池１１，１２の充電の優先度に応じて、各スイッチ部２１，２２，３１，３２のオンオフを制御することができる。

上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。なお以下の説明において上述の構成を同様の構成については同じ図番号を付し詳述は省略する。

（第２実施形態）
上記では、電池ユニットＵに第２スイッチ部２０及び第１スイッチ部３０の両方を設ける構成を例に挙げて説明したが、本実施形態ではこれを変更している。すなわち、図５に示すように、図１の第２端子Ｔ２及び第２スイッチ部２０の構成を省略するとともに、第２端子Ｔ２に接続されていた回転電機１０に代えて、第１端子Ｔ１に回転電機１０ａを接続して電池ユニットＵを構成している。例えば回転電機１０ａには、オルタネータ等が用いられる。

詳しくは、回転電機１０ａに対して鉛蓄電池１１とリチウムイオン蓄電池１２とを並列接続する。そして、回転電機１０ａとリチウムイオン蓄電池１２との間の電気経路において、鉛蓄電池１１との分岐点Ｎ２よりもリチウムイオン蓄電池１２側に、第１スイッチ部３０を設ける。

以上の構成では、第１スイッチ部３０のオンオフに関わらず、鉛蓄電池１１に対しては回転電機１０ａの充電電流が供給される。一方、リチウムイオン蓄電池１２に対しては、第１スイッチ部３０のオンオフに従って、その充電状態が切り替えられることとなる。第２実施形態ではこれを利用して、Ｐｂ側経路抵抗とＬｉ側経路抵抗との比率を切り替えて、各蓄電池１１，１２を充電の優先度に応じて充電する。

図６に、図５の電池ユニットＵにおける充電制御のフローチャートを示す。なお図６の処理は制御部４０が所定周期で繰り返し実施する。また図６において、図５の充電制御と同じ処理手順の詳細は省略する。

まず、各蓄電池１１，１２の充電時であるか否かを判定する（Ｓ２１）。肯定判定した場合には、鉛蓄電池１１の充電の優先度が高いか否かを判定する（Ｓ２２）。鉛蓄電池１１の充電の優先度が高い場合には、第１スイッチ部３０のスイッチ部３１をオフ、スイッチ部３２をオンにする。これにより、Ｐｂ側経路抵抗よりもＬｉ側経路抵抗が大きくなるため、リチウムイオン蓄電池１２よりも鉛蓄電池１１が優先して充電される。Ｓ２２で否定判定した場合には、両スイッチ部３１，３２をオンにする。この場合、Ｐｂ側経路抵抗とＬｉ側経路抵抗の差が抑えられるため、各蓄電池１１，１２が同様に充電される。なお、Ｓ２１で否定判定した場合、すなわち充電時でない場合には、車両の走行状態に応じて各蓄電池１１，１２から第１電気負荷１４に対する放電を実施すべく第１スイッチ部３０の各スイッチ部３１，３２のオンオフを制御する通常制御をする（Ｓ２５）。

上記構成によれば、第１実施形態と同様に、鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２の充電状態の差を考慮して、充電の優先度に応じて各蓄電池１１，１２の充電を適正に実施できる。

（他の実施形態）
・上記の各実施形態では、制御部４０は、スイッチ部ごとにオンオフを制御している。これ以外にも、スイッチ部を構成する個々の半導体スイッチのオンオフを個別に制御してもよい。例えば、第１実施形態の図１において、Ｐｂ側経路抵抗よりもＬｉ側経路抵抗を大きくさせる場合には、第２スイッチ部２０を構成する全スイッチ２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂをオン、第１スイッチ部３０を構成するスイッチ３１ａをオフ、スイッチ３１ｂ，３２ａ，３２ｂをオンにする。このように各スイッチ部を複数の半導体スイッチの直列接続体で構成した場合に、複数の半導体スイッチの各々のオンオフが個別に制御されるようにした場合、Ｐｂ側経路抵抗とＬｉ側経路抵抗との比率をよりフレキシブルに変えることができ、両蓄電池１１，１２を充電の優先度に応じてバランスよく充電する効果を高めることができる。

・上記の各実施形態では、第２スイッチ部２０の各スイッチ部２１，２２、第１スイッチ部３０の各スイッチ部３１，３２を２つの半導体スイッチの直列接続体で構成しているが、各スイッチ部２１，２２，３１，３２は単一の半導体スイッチで構成してもよい。または、ｎ個（ｎ＝３，４，５・・・）の半導体スイッチの直列接続体で構成してもよい。

・上記の各実施形態では、第２スイッチ部２０を２つのスイッチ部２１，２２の並列接続体、第１スイッチ部３０を２つのスイッチ部３１，３２の並列接続体で構成しているが、各スイッチ２０，３０は、ｎ個（ｎ＝２，３，４・・・）のスイッチ部の並列接続体で構成してもよい。この場合にも、各スイッチ２０，３０が有する複数のスイッチ部のうち、少なくとも一つのスイッチ部がオン状態で保持されるようにすることで、第１電気負荷１４に対しては両方の蓄電池１１，１２を接続した状態で、Ｐｂ側経路抵抗とＬｉ側経路抵抗との比率を変えることができる。

・上記の第１実施形態において、第２スイッチ部２０と第１スイッチ部３０を構成する半導体スイッチの個数は異なっていてもよい。例えば第２スイッチ部２０の各スイッチ部２１，２２を２つの半導体スイッチの直列接続体で構成し、第１スイッチ部３０の各スイッチ部３１，３２を３つの半導体スイッチの直列接続体で構成してもよい。この場合にも各蓄電池１１，１２の充電の優先度に応じて、Ｐｂ側経路抵抗とＬｉ側経路抵抗との比率が変わるように、各半導体スイッチのオンオフが切り替えられれば良い。例えば、充電の優先度の高い蓄電池の側の経路抵抗に対して、充電の優先度の低い蓄電池の側の経路抵抗が大きくなるように、充電の優先度の高い蓄電池側のスイッチよりも充電の優先度の低い蓄電池側においてオフとするスイッチ数を増加させればよい。

・上記の各実施形態では、各蓄電池１１，１２の充電の優先度に応じて、各スイッチのオンオフを切り替える例を示した。これ以外にも各蓄電池１１，１２の放電の優先度に応じて各スイッチのオンオフを切り替えることもできる。この場合、放電の優先度の高い蓄電池の側の経路抵抗が、放電の優先度の低い蓄電池の側の経路抵抗よりも高くなるように、各スイッチのオンオフが制御されればよい。

・上記の各実施形態では、第２スイッチ部２０及び第１スイッチ部３０の各々をＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成する例を示した。これ以外にも各スイッチ２０，３０は周知の半導体スイッチで構成できる。

・上記の各実施形態において、一対の半導体スイッチのダイオード成分のカソードが互いに向かい合わせとなるように接続することにより、一対の半導体スイッチの互いのダイオード成分の順方向が逆向きとなるようにしてもよい。

・上記において、電池ユニットＵは、第２スイッチ部２０及び第１スイッチ部３０の少なくともいずれかが収容されるものであってもよく、上記構成に限定されるものではない。

１０…回転電機、１１…鉛蓄電池、１２…リチウムイオン蓄電池、３０…第1スイッチ部、３１…スイッチ部、３２…スイッチ部、４０…制御部、Ｎ１…接続点、Ｎ２…分岐点。

Claims (6)

1. 発電機能を備えた回転電機（１０）に対して並列接続された第１蓄電池（１１）と第２蓄電池（１２）とを備える電源システムにおいて、
   前記第２蓄電池に直列接続され、且つ少なくとも２つの半導体スイッチ部（３１、３２）の並列接続体を備えると共に、前記回転電機と前記第２蓄電池との間の前記第１蓄電池側との分岐点（Ｎ１，Ｎ２）よりも前記第２蓄電池側に設けられた第１スイッチ部（３０）と、
   前記第１スイッチ部が備える前記半導体スイッチ部の各々のオンオフを切り替え可能な制御手段（４０）と、を備えることを特徴とする電源装置。
2. 前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池に並列接続された電気負荷（１４）を備え、
   前記制御手段は、前記半導体スイッチ部の並列接続体における少なくとも一方をオンとすることで、前記電気負荷に対して、前記第２蓄電池及び前記第１蓄電池の両方を接続した状態を保持することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記回転電機と前記第２蓄電池との間の前記第１蓄電池側との分岐点よりも前記第１蓄電池側に設けられており、且つ少なくとも２つの半導体スイッチ部（２１、２２）の並列接続体を備える第２スイッチ部（２０）を備えており、
   前記制御手段は、前記第１スイッチ部が備える並列接続された全半導体スイッチ部をオン、前記第２スイッチ部が備える並列接続された半導体スイッチ部のいずれかをオフ、または、前記第１スイッチ部の並列接続された半導体スイッチのいずれか一方をオフ、前記第２スイッチ部の並列接続された全半導体スイッチ部をオンにすることを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置。
4. 前記各半導体スイッチ部は、複数の半導体スイッチの直列接続体にて構成されており、
   前記制御手段は、前記各半導体スイッチを個別にオンオフすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源装置。
5. 前記各半導体スイッチ部は、一対の半導体スイッチの直列接続体にて構成されており、
   前記一対の半導体スイッチの各々は、互いのダイオード成分の順方向が逆向きとなるように接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電源装置。
6. 前記第１蓄電池の充電状態と、前記第２蓄電池の充電状態との比較により、前記第１蓄電池及び第２蓄電池の充電の優先度を判定する優先度判定手段（４０）を備え、
   前記制御手段は、前記優先度判定手段による充電の優先度の判定結果に基づいて、前記各半導体スイッチ部のオンオフを制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電源装置。

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