JP6627732B2 - 電源回路装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の蓄電池を有する電源システムに適用される電源回路装置に関するものである。

従来、例えば車両に搭載される車載電源システムとして、電気負荷に対して並列接続される２つの蓄電池（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。この場合、電気負荷と鉛蓄電池との間の電気経路、及び電気負荷とリチウムイオン蓄電池との間の電気経路にスイッチがそれぞれ設けられており、各スイッチの開閉により各蓄電池の放電が制御される。

また、電気負荷と鉛蓄電池との間の電気経路におけるスイッチを迂回するようにしてバイパス経路を設け、そのバイパス経路に常閉式のバイパスリレーを設ける技術が知られている（例えば特許文献１参照）。かかる技術では、車両停止中において各スイッチがオフ（開放）された状態にあっても、バイパスリレーを閉鎖状態にすることによって鉛蓄電池から電気負荷への暗電流の供給が可能となっている。

特開２０１２−１３０１０８号公報

しかしながら、車両停止中、電気負荷とリチウムイオン蓄電池との間の電気経路を遮断するスイッチが、オン故障（閉故障）している場合がある。これにより、２つの蓄電池が、バイパスリレーを介して接続される。この場合、各蓄電池の電圧差によっては、バイパスリレーなどに意図しない過剰な電流が流れ、バイパスリレーなどが故障する可能性がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、スイッチがオン故障した場合であっても、回路を保護することができる電源回路装置を提供することを主たる目的とするものである。

第１の発明は、第１蓄電池と第２蓄電池とが並列接続されている電源システムに適用される電源回路装置において、前記第１蓄電池の電力が供給される第１電気経路に設けられ、前記第１電気経路を通電又は通電遮断の状態とする第１スイッチと、前記第２蓄電池の電力が供給される第２電気経路に設けられ、前記第２電気経路を通電又は通電遮断の状態とする第２スイッチと、前記第１スイッチを迂回するバイパス経路に設けられ、前記バイパス経路を通電又は通電遮断の状態とするバイパススイッチと、前記第２スイッチのオン故障を検出する検出部と、を備え、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチがオフされるオフ期間中、前記第２スイッチのオン故障が検出されていない場合には、前記バイパススイッチにより前記バイパス経路が通電の状態とされる一方、前記第２スイッチのオン故障が検出された場合には、前記バイパススイッチにより前記バイパス経路が通電遮断の状態とされることを要旨とする。

これにより、第２スイッチがオン故障した場合、第１蓄電池と第２蓄電池とが、バイパススイッチ及び第２スイッチを介して、意図せずに接続されることを防止できる。このため、バイパススイッチ等に過剰な電流が流れることを防止し、回路を保護できる。

第２の発明では、前記バイパススイッチに対して指示信号を出力することにより、前記バイパススイッチを制御する制御部を備え、前記検出部は、前記第２電気経路に接続され、前記第２電気経路における電圧又は電流に基づき、前記第２スイッチのオン故障を示す検出信号を出力する回路であり、前記制御部は、前記検出信号を入力した場合、前記バイパス経路を通電遮断の状態とする指示信号を前記バイパススイッチに出力することを要旨とする。

これにより、バイパススイッチを制御する制御部が、検出信号に基づいてバイパススイッチを制御するため、適切にバイパス経路を通電遮断の状態とすることができる。また、例えば、オン故障したことを制御部に記憶することも可能となる。

第３の発明において、前記制御部は、各種制御を実行する起動状態又は停止状態を取りうるように構成されており、停止状態中に前記検出信号を入力した場合、起動状態となって、前記バイパススイッチを制御することを要旨とする。

これにより、制御部は、停止状態であっても、検出信号を入力することにより起動状態に移行する。このため、故障監視のために、制御部を起動状態にしておく必要がなくなり、消費電力を抑えることができる。

第４の発明では、前記電源システムの開始を指示する開始信号を入力するように外部端子と接続されているとともに、前記検出信号を入力するように前記検出部と接続されており、前記開始信号と前記検出信号のうちいずれかを入力した場合に、起動信号を前記制御部に出力する論理回路を備え、前記制御部は、各種制御を実行する起動状態又は停止状態を取りうるように構成されており、停止状態中に前記起動信号を入力した場合、起動状態となって、前記バイパススイッチを制御することを要旨とする。

これにより、開始信号を入力した場合に出力される起動信号が、検出信号が出力された場合にも出力される。このため、制御部は、起動信号を共用することにより、検出信号専用の端子を設ける必要がなくなる。また、検出信号が出力された場合であっても、起動信号によって起動状態に移行するため、起動時における制御を共通化することができる。

第５の発明において、前記制御部は、前記検出信号の入力に基づいて停止状態から起動状態に移行した場合、前記バイパス経路を通電遮断の状態とする指示信号を出力した後、停止状態となることを要旨とする。

これにより、指示信号を出力した後、停止状態に移行するため、消費電力を抑えることができる。

第６の発明では、前記検出部は、前記第２電気経路に接続され、前記第２電気経路における電圧又は電流に基づき、前記第２スイッチのオン故障を示す検出信号を出力する回路であり、前記バイパススイッチは、前記検出部と接続されており、前記検出信号を前記検出部から入力した場合、前記バイパス経路を通電遮断の状態とすることを要旨とする。

これにより、バイパススイッチに、検出信号が入力されるため、例えば制御部などが介在する場合と比較して、迅速にバイパス経路を通電遮断の状態とすることができる。

第７の発明では、前記第１蓄電池と前記第２蓄電池とが電気負荷に対して並列接続されている電源システムに適用され、前記電源システムがオフ状態とされた場合に前記第１スイッチ及び前記第２スイッチがオフされるものであり、前記バイパススイッチは、常閉式のリレースイッチであり、前記オフ期間中、前記第２スイッチのオン故障が検出されていない場合には、前記バイパススイッチにより前記バイパス経路が通電の状態とされ、前記バイパス経路を介して前記第１蓄電池から前記電気負荷に暗電流が供給されることを要旨とする。

これにより、第１蓄電池と第２蓄電池とが電気負荷に対して並列接続されている電源システムがオフ状態とされた場合に設定されるオフ期間中であっても、電気負荷にバイパス経路を介して第１蓄電池から暗電流が供給される。このため、電気負荷として、電源失陥が許容されない負荷を利用することができる。そして、第２スイッチがオフ故障した場合には、バイパススイッチを介して電流が流れないようにしている。このため、電源システムがオフ状態とされた場合に、暗電流が流れることを想定してバイパススイッチを設計することができる。

第８の発明において、前記第２スイッチは、複数のスイッチ部と、前記複数のスイッチ部にそれぞれ並列接続されたダイオードとを有し、前記複数のスイッチ部は、各スイッチ部に並列に接続された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、前記検出部は、複数のスイッチ部がオフされた状態で、複数のダイオードのいずれかに電流が流れた場合、前記第２スイッチのオン故障を検出することを要旨とする。

これにより、複数のスイッチ部を全てオフした状態において、第２電気経路における通電を完全に遮断することが可能となる。このため、いずれかのダイオードに意図しない電流が流れた場合、複数のスイッチ部のいずれかがオン故障したと検出することができる。すなわち、複数のスイッチ部のいずれかがオン故障した場合、オン故障したスイッチ部とは別のスイッチ部側のダイオードに意図しない電流が流れるので、この電流を検出することにより、オン故障を検出することができる。

電源システムを示す電気回路図。 （ａ）は、ＩＧオン状態における通電状態を示す図、（ｂ）は、ＩＧオフ状態における通電状態を示す図。 第２スイッチがオン故障した場合の通電状態を示す図。 回路保護処理を示すフローチャート。 別例の電源システムを示す電気回路図。

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。

図１に示すように、本電源システムは、第１蓄電池として鉛蓄電池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に対して発電機としてのオルタネータ１３による充電が可能となっており、また、各蓄電池１１，１２からはスタータ１４や、各種の電気負荷１５，１６への給電が可能となっている。本システムでは、オルタネータ１３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１５，１６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Ｕとして構成されている。電池ユニットＵは、出力端子Ｐ１，Ｐ２を有しており、このうち出力端子Ｐ１に鉛蓄電池１１とオルタネータ１３とスタータ１４と電気負荷１５とが接続され、出力端子Ｐ２に電気負荷１６が接続されている。

オルタネータ１３の回転軸は、ベルトなどを介して図示しないエンジン出力軸に連結されており、エンジン出力軸の回転に伴ってオルタネータ１３の回転軸が回転するように構成されている。オルタネータ１３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。

各電気負荷１５，１６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１６には、供給電力の電圧が一定、又は所定範囲内で変動す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１５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１６は被保護負荷ともいえる。また、電気負荷１６は電源失陥が許容されない負荷であり、電気負荷１５は、電気負荷１６に比べて電源失陥が許容される負荷であるともいえる。

定電圧要求負荷である電気負荷１６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１６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１５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。

次に、電池ユニットＵについて説明する。本実施形態において、電池ユニットＵは、電源回路装置として構成されている。以下、電池ユニットＵにおける電気的構成について詳しく説明する。図１に示すように、電池ユニットＵには、ユニット内電気経路として、各出力端子Ｐ１，Ｐ２を繋ぐ通電経路Ｌ１と、通電経路Ｌ１上の接続点Ｎ１とリチウムイオン蓄電池１２とを繋ぐ通電経路Ｌ２とが設けられている。このうち通電経路Ｌ１に第１スイッチＳＷ１が設けられ、通電経路Ｌ２に第２スイッチＳＷ２が設けられている。

なお、鉛蓄電池１１とリチウムイオン蓄電池１２とを接続する電気経路で言えば、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。以上により、出力端子Ｐ１から接続点Ｎ１までの電気経路が、第１電気経路となり、通電経路Ｌ２が、第２電気経路となる。

第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２は、それぞれ２つ一組の半導体スイッチ２１ａ，２１ｂ，３１ａ，３１ｂを備えている。半導体スイッチ２１ａ，２１ｂ，３１ａ，３１ｂは、ＭＯＳＦＥＴであり、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。

例えば、第２スイッチＳＷ２について詳しく説明すると、半導体スイッチ３１ａ，３１ｂが直列に接続されて構成されている。半導体スイッチ３１ａ，３１ｂは、その内部構造上必然的に整流手段を有している。つまり、半導体スイッチ３１ａの内部回路は、スイッチ部Ｓ１と寄生ダイオードＤ１とが並列に接続された回路となっている。同様に、半導体スイッチ３１ｂも、スイッチ部Ｓ２と寄生ダイオードＤ２とが並列に接続された回路となっている。そして、これらの半導体スイッチ３１ａ，３１ｂは、寄生ダイオードＤ１，Ｄ２が互いに逆向きとなるように直列に接続されている。なお、便宜上、第２スイッチＳＷ２を用いて説明したが、第１スイッチＳＷ１も同様に構成されている。また、図１では、寄生ダイオードＤ１，Ｄ２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Ｄ１，Ｄ２のカソード同士が接続されるようにしてもよい。

上記のようにして、第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２とが構成されることで、例えば第２スイッチＳＷ２がオフとなった場合、つまり半導体スイッチ３１ａ，３１ｂがオフとなった場合において、寄生ダイオードＤ１，Ｄ２を通じて電流が流れることが完全に遮断される。つまり、リチウムイオン蓄電池１２から鉛蓄電池１１の側に意図せず放電されること、及び鉛蓄電池１１の側からリチウムイオン蓄電池１２に意図せず充電されることを回避できる。

なお、半導体スイッチ２１ａ，２１ｂ，３１ａ，３１ｂ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スイッチ部として用いた場合には、上記寄生ダイオードＤ１，Ｄ２の代わりとなるダイオードを当該スイッチ部にそれぞれ並列に接続させればよい。また、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２において、２つ一組のＭＯＳＦＥＴを複数設けて、複数組のＭＯＳＦＥＴを並列に接続するようにしてもよい。

また、電池ユニットＵには、第１スイッチＳＷ１を迂回するバイパス経路Ｂ１が設けられている。バイパス経路Ｂ１の一端は、通電経路Ｌ１上において、出力端子Ｐ１と第１スイッチＳＷ１との間に存在する接続点Ｎ２に接続されている。また、バイパス経路Ｂ１の他端は、通電経路Ｌ１上において、接続点Ｎ１に接続されている。すなわち、バイパス経路Ｂ１は、通電経路Ｌ１と並列に設けられている。このバイパス経路Ｂ１によって、第１スイッチＳＷ１を介さずに、鉛蓄電池１１と電気負荷１６との接続が可能となっている。

バイパス経路Ｂ１上には、常閉式の機械式リレーからなるバイパススイッチＳＷ３が設けられている。バイパススイッチＳＷ３は、通電により励磁されるコイル４０ａと、コイル４０ａの励磁に応じて移動する可動接点４０ｂと、リレー駆動スイッチ４０ｃ等を有するリレーモジュール（リレースイッチ）である。

コイル４０ａの一端側は電源に接続されており、コイル４０ａの他端側は接地されている。コイル４０ａの通電経路にはリレー駆動スイッチ４０ｃが設けられている。リレー駆動スイッチ４０ｃがオンされることにより、コイル４０ａに電流が流れる。コイル４０ａに電流が流れて励磁されると、その磁力により可動接点４０ｂが固定接点から離れ、バイパススイッチＳＷ３が開放（オン）される。これにより、バイパス経路Ｂ１が通電遮断の状態となる。

一方、リレー駆動スイッチ４０ｃがオフされてコイル４０ａに電流が流れなくなった場合、又は電源から電力が供給されなくなった場合、戻りバネの付与勢力により、可動接点４０ｂが固定接点側に移動し、バイパススイッチＳＷ３が閉鎖（オフ）される。これにより、バイパス経路Ｂ１が通電の状態となる。

バイパススイッチＳＷ３が閉鎖されることで、第１スイッチＳＷ１がオフ（開放）されていても、バイパス経路Ｂ１を介して鉛蓄電池１１と電気負荷１６とが電気的に接続される。例えば、車両の電源スイッチ（イグニッションスイッチ）がオフされている状態（以下、ＩＧオフ状態と示す）では、バイパススイッチＳＷ３を介して電気負荷１６に対して暗電流が供給される。

電池ユニットＵは、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３のオンオフ（開閉）を制御する制御部５０を備えている。制御部５０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。制御部５０は、電源遮断後も記憶内容を保持することが可能なバックアップ用のメモリ５１を有している。また、制御部５０には、電池ユニットＵ外のＥＣＵ１００が接続されている。つまり、これら制御部５０及びＥＣＵ１００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５０及びＥＣＵ１００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。

制御部５０は、各蓄電池１１，１２の蓄電状態や、上位制御装置であるＥＣＵ１００からの指令値に基づいて、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２、ＳＷ３のオンオフを制御する。例えば、制御部５０は、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を実行する。

より詳しく説明すると、鉛蓄電池１１の通電経路には、鉛蓄電池１１のバッテリ電圧を検出する電圧センサが接続されており、リチウムイオン蓄電池１２の通電経路には、リチウムイオン蓄電池１２のバッテリ電圧を検出する電圧センサが接続されている。制御部５０は、これらの電圧センサから取得したバッテリ電圧に基づき、各蓄電池１１，１２のＳＯＣ（残存容量：State Of Charge）を算出する。制御部５０は、算出したＳＯＣが所定の使用範囲内に保持されるように、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２のオンオフを制御して、各蓄電池１１，１２の充電及び放電を制御する。

また、制御部５０は、各種制御を実行する起動状態と、停止状態を取りうるように構成されている。ここで、制御部５０が、起動状態となるための構成について説明する。電池ユニットＵは、外部端子としての入力端子Ｐ３を備え、入力端子Ｐ３を介して、車両の電源スイッチ（イグニッションスイッチ）がオンされた状態（以下、ＩＧオン状態と示す）を知らせる開始信号を入力する。電池ユニットＵの内部において、入力端子Ｐ３は、論理和回路Ａ１（ＯＲ回路）を介して、制御部５０に接続されている。論理和回路Ａ１は、開始信号、又は後述する検出信号を入力した場合、制御部５０に対して起動信号を出力する。

制御部５０は、起動信号を入力すると、起動状態となり、各種制御を所定周期ごとに実行する。すなわち、制御部５０は、各蓄電池１１，１２の蓄電状態や、ＥＣＵ１００からの指令値に基づいて、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３のオンオフを制御する。

一方、ＥＣＵ１００からイグニッションスイッチのオフに伴う停止指令を入力した場合（ＩＧオフ状態となった場合）、制御部５０は、バイパススイッチＳＷ３を閉鎖（オフ）の状態にした後、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２がオフとなるように制御する。その後、制御部５０は、停止状態に移行する。なお、ＩＧオフ状態中、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２がオフとなるので、オフ期間が設定される（オフ期間中である）といえる。

次に、ＩＧオン状態中における電池ユニットＵの様子について説明する。図２（ａ）に示すように、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２がオン（閉鎖）、バイパススイッチＳＷ３が開放（オン）の状態になっている。そして、かかる状態においてオルタネータ１３の発電が実施されていれば、鉛蓄電池１１や電気負荷１５に対して発電電力が供給されるとともに、電池ユニットＵの通電経路Ｌ１、Ｌ２を介してリチウムイオン蓄電池１２や電気負荷１６に発電電力が供給される。

なお、ＩＧオン状態中では、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２の少なくともいずれかがオンとなるように、オンオフが適宜制御される。このため、鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２の少なくとも一方から、電気負荷１５，１６への電力の供給が可能となっている。また、オルタネータ１３が発電している場合、発電された電力は、鉛蓄電池１１、リチウムイオン蓄電池１２、及び電気負荷１５，１６へ供給可能となっている。

次に、ＩＧオフ状態中における電池ユニットＵの様子について説明する。ＩＧオフ状態では、図２（ｂ）に示すように、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２がオフ（開放）、バイパススイッチＳＷ３が閉鎖（オフ）の状態になっている。かかる状態では、鉛蓄電池１１からバイパス経路Ｂ１を介して電気負荷１６に暗電流が供給される。

ところで、このＩＧオフ状態中、第２スイッチＳＷ２の半導体スイッチ３１ａがオン故障する場合がある。オン故障は、接続状態の切り替え時に発生する過渡電流の熱等によって、スイッチ部Ｓ１がオンに固着してしまう状態をいう。この場合には、鉛蓄電池１１とリチウムイオン蓄電池１２との電圧の違いに応じて、意図せず電流が流れるという事態が生じる。図３に、半導体スイッチ３１ａのオン故障に伴い開閉部３１に意図せず電流が流れる場合を示す。

図３に示す半導体スイッチ３１ａのオン故障時において、鉛蓄電池１１の電圧の方がリチウムイオン蓄電池１２の電圧よりも大きい場合には、鉛蓄電池１１から半導体スイッチ３１ａを介してリチウムイオン蓄電池１２に電流が流れる。つまり、半導体スイッチ３１ａがオン故障により導通し、さらに半導体スイッチ３１ｂの寄生ダイオードＤ２が導通することで、リチウムイオン蓄電池１２に電流が流れることになる。そして、この場合、鉛蓄電池１１とリチウムイオン蓄電池１２とをつなぐ電気経路や、バイパススイッチＳＷ３、寄生ダイオードＤ２に意図しない電流が流れることになる。鉛蓄電池１１とリチウムイオン蓄電池１２とをつなぐ電気経路とは、例えば、バイパス経路Ｂ１や、通電経路Ｌ２、出力端子Ｐ１から接続点Ｎ２までの経路などのことである。意図しない電流が流れると、電気経路、バイパススイッチＳＷ３、及び寄生ダイオードＤ２における許容電流の大きさによっては破損が生じる懸念がある。

そこで、電池ユニットＵでは、ＩＧオフ状態中（第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をオフ（開放）にした状態中）、オフにした第２スイッチＳＷ２がオン故障（閉故障）した場合、バイパススイッチＳＷ３を開放（オン）するようにした。すなわち、バイパススイッチＳＷ３によってバイパス経路Ｂ１を通電遮断の状態となるようにした。以下、そのための構成及び制御について説明する。

最初に、第２スイッチＳＷ２のオン故障の検出について説明する。図１に示すように、半導体スイッチ３１ａ及び半導体スイッチ３１ｂの間の中間点Ｎ１０には、当該中間点Ｎ１０における電圧を検出（監視）する電圧検出回路６０が設けられている。

電圧検出回路６０は、一対の抵抗６０ａ，６０ｂを有する分圧回路であり、その分圧回路（抵抗直列回路）の一端側が中間点Ｎ１０に接続されるとともに、他端側が接地されている。そして、抵抗６０ａ，６０ｂの間の電圧を示す検出信号が制御部５０及び論理和回路Ａ１へ出力される。

ここで、例えば半導体スイッチ３１ａ及び半導体スイッチ３１ｂのいずれかがオンの状態であれば、中間点Ｎ１０の電圧に基づき分圧された分圧電圧の電圧値が所定値（例えば、３Ｖ）以上になる。一方、半導体スイッチ３１ａ及び半導体スイッチ３１ｂがいずれもオフの状態であれば、分圧電圧の電圧値は所定値未満になる。

本実施形態における電圧検出回路６０は、分圧電圧の電圧値が所定値以上である場合に、第２スイッチＳＷ２のオン故障を示す検出信号（ハイ信号）を出力するＡ／Ｄ変換回路（図示せず）を有している。

このため、電圧検出回路６０から出力される検出信号に基づき、第２スイッチＳＷ２のオン故障を検出可能となっている。つまり、第２スイッチＳＷ２がオン故障となった場合、電圧検出回路６０は、通電経路Ｌ２における中間点Ｎ１０の電圧に基づき、第２スイッチＳＷ２のオン故障を示す検出信号（分圧電圧が所定値以上であることを示す信号）を出力する回路といえる。したがって、電圧検出回路６０は、第２スイッチＳＷ２のオン故障を検出する検出部である。

論理和回路Ａ１は、第２スイッチＳＷ２のオン故障を示す検出信号を入力した場合、起動信号を出力する。ＩＧオフ状態中、制御部５０は、起動端子に起動信号（ハイ信号）を入力すると、停止状態から起動状態に移行する。そして、制御部５０は、電圧検出回路６０から入力した検出信号に基づいて、第２スイッチＳＷ２のオン故障を判定する。

すなわち、ＩＧオフ状態中で、第２スイッチＳＷ２をオフにしている状態にもかかわらず、制御部５０が、電圧検出回路６０から分圧電圧が所定値以上であることを示す検出信号を入力した場合、第２スイッチＳＷ２がオン故障していると判定する。

そして、制御部５０は、第２スイッチＳＷ２がオン故障していると判定した場合、バイパススイッチＳＷ３の開放（オン）を指示する指示信号を出力する。具体的には、制御部５０は、リレー駆動スイッチ４０ｃをオンさせる指示信号を出力し、リレー駆動スイッチ４０ｃをオンさせてコイル４０ａに電流を流させる。これにより、コイル４０ａが励磁されて可動接点４０ｂが固定接点から離れ、バイパススイッチＳＷ３が開放（オン）される。すなわち、バイパス経路Ｂ１が通電遮断の状態となり、鉛蓄電池１１と、リチウムイオン蓄電池１２との接続が遮断される。

これにより、バイパス経路Ｂ１を介して鉛蓄電池１１とリチウムイオン蓄電池１２とが接続されることがない。したがって、第２スイッチＳＷ２がオン故障して通電経路Ｌ２が意図せず接続されたとしても、バイパススイッチＳＷ３及び寄生ダイオードＤ２に意図しない電流が流れることはない。

なお、バイパススイッチＳＷ３のリレー駆動スイッチ４０ｃは、バイパススイッチＳＷ３の開放を指示する指示信号を入力すると、原則として、バイパススイッチＳＷ３の閉鎖（オフ）を指示する指示信号を入力するまで、開放を維持する。すなわち、コイル４０ａに電流を流し続ける。

続いて、停止状態（ＩＧオフ状態）中、起動信号を入力した場合に、制御部５０が実行する回路保護処理について、図４のフローチャートを参照して説明する。この回路保護処理は、起動信号を入力した場合に実行される。

制御部５０は、ＩＧオフ状態中であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。制御部５０は、ＥＣＵ１００から停止指令を入力した後、イグニッションスイッチのオンに伴う起動指令を入力するまでＩＧオフ状態中であると判定する。一方、起動指令を入力した後、停止指令を入力するまでＩＧオン状態中であると判定する。ＩＧオン状態中であるか否かは、メモリ５１等に記憶される。ＩＧオフ状態中でない場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、制御部５０は、回路保護処理を終了する。

ＩＧオフ状態中である場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、制御部５０は、第２スイッチＳＷ２がオン故障したか否かを判定する（ステップＳ１０２）。具体的には、制御部５０は、電圧検出回路６０から検出信号を入力したか否かを判定することにより、第２スイッチＳＷ２のオン故障を判定する。

オン故障したと判定した場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、制御部５０は、バイパス経路Ｂ１を通電遮断の状態とするように、バイパススイッチＳＷ３を制御する（ステップＳ１０３）。すなわち、制御部５０は、バイパススイッチＳＷ３を開放（オン）させる指示信号を、バイパススイッチＳＷ３のリレー駆動スイッチ４０ｃに、出力する。

また、制御部５０は、第２スイッチＳＷ２がオン故障したことを示す検出結果（故障履歴、ダイアグデータ）をメモリ５１に記憶する（ステップＳ１０４）。なお、第２スイッチＳＷ２がオン故障したことを示す検出結果がメモリ５１に記憶されている場合、制御部５０は、ＩＧオン状態後、ＥＣＵ１００に対してオン故障している旨の信号を出力する。また、制御部５０は、オン故障していることを前提として、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３のオンオフを制御する。

オン故障したと判定しなかった場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、又はステップＳ１０４の処理後、制御部５０は、停止状態に移行し（ステップＳ１０５）、回路保護処理を終了する。

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。

第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２がオフされるＩＧオフ状態中、第２スイッチＳＷ２のオン故障が検出されていない場合には、バイパススイッチＳＷ３によりバイパス経路Ｂ１が通電の状態とされる。これにより、電気負荷１６に鉛蓄電池１１から暗電流が供給される。その一方、第２スイッチＳＷ２のオン故障が検出された場合には、バイパススイッチＳＷ３によりバイパス経路Ｂ１が通電遮断の状態とされる。これにより、第２スイッチＳＷ２がオン故障した場合、鉛蓄電池１１とリチウムイオン蓄電池１２とが、バイパススイッチＳＷ３及び第２スイッチＳＷ２を介して、意図せずに接続されることを防止できる。

すなわち、半導体スイッチ３１ａがオン故障した場合、バイパススイッチＳＷ３及び寄生ダイオードＤ２を介して、鉛蓄電池１１とリチウムイオン蓄電池１２とが接続され、鉛蓄電池１１からリチウムイオン蓄電池１２への電流供給が可能となる。この場合、制御部５０が、バイパススイッチＳＷ３を開放して、バイパス経路Ｂ１が通電遮断の状態とする。このため、バイパススイッチＳＷ３や第２スイッチＳＷ２の寄生ダイオードＤ２に過剰な電流が流れることを防止し、回路を保護できる。

バイパススイッチＳＷ３を制御する制御部５０が、電圧検出回路６０から検出信号を入力し、検出信号に基づき、オン故障判定を行う。そして、制御部５０は、判定結果に基づいて、バイパススイッチＳＷ３を制御する。このため、検出信号にノイズなどがあっても、確実にオン故障判定を行って、適切にバイパス経路Ｂ１を通電遮断の状態とすることができる。また、例えば、オン故障したことを制御部５０に記憶することも可能となる。これにより、ＩＧオン状態となった場合、制御部５０は、オン故障に基づく各種制御を実行することができる。

制御部５０は、停止状態であっても、第２スイッチＳＷ２がオン故障したことを示す検出信号が出力された場合、起動状態に移行する。このため、故障監視のために、制御部５０を常に起動状態にしておく必要がなくなり、消費電力を抑えることができる。

外部からＩＧオン状態を知らせる（電源システムの開始を指示する）開始信号を入力した場合、又は第２スイッチＳＷ２がオン故障したことを示す検出信号を入力した場合に、起動信号を制御部５０に出力する論理回路としての論理和回路Ａ１を備えた。これにより、開始信号を入力した場合に出力される起動信号が、第２スイッチＳＷ２がオン故障したことを示す検出信号が出力された場合にも出力される。このため、制御部５０は、ＩＧオフ状態中における第２スイッチＳＷ２のオン故障を検出した場合、起動信号を利用して、起動状態に移行可能となる。これにより、検出信号入力用の端子を設ける必要がなくなる。また、起動開始時における制御を共通化することができる。

停止状態中に、起動状態に移行した場合、制御部５０は、バイパス経路Ｂ１を通電遮断の状態とする指示信号を出力した後、停止状態に移行する。このため、消費電力を抑えることができる。

第２スイッチＳＷ２は、直列接続された複数のスイッチ部Ｓ１，Ｓ２と、複数のスイッチ部Ｓ１，Ｓ２にそれぞれ並列接続された寄生ダイオードＤ１，Ｄ２と、を有し、それら複数の寄生ダイオードＤ１，Ｄ２が、互いに逆向きになるように配置される。これにより、第２スイッチＳＷ２を構成するスイッチ部Ｓ１，Ｓ２を全てオフした状態において、通電経路Ｌ２における通電を完全に遮断することが可能となる。このため、いずれかの寄生ダイオードＤ１，Ｄ２に意図しない電流が流れた場合、スイッチ部Ｓ１，Ｓ２のいずれかがオン故障したと検出することができる。すなわち、スイッチ部Ｓ１，Ｓ２のいずれかがオン故障した場合、オン故障したスイッチ部Ｓ１，Ｓ２とは別のスイッチ部Ｓ１，Ｓ２側の寄生ダイオードＤ１，Ｄ２に、意図しない電流が流れる。このため、この電流を検出することにより又はスイッチ部Ｓ１，Ｓ２の間の電圧を検出することにより、第２スイッチＳＷ２のオン故障を検出することができる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されず、例えば以下のように実施してもよい。なお、以下では、各実施形態で互いに同一又は均等である部分には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。

・上記実施形態では、出力端子Ｐ１に鉛蓄電池１１とオルタネータ１３とスタータ１４と電気負荷１５とが接続され、出力端子Ｐ２に電気負荷１６が接続された電源システムに、制御部５０を適用したが、その他の電源システムに適用してもよい。

例えば、発電機としてのＩＳＧ（Integrated Starter Generator）に対して各蓄電池１１，１２が並列に接続されるとともに、電気負荷１６に対して各蓄電池１１，１２が並列に接続される電源システムに適用してもよい。

この電源システムについて詳しく説明すると、図５に示すように、鉛蓄電池１１とＩＳＧ７０との通電経路Ｌ１に、第１スイッチＳＷ１１が設けられ、リチウムイオン蓄電池１２とＩＳＧ７０との通電経路Ｌ２に、第２スイッチＳＷ１２が設けられる。また、鉛蓄電池１１と電気負荷１６との通電経路Ｌ３に、第３スイッチＳＷ１３が設けられ、リチウムイオン蓄電池１２と電気負荷１６との通電経路Ｌ４に、第４スイッチＳＷ１４が設けられる。各スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４は、第２スイッチＳＷ２と同様の構成である。

また、この電源システムには、第１スイッチＳＷ１１を迂回するバイパス経路Ｂ１が設けられ、バイパス経路Ｂ１に、第１バイパススイッチＳＷ１５が設けられる。また、電源システムには、第３スイッチＳＷ１３を迂回するバイパス経路Ｂ２が設けられ、バイパス経路Ｂ２に、第２バイパススイッチＳＷ１６が設けられる。各バイパススイッチＳＷ１５，ＳＷ１６は、バイパススイッチＳＷ３と同様の構成である。

このような電源システムでは、制御部５０は、ＩＧオフ状態中、各スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４をオフとし、各バイパススイッチＳＷ１５，ＳＷ１６を閉鎖状態とする。このＩＧオフ状態中、第２スイッチＳＷ１２がオン故障した場合、制御部５０は、第１バイパススイッチＳＷ１５により、バイパス経路Ｂ１を電源遮断の状態とする。同様に、制御部５０は、ＩＧオフ状態中、第４スイッチＳＷ１４がオン故障した場合、第２バイパススイッチＳＷ１６により、バイパス経路Ｂ２を電源遮断の状態とする。これにより、バイパススイッチＳＷ１５，ＳＷ１６等に過剰な電流が流れることを防止できる。

・電圧検出回路６０とバイパススイッチＳＷ３とを直接接続して、バイパススイッチＳＷ３が、オン故障を示す検出信号（分圧電圧の電圧値が所定値以上であることを示す検出信号）を入力した場合、バイパス経路Ｂ１を通電遮断の状態としてもよい。すなわち、リレー駆動スイッチ４０ｃに検出信号が入力された場合、コイル４０ａに電流を流すようにしてもよい。これにより、制御部５０がオン故障判定を行った後、バイパススイッチＳＷ３を開放させる場合と比較して、制御部５０による処理が行われない分、迅速に開放させることができる。

・ＩＧオフ状態となっても、制御部５０は、起動状態を維持してもよい。また、第２スイッチＳＷ２のオン故障を判定した場合、バイパススイッチＳＷ３に指示信号を出力した後、停止状態に移行せずに、起動状態を維持してもよい。

・第２スイッチＳＷ２の構成を変更してもよい。例えば、第２スイッチＳＷ２を１又は複数の機械式リレーによって構成してもよい。また、第２スイッチＳＷ２を半導体スイッチ３１ａだけで構成にしてもよい。

・第２スイッチＳＷ２のオン故障を検出する検出部として、電圧検出回路６０を用いたが、他の構成を採用してもよい。例えば、第２スイッチＳＷ２に流れる電流を計測する回路又は装置を用いて、オン故障を検出してもよい。また、制御部５０が、第２スイッチＳＷ２における電圧又は電流を監視して、オン故障を判定してもよい。

・Ａ／Ｄ変換回路を備えなくてもよい。すなわち、分圧回路と直接接続し、分圧電圧の電圧値が所定値以上であるか否かに基づき、第２スイッチＳＷ２のオン故障を検出するようにしてもよい。この場合、所定値以上の電圧を有する信号が入力された場合に、第２スイッチＳＷ２のオン故障を示す検出信号が入力されたこととなる。

１１…鉛蓄電池、１２…リチウムイオン蓄電池、６０…電圧検出回路、Ｂ１…バイパス経路、Ｌ１…通電経路、Ｌ２…通電経路、ＳＷ１…第１スイッチ、ＳＷ２…第２スイッチ、ＳＷ３…バイパススイッチ、Ｕ…電池ユニット。

Claims (8)

1. 第１蓄電池（１１）と第２蓄電池（１２）とが並列接続されている電源システムに適用される電源回路装置（Ｕ）において、
   前記第１蓄電池の電力が供給される第１電気経路（Ｌ１）に設けられ、前記第１電気経路を通電又は通電遮断の状態とする第１スイッチ（ＳＷ１）と、
   前記第２蓄電池の電力が供給される第２電気経路（Ｌ２）に設けられ、前記第２電気経路を通電又は通電遮断の状態とする第２スイッチ（ＳＷ２）と、
   前記第１スイッチを迂回するバイパス経路（Ｂ１）に設けられ、前記バイパス経路を通電又は通電遮断の状態とするバイパススイッチ（ＳＷ３）と、
   前記第２スイッチのオン故障を検出する検出部（６０）と、を備え、
   前記第１スイッチ及び前記第２スイッチがオフされるオフ期間中、前記第２スイッチのオン故障が検出されていない場合には、前記バイパススイッチにより前記バイパス経路が通電の状態とされる一方、前記第２スイッチのオン故障が検出された場合には、前記バイパススイッチにより前記バイパス経路が通電遮断の状態とされる電源回路装置。
2. 前記バイパススイッチに対して指示信号を出力することにより、前記バイパススイッチを制御する制御部（５０）を備え、
   前記検出部は、前記第２電気経路に接続され、前記第２電気経路における電圧又は電流に基づき、前記第２スイッチのオン故障を示す検出信号を出力する回路であり、
   前記制御部は、前記検出信号を入力した場合、前記バイパス経路を通電遮断の状態とする指示信号を前記バイパススイッチに出力する請求項１に記載の電源回路装置。
3. 前記制御部は、各種制御を実行する起動状態又は停止状態を取りうるように構成されており、停止状態中に前記検出信号を入力した場合、起動状態となって、前記バイパススイッチを制御する請求項２に記載の電源回路装置。
4. 前記電源システムの開始を指示する開始信号を入力するように外部端子（Ｐ３）と接続されているとともに、前記検出信号を入力するように前記検出部と接続されており、前記開始信号と前記検出信号のうちいずれかを入力した場合に、起動信号を前記制御部に出力する論理回路（Ａ１）を備え、
   前記制御部は、各種制御を実行する起動状態又は停止状態を取りうるように構成されており、停止状態中に前記起動信号を入力した場合、起動状態となって、前記バイパススイッチを制御する請求項２に記載の電源回路装置。
5. 前記制御部は、前記検出信号の入力に基づいて停止状態から起動状態に移行した場合、前記バイパス経路を通電遮断の状態とする指示信号を出力した後、停止状態となる請求項３又は４に記載の電源回路装置。
6. 前記検出部は、前記第２電気経路に接続され、前記第２電気経路における電圧又は電流に基づき、前記第２スイッチのオン故障を示す検出信号を出力する回路であり、
   前記バイパススイッチは、前記検出部と接続されており、前記検出信号を前記検出部から入力した場合、前記バイパス経路を通電遮断の状態とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の電源回路装置。
7. 前記第１蓄電池と前記第２蓄電池とが電気負荷（１６）に対して並列接続されている電源システムに適用され、前記電源システムがオフ状態とされた場合に前記第１スイッチ及び前記第２スイッチがオフされるものであり、
   前記バイパススイッチは、常閉式のリレースイッチであり、
   前記オフ期間中、前記第２スイッチのオン故障が検出されていない場合には、前記バイパススイッチにより前記バイパス経路が通電の状態とされ、前記バイパス経路を介して前記第１蓄電池から前記電気負荷に暗電流が供給される請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の電源回路装置。
8. 前記第２スイッチは、複数のスイッチ部（Ｓ１，Ｓ２）と、前記複数のスイッチ部にそれぞれ並列接続されたダイオード（Ｄ１、Ｄ２）とを有し、前記複数のスイッチ部は、各スイッチ部に並列に接続された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、
   前記検出部は、複数のスイッチ部がオフされた状態で、複数のダイオードのいずれかに電流が流れた場合、前記第２スイッチのオン故障を検出する請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の電源回路装置。

Images