JP7010266B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源装置に関するものである。

蓄電池と電気機器とを接続する電気経路を有する電源装置において、一般的に半導体スイッチング素子等を用いたスイッチにより、蓄電池と電気機器との間の接続のオンオフの制御が行われる。近年では、電気経路の大電流化を図るべく、スイッチとして、並列に配された経路のそれぞれに半導体スイッチング素子を設けて、各半導体スイッチング素子を同時にオンオフ制御することが提案されている。例えば、特許文献１の電源装置では、並列に配された経路のそれぞれに半導体スイッチング素子を設けている。そして、各半導体スイッチング素子に対して、個別の電源経路から駆動電力を供給することで、電源としての安定化を図っている。

特開２０１８－６８０７４号公報

ところで、配線スペース等の関係で、並列に配される経路を形成する導体部の長さが互いに異なることがある。例えば、蓄電池と、その蓄電池に繋がる電気経路上の半導体スイッチング素子とをケース内に一体収容して構成される電池ユニットにおいて、各半導体スイッチング素子から外部接続のためのコネクタまでの間の経路の経路長が異なることがある。この場合、第１半導体スイッチング素子及びコネクタの間の距離と、第２半導体スイッチング素子及びコネクタの間の距離とが異なることで、経路長が異なることが生じうる。経路の経路長が異なる場合には、経路の経路抵抗も異なることになり、並列接続された各半導体スイッチング素子を通電する場合に、並列経路に流れる電流が異なることになる。そのため、流れる電流が大きくなる側の経路に合わせて、全体として経路に流れる電流のマージンを大きくする必要があり、並列に配された経路全体としての許容電流が小さくなるおそれがある。

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、並列に配された経路に適切な電流を流すことができる電源装置を提供することにある。

第１の手段は、蓄電池（１１）と電気機器（１４）との間を電気的に接続する電気経路（Ｌ１１）において、第１点（Ｎ１１）と第２点（Ｎ１２）との間に互いに並列に設けられた導体部である第１導体部（３１）及び第２導体部（３２）と、半導体スイッチング素子よりなり前記第１導体部及び前記第２導体部により並列接続された第１スイッチ素子（４１）及び第２スイッチ素子（４１）を有するスイッチ（ＳＷ１）と、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子の各制御端子（４３ａ）に印加する電圧を生成する生成回路（５２，６２）と、を備え、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子をオンオフさせて、前記電気経路に流れる電流を制御する電源装置（Ｕ）であって、前記第１導体部の抵抗値が前記第２導体部の抵抗値より高くなっており、前記生成回路で生成され前記第１スイッチ素子の前記制御端子に印加される第１電圧が、前記生成回路で生成され前記第２スイッチ素子の前記制御端子に印加される第２電圧より高い。

本手段では、電気経路の大電流化を図るべく、半導体スイッチング素子よりなり互いに並列に接続された第１スイッチ素子と第２スイッチ素子が設けられたスイッチを有する電源装置において、第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子を同時にオンする構成としている。互いに並列に配されたスイッチ素子を有する経路において、例えばバスバー等の導体部の経路長が異なる場合には、導体部の抵抗値が経路間で異なることがある。経路全体の経路抵抗は、スイッチ素子での抵抗と、導体部の抵抗値に応じて定まっており、経路間で導体部の抵抗値が不均等になると、経路全体の経路抵抗も不均等になる。そのため、スイッチをオン状態、つまり並列な経路のスイッチ素子をオン状態にすると、各経路に流れる電流が不均等になる。

そこで、第１導体部の抵抗値が第２導体部の抵抗値よりも高い状態であっても、各経路に流れる電流の不均等を抑制できる構成を検討する。各導体部に流れる電流を制御するスイッチ素子（半導体スイッチング素子）は、制御端子に印加される電圧が高くなると、スイッチ素子に電流が流れる際の抵抗が低くなる。第１導体部に接続された第１スイッチ素子の制御端子に印加される第１電圧が、第２導体部に接続された第２スイッチ素子の制御端子に印加される第２電圧より高い構成としている。

第１スイッチ素子に印加される電圧が第２スイッチ素子に印加される電圧より高いことで、第１スイッチ素子での抵抗を第２スイッチ素子での抵抗より小さくすることができる。これにより、経路長の違い等により導体部の抵抗値が異なっていても、経路全体の経路抵抗が不均等になることを抑制することができ、並列に配された経路に流れる電流の不均等を抑制できる。そのため、電流の大きい経路に合わせて電流のマージンを大きく設定する必要がないため、経路全体としての許容電流を大きくできる。

第２の手段は、前記生成回路として、前記第１電圧を生成する第１生成回路（５２）と、前記第２電圧を生成する第２生成回路（６２）と、を有する。

第１スイッチ素子と第２スイッチ素子とで制御端子に印加される電圧を生成する生成回路が異なることで、各生成回路において個別に電圧を生成して、各制御端子に印加される電圧を異なるものとすることができる。また、各スイッチ素子の印加電圧を異なる生成回路で生成して、冗長化を図ることで、仮に第１生成回路の故障により第１スイッチ素子への電圧印加が不可能になっても、第２スイッチ素子での電圧印加を継続できる。これにより、電源としての安定化を図ることができる。

第３の手段は、前記第１生成回路及び前記第２生成回路の少なくともいずれかには、前記第１電圧が前記第２電圧よりも高くなるように、前記第１電圧及び前記第２電圧の少なくともいずれかを調整する調整回路（６５）が設けられている。

調整回路で、第１電圧及び第２電圧の少なくともいずれかを調整する構成としている。これにより、第１電圧が第２電圧より高くなるように電圧を生成し、制御端子に印加することで、経路に流れる電流の不均等を抑制することができる。

第４の手段は、前記生成回路は、所定の昇圧期間において所定の動作周波数で昇圧を行うことにより電圧を生成する昇圧回路（５３，６３）を有し、前記調整回路は、前記動作周波数の許容誤差範囲内で、前記昇圧期間での昇圧回数の変更により、前記昇圧回路の生成電圧を調整可能とするものであり、前記動作周波数の許容誤差範囲に相当する電圧調整範囲内での電圧調整により、前記第１電圧及び前記第２電圧の少なくともいずれかに対する電圧調整を実施する。

昇圧回路では、所定の昇圧期間において、所定の動作周波数で昇圧を行って、電圧を生成する。部品実装後であっても、調整回路により昇圧期間内の昇圧回数を変更することで、生成電圧が調整可能となっている。そのため、部品等の実装後に、部品等の個別のずれ等に応じて、昇圧回数を変更することで、昇圧回路が生成する電圧を変更することができる。

また、昇圧回路は、動作周波数の許容誤差範囲内のずれにより生成電圧と目標電圧との間にずれを有しており、このずれを解消すべく、調整回路は、許容誤差範囲内で昇圧回数を変更する。そして、調整回路により、昇圧期間における昇圧回数を変更することにより、生成電圧を意図的に高くする又は低くすることが可能となる。これにより、部品等の実装後に、第１電圧又は第２電圧を調整することで、経路に流れる電流の不均等をより抑制することができる。

第５の手段は、前記第１生成回路には、前記調整回路が設けられていない一方、前記第２生成回路には、前記調整回路が設けられており、前記調整回路により、前記第２電圧が前記第１電圧よりも低い電圧に調整されている。

調整回路が第１生成回路に設けられていない場合であっても、調整回路が設けられている第２生成回路により電圧調整範囲内で電圧を調整することで、第２電圧が第１電圧より低くなるように電圧を調整することができる。この際に、第２生成回路側に調整回路を設けることで、所望とする電圧調整を好適に実施することができる。例えば、調整回路によって電圧を下げる方が安定しやすくなるため、第２生成回路側に調整回路を設ける方が好ましい。本構成により、コストの上昇を抑制しつつ、各生成回路内で生成する電圧を好適に調整し、経路に流れる電流の不均等を抑制することができる。

第６の手段は、前記調整回路は、前記第１生成回路及び前記第２生成回路に設けられており、前記第１生成回路及び前記第２生成回路における前記各調整回路において、前記許容誤差範囲内で前記動作周波数を変更することで、前記第１電圧及び前記第２電圧の少なくともいずれかを調整する。

第１生成回路及び第２生成回路にそれぞれ調整回路が設けられている。そのため、例えば第１生成回路では許容誤差範囲内で動作周波数を上げ、第２生成回路では許容誤差範囲内で動作周波数を下げることにより、電圧調整の範囲を動作周波数の許容誤差範囲内で制限しつつも、電圧調整の可能範囲を拡げることができる。

第７の手段は、前記第１導体部及び前記第２導体部に流れる電流をそれぞれ検出する検出部（４５）と、検出した前記各導体部に流れる電流に基づいて、それら各導体部の電流が一致するように、前記第１電圧及び前記第２電圧の少なくともいずれかを制御する電圧制御部（２１）と、を備える。

スイッチに電流が流れている状態で、第１導体部及び第２導体部に流れる電流に基づいて、第１導体部及び第２導体部に流れる電流が一致するように、第１電圧及び第２電圧の少なくともいずれかを制御する。スイッチに電流が流れている状態で、第１導体部及び第２導体部に流れる電流が同じになるように制御することで、並列に配された経路に流れる電流の不均等を抑制できる。

第８の手段は、蓄電池（１１）と電気機器（１４）との間を電気的に接続する電気経路（Ｌ１）において、第１点（Ｎ１１）と第２点（Ｎ１２）との間の導体部として、互いに並列に設けられた第１導体部（３１）及び第２導体部（３２）と、半導体スイッチング素子よりなり前記第１導体部及び前記第２導体部により並列接続された第１スイッチ素子（４１）及び第２スイッチ素子（４１）を有するスイッチ（ＳＷ１）と、前記第１スイッチ素子の制御端子（４３ａ）に印加する電圧を生成する第１生成回路（５２）と、前記第２スイッチ素子の制御端子（４３ａ）に印加する電圧を生成する第２生成回路（６２）と、を備え、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子をオンオフさせて、前記電気経路に流れる電流を制御する電源装置（Ｕ）であって、前記第１生成回路が生成する電圧は、前記第２生成回路が生成する電圧より高くなっており、前記第１導体部の抵抗値が、前記第２導体部の抵抗値より大きくなるように調整されている。

スイッチ素子（半導体スイッチング素子）の制御端子に印加する電圧を異なる生成回路で生成することで、冗長化を図り、電源としての安定化を図ることがある。一方、制御端子に印加する電圧の生成源が異なると、制御端子に印加する電圧が異なり、スイッチ素子での抵抗が異なることがある。そのため、経路全体としての経路抵抗が不均等になり、並列な経路に流れる電流が不均等になる。

そこで、各経路に流れる電流が不均等になることを抑制するように、経路のバスバー等の導体部に抵抗を追加する等して、生成回路が生成する電圧が高い第１スイッチ素子を用いる第１導体部の抵抗値を大きくなるように調整されている構成としている。これにより、印加される電圧の違いによりスイッチ素子での抵抗が異なっていても、経路全体の経路抵抗が不均等になることを抑制でき、並列に配された経路に流れる電流の不均等を抑制できる。そのため、電流の大きい経路に合わせて電流のマージンを大きく設定する必要がないため、経路全体としての許容電流を大きくできる。

電源システムの概略構成図 電池ユニットにおけるスイッチ及びその周辺回路の概略構成図 ゲート端子に印加される第１電圧及び第２電圧を示す図

＜実施形態＞
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装置として具体化するものとしている。

図１に示すように、電源システムＳは、鉛蓄電池１１とリチウムイオン蓄電池１２とを有している。各蓄電池１１，１２からはスタータ１３や、回転電機１４、各種の電気負荷１５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１４による充電が可能となっている。電源システムＳでは、回転電機１４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。本実施形態では、鉛蓄電池１１が「蓄電池」に相当し、回転電機１４が「電気機器」に相当する。

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。

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。図１では、電池ユニットＵを破線で囲んで示す。電池ユニットＵは、外部端子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２を有しており、このうち外部端子Ｐ０に配線を介して鉛蓄電池１１とスタータ１３が接続され、外部端子Ｐ１に配線を介して回転電機１４が接続され、外部端子Ｐ２に配線を介して電気負荷１５が接続されている。なお、外部端子Ｐ０は、ヒューズ１６を介して鉛蓄電池１１に接続されており、外部端子Ｐ２は、ヒューズ１７を介して電気負荷１５と接続されている。本実施形態では、電池ユニットＵが「電源装置」に相当する。

回転電機１４は、３相交流モータや電力変換装置としてのインバータを有する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１４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力行機能とを備えている。回転電機１４の力行機能により、アイドリングストップ中、自動停止されているエンジンを再始動させる際に、エンジンに回転力を付与することができる。回転電機１４は、発電電力を各蓄電池１１，１２や電気負荷１５に供給する。

電気負荷１５には、供給電力の電圧が一定、又はあらかじめ決められた範囲内で変動することが要求される定電圧負荷が含まれる。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、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。なお、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。

次に、電池ユニットＵについて説明する。電池ユニットＵ内の電気経路として、各外部端子Ｐ０，Ｐ１を繋ぐ電気経路Ｌ１と、電気経路Ｌ１上の接続点Ｎ１とリチウムイオン蓄電池１２とを繋ぐ電気経路Ｌ２とが設けられている。このうち電気経路Ｌ１にスイッチＳＷ１が設けられ、電気経路Ｌ２にスイッチＳＷ２が設けられている。電気経路Ｌ１，Ｌ２は、回転電機１４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、この電気経路Ｌ１，Ｌ２を介して、各蓄電池１１，１２と回転電機１４との間の相互の通電が行われる。

電気経路Ｌ２において、分岐点Ｎ２１と分岐点Ｎ２２との間に、互いに並列に導体部が設けられている。各導体部によって並列接続された半導体スイッチング素子として、それぞれ２つのＭＯＳＦＥＴ４３が設けられている。そして、各導体部において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。

また、本実施形態の電池ユニットＵでは、電気経路Ｌ１，Ｌ２以外に、電気経路Ｌ１上の接続点Ｎ２（外部端子Ｐ０とスイッチＳＷ１との間の点）と、外部端子Ｐ２と、を接続する電気経路Ｌ３を有している。電気経路Ｌ３により、鉛蓄電池１１から電気負荷１５への電力供給を可能とする経路が形成されている。電気経路Ｌ３（詳しくは接続点Ｎ２－接続点Ｎ４の間）には、スイッチＳＷ３が設けられている。

また、電池ユニットＵでは、電気経路Ｌ２の接続点Ｎ３（スイッチＳＷ２とリチウムイオン蓄電池１２の間の点）と、電気経路Ｌ３上の接続点Ｎ４（スイッチＳＷ３と外部端子Ｐ２の間の点）と、を接続する電気経路Ｌ４が設けられている。電気経路Ｌ４により、リチウムイオン蓄電池１２から電気負荷１５への電力供給を可能とする経路が形成されている。電気経路Ｌ４（詳しくは接続点Ｎ３－接続点Ｎ４の間）には、スイッチＳＷ４が設けられている。

各スイッチＳＷ３，ＳＷ４は、それぞれ２つ一組の半導体スイッチング素子を備えている。半導体スイッチング素子は、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。なお、スイッチＳＷ３，ＳＷ４に用いる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それぞれ並列に接続させればよい。

電池ユニットＵは、各スイッチＳＷ１～ＳＷ４を制御する制御部２１を備えている。制御部２１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２１は、各蓄電池１１，１２の蓄電状態等に基づいて、各スイッチＳＷ１～ＳＷ４等を制御する。例えば、制御部２１は、リチウムイオン蓄電池１２のＳＯＣ（残存容量：State Of Charge）を算出する。そして、制御部２１は、そのＳＯＣが所定の使用範囲内に維持されるように、各スイッチＳＷ１～ＳＷ４を制御して、開閉指令信号を出力し、鉛蓄電池１１とリチウムイオン蓄電池１２の充電及び放電を制御する。すなわち、制御部２１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施する。

また、制御部２１には、例えばエンジンＥＣＵからなるＥＣＵ２２が接続されている。ＥＣＵ２２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おり、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の運転を制御する。制御部２１及びＥＣＵ２２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２１及びＥＣＵ２２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。

次に、スイッチＳＷ１の構成について説明する。図２は、電池ユニットＵにおけるスイッチＳＷ１及びその周辺回路を示す概略構成図である。

電気経路Ｌ１において、分岐点Ｎ１１と分岐点Ｎ１２との間の導体部として、互いに並列に設けられた第１導体部３１と第２導体部３２とが設けられている。また、電気経路Ｌ１において、外部端子Ｐ０と分岐点Ｎ１１との間の導体部として、共通導体部３３が設けられており、外部端子Ｐ１と分岐点Ｎ１２との間の導体部として、共通導体部３４が設けられている。各導体部３１～３４は、バスバー等により構成されている。なお、分岐点Ｎ１１が「第１点」に相当し、分岐点Ｎ１２が「第２点」に相当する。

スイッチＳＷ１は、第１導体部３１及び第２導体部３２により並列接続された第１スイッチ部４１及び第２スイッチ部４２を有している。各スイッチ部４１，４２には、半導体スイッチング素子としてそれぞれ２つのＭＯＳＦＥＴ４３が設けられている。そして、２つ一組のＭＯＳＦＥＴ４３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。各ＭＯＳＦＥＴ４３は、周知の大電力用のｎ型のＭＯＳＦＥＴであって、常開式の半導体スイッチング素子であり、制御端子であるゲート端子４３ａを備えている。なお、第１スイッチ部４１が「第１スイッチ素子」に相当し、第２スイッチ部４２が「第２スイッチ素子」に相当する。

各スイッチ部４１，４２において、各ＭＯＳＦＥＴ４３の間には、電流測定用のシャント抵抗４４が設けられている。シャント抵抗４４の両端の電圧を測定することで、各検出部４５は、各導体部３１，３２に流れる電流をそれぞれ検出する。検出部４５での検出結果は、制御部２１に出力され、制御部２１は検出結果に基づいて過電流等を監視する。

第１スイッチ部４１の各ＭＯＳＦＥＴ４３のゲート端子４３ａには、第１駆動回路５０から第１電圧Ｖ１が印加される。第１駆動回路５０には、制御部２１からの指令により、ＭＯＳＦＥＴ４３のゲート端子４３ａへ電圧印加する印加回路５１が設けられている。印加回路５１には、第１生成回路５２からゲート端子４３ａに印加する電圧が供給される。第１生成回路５２は、チャージポンプ回路である昇圧回路５３と、昇圧回路５３にクロック信号を供給する周期回路５４とを備えている。

周期回路５４は、クロック信号を生成し、昇圧回路５３に供給するための回路である。周期回路５４が生成するクロック信号は、許容誤差（公差）を有している。周期回路５４が生成するクロック信号が、昇圧回路５３の動作周波数ｆ１になる。

昇圧回路５３は、複数のコンデンサとスイッチを組み合わせることによって電圧を上昇させるための電子回路であって、複数のスイッチのオンオフのタイミングが動作周波数ｆ１により同期されている。つまり、動作周波数ｆ１に基づいて、所定の昇圧期間の昇圧回数が決定される。周期回路５４が有する許容誤差によって、動作周波数ｆ１に目標周波数とのずれがあると、所定の昇圧期間の昇圧回数にずれが生じ、生成される電圧にずれができる。

第２スイッチ部４２の各ＭＯＳＦＥＴ４３のゲート端子４３ａには、第２駆動回路６０から第２電圧Ｖ２が印加される。第２駆動回路６０には、第１駆動回路５０と同様に、制御部２１からの指令により、ＭＯＳＦＥＴ４３のゲート端子４３ａへ電圧印加する印加回路６１と、印加回路６１にゲート端子４３ａに印加する電圧を供給する第２生成回路６２とが設けられている。第２生成回路６２は、チャージポンプ回路である昇圧回路６３と、昇圧回路６３にクロック信号を供給する周期回路６４とを備えている。また、周期回路６４が生成するクロック信号を校正する校正回路６５を備えている。なお、校正回路６５は、「調整回路」に相当する。

校正回路６５は、周期回路６４で生成されたクロック信号に基づく動作周波数ｆ２を変更する。具体的には、外部からの周波数に基づいて、周期回路６４が生成するクロック信号を周知の方法により校正する。周期回路６４が生成するクロック信号は、許容誤差（公差）を有している。そこで、例えば、外部からの周波数と生成されたクロック信号に基づく値とを比較し、周期回路６４で生成されたクロック周波数の何周期分を動作周波数ｆ２の何周期分とするかを校正回路６５で調整する。これにより、動作周波数ｆ２が目標周波数に近づくように校正される。周期回路５４が生成するクロック信号を校正回路６５による校正することで、許容誤差範囲内で、目標周波数となるように動作周波数ｆ２が変更される。これによって、所定の昇圧期間の昇圧回数が調整される。

なお、校正回路６５での動作周波数ｆ２の変更機能は、各部品の実装後であって、工場内での出荷前に実施されることが望ましい。このように、実装後に動作周波数ｆ２を校正し、昇圧回数を調整することで、部品等の個別のばらつき等に応じて、昇圧回数を調整し、生成電圧を電圧調整範囲内で電圧調整することができる。また、目標周波数を制御部２１からの指令に基づいて変更するできることが望ましい。校正して動作周波数ｆ２を変更する際には、周期回路６４で生成された周波数を上げるよりも下げる方が好ましい。

また、動作周波数ｆ２を校正するのではなく、昇圧回数を直接調整する構成を調整回路として設けていてもよい。例えば、生成されたクロック周波数をそのまま動作周波数ｆ２とし、動作周波数ｆ２でスイッチをオンオフしないように間引いて昇圧回数を調整するようにしてもよい。

このように、各スイッチ部４１，４２の印加電圧を各生成回路５２，６２で生成して、冗長化を図ることで、仮に第１生成回路５２の故障により第１スイッチ部４１への電圧印加が不可能になっても、第２生成回路６２で電圧を生成し、第２スイッチ部４２での電圧印加を継続できる。これにより、電源としての安定化を図ることができる。

ところで、電気経路Ｌ１において、外部端子Ｐ０と外部端子Ｐ１とは、例えば電池ユニットＵのケースに固定されたコネクタに設けられており、ケース内における第１導体部３１と第２導体部３２の位置によっては、第１導体部３１と第２導体部３２との経路長、つまり分岐点Ｎ１１と分岐点Ｎ１２との間の経路長が不均等になっていることが考えられる。例えば、第１導体部３１の経路長は、第２導体部３２の経路長よりも長くなっている。この場合、第１導体部３１の抵抗値Ｒ１が第２導体部３２の抵抗値Ｒ２よりも高くなっている。

各経路において経路全体の経路抵抗は、各スイッチ部４１,４２での抵抗と、各導体部３１,３２の抵抗値Ｒ１，Ｒ２に応じて定まっており、経路間で各導体部３１,３２の抵抗値Ｒ１，Ｒ２が不均等になると、経路全体の経路抵抗も不均等になる。そのため、スイッチＳＷ１をオン状態、つまり並列な経路の各スイッチ部４１,４２の各ＭＯＳＦＥＴ４３をオン状態にすると、各経路に流れる電流が不均等になる。

そこで、第１導体部３１の抵抗値Ｒ１が第２導体部３２の抵抗値Ｒ２よりも高い状態であっても、各経路に流れる電流の不均等を抑制する構成を検討する。各導体部３１,３２に流れる電流を制御する各ＭＯＳＦＥＴ４３は、ゲート端子４３ａに印加される電圧が高くなると、各ＭＯＳＦＥＴ４３に電流が流れる際の抵抗が低くなる。

本実施形態では、第１導体部３１に接続された第１スイッチ部４１の各ＭＯＳＦＥＴ４３のゲート端子４３ａに印加される第１電圧Ｖ１が、第２導体部３２に接続された第２スイッチ部４２の各ＭＯＳＦＥＴ４３のゲート端子４３ａに印加される第２電圧Ｖ２より高い構成としている。この際に、第１スイッチ部４１と第２スイッチ部４２とでゲート端子４３ａに印加される電圧を生成する生成回路５２,６２が異なることで、各生成回路５２，６２において個別に電圧を生成して、各ゲート端子４３ａに印加される第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とを異なるものに調整することができる。

第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とを調整する具体的な構成について、図３を用いて説明する。図３は、第１駆動回路５０と第２駆動回路６０とがゲート端子４３ａに印加する第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２について示した図である。

チャージポンプ回路である各生成回路５２，６２において、校正回路が設けられていない第１生成回路５２で生成される電圧は、動作周波数ｆ１の許容誤差に基づいて、目標電圧Ｔｇ１に対してずれを有していることがある。具体的には、周期回路５４に用いられる部品の個体差により、第１電圧Ｖ１は、目標電圧Ｔｇ１に対して図の矢印で示す範囲内のいずれかの値になっている。

第１電圧Ｖ１は目標電圧Ｔｇ１に対してずれることがあるため、ずれた場合の下限側でも各ＭＯＳＦＥＴ４３をオン状態にできるようにする必要がある。そのため、ゲート端子４３ａに印加する電圧がずれた場合の下限側でもオン電圧ＶＬを超えるように、目標電圧Ｔｇ１を高くする。したがって、校正回路が設けられていない第１生成回路５２では、生成される電圧が高くなり、ゲート端子４３ａに印加される第１電圧Ｖ１が高くなる。このように、校正回路を備えておらず、第２生成回路６２の目標電圧Ｔｇ２より目標電圧Ｔｇ１を高く設定してある第１生成回路５２を、抵抗値Ｒ１が高い第１導体部３１側の第１スイッチ部４１に用いることが望ましい。

一方、校正回路６５が設けられている第２生成回路６２は、動作周波数ｆ２を許容誤差範囲内で変更可能となっている。この際に、校正回路６５により電圧を下げるように調整する方が、電圧が安定しやすくなるため好ましい。そのため、第２生成回路６２では、生成される電圧を低くし、ゲート端子４３ａに印加される電圧を低くする方がよい。

また、第２生成回路６２は、部品実装後であっても校正回路６５によって動作周波数ｆ２が変更可能となっている。そのため、各抵抗値Ｒ１，Ｒ２の差に応じた第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との差分になるように、第２電圧Ｖ２を調整する。つまり、実装後の各導体部３１,３２の抵抗値Ｒ１，Ｒ２の個別のばらつきや第１電圧Ｖ１のばらつき等に応じて、第２電圧Ｖ２を調整する。

このように校正回路６５により動作周波数ｆ２を部品実装後に調整することで、各導体部３１,３２の抵抗値Ｒ１，Ｒ２の個別のばらつきや第１電圧Ｖ１のばらつき等に応じて、第２電圧Ｖ２を調整する。これにより、第１導体部３１と第２導体部３２との経路長が異なり、各抵抗値Ｒ１，Ｒ２が異なっていても、経路全体の経路抵抗が不均等になることを抑制でき、経路に流れる電流の不均等を抑制できる。

また、第２生成回路６２は、校正回路６５を備え、第１生成回路５２は校正回路を備えていない。第１生成回路５２に校正回路が設けられていなくても、第１生成回路５２で生成された電圧に基づいて、第２生成回路６２で生成される電圧を調整することで、第２電圧Ｖ２が第１電圧Ｖ１より低くなるように電圧を調整することができる。そのため、コストの上昇を抑制しつつ、各抵抗値Ｒ１，Ｒ２に応じた第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との電圧差を確保することができる。

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。

各導体部３１，３２に流れる電流を制御する各スイッチ部４１，４２のＭＯＳＦＥＴ４３は、ゲート端子４３ａに印加される電圧が高くなると、ＭＯＳＦＥＴ４３に電流が流れる際の抵抗が低くなる。そこで、本実施形態では、抵抗値Ｒ１が高い第１導体部３１に接続された第１スイッチ部４１のＭＯＳＦＥＴ４３のゲート端子４３ａに印加される第１電圧Ｖ１が、第２導体部３２に接続された第２スイッチ部４２のＭＯＳＦＥＴ４３のゲート端子４３ａに印加される第２電圧Ｖ２より高い構成としている。

第１電圧Ｖ１が第２電圧Ｖ２より高いことで、第１スイッチ部４１での抵抗を第２スイッチ部４２での抵抗より小さくすることができる。これにより、経路長の違い等により各導体部３１，３２の抵抗値Ｒ１，Ｒ２が異なっていても、経路全体の経路抵抗が不均等になることを抑制することができ、並列に配された経路に流れる電流の不均等を抑制できる。そのため、電流の大きい経路に合わせて電流のマージンを大きく設定する必要がないため、経路全体としての許容電流を大きくできる。

第１スイッチ部４１と第２スイッチ部４２とでゲート端子４３ａに印加される電圧を生成する生成回路５２，６２が異なることで、各生成回路５２，６２において個別に電圧を生成して、各ゲート端子４３ａに印加される電圧を異なるものとすることができる。また、各スイッチ部４１，４２の印加電圧を異なる生成回路５２，６２で生成して、冗長化を図ることで、仮に第１生成回路５２の故障により第１スイッチ部４１への電圧印加が不可能になっても、第２スイッチ部４２での電圧印加を継続できる。これにより、電源としての安定化を図ることができる。

校正回路６５で、第２電圧Ｖ２を調整する構成としている。これにより、第１電圧Ｖ１が第２電圧Ｖ２より高くなるように電圧を生成し、ゲート端子４３ａに印加することで、経路に流れる電流の不均等を抑制することができる。

チャージポンプ回路である昇圧回路６３では、所定の昇圧期間において、動作周波数ｆ２で昇圧を行って、電圧を生成する。部品実装後であっても、校正回路６５により昇圧期間内の昇圧回数を変更することで、生成電圧が調整可能となっている。そのため、部品等の実装後に、部品等の個別のずれ等に応じて、昇圧回数を変更することで、昇圧回路６３が生成する電圧を変更することができる。

また、校正回路６５では、動作周波数ｆ２の許容誤差範囲内で、昇圧期間での昇圧回数を変更する。昇圧回路６３は、動作周波数ｆ２（周期回路６４の生成するクロック信号）の許容誤差範囲により生成電圧のずれを有しており、このずれを解消すべく、校正回路６５は、許容誤差範囲内で動作周波数ｆ２を変更する。そして、校正回路６５により、昇圧期間における昇圧回数を変更することにより、生成電圧を意図的に低くすることが可能となる。これにより、部品等の実装後に、第２電圧Ｖ２を調整することで、経路に流れる電流の不均等をより抑制することができる。

校正回路が第１生成回路５２に設けられていない場合であっても、校正回路６５が設けられている第２生成回路６２により電圧調整範囲内で電圧を調整することで、第２電圧Ｖ２が第１電圧Ｖ１より低くなるように電圧を調整することができる。この際に、第２生成回路６２側に校正回路６５を設けることで、所望の電圧調整を好適に実施することができる。例えば、校正回路６５によって電圧を下げる方が安定しやすくなるため、第２生成回路６２側に校正回路を設ける方が好ましい。本実施形態では、コストの上昇を抑制しつつ、各生成回路５２，６２内で生成する電圧を好適に調整し、経路に流れる電流の不均等を抑制することができる。

＜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。ちなみに、以下の別例の構成を、上記実施形態の構成に対して、個別に適用してもよく、また、任意に組み合わせて適用してもよい。

・第１生成回路５２及び第２生成回路６２にそれぞれ校正回路６５が設けられていてもよい。第１生成回路５２及び第２生成回路６２にそれぞれ校正回路６５が設けられていることで、例えば第１生成回路５２では許容誤差範囲内で動作周波数ｆ１を上げ、第２生成回路６２では許容誤差範囲内で動作周波数ｆ２を下げることにより、電圧調整の範囲を動作周波数ｆ１，ｆ２の許容誤差範囲内で制限しつつも、電圧調整の可能範囲を拡げることができる。

・第１生成回路５２に校正回路６５が設けられ、第２生成回路６２に校正回路が設けられていなくてもよい。この場合にも、第２電圧Ｖ２に基づいて、第１電圧Ｖ１より第２電圧Ｖ２が低くなるように、校正回路６５によって動作周波数ｆ１が調整されることが望ましい。

・例えば、スイッチＳＷ１の通電時に、各生成回路５２，６２で生成される電圧を変更できる構成とし、第１導体部３１及び第２導体部３２に流れる電流に基づいて、フィードバック制御するようにしてもよい。第１導体部３１及び第２導体部３２に流れる電流を各検出部４５により検出し、制御部２１は、その検出した電流に基づいて、第１導体部３１及び第２導体部３２にそれぞれ流れる電流が同じになるように、各生成回路５２，６２で生成される電圧をフィードバック制御する。例えば、検出した電流に基づいてゲート端子４３ａに印加する電圧の差が所定値になるように、それぞれの生成回路５２，６２で印加する電圧を制御するとよい。電池ユニットＵ内で電流が流れている状態で、フィードバック制御を行うことで、並列に配された経路に流れる電流の不均等を抑制できる。なお、この場合には、制御部２１が「電圧制御部」に相当する。また、第１生成回路５２及び第２生成回路６２の少なくとも一方で生成される電圧を制御すればよい。

・上記実施形態では、経路長の違いにより第１導体部３１と第２導体部３２との抵抗値Ｒ１，Ｒ２が異なるものとしたが、材質の違いや各導体部の断面積の違い等により、各導体部３１，３２の抵抗値Ｒ１，Ｒ２が異なる場合にも本構成を適用できる。

・各スイッチ部４１，４２において、並列に１対のＭＯＳＦＥＴ４３及び経路を設けるようにしてもよい。例えば、第１導体部３１が２本以上並列に配列され、それぞれに１対のＭＯＳＦＥＴ４３が設けられるようにしてもよい。

・スイッチＳＷ２についても、分岐点Ｎ２１とＮ２２との間の導体部の抵抗値が異なる場合に、本構成の対象としてもよい。また、スイッチＳＷ３，ＳＷ４についてもＭＯＳＦＥＴが互いに並列に接続されるようにして、並列な導体部の抵抗が異なる場合に、本構成の対象としてもよい。その場合には、「電気機器」には、電気負荷１５が含まれる。

・上記実施形態では、スイッチＳＷ１に用いる「半導体スイッチング素子」としてＭＯＳＦＥＴ４３を用いたが、ＩＧＢＴ等他の半導体スイッチング素子を用いてもよい。また、各スイッチ部４１，４２には、それぞれ２つのＭＯＳＦＥＴ４３を用いていたが、１つのＭＯＳＦＥＴを用いてもよい。その場合には、暗電流を防止するための寄生ダイオードと逆向きになるダイオードを設けることが望ましい。

・上記実施形態では、各スイッチ部４１，４２にそれぞれ昇圧回路５３，６３及び周期回路５４，６４を設けていたが、昇圧回路及び周期回路を一つにしてもよい。１つの昇圧回路から各印加回路５１，６１に供給する際に、その経路上に抵抗等を設け、その抵抗値を調整することで、第１電圧Ｖ１が第２電圧Ｖ２より高くなるように電圧を生成することが望ましい。

・昇圧回路としてチャージポンプ回路以外の回路、例えばチョッパ回路等により、ゲート端子４３ａに印加する電圧を生成してもよい。その場合には、生成回路とゲート端子４３ａとの間に分圧回路を設け、印加される電圧値を変える等して、ゲート端子４３ａに印加される電圧を調整してもよい。なお、昇圧回路としてチャージポンプ回路を用いていても、生成回路とゲート端子４３ａとの間に分圧回路を設け、印加される電圧値を変える等して、ゲート端子４３ａに印加される電圧を調整してもよい。

・第１生成回路５２の生成する電圧が第２生成回路６２の生成する電圧より高い場合に、第１導体部３１の抵抗値Ｒ１が第２導体部３２の抵抗値Ｒ２より大きくなるように調整するようにしてもよい。例えば、第１導体部３１と第２導体部３２に可変抵抗を設け、その抵抗値を調整するようにしてもよい。

これにより、印加される電圧の違いにより各スイッチ部４１，４２での抵抗が異なっていても、経路全体の経路抵抗が不均等になることを抑制でき、並列に配された経路に流れる電流の不均等を抑制できる。そのため、電流の大きい経路に合わせて電流のマージンを大きく設定する必要がないため、経路全体としての許容電流を大きくできる。

・上記実施形態では、２つの蓄電池を備える２電源装置となっていたが、いずれか片方の蓄電池のみを備えるものであってもよい。また、上記実施形態では、リチウムイオン蓄電池１２を用いているが、他の高密度蓄電池を用いてもよい。例えば、ニッケル－水素電池を用いてもよい。その他、いずれも同じ蓄電池（例えば鉛蓄電池、又はリチウムイオン蓄電池等）を用いることも可能である。

１１…鉛蓄電池、１４…回転電機、２１…制御部、３１…第１導体部、３２…第２導体部、４１…第１スイッチ部、４２…第２スイッチ部、４３…ＭＯＳＦＥＴ、４３ａ…ゲート端子、５２…第１生成回路、６２…第２生成回路、ＳＷ１…スイッチ、Ｕ…電池ユニット。

Claims (8)

1. 蓄電池（１１）と電気機器（１４）との間を電気的に接続する電気経路（Ｌ１）において、第１点（Ｎ１１）と第２点（Ｎ１２）との間に互いに並列に設けられた導体部である第１導体部（３１）及び第２導体部（３２）と、
   半導体スイッチング素子よりなり前記第１導体部及び前記第２導体部により並列接続された第１スイッチ素子（４１）及び第２スイッチ素子（４１）を有するスイッチ（ＳＷ１）と、
   前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子の各制御端子（４３ａ）に印加する電圧を生成する生成回路（５２，６２）と、を備え、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子をオンオフさせて、前記電気経路に流れる電流を制御する電源装置（Ｕ）であって、
   前記第１導体部の抵抗値が前記第２導体部の抵抗値より高くなっており、
   前記生成回路で生成され前記第１スイッチ素子の前記制御端子に印加される第１電圧が、前記生成回路で生成され前記第２スイッチ素子の前記制御端子に印加される第２電圧より高い電源装置。
2. 前記生成回路として、前記第１電圧を生成する第１生成回路（５２）と、前記第２電圧を生成する第２生成回路（６２）と、を有する請求項１に記載の電源装置。
3. 前記第１生成回路及び前記第２生成回路の少なくともいずれかには、前記第１電圧が前記第２電圧よりも高くなるように、前記第１電圧及び前記第２電圧の少なくともいずれかを調整する調整回路（６５）が設けられている請求項２に記載の電源装置。
4. 前記生成回路は、所定の昇圧期間において所定の動作周波数で昇圧を行うことにより電圧を生成する昇圧回路（５３，６３）を有し、
   前記調整回路は、前記動作周波数の許容誤差範囲内で、前記昇圧期間での昇圧回数の変更により、前記昇圧回路の生成電圧を調整可能とするものであり、
   前記動作周波数の許容誤差範囲に相当する電圧調整範囲内での電圧調整により、前記第２電圧が前記第１電圧よりも低い電圧に調整されている請求項３に記載の電源装置。
5. 前記第１生成回路には、前記調整回路が設けられていない一方、前記第２生成回路には、前記調整回路が設けられており、
   前記調整回路により、前記第２電圧が前記第１電圧よりも低い電圧に調整されている請求項４に記載の電源装置。
6. 前記第１生成回路及び前記第２生成回路には、前記調整回路がそれぞれ設けられており、
   前記調整回路により、前記第２電圧が前記第１電圧よりも低い電圧に調整されている請求項４に記載の電源装置。
7. 前記第１導体部及び前記第２導体部に流れる電流をそれぞれ検出する検出部（４５）と、
   検出した前記各導体部に流れる電流に基づいて、それら各導体部の電流が一致するように、前記第１電圧及び前記第２電圧の少なくともいずれかを制御する電圧制御部（２１）と、を備える請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の電源装置。
8. 蓄電池（１１）と電気機器（１４）との間を電気的に接続する電気経路（Ｌ１）において、第１点（Ｎ１１）と第２点（Ｎ１２）との間の導体部として、互いに並列に設けられた第１導体部（３１）及び第２導体部（３２）と、
   半導体スイッチング素子よりなり前記第１導体部及び前記第２導体部により並列接続された第１スイッチ素子（４１）及び第２スイッチ素子（４１）を有するスイッチ（ＳＷ１）と、
   前記第１スイッチ素子の制御端子（４３ａ）に印加する電圧を生成する第１生成回路（５２）と、
   前記第２スイッチ素子の制御端子（４３ａ）に印加する電圧を生成する第２生成回路（６２）と、を備え、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子をオンオフさせて、前記電気経路に流れる電流を制御する電源装置（Ｕ）であって、
   前記第１生成回路が生成する電圧は、前記第２生成回路が生成する電圧より高くなっており、
   前記第１導体部の抵抗値が、前記第２導体部の抵抗値より大きくなるように調整されている電源装置。

Images