JP7098911B2 - 電源システム - Google Patents

Description

本発明は、車両等に搭載される電源システムに関するものである。

車両に搭載される電源システムとして、発電機に対して第１蓄電池（鉛蓄電池等）及び第２蓄電池（リチウムイオン蓄電池等）が並列接続されており、かつ電気負荷に対しても第１蓄電池及び第２蓄電池が並列接続されているシステムがある（例えば、特許文献１）。

この車載電源システムでは、２つの蓄電池を使い分けながら各種電気負荷に対して電力を供給したり、蓄電池を選択して発電機からの電力を供給したりしている。

またこのような電源システムにおいては、２つの蓄電池を使い分けるために複数の半導体スイッチが設けられている。また、システム停止時における電気負荷への暗電流供給やフェイルセーフ処置のために、各スイッチを迂回するバイパス経路にバイパスリレーが設けられている。

システム作動時には、制御部により各スイッチの開閉が適宜制御されることで、発電機、両蓄電池及び電気負荷の電気的な接続状態が切り替えられる。システムの停止時には、スイッチは開状態とされて、バイパスリレーを介して蓄電池と電気負荷とが接続される。

特開２０１５－９３５５４号公報

第１蓄電池及び第２蓄電池を接続する電気経路に設けられるスイッチのうち、バイパスリレーと直列接続されるスイッチがシステムの停止時に意図せずに導通状態となると、両蓄電池が電気的に接続されてしまう。この際、両蓄電池の電位差に起因して意図しない電流が流れると、両蓄電池において過充電や過放電が生じるおそれがある。なおバイパスリレーと直列接続されていないスイッチについては、そのスイッチが意図せず導通状態になったとしても、このような異常は生じ難いことも考えられる。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、システムの停止時において、複数の蓄電池が意図せず導通状態となることを回避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している。

第１の手段では、発電機（１６）及び電気負荷（１５）に対してそれぞれ並列接続される第１蓄電池（１１）及び第２蓄電池（１２）と、
前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池を接続する電気経路であって、互いに並列接続された第１電気経路（Ｌ１）及び第２電気経路（Ｌ２）と、
前記発電機と、前記各蓄電池と、前記電気負荷との互いの電気的な接続状態を切り替えるために、前記第１電気経路及び前記第２電気経路に設けられるスイッチユニット（ＳＷＵ）と、
前記第１蓄電池と前記電気負荷とを電気的に接続する常閉式のリレー（３１）と、を備え、
前記スイッチユニットは、
前記第１電気経路のうち前記第２電気経路との並列部分において前記発電機との第１接続点よりも前記第１蓄電池の側に設けられる第１スイッチ（ＳＷ１）と、
前記第１電気経路のうち前記第２電気経路との並列部分において前記第１接続点よりも前記第２蓄電池の側に設けられる第２スイッチ（ＳＷ２）と、
前記第２電気経路のうち前記第１電気経路との並列部分において前記電気負荷との第２接続点（Ｎ２）よりも前記第１蓄電池の側に設けられる第３スイッチ（ＳＷ３）と、
前記第２電気経路のうち前記第１電気経路との並列部分において前記第２接続点よりも前記第２蓄電池の側に設けられる第４スイッチ（ＳＷ４）と、を有しており、
前記リレーは、前記第３スイッチに並列接続され、かつ前記第４スイッチとは直列接続されており、
前記第２蓄電池の側に設けられる前記第２スイッチ及び前記第４スイッチのうち、前記第４スイッチは、前記リレーを介して前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池の間を流れる電流を遮断する冗長性を確保するための冗長部（ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ，Ｓ３）を有している。

第１蓄電池と電気負荷とを電気的に接続する常閉式のリレーを、第２電気経路の第３スイッチに並列接続する場合、システムの停止時にスイッチユニットを構成する各スイッチがオフになったとしても、リレーを介して第１蓄電池と電気負荷とが電気的に接続されるため、電気負荷に対する電力供給を行うことができる。

しかし、このようなリレーが設けられた構成においては、リレーと直列接続される第４スイッチが意図せずに導通状態となってしまうと、リレー（及び第４スイッチ）を介して、第１蓄電池及び第２蓄電池が電気的に接続されてしまう。この際、第１蓄電池及び第２蓄電池に電位差があると、両電池間に意図しない電流が流れてしまう。

なおシステムの停止時には、スイッチユニットを構成する各スイッチの状態を切り替えることができない。そのため、このような意図しない電流が流れてしまうと、両蓄電池において過放電や過充電に至るおそれがある。ところで、第１電気経路には、第１蓄電池と電気負荷とを電気的に接続する常閉式のリレーが設けられていないため、第２電気経路に比べるとこのような異常は生じ難いと考えられる。

そこで、第２蓄電池の側に設けられる第２スイッチ及び第４スイッチのうち、第４スイッチに、リレーを介して第１蓄電池及び第２蓄電池の間を流れる電流を遮断する冗長性を確保するための冗長部を設けるようにした。

このような構成とすることで、システムの停止時に、リレーを介して第１蓄電池及び第２蓄電池の間に意図しない電流が流れることを遮断する機能を高めることができる。また、第２蓄電池の側に設けられる第２スイッチ及び第４スイッチのうち、第２電気経路の第４スイッチにのみに冗長部を持たせることとしたため、第２スイッチ及び第４スイッチの両方のスイッチに冗長部を持たせる場合と比べると、構成の簡略化を図ることができる。

第２の手段では、前記各スイッチは、それぞれ半導体スイッチを用いて構成されており、前記冗長部は、前記第４スイッチにおいて、前記第２スイッチよりも多くなる前記半導体スイッチを直列接続することで設けられている。

このように、第２スイッチよりも多くなる半導体スイッチを直列接続することで、第４スイッチに冗長部を設けることができる。

第３の手段では、前記各スイッチは、一対の半導体スイッチを用いて構成されており、かつ当該一対の半導体スイッチは、互いの寄生ダイオードの向きが逆向きとなるように直列接続されており、前記冗長部は、前記接続点よりも前記第２電気経路側において、前記一対の半導体スイッチに対して更に別の前記半導体スイッチを直列接続することで設けられている。

各スイッチを、一対の半導体スイッチを用いて構成するとともに、当該一対の半導体スイッチの互いの寄生ダイオードの向きが逆極性となるように直列接続した場合、それらの半導体スイッチをオフにすれば、半導体スイッチ固有のダイオード成分を介して流れる電流成分についても遮断できる。

しかし、スイッチの電流遮断機能に何等かの異常が生じた場合には、スイッチをオフにしたとしても電流を完全に遮断できなくなってしまう。そして第４スイッチにおいて、このような異常が生じた場合には、第１蓄電池及び第２蓄電池の間が導通状態となるため、他のスイッチに同様の異常が生じた場合と比べると、その影響が大きくなると考えられる。

そこで第４スイッチについては、一対の半導体スイッチに、更に別の半導体スイッチを直列接続することで冗長部を設ける。このような構成とすることで、第４スイッチについては一対の半導体スイッチの電流遮断機能に異常が生じたとしても、その一対の半導体スイッチに直列接続された別の半導体スイッチによって、リレーを介して第１蓄電池及び第２蓄電池の間を流れる電流を遮断することができる。

以上により、第１蓄電池及び第２蓄電池の間で意図しない電流が流れる不都合の発生を抑えることができる。

第４の手段では、前記冗長部として設けられる前記半導体スイッチは、前記寄生ダイオードの向きが前記第２電気経路において前記第１蓄電池から第２蓄電池へと流れる電流を遮断する向きに設けられる。

第１蓄電池及び第２蓄電池の間を流れる電流のうち、第１蓄電池から第２蓄電池へと流れる電流を遮断する機能を高めることができる。

第５の手段では、前記第１蓄電池は鉛蓄電池であり、前記第２蓄電池はリチウムイオン蓄電池である。

鉛蓄電池及びリチウムイオン蓄電池の間で意図しない電流が流れることの遮断機能を高めることができる。

第１実施形態の電源システムを示す電気回路図。 第１実施形態の電源システムにおける作用効果の説明図。 第２実施形態の電源システムを示す電気回路図。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。以下の各実施形態では、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。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一又は均等である部分には、図中、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。

（第１実施形態）
図１に示すように、電源システムは、発電機１６及び電気負荷１５に対してそれぞれ並列接続される鉛蓄電池１１（第１蓄電池）及びリチウムイオン蓄電池１２（第２蓄電池）を有する２電源システムである。

以下、電源システムの具体的な構成について説明する。両蓄電池１１，１２のうち、リチウムイオン蓄電池１２は、収容ケース（図示略）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，Ｐ３を有しており、このうち出力端子Ｐ１に鉛蓄電池１１及びスタータ１３が接続され、出力端子Ｐ２に発電機１６が接続され、出力端子Ｐ３に電気負荷１５が接続されている。

電気負荷１５には、供給電力の電圧が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、及び定電圧要求負荷以外の一般的な負荷が含まれている。定電圧要求負荷の具体例としては、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。また定電圧要求負荷には、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、一般的な負荷の具体例としては、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。

発電機１６は、３相交流モータとそのモータの駆動を制御するモータ制御部と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。発電機１６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。発電機１６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が付与される。発電機１６は、発電電力を各蓄電池１１，１２や電気負荷１５に供給する。

次に、電池ユニットＵの電気的構成について説明する。

電池ユニットＵには、鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２を接続するユニット内電気経路として、互いに並列接続された第１電気経路Ｌ１及び第２電気経路Ｌ２を有している。具体的には、第１電気経路Ｌ１は、出力端子Ｐ１とリチウムイオン蓄電池１２とを繋ぐ電気経路である。この第１電気経路Ｌ１の中間点である接続点Ｎ１に、出力端子Ｐ２が接続されている。なお第１電気経路Ｌ１上の接続点Ｎ１には発電機１６が接続されている。

各電気経路Ｌ１，Ｌ２には、発電機１６と、各蓄電池１１，１２と、電気負荷１５との互いの電気的な接続状態を切り替えるために、複数個のスイッチＳＷ１～ＳＷ４から構成されるスイッチユニットＳＷＵが設けられている。具体的には、第１電気経路Ｌ１には、接続点Ｎ１よりも鉛蓄電池１１の側にスイッチＳＷ１が設けられている。また接続点Ｎ１よりもリチウムイオン蓄電池１２の側にスイッチＳＷ２が設けられている。第１電気経路Ｌ１とＮ１－Ｐ２間の電気経路とは、発電機１６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、この経路を介して、各蓄電池１１，１２及び発電機１６の相互の通電が行われる。

第２電気経路Ｌ２は、その一端が第１電気経路Ｌ１上において出力端子Ｐ１とスイッチＳＷ１との間の分岐点Ｎ３に接続され、他端は第１電気経路Ｌ１上においてスイッチＳＷ２とリチウムイオン蓄電池１２との間の分岐点Ｎ４に接続されている。

第２電気経路Ｌ２の中間点である接続点Ｎ２には、出力端子Ｐ３が接続されている。そして第２電気経路Ｌ２において、接続点Ｎ２よりも鉛蓄電池１１の側にスイッチＳＷ３が設けられている。接続点Ｎ２よりもリチウムイオン蓄電池１２の側にスイッチＳＷ４が設けられている。

第２電気経路Ｌ２とＮ２－Ｐ３間の電気経路とは、第１電気経路Ｌ１側と比べて小電流を流すことを想定した小電流経路（すなわち、第１電気経路Ｌ１に比べて許容電流が小さい小電流経路）であり、この経路を介して、各蓄電池１１，１２から電気負荷１５への通電が行われる。

また、電池ユニットＵには、出力端子Ｐ１と出力端子Ｐ３とを繋ぐバイパス経路Ｌ３が設けられ、そのバイパス経路Ｌ３にはバイパスリレー３１が設けられている。つまり、バイパスリレー３１は、スイッチＳＷ３に並列に設けられている。なお図１では、バイパスリレー３１として、ノーマリクローズ式のメカニカルリレースイッチを用いている。

バイパス経路Ｌ３は、第２電気経路Ｌ２と同様に、第１電気経路Ｌ１に比べて許容電流が小さい小電流経路である。

電源システムの作動状態においては、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２が選択的に閉状態に操作されることで、第１電気経路Ｌ１を介して、鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２の少なくともいずれかと発電機１６との間で通電が行われる。また、スイッチＳＷ３及びスイッチＳＷ４が選択的に閉状態に操作されることで、第２電気経路Ｌ２を介して、鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２の少なくともいずれかと電気負荷１５との間で通電が行われる。

一方、電源システムの停止時（車両のイグニッションスイッチがオフの状態）では、各スイッチＳＷ１～ＳＷ４はオフであるが、バイパスリレー３１はオンとなる。かかる状況では、各スイッチＳＷ１～ＳＷ４によって、発電機１６，各蓄電池１１，１２及び各種電気負荷１５とは互いに電気的に非接続とされる。一方、バイパスリレー３１を介して鉛蓄電池１１及び電気負荷１５が電気的に接続されて、鉛蓄電池１１から電気負荷１５に対して暗電流が供給される。

ところで、電源システムの停止時において、バイパスリレー３１と直列接続されるスイッチＳＷ４が意図せずに導通状態となると、バイパスリレー３１を介して両蓄電池１１，１２が導通状態となってしまう。この際、両蓄電池１１，１２の電位差があると、両蓄電池１１，１２の間を意図しない電流が流れてしまう。

なお電源システムの停止時には、制御部５１による各スイッチＳＷ１～ＳＷ４の開閉操作は行われない。そのため、システムの停止時に、第２電気経路Ｌ２に意図しない電流が流れてしまう場合には、両蓄電池１１，１２において過放電や過充電に至るおそれがある。

そこで本実施形態では、スイッチＳＷ１～ＳＷ４のうち、バイパスリレー３１に直列接続されるスイッチＳＷ４については、バイパスリレー３１を介して鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２の間を流れる電流を遮断するための冗長部を設けている。

ここで各スイッチＳＷ１～ＳＷ４の構成を具体的に説明する。各スイッチＳＷ１～ＳＷ４は、それぞれＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子を用いて構成されており、言うなればノーマリオープン式のスイッチである。

スイッチＳＷ１は、寄生ダイオードの向きを互いに逆にして直列接続された半導体スイッチング素子からなるスイッチ部２１と、同じく寄生ダイオードの向きを互いに逆にして直列接続された半導体スイッチング素子からなるスイッチ部２２とを有し、これら各スイッチ部２１，２２が並列接続されることで構成されている。なおスイッチＳＷ２，ＳＷ３も同様の構成を有している。すなわちスイッチＳＷ２は、スイッチ部２３，２４が並列接続されることで構成されている。スイッチＳＷ３は、スイッチ部２５，２６が並列接続されることで構成されている。

上記の各スイッチ部２１～２６では、寄生ダイオードの向きを互いに逆にする一対の半導体スイッチング素子をそれぞれ有している。そのため、各スイッチＳＷ１～ＳＷ３がオフ（開放）となった場合、つまり各半導体スイッチング素子がオフとなった場合には、寄生ダイオードを通じて流れる電流についても遮断できる。

スイッチＳＷ４は、寄生ダイオードの向きを互いの逆にして直列接続された半導体スイッチング素子からなるスイッチ部２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂを有している。これらのうちスイッチ部２７ａ，２８ａは並列接続されてスイッチＳＷ４ａを構成している。またスイッチ部２７ｂ，２８ｂは並列接続されてスイッチＳＷ４ｂを構成している。そして、これらのスイッチＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂを直列接続することでスイッチＳＷ４が構成されている。

すなわちスイッチユニットＳＷＵにおいて、スイッチＳＷ１～ＳＷ３は、それぞれ４つの半導体スイッチング素子を用いて構成している。これに対して、スイッチＳＷ４は８つの半導体スイッチング素子を用いて構成している。そのためスイッチＳＷ４については、システムの停止時において、例えばスイッチＳＷ４ａが導通状態となる異常が生じていたとしても、スイッチＳＷ４ｂが非導通であることによって、両蓄電池１１，１２の間が電気的に遮断された状態とすることができる。

すなわちスイッチＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂは、いずれか一方により第２電気経路Ｌ２の開閉が可能であり、その意図からして、スイッチＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂのうちいずれか一方は、スイッチＳＷ４に冗長性を付与する冗長部となっている。

電池ユニットＵは、各スイッチＳＷ１～ＳＷ４、及びバイパスリレー３１のオンオフ（開閉）を制御する制御部５１を備えている。制御部５１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、例えば同一基板に実装されている。

制御部５１は、システム作動状態で、電気負荷１５や発電機１６への通電要求に応じて、各スイッチＳＷ１～ＳＷ４を閉状態に操作するとともに、バイパスリレー３１を開状態とする。この場合、制御部５１は、各スイッチＳＷ１～ＳＷ４のいずれかを閉鎖させる際にはスイッチ指令信号としてオン信号（ハイ信号）を出力し、開放させる際にはスイッチ指令信号としてオフ信号（ロー信号）を出力する。また、制御部５１は、バイパスリレー３１を開放させる際にはリレー指令信号としてオン信号（ハイ信号）を出力し、閉鎖させる際にはリレー指令信号としてオフ信号（ロー信号）を出力する。

電池ユニットＵ内の制御部５１には、電池ユニットＵ外のＥＣＵ１００が接続されている。これら制御部５１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５１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。ＥＣＵ１００は、制御部５１に対して上位制御装置となっており、各蓄電池１１，１２の蓄電状態や車両の運転状態等に基づいて、制御部５１に対して、各スイッチＳＷ１～ＳＷ４やバイパスリレー３１の開閉制御に関する指令を出力する。これにより、本電源システムにおいて、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が実施される。

次に上記図１の構成による作用効果について図２を用いて説明する。なお以下の説明では、スイッチＳＷ４ａの電流遮断機能に何等かの異常があり、システムの停止状態においてスイッチＳＷ４ａが導通状態となる状況を想定している。また、リチウムイオン蓄電池１２の端子間電圧よりも、鉛蓄電池１１の端子間電圧が大きいことを想定している。

図２に示すように、システムの停止時では、各スイッチＳＷ１～ＳＷ４はオフ、バイパスリレー３１はオンとなる。ここでスイッチＳＷ４に冗長部が設けられておらず、スイッチＳＷ４がスイッチＳＷ４ａのみで構成されていることを想定すると、図示の矢印に示すように、鉛蓄電池１１からリチウムイオン蓄電池１２へと電流Ａが流れることとなる。一方、システムの停止時では、この電流経路を遮断することができないため、鉛蓄電池１１の放電が継続されることで鉛蓄電池１１が過放電となったり、リチウムイオン蓄電池１２の充電が継続されることで過充電となったりするおそれがある。

またスイッチＳＷ４ａの異常に起因して、バイパスリレー３１及び第２電気経路Ｌ２のうちの一部（接続点Ｎ２からリチウムイオン蓄電池１２までの範囲）に電流Ａが流れることによって、電池ユニットＵ内の基板の温度が上昇し、その影響が同一基板上の各素子にも及ぶおそれがある。

一方、図１の本実施形態の構成によれば、スイッチＳＷ４ａの電流遮断機能に異常があったとしても、バイパスリレー３１及び第２電気経路Ｌ２のうちの一部を介して流れる電流ＡをスイッチＳＷ４ｂにより遮断することができる。

上記によれば以下の優れた効果を奏することができる。

・鉛蓄電池１１と電気負荷１５とを電気的に接続する常閉式のバイパスリレー３１を、第２電気経路Ｌ２のスイッチＳＷ３に並列接続する場合、システムの停止時にスイッチユニットＳＷＵを構成する各スイッチＳＷ１～ＳＷ４がオフになったとしても、バイパスリレー３１を介して鉛蓄電池１１と電気負荷１５とが電気的に接続されるため、電気負荷１５に対する電力供給を行うことができる。

しかし、このようなバイパスリレー３１が設けられた構成においては、バイパスリレー３１と直列接続されるスイッチＳＷ４が意図せずに導通状態となってしまうと、バイパスリレー３１（スイッチＳＷ４）を介して、鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２が電気的に接続されてしまう。この際、鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２に電位差があると、両蓄電池１１，１２に意図しない電流が流れてしまう。

なおシステムの停止時には、スイッチユニットＳＷＵを構成する各スイッチＳＷ１～ＳＷ４の状態を切り替えることができない。そのため、このような意図しない電流が流れてしまうと、両蓄電池１１，１２において過放電や過充電に至るおそれがある。

ところで、第１電気経路Ｌ１には、鉛蓄電池１１と電気負荷１５とを電気的に接続する常閉式のリレー（バイパスリレー）が設けられていないため、第２電気経路Ｌ２に比べるとこのような異常は生じ難いと考えられる。

そこで、リチウムイオン蓄電池１２の側に設けられるスイッチＳＷ２及びスイッチＳＷ４のうち、スイッチＳＷ４に、バイパスリレー３１を介して鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２の間を流れる電流を遮断する冗長性を確保するための冗長部を持たせるようにした。なおスイッチＳＷ４ａに対しては、スイッチＳＷ４ｂが冗長部となる。スイッチＳＷ４ｂに対しては、スイッチＳＷ４ａが冗長部になる。

このような構成とすることで、システムの停止時に、バイパスリレー３１を介して鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２の間に意図しない電流が流れることを遮断する機能を高めることができる。また、リチウムイオン蓄電池１２の側に設けられるスイッチＳＷ２及びスイッチＳＷ４のうち、第２電気経路Ｌ２のスイッチＳＷ４にのみに冗長部を持たせることとしたため、スイッチＳＷ２及びスイッチＳＷ４の両方に冗長部を持たせる場合と比べると、構成の簡略化を図ることができる。

・スイッチＳＷ２よりも多くなる半導体スイッチを直列接続することで、スイッチＳＷ４に冗長部を設けることができる。

・スイッチユニットＳＷＵを構成する各スイッチＳＷ１～ＳＷ４を、一対の半導体スイッチを用いて構成するとともに、当該一対の半導体スイッチの互いの寄生ダイオードの向きが逆極性となるように直列接続した場合、それらの半導体スイッチをオフにすれば、半導体スイッチ固有のダイオード成分を介して流れる電流成分についても遮断できる。

しかし、各スイッチＳＷ１～ＳＷ４の電流遮断機能に何等かの異常が生じた場合には、各スイッチＳＷ１～ＳＷ４をオフにしたとしても電流を完全に遮断できなくなってしまう。そしてスイッチＳＷ４において、このような異常が生じた場合には、鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２の間が導通状態となるため、他のスイッチＳＷ１～ＳＷ３に同様の異常が生じた場合と比べると、その影響が大きくなると考えられる。

そこでスイッチＳＷ４については、一対の半導体スイッチに、更に別の半導体スイッチを直列接続することで冗長部を設けるようにした。このような構成とすることで、スイッチＳＷ４については一対の半導体スイッチの電流遮断機能に異常が生じたとしても、その一対の半導体スイッチに直列接続された別の半導体スイッチによって、バイパスリレー３１を介して鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２の間を流れる電流を遮断することができる。以上により、鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２の間で意図しない電流が流れる不都合の発生を抑えることができる。

・スイッチＳＷ４に冗長部として設けられる半導体スイッチは、第２電気経路Ｌ２において、寄生ダイオードの向きが鉛蓄電池１１からリチウムイオン蓄電池１２へと流れる電流を遮断する向きとなるようにした。この場合、鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２の間を流れる電流のうち、鉛蓄電池１１からリチウムイオン蓄電池１２へと流れる電流を遮断する機能を高めることができる。

・鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２の間で意図しない電流が流れることの遮断機能を高めることができる。

・リチウムイオン蓄電池１２が、収容ケースに収容された基板一体の電池ユニットＵとして構成されている場合において、スイッチＳＷ４における電流遮断機能の異常に起因して、バイパスリレー３１及び第２電気経路Ｌ２のうちの一部（接続点Ｎ２からリチウムイオン蓄電池１２までの範囲）に電流Ａが流れると、電池ユニットＵ内の基板の温度が上昇し、その影響が同一基板上の各素子にも及ぶおそれがある。これに対して、スイッチＳＷ４に上記の冗長部が設ける場合には、鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２を繋ぐ第２電気経路Ｌ２における電流の遮断機能が高められることとなり、このような異常が生じることを抑制することができる。

本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、次のように実施してもよい。なお以下の説明において上記と同様の構成には同じ図番号を付して詳述は省略する。また各実施形態は適宜相互に組み合わせたり、択一的に選択したりすることもできる。

（第２実施形態）
図３に第２実施形態の電源システムを示す。なお図３では、スイッチユニットＳＷＵが有する各スイッチＳＷ１～ＳＷ４のうち、スイッチＳＷ１～ＳＷ３は図１と同じ構成である。これに対して、スイッチＳＷ４は次のように構成している。

まず、３つの半導体スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を用いてスイッチ部２７，２８をそれぞれ構成する。この際、２つの半導体スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２については、寄生ダイオードの向きが互いに逆向きとなるように接続する。そして残りの一つの半導体スイッチング素子Ｓ３については、その寄生ダイオードの向きが、第２電気経路Ｌ２において鉛蓄電池１１からリチウムイオン蓄電池１２へと流れる電流を遮断する向きとなるようにする。そして、一対の半導体スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のうち、半導体スイッチング素子Ｓ１側に直列接続する。なお図３では半導体スイッチング素子Ｓ３を、カソードが鉛蓄電池１１側、アノードがリチウムイオン蓄電池１２側となるように設けている。

このような構成とすることで、両蓄電池１１，１２の間を流れる電流のうち、特に鉛蓄電池１１からリチウムイオン蓄電池１２へと流れる電流を遮断する効果が高めることができる。よって、システムの停止時において、リチウムイオン蓄電池１２が意図しない電流により過充電となるといった不都合の発生を抑えることができる。

また、図３の構成の電池システムの場合には、図１の構成の電池システムと比べて、少ない数の半導体スイッチを用いてスイッチＳＷ４に冗長部が設けられることとなる。そのため、構成の簡略化及びコスト面でより有利な構成となっている。

（他の実施形態）
・上記の各構成以外にも、スイッチＳＷ２を構成する半導体スイッチの個数よりも、スイッチＳＷ４を構成する半導体スイッチの個数を多くすることで、スイッチＳＷ４に冗長部を設けることができる。例えば、図１において、スイッチＳＷ２を、２つの半導体スイッチング素子の直列接続体により構成する。この場合には、スイッチＳＷ４を、少なくとも３つの半導体スイッチを直列接続して構成することで冗長部が設けられることとなる。なお、この場合にも、３つの半導体スイッチのうちの少なくとも２つの半導体スイッチは、互いの寄生ダイオードの向きが逆方向となるように直列接続する。そしてこの一対の半導体スイッチの直列接続体に対して、残りの半導体スイッチを直列接続することで、冗長部を設けることができる。

・上記の各実施形態では、各スイッチＳＷ１～ＳＷ４において、２つの半導体スイッチを直列接続する際に、寄生ダイオードのアノード同士が向かい合うように接続しているが、寄生ダイオードのカソード同士が向かい合うように接続してもよい。

・上記の各実施形態では、半導体スイッチング素子として、ＭＯＳＦＥＴを用いている。これ以外にも半導体スイッチング素子としては、ＩＧＢＴやバイポーラトランジスタ等を用いることもできる。なおＩＧＢＴやバイポーラトランジスタの場合には、一対の半導体スイッチング素子を直列接続する際に、各半導体スイッチング素子に並列接続される還流ダイオードの向きが互いに逆方向となるようにすればよい。

・上記において、スイッチＳＷ４に冗長部として設ける半導体スイッチング素子は、リチウムイオン蓄電池１２から鉛蓄電池１１へ流れる電流を遮断する向きに設けられていてもよい。この場合には、両蓄電池１１，１２を流れる電流のうち、特にリチウムイオン蓄電池１２から鉛蓄電池１１に流れる電流の遮断機能が高められることとなる。

・上記において、バイパスリレー３１はスイッチＳＷ３に並列接続され、かつスイッチＳＷ４に直列接続されていればよく、電池ユニットＵ外に設けられていてもよい。

・上記において、バイパスリレー３１に代えて、常閉式の各種スイッチを用いることができる。

・上記では、スイッチユニットＳＷＵが備える各スイッチＳＷ１～ＳＷ４を、半導体スイッチで構成する例を示した。これ以外にも、これらの各スイッチＳＷ１～ＳＷ４は機械式のスイッチを用いて構成することもできる。この場合にもリチウムイオン蓄電池１２の側に設けられるスイッチＳＷ２，ＳＷ４のうち、スイッチＳＷ２よりもスイッチＳＷ４を構成するスイッチ素子の数を多くすることで、スイッチＳＷ４に冗長部を設けることができる。

１１…鉛蓄電池、１２…リチウムイオン蓄電池、１５…電気負荷、１６…回転電機、３１…バイパスリレー、Ｌ１…第１電気経路、Ｌ２…第２電気経路、Ｓ３…半導体スイッチング素子、ＳＷ１…スイッチ、ＳＷ２…スイッチ、ＳＷ３…スイッチ、ＳＷ４…スイッチ、ＳＷ４ａ…スイッチ、ＳＷ４ｂ…スイッチ、ＳＷＵ…スイッチユニット。

Claims (4)

1. 発電機（１６）及び電気負荷（１５）に対してそれぞれ並列接続される第１蓄電池（１１）及び第２蓄電池（１２）と、
   前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池を接続する電気経路であって、互いに並列接続された第１電気経路（Ｌ１）及び第２電気経路（Ｌ２）と、
   前記発電機と、前記各蓄電池と、前記電気負荷との互いの電気的な接続状態を切り替えるために、前記第１電気経路及び前記第２電気経路に設けられるスイッチユニット（ＳＷＵ）と、
   前記第１蓄電池と前記電気負荷とを電気的に接続する常閉式のリレー（３１）と、を備え、
   前記スイッチユニットは、
   前記第１電気経路のうち前記第２電気経路との並列部分において前記発電機との第１接続点よりも前記第１蓄電池の側に設けられる第１スイッチ（ＳＷ１）と、
   前記第１電気経路のうち前記第２電気経路との並列部分において前記第１接続点よりも前記第２蓄電池の側に設けられる第２スイッチ（ＳＷ２）と、
   前記第２電気経路のうち前記第１電気経路との並列部分において前記電気負荷との第２接続点（Ｎ２）よりも前記第１蓄電池の側に設けられる第３スイッチ（ＳＷ３）と、
   前記第２電気経路のうち前記第１電気経路との並列部分において前記第２接続点よりも前記第２蓄電池の側に設けられる第４スイッチ（ＳＷ４）と、を有しており、
   前記リレーは、前記第１～第４スイッチのうち前記第３スイッチに並列接続され、かつ前記第１～第４スイッチのうち前記第４スイッチとは直列接続されており、
   前記第１～第４スイッチは、それぞれ半導体スイッチを用いて構成されており、
   前記第２蓄電池の側に設けられる前記第２スイッチ及び前記第４スイッチのうち、前記第４スイッチ（ＳＷ４ａ，ＳＷ４ｂ，Ｓ３）は、前記第２スイッチよりも多い前記半導体スイッチの直列接続体で構成されていることを特徴とする電源システム。
2. 前記第１～第３スイッチは、互いの寄生ダイオードの向きが逆向きとなるような一対の前記半導体スイッチの直列接続体で構成されており、
   前記第４スイッチは、互いの寄生ダイオードの向きが逆向きとなるような一対の前記半導体スイッチの直列接続体に対して更に別の前記半導体スイッチを直列接続することで構成されている請求項１に記載の電源システム。
3. 前記第４スイッチを構成する前記半導体スイッチは、前記寄生ダイオードの向きが前記第２電気経路において前記第１蓄電池から前記第２蓄電池へと流れる電流を遮断する向きに設けられる請求項２に記載の電源システム。
4. 前記第１蓄電池は鉛蓄電池であり、前記第２蓄電池はリチウムイオン蓄電池である請求項１～３のいずれか１項に記載の電源システム。

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