JP2015149849A - 電池ユニット及び電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】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。【解決手段】リチウムイオン蓄電池３０を備え、第１端子Ｐ１に鉛蓄電池２０が接続され、第２端子Ｐ２に回転機１０が接続され、第３端子Ｐ３に電気負荷４３が接続される電池ユニットＵであって、接続点Ｎ１にリチウムイオン蓄電池３０を接続する主接続経路Ｌ１，Ｌ２と、第１端子Ｐ１と第２端子Ｐ２との間に設けられるＰ−ＭＯＳスイッチ５１と、接続点Ｎ１とリチウムイオン蓄電池３０との間に設けられるＰ−ＳＭＲスイッチ５２と、接続点Ｎ３と第３端子Ｐ３とを接続する副接続経路Ｌ４と、副接続経路Ｌ３に設けられるＳ−ＭＯＳスイッチ５３と、Ｓ−ＭＯＳスイッチ５３を迂回するバイパス経路Ｂ１，Ｂ２と、バイパススイッチ５５，５６と、を備えることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

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。

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）。

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。

特開２０１２−８０７０６号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本実施形態の電源システムを示す電気回路図。 第１状態における各スイッチの状態を示す図。 第２状態における各スイッチの状態を示す図。 第３状態における各スイッチの状態を示す図。 第４状態における各スイッチの状態を示す図。 第５状態における各スイッチの状態を示す図。 本実施形態のバイパススイッチ制御処理のフローチャート。 変形例における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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

・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。

・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。

・Ｓ−ＳＭＲスイッチ５４を省略する構成としてもよい。

・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。

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。

Claims (5)

1. 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電池ユニット。
2. 前記第３スイッチは半導体スイッチであり、前記バイパススイッチは常閉式のリレースイッチであることを特徴とする請求項１に記載の電池ユニット。
3. 前記バイパス経路は、互いに直列接続される第１バイパス経路（Ｂ１）と第２バイパス経路（Ｂ２）とを備え、
   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。
4. 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に設けられる第４スイッチ（５４）と、
   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。
5. 請求項３又は４に記載の電池ユニットと、前記第１端子に接続される前記外部蓄電池と、前記第２端子に接続される前記回転機と、を備える電源システムであって、
   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。

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