JP6825253B2 - 制御装置、及び電源システム - Google Patents

Description

本発明は、発電機及び電気負荷のそれぞれに対して第１蓄電池と第２蓄電池とを並列接続した電源システムを制御する電源システムを制御する制御装置、及びその電源システムに関する。

従来、発電機及び電気負荷のそれぞれに対して第１蓄電池と第２蓄電池とを並列接続した電源システムを車両等に搭載することが行われている。このような電源システムでは、車両の運転状態や、第１蓄電池、第２蓄電池の充電状態等に応じて、電気負荷へ電力を供給する蓄電池を切り替えたり、発電機により第１蓄電池又は第２蓄電池への充電を行ったりしている。

発電機及び電気負荷のそれぞれに対して第１蓄電池と第２蓄電池とを並列接続する電源システムとして、例えば、特許文献１に記載の電源システムがある。特許文献１に記載の電源システムでは、第１蓄電池は第１スイッチを介して電気負荷へ接続され、第２蓄電池は第２スイッチを介して電気負荷へ接続されている。そして、第１蓄電池から電気負荷へと印加される電圧、及び第２蓄電池から電気負荷へと印加される電圧の一方が設定値まで低下した場合に、第１スイッチ及び第２スイッチを共にオンとしている。こうすることで、電気負荷への給電を継続することができ、電気負荷での電力失陥を抑制することができる。

特開２０１５−８９１６０号公報

特許文献１に記載の電源システムでは、第２蓄電池と電気負荷とを接続する第２スイッチが故障し、第２蓄電池から電気負荷への電力の供給ができなくなった場合に、第１スイッチをオンとして第１蓄電池から電気負荷へ電力を供給することはできる。しかしながら、電気負荷への電力の供給に伴い第１蓄電池の放電が進み、第１蓄電池の過放電が生ずるおそれがある。すなわち、第２スイッチの故障に伴ってただちに電力失陥に陥ることは無いものの、第１蓄電池の過放電により電力失陥に陥るおそれがあり、過放電により第１蓄電池の劣化が急速に進むこととなる。

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、その主たる目的は、スイッチング素子の故障が生じた場合における電力失陥を抑制することが可能な制御装置及び電源システムを提供することにある。

発電機と、第１蓄電池と、第２蓄電池と、電気負荷と、を備え、発電機に対して第１蓄電池と第２蓄電池とが並列接続され、且つ、電気負荷に対して第１蓄電池と第２蓄電池とが並列接続され、発電機から第１蓄電池への第１発電経路を介した電力の供給、及び、発電機から第２蓄電池への第２発電経路を介した電力の供給が可能であり、第１蓄電池から電気負荷へ第１給電経路を介した電力の供給、及び、第２蓄電池から電気負荷へ第２給電経路を介した電力の供給が可能である電源システムを制御する制御装置であって、第１蓄電池から電気負荷への第１給電経路を介する給電が不能である場合、第２蓄電池から電気負荷への第２給電経路を介した電力の供給を行い、且つ、発電機から第２蓄電池への第２発電経路を介した電力の供給を可能とし、第２蓄電池から電気負荷への第２給電経路を介する給電が不能である場合、第１蓄電池から電気負荷への第１給電経路を介した電力の供給を行い、且つ、発電機から第１蓄電池への第１発電経路を介した電力の供給を可能とする。

上記構成では、第１，２給電経路の一方を介した電気負荷への電力の供給が不能となった場合でも、第１，２給電経路の他方を介した電気負荷への電力の供給が行われるため、電気負荷への給電失陥を抑制することができる。加えて、第１給電経路を介して電気負荷へ電力の供給を行う場合には、第１蓄電池へ第１発電経路を介した充電を行うことができ、第２給電経路を介して電気負荷へ電力の供給を行う場合には、第２蓄電池へ第２発電経路を介した充電を行うことができる。これにより、第１，２蓄電池から電気負荷への電力の供給に伴う過放電を抑制することができる。

第１実施形態に係る電源システムの構成図である。 第１実施形態において、第１スイッチを介した給電ができない場合の電気経路を示す図である。 第１実施形態において、第２スイッチを介した給電ができない場合の電気経路を示す図である。 第１実施形態に係る処理を示すタイムチャートである。 第１実施形態に係る処理を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る電源システムの構成図である。 第２実施形態において、第１スイッチを介した給電ができない場合の電気経路を示す図である。 第２実施形態において、第２スイッチを介した給電ができない場合の電気経路を示す図である。 第３実施形態に係る電源システムの構成図である。 第３実施形態において、第１スイッチを介した給電ができない場合の電気経路を示す図である。 第３実施形態において、第２スイッチを介した給電ができない場合の電気経路を示す図である。

＜第１実施形態＞
図１に示すように、本電源システムは、発電機１０、第１蓄電池１１、第２蓄電池１２、各種の電気負荷１３を備えている。このうち、第１蓄電池１１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Ｕ１として構成されている。

電池ユニットＵ１には外部端子として第１端子Ｔ１１、第２端子Ｔ１２が設けられている。第１端子Ｔ１１には発電機１０と第２蓄電池１２とが接続され、第２端子Ｔ１２には電気負荷１３が接続されている。

発電機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発電機１０の回転軸が回転する。すなわち、発電機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。また、エンジンの再始動時には、第１蓄電池１１又は第２蓄電池１２から供給される電力により発電機１０の回転軸が回転し、エンジン出力軸へ回転力を付与する。この付与された回転力により、エンジンの再始動が可能となる。

本実施形態では、第１蓄電池１１としてリチウムイオン蓄電池を採用している。第１蓄電池１１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。第１蓄電池１１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。第１蓄電池１１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。

本実施形態では、第２蓄電池１２として、周知の汎用蓄電池である鉛蓄電池を採用している。第２蓄電池１２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。

電気負荷１３には、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が含まれる。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が挙げられる。この場合、電圧変動が抑えられていることで、上記各装置の安定動作が実現可能となっている。その他、電気負荷１３には、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。これらヘッドライト、ワイパ及び送風ファン等については、供給電力の電圧が変化するとヘッドライトの明滅、ワイパの作動速度変化、送風ファンの回転速度変化（送風音変化）が生じてしまうので、供給電力の電圧を一定にすることが要求される。

電池ユニットＵ１には、ユニット内の電気経路として、第１蓄電池１１と第２端子Ｔ１２とを相互に接続する第１接続経路２１と、第１接続経路２１上の接続点Ｎ１１と第１端子Ｔ１１とを相互に接続する第２接続経路２２とが設けられている。第１接続経路２１における接続点Ｎ１１と第１蓄電池１１との間には、第１スイッチＳ２１が設けられ、第２接続経路２２における接続点Ｎ１１と第１端子Ｔ１１との間には、第２スイッチＳ２２が設けられている。第１スイッチＳ２１及び第２スイッチＳ２２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、第１スイッチＳ２１、第２スイッチＳ２２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。

また、電池ユニットＵ１には、第２スイッチＳ２２を介さずに第１端子Ｔ１１と第２端子Ｔ１２とを接続可能にするバイパス経路２３が設けられている。具体的には、バイパス経路２３は、第２接続経路２２に並列に設けられており、そのバイパス経路２３上には、第１端子Ｔ１１側と第２端子Ｔ１２側との間の接続を遮断状態又は導通状態にする第３スイッチＳ２３が設けられている。第３スイッチＳ２３は機械式であり、ノーマリークローズのリレースイッチである。なお、バイパス経路２３及び第３スイッチＳ２３を、電池ユニットＵ１外に設けることも可能である。

電池ユニットＵ１には、第１スイッチＳ２１、第２スイッチＳ２２、及び第３スイッチＳ２３のオン（閉鎖）とオフ（開放）との切り替えを実施する機能を有する制御装置３０が設けられている。制御装置３０は、電気負荷１３に対して電力供給を行う給電時であるか、発電機１０からの電力供給により充電される充電時であるか、アイドリングストップ制御でのエンジン停止状態でエンジンを自動再始動させる再始動時であるか等に応じて、第１〜３スイッチＳ２１〜Ｓ２３のオンオフを制御する。

電池ユニットＵ１には、加えて、第１スイッチＳ２１に流れる電流を検出する第１電流検出部３１と、第２スイッチＳ２２に流れる電流を検出する第２電流検出部３２と、電気負荷４３へ印加される電圧である給電電圧を検出する電圧検出部３３とを備えている。具体的には、第１電流検出部３１は、第１スイッチＳ２１の対となっているＭＯＳＦＥＴの間に設けられ、ＭＯＳＦＥＴ間に流れる電流を検出する。第２電流検出部３２は、同様に、第２スイッチＳ２２の対となっているＭＯＳＦＥＴの間に設けられ、ＭＯＳＦＥＴ間に流れる電流を検出する。電圧検出部３３は、接続点Ｎ１１と第２端子Ｔ１２との間に設けられている。

また、制御装置３０には、電池ユニットＵ１外のＥＣＵ１００が接続されている。つまり、これら制御装置３０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、制御装置３０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。

以上のように構成されているため、発電機１０で発電した電力は、第１蓄電池１１、第２蓄電池１２、及び電気負荷１３へ供給可能である。また、エンジンの駆動が停止して発電機１０で発電されていない場合には、第１蓄電池１１及び第２蓄電池１２の少なくとも一方から電気負荷１３への電力の供給が可能である。

具体的には、第１スイッチＳ２１をオンとすれば、第１蓄電池１１から電気負荷１３へと電力の供給が行われる。この場合の、第１蓄電池１１と電気負荷１３とを接続する電気経路を、第１給電経路と称する。また、第２スイッチＳ２２をオンとすれば、第２蓄電池１２から電気負荷１３へと電力の供給が行われる。この場合の、第２蓄電池１２と電気負荷１３とを接続する電気経路を、第２給電経路と称する。

一方、第１スイッチＳ２１及び第３スイッチＳ２３をオンとすれば、発電機１０と第１蓄電池１１とが電気的に接続され、この状態で発電機１０による発電を行えば、第１蓄電池１１への給電が可能である。この発電機１０と第１蓄電池１１とを接続する電気経路を、第１発電経路と称する。また、発電機１０と第２蓄電池１２とは電池ユニットＵ１の外部で電気的に接続されており、発電機１０による発電を行えば、第２蓄電池１２への給電が可能である。この発電機１０と第２蓄電池１２とを接続する電気経路を、第２発電経路と称する。

制御装置３０は、第１蓄電池１１のＳＯＣ（満充電量に対する充電量の割合）を所定の使用範囲にすべく、第１蓄電池１１への充電量を制限して過充電状態とならないようにするとともに、第１蓄電池１１からの放電量を制限して過放電とならないようにする、充放電制御を実施する。具体的には、制御装置３０は、第１蓄電池１１の端子電圧の検出値を常時取得する。そして、例えば、放電時における第１蓄電池１１の端子電圧が下限電圧よりも低下した場合に、発電機１０からの充電により、第１蓄電池１１の過放電保護を図るようにする。前記下限電圧は、ＳＯＣ使用範囲の下限値（１０％）に対応する電圧よりも高い値に基づき設定されるとよい。

また、制御装置３０は、第１蓄電池１１の端子電圧が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。この上限電圧は、ＳＯＣ使用範囲の上限値（９０％）に対応する電圧に基づき設定されるとよい。このように充放電制御を行ううえで、制御装置３０は、第１蓄電池１１のＳＯＣがＳＯＣ使用範囲の下限値よりも小さくなった場合には、第１スイッチＳ２１をオンとする制御を禁止する。こうすることで、第１蓄電池１１のＳＯＣが下限値よりも小さくなり、過放電状態となることを抑制している。

なお、第２蓄電池１２については、図示しない別の電池制御部により第１蓄電池１１と同様の充放電制御が実施される。

以上のように構成される電源システムにおいて、半導体スイッチである第１スイッチ及び第２スイッチＳ２２の一方が故障する場合が起こり得る。特に、第１スイッチＳ２１をオンとし第２スイッチ及び第３スイッチＳ２３をオフとして、第１蓄電池１１から電気負荷１３へと第１給電経路を介して電力を供給している場合に、第１スイッチＳ２１が故障して第１スイッチＳ２１がオフ状態で固定されれば、第１給電経路を介した電力の供給ができなくなる。同様に、第２スイッチＳ２２をオンとし第１スイッチ及び第３スイッチＳ２３をオフとして、第２蓄電池１２から電気負荷１３へと第１給電経路を介して電力を供給している場合に、第２スイッチＳ２２が故障して第２スイッチＳ２２がオフ状態で固定されれば、第２給電経路を介した電力の供給ができなくなる。

そこで、本実施形態に係る電源システムを制御する制御装置３０は、第１スイッチＳ２１及び第２スイッチＳ２２の一方の故障を検出した場合に、第１スイッチＳ２１及び第２スイッチＳ２２の他方を用いて給電を継続すべく制御を行う。このとき、第１スイッチＳ２１の故障、及び第２スイッチＳ２２の故障は、以下のように行われる。

制御装置３０から第１スイッチＳ２１に対してオン指令がなされているにもかかわらず、第１蓄電池１１から電気負荷１３への電力供給が行われていないことを検出することにより、第１スイッチＳ２１の故障を判定する。より具体的には、制御装置３０から第１スイッチＳ２１に対してオン指令がなされている状態で、第１電流検出部３１により検出される電流値が閾値よりも小さく、且つ、電圧検出部３３により検出される電圧値も閾値よりも小さい場合に、第１スイッチＳ２１の故障を判定する。

同様に、制御装置３０から第２スイッチＳ２２に対してオン指令がなされている状態で、第２電流検出部３２により検出される電流値が閾値よりも小さく、且つ、電圧検出部３３により検出される電圧値も閾値よりも小さい場合に、第２スイッチＳ２２の故障を判定する。このとき、各スイッチＳ２１，Ｓ２２の故障を判定するうえで、電圧検出部３３により検出される電圧値に加えて第１電流検出部３１、第２電流検出部３２が検出した電流も用いるのは、各スイッチＳ２１，Ｓ２２と電気負荷１３との間で地絡が生じているかを判定するためでもある。

まず、第１蓄電池１１から電気負荷１３へと第１給電経路を介して電力を供給している場合に、第１スイッチＳ２１が故障して第１給電経路を介した電力の供給ができなくなった場合について、図２を参照して説明する。図２において、第１スイッチＳ２１及び第２スイッチＳ２２の記載を簡略化している。

第１スイッチＳ２１が故障して、図２において一点鎖線で示す第１給電経路を介した電力の供給ができなくなった場合、第２スイッチＳ２２をオンとする指令を送信する。こうすることで、第２蓄電池１２から電気負荷１３に対して、第２スイッチＳ２２を介した給電、すなわち図２において実線で示す第２給電経路を介した給電が行われる。この場合、第２蓄電池１２に対して、スイッチを含まない電気経路である第２発電経路により、発電機１０から第２蓄電池１２への給電が可能である。

続いて、第２蓄電池１２から電気負荷１３へ第２給電経路を介して電力を供給している場合に、第２スイッチＳ２２が故障して第２給電経路を介した電力の供給ができなくなった場合について、図３を参照して説明する。

第２スイッチＳ２２が故障して、図３において一点鎖線で示す第２給電経路を介した電力の供給ができなくなった場合、第１スイッチＳ２１及び第３スイッチＳ２３をオンとする指令を送信する。こうすることで、第１蓄電池１１から電気負荷１３に対して、第１スイッチＳ２１を介した給電、すなわち図３において実線で示す第１給電経路を介した給電が行われる。加えて、第３スイッチＳ２３をオンとすることで、第１蓄電池１１に対して、第３スイッチＳ２３及び第１スイッチＳ２１を介した給電、すなわち、図３において実線で示す第１発電経路を介した給電が可能である。

続いて、図３で示した制御を行った場合のタイムチャートを、図４を参照して説明する。図４のタイムチャートの開始時において、第２スイッチＳ２２がＯＮとなっており、第２蓄電池１２から電気負荷１３への第２給電経路を介した電力の供給が行われ、発電機１０から第２蓄電池１２への第２発電経路を介した電力の供給が可能となっている。なお、本実施形態では、電気負荷１３において安定した動作が可能な電圧を１２Ｖとしており、その電圧を所定電圧と称する。

時刻ｔ１において、第２スイッチＳ２２が故障してオフ状態で固定され、オフ状態からオン状態への切り替えができなくなったとする。このとき、第２蓄電池１２から電気負荷１３への第２給電経路を介した電力の供給が行われなくなるため、電気負荷１３への給電電圧が所定電圧よりも低下する。時刻ｔ２にて電気負荷１３への給電電圧が閾値を下回ると、制御装置３０は第２スイッチＳ２２が故障したか否かの判定を開始する。具体的には、給電電圧が閾値を下回った期間が所定時間を超えれば、第２スイッチＳ２２が故障したと判定する。

時刻ｔ３にて、制御装置３０が第２スイッチＳ２２の故障を判断すれば、その判断結果に伴い、第１スイッチＳ２１、及び第３スイッチＳ２３へ駆動指令を送信する。この駆動指令の送信により、時刻ｔ３から所定時間経過後の時刻ｔ４にて、第１スイッチＳ２１はオンとなる。第１スイッチＳ２１がオンとなることにより、第１蓄電池１１から電気負荷１３へは第１給電経路を介した給電が開始されるため、その給電に伴い、電気負荷１３への給電電圧は上昇する。そして、時刻ｔ５にて、電気負荷１３への給電電圧は所定電圧に到達する。すなわち、電気負荷１３への給電電圧が所定電圧よりも小さくなる期間は、時刻ｔ１から時刻ｔ５までの期間である。その後、時刻ｔ６にて、機械式のリレーである第３スイッチＳ２３がオンとなる。これにより、第１発電経路を介して第１蓄電池１１への充電が可能となる。

ところで、第２スイッチＳ２２が故障した場合に、第１スイッチＳ２１をオンとする駆動指令を行わず、機械式のリレーである第３スイッチＳ２３をオンとすることで第２蓄電池１２から電気負荷１３への電力の供給を行うことも可能ではある。しかしながら、図４に示すように第３スイッチＳ２３をオンとする駆動指令を生成してから第３スイッチＳ２３の作動状態がオン状態となるまでの時間は、半導体スイッチである第１スイッチＳ２１と比較して、長い。すなわち、給電電圧が所定電圧を下回る時間が、時刻ｔ６よりも後の時刻まで至ることとなる。

続いて、本実施形態に係る制御装置３０が実行する処理について、図５のフローチャートを参照して説明する。図５のフローチャートに係る処理は、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０１にて、第１スイッチＳ２１をオンとし、第２スイッチＳ２２及び第３スイッチＳ２３をオフとする指令を行っているか否かを判定する。すなわち、制御装置３０から第１〜３スイッチＳ２１〜Ｓ２３への指令が、第１給電経路を介して給電を行い、且つ、第２給電経路を介して給電を行わないことを示しているか否かを判定する。

ステップＳ１０１にて肯定判定すれば、ステップＳ１０２へ進み、第１スイッチＳ２１の故障を検出したか否かを判定する。ステップＳ１０２にて肯定判定すれば、すなわち、第１スイッチＳ２１がオフ状態で固定される故障を検出すれば、ステップＳ１０３へ進み、第２スイッチＳ２２をオンとする指令を送信する。すなわち、第２蓄電池１２から第２給電経路を介して電気負荷１３へ電力を供給しつつ、発電機１０から第２蓄電池１２への充電が可能な電気経路を構成する。そして、一連の処理を終了する。

一方、ステップＳ１０１にて否定判定すれば、ステップＳ１０４へ進み、第２スイッチＳ２２をオンとし、第１スイッチＳ２１及び第３スイッチＳ２３をオフとする指令を行っているか否かを判定する。すなわち、制御装置３０から第１〜３スイッチＳ２１〜Ｓ２３への指令が、第２給電経路を介して給電を行い、且つ、第１給電経路を介して給電を行わないことを示しているか否かを判定する。

ステップＳ１０４にて肯定判定すれば、ステップＳ１０５へ進み、第２スイッチＳ２２の故障を検出したか否かを判定する。ステップＳ１０５にて肯定判定すれば、すなわち、第２スイッチＳ２２がオフ状態で固定される故障を検出すれば、ステップＳ１０６へ進み、第１スイッチＳ２１及び第３スイッチＳ２３をオンとする指令を送信する。すなわち、第１蓄電池１１から第１給電経路を介して電気負荷１３へ電力を供給しつつ、発電機１０から第１蓄電池１１への第１発電経路を介する給電を可能にする。

なお、ステップＳ１０５にて否定判定した場合、すなわち、第２スイッチＳ２２の故障を検出しない場合には、そのまま一連の処理を終了する。

ところで、ステップＳ１０４にて否定判定した場合、第１スイッチＳ２１及び第２スイッチＳ２２を共にオンとする指令を行っている、又は、少なくとも第３スイッチＳ２３をオンとする指令を行っていることを意味する。この場合には、そのまま一連の処理を終了する。

第１スイッチＳ２１及び第２スイッチＳ２２を共にオンとする指令を行っていれば、電気負荷１３へは、第１給電経路、及び第２給電経路のいずれからでも給電が可能である。すなわち、第１スイッチＳ２１及び第２スイッチＳ２２の一方が故障したとしても、他方の給電経路を介して電気負荷１３へ給電が可能である。なお、第１スイッチＳ２１及び第２スイッチＳ２２を共にオンとし、第３スイッチＳ２３をオフとする指令を行っている場合に、第２スイッチＳ２２の故障を検出した場合には、第３スイッチＳ２３をオンとする指令を行うものとしてもよい。この場合には、第１蓄電池１１から第１給電経路を介して電気負荷１３への給電を行いつつ、第１発電経路をかいして第１蓄電池１１の充電が可能となる。したがって、第１蓄電池１１の過放電を抑制することができる。

第３スイッチＳ２３をオンとする指令を行っていれば、第１スイッチＳ２１及び第２スイッチＳ２２の制御状態にかかわらず、電気負荷１３への給電が可能である。また、上述した通り、第３スイッチＳ２３はノーマリークローズの機械式のリレーであるため、一般的に、故障時にはオンとなる。そのため、第３スイッチＳ２３をオンとする指令を行っている場合には、電気負荷１３に対する給電失陥のおそれが小さくなる。

上記構成により本実施形態に係る電源システムは、以下の効果を奏する。

・第１，２給電経路の一方を介した電気負荷１３への電力の供給が不能となった場合でも、第１，２給電経路の他方を介した電気負荷１３への電力の供給が行われるため、電気負荷１３への給電失陥を抑制することができる。加えて、第１給電経路を介して電気負荷１３へ電力の供給を行う場合には、第１蓄電池１１へ第１発電経路を介した充電を行うことができ、第２給電経路を介して電気負荷１３へ電力の供給を行う場合には、第２蓄電池１２へ第２発電経路を介した充電を行うことができる。これにより、第１，２蓄電池１１，１２から電気負荷１３への電力の供給に伴う過放電を抑制することができる。

・第２スイッチＳ２２が故障し、第２蓄電池１２から電気負荷１３への第２給電経路を介した電力の供給ができなくなった場合、機械式のリレーである第３スイッチＳ２３をオンとすることで、第２蓄電池１２から第１発電経路の一部を介して電力の供給を行うことも可能である。ところが、機械式のリレーである第３スイッチＳ２３は、オン状態となるまでに要する時間が半導体スイッチよりも長い。すなわち、電気負荷１３への給電失陥の時間が相対的に長くなりやすく、電気負荷１３がカーナビゲーション装置等の定電圧要求負荷である場合には、この給電失陥の時間が長いほど、リセット等が生じやすくなる。本実施形態では、第２スイッチＳ２２の故障時には半導体スイッチである第１スイッチＳ２１をＯＮとして第１蓄電池１１から電気負荷１３へ第１給電経路を介して電力を供給するものとしているため、機械式のリレーを介した電力の供給を開始する場合に比べて、給電失陥の時間を短くすることができる。一方、第１スイッチＳ２１をオンとし、第１蓄電池１１から電気負荷１３へ第１給電経路を介して電力を供給する場合、第１蓄電池１１の過放電が生ずるおそれがある。この点、機械式のリレーである第３スイッチＳ２３をオンとし、発電機１０から第１蓄電池１１への第１発電経路を介した電力の供給を可能としている。したがって、第２スイッチＳ２２の故障の再に、電気負荷１３への給電失陥の抑制と第１蓄電池１１の過放電の抑制とを両立することができる。

・電気負荷１３と第２端子Ｔ１２との間等で地絡が生じた場合、電気負荷１３へ印加される電圧が小さくなるものの、第１スイッチＳ２１又は第２スイッチＳ２２を通過する電流は小さくならない場合がある。本実施形態では、第１スイッチＳ２１、第２スイッチＳ２２の故障を判定するうえで、第１電流検出部３１、第２電流検出部３２の検出結果も用いている。この構成により、第１スイッチＳ２１の故障、及び第２スイッチＳ２２の故障を、より精度よく判定することができる。

・第１蓄電池１１に対して充放電制御を行ううえで、ＳＯＣがＳＯＣ使用範囲の下限値よりも小さくなった場合には、第１スイッチＳ２１をオンとする制御を禁止している。これにより、第１蓄電池１１の過放電を抑制することができる。加えて、第１蓄電池１１のＳＯＣがＳＯＣの下限値よりも大きい所定の値を下回れば、発電機１０により第１蓄電池１１への給電を行うものとしている。これにより、ＳＯＣがＳＯＣ使用範囲の下限値を下回る事態を防止することができる。したがって、第１蓄電池１１がＳＯＣ使用範囲の下限値を下回り、第１蓄電池１１から電気負荷１３への給電が禁止される事態を防止することができる。第２蓄電池１２についても同様である。

＜第２実施形態＞
本実施形態に係る電源システムは、第１実施形態に係る電源システムと回路構成の一部が異なっている。図６に示すように、本電源システムは、発電機４０、第１蓄電池４１、第２蓄電池４２、各種の電気負荷４３を備えている。このうち、第１蓄電池４１は、第１実施形態と同様に、図示しない筐体に収容されることで一体化され、電池ユニットＵ２として構成されている。

電池ユニットＵ２には外部端子として第１端子Ｔ２１、第２端子Ｔ２２及び第３端子Ｔ２３が設けられている。第１端子Ｔ２１には発電機４０が接続され、第２端子Ｔ２２には第２蓄電池４２が接続され、第３端子Ｔ２３には電気負荷４３が接続されている。

電池ユニットＵ２には、ユニット内の電気経路として、第１蓄電池４１と第３端子Ｔ２３とを相互に接続する第１接続経路５１と、第１接続経路２１上の接続点Ｎ２１と第２端子Ｔ２２とを相互に接続する第２接続経路５２と、第２接続経路５２上の接続点Ｎ２２と第１端子Ｔ２１とを相互に接続する第３接続経路５３と、第３接続経路５３上の接続点Ｎ２３と、第１接続経路５１上の接続点Ｎ２１よりも第１蓄電池４１側の接続点Ｎ２４とを相互に接続する第４接続経路５４とが設けられている。

第１接続経路５１における接続点Ｎ２１と接続点Ｎ２４との間には、第１スイッチＳ５１が設けられている。第２接続経路５２における接続点Ｎ２１と接続点Ｎ２２との間には、第２スイッチＳ５２が設けられている。第３接続経路５３における接続点Ｎ２１と接続点Ｎ２３との間には、第３スイッチＳ５３が設けられている。第４接続経路５４における接続点Ｎ２３と接続点Ｎ２４との間には、第４スイッチＳ５４が設けられている。第１〜４スイッチＳ５１〜Ｓ５４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。

電池ユニットＵ２には、第１〜４スイッチＳ５１〜Ｓ５４のオン（閉鎖）とオフ（開放）との切り替えを実施する機能を有する制御装置６０が設けられている。制御装置６０は、第１実施形態と同様に、第１〜４スイッチＳ５１〜Ｓ５４のオンオフを制御する。

電池ユニットＵ２には、加えて、第１スイッチＳ５１に流れる電流を検出する第１電流検出部６１と、第２スイッチＳ５２に流れる電流を検出する第２電流検出部６２と、電気負荷４３へ印加される電圧である給電電圧を検出する電圧検出部６３とを備えている。具体的には、第１電流検出部６１は、第１スイッチＳ５１の対となっているＭＯＳＦＥＴの間に設けられ、ＭＯＳＦＥＴ間に流れる電流を検出する。第２電流検出部６２は、同様に、第２スイッチＳ５２の対となっているＭＯＳＦＥＴの間に設けられ、ＭＯＳＦＥＴ間に流れる電流を検出する。電圧検出部６３は、接続点Ｎ２１と第３端子Ｔ２３との間に設けられている。

以上のように構成されているため、発電機４０で発電した電力は、第１蓄電池４１、第２蓄電池４２、及び電気負荷４３へ供給可能である。また、エンジンの駆動が停止して発電機４０で発電されていない場合には、第１蓄電池４１及び第２蓄電池４２の少なくとも一方から電気負荷４３への電力の供給が可能である。

具体的には、第１スイッチＳ５１をオンとすれば、第１蓄電池４１から電気負荷４３へと電力の供給が行われる。この場合の、第１蓄電池４１と電気負荷４３とを接続する電気経路を、第１給電経路と称する。また、第２スイッチＳ５２をオンとすれば、第２蓄電池４２から電気負荷４３へと電力の供給が行われる。この場合の、第２蓄電池４２と電気負荷１３とを接続する電気経路を、第２給電経路と称する。

一方、第４スイッチＳ５４をオンとすれば、発電機４０と第１蓄電池４１とが電気的に接続され、この状態で発電機４０による発電を行えば、第１蓄電池４１への給電が可能である。この発電機４０と第１蓄電池４１とを接続する電気経路を、第１発電経路と称する。また、第３スイッチＳ５３をオンとすれば、発電機４０と第２蓄電池４２とが電気的に接続され、この状態で発電機４０による発電を行えば、第２蓄電池４２への給電が可能である。この発電機４０と第２蓄電池４２とを接続する電気経路を、第２発電経路と称する。

以上のように構成される電源システムにおいて、半導体スイッチである第１スイッチＳ５１及び第２スイッチＳ５２の一方が故障する場合が起こり得る。特に、第１スイッチＳ５１をオンとし第２スイッチＳ５２をオフとして、第１蓄電池４１から電気負荷４３へと第１給電経路を介して電力を供給している場合に、第１スイッチＳ５１が故障して第１スイッチＳ５１がオフ状態で固定されれば、第１給電経路を介した電力の供給ができなくなる。同様に、第２スイッチＳ５２をオンとし第１スイッチＳ５１をオフとして、第２蓄電池４２から電気負荷４３へと第１給電経路を介して電力を供給している場合に、第２スイッチＳ５２が故障して第２スイッチＳ５２がオフ状態で固定されれば、第２給電経路を介した電力の供給ができなくなる。

そこで、本実施形態に係る電源システムを制御する制御装置６０は、第１スイッチＳ５１及び第２スイッチＳ５２の一方の故障を検出した場合に、第１スイッチＳ５１及び第２スイッチＳ５２の他方を用いて給電を継続すべく制御を行う。なお、第１スイッチＳ５１及び第２スイッチＳ５２の故障の検出方法については、第１実施形態と同等であるため、具体的な説明を省略する。

まず、第１蓄電池４１から電気負荷４３へと第１給電経路を介して電力を供給している場合に、第１スイッチＳ５１が故障して第１給電経路を介した電力の供給ができなくなった場合について、図７を参照して説明する。

第１スイッチＳ５１が故障して、図７において一点鎖線で示す第１給電経路を介した電力の供給ができなくなった場合、第２スイッチＳ５２及び第３スイッチＳ５３をオンとする指令を送信する。こうすることで、第２蓄電池４２から電気負荷４３に対して、第２スイッチＳ５２を介した給電、すなわち図７において実線で示す第２給電経路を介した給電が行われる。加えて、第３スイッチＳ５３をオンとすることで、第２蓄電池４２に対して、第３スイッチＳ５３を介した給電、すなわち図７において実線で示す第２発電経路を介した給電が可能である。

続いて、第２蓄電池４２から電気負荷４３へ第２給電経路を介して電力を供給している場合に、第２スイッチＳ５２が故障して第２給電経路を介した電力の供給ができなくなった場合について、図８を参照して説明する。

第２スイッチＳ５２が故障して、図８において一点鎖線で示す第２給電経路を介した電力の供給ができなくなった場合、第１スイッチＳ５１及び第４スイッチＳ５４をオンとする指令を送信する。こうすることで、第１蓄電池４１から電気負荷４３に対して、第１スイッチＳ５１を介した給電、すなわち図８において実線で示す第１給電経路を介した給電が行われる。加えて、第４スイッチＳ５４をオンとすることで、第１蓄電池４１に対して、第４スイッチＳ５４を介した給電、すなわち、図８において実線で示す第１発電経路を介した給電が可能である。

上記構成により、本実施形態に係る電源システムでは、第１実施形態に係る電源システムが奏する効果に加えて、以下の効果を奏する。

・制御装置６０がスイッチに対してオンとする指令を送信してから、実際にスイッチがオンとなるまでには、タイムラグが存在するため、給電経路上のスイッチが多いほど、電気負荷４３に対する給電の遅れが生じやすくなる。すなわち、電気負荷４３における電力失陥が生じやすくなる。また、発電経路、及び給電経路を構成するうえで、その経路上のスイッチの数が多いほど、そのスイッチによる損失が大きくなる。本実施形態では、第１給電経路、第２給電経路を構成するうえで、複数のスイッチを介する経路、例えば、第１蓄電池４１から、第４スイッチＳ５４、第３スイッチＳ５３及び第２スイッチＳ５２を介して電気負荷４３へ電力を供給する経路を設けていない。これにより、電気負荷４３への給電の遅れの抑制と、スイッチによる電力の損失の抑制とを両立することができる。

＜第３実施形態＞
本実施形態に係る電源システムは、第１実施形態に係る電源システムと回路構成の一部が異なっている。図９に示すように、本電源システムは、発電機７０、第１蓄電池７１、第２蓄電池７２、各種の電気負荷７３を備えている。このうち、第１蓄電池７１は、第１実施形態と同様に、図示しない筐体に収容されることで一体化され、電池ユニットＵ３として構成されている。

電池ユニットＵ３には外部端子として第１端子Ｔ３１及び第２端子Ｔ３２が設けられている。第１端子Ｔ３１には発電機７０及び第２蓄電池７２が接続され、第２端子Ｔ３２には電気負荷４３が接続されている。

電池ユニットＵ３には、ユニット内の電気経路として、第１蓄電池７１と第２端子Ｔ３２とを相互に接続する第１接続経路８１と、第１接続経路８１上の接続点Ｎ３１と第１端子Ｔ３１とを相互に接続する第２接続経路８２と、第１端子Ｔ３１と、第１接続経路８１上の接続点Ｎ３１よりも第１蓄電池７１側の接続点Ｎ３２とを相互に接続する第３接続経路８３とが設けられている。

第１接続経路８１における接続点Ｎ３１と接続点Ｎ３２との間には、第１スイッチＳ８１が設けられている。第２接続経路８２における接続点Ｎ３１と第１端子Ｔ３１との間には、第２スイッチＳ８２が設けられている。第３接続経路８３における第１端子Ｔ３１と接続点Ｎ３２との間には、第３スイッチＳ８３が設けられている。第１〜３スイッチＳ８１〜Ｓ８３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。

電池ユニットＵ３には、第１〜３スイッチＳ８１〜Ｓ８３のオン（閉鎖）とオフ（開放）との切り替えを実施する機能を有する制御装置９０が設けられている。制御装置９０は、第１実施形態と同様に、第１〜３スイッチＳ８１〜Ｓ８３のオンオフを制御する。

電池ユニットＵ３には、加えて、第１スイッチＳ８１に流れる電流を検出する第１電流検出部９１と、第２スイッチＳ８２に流れる電流を検出する第２電流検出部９２と、電気負荷７３へ印加される電圧である給電電圧を検出する電圧検出部９３とを備えている。具体的には、第１電流検出部９１は、第１スイッチＳ８１の対となっているＭＯＳＦＥＴの間に設けられ、ＭＯＳＦＥＴ間に流れる電流を検出する。第２電流検出部９２は、同様に、第２スイッチＳ８２の対となっているＭＯＳＦＥＴの間に設けられ、ＭＯＳＦＥＴ間に流れる電流を検出する。電圧検出部９３は、接続点Ｎ３１と第２端子Ｔ３２との間に設けられている。

以上のように構成されているため、発電機７０で発電した電力は、第１蓄電池７１、第２蓄電池７２、及び電気負荷７３へ供給可能である。また、エンジンの駆動が停止して発電機７０で発電されていない場合には、第１蓄電池７１及び第２蓄電池７２の少なくとも一方から電気負荷７３への電力の供給が可能である。

具体的には、第１スイッチＳ８１をオンとすれば、第１蓄電池７１から電気負荷７３へと電力の供給が行われる。この場合の、第１蓄電池７１と電気負荷７３とを接続する電気経路を、第１給電経路と称する。また、第２スイッチＳ８２をオンとすれば、第２蓄電池７２から電気負荷７３へと電力の供給が行われる。この場合の、第２蓄電池７２と電気負荷７３とを接続する電気経路を、第２給電経路と称する。

一方、第３スイッチＳ８３をオンとすれば、発電機７０と第１蓄電池７１とが電気的に接続され、この状態で発電機７０よる発電を行えば、第１蓄電池７１への給電が可能である。この発電機７０と第１蓄電池７１とを接続する電気経路を、第１発電経路と称する。また、発電機７０と第２蓄電池７２とは電池ユニットＵ３の外部で電気的に接続されており、発電機７０による発電を行えば、第２蓄電池７２への給電が可能である。この発電機７０と第２蓄電池７２とを接続する電気経路を、第２発電経路と称する。

以上のように構成される電源システムにおいて、半導体スイッチである第１スイッチＳ８１及び第２スイッチＳ８２の一方が故障する場合が起こり得る。特に、第１スイッチＳ８１をオンとし第２スイッチＳ８２をオフとして、第１蓄電池７１から電気負荷７３へと第１給電経路を介して電力を供給している場合に、第１スイッチＳ８１が故障して第１スイッチＳ８１がオフ状態で固定されれば、第１給電経路を介した電力の供給ができなくなる。同様に、第２スイッチＳ８２をオンとし第１スイッチＳ８１をオフとして、第２蓄電池７２から電気負荷７３へと第１給電経路を介して電力を供給している場合に、第２スイッチＳ８２が故障して第２スイッチＳ８２がオフ状態で固定されれば、第２給電経路を介した電力の供給ができなくなる。

そこで、本実施形態に係る電源システムを制御する制御装置９０は、第１、２実施形態と同様に、第１スイッチＳ８１及び第２スイッチＳ８２の一方の故障を検出した場合に、第１スイッチＳ８１及び第２スイッチＳ８２の他方を用いて給電を継続すべく制御を行う。なお、第１スイッチＳ８１及び第２スイッチＳ８２の故障の検出方法については、第１実施形態と同等であるため、具体的な説明を省略する。

まず、第１蓄電池７１から電気負荷７３へと第１給電経路を介して電力を供給している場合に、第１スイッチＳ８１が故障して第１給電経路を介した電力の供給ができなくなった場合について、図１０を参照して説明する。

第１スイッチＳ８１が故障して、図１０において一点鎖線で示す第１給電経路を介した電力の供給ができなくなった場合、第２スイッチＳ８２をオンとする指令を送信する。こうすることで、第２蓄電池７２から電気負荷７３に対して、第２スイッチＳ８２を介した給電、すなわち図１０において実線で示す第２給電経路を介した給電が行われる。加えて、発電機７０と第２蓄電池７２とは電池ユニットＵ３の外部で接続されているため、発電機７０から第２蓄電池７２へ、図１０において実線で示す第２発電経路を介した給電が可能である。

続いて、第２蓄電池７２から電気負荷７３へ第２給電経路を介して電力を供給している場合に、第２スイッチＳ８２が故障して第２給電経路を介した電力の供給ができなくなった場合について、図１１を参照して説明する。

第２スイッチＳ８２が故障して、図１１において一点鎖線で示す第２給電経路を介した電力の供給ができなくなった場合、第１スイッチＳ８１及び第３スイッチＳ８３をオンとする指令を送信する。こうすることで、第１蓄電池７１から電気負荷７３に対して、第１スイッチＳ８１を介した給電、すなわち図１１において実線で示す第１給電経路を介した給電が行われる。加えて、第３スイッチＳ８３をオンとすることで、第１蓄電池７１に対して、第３スイッチＳ８３を介した給電、すなわち、図１１において実線で示す第１発電経路を介した給電が可能である。

上記構成により、本実施形態に係る電源システムは、第２実施形態と同等の効果を奏する。

＜変形例＞
・各実施形態において、半導体スイッチとしてＭＯＳＦＥＴを用いるものとしているが、ＩＧＢＴ等の他の半導体スイッチを用いるものとしてもよい。

・第２実施形態において、第１発電経路に含まれる第４スイッチＳ５４、及び第２発電経路に含まれる第３スイッチＳ５３について、機械式のリレーとしてもよい。同様に、第３実施形態において、第１発電経路に含まれる第３スイッチＳ８３について、機械式のリレーとしてもよい。

・実施形態では、発電機１０，４０，７０について、発電機能に加えて、エンジンの回転軸に回転力を付与する機能をも有するものとした。この点、発電機１０について、エンジンの回転軸に回転力を付与する機能を有さないオルタネータとしてもよい。この場合には、電源システムにスタータモータを設ければよい。このスタータモータは、第１実施形態では、第１端子Ｔ１１に接続され、第２実施形態では第２端子Ｔ２２に接続され、第３実施形態では、第１端子Ｔ３１に接続される。

１０…発電機、１１…第１蓄電池、１２…第２蓄電池、１３…電気負荷、３０…制御装置、３１…第１電流検出部、３２…第２電流検出部、３３…電圧検出部、４０…発電機、４１…第１蓄電池、４２…第２蓄電池、４３…電気負荷、６０…制御装置、６１…第１電流検出部、６２…第２電流検出部、６３…電圧検出部、７０…発電機、７１…第１蓄電池、７２…第２蓄電池、７３…電気負荷、９０…制御装置、９１…第１電流検出部、９２…第２電流検出部、９３…電圧検出部、Ｓ２１…第１スイッチ、Ｓ２２…第２スイッチ、Ｓ２３…第３スイッチ。

Claims (3)

1. 発電機（１０）と、第１蓄電池（１１）と、第２蓄電池（１２）と、電気負荷（１３）と、を備え、
   前記発電機に対して前記第１蓄電池と前記第２蓄電池とが並列接続され、且つ、前記電気負荷に対して前記第１蓄電池と前記第２蓄電池とが並列接続され、
   前記発電機から前記第１蓄電池への第１発電経路を介した電力の供給、及び、前記発電機から前記第２蓄電池への第２発電経路を介した電力の供給が可能であり、
   前記第１蓄電池から前記電気負荷へ第１給電経路を介した電力の供給、及び、前記第２蓄電池から前記電気負荷へ第２給電経路を介した電力の供給が可能であり、
   前記第１給電経路は、半導体スイッチである第１スイッチ（Ｓ２１）を含んで構成される電気経路であり、前記第２給電経路は、半導体スイッチである第２スイッチ（Ｓ２２）を含んで構成される電気経路であり、前記第１発電経路は、機械式のリレーである第３スイッチ（Ｓ２３）及び半導体スイッチである前記第１スイッチを含んで構成される電気経路である、電源システム、
   を制御する制御装置（３０）であって、
   前記第１スイッチに流れる電流を検出する第１電流検出部（３１）と、前記第２スイッチに流れる電流を検出する第２電流検出部（３２）と、前記電気負荷へ印加される電圧を検出する電圧検出部（３３）と、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ及び前記第３スイッチのオン／オフ状態を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記第１給電経路を介して前記第１蓄電池から前記電気負荷へ給電を行っている場合に、前記第１電流検出部が検出した前記電流が所定値よりも小さくなり、且つ、前記電圧検出部が検出した電圧が所定値よりも小さくなったことを条件に、前記第２蓄電池から前記電気負荷への前記第２給電経路及び前記第２スイッチを介した電力の供給と、前記発電機から前記第２蓄電池への前記第２発電経路を介した電力の供給との双方を可能とする状態にし、
   前記第２給電経路を介して前記第２蓄電池から前記電気負荷へ給電を行っている場合に、前記第２電流検出部が検出した前記電流が所定値よりも小さくなり、且つ、前記電圧検出部が検出した電圧が所定値よりも小さくなったことを条件に、前記第１蓄電池から前記電気負荷への前記第１給電経路及び前記第１スイッチを介した電力の供給と、前記発電機から前記第１蓄電池への前記第１発電経路並びに前記第３スイッチ及び前記第１スイッチを介した電力の供給との双方を可能とする状態にする、
   制御装置。
2. 請求項１に記載の制御装置を備える電源システムであって、
   前記制御部は、前記第１蓄電池のＳＯＣ又は端子電圧が第１所定値よりも小さくなった場合に、前記第１蓄電池から前記電気負荷への給電を禁止し、
   前記発電機は、前記第１蓄電池のＳＯＣ又は端子電圧が前記第１所定値よりも大きい第２所定値よりも小さくなった場合に、前記第１蓄電池への給電を行う、電源システム。
3. 請求項１又は２に記載の制御装置を備える電源システムであって、
   前記制御部は、前記第２蓄電池のＳＯＣ又は端子電圧が第１所定値よりも小さくなった場合に、前記第２蓄電池から前記電気負荷への給電を禁止し、
   前記発電機は、前記第２蓄電池のＳＯＣ又は端子電圧が前記第１所定値よりも大きい第２所定値よりも小さくなった場合に、前記第２蓄電池への給電を行う、電源システム。

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