JP2018098949A - 電池ユニット、及び電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチに開故障が生じても電源システムにおける各蓄電池の充放電を行うことができる。
【解決手段】電池ユニットＵは、電源システムの起動スイッチＳＷを介さずに鉛蓄電池１１に接続される出力端子Ｔ０，Ｔ１と、起動スイッチＳＷを介して鉛蓄電池１１に接続されるＡＣＣ端子Ｔ４，ＩＧ端子Ｔ５と、出力端子Ｔ０，Ｔ１又はリチウムイオン蓄電池１２に接続され電気負荷１５への給電を可能とする電気経路Ｌ１〜Ｌ４に設けられ、開閉に応じて各蓄電池１１，１２の充放電を行わせるスイッチ３１〜３４と、各スイッチ３１〜３４を開閉させるチャージポンプＩＣ５２と、出力端子Ｔ０，Ｔ１とチャージポンプＩＣ５２とを繋ぐ給電経路Ｌ１１に設けられ、少なくとも起動スイッチＳＷのオン状態で閉鎖されるスイッチ６１と、を備え、ＡＣＣ端子Ｔ４，ＩＧ端子Ｔ５とチャージポンプＩＣ５２とがバイパス給電経路Ｌ１２，Ｌ１３により電気的に接続されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両等に適用される電池ユニット、及び電源システムに関するものである。

例えば、車両に搭載される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）。具体的には、電気負荷に対して鉛蓄電池及びリチウムイオン蓄電池を互いに並列接続させた各電気経路に半導体スイッチをそれぞれ設け、スイッチ駆動部により各半導体スイッチを開閉させることで各蓄電池の充放電を行っている。

ここで、スイッチ駆動部に対しては、蓄電池とスイッチ駆動部とを繋ぐ給電経路によって給電が行われており、この給電経路上には、電源システムの起動スイッチのオンオフに基づいて開閉する暗電流遮断スイッチが設けられている。この構成において、電源システムの起動スイッチがオンの状態では、暗電流遮断スイッチが閉鎖（オン）され、スイッチ駆動部への給電が行われる。これに対し、起動スイッチがオフの状態では、暗電流遮断スイッチが開放（オフ）され、スイッチ駆動部への給電が停止される。上記構成では、暗電流遮断スイッチを設けることで、起動スイッチがオフの状態において、スイッチ駆動部へ流れる電流を遮断し電源システムにおける暗電流の効率化を図っている。

特開２０１２−１３０１０８号公報

上記構成において、例えば電源システムの起動スイッチがオンの状態において何らかの要因により暗電流遮断スイッチが開状態のまま固定される（開故障する）場合が考えられる。かかる場合には、蓄電池からスイッチ駆動部への給電が行えなくなり、その結果電源システムにおける半導体スイッチの開閉ができなくなる。これにより、例えば各蓄電池の充放電等に不都合が生じることが考えられる。

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、スイッチに開故障が生じても電源システムにおける各蓄電池の充放電を行うことができる電池ユニット、及び電源システムを提供することにある。

第１の手段では、
電気負荷（１５，１６）に対して並列接続される第１蓄電池（１１）及び第２蓄電池（１２）を備える電源システムに適用され、前記各蓄電池のうち前記第２蓄電池を備えており、前記第１蓄電池及び前記電気負荷にそれぞれ接続される電池ユニット（Ｕ）であって、
前記電源システムの起動スイッチ（Ｓａ１，Ｓａ２）を介さずに前記第１蓄電池に接続される第１電源端子（Ｔ０，Ｔ１）と、
前記起動スイッチを介して前記第１蓄電池に接続される第２電源端子（Ｔ４，Ｔ５）と、
前記第１電源端子又は前記第２蓄電池に接続され前記電気負荷への給電を可能とする第１通電経路（Ｌ１〜Ｌ４）に設けられ、開閉に応じて前記各蓄電池の充放電を行わせる第１開閉部（３１〜３４）と、
前記第１開閉部を開閉させる駆動部（５２）と、
前記第１電源端子と前記駆動部とを繋ぐ第２通電経路（Ｌ１１）に設けられ、少なくとも前記起動スイッチのオン状態で閉鎖される第２開閉部（６１）と、
を備え、
前記第２電源端子と前記駆動部とが接続経路（Ｌ１２，Ｌ１３）により電気的に接続されていることを特徴とする。

上記電源システムにおいて、起動スイッチがオンされている状態では、第２開閉部が閉鎖され、駆動部によって第１開閉部が開閉される。この場合、第１開閉部の閉鎖により、各蓄電池において充放電を行わせることができる。これに対し、起動スイッチがオフされている状態では、第２開閉部が開放されており、駆動部による第１開閉部の開閉が停止されている。ここで、起動スイッチがオンされた後でも第２開閉部が開放されたままになると、すなわち第２開閉部の開故障が生じると、第１開閉部の開閉が不可になり、意に反して各蓄電池の充放電が行えなくなる。

この点、上記構成では、第２電源端子と駆動部とが接続経路により電気的に接続されているため、第２開閉部が開放された状態であっても、第１蓄電池から駆動部への給電を行うことができ、駆動部による第１開閉部の開閉が可能となる。つまり、第２電源端子は起動スイッチを介して第１蓄電池に接続されているため、第２電源端子には第１蓄電池の電圧が印加されるようになっており、その印加電圧を利用することで駆動部への給電を可能としている。これにより、第２開閉部に開故障が生じた場合でも第１開閉部の開閉を行うことができ、ひいては電源システムにおける各蓄電池の充放電を行うことができる。

第２の手段では、前記第１開閉部の開閉制御を実施する制御部（５１）を備えており、前記制御部に設けられた起動端子（ＳＴ）に起動用信号線（ＳＬ１，ＳＬ２）を介して前記第２電源端子が接続され、前記起動端子の印加電圧がハイレベルになることで前記制御部が起動されるようになっており、前記起動用信号線から分岐する分岐線からなる前記接続経路により、前記第２電源端子と前記駆動部とが電気的に接続されている。

第２電源端子に接続される起動用信号線は、電圧信号を制御部に伝える目的で設けられており、一般にはハイインピーダンスラインである。この場合、起動用信号線を介して第２電源端子と駆動部とを接続することで、それら第２電源端子と駆動部とが常時接続される構成であっても、起動スイッチがオンされている状態において接続経路（起動用信号線）よりも優先的に第２開閉部を経由する第２通電経路で第１蓄電池から駆動部への給電が行われる。これにより、起動用信号線に常時過度の負担を与えることなく、既存のシステムを好適に利用することができる。

第３の手段では、前記電源システムは車両に適用され、前記起動スイッチとして、前記車両を第１作動状態とする第１起動スイッチ（Ｓａ１）と、前記車両を第２作動状態とする第２起動スイッチ（Ｓａ２）とを有しており、前記第２電源端子は、前記第１起動スイッチを介して前記第１蓄電池に接続される第１入力端子と、前記第２起動スイッチを介して前記第１蓄電池に接続される第２入力端子とを有し、前記各入力端子は、前記起動端子に前記起動用信号線を介してそれぞれ接続されるものであって、前記各入力端子と前記駆動部とが前記起動用信号線から分岐する分岐線からなる前記接続経路によりそれぞれ電気的に接続されている。

起動スイッチがオンされている状態で第２開閉部の開故障が生じた場合には、起動用信号線を介して駆動部へ給電が行われることになる。上記構成では、第２電源端子が、第１起動スイッチを介する第１入力端子と第２起動スイッチを介する第２入力端子とを有することとし、これら２つの入力端子と駆動部とが起動用信号線を介してそれぞれ電気的に接続されるようにしたため、例えば、第１起動スイッチ及び第２起動スイッチがオンされている状態において第２開閉部の開故障が生じた場合には、接続経路（起動用信号線）に流れる電流を分流させることができる。これにより、起動用信号線にかかる負荷を軽減することができる。

第４の手段では、前記接続経路は、前記第２通電経路における前記第２開閉部と前記駆動部との間の接続点（Ｎ１５，Ｎ１６）に一端が接続されるものであって、前記接続経路上において、前記接続点から前記第２電源端子へ電流が流れることを規制する整流部（Ｄ１，Ｄ２）を設けた。

上記構成では、接続経路は、第２通電経路上における第２開閉部と駆動部との間の接続点に一端が接続される、つまり第２開閉部を迂回して第２電源端子と第２通電経路とが接続されるようにしたため、第２開閉部に開故障が生じても、第１蓄電池から駆動部への給電を行うことができる。さらに、かかる構成において、接続経路上において電流が流れる方向を規制する整流部を設けたため、例えば、第２開閉部が閉鎖されている場合に駆動部へ流れる給電電流が、第２電源端子側へ流れることを抑制でき、駆動部への給電を好適に行うことができる。

電源システムとして、以下の構成を備えるものであってもよい。すなわち、第５の手段では、電気負荷（１５，１６）に対して並列接続される第１蓄電池（１１）及び第２蓄電池（１２）を備える電源システムであって、前記電源システムの起動スイッチ（Ｓａ１，Ｓａ２）と、前記第１蓄電池又は前記第２蓄電池に接続され前記電気負荷への給電を可能とする第１通電経路（Ｌ１〜Ｌ４）に設けられ、開閉に応じて前記各蓄電池の充放電を行わせる第１開閉部（３１〜３４）と、前記第１開閉部を開閉させる駆動部（５２）と、前記第１蓄電池と前記駆動部とを前記起動スイッチを介さずに繋ぐ第２通電経路（Ｌ１１）に設けられ、少なくとも前記起動スイッチのオン状態で閉鎖される第２開閉部（６１）と、を備え、前記起動スイッチを介して前記第１蓄電池と前記駆動部とが接続経路（Ｌ１２，Ｌ１３）により電気的に接続されている。

本実施形態の電源システムを示す電気回路図。 スイッチの開閉制御を説明するための説明図。

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蓄電池としての鉛蓄電池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、発電機及び電動機として機能するＩＳＧ１６（Integrated Starter Generator）が接続されている。また、各蓄電池１１，１２からはスタータ１３や、各種の電気負荷１４，１５への給電が可能となっている。本システムでは、ＩＳＧ１６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。

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Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ０を有しており、このうち出力端子Ｔ１，Ｔ０に鉛蓄電池１１とスタータ１３と電気負荷１４とが接続され、出力端子Ｔ２にＩＳＧ１６が接続され、出力端子Ｔ３に電気負荷１５が接続されている。

各電気負荷１４，１５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が含まれる。これに対し、電気負荷１４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１５は被保護負荷とも言える。また、電気負荷１５は電源失陥が許容されない負荷であり、電気負荷１４は、電気負荷１５に比べて電源失陥が許容される負荷であるとも言える。

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、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。また、電気負荷１４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。

ＩＳＧ１６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ＩＳＧ１６の回転軸が回転する。すなわち、ＩＳＧ１６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。なお、ＩＳＧ１６が電動機として機能する（力行駆動する）場合は、各蓄電池１１，１２から電力が供給されることになり、かかる場合のＩＳＧ１６は電気負荷とみなすことができる。

また、電池ユニットＵは、ＡＣＣ信号の入力端子としてのＡＣＣ端子Ｔ４、及びＩＧ信号の入力端子としてのＩＧ端子Ｔ５を有している。ＡＣＣ端子Ｔ４は、起動スイッチＳＷとしてのＡＣＣスイッチＳａ１を介して鉛蓄電池１１に接続され、ＩＧ端子Ｔ５は、起動スイッチＳＷとしてのＩＧスイッチＳａ２を介して鉛蓄電池１１に接続される。ＡＣＣスイッチＳａ１及びＩＧスイッチＳａ２は、それぞれドライバの操作に応じて開閉されるものであって、これら各スイッチＳａ１，Ｓａ２が閉状態になると、鉛蓄電池１１の電力に基づいて生成されるＡＣＣ信号及びＩＧ信号が、それぞれ電池ユニットＵに入力される。このとき、各端子Ｔ４，Ｔ５に鉛蓄電池１１に基づく電圧が印加される。なお、本電源システムにおいて、ＡＣＣスイッチＳａ１は「第１起動スイッチ」に相当し、ＩＧスイッチＳａ２は「第２起動スイッチ」に相当する。

なお、各端子Ｔ０，Ｔ１，Ｔ４，Ｔ５と鉛蓄電池１１との接続に関して言えば、出力端子Ｔ０及びＴ１は、起動スイッチＳＷを介さずに鉛蓄電池１１に接続されるのに対して、ＡＣＣ端子Ｔ４及びＩＧ端子Ｔ５は、起動スイッチＳＷを介して鉛蓄電池１１に接続される。本実施形態において、出力端子Ｔ０，Ｔ１が「第１電源端子」に相当し、ＡＣＣ端子Ｔ４，ＩＧ端子Ｔ５が「第２電源端子」に相当する。

ここで起動スイッチＳＷは、例えばキー部材（ＩＧキー）がキー孔に差し込まれた状態で、ドライバがキー部材を回動操作することによりオンオフが切り替えられるものである。この場合、ＡＣＣスイッチＳａ１とＩＧスイッチＳａ２とのうちＡＣＣスイッチＳａ１のみがオン（閉鎖）となると、車両がアクセサリ作動状態（第１作動状態）となる。また、両スイッチＳａ１，Ｓａ２がオン（閉鎖）となると、車両が車両走行可能状態（第２作動状態）となる。なお、車両の運転開始時には、第１作動状態から第２作動状態の順に移行し、車両の運転終了時には、第１作動状態から第２作動状態の順に移行する。本実施形態において、「第２電源端子」のうち、ＡＣＣ端子Ｔ４が「第１入力端子」に相当し、ＩＧ端子Ｔ５が「第２入力端子」に相当する。

次に、電池ユニットＵにおける電気的構成を説明する。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Ｔ１，Ｔ２を繋ぐ通電経路Ｌ１と、通電経路Ｌ１上の接続点Ｎ０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にスイッチ３１が設けられ、通電経路Ｌ２にスイッチ３２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Ｎ０よりも鉛蓄電池１１の側にスイッチ３１が設けられ、接続点Ｎ０よりもリチウムイオン蓄電池１２の側にスイッチ３２が設けられている。

これら各スイッチ３１，３２は、例えば２×ｎ個のＭＯＳＦＥＴ（半導体スイッチング素子）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３１，３２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、スイッチ３１，３２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。スイッチ３１，３２としてＩＧＢＴやバイポーラトランジスタを用いた場合、上記の寄生ダイオードの代わりに、スイッチ３１，３２それぞれに逆向きのダイオードを並列接続させてもよい。

また、通電経路Ｌ１において出力端子Ｔ１とスイッチ３１との間の接続点Ｎ１には分岐経路Ｌ３の一端が接続されるとともに、通電経路Ｌ２においてリチウムイオン蓄電池１２とスイッチ３２との間の接続点Ｎ２には分岐経路Ｌ４の一端が接続されており、これら分岐経路Ｌ３，Ｌ４の他端同士が中間点Ｎ３で接続されている。また、中間点Ｎ３と出力端子Ｔ３とが通電経路Ｌ５により接続されている。分岐経路Ｌ３，Ｌ４にはそれぞれスイッチ３３、スイッチ３４が設けられている。これら各スイッチ３３，３４はそれぞれＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチにより構成されている。そして、各経路Ｌ３〜Ｌ５を通じて、各蓄電池１１，１２からそれぞれ電気負荷１５への給電が可能となっている。

電池ユニットＵには、ユニット内のスイッチ３１〜３４を介さずに、鉛蓄電池１１を電気負荷１５に対して接続可能とするバイパス経路Ｌ０，Ｌ６が設けられている。具体的には、電池ユニットＵには、出力端子Ｔ０と通電経路Ｌ１上の接続点Ｎ０とを接続するバイパス経路Ｌ０が設けられるとともに、接続点Ｎ０と出力端子Ｔ３とを接続するバイパス経路Ｌ６が設けられている。そして、バイパス経路Ｌ０上にはバイパススイッチ４１が設けられ、バイパス経路Ｌ６上にはバイパススイッチ４２が設けられている。各バイパススイッチ４１，４２は例えば常閉式のリレースイッチである。

バイパススイッチ４１を閉鎖することで、スイッチ３１がオフ（開放）であっても鉛蓄電池１１と電気負荷１５とが電気的に接続される。また、両方のバイパススイッチ４１，４２を閉鎖することで、スイッチ３１〜３４が全てオフ（開放）であっても鉛蓄電池１１と電気負荷１５とが電気的に接続される。例えば、車両の起動スイッチＳＷがオフされている状態では、バイパススイッチ４１，４２を介して電気負荷１５に対して暗電流が供給される。なお、バイパス経路Ｌ０及びバイパススイッチ４１を、電池ユニットＵ外に設けることも可能である。

電池ユニットＵは、各スイッチ３１〜３４、及びバイパススイッチ４１，４２のオンオフ（開閉）を制御する制御装置５０を備えている。制御装置５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を含むマイコン５１、チャージポンプＩＣ５２、バッテリ監視ＩＣ５３等を有している。マイコン５１は、通電指令信号によって各スイッチ３１〜３４の開閉を制御する。チャージポンプＩＣ５２は、マイコン５１から出力される各スイッチ３１〜３４の通電指令信号に基づいて、対応するスイッチのゲート信号を出力する。具体的には、ゲート電圧に相当する電圧を昇圧生成することで、各スイッチ３１〜３４を閉鎖（オン）する。なお、本実施形態では、マイコン５１が「制御部」に相当し、チャージポンプＩＣ５２が「駆動部」に相当する。

バッテリ監視ＩＣ５３は、リチウムイオン蓄電池１２を構成する複数の各単電池の電圧を検出する。またその他に、制御装置５０は、図示しない定電圧回路を有している。定電圧回路は、各蓄電池からの電力に基づき、制御装置５０等の電源電圧となる所定の定電圧（例えば５Ｖ）を生成する。

ここで、マイコン５１には、本電源システムの起動信号を入力する起動端子ＳＴが設けられている。起動端子ＳＴは、信号経路ＳＬ１を介してＡＣＣ端子Ｔ４に接続されるとともに、信号経路ＳＬ１から分岐した信号経路ＳＬ２を介してＩＧ端子Ｔ５に接続される。この構成により、起動スイッチＳＷのオンに伴い電池ユニットＵに入力される起動信号（ＡＣＣ信号，ＩＧ信号）は、信号経路ＳＬ１，ＳＬ２を介してマイコン５１に入力される。このとき、起動端子ＳＴの印加電圧がハイレベルになることでマイコン５１が起動するようになっている。なお、信号経路ＳＬ１，ＳＬ２は、それぞれ起動信号を伝達する信号線（起動用信号線）により構成されている。

また、制御装置５０には、電池ユニットＵ外のＥＣＵ１００が接続されている。つまり、これら制御装置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、制御装置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。

制御装置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、スイッチ３１〜３４のオンオフを制御する。これにより、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。例えば、制御装置５０は、リチウムイオン蓄電池１２のＳＯＣ（残存容量：State Of Charge）を算出し、そのＳＯＣが所定の使用範囲内に保持されるようにリチウムイオン蓄電池１２への充電量及び放電量を制御する。

次に、制御装置５０への電力供給について説明する。制御装置５０に対しては、各蓄電池１１，１２から給電が行われる構成となっている。

以下には、制御装置５０のチャージポンプＩＣ５２への給電経路について説明する。図１より、電池ユニットＵには、チャージポンプＩＣ５２と出力端子Ｔ０，Ｔ１，Ｔ３とを接続する給電経路Ｌ１１（Ｌ１１ａ，Ｌ１１ｂ，Ｌ１１ｃ，Ｌ１１ｄ）が設けられている。給電経路Ｌ１１は、バイパス経路Ｌ０において出力端子Ｔ０とバイパススイッチ４１との間の接続点Ｎ１１から分岐した給電経路Ｌ１１ａと、通電経路Ｌ１において出力端子Ｔ１とスイッチ３１との間の接続点Ｎ１２から分岐した給電経路Ｌ１１ｂと、通電経路Ｌ３においてスイッチ３３と出力端子Ｔ３との間の接続点Ｎ１３から分岐した給電経路Ｌ１１ｃと、給電経路Ｌ１１ｄとを有している。給電経路Ｌ１１ａ〜Ｌ１１ｃのそれぞれの他端同士は接続点Ｎ１４で接続され、接続点Ｎ１４とチャージポンプＩＣ５２とは給電経路Ｌ１１ｄにより接続されている。このように、チャージポンプＩＣ５２は、３系統の給電経路から電力が供給される構成となっている。

そして、給電経路Ｌ１１ｄ上、つまり接続点Ｎ１４とチャージポンプＩＣ５２との間には、スイッチ６１が設けられている。スイッチ６１は、起動スイッチＳＷがオフの状態（エンジンが停止状態）においてチャージポンプＩＣ５２へ流れる電流を遮断するために設けられている。スイッチ６１は、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチにより構成されている。なお、バッテリ監視ＩＣ５３に対しても、チャージポンプＩＣ５２と同様にスイッチ６１を介して電力が供給される構成となっている。本実施形態において、スイッチ３１〜３４が「第１開閉部」に相当し、スイッチ６１が「第２開閉部」に相当する。

ここで、スイッチ６１のオンオフ制御について図２を用いて説明する。なお、図２は、制御装置５０の給電経路を簡略化したものであり、説明の便宜上、上述の図１に準ずる構成については同じ符号を付すとともに説明を適宜割愛する。

スイッチ６１は、ＡＣＣ信号及びＩＧ信号や、ＥＣＵ１００の駆動指令に基づいてオンオフ制御される。具体的には、ＡＣＣスイッチＳａ１のオンに伴うＡＣＣ信号が電池ユニットＵに入力されることでスイッチ６１が閉鎖（オン）され、また、ＩＧスイッチＳａ２のオンに伴うＩＧ信号が電池ユニットＵに入力されることでスイッチ６１が閉鎖（オン）される。すなわち、起動スイッチＳＷのオン状態では、スイッチ６１は閉鎖され、スイッチ６１を介してチャージポンプＩＣ５２に給電が行われる。

一方、起動スイッチＳＷがオフされている状態（エンジンが停止状態）では、ＡＣＣ信号及びＩＧ信号が入力されずスイッチ６１が開放（オフ）される。これにより、鉛蓄電池１１からチャージポンプＩＣ５２への電流供給が遮断され、本電源システムにおける暗電流の効率化が図られている。

ここで、本電源システムでは、起動スイッチＳＷがオフ状態において、所定の周期（例えば１時間）ごとに、リチウムイオン蓄電池１２を構成する複数の単電池間の電圧を均等にする処理を実施することとしている。そのため、均等化処理を実施するタイミングになると、ＥＣＵ１００は、マイコン５１に対して、電池監視指令を出力する。これにより、マイコン５１は、スイッチ６１の駆動指令を送信し、それに基づいてスイッチ６１が閉鎖（オン）される。この場合、スイッチ６１が閉鎖されることで、バッテリ監視ＩＣ５３に電流が供給され、バッテリ監視ＩＣ５３によって各単電池の電圧が検出される。そして、各単電池間で所定の電圧差が生じている場合に、マイコン５１は、均等化処理を実施する。

以上のように構成される電源システムにおいて、スイッチ６１がオフ故障（開故障）する場合が起こり得る。例えば、起動スイッチＳＷがオンされている状態（エンジン運転状態等）で、スイッチ６１が開状態で固定されると、スイッチ６１を介してチャージポンプＩＣ５２へ電力の供給ができなくなる。その結果、チャージポンプＩＣ５２によるスイッチ３１〜３４のオンオフ制御が不可となる。

そこで、本実施形態では、ＡＣＣ端子Ｔ４及びＩＧ端子Ｔ５と、チャージポンプＩＣ５２とが接続経路により電気的に接続されるようにしている。具体的には、ＡＣＣ端子Ｔ４に接続される信号経路ＳＬ１から分岐して、給電経路Ｌ１１ｄにおけるスイッチ６１とチャージポンプＩＣ５２との間の接続点Ｎ１５に接続されるバイパス給電経路Ｌ１２を設けるとともに、ＩＧ端子Ｔ５に接続される信号経路ＳＬ２から分岐して、給電経路Ｌ１１ｄにおけるスイッチ６１とチャージポンプＩＣ５２との間の接続点Ｎ１６に接続されるバイパス給電経路Ｌ１３を設けた。つまり、スイッチ６１が開故障した場合であっても、チャージポンプＩＣ５２に電力が供給されるようにスイッチ６１を介さないバックアップ用の給電経路を設けた。

なお、バイパス給電経路Ｌ１２上には整流部としてダイオードＤ１を設け、バイパス給電経路Ｌ１３上には整流部としてダイオードＤ２を設けている。各ダイオードＤ１，Ｄ２は、各端子Ｔ４，Ｔ５側をアノード、接続点Ｎ１５，Ｎ１６側をカソードとするように接続されている。つまり、接続点Ｎ１５，Ｎ１６側から各端子Ｔ４，Ｔ５側へ電流が流れることを規制している。なお、整流部としては、ダイオードに限らず、例えばサイリスタ等であってもよい。

ここで、ＡＣＣ端子Ｔ４及びＩＧ端子Ｔ５は、電源システムの起動スイッチＳＷがオンされたことを電池ユニットＵ（マイコン５１）に伝達するための信号の入力端子として設けられている。つまり、ＡＣＣ端子Ｔ４及びＩＧ端子Ｔ５は、そもそも信号源として設けられている。この点、本実施形態では、起動スイッチＳＷがオンされることで各端子Ｔ４，Ｔ５に鉛蓄電池１１に基づく電圧が印加されることに着目し、信号源としての各端子Ｔ４，Ｔ５を電圧源として活用している。

なお、図１では、ＡＣＣ端子Ｔ４に接続される信号経路ＳＬ１、及びＩＧ端子Ｔ５に接続される信号経路ＳＬ２からそれぞれバイパス給電経路Ｌ１２，Ｌ１３を設ける構成としたが、これを変更し、信号経路ＳＬ１及び信号経路ＳＬ２のいずれか一方からバイパス給電経路を設ける構成としてもよい。この構成によっても、スイッチ６１を介さずに鉛蓄電池１１からチャージポンプＩＣ５２への給電が可能である。

上記電源システムでは、バイパス給電経路Ｌ１２，Ｌ１３を設けたことで、各端子Ｔ４，Ｔ５とチャージポンプＩＣ５２とが常時接続される。かかる構成において、起動スイッチＳＷがオンされている状態では、主にスイッチ６１を経由してチャージポンプＩＣ５２に給電が行われる。この場合、信号経路ＳＬ１，ＳＬ２は、信号の伝達を目的としていることから、電力の供給を目的としている経路（例えば、給電経路Ｌ１１等）に比べて、インピーダンスが高いものとなっている。そのため、起動スイッチＳＷがオンされている状態では、インピーダンスがより低い経路、すなわちスイッチ６１を経由する経路から優先的に給電が行われる。

一方、スイッチ６１が開故障した場合には、バイパス給電経路Ｌ１２，Ｌ１３を経由してチャージポンプＩＣ５２に電力が供給される。より詳しくは、ＡＣＣスイッチＳａ１のみがオンされた第１作動状態であれば、バイパス給電経路Ｌ１２のみからチャージポンプＩＣ５２へ電力が供給され、ＡＣＣスイッチＳａ１及びＩＧスイッチＳａ２がオンされた第２作動状態であれば、バイパス給電経路Ｌ１２，Ｌ１３からチャージポンプＩＣ５２へ電力が供給される。

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。

上記電源システムでは、チャージポンプＩＣ５２により各スイッチ３１〜３４の開閉が実施されており、例えばスイッチ６１の開故障によりチャージポンプＩＣ５２への給電が行われなくなると、各スイッチ３１〜３４の開閉が不可になり、意に反して各蓄電池１１，１２の充放電が行えなくなるおそれがある。この点を考慮し、ＡＣＣ端子Ｔ４及びＩＧ端子Ｔ５とチャージポンプＩＣ５２とがバイパス給電経路Ｌ１２，Ｌ１３により電気的に接続されるようにした。この場合、スイッチ６１が開放された状態であっても、鉛蓄電池１１からチャージポンプＩＣ５２への給電を行うことができ、チャージポンプＩＣ５２による各スイッチ３１〜３４の開閉が可能となる。つまり、ＡＣＣ端子Ｔ４及びＩＧ端子Ｔ５は起動スイッチＳＷ（Ｓａ１，Ｓａ２）を介して鉛蓄電池１１に接続されているため、各端子Ｔ４，Ｔ５には鉛蓄電池１１の電圧が印加されるようになっており、その印加電圧を利用することでチャージポンプＩＣ５２への給電を可能としている。これにより、スイッチ６１に開故障が生じた場合でも各スイッチ３１〜３４の開閉を行うことができ、ひいては電源システムにおける各蓄電池１１，１２の充放電を行うことができる。

ＡＣＣ端子Ｔ４及びＩＧ端子Ｔ５にそれぞれ接続される信号経路ＳＬ１，ＳＬ２は、電圧信号を制御部に伝える目的で設けられており、一般にはハイインピーダンスラインである。この場合、信号経路ＳＬ１，ＳＬ２を介して各端子Ｔ４，Ｔ５とチャージポンプＩＣ５２とを接続することで、これらが常時接続される構成であっても、起動スイッチＳＷがオンされている状態においてバイパス給電経路Ｌ１２，Ｌ１３（信号経路ＳＬ１，ＳＬ２）よりも優先的にスイッチ６１を経由する給電経路Ｌ１１で鉛蓄電池１１からチャージポンプＩＣ５２への給電が行われる。これにより、信号経路ＳＬ１，ＳＬ２に常時過度の負担を与えることなく、既存のシステムを好適に利用することができる。

起動スイッチＳＷがオンされている状態でスイッチ６１の開故障が生じた場合には、信号経路ＳＬ１，ＳＬ２を介してチャージポンプＩＣ５２へ給電が行われることになる。上記構成では、ＡＣＣスイッチＳａ１を介するＡＣＣ端子Ｔ４及びＩＧスイッチＳａ２を介するＩＧ端子Ｔ５と、チャージポンプＩＣ５２とが信号経路ＳＬ１，ＳＬ２を介してそれぞれ電気的に接続されるようにしたため、例えば、ＡＣＣスイッチＳａ１及びＩＧスイッチＳａ２がオンされている状態においてスイッチ６１の開故障が生じた場合には、バイパス給電経路Ｌ１２，Ｌ１３（信号経路ＳＬ１，ＳＬ２）に流れる電流を分流させることができる。これにより、信号経路ＳＬ１，ＳＬ２にかかる負荷を軽減することができる。

また、バイパス給電経路Ｌ１２，Ｌ１３は、給電経路Ｌ１１ｄ上におけるスイッチ６１とチャージポンプＩＣ５２との間の接続点Ｎ１５，Ｎ１６に一端が接続される、つまりスイッチ６１を迂回して、ＡＣＣ端子Ｔ４及びＩＧ端子Ｔ５と給電経路Ｌ１１とが接続されるようにしたため、スイッチ６１に開故障が生じても、鉛蓄電池１１からチャージポンプＩＣ５２への給電を行うことができる。さらに、かかる構成において、バイパス給電経路Ｌ１２，Ｌ１３上において電流が流れる方向を規制するダイオードＤ１，Ｄ２を設けたため、例えば、スイッチ６１が閉鎖されている場合にチャージポンプＩＣ５２へ流れる給電電流が、各端子Ｔ４，Ｔ５側へ流れることを抑制でき、チャージポンプＩＣ５２への給電を好適に行うことができる。

（他の実施形態）
・上記実施形態では、信号経路ＳＬ１，ＳＬ２から分岐するようにバイパス給電経路Ｌ１２，Ｌ１３を設けたが、これを変更してもよい。例えば、ＡＣＣ端子Ｔ４と接続点Ｎ１５とが信号経路ＳＬ１を介さずに接続されるように、すなわちＡＣＣ端子Ｔ４とチャージポンプＩＣ５２とが直接接続されるようにバイパス給電経路Ｌ１２を設けてもよく、ＩＧ端子Ｔ５と接続点Ｎ１６とが信号経路ＳＬ２を介さずに接続されるように、すなわちＩＧ端子Ｔ５とチャージポンプＩＣ５２とが直接接続されるようにバイパス給電経路Ｌ１３を設けてもよい。なお、上記構成においても、各端子Ｔ４，Ｔ５側をアノードとするダイオードをそれぞれ設けるとよい。

・上記実施形態では、チャージポンプＩＣ５２が出力端子Ｔ０，Ｔ１，Ｔ３にそれぞれ接続されるように給電経路Ｌ１１を設けた。具体的には、給電経路Ｌ１１が給電経路Ｌ１１ａ，Ｌ１１ｂ，Ｌ１１ｃを有する構成にしたが、これを変更してもよい。例えば、チャージポンプＩＣ５２が出力端子Ｔ０，Ｔ１にそれぞれ接続されるように、給電経路Ｌ１１を設けてもよい。すなわち、給電経路Ｌ１１が給電経路Ｌ１１ａ，Ｌ１１ｂを有する構成としてもよい。

・上記実施形態では、電池ユニットＵに出力端子Ｔ０を設けるとともに、出力端子Ｔ０と通電経路Ｌ１上の接続点Ｎ０とを接続してバイパス経路Ｌ０としたがこれを変更してもよい。例えば、出力端子Ｔ０を設けずに、バイパス経路Ｌ０を、出力端子Ｔ１に接続される通電経路Ｌ１から分岐させてスイッチ３１を迂回するように接続してもよい。なお、かかる構成において起動スイッチＳＷがオフされている状態では、鉛蓄電池１１から出力端子Ｔ１を介して暗電流が供給される。

・図１において、出力端子Ｔ２にＩＳＧ１６を接続する構成に代えて出力端子Ｔ１に発電機を接続する構成とするとともに、出力端子Ｔ３に電気負荷１５（被保護負荷）を接続する構成に代えて出力端子Ｔ２に電気負荷１５（被保護負荷）を接続する構成としてもよい。

・上記実施形態では、スイッチ６１として、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチを用いる構成としたが、半導体スイッチ以外のスイッチであってもよく、例えばリレースイッチであってもよい。なお、この構成においても、ＡＣＣ端子Ｔ４及びＩＧ端子Ｔ５に入力されるＡＣＣ信号やＩＧ信号に基づいて開閉が制御される。

１１…鉛蓄電池、１２…リチウムイオン蓄電池、１５…電気負荷、１６…ＩＳＧ、３１〜３４…スイッチ、５２…チャージポンプＩＣ、６１…スイッチ。

Claims (5)

1. 電気負荷（１５，１６）に対して並列接続される第１蓄電池（１１）及び第２蓄電池（１２）を備える電源システムに適用され、前記各蓄電池のうち前記第２蓄電池を備えており、前記第１蓄電池及び前記電気負荷にそれぞれ接続される電池ユニット（Ｕ）であって、
   前記電源システムの起動スイッチ（Ｓａ１，Ｓａ２）を介さずに前記第１蓄電池に接続される第１電源端子（Ｔ０，Ｔ１）と、
   前記起動スイッチを介して前記第１蓄電池に接続される第２電源端子（Ｔ４，Ｔ５）と、
   前記第１電源端子又は前記第２蓄電池に接続され前記電気負荷への給電を可能とする第１通電経路（Ｌ１〜Ｌ４）に設けられ、開閉に応じて前記各蓄電池の充放電を行わせる第１開閉部（３１〜３４）と、
   前記第１開閉部を開閉させる駆動部（５２）と、
   前記第１電源端子と前記駆動部とを繋ぐ第２通電経路（Ｌ１１）に設けられ、少なくとも前記起動スイッチのオン状態で閉鎖される第２開閉部（６１）と、
   を備え、
   前記第２電源端子と前記駆動部とが接続経路（Ｌ１２，Ｌ１３）により電気的に接続されている電池ユニット。
2. 前記第１開閉部の開閉制御を実施する制御部（５１）を備えており、
   前記制御部に設けられた起動端子（ＳＴ）に起動用信号線（ＳＬ１，ＳＬ２）を介して前記第２電源端子が接続され、前記起動端子の印加電圧がハイレベルになることで前記制御部が起動されるようになっており、
   前記起動用信号線から分岐する分岐線からなる前記接続経路により、前記第２電源端子と前記駆動部とが電気的に接続されている請求項１に記載の電池ユニット。
3. 前記電源システムは車両に適用され、前記起動スイッチとして、前記車両を第１作動状態とする第１起動スイッチ（Ｓａ１）と、前記車両を第２作動状態とする第２起動スイッチ（Ｓａ２）とを有しており、
   前記第２電源端子は、前記第１起動スイッチを介して前記第１蓄電池に接続される第１入力端子と、前記第２起動スイッチを介して前記第１蓄電池に接続される第２入力端子とを有し、前記各入力端子は、前記起動端子に前記起動用信号線を介してそれぞれ接続されるものであって、
   前記各入力端子と前記駆動部とが前記起動用信号線から分岐する分岐線からなる前記接続経路によりそれぞれ電気的に接続されている請求項２に記載の電池ユニット。
4. 前記接続経路は、前記第２通電経路における前記第２開閉部と前記駆動部との間の接続点（Ｎ１５，Ｎ１６）に一端が接続されるものであって、前記接続経路上において、前記接続点から前記第２電源端子へ電流が流れることを規制する整流部（Ｄ１，Ｄ２）を設けた請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電池ユニット。
5. 電気負荷（１５，１６）に対して並列接続される第１蓄電池（１１）及び第２蓄電池（１２）を備える電源システムであって、
   前記電源システムの起動スイッチ（Ｓａ１，Ｓａ２）と、
   前記第１蓄電池又は前記第２蓄電池に接続され前記電気負荷への給電を可能とする第１通電経路（Ｌ１〜Ｌ４）に設けられ、開閉に応じて前記各蓄電池の充放電を行わせる第１開閉部（３１〜３４）と、
   前記第１開閉部を開閉させる駆動部（５２）と、
   前記第１蓄電池と前記駆動部とを前記起動スイッチを介さずに繋ぐ第２通電経路（Ｌ１１）に設けられ、少なくとも前記起動スイッチのオン状態で閉鎖される第２開閉部（６１）と、
   を備え、
   前記起動スイッチを介して前記第１蓄電池と前記駆動部とが接続経路（Ｌ１２，Ｌ１３）により電気的に接続されている電源システム。

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