JP2014030281A - 電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の蓄電池と開閉手段としての半導体スイッチング素子とを備える電源システムにおいて、状態監視回路による状態監視機能を付与しつつも、その状態監視回路に流れる暗電流の低減を図る。
【解決手段】電源システムは、オルタネータ１１に対してそれぞれ並列に接続される鉛蓄電池１２及びリチウムイオン蓄電池１３と、オルタネータ１１及び鉛蓄電池１２とリチウムイオン蓄電池１３との導通及び遮断を切り替えるＭＯＳスイッチ２１，２２と、を備えている。２つのＭＯＳスイッチ２１，２２は、寄生ダイオード２１ａ，２２ａが互いに逆向きとなり、かつ寄生ダイオード２１ａ，２２ａのアノード同士が接続されるようにして直列に設けられている。２つのＭＯＳスイッチ２１，２２の間の中間点Ｘには、当該中間点Ｘにおける電圧により当該電源システムの状態を監視する電圧検出回路４０が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば鉛蓄電池及びリチウムイオン蓄電池といった複数の蓄電池を用いた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車載電源システムとして、蓄電池と電気負荷との間に開閉手段として半導体スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）を設け、その半導体スイッチング素子のオン／オフを操作することで、蓄電池からの電力供給（放電）を制御するものがある。また、蓄電池を複数備える構成も知られており、例えば鉛蓄電池とリチウムイオン蓄電池といった２つの蓄電池を用い、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。具体的には、発電機及び鉛蓄電池に対して半導体スイッチング素子を介してリチウムイオン蓄電池を電気的に接続する構成とし、リチウムイオン蓄電池に対する充電時には半導体スイッチング素子をオンすることで、発電機又は鉛蓄電池からリチウムイオン蓄電池への電力供給を可能としている。また、充電時以外において半導体スイッチング素子をオフしておくことで、リチウムイオン蓄電池における過充電や過放電を抑制するとともに、半導体スイッチング素子に対してリチウムイオン蓄電池側に接続された電気負荷にリチウムイオン蓄電池から電力を供給するようにしている。

ここで、上記のように蓄電池や半導体スイッチング素子を有する電源システムでは、半導体スイッチング素子のオン／オフの状態や発電機の発電状態等を監視することが望まれており、状態監視用の回路として、例えば蓄電池と半導体スイッチング素子との間の電流経路に電流検出回路を設けたものが提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００１−９５１３８号公報

しかしながら、上記のごとく電流経路に電流検出回路を設けた構成では、半導体スイッチング素子をオフにした状態でも電流検出回路を介して電流（リーク電流）が流れることが考えられる。この場合、電源オフ状態でも暗電流が流れることとなり、それに起因して無駄な電力消費が生じるといった不都合が懸念される。

本発明は、複数の蓄電池と開閉手段としての半導体スイッチング素子とを備える電源システムにおいて、状態監視回路による状態監視機能を付与しつつも、その状態監視回路に流れる暗電流の低減を図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するものである。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。

請求項１に記載の発明では、発電機（１１）と、その発電機に対してそれぞれ並列に接続される第１蓄電池（１２）及び第２蓄電池（１３）と、前記両蓄電池を電気的に接続する接続線（１７）に設けられ、前記発電機及び前記第１蓄電池と前記第２蓄電池との導通及び遮断を切り替える開閉手段と、前記開閉手段の切替を制御する制御手段（２５）と、を備えている。そして、前記開閉手段は、対をなす２つの半導体スイッチング素子（２１，２２）を有し、当該２つの半導体スイッチング素子が、その半導体スイッチング素子に存在する寄生ダイオード（２１ａ，２２ａ）が互いに逆向きとなり、かつ前記寄生ダイオードのアノード同士が接続されるようにして直列に設けられており、前記２つの半導体スイッチング素子の間の中間位置に設けられ、前記中間位置で当該電源システムの状態を監視する状態監視回路（４０，５０）を備えていることを特徴とする。

上記構成では、第１蓄電池と第２蓄電池との間に、対をなす２つの半導体スイッチング素子が、寄生ダイオードが互いに逆向きになるよう直列に接続されている。そのため、これら両半導体スイッチング素子をオフにすれば、そのうち一方の半導体スイッチング素子について寄生ダイオードを通じて電流が流れたとしても、寄生ダイオードの向きが逆向きである他方の半導体スイッチング素子により通電が遮断されることとなる。よって、２つの半導体スイッチング素子を両方共にオフにした場合に、両蓄電池の間で電流が流れることを確実に防止でき、第２蓄電池（半導体スイッチング素子を挟んで発電機とは逆側に設けられる蓄電池）が意図せず過充電又は過放電の状態になることを抑制できる。

また、２つの半導体スイッチング素子の間の中間位置では、電源システムの状態に応じて電圧や電流が変化する。この点、上記の中間位置に状態監視回路が設けられているため、電源システムの状態を好適に監視できる。例えば、この中間位置での監視結果と半導体スイッチング素子の制御状態とを対比することで、半導体スイッチング素子における異常の有無を把握できる。

また特に、２つの半導体スイッチング素子は、各々に存在する寄生ダイオードのアノード同士が接続されるように設けられており、その２つの半導体スイッチング素子の間に状態監視回路が設けられているため、各半導体スイッチング素子がオフされている状況下において第１蓄電池側又は第２蓄電池側から状態監視回路に電流が流れ込むことが防止される。したがって、状態監視回路を介して流れる暗電流の低減を図ることができる。以上により、本発明では、状態監視回路を用いた状態監視機能を付与しつつも、状態監視回路を流れる暗電流の低減を実現することができる。

発明の実施の形態における電源システムの概略を示す構成図。 状態判定処理の手順を示すフローチャート。 状態判定処理の手順を示すフローチャート。 別の形態における電源システムの構成を示す図。 状態判定処理の手順を示すフローチャート。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の電源システムは車両に搭載される車載電源システムであり、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。エンジンの始動時にはスタータモータの駆動によりエンジンに初期回転が付与されるものとなっている。

まずは、電源システムの基本構成を図１により説明する。図１に示すように、本電源システムは、オルタネータ１１（発電機）、鉛蓄電池１２、リチウムイオン蓄電池１３、各種の電気負荷１４，１５，１６、２つのＭＯＳスイッチ２１，２２、及び２つのＳＭＲスイッチ２３，２４を備えている。本実施形態では、鉛蓄電池１２が第１蓄電池に相当し、リチウムイオン蓄電池１３が第２蓄電池に相当する。また、２つのＭＯＳスイッチ２１，２２と、２つのＳＭＲスイッチ２３，２４とがそれぞれ開閉手段に相当し、さらには２つのＭＯＳスイッチ２１，２２が第１スイッチ部に、２つのＳＭＲスイッチ２３，２４が第２スイッチ部に相当する。鉛蓄電池１２、リチウムイオン蓄電池１３及び電気負荷１４〜１６は、給電線１７によりオルタネータ１１に対して並列に電気接続されている。この給電線１７により、上記の各電気要素について相互の給電経路が形成されている。

鉛蓄電池１２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１３は、鉛蓄電池１２に比べて出力密度、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１３は、複数の単電池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１２の蓄電容量は、リチウムイオン蓄電池１３の蓄電容量よりも大きいものとなっている。

ＭＯＳスイッチ２１，２２は、ＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）よりなり、対をなす２つの半導体スイッチング素子を構成するものであり、オルタネータ１１及び鉛蓄電池１２と、リチウムイオン蓄電池１３との間に設けられている。ＭＯＳスイッチ２１，２２は、オルタネータ１１及び鉛蓄電池１２に対するリチウムイオン蓄電池１３の導通（オン）と遮断（オフ）を切り替えるスイッチとして機能する。ＭＯＳスイッチ２１，２２は、電子制御装置からなる制御部２５により制御され、制御部２５によりＭＯＳスイッチ２１，２２のオン作動（導通作動）とオフ作動（遮断作動）とが切り替えられる。

ＭＯＳスイッチ２１，２２は、その内部構造上必然的に整流手段を有していると言える。すなわち、ＭＯＳスイッチ２１，２２はそれぞれ、ゲート、ドレイン及びソースを有する半導体スイッチ部を有し、ドレイン−ソース間に寄生ダイオード２１ａ，２２ａ（整流手段）が形成されている。２つのＭＯＳスイッチ２１，２２は、寄生ダイオード２１ａ，２２ａが互いに逆向きで、かつアノード同士が接続されるようにして直列に接続されている。そのため、両ＭＯＳスイッチ２１，２２をオフ作動させた場合において、寄生ダイオード２１ａ，２２ａを通じて電流が流れることを完全に遮断できる。よって、２つのＭＯＳスイッチ２１，２２をオフ作動させれば、リチウムイオン蓄電池１３から鉛蓄電池１２の側に放電されること、及び鉛蓄電池１２の側からリチウムイオン蓄電池１３へ充電されることを回避できる。

また、ＳＭＲスイッチ２３，２４は、ＭＯＳスイッチ２１，２２と同様に、ＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）よりなり、対をなす２つの半導体スイッチング素子を構成するものであり、ＭＯＳスイッチ２２及び電気負荷１６の接続点（図のＸ１）とリチウムイオン蓄電池１３との間に設けられている。ＳＭＲスイッチ２３，２４は、ＭＯＳスイッチ２１，２２及び電気負荷１６の接続点Ｘ１に対するリチウムイオン蓄電池１３の導通及び遮断を切り替えるスイッチとして機能する。ＳＭＲスイッチ２３，２４は制御部２５により制御され、制御部２５によりＳＭＲスイッチ２３，２４のオン作動（導通作動）とオフ作動（遮断作動）とが切り替えられる。

ＳＭＲスイッチ２３，２４は、ＭＯＳスイッチ２１，２２と同様に、その内部構造上必然的に整流手段を有している。すなわち、ＳＭＲスイッチ２３，２４はそれぞれ、ゲート、ドレイン及びソースを有する半導体スイッチ部を有し、ドレイン−ソース間に寄生ダイオード２３ａ，２４ａ（整流手段）が形成されている。２つのＳＭＲスイッチ２３，２４は、ＭＯＳスイッチ２１，２２と同様に、寄生ダイオード２３ａ，２４ａが互いに逆向きで、かつアノード同士が接続されるようにして直列に接続されている。そのため、両ＳＭＲスイッチ２３，２４をオフ作動させた場合において、寄生ダイオード２３ａ，２４ａを通じて電流が流れることを完全に遮断できる。よって、両ＳＭＲスイッチ２３，２４をオフ作動させれば、リチウムイオン蓄電池１３から鉛蓄電池１２や電気負荷１６の側に放電されること、及び鉛蓄電池１２の側からリチウムイオン蓄電池１３へ充電されることを回避できる。

ＳＭＲスイッチ２３，２４は非常時用の開閉手段でもあり、非常時でない通常時には、制御部２５からオン信号が出力されることでオン状態に保持される。そして、以下に例示する非常時に、オン信号の出力が停止されてＳＭＲスイッチ２３，２４がオフ作動される。このＳＭＲスイッチ２３，２４のオフ作動により、リチウムイオン蓄電池１３の過充電及び過放電の回避が図られている。例えば、オルタネータ１１に設けられたレギュレータが故障して設定電圧Ｖｒｅｇが異常に高くなる場合には、リチウムイオン蓄電池１３が過充電の状態になることが懸念される。かかる場合にＳＭＲスイッチ２３，２４がオフ作動される。また、オルタネータ１１の故障やＭＯＳスイッチ２１，２２の故障によりリチウムイオン蓄電池１３への充電ができなくなる場合には、リチウムイオン蓄電池１３が過放電になることが懸念される。かかる場合にもＳＭＲスイッチ２３，２４がオフ作動される。

電気負荷１４〜１６のうち電気負荷１４は、エンジンを始動させるためのスタータモータ（始動装置）であり、電気負荷１５は、ヘッドライトやパワーウインドウモータ等の一般負荷である。また、電気負荷１６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電気負荷であり、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。

また、給電線１７には、ＭＯＳスイッチ２１，２２をバイパスするようにしてバイパス給電線３１が接続されている。バイパス給電線３１は、一方の端部が給電線１７においてＭＯＳスイッチ２１，２２よりも鉛蓄電池１２の側に接続され、他方の端部が給電線１７においてＭＯＳスイッチ２１，２２よりも電気負荷１６の側（リチウムイオン蓄電池１３の側）に接続されている。そして、バイパス給電線３１を介して、オルタネータ１１及び鉛蓄電池１２の少なくともいずれかから電気負荷１６への電力供給が可能となっている。

バイパス給電線３１には、常閉式の電磁リレーであるバイパスリレー３２（バイパス切替手段）が設けられている。バイパスリレー３２の作動は制御部２５により制御される。バイパスリレー３２は、ＭＯＳスイッチ２１，２２や制御部２５に異常（故障）が発生した場合に使用される非常時通電手段であり、通常時（非故障時）は、制御部２５から励磁電流が常時出力されることで開放状態となっている。そして、例えば制御部２５に異常が発生してＭＯＳスイッチ２１，２２をオンできなくなると、制御部２５からの励磁電流の出力が停止され、常閉式であるバイパスリレー３２が導通状態にされて、バイパス給電線３１が導通されるようになっている。これにより、バイパス給電線３１を介して、オルタネータ１１及び鉛蓄電池１２の少なくともいずれかから電気負荷１６への電力供給が実施される。

リチウムイオン蓄電池１３や、各スイッチ２１〜２４、制御部２５、バイパスリレー３２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。電池ユニットＵ内の制御部２５は、電池ユニット外の図示しないＥＣＵ（電子制御装置）に相互に通信可能に接続されている。

本実施形態の電源システムでは、電池ユニットＵに、本電源システムの状態を監視する状態監視機能を持たせており、その状態監視機能について以下に説明する。

図１に示すように、２つのＭＯＳスイッチ２１，２２の間の中間点Ｘ２には、当該中間点Ｘ２における電圧を監視する電圧検出回路４０が設けられている。この電圧検出回路４０が状態監視回路に相当し、本電源システムでは当該システムの状態に応じて中間点Ｘ２の電圧値が変化することを想定して電圧検出回路４０により中間点Ｘ２の電圧値の検出を実施する。電圧検出回路４０は、一対の抵抗４１，４２を有する分圧回路よりなり、その分圧回路（抵抗直列回路）の一端側が中間点Ｘ２に接続されるとともに、他端側が接地されている。そして、抵抗４１，４２の間の電圧（分圧電圧）が電圧検出信号として制御部２５のＡ／Ｄ入力部に入力される。

ここで、例えばＭＯＳスイッチ２１，２２がオンであれば、中間点Ｘ２の電圧はハイレベル（所定値以上）になる筈であり、その状態であるかどうかが電圧検出回路４０により監視される。また、ＭＯＳスイッチ２１，２２がオフであれば、中間点Ｘ２の電圧はロウレベル（所定値未満）になる筈であり、その状態であるかどうかが電圧検出回路４０により監視される。

この場合、制御部２５は、電圧検出回路４０の電圧検出結果に基づいて、各ＭＯＳスイッチ２１，２２の異常判定を実施する。例えば、ＭＯＳスイッチ２１，２２がオフで制御されている場合に、そのうち少なくともいずれかがオン状態になっていれば（オン故障が生じていれば）、電圧検出回路４０の検出電圧が異常値（所定値以上）となる。このことから、制御部２５が、ＭＯＳスイッチ２１，２２のいずれかでオン故障が生じていると判定する。なおこのとき、ＳＭＲスイッチ２３，２４＝オフの状態で、電圧検出回路４０の検出電圧が異常値（所定値以上）となっているのであれば、鉛蓄電池１２側のＭＯＳスイッチ２１がオン故障になっているとの特定が可能である。

また、ＭＯＳスイッチ２１，２２がオンで、かつＳＭＲスイッチ２３，２４がオフで制御されている場合に、鉛蓄電池１２側のＭＯＳスイッチ２１がオフ状態になっていれば（オフ故障が生じていれば）、電圧検出回路４０の検出電圧が異常値（所定値未満）となる。このことから、制御部２５が、鉛蓄電池１２側のＭＯＳスイッチ２１のオフ故障が生じていると判定する。

また、上記構成では、車両の電源オフ状態における暗電流の低減が図られている。つまり、車両の電源がオフされている場合（例えば駐車時）には、ＭＯＳスイッチ２１，２２がオフ状態になっており、各ＭＯＳスイッチ２１，２２の半導体スイッチ部を介して各蓄電池１２，１３から電圧検出回路４０に電流が流れ込むことが防止されている。また、２つのＭＯＳスイッチ２１，２２は、寄生ダイオード２１ａ，２２ａのアノード同士が接続されるように設けられている。したがって、この寄生ダイオード２１ａ，２２ａを介して各蓄電池１２，１３から電圧検出回路４０に電流が流れ込むことも防止されている。

制御部２５は、電圧検出回路４０の検出値に基づいて、本電源システムにおける状態判定処理を実施する。図２は、状態判定処理の手順を示すフローチャートであり、本処理は、制御部２５により所定時間ごとに繰り返し実施される。

図２において、ステップＳ１１では、今現在、ＭＯＳスイッチ２１，２２に対してオフ指令が出されているか否かを判定する。そして、ＹＥＳならステップＳ１２に進み、電圧検出回路４０により検出される電圧値Ｖａが所定値Ｋ１以上であるか否かを判定する。このとき、Ｖａ≧Ｋ１であれば、ステップＳ１３に進み、ＭＯＳスイッチ２１，２２のいずれかでオン故障が生じている旨を判定する。Ｖａ＜Ｋ１である場合には、そのまま本処理を一旦終了する。

また、ステップＳ１１がＮＯである場合（ＭＯＳスイッチ２１，２２がオンの場合）に、ステップＳ１４では、今現在、ＳＭＲスイッチ２３，２４に対してオフ指令が出されているか否かを判定する。そして、ＹＥＳならステップＳ１５に進み、電圧検出回路４０により検出される電圧値Ｖａが所定値Ｋ２未満であるか否かを判定する。このとき、Ｖａ＜Ｋ２であれば、ステップＳ１６に進み、ＭＯＳスイッチ２１，２２のうち鉛蓄電池１２側のＭＯＳスイッチ２１でオフ故障が生じている旨を判定する。Ｖａ≧Ｋ２である場合には、そのまま本処理を一旦終了する。なお、所定値Ｋ１，Ｋ２は同じで値であってもよいし、異なる値であってもよい。

上記のステップＳ１３又はＳ１６で異常（故障）が生じているとの判定がなされた場合には、その旨の情報（ダイアグ情報）がバックアップ用のメモリに記憶される。また、フェイルセーフの処理として、ＭＯＳスイッチ２１，２２へのオン信号の出力が停止（禁止）されるとともに、バイパスリレー３２への励磁信号の出力が停止される。これにより、バイパス給電線３１を介して、オルタネータ１１及び鉛蓄電池１２の少なくともいずれかから電気負荷１６への電力供給が実施されることとなる。

図示は省略するが、ＳＭＲスイッチ２３，２４の中間点にも同様の電圧検出回路が設けられているとよい。この場合、その電圧検出回路から出力される電圧検出信号が制御部２５に入力され、制御部２５では、同電圧検出回路からの電圧検出信号に基づいてＳＭＲスイッチ２３，２４の状態判定などを実施する。例えば、ＳＭＲスイッチ２３，２４がオフで制御されている場合に、そのうち少なくともいずれかがオン状態になっていれば（オン故障が生じていれば）、電圧検出回路の検出電圧が異常値（所定値以上）となる。このことから、制御部２５は、ＳＭＲスイッチ２３，２４のいずれかでオン故障が生じていると判定する。なおこのとき、ＭＯＳスイッチ２１，２２＝オフの状態で、電圧検出回路の検出電圧が異常値（所定値以上）となっているのであれば、リチウムイオン蓄電池１３側のＳＭＲスイッチ２４がオン故障になっているとの特定が可能である。

また、ＭＯＳスイッチ２１，２２がオフで、かつＳＭＲスイッチ２３，２４がオンで制御されている場合に、リチウムイオン蓄電池１３側のＳＭＲスイッチ２４がオフ状態になっていれば（オフ故障が生じていれば）、電圧検出回路の検出電圧が異常値（所定値未満）となる。このことから、制御部２５が、リチウムイオン蓄電池１３側のＳＭＲスイッチ２４のオフ故障が生じていると判定する。

また、車両の電源オフ状態（すなわち本電源システムのオフ状態）では、常閉式のバイパスリレー３２が導通状態になっており、ＭＯＳスイッチ２１，２２からなる直列回路の両端にはそれぞれ正の電圧が印加されている。かかる状態において、制御部２５が、ＭＯＳスイッチ２１，２２のうちいずれか一方を導通状態、他方を遮断状態に制御するとともに、こうしてＭＯＳスイッチ２１，２２を１つずつ導通状態とした状態下で、電圧検出回路４０からの電圧検出信号（監視情報）に基づいて、２つのＭＯＳスイッチ２１，２２について個々に異常の有無を判定するとよい。その処理手順を図３に示す。この処理は、車両の電源オフ状態（イグニッションスイッチのオフ状態）、又は電源オン起動時において制御部２５によりバイパスリレー３２が開放動作される前（励磁出力前）に、制御部２５により実施される。

図３において、ステップＳ２１では、鉛蓄電池１２側のＭＯＳスイッチ２１をオン、リチウムイオン蓄電池１３側のＭＯＳスイッチ２２をオフとする。なおこの状態では、ＳＭＲスイッチ２３，２４はいずれもオフ状態である。続くステップＳ２２では、電圧検出回路４０により検出される電圧値Ｖａが所定値Ｋ３未満であるか否かを判定する。なお、ＭＯＳスイッチの制御の実施後、電圧検出までは所定時間の待ちが入るが、その処理は割愛している（後述のステップＳ２５も同様）。そして、Ｖａ＜Ｋ３であれば、ステップＳ２３に進み、鉛蓄電池１２側のＭＯＳスイッチ２１でオフ故障が生じている旨を判定する。Ｖａ≧Ｋ３である場合には、ステップＳ２３を読み飛ばす。

また、ステップＳ２４では、鉛蓄電池１２側のＭＯＳスイッチ２１をオフ、リチウムイオン蓄電池１３側のＭＯＳスイッチ２２をオンとする。そして、続くステップＳ２５では、電圧検出回路４０により検出される電圧値Ｖａが所定値Ｋ３未満であるか否かを判定する。このとき、Ｖａ＜Ｋ３であれば、ステップＳ２６に進み、リチウムイオン蓄電池１３側のＭＯＳスイッチ２２でオフ故障が生じている旨を判定する。Ｖａ≧Ｋ３である場合には、そのまま処理を終了する。

なお、異常有り（故障有り）と判定された場合の処理は、上述の図２の処理と同様である。

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。

各蓄電池１２，１３の間に、対をなす２つのＭＯＳスイッチ２１，２２が、寄生ダイオード２１ａ，２２ａが互いに逆向きになるよう直列に接続されている。そのため、これら両ＭＯＳスイッチ２１，２２をオフにすれば、両蓄電池１２，１３の間で電流が流れることを確実に防止でき、リチウムイオン蓄電池１３が意図せず過充電又は過放電の状態になることを抑制できる。

また、２つのＭＯＳスイッチ２１，２２が寄生ダイオード２１ａ，２２ａのアノード同士が接続されるように設けられる構成において、各ＭＯＳスイッチ２１，２２の間の中間点Ｘ２に電圧検出回路４０が設けられているため、各ＭＯＳスイッチ２１，２２がオフされている状況下で鉛蓄電池１２側又はリチウムイオン蓄電池１３側から電圧検出回路４０に電流が流れ込むことが防止される。したがって、電圧検出回路４０を介して流れる暗電流の低減を図ることができる。以上により、電圧検出回路４０を用いた状態監視機能を付与しつつも、電圧検出回路４０を流れる暗電流の低減を実現することができる。

また、暗電流低減のための回路を別途設ける必要がないため、電池ユニットＵにおいて制御用ＩＣやスイッチング素子を実装する制御基板の小型化が可能となり、さらにコスト低減を図ることも可能となる。

また、電圧検出回路４０の検出結果を制御部２５に取り込むことで、ＭＯＳスイッチ２１，２２やＳＭＲスイッチ２３，２４のオン故障やオフ故障を判定できる。これにより、電源システムの信頼性を高めることができる。

図３の状態判定処理では、ＭＯＳスイッチ２１，２２からなる直列回路の両端にそれぞれ正の電圧が印加された状態で、ＭＯＳスイッチ２１，２２を１つずつオンし、スイッチ異常が生じている場合にどちらが異常かを特定可能にした。この場合、異常発生後に異常解析を行う上で有益な情報を取得できる。

この場合特に、バイパスリレー３２の導通状態（電源システムの電源遮断状態など）で、異常判定を実施するようにした。バイパスリレー３２は、車両の起動直後や電源オフ時に導通状態になっており、それら車両の起動直後や電源オフ時に異常判定を実施する場合に好適なものとなる。

（他の実施形態）
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。

・上記実施形態では、バイパスリレー３２が導通状態である場合に、２つのＭＯＳスイッチ２１，２２を１つずつオンさせて異常状態のＭＯＳスイッチ２１，２２がいずれであるかを特定したが（図３）、これを以下のように変更してもよい。すなわち、ＳＭＲスイッチ２３，２４をオンさせることで、ＭＯＳスイッチ２１，２２からなる直列回路の両端にそれぞれ正の電圧が印加される状態とし、その状態下で、２つのＭＯＳスイッチ２１，２２を１つずつオンさせて異常状態のＭＯＳスイッチ２１，２２がいずれであるかを特定するようにしてもよい。

・状態監視回路を、図４のように構成してもよい。図４では、２つのＭＯＳスイッチ２１，２２の間に状態監視回路として電流検出回路５０を設けている。具体的には、２つのＭＯＳスイッチ２１，２２の間にはシャント抵抗５１（電流検出抵抗）が設けられ、そのシャント抵抗５１の両端電圧がそれぞれ増幅回路５２に入力されている。増幅回路５２は、シャント抵抗５１の両端電圧差を増幅して出力する。この場合、２つのＭＯＳスイッチ２１，２２の間に流れる電流が電流検出回路５０で検出され、その電流検出信号が制御部２５のＡ／Ｄ入力部に入力される。

図４の構成においても、電流検出回路５０の検出結果を用いることで、上記実施形態と同様に、ＭＯＳスイッチ２１，２２やＳＭＲスイッチ２４の異常検出を実施できる。この場合例えば、ＭＯＳスイッチ２１，２２が両方共にオフの筈なのに電流が流れていると検出されれば、ＭＯＳスイッチ２１，２２がオン故障している（又は少なくとも鉛蓄電池１２側のＭＯＳスイッチ２１がオン故障している）と判定できる。また、ＭＯＳスイッチ２１，２２が両方共にオンの筈なのに電流が流れていないと検出されれば、少なくとも鉛蓄電池１２側のＭＯＳスイッチ２１がオフ故障していると判定できる。これにより、電流検出回路５０を用いた状態監視機能を付与しつつも、電流検出回路５０を流れる暗電流の低減を実現することができる。

また、制御部２５が、ＳＭＲスイッチ２３，２４をオンさせることで、ＭＯＳスイッチ２１，２２からなる直列回路の両端にそれぞれ正の電圧が印加される状態とし、その状態下で、２つのＭＯＳスイッチ２１，２２を１つずつオンさせるようにする。そして、その状態で、電流検出回路５０の電流検出値に基づいて、ＭＯＳスイッチ２１，２２のいずれかが異常である場合にその異常がいずれであるかを特定するようにしてもよい。この場合、鉛蓄電池１２側のＭＯＳスイッチ２１をオン、リチウムイオン蓄電池１３のＭＯＳスイッチ２２をオフさせた状態で電流検出されなければ（電流値＜所定値であれば）、ＭＯＳスイッチ２１がオフ故障していると判定される。また、鉛蓄電池１２側のＭＯＳスイッチ２１をオフ、リチウムイオン蓄電池１３のＭＯＳスイッチ２２をオンさせた状態で電流検出されれば（電流値≧所定値であれば）、ＭＯＳスイッチ２１がオン故障していると判定される。

ここで、鉛蓄電池１２とリチウムイオン蓄電池１３とは、鉛蓄電池１２の端子電圧がリチウムイオン蓄電池１３の端子電圧よりも高く設定されており、電源システムが正常であれば、各スイッチがオン状態とされる場合に、鉛蓄電池１２側からリチウムイオン蓄電池１３側に電流（Ｐｂ→Ｌｉの向きの電流）が流れる筈である。そこで、電流検出回路５０により検出される電流の向きに基づいて、電源システムの異常の有無を判定するようにしてもよい。その異常判定のための処理を図５に示す。この処理は制御部２５により所定時間ごとに実施される。

図５において、ステップＳ３１では、ＭＯＳスイッチ２１，２２とＳＭＲスイッチ２３，２４とがいずれもオン状態であるか否かを判定し、ＹＥＳであれば後続のステップＳ３２に進む。ステップＳ３２では、電流検出回路５０により検出した電流値を取得し、続くステップＳ３３ではその電流値が負の電流（すなわち、Ｌｉ→Ｐｂの向きで流れる電流）であるか否かを判定する。そして、ＹＥＳであれば、ステップＳ３４に進み、本電源システムにおいて何らかの異常（故障）が生じている旨を判定する。例えば、鉛蓄電池１２の電圧低下が生じていることや、リチウムイオン蓄電池１３の電圧が過上昇していること等の異常が判定される。ステップＳ３３がＮＯであれば、そのまま処理を終了する。

・上記実施形態では、電源システムの状態監視機能として、ＭＯＳスイッチ２１，２２やＳＭＲスイッチ２３，２４の異常の有無を判定する機能について説明したが、これ以外の機能を実現することも可能である。例えば、ＭＯＳスイッチ２１，２２をオンした状態で、電圧検出回路４０の検出電圧に基づいて、鉛蓄電池１２の端子電圧を算出する構成としてもよい。また、電圧検出回路４０や電流検出回路５０の検出信号に基づいて、オルタネータ１１の発電状態を監視するようにしてもよい。例えば、ＭＯＳスイッチ２１，２２をオンにした状態で、発電停止状態から発電が開始された後の電圧変化や電流変化から、オルタネータ１１が正常に発電しているか否かを判定するとよい。

・上記実施形態では、鉛蓄電池１２とリチウムイオン蓄電池１３との間において、半導体スイッチング素子として２つのＭＯＳスイッチ２１，２２と２つのＳＭＲスイッチ２３，２４とを設けたが、このうち２つのＳＭＲスイッチ２３，２４に代えて、常開式の電磁リレーを設ける構成としてもよい。この場合、車両の電源オン状態では、リチウムイオン蓄電池１３に接続された電磁リレーをオンすることで、リチウムイオン蓄電池１３と、鉛蓄電池１２や電気負荷１６とが接続されるようになっている。

・第１蓄電池及び第２蓄電池の組み合わせは、鉛蓄電池１２及びリチウムイオン蓄電池１３の組み合わせ以外であってもよい。例えば、両方を鉛蓄電池としたり、第２蓄電池としてニカド蓄電池やニッケル水素蓄電池など、他の二次電池を用いたりしてもよい。

１１…発電機、１２…鉛蓄電池（第１蓄電池）、１３…リチウムイオン蓄電池（第２蓄電池）、１７…給電線（接続線）、２１，２２…ＭＯＳスイッチ（半導体スイッチング素子）、２３，２４…ＳＭＲスイッチ（半導体スイッチング素子）、２１ａ〜２４ａ…寄生ダイオード、２５…制御部（制御手段）、４０…電圧検出回路（状態監視回路）。

Claims (6)

1. 発電機（１１）と、
   その発電機に対してそれぞれ並列に接続される第１蓄電池（１２）及び第２蓄電池（１３）と、
   前記両蓄電池を電気的に接続する接続線（１７）に設けられ、前記発電機及び前記第１蓄電池と前記第２蓄電池との導通及び遮断を切り替える開閉手段と、
   前記開閉手段の切替を制御する制御手段（２５）と、
   を備える電源システムであって、
   前記開閉手段は、対をなす２つの半導体スイッチング素子（２１，２２又は２３，２４）を有し、当該２つの半導体スイッチング素子が、その半導体スイッチング素子に存在する寄生ダイオード（２１ａ，２２ａ又は２３ａ，２４ａ）が互いに逆向きとなり、かつ前記寄生ダイオードのアノード同士が接続されるようにして直列に設けられており、
   前記２つの半導体スイッチング素子の間の中間位置に設けられ、前記中間位置で当該電源システムの状態を監視する状態監視回路（４０，５０）を備えていることを特徴とする電源システム。
2. 前記制御手段は、前記２つの半導体スイッチング素子からなる直列回路の両端にそれぞれ正の電圧が印加された状態で、前記２つの半導体スイッチング素子のうち一方を導通状態、他方を遮断状態とするものであり、
   前記制御手段により前記２つの半導体スイッチング素子を１つずつ導通状態とした状態下で、前記状態監視回路から得られる監視情報に基づいて、前記２つの半導体スイッチング素子について個々に異常の有無を判定する異常判定手段（２５）を備える請求項１に記載の電源システム。
3. 前記接続線において互いに直列に接続された第１スイッチ部（２１，２２）と第２スイッチ部（２３，２４）とを有し、それら両スイッチ部の間の中間点に電気負荷（１６）が接続されており、
   前記第１スイッチ部が、前記対をなす２つの半導体スイッチング素子により構成されており、
   前記第１スイッチ部を迂回し、該第１スイッチ部を挟んで前記第１蓄電池の側と前記電気負荷の側とを接続するように設けられるバイパス線（３１）に、常閉式のバイパスリレー（３２）が設けられており、
   前記制御手段は、当該電源システムの電源遮断状態において、前記第１スイッチ部を構成する前記２つの半導体スイッチング素子の一方を導通状態、他方を遮断状態に制御し、
   前記異常判定手段は、前記制御手段により前記第１スイッチ部の半導体スイッチング素子を１つずつ導通状態とした状態下で、前記状態監視回路から得られる監視情報に基づいて、前記第１スイッチ部の半導体スイッチング素子について個々に異常の有無を判定する請求項２に記載の電源システム。
4. 前記状態監視回路として、前記接続線において前記２つの半導体スイッチング素子の間の電圧を検出する電圧検出回路（４０）を備えている請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電源システム。
5. 前記状態監視回路として、前記接続線において前記２つの半導体スイッチング素子の間に設けられる電流検出抵抗（５１）と、その電流検出抵抗の両端電位差を増幅して出力する出力回路（５２）とを備えている請求項１又は２に記載の電源システム。
6. 前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池は、前記第１蓄電池の端子電圧が、前記第２蓄電池の端子電圧よりも高く設定されており、
   前記状態監視回路により検出される電流の向きに基づいて、当該電源システムの異常の有無を判定する手段（２５）を備える請求項５に記載の電源システム。

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