(57)【要約】【課題】並列に接続されたスイッチング素子を適切に遮断する蓄電池システムを提供する。【解決手段】蓄電池１１と回転電機１４とを接続する電気経路Ｌ１に設けられ、互いに並列接続された複数のＭＯＳＦＥＴ３０を有するスイッチＳＷ１と、ＭＯＳＦＥＴ３０においてゲート端子３１とソース端子３２との電圧差を付与することで、ＭＯＳＦＥＴ３０を閉状態にするＭＯＳドライバ３５と、ＭＯＳドライバ３５に対して複数のＭＯＳＦＥＴ３０の開閉指令信号を出力する制御部２１と、スイッチＳＷ１に流れる通電電流に基づいて、複数のＭＯＳＦＥＴ３０の遮断要求を出力する比較器４３及びタイマＩＣ４５と、比較器４３及びタイマＩＣ４５から遮断要求が出力された場合に、複数のＭＯＳＦＥＴ３０においてソース端子３２の電圧をゲート端子３１の電圧と同じにすることで、複数のＭＯＳＦＥＴ３０を遮断する出力スイッチ５２及び短絡スイッチ５４，５５とを備える。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池（１１，１２）と電気機器（１４）とを接続する電気経路（Ｌ１，Ｌ２）に設けられ、互いに並列接続された複数の半導体スイッチング素子（３０）を有するスイッチ部（ＳＷ１，ＳＷ２）と、
前記複数の半導体スイッチング素子において制御端子（３１）と、他の第１端子（３２）及び第２端子（３３）のうち前記第１端子との電圧差を付与することで、該半導体スイッチング素子を閉状態とする駆動回路（３５）と、
前記駆動回路に対して前記複数の半導体スイッチング素子の開閉指令信号を出力する制御部（２１）と、
前記スイッチ部に流れる通電電流に基づいて、前記複数の半導体スイッチング素子の遮断要求を出力する遮断要求出力部（４３,４５）と、
前記遮断要求出力部から前記遮断要求が出力された場合に、前記複数の半導体スイッチング素子において前記第１端子の電圧を前記制御端子の電圧と同じにすることで、当該複数の半導体スイッチング素子を遮断する遮断回路（５２,５４,５５，６０）と、
を備える蓄電池システム。
【請求項２】
前記遮断回路は、
前記複数の半導体スイッチング素子における前記制御端子と前記第１端子との間を短絡させる短絡経路に設けられ、前記短絡経路を開閉可能とする短絡スイッチ（５４,５５）を備え、
前記遮断要求出力部から前記遮断要求が出力された場合に、前記短絡スイッチを閉状態にすることで、前記第１端子の電圧を前記制御端子の電圧と同じにする請求項１に記載の蓄電池システム。
【請求項３】
前記遮断回路は、
前記複数の半導体スイッチング素子における前記制御端子と前記駆動回路との間の電気経路（Ｌ１２）に接続されるとともに、前記第１端子に接続され、前記制御端子及び前記第１端子からの放電を行わせる放電回路（６０）を備え、
前記遮断要求出力部から前記遮断要求が出力された場合に、前記放電回路により前記制御端子及び前記第１端子からの放電を行わせることで、前記第１端子の電圧を前記制御端子の電圧と同じにする請求項１に記載の蓄電池システム。
【請求項４】
前記駆動回路は、前記複数の半導体スイッチング素子のうち互いに並列となる半導体スイッチング素子ごとに設けられている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の蓄電池システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記スイッチ部に流れる通電電流に基づいて、前記複数の半導体スイッチング素子を遮断するための強制遮断信号を前記遮断回路に出力し、
前記遮断要求出力部は、前記スイッチ部に流れる通電電流に基づいて前記遮断要求を出力した後、少なくとも前記制御部から前記強制遮断信号が出力されるまでの間において前記遮断要求を維持する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の蓄電池システム。
【請求項６】
前記スイッチ部に流れる通電電流を検出し出力する電流検出回路を備えており、
前記電流検出回路は、前記スイッチ部に流れる通電電流を検出可能な検出部（４１）と、前記検出部での検出結果を前記遮断要求出力部に出力する第１アンプ（４２ａ）と、前記検出部での検出結果を前記制御部に出力する第２アンプ（４２ｂ）とを備える請求項５に記載の蓄電池システム。
【請求項７】
前記制御部であるメイン制御部（２１）と、
前記メイン制御部を監視し、前記メイン制御部の監視結果に基づいて、前記複数の半導体スイッチング素子を開状態にする開指令信号を出力するサブ制御部（２３）と、を備える請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の蓄電池システム。
【請求項８】
前記サブ制御部は、前記メイン制御部の監視結果に基づいて、前記開指令信号を前記遮断回路に出力する請求項７に記載の蓄電池システム。
【請求項９】
前記メイン制御部及び前記サブ制御部は、異なる電源装置に接続されており、それら異なる電源装置からそれぞれ電力が供給される構成となっている請求項７又は請求項８に記載の蓄電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
負荷を駆動する電源回路において、一般的に半導体スイッチング素子等を用いて電源回路の開閉の制御が行われる。このような電源回路は、例えば過電流が検出された場合に遮断されることがある。過電流が生じた場合に電源回路を遮断する技術として、例えば特許文献１の構成では、インバータ制御回路は、過電流が検出された回数に応じて、インバータを駆動するドライブ回路に停止信号を出力し、ドライブ回路からインバータへの制御信号を遮断するようにしている。これにより、所定回数以上過電流が検出された場合に、インバータへの制御信号を遮断することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１８６４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年では、電源経路の大電流化を図るべく、半導体スイッチング素子が並列化されることが提案されており、かかる場合には、過電流の発生に応じて半導体スイッチング素子を遮断させることに加え、以下の対応が必要になると考えられる。すなわち、例えば、過電流の発生時には、並列化された半導体スイッチング素子を同時にすべく、制御部は半導体スイッチング素子を開放する指令を各半導体スイッチング素子のドライバＩＣに同時に出力する。しかしながら、実際に半導体スイッチング素子が開閉駆動される際には、ドライバＩＣの個体差等に起因して、動作タイミングのばらつきが生じ、半導体スイッチング素子の開閉のタイミングに時間差が生じることが考えられる。仮に、並列化された半導体スイッチング素子が同時に開放されないと、閉じられた状態の半導体スイッチング素子に過度な負荷がかかるといった不都合が生じる。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、並列に接続されたスイッチング素子を適切に遮断する蓄電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の手段では、蓄電池（１１，１２）と電気機器（１４）とを接続する電気経路（Ｌ１，Ｌ２）に設けられ、互いに並列接続された複数の半導体スイッチング素子（３０）を有するスイッチ部（ＳＷ１，ＳＷ２）と、前記複数の半導体スイッチング素子において制御端子（３１）と、他の第１端子（３１）及び第２端子（３２）のうち前記第１端子との電圧差を付与することで、該半導体スイッチング素子を閉状態とする駆動回路（３５）と、前記駆動回路に対して前記複数の半導体スイッチング素子の開閉指令信号を出力する制御部（２１）と、前記スイッチ部に流れる通電電流に基づいて、前記複数の半導体スイッチング素子の遮断要求を出力する遮断要求出力部（４３,４５）と、前記遮断要求出力部から前記遮断要求が出力された場合に、前記複数の半導体スイッチング素子において前記第１端子の電圧を前記制御端子の電圧と同じにすることで、当該複数の半導体スイッチング素子を遮断する遮断回路（５２,５４,５５，６０）と、を備える。
【０００７】
本手段では、ソフトウェアで作動する制御部の開閉指令信号に基づく半導体スイッチング素子の開閉ではなく、遮断要求出力部と遮断回路というハードウェアによって複数の半導体スイッチング素子を遮断することで、通電電流に基づく遮断を素早く行うことができる。
【０００８】
また、並列接続された半導体スイッチング素子の駆動回路によって半導体スイッチング素子を遮断するのではなく、遮断回路によって、第１端子の電圧を制御端子の電圧と同じにすることで、半導体スイッチング素子に流れる電流を遮断する。そのため、駆動回路の個体差等によって、並列接続された半導体スイッチング素子の遮断タイミングにばらつきがでることを抑制できる。
【０００９】
駆動回路による制御端子への電圧の印加が停止される場合には、第１端子側の電圧が、サージ電流等に起因して引き下げられることで、制御端子と第１端子の間で電位差が発生し、引き続き半導体スイッチング素子に電流が流れてしまう可能性がある。これに対して、本手段では、第１端子の電圧を制御端子の電圧と同じにしていることから、半導体スイッチング素子に流れる電流を遮断することができる。
【００１０】
このように、駆動回路から制御端子に印加する電圧を停止するのではなく、遮断回路によって、第１端子の電圧を制御端子の電圧に等しくすることで、適切に遮断することができる。
【００１１】
第２の手段では、前記遮断回路は、前記複数の半導体スイッチング素子における前記制御端子と前記第１端子との間を短絡させる短絡経路に設けられ、前記短絡経路を開閉可能とする短絡スイッチ（５４,５５）を備え、前記遮断要求出力部から前記遮断要求が出力された場合に、前記短絡スイッチを閉状態にすることで、前記第１端子の電圧を前記制御端子の電圧と同じにする。
【００１２】
制御端子と第１端子との間を短絡させる短絡経路に、短絡スイッチを設ける構成とした。これにより、遮断要求出力部から遮断要求が出力された場合に、短絡スイッチを閉状態にすることで、制御端子と第１端子との間を短絡し、第１端子の電圧を制御端子の電圧と同じにすることで、半導体スイッチング素子に流れる電流を遮断することができる。
【００１３】
第３の手段では、前記遮断回路は、前記複数の半導体スイッチング素子における前記制御端子と前記駆動回路との間の電気経路（Ｌ１２）に接続されるとともに、前記第１端子に接続され、前記制御端子及び前記第１端子からの放電を行わせる放電回路（６０）を備え、前記遮断要求出力部から前記遮断要求が出力された場合に、前記放電回路により前記制御端子及び前記第１端子からの放電を行わせることで、前記第１端子の電圧を前記制御端子の電圧と同じにする。
【００１４】
制御端子及び第１端子からの放電を行わせる放電回路を備える構成とした。これにより、遮断要求出力部から遮断要求が出力された場合に、放電回路により制御端子及び第１端子からの放電を行わせる。そして、放電によって、第１端子の電圧を制御端子の電圧と同じにすることで、半導体スイッチング素子に流れる電流を遮断することができる。
【００１５】
第４の手段では、前記駆動回路は、前記複数の半導体スイッチング素子のうち互いに並列となる半導体スイッチング素子ごとに設けられている。
【００１６】
互いに並列になる半導体スイッチング素子ごとに駆動回路を設けることで、駆動回路の冗長性を確保することができ、１つの駆動回路に異常が生じた場合であっても、並列になる半導体スイッチング素子を駆動させることができる。しかしながら、このように並列になる半導体スイッチング素子ごとに駆動回路が設けられている構成では、駆動回路の個体差による並列接続された半導体スイッチング素子の同時遮断の問題が生じやすくなる。そのため、上記第１の手段を用いるのに好適である。
【００１７】
第５の手段では、前記制御部は、前記スイッチ部に流れる通電電流に基づいて、前記複数の半導体スイッチング素子を遮断するための強制遮断信号を前記遮断回路に出力し、前記遮断要求出力部は、前記スイッチ部に流れる通電電流に基づいて前記遮断要求を出力した後、少なくとも前記制御部から前記強制遮断信号が出力されるまでの間において前記遮断要求を維持する。
【００１８】
遮断要求に伴い半導体スイッチング素子を遮断する場合には、先に遮断回路で遮断され、その状態が維持されて、その後、制御部からの強制遮断信号によって半導体スイッチング素子の遮断状態が維持される。この場合、制御部でも把握できることで、遮断回路による素早い対処を可能としつつ、システムとして適正なフェイルセーフ等の実施が可能となる。
【００１９】
第６の手段では、前記スイッチ部に流れる通電電流を検出し出力する電流検出回路を備えており、前記電流検出回路は、前記スイッチ部に流れる通電電流を検出可能な検出部（４１）と、前記検出部での検出結果を前記遮断要求出力部に出力する第１アンプ（４２ａ）と、前記検出部での検出結果を前記制御部に出力する第２アンプ（４２ｂ）とを備える。
【００２０】
スイッチ部に流れる通電電流を検出する検出部と、検出部での検出結果を遮断要求出力部に出力する第１アンプと、制御部に出力する第２アンプとを別に備えることで、電流検出回路の冗長性を確保できる。
【００２１】
第７の手段は、前記制御部であるメイン制御部と、前記メイン制御部を監視し、前記メイン制御部の監視結果に基づいて、前記複数の半導体スイッチング素子を開状態にする開指令信号を出力するサブ制御部と、を備える。
【００２２】
サブ制御部は、メイン制御部を監視し、メイン制御部の監視結果に基づいて、半導体スイッチング素子を開状態にする開指令信号を出力する。これにより、半導体スイッチング素子を開状態にする指令を出力する構成が冗長化され、メイン制御部で適切な制御が行えない場合には、サブ制御部により電気経路に電流が流れないようにされる。そのため、蓄電池の過充電や過放電を抑制することができる。また、蓄電池システムにおいて、過電流が流れた場合に遮断を適切に行う対応に加え、メイン制御部に異常が生じた場合の好適な対応が可能となり、システム信頼性を高めることができる。
【００２３】
第８の手段は、前記サブ制御部は、前記メイン制御部の監視結果に基づいて、前記開指令信号を前記遮断回路に出力する。
【００２４】
サブ制御回路は、メイン制御部の監視結果に基づいて、半導体スイッチング素子を開状態にする開指令信号を遮断回路に出力する構成としている。これにより、サブ制御部は、駆動回路とは別機構により半導体スイッチング素子を開状態にすることができる。そのため、メイン制御部が駆動回路に対してどのような制御指令を出していても、確実に半導体スイッチング素子を開状態にすることができる。
【００２５】
第９の手段は、前記メイン制御部及び前記サブ制御部は、異なる電源装置に接続されており、それら異なる電源装置からそれぞれ電力が供給される構成となっている。
【００２６】
メイン制御部とサブ制御部とは、異なる電源装置に接続されており、それら異なる電源装置からそれぞれ電力が供給される。これにより、仮に一方の電源装置の故障等によりメイン制御部に電源装置から電力の供給がされなくなっても、サブ制御部によって半導体スイッチング素子を開状態にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】蓄電池システムの概略図
【図２】第１実施形態でのスイッチ部の遮断構成を示す概略図
【図３】制御部の処理手順を示すフローチャート
【図４】蓄電池システムの処理を示すタイムチャート
【図５】第２実施形態でのスイッチ部の遮断構成を示す概略図
【図６】第３実施形態でのスイッチ部の遮断構成を示す概略図
【図７】第４実施形態でのスイッチ部の構成を示す概略図
【図８】他の実施形態でのスイッチ部の遮断構成を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
＜第１実施形態＞
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。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付している。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。
【００２９】
図１に示すように、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からはスタータ１３や、回転電機１４、各種の電気負荷１５への給電が可能となっている。また、各蓄電池１１，１２に対しては回転電機１４による充電が可能となっている。電源システムでは、回転電機１４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。本実施形態では、鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２が「蓄電池」に相当し、回転電機１４が「電気機器」に相当する。
【００３０】
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。
【００３１】
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。図１では、電池ユニットＵを破線で囲んで示す。電池ユニットＵは、外部端子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２を有しており、このうち外部端子Ｐ０に鉛蓄電池１１とスタータ１３が接続され、外部端子Ｐ１に回転電機１４が接続され、外部端子Ｐ２に電気負荷１５が接続されている。なお、外部端子Ｐ０は、ヒューズ１６を介して鉛蓄電池１１に接続されており、外部端子Ｐ２は、ヒューズ１７を介して電気負荷１５と接続されている。本実施形態では、電池ユニットＵが「蓄電池システム」に相当する。
【００３２】
回転電機１４は、３相交流モータや電力変換装置としてのインバータ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。回転電機１４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。回転電機１４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、エンジンに回転力を付与することができる。回転電機１４は、発電電力を各蓄電池１１，１２や電気負荷１５に供給する。
【００３３】
電気負荷１５には、供給電力の電圧が一定、又はあらかじめ決められた範囲内で変動することが要求される定電圧負荷が含まれる。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。
【００３４】
次に、電池ユニットＵについて説明する。電池ユニットＵ内の電気経路として、各外部端子Ｐ０，Ｐ１を繋ぐ電気経路Ｌ１と、電気経路Ｌ１上の接続点Ｎ１とリチウムイオン蓄電池１２とを繋ぐ電気経路Ｌ２とが設けられている。このうち電気経路Ｌ１にスイッチＳＷ１が設けられ、電気経路Ｌ２にスイッチＳＷ２が設けられている。電気経路Ｌ１，Ｌ２は、回転電機１４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、この電気経路Ｌ１，Ｌ２を介して、各蓄電池１１，１２と回転電機１４との間の相互の通電が行われる。本実施形態では、スイッチＳＷ１，ＳＷ２が「スイッチ部」に相当する。スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、互いに並列する複数の半導体スイッチング素子を有するものであるが、その詳細は後述する。
【００３５】
また、本実施形態の電池ユニットＵでは、電気経路Ｌ１，Ｌ２以外に、電気経路Ｌ１上の接続点Ｎ２（外部端子Ｐ０とスイッチＳＷ１との間の点）と、外部端子Ｐ２と、を接続する電気経路Ｌ３を有している。電気経路Ｌ３により、鉛蓄電池１１から電気負荷１５への電力供給を可能とする経路が形成されている。電気経路Ｌ３（詳しくは接続点Ｎ２−接続点Ｎ４の間）には、スイッチＳＷ３が設けられている。
【００３６】
また、電池ユニットＵでは、電気経路Ｌ２の接続点Ｎ３（スイッチＳＷ２とリチウムイオン蓄電池１２の間の点）と、電気経路Ｌ３上の接続点Ｎ４（スイッチＳＷ３と外部端子Ｐ２の間の点）と、を接続する電気経路Ｌ４が設けられている。電気経路Ｌ４により、リチウムイオン蓄電池１２から電気負荷１５への電力供給を可能とする経路が形成されている。電気経路Ｌ４（詳しくは接続点Ｎ３−接続点Ｎ４の間）には、スイッチＳＷ４が設けられている。
【００３７】
各スイッチＳＷ３，ＳＷ４は、それぞれ２つ一組の半導体スイッチング素子を備えている。半導体スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴであり、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。このように寄生ダイオードが互いに逆向きになるように各スイッチＳＷ３，ＳＷ４が構成されることで、例えばスイッチＳＷ３がオフとなった場合において、寄生ダイオードを通じて電流が流れることが完全に遮断される。なお、スイッチＳＷ３，ＳＷ４に用いる半導体スイッチング素子として、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。ＩＧＢＴやバイポーラトランジスタを用いた場合には、上記寄生ダイオードの代わりとなるダイオードをそれぞれ並列に接続させればよい。
【００３８】
また、電池ユニットＵには、ユニット内のスイッチＳＷ３を介さずに、鉛蓄電池１１を電気負荷１５に接続可能とするバイパス経路Ｂが設けられている。つまり、バイパス経路Ｂは、電気経路Ｌ３上のスイッチＳＷ３を迂回するように、設けられている。バイパス経路Ｂの一端はユニット内部において電気経路Ｌ１上の接続点Ｎ２に接続され、他端はユニット内部において電気経路Ｌ３上の接続点Ｎ４と外部端子Ｐ２の間に接続されている。バイパス経路Ｂには、バイパス経路Ｂを通電又は通電遮断の状態とするバイパス開閉回路ＲＥが設けられている。バイパス開閉回路ＲＥは、例えば常閉式のメカニカルリレーを有する。バイパス開閉回路ＲＥによって、バイパス経路Ｂを通電の状態にすれば、スイッチＳＷ３がオフされている状況下にあっても、バイパス経路Ｂを介して、鉛蓄電池１１から電気負荷１５への電力供給が可能となっている。
【００３９】
電池ユニットＵは、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４や、バイパス開閉回路ＲＥを制御する制御部２１を備えている。制御部２１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いる。
【００４０】
制御部２１は、各蓄電池１１，１２の蓄電状態等に基づいて、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４等を制御する。例えば、制御部２１は、リチウムイオン蓄電池１２のＳＯＣ（残存容量：State Of Charge）を算出する。そして、制御部２１は、そのＳＯＣが所定の使用範囲内に維持されるように、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を制御して、開閉指令信号を出力し、鉛蓄電池１１とリチウムイオン蓄電池１２の充電及び放電を制御する。すなわち、制御部２１は、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を実施する。
【００４１】
また、制御部２１は、電池ユニットＵに関する異常判定を行う。例えば、制御部２１は、リチウムイオン蓄電池１２に異常が生じていないかを監視する。具体的には、電流センサや温度センサを用い、リチウムイオン蓄電池１２に過電流が流れていることや、リチウムイオン蓄電池１２の温度が過上昇していることを検出し、こうした異常判定時にフェイルセーフ処理を実施する。フェイルセーフ処理として、例えば、全スイッチＳＷ１〜ＳＷ４をオフ状態にした上で、バイパス経路Ｂを通電状態としたり、他ＥＣＵへ異常を通知したりする。また、制御部２１は、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４での異常についても判定する。
【００４２】
制御部２１には、例えばエンジンＥＣＵからなるＥＣＵ２２が接続されている。ＥＣＵ２２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、都度のエンジン運転状態や車両走行状態に基づいてエンジンの運転を制御する。制御部２１及びＥＣＵ２２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２１及びＥＣＵ２２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。
【００４３】
次に、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２において、通電電流を検出し、遮断するための構成について説明する。図２は、スイッチＳＷ１において、通電電流を検出し、遮断するための構成の概略図である。破線で囲われた部分がスイッチＳＷ１を示す。なお、便宜上スイッチＳＷ１を用いて説明するが、スイッチＳＷ２の場合でも、接続される蓄電池が、鉛蓄電池１１ではなくリチウムイオン蓄電池１２となり、スイッチＳＷ１が設けられた電気経路Ｌ１が電気経路Ｌ２となるだけで、その構成は同様である。
【００４４】
スイッチＳＷ１には、４つのＭＯＳＦＥＴ３０ａ〜３０ｄが用いられている。各ＭＯＳＦＥＴ３０ａ〜３０ｄは、周知の大電力用のｎ型のＭＯＳＦＥＴであって、常開式の半導体スイッチング素子であり、ゲート端子３１、ソース端子３２、ドレイン端子３３を備えている。そして、ドレイン端子３３とソース端子３２との間に流れる電流を、ゲート端子３１とソース端子３２との端子間の電圧によって制御する。また、ソース端子３２とドレイン端子３３との間には、ＭＯＳＦＥＴのＰＮ接合に起因した寄生ダイオード３４が設けられている。本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴ３０ａ〜３０ｄが「半導体スイッチング素子」に相当する。また、ゲート端子３１が「制御端子」に相当し、ソース端子３２が「第１端子」に相当し、ドレイン端子３３が「第２端子」に相当する。なお、以下の説明では、ＭＯＳＦＥＴ３０ａ〜３０ｄをまとめてＭＯＳＦＥＴ３０とも記す。
【００４５】
ＭＯＳＦＥＴ３０を駆動するための駆動回路として、ゲート端子３１にＭＯＳドライバ３５が経路Ｌ１２によって接続されている。ＭＯＳドライバ３５は、ＭＯＳＦＥＴ３０ごとに設けられており、本実施形態では４つ設けられている。ＭＯＳドライバ３５は、制御部２１の開閉指令信号に基づいて、ＭＯＳＦＥＴ３０を駆動する。具体的には、制御部２１によりＭＯＳＦＥＴ３０をオンにする（閉状態として電流を流す）指令が出た場合には、ゲート端子３１に対して所定の電圧を印加し、制御部２１によりＭＯＳＦＥＴ３０をオフにする（開状態として電流を流さない）指令が出た場合には、ゲート端子３１に印加する電圧を０とする。本実施形態では、ＭＯＳドライバ３５が「駆動回路」に相当する。
【００４６】
なお、ＭＯＳドライバ３５は、ＭＯＳＦＥＴ３０ごとに個別に設けるのではなく、複数のＭＯＳＦＥＴ３０のうち互いに並列となるＭＯＳＦＥＴ３０ごとに設けられてもよい。つまり、ＭＯＳＦＥＴ３０ａ，３０ｂを同じＭＯＳドライバ３５で駆動し、ＭＯＳＦＥＴ３０ｃ，３０ｄを同じＭＯＳドライバ３５で駆動するようにしてもよい。このようにすることで、ＭＯＳドライバ３５の冗長性を確保することができる。そのため、仮に一つのＭＯＳドライバ３５に異常が発生しても、そのＭＯＳドライバ３５が駆動するＭＯＳＦＥＴ３０と並列に接続されたＭＯＳＦＥＴ３０の経路では、ＭＯＳＦＥＴ３０の開閉を行い、電流を流すことができる。
【００４７】
スイッチＳＷ１が設けられた電気経路Ｌ１は、分岐点Ｎ１１で、経路Ｌ１１ａ，Ｌ１１ｂに並列に分岐し、接続点Ｎ１２で、経路Ｌ１１ａ，Ｌ１１ｂが合流して、再び電気経路Ｌ１となる。スイッチＳＷ１では、経路Ｌ１１ａにＭＯＳＦＥＴ３０ａ，３０ｂが設けられ、経路Ｌ１１ｂにＭＯＳＦＥＴ３０ｃ，３０ｄが設けられている。つまり、ＭＯＳＦＥＴ３０ａ，３０ｃが並列に接続され、それぞれのＭＯＳＦＥＴ３０ａ，３０ｃにＭＯＳＦＥＴ３０ｂ，３０ｄが直列に接続されている。すなわち、経路Ｌ１１ａ上で直列に接続されたＭＯＳＦＥＴ３０ａ，３０ｂと、経路Ｌ１１ｂ上で直列に接続されたＭＯＳＦＥＴ３０ｃ，３０ｄと、の組が並列に接続されている。また、これらのＭＯＳＦＥＴ３０ａ，３０ｂは、寄生ダイオード３４が互いに逆向きとなるように直列に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ３０ｃ、３０ｄも同様である。なお、本実施形態では、並列に接続されたＭＯＳＦＥＴ３０の組に設けられた直列に接続されたＭＯＳＦＥＴ３０の数は同じになっている。
【００４８】
また、直列に接続されたＭＯＳＦＥＴ３０ａ，３０ｂの間には、この経路Ｌ１１ａに流れる電流を測定するための抵抗４１が設けられている。つまり、経路Ｌ１１ａ上で、ＭＯＳＦＥＴ３０ａと抵抗４１とＭＯＳＦＥＴ３０ｂとが、直列に接続された状態で設けられている。ＭＯＳＦＥＴ３０ｃ、３０ｄとの間にも同様に抵抗４１が設けられている。そして、抵抗４１の両端には、抵抗４１の両端での端子間電圧を検出するためのアンプ４２が接続されている。この抵抗４１とアンプ４２が、各経路Ｌ１１ａ，Ｌ１１ｂ（スイッチＳＷ１）に流れる電流を検出し出力する「電流検出回路」となっている。
【００４９】
アンプ４２で検出された検出電圧Ｖ（抵抗４１の両端での電圧）が、制御部２１と比較器４３とに出力される。制御部２１と比較器４３とでは、検出電圧Ｖに基づいて、電気経路Ｌ１に過電流が流れたかどうかが判定される。また、比較器４３には、基準電圧回路４４から所定の２種類の基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２が入力される。鉛蓄電池１１から回転電機１４に電流が流れる場合の基準電圧Ｖｒｅｆ１と、回転電機１４から鉛蓄電池１１に電流が流れる場合の基準電圧Ｖｒｅｆ２との２種類が基準電圧回路４４から比較器４３に入力される。そして、比較器４３では、基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２とアンプ４２での検出電圧Ｖとを比較し、比較結果に基づいて、タイマＩＣ４５に比較結果を出力する。ここで、基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２の絶対値よりも、検出電圧Ｖの絶対値が大きい場合には、比較結果としてオン信号を出力し、基準電圧Ｖｒｅｆ１，２の絶対値よりも、検出電圧Ｖの絶対値が大きい場合には、オフ信号を出力する。タイマＩＣ４５は、比較器４３から比較結果としてオン信号が入力されると、一定時間、遮断要求としてオン信号を出力し続ける。本実施形態の比較器４３とタイマＩＣ４５とが「遮断要求出力部」に相当する。
【００５０】
タイマＩＣ４５から出力された遮断要求（オン信号）は、ダイオードを介してバイポーラトランジスタ５１で所定電圧に増幅されて、出力スイッチ５２を駆動させる。出力スイッチ５２は、常開式の半導体スイッチング素子で、ｐ型のＭＯＳＦＥＴが用いられている。ツェナーダイオードを向い合せに接続した素子と、コンデンサと、抵抗が、出力スイッチ５２のゲート端子とソース端子とに並列になるように接続されている。なお、バイポーラトランジスタ５１のベース及びベースエミッタ間に抵抗が接続されているが、バイポーラトランジスタ５１をこれらの抵抗を内蔵した抵抗内蔵型トランジスタとしてもよい。また、出力スイッチ５２は、ｎ型のＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等の他の半導体スイッチング素子でもよい。
【００５１】
出力スイッチ５２は、遮断用電源５３と２つの短絡スイッチ５４,５５とを接続する経路Ｌ１３に設けられている。経路Ｌ１３は、分岐点Ｎ１３で分岐し、分岐した経路Ｌ１３ａ，Ｌ１３ｂにそれぞれ短絡スイッチ５４,５５のゲート端子が接続される。タイマＩＣ４５からのオン信号（電流）によって、出力スイッチ５２が閉じられ、経路Ｌ１３に電流が流れることで、出力スイッチ５２から短絡スイッチ５４,５５に所定の電圧が印加される。本実施形態では、出力スイッチ５２と短絡スイッチ５４,５５が「遮断回路」に相当する。
【００５２】
短絡スイッチ５４，５５は、常開式の半導体スイッチング素子で、ｎ型のＭＯＳＦＥＴが用いられている。ツェナーダイオードを向い合せに接続した素子と、コンデンサと、抵抗が、短絡スイッチ５４，５５のゲート端子とソース端子とに並列になるように、接続されている。なお、短絡スイッチ５４は、ｐ型のＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等の他の半導体スイッチング素子でもよい。
【００５３】
各ＭＯＳドライバ３５とゲート端子３１とを繋ぐ経路Ｌ１２に設けられた接続点Ｎ１４には、経路Ｌ１４ａ，Ｌ１４ｂ，Ｌ１４ｃ，Ｌ１４ｄがそれぞれ接続している。各経路Ｌ１４ａ，Ｌ１４ｂ，Ｌ１４ｃ，Ｌ１４ｄには、ダイオード５６が設けられており、各経路Ｌ１４ａ，Ｌ１４ｂ，Ｌ１４ｃ，Ｌ１４ｄに流れる電流の向きを規制している。ＭＯＳＦＥＴ３０ａを駆動するＭＯＳドライバ３５と接続された経路Ｌ１２は、接続点Ｎ１４で経路Ｌ１４ａに接続しており、ＭＯＳＦＥＴ３０ｂを駆動するＭＯＳドライバ３５と接続された経路Ｌ１２は、接続点Ｎ１４で経路Ｌ１４ｂに接続している。そして、経路Ｌ１４ａと経路Ｌ１４ｂとが接続点Ｎ１５ａで合流し、経路Ｌ１５ａとなり、経路Ｌ１５ａは、接続点Ｎ１６ａで経路Ｌ１１ａに接続する。
【００５４】
そして、経路Ｌ１５ａには、短絡スイッチ５４が設けられる。経路Ｌ１３に電流が流れて、所定の電圧が短絡スイッチ５４に印加されると、短絡スイッチ５４が閉じられる。短絡スイッチ５４が閉じられると、短絡経路である経路Ｌ１２と経路Ｌ１４ａと経路Ｌ１５ａと経路Ｌ１１ａとがつながり、ＭＯＳＦＥＴ３０ａのゲート端子３１とソース端子３２との間がダイオード５６を介して短絡される。また、短絡スイッチ５４が閉じられることで、短絡経路である経路Ｌ１２と経路Ｌ１４ｂと経路Ｌ１５ａと経路Ｌ１１ａとがつながり、ＭＯＳＦＥＴ３０ｂのゲート端子３１とソース端子３２との間がダイオード５６を介して短絡される。つまり、直列に接続されている２つのＭＯＳＦＥＴ３０ａ，３０ｂを短絡させる短絡経路が、短絡スイッチ５４の開閉により制御される。
【００５５】
同様に、ＭＯＳＦＥＴ３０ｃを駆動するＭＯＳドライバ３５の経路Ｌ１２と接続された経路Ｌ１２は、経路Ｌ１４ｃに接続しており、ＭＯＳＦＥＴ３０ｄを駆動するＭＯＳドライバ３５と接続された経路Ｌ１２は、接続点Ｎ１４で経路Ｌ１４ｄに接続している。そして、経路Ｌ１４ｃと経路Ｌ１４ｄとが接続点Ｎ１５ｂで合流し、経路Ｌ１５ｂとなり、経路Ｌ１５ｂは、経路Ｌ１１ｂに接続点Ｎ１６ｂに接続する。
【００５６】
そして、経路Ｌ１５ｂには、短絡スイッチ５５が設けられる。経路Ｌ１３に電流が流れて、所定の電圧が短絡スイッチ５５に印加されると、短絡スイッチ５５が閉じられることで、短絡経路である経路Ｌ１２と経路Ｌ１４ｃと経路Ｌ１５ｂと経路Ｌ１１ｂとがつながり、ＭＯＳＦＥＴ３０ｃのゲート端子３１とソース端子３２との間がダイオード５６を介して短絡される。また、短絡スイッチ５５が閉じられることで、短絡経路である経路Ｌ１２と経路Ｌ１４ｄと経路Ｌ１５ｂと経路Ｌ１１ｂとがつながり、ＭＯＳＦＥＴ３０ｄのゲート端子３１とソース端子３２との間がダイオード５６を介して短絡される。
【００５７】
また、ＭＯＳドライバ３５とゲート端子３１との間（経路Ｌ１２上であって、接続点Ｎ１４とゲート端子３１との間）には、遮断時のスピードを調整する調整用抵抗３６が設けられている。調整用抵抗３６は、比較的小さい抵抗値を有しており、通常のオンオフ時に比べて遮断スピードが早くなるような抵抗値の大きさとなっている。
【００５８】
各ＭＯＳＦＥＴ３０のドレイン端子３３とゲート端子３１とは経路Ｌ１６により接続されている。この経路Ｌ１６上には、互いに逆向きとなる制限用ダイオード３７及びクランプ用ダイオード３８が直列接続された状態で設けられている。この場合、制限用ダイオード３７は、ツェナーダイオードであり、そのカソードがゲート端子３１側となる向きで設けられている。制限用ダイオード３７を設けることで、ゲート端子３１からドレイン端子３３側への電流を制限する。
【００５９】
また、クランプ用ダイオード３８は、そのカソードがドレイン端子３３側となる向きで設けられており、ドレイン端子３３に所定の高電圧が印加された場合に導通状態となるツェナーダイオードである。クランプ用ダイオード３８は、ＭＯＳＦＥＴ３０を保護するための素子であって、ＭＯＳＦＥＴ３０のドレイン端子３３とソース端子３２との間の耐圧よりも低い電圧で導通状態となる。
【００６０】
例えば、電流の遮断によりドレイン端子３３とソース端子３２との間にサージ電圧が印加された場合には、クランプ用ダイオード３８が導通状態となり、ゲート端子３１に電圧が印加され、ＭＯＳＦＥＴ３０に電流が流れる。そのため、遮断要求によって遮断されてサージ電圧が生じると、クランプ用ダイオード３８が導通状態となり、ＭＯＳＦＥＴ３０に電流が流れることで、ＭＯＳＦＥＴ３０の破壊が抑制される。
【００６１】
次に、制御部２１でのスイッチ部の異常判定について、図３を用いて説明する。図３は、電池ユニットＵにおける制御部２１の異常判定処理を示すフローチャートであり、本処理は、制御部２１により所定周期で繰り返し実施される。
【００６２】
まず、ステップＳ１１で、アンプ４２で検出された検出電圧Ｖを取得する。そして、ステップＳ１２で、取得した検出電圧Ｖが基準値よりも大きいかを判定する。この際の基準値は、基準電圧回路４４が生成する基準電圧Ｖｒｅｆと同じでもよいし、基準電圧Ｖｒｅｆよりも絶対値が小さくてもよい。検出電圧Ｖが基準値よりも小さいと判定した場合には、異常が発生していないとして処理を終了する。
【００６３】
ステップＳ１２で、基準値よりも検出電圧Ｖが大きいと判定した場合（過電流等の異常が発生していると判定した場合）には、ステップＳ１３で開閉指令信号として強制遮断信号を出力する。具体的には、各ＭＯＳドライバ３５に対して、印加電圧を０にする指令を出す。一方で、バイポーラトランジスタ５１に対して、ダイオードを介して電流を流して、出力スイッチ５２を閉じ、短絡スイッチ５４，５５が閉じた状態を保持する。そして、ステップＳ１３で、フェイルセーフ処理を行い、処理を終了する。
【００６４】
次に、図４に基づき、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を遮断するタイミングについて、説明する。図４では、スイッチＳＷ１で、過電流が流れて、異常が検出された場合について、説明する。なお、便宜上スイッチＳＷ１を用いて説明するが、スイッチＳＷ２の場合でも、遮断するタイミングは同様である。
【００６５】
平常時（タイミングｔ１以前の時点）では、アンプ４２で検出された検出電圧Ｖが基準電圧Ｖｒｅｆよりも小さいと比較器４３で判定され、比較器４３がタイマＩＣ４５にオフ信号を出力する。比較器４３からの入力信号がオフ信号なので、タイマＩＣ４５は、オフ信号を出力する。つまり、タイマＩＣ４５は、バイポーラトランジスタ５１を駆動するための電流を流さない。また、制御部２１でも検出電圧Ｖが基準値を超えていると判断しない。この状態では、バイポーラトランジスタ５１に電流が流れず、出力スイッチ５２がオフ状態となる。出力スイッチ５２がオフ状態（開いた状態）では、経路Ｌ１３に電流が流れないため、短絡スイッチ５４,５５がオフ状態（開いた状態）となり、短絡経路に電流が流れない。そのため、ＭＯＳＦＥＴ３０ａ，３０ｃが、制御部２１の開閉指令信号によるＭＯＳドライバ３５からの駆動によって開閉される。ＭＯＳＦＥＴ３０ａ，３０ｃの開閉により、リチウムイオン蓄電池１２と回転電機１４との間の電流が制御され、充放電が行われる。
【００６６】
そして、タイミングｔ１で、スイッチＳＷ１に過電流が流れ、アンプ４２で検出された検出電圧Ｖが、基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を超えたと比較器４３で判定されると、比較器４３がタイマＩＣ４５にオン信号を出力する。タイマＩＣ４５は、比較器４３からオン信号が入力されると、所定時間Ｔの間、遮断信号としてオン信号を出力する。タイマＩＣ４５が、オン信号を出力する（バイポーラトランジスタ５１を駆動する電流を流す）と、バイポーラトランジスタ５１に電流が流れ、出力スイッチ５２がオン状態となる。出力スイッチ５２がオン状態になると、経路Ｌ１３に短絡スイッチ５４,５５を駆動する電流が流れ、短絡スイッチ５４,５５がほぼ同時にオン状態となり、短絡経路がつながる。
【００６７】
短絡経路がつながると、ＭＯＳＦＥＴ３０のソース端子３２の電圧がゲート端子３１の電圧に等しくなることで、ＭＯＳＦＥＴ３０に電流が流れなくなる。そして、同じ出力スイッチ５２により短絡スイッチ５４,５５への電圧の印加が行われることで、短絡スイッチ５４,５５が同時にオン状態となる。そのため、並列接続されたＭＯＳＦＥＴ３０ａ，３０ｃを同時に遮断することができる。なお、短絡スイッチ５４,５５がオン状態になるタイミングは、経路Ｌ１３ａ，Ｌ１３ｂの長短によって、若干ずれる発生する可能性があるものの、ＭＯＳドライバ３５の駆動タイミングのずれに比べれば微小であり、問題にならない。また、ソフトウェアによって制御部２１で異常判定して遮断するよりも、このようなハードウェアによって遮断することで、素早くスイッチＳＷ１に流れる電流を遮断することができる。
【００６８】
ＭＯＳＦＥＴ３０に電流が流れなくなると、タイミングｔ２で、アンプ４２での検出電圧Ｖが０となる。検出電圧Ｖが０になると、比較器４３がタイマＩＣ４５にオフ信号を出力する。しかし、所定時間Ｔの間は、タイマＩＣ４５は、オン信号を出力し続けることから、出力スイッチ５２、短絡スイッチ５４，５５はオン状態を維持し、ＭＯＳＦＥＴ３０に電流が流れない状態が維持される。つまり、制御部２１で判定するまでの間（所定時間Ｔの間）、タイマＩＣ４５からの出力により出力スイッチ５２がオン状態となり、スイッチＳＷ１の電流を遮断した状態を保つことができる。
【００６９】
そして、所定時間Ｔの時間内で、制御部２１が図３で示した異常判定処理を行う。そして、タイミングｔ３で、制御部２１が異常を判定すると、遮断信号として、バイポーラトランジスタ５１にダイオードを介して電流が流され、出力スイッチ５２のオン状態を維持する。このようにして、制御部２１が、過電流が流れていると判定した場合には、出力スイッチ５２がオン状態となり、スイッチＳＷ１の電流が遮断される。制御部２１が遮断する必要があると判断した場合にも、ＭＯＳドライバ３５に対してゲート端子３１への印加を停止するように制御するだけではなく、バイポーラトランジスタ５１に電流を流すことで、より確実に遮断を行うことができる。
【００７０】
そして、所定時間Ｔが経過すると、タイミングｔ４では、タイマＩＣ４５がオフ状態となる。一方で、制御部２１が遮断信号として、バイポーラトランジスタ５１に電流を流している（オン状態にある）ことから、出力スイッチ５２、短絡スイッチ５４，５５はオン状態を維持し、ＭＯＳＦＥＴ３０に電流が流れない状態が維持される。つまり、タイマＩＣ４５をオン状態に保持しなくても、制御部２１が出力スイッチ５２、短絡スイッチ５４,５５のオン状態を維持することができる。
【００７１】
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。
【００７２】
ソフトウェアで作動する制御部２１の開閉指令信号に基づくＭＯＳＦＥＴ３０の開閉だけではなく、比較器４３とタイマＩＣ４５と出力スイッチ５２と短絡スイッチ５４,５５というハードウェアによって、複数のＭＯＳＦＥＴ３０を遮断する。そのため、経路Ｌ１１ａ，Ｌ１１ｂでの通電電流に基づく遮断を素早く行うことができる。
【００７３】
また、並列接続されたＭＯＳＦＥＴ３０のＭＯＳドライバ３５によってＭＯＳＦＥＴ３０を遮断するのではなく、ゲート端子３１とソース端子３２との間を短絡させる短絡経路に、短絡スイッチ５４,５５を設ける構成とした。これにより、比較器４３の比較結果によってタイマＩＣ４５からオン信号（遮断要求）が出力された場合に、出力スイッチ５２を閉状態にする。そして、出力スイッチ５２を閉状態とすることで、短絡スイッチ５４,５５を閉状態にする。その結果、ゲート端子３１とソース端子３２との間を短絡し、ソース端子３２の電圧をゲート端子３１の電圧と同じにして、ＭＯＳＦＥＴ３０に流れる電流を遮断することができる。そのため、ＭＯＳドライバ３５の個体差等によって、並列接続されたＭＯＳＦＥＴ３０の遮断タイミングにばらつきがでることを抑制できる。
【００７４】
また、ゲート端子３１への電圧の印加がＭＯＳドライバ３５によって停止される場合には、ソース端子３２側の電圧が、サージ電流等に起因して引き下げられることで、ゲート端子３１とソース端子３２の間で電位差（電圧）が発生し、引き続きＭＯＳＦＥＴ３０に電流が流れてしまう可能性がある。このような場合であっても、本実施形態では、ソース端子３２の電圧をゲート端子３１の電圧と同じにしていることから、ＭＯＳＦＥＴ３０に流れる電流を遮断することができる。
【００７５】
本実施形態のように、ＭＯＳＦＥＴ３０ごとにＭＯＳドライバ３５を設けたり、並列に接続されたＭＯＳＦＥＴ３０ごとにＭＯＳドライバ３５を設けたりすることで、ＭＯＳドライバ３５の冗長性を確保することができる。例えば、あるＭＯＳドライバ３５に異常が生じた場合であっても、並列になるＭＯＳＦＥＴ３０を駆動させることができる。このようにＭＯＳＦＥＴ３０ごと、もしくは並列になるＭＯＳＦＥＴ３０ごとにＭＯＳドライバ３５が設けられている構成では、ＭＯＳドライバ３５の個体差による並列接続されたＭＯＳＦＥＴ３０の同時遮断の問題が生じやすくなる。そのため、本実施形態のような構成を用いるのに好適である。
【００７６】
また、遮断要求に伴いＭＯＳＦＥＴ３０を遮断する場合には、先に出力スイッチ５２と短絡スイッチ５４,５５で遮断され、その状態がタイマＩＣ４５によって維持されて、その後、制御部２１からの強制遮断信号によってＭＯＳＦＥＴ３０の遮断状態が維持される。この場合、制御部２１でも把握できることで、ハードウェアによる素早い対処を可能としつつ、システムとして適正なフェイルセーフ等の実施が可能となる。また、タイマＩＣ４５をオン状態に保持し続ける必要もなくなる。
【００７７】
このように、ＭＯＳドライバ３５からゲート端子３１に印加する電圧を停止するのではなく、短絡スイッチ５４，５５によって、ソース端子３２の電圧をゲート端子３１の電圧に等しくすることで、適切に遮断することができる。
【００７８】
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、直列接続されたＭＯＳＦＥＴ３０ａ，３０ｂが同じ短絡スイッチ５４で遮断されていたが、第２実施形態において、並列接続された（対向する）ＭＯＳＦＥＴ３０ａ，３０ｃが同じ短絡スイッチ５４によって遮断される。以下、図５を参照して、詳しく説明する。
【００７９】
各ＭＯＳドライバ３５とゲート端子３１とを繋ぐ経路Ｌ１２に設けられた接続点Ｎ１４で経路Ｌ２４ａ，Ｌ２４ｂ，Ｌ２４ｃ，Ｌ２４ｄがそれぞれ接続している。各経路Ｌ２４ａ，Ｌ２４ｂ，Ｌ２４ｃ，Ｌ２４ｄには、ダイオード５６が設けられており、各経路Ｌ２４ａ，Ｌ２４ｂ，Ｌ２４ｃ，Ｌ２４ｄに流れる電流の向きを規制している。ＭＯＳＦＥＴ３０ａを駆動するＭＯＳドライバ３５と接続された経路Ｌ１２は、接続点Ｎ１４で経路Ｌ２４ａに接続しており、ＭＯＳＦＥＴ３０ｃを駆動するＭＯＳドライバ３５と接続された経路Ｌ１２は、接続点Ｎ１４で経路Ｌ２４ｃに接続している。そして、経路Ｌ２４ａと経路Ｌ２４ｃとが接続点Ｎ２５ａで合流し、経路Ｌ２５ａとなり、経路Ｌ２５ａは、経路Ｌ１１ａと経路Ｌ１１ｂとにそれぞれ接続点Ｎ２６ａ，Ｎ２６ｃで接続する。
【００８０】
そして、経路Ｌ２５ａには、短絡スイッチ５４が設けられる。経路Ｌ１３に電流が流れて、所定の電圧が短絡スイッチ５４に印加されると、短絡スイッチ５４が閉じられることで、短絡経路である経路Ｌ１２と経路Ｌ２４ａと経路Ｌ２５ａと経路Ｌ１１ａとがつながり、ＭＯＳＦＥＴ３０ａのゲート端子３１とソース端子３２との間がダイオード５６を介して短絡される。また、短絡スイッチ５４が閉じられることで、短絡経路である経路Ｌ１２と経路Ｌ２４ｃと経路Ｌ２５ａと経路Ｌ１１ｂとがつながり、ＭＯＳＦＥＴ３０ｂのゲート端子３１とソース端子３２との間がダイオード５６を介して短絡される。つまり、並列に接続されているＭＯＳＦＥＴ３０ａ，３０ｃが同じ短絡スイッチ５４によって遮断される。
【００８１】
同様に、ＭＯＳＦＥＴ３０ｂを駆動するＭＯＳドライバ３５と接続された経路Ｌ１２は、接続点Ｎ１４で経路Ｌ２４ｂに接続しており、ＭＯＳＦＥＴ３０ｄを駆動するＭＯＳドライバ３５と接続された経路Ｌ１２は、接続点Ｎ１４で経路Ｌ２４ｄに接続している。そして、経路Ｌ２４ｂと経路Ｌ２４ｄとが接続点Ｎ２５ｂで合流し、経路Ｌ２５ｂとなり、経路Ｌ２５ｂは、経路Ｌ１１ａと経路Ｌ１１ｂとにそれぞれ接続点Ｎ２６ｂ，Ｎ２６ｄで接続する。
【００８２】
そして、経路Ｌ２５ｂには、短絡スイッチ５５が設けられる。経路Ｌ１３に電流が流れて、所定の電圧が短絡スイッチ５５に印加されると、短絡スイッチ５５が閉じられることで、短絡経路である経路Ｌ１２と経路Ｌ２４ｂと経路Ｌ２５ｂと経路Ｌ１１ａとがつながり、ＭＯＳＦＥＴ３０ｂのゲート端子３１とソース端子３２との間がダイオード５６を介して短絡される。また、短絡スイッチ５５が閉じられることで、短絡経路である経路Ｌ１２と経路Ｌ２４ｄと経路Ｌ２５ｂと経路Ｌ１１ｂとがつながり、ＭＯＳＦＥＴ３０ｄのゲート端子３１とソース端子３２との間がダイオード５６を介して短絡される。
【００８３】
短絡経路がつながると、ＭＯＳＦＥＴ３０のソース端子３２の電圧がゲート端子３１の電圧に等しくすることで、ＭＯＳＦＥＴ３０に電流が流れなくなる。また、ソース端子３２の電圧がゲート端子３１の電圧に等しくなるため、仮にソース端子３２の電圧が負のサージ電流等によって引き下げられていても、電流がＭＯＳＦＥＴ３０に流れなくなる。そして、同じ短絡スイッチ５４で、並列接続されたＭＯＳＦＥＴ３０ａ，３０ｃを遮断することができる。同様に、同じ短絡スイッチ５５で、並列接続されたＭＯＳＦＥＴ３０ｂ，３０ｄを遮断することができるため、経路の長短による遮断タイミングの差も生じない。また、ソフトウェアによって制御部２１で異常判定するよりも、ハードウェアによって遮断することで、素早くスイッチＳＷ１に流れる電流を遮断することができる。
【００８４】
＜第３実施形態＞
第３実施形態においては、放電回路６０により並列接続されたＭＯＳＦＥＴ３０ａ，３０ｃのゲート端子３１とソース端子３２とから放電を行わせる。そして、放電によって、ソース端子３２の電圧をゲート端子３１の電圧と同じにすることで、ＭＯＳＦＥＴ３０に流れる電流を遮断する構成となっている。以下、図６を参照して、詳しく説明する。
【００８５】
スイッチＳＷ１が設けられた電気経路Ｌ１は、分岐点Ｎ１１で、経路Ｌ３１ａ，Ｌ３１ｃに並列に分岐し、接続点Ｎ３７で、経路Ｌ１１ａ，Ｌ１１ｂが合流して、経路Ｌ３１ｅになる。そして、経路Ｌ３１ｅが分岐点Ｎ３８で、経路Ｌ３１ｂ，Ｌ３１ｄに並列に分岐し、接続点Ｎ１２で、経路Ｌ３１ｂ，Ｌ３１ｄが合流して再び電気経路Ｌ１となる。
【００８６】
スイッチＳＷ１では、経路Ｌ３１ａにＭＯＳＦＥＴ３０ａが設けられ、経路Ｌ３１ｂにＭＯＳＦＥＴ３０ｂが設けられ、経路Ｌ３１ｃにＭＯＳＦＥＴ３０ｃが設けられ、経路Ｌ３１ｄにＭＯＳＦＥＴ３０ｄが設けられる。つまり、ＭＯＳＦＥＴ３０ａ，３０ｃが並列に接続され、ＭＯＳＦＥＴ３０ｂ，３０ｄが並列に接続される。そして、経路Ｌ３１ｅには、経路Ｌ３１ｅ（スイッチＳＷ１）に流れる電流を測定するための抵抗４１が設けられている。ＭＯＳＦＥＴ３０ａとＭＯＳＦＥＴ３０ｂは、抵抗４１を介して直列に接続され、ＭＯＳＦＥＴ３０ｃとＭＯＳＦＥＴ３０ｄは、抵抗４１を介して直列に接続される。また、これらのＭＯＳＦＥＴ３０ａ，３０ｂは、寄生ダイオード３４が互いに逆向きとなるように直列に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ３０ｃ、３０ｄも同様である。
【００８７】
そして、抵抗４１の両端には、抵抗４１の両端での端子間電圧を検出するためのアンプ４２が接続されている。そして、アンプ４２で検出された検出電圧Ｖ（抵抗４１の両端での電圧）が、制御部２１と比較器４３とに出力される。比較器４３では、基準電圧Ｖｒｅｆ１，２とアンプ４２での検出電圧Ｖとを比較し、比較結果に基づいて、タイマＩＣ４５に比較結果を出力する。タイマＩＣ４５は、比較器４３からオン信号が入力されると、所定時間Ｔの間、遮断要求としてオン信号を放電回路６０に出力する。
【００８８】
放電回路６０は、並列に接続された複数のＭＯＳＦＥＴ３０におけるゲート端子３１とソース端子３２とにそれぞれ設けられており、直列に接続されたＭＯＳＦＥＴ３０の数だけ、つまり本実施形態では２つ設けられている。一方の放電回路６０ａは、並列に接続されたＭＯＳＦＥＴ３０ａ，３０ｃから放電され、他方の放電回路６０ｂは、並列に接続されたＭＯＳＦＥＴ３０ｂ、３０ｄから放電される。
【００８９】
電池ユニットＵには、放電回路６０と経路Ｌ１２上の接続点Ｎ３９とをそれぞれ接続する経路Ｌ３６と、放電回路６０と接続点Ｎ３７とをそれぞれ接続する経路Ｌ３７とが設けられている。各経路Ｌ３６，Ｌ３７には、ダイオード５６が設けられており、各経路Ｌ３６，Ｌ３７に流れる電流の向きを規制している。より具体的には、各放電回路６０に各ダイオード５６のカソードが接続されている。そして、通常時には、各ＭＯＳＦＥＴ３０及びＭＯＳドライバ３５からの放電が行われないように、放電回路６０は、所定電圧を印加している。なお、所定電圧は、各ＭＯＳＦＥＴ３０のゲート端子３１及びソース端子３２に印加される電圧よりも高い。つまり、通常時には、各放電回路６０は、各ＭＯＳドライバ３５が印加する電圧よりも大きな電圧で保たれている。
【００９０】
放電回路６０ａは、タイマＩＣ４５から遮断要求としてのオン信号が入力されると、各ＭＯＳＦＥＴ３０のゲート端子３１及びソース端子３２に印加される電圧よりも十分に低い電圧に低下させる。つまり、ＭＯＳＦＥＴ３０ａ，３０ｃのゲート端子３１及びソース端子３２の電圧よりも放電回路６０の電圧が低くなる。放電回路６０ａの電圧が低くなると、経路Ｌ３６を介して、ＭＯＳＦＥＴ３０ａ，３０ｃのゲート端子３１から放電回路６０ａ側に放電され、経路Ｌ３７を介して、ＭＯＳＦＥＴ３０ａ，３０ｃのソース端子３２から放電回路６０ａ側に放電を行わせる。同様に、放電回路６０ｂは、タイマＩＣ４５から遮断要求としてのオン信号が入力されると、各ＭＯＳＦＥＴ３０のゲート端子３１及びソース端子３２に印加される電圧よりも十分に低い電圧になる。放電回路６０ｂの電圧が下がると、ＭＯＳＦＥＴ３０ｂ，３０ｄのゲート端子３１及びソース端子３２からの放電を行わせる。このようにＭＯＳＦＥＴ３０のゲート端子３１及びソース端子３２から放電を行わせることで、ソース端子３２の電圧をゲート端子３１の電圧に等しくすることができ、ＭＯＳＦＥＴ３０に電流が流れなくなる。
【００９１】
また、本実施形態においても、制御部２１は異常判定処理を行う。そして、制御部２１が異常を判定すると、強制遮断信号として、放電回路６０にオン信号を出力する。このようにして、制御部２１が、過電流が流れていると判定した場合には、放電回路６０にオン信号を出力することで、スイッチＳＷ１の電流が遮断される。制御部２１が遮断する必要があると判断した場合にも、ＭＯＳドライバ３５に対してゲート端子３１への印加を停止するように制御するだけではなく、放電回路６０にオン信号を出力することで、より確実に遮断を行うことができる。
【００９２】
本実施形態では、ゲート端子３１及びソース端子３２からの放電を行わせる放電回路６０を備える構成とした。これにより、タイマＩＣ４５から遮断要求としてオン信号が放電回路６０に入力された場合に、放電回路６０によりゲート端子３１及びソース端子３２からの放電を行わせる。そして、放電によって、ソース端子３２の電圧をゲート端子３１の電圧と同じにすることで、ＭＯＳＦＥＴ３０に流れる電流を遮断することができる。
【００９３】
＜第４実施形態＞
第４実施形態では、第１実施形態の構成において、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御する構成が冗長化されている。具体的には、ＭＯＳＦＥＴ３０の開閉指令信号を出力する制御部であるメイン制御部２１と、メイン制御部２１を監視し、メイン制御部２１の監視結果に基づいて、複数のＭＯＳＦＥＴ３０を開状態にする開指令信号を出力するサブ制御部２３とが設けられている。以下、図１、図２及び図７を参照して、詳しく説明する。
【００９４】
リチウムイオン蓄電池１２と回転電機１４とを接続する電気経路Ｌ２には、スイッチＳＷ２が設けられている。スイッチＳＷ２には、ＭＯＳＦＥＴ３０ａ〜３０ｄが用いられている。各ＭＯＳＦＥＴ３０ａ〜３０ｄをそれぞれ駆動するＭＯＳドライバ３５が設けられている。なお、本実施形態の構成を鉛蓄電池１１と回転電機１４とを接続する電気経路Ｌ１のスイッチＳＷ１に用いてもよい。
【００９５】
各ＭＯＳドライバ３５は、メイン制御部２１の開閉指令信号に基づいて、各ＭＯＳＦＥＴ３０を駆動する。メイン制御部２１は、各蓄電池１１，１２の蓄電状態等に基づいて、各ＭＯＳドライバ３５に開閉指令信号を出力するとともに、過電流が検出されると、遮断ユニット７０に各ＭＯＳＦＥＴ３０を遮断するための強制遮断信号を出力する。
【００９６】
遮断ユニット７０は、短絡経路（経路Ｌ１２，Ｌ１４ａ，Ｌ１４ｂ，Ｌ１４ｃ，Ｌ１４ｄ，Ｌ１５ａ，Ｌ１５ｂ，Ｌ１１ａ，Ｌ１１ｂ）と、バイポーラトランジスタ５１と、出力スイッチ５２と、短絡スイッチ５４，５５と、これらに付随する遮断するための経路及び構成とを有している。各ＭＯＳＦＥＴ３０に流れる電流を検出するために、抵抗４１の両端での端子間電圧がアンプ４２で検出され出力される。アンプ４２で検出され出力された検出電圧Ｖに基づいて、比較器４３で過電流が判定される。比較器４３での判定結果に基づきタイマＩＣ４５から遮断要求が出力される。タイマＩＣ４５から出力された遮断要求により、遮断ユニット７０は、ＭＯＳＦＥＴ３０のゲート端子３１とソース端子３２との間を短絡させ、ＭＯＳＦＥＴ３０を遮断する。
【００９７】
なお、遮断ユニット７０として、第３実施形態のように、放電回路６０を有する構成としてもよい。具体的には、遮断ユニット７０は、放電回路６０と、放電回路６０及びゲート端子３１を経路Ｌ１２を介して接続する経路Ｌ３６と、放電回路６０及びソース端子３２を接続する経路Ｌ２７とを有していてもよい。この場合、遮断ユニット７０は、遮断要求により、放電回路６０の電圧を下げて、ゲート端子３１とソース端子３２との電圧を同じにして、ＭＯＳＦＥＴ３０を遮断する。
【００９８】
また、メイン制御部２１を監視するサブ制御部２３が設けられている。メイン制御部２１とサブ制御部２３とは、互いの状態を監視している。例えば、メイン制御部２１とサブ制御部２３とは、いわゆるウォッチドックタイマといわれる一定時間で同じ命令が実行されたかを判定する検知機構により、互いの状況を監視している。なお、サブ制御部２３は、メイン制御部２１の電源電圧を監視し、電源電圧が所定より小さくなった場合に、メイン制御部２１が異常であると判定してもよい。
【００９９】
また、メイン制御部２１とサブ制御部２３とは、互いに異なる電源装置Ｖ１，Ｖ２に接続されており、それら異なる電源装置Ｖ１，Ｖ２からそれぞれ電力が供給される構成となっている。つまり、メイン制御部２１とサブ制御部２３とのうち一方に対する電源装置Ｖ１，Ｖ２からの電力の供給が停止されていても、他方に対する電力の供給が行われる構成となっている。なお、各電源装置Ｖ１，Ｖ２は、各蓄電池１１，１２等の電源から供給された電力を一定の電圧にして各制御部２１，２３に供給する電源ＩＣである。各電源装置Ｖ１，Ｖ２に電力を供給する電源は、異なることが望ましい。
【０１００】
サブ制御部２３は、メイン制御部２１の異常を判定すると、ＭＯＳＦＥＴ３０を開状態にする開指令信号を遮断ユニット７０に出力する。遮断ユニット７０は、開指令信号が入力されると、ＭＯＳＦＥＴ３０のゲート端子３１とソース端子３２との間を短絡させ、ＭＯＳＦＥＴ３０を遮断する。遮断ユニット７０に開指令信号を出力することで、ＭＯＳドライバ３５にも異常が有った場合にも、ＭＯＳＦＥＴ３０を開状態にすることができる。
【０１０１】
本実施形態では、サブ制御部２３は、メイン制御部２１を監視し、メイン制御部２１に何らかの不具合が疑われる場合には、ＭＯＳＦＥＴ３０を開状態にする開指令信号を出力する。これにより、ＭＯＳＦＥＴ３０を開状態にする指令を出力する構成を冗長化することで、適切な制御が行えない場合には電気経路Ｌ２に電流が流れないようにする。そのため、リチウムイオン蓄電池１２の過充電や過放電を抑制することができる。また、第１実施形態における過電流が流れた場合に遮断を素早く行う対応に加え、メイン制御部２１に異常が生じた場合の好適な対応が可能となり、システム信頼性を高めることができる。
【０１０２】
サブ制御部２３は、メイン制御部２１の監視結果に基づいて、ＭＯＳＦＥＴ３０を開状態にする開指令信号を遮断ユニット７０に出力する構成としている。これにより、サブ制御部２３は、各ＭＯＳドライバ３５とは別機構によりＭＯＳＦＥＴ３０を開状態にすることができる。そのため、メイン制御部２１が各ＭＯＳドライバ３５に対してどのような制御指令を出していても、確実にＭＯＳＦＥＴ３０を開状態にすることができる。また、メイン制御部２１とＭＯＳドライバ３５とが同時に故障した場合であっても、ＭＯＳＦＥＴ３０を開状態にすることができる。
【０１０３】
また、メイン制御部２１とサブ制御部２３とは、異なる電源装置Ｖ１，Ｖ２に接続されており、それら異なる電源装置Ｖ１，Ｖ２からそれぞれ電力が供給される構成となっている。これにより、仮にメイン制御部２１に電源装置Ｖ１から電力の供給がされなくなっても、サブ制御部２３によってＭＯＳＦＥＴ３０を開状態にすることができる。
【０１０４】
＜他の実施形態＞
本発明は、上記実施形態に限定されず、例えば以下のように実施してもよい。ちなみに、以下の別例の構成を、上記実施形態の構成に対して、個別に適用してもよく、また、任意に組み合わせて適用してもよい。
【０１０５】
・上記実施形態では、２つの蓄電池を備える２電源システムとなっていたが、いずれか片方の蓄電池のみを備えるものであってもよい。
【０１０６】
・上記実施形態では、第２蓄電池としてリチウムイオン蓄電池１２を設ける構成としたが、これを変更してもよい。第２蓄電池として、リチウムイオン蓄電池１２以外の高密度蓄電池、例えばニッケル−水素電池を用いてもよい。その他、第１蓄電池及び第２蓄電池として、いずれも同じ蓄電池（例えば鉛蓄電池、又はリチウムイオン蓄電池等）を用いることも可能である。
【０１０７】
・上記実施形態では、スイッチＳＷ１，ＳＷ２においてＭＯＳＦＥＴ３０が互いに並列に接続されていたが、スイッチＳＷ３，ＳＷ４についてもＭＯＳＦＥＴ３０が互いに並列に接続されるようにして、本構成の対象としてもよい。その場合には、「電気機器」には、電気負荷１５が含まれる。
【０１０８】
・上記実施形態では、電流を検出するための抵抗４１は、直列に接続されたＭＯＳＦＥＴ３０の間に設けられていたが、電流を検出するための回路（抵抗４１）はＭＯＳＦＥＴ３０の前後に設けられていてもよい。つまり、電流を検出するための回路は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２通電経路上に設けられていればよい。また、電流を検出するための構成は、抵抗４１とアンプ４２とに限らず、他の構成によって検出してもよい。
【０１０９】
・上記実施形態では、アンプ４２は、比較器４３と制御部２０とに出力していたが、比較器４３に出力するアンプ４２と制御部２０に出力する第１アンプ４２ａ及び第２アンプ４２ｂを設けてもよい。例えば、第１実施形態の回路において、比較器４３に出力するアンプ４２と制御部２０に出力するアンプ４２を設けた例を図８に示す。検出部である抵抗４１の両端には、抵抗４１の両端での端子間電圧を検出するための第１アンプ４２ａ及び第２アンプ４２ｂがそれぞれ接続されている。そして、それぞれのアンプ４２ａ，４２ｂから比較器４３と制御部２０に検出電圧Ｖが出力される。このように、比較器４３と制御部２０とに出力するアンプ４２ａ，４２ｂを分けることで、電流検出回路の冗長性が確保できる。なお、第１実施形態を例示したが、第２実施形態、第３実施形態でも同様に比較器４３に出力する第１アンプ４２ａと制御部２０に出力する第２アンプ４２ｂを設けてもよい。また、第１アンプ４２ａ及び第２アンプ４２ｂは、抵抗４１の両端での端子間電圧を比較器４３と制御部２０に出力しているが、抵抗４１の代わりに検出部として電流センサを設け、電流センサでの検出結果を第１アンプ４２ａ及び第２アンプ４２ｂによって出力してもよい。
【０１１０】
・上記実施形態では、制御部２１からもタイマＩＣ４５と同じ経路にオン信号を出力していたが、制御部２１では、強制遮断信号としてＭＯＳドライバ３５への開閉指令信号のみを出力してもよい。
【０１１１】
・上記実施形態では、スイッチＳＷ１，ＳＷ２に用いる「半導体スイッチング素子」としてＭＯＳＦＥＴ３０を用いたが、ＩＧＢＴ等他の半導体スイッチング素子を用いてもよい。例えば、ＩＧＢＴを用いた場合には、ゲート端子が「制御端子」に相当し、エミッタ端子が「第１端子」に相当し、コレクタ端子が「第２端子」に相当する。
【０１１２】
・上記第２実施形態では、経路Ｌ１１ａ，Ｌ１１ｂのそれぞれに抵抗４１とアンプ４２を設けたが、第３実施形態のように、１つの抵抗４１とアンプ４２になるように経路を合流させて分岐させてもよい。
【０１１３】
・上記第４実施形態では、サブ制御部２３は、遮断ユニット７０に開指令信号を出力していたが、遮断ユニット７０の代わりにＭＯＳドライバ３５に開指令信号を出力するようにしてもよい。また、遮断ユニット７０とＭＯＳドライバ３５との両方に開指令信号を出力するようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１１４】
１１…鉛蓄電池、１２…リチウムイオン蓄電池、１３ａ…経路、１３ｂ…経路、１４…回転電機、２１…制御部、３０…ＭＯＳＦＥＴ、３１…ゲート端子、３２…ソース端子、３５…ＭＯＳドライバ、５４…短絡スイッチ、５５…短絡スイッチ、６０…放電回路、Ｌ１…電気経路、Ｌ２…電気経路、Ｌ３…電気経路、Ｌ４…電気経路、ＳＷ１…スイッチ、ＳＷ２…スイッチ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020025437.tif 000009
【図８】
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