JP2004328826A - 充電装置及び充電方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】充電用蓄電池から被充電蓄電池に充電する際における過大な充電電流を確実に防止して被充電蓄電池に対する悪影響を回避するとともに、異なる複数の種類の被充電蓄電池に利用できるようにして汎用性を高める。
【解決手段】直列接続した複数の蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…Ｐｎを備える充電用蓄電池Ｐと、この充電用蓄電池Ｐの負極Ｐｙと各蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…の正極Ｐ０ｘ，Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘ…Ｐｎｘ間おける充電印加電圧Ｅ０，Ｅ１，Ｅ２…Ｅｎの少なくとも一部を被充電蓄電池Ｂに対して選択的に印加する充電電圧切換部２と、被充電蓄電池Ｂの両端電圧Ｅｘの大きさに対応して充電電圧切換部２を制御する制御部３を備える。
【選択図】図１
【解決手段】直列接続した複数の蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…Ｐｎを備える充電用蓄電池Ｐと、この充電用蓄電池Ｐの負極Ｐｙと各蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…の正極Ｐ０ｘ，Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘ…Ｐｎｘ間おける充電印加電圧Ｅ０，Ｅ１，Ｅ２…Ｅｎの少なくとも一部を被充電蓄電池Ｂに対して選択的に印加する充電電圧切換部２と、被充電蓄電池Ｂの両端電圧Ｅｘの大きさに対応して充電電圧切換部２を制御する制御部３を備える。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被充電蓄電池に対して充電用蓄電池を接続して被充電蓄電池の充電を行う充電装置及び充電方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、モータにより走行する電気自動車或いはエンジンとモータを併用して走行するハイブリッド自動車には、多数の蓄電素子を直列に接続したバッテリを搭載する。
【０００３】
ところで、この種のバッテリは充電を必要とするが、この充電時間はガソリン車の給油時間に比べてかなり長い時間を要するのが実情である。一方、近時、２０〔Ｃ〕の充放電が可能な内部抵抗の非常に小さいバッテリも開発されるに至っている。このバッテリの場合、充電時間ｔは、ｔ＝６０〔分〕／２０〔Ｃ〕＝３〔分〕となり、充電時間ｔは給油時間並の時間となる。しかし、短時間での充電は、大電力で充電する必要があるため、例えば、８時間充電を想定した場合、３分で充電するためには、その１６０倍の電力が供給される。したがって、商用電源や発電機から電力を直接供給する充電装置では、大電力容量のものが必要になり、装置の高コスト化及び大型化を招いてしまう。
【０００４】
そこで、別途用意した充電用蓄電池に一旦充電した後、この充電用蓄電池から被充電蓄電池に対して充電すれば、上記問題を解消することができ、従来、この種の充電装置としては、米国特許第６，０１８，２３１号で開示される充電システムが知られている。この充電システムは、被充電蓄電池（１２〔Ｖ〕）に対してやや高い充電印加電圧（１４〔Ｖ〕）を有する充電用蓄電池を接続し、この充電用蓄電池から被充電蓄電池に対して直接充電するようにしたものである。
【特許文献１】
米国特許第６，０１８，２３１号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の充電装置（充電システム）は、次のような問題点があった。
【０００６】
第一に、被充電蓄電池の両端電圧が低下し、充電開始時に、充電用蓄電池の両端電圧に対して被充電蓄電池の両端電圧がかなり低くなっている場合、被充電蓄電池に対して過大な充電電流が流れ、被充電蓄電池の寿命低下や破損を招くなど、被充電蓄電池に悪影響を及ぼす。
【０００７】
第二に、最終充電電圧を自由に選択できないため、被充電蓄電池の種類に応じた複数の充電用蓄電池を用意する必要があるなど、汎用性に欠け、結局、設備の大型化やコストアップを招く。
【０００８】
本発明は、このような従来の技術に存在する課題を解決したものであり、充電用蓄電池から被充電蓄電池に充電する際における過大な充電電流を確実に防止して被充電蓄電池に対する悪影響を回避するとともに、異なる複数の種類の被充電蓄電池に利用できるようにして汎用性を高めることができる充電装置及び充電方法の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び実施の形態】
本発明に係る充電装置１は、充電用蓄電池Ｐに被充電蓄電池Ｂを接続し、充電用蓄電池Ｐから被充電蓄電池Ｂに対して当該被充電蓄電池Ｂよりも高い充電印加電圧Ｅｎを印加して充電を行う充電装置であって、直列接続した複数の蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…Ｐｎを備える充電用蓄電池Ｐと、この充電用蓄電池Ｐの負極Ｐｙと各蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…の正極Ｐ０ｘ，Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘ…Ｐｎｘ間おける充電印加電圧Ｅ０，Ｅ１，Ｅ２…Ｅｎの少なくとも一部を被充電蓄電池Ｂに対して選択的に印加する充電電圧切換部２と、被充電蓄電池Ｂの両端電圧Ｅｘの大きさに対応して充電電圧切換部２を制御する制御部３を備えることを特徴とする。
【００１０】
この場合、好適な実施の形態により、充電用蓄電池Ｐの容量は、被充電蓄電池Ｂの容量よりも十分大きく設定することが望ましい。また、充電装置１には、充電用蓄電池Ｐの各蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…をそれぞれ充電する複数の充電回路５０，５１，５２…５ｎを設けることができる。一方、充電電圧切換部２は、各蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…の正極Ｐ０ｘ，Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘ…と被充電蓄電池Ｂの正極Ｂｘ間に接続した複数のスイッチ部２０，２１，２２，２３…２ｎを備えて構成することができ、このスイッチ部２１（他のスイッチ部２０，２２…も同じ）としては、例えば、一対のトランジスタ（少なくともＦＥＴ６１，６２を含む）を対称となるように直列に接続した構成，ダイオード６３とトランジスタ（少なくともＦＥＴ６４を含む）を直列に接続した構成，リレースイッチ６５を用いるとともに、少なくともリレースイッチ６５の切換時に当該リレースイッチ６５に電流を流す回路をＯＦＦにするトランジスタ（少なくともＦＥＴ６６を含む）を備える構成等を採用できる。また、充電電圧切換部２には、被充電蓄電池Ｂに対して直列に接続することにより充電電流Ｉを制限する充電電流制限抵抗７、望ましくは、抵抗値を変更可能な充電電流制限抵抗７を設けることができる。さらに、制御部３には、被充電蓄電池Ｂに対する最大充電電流Ｉｕを設定する設定機能及充電時に最大充電電流Ｉｕを越えない充電電流Ｉを流す被充電蓄電池Ｂと充電印加電圧Ｅ０，Ｅ１，Ｅ２…間の電位差ｅ０，ｅ１，ｅ２…を得るように、充電電圧切換部２を切換制御する制御機能を備えることができるとともに、被充電蓄電池Ｂに対する最終充電電圧Ｅｓを設定する設定機能及び充電時に被充電蓄電池Ｂの両端電圧Ｅｘが最終充電電圧Ｅｓに達したなら充電を停止する制御機能を備えることができる。
【００１１】
また、本発明に係る充電方法は、充電用蓄電池Ｐに被充電蓄電池Ｂを接続し、充電用蓄電池Ｐから被充電蓄電池Ｂに対して当該被充電蓄電池Ｂよりも高い充電印加電圧Ｅｎを印加して充電を行うに際し、直列接続した複数の蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…を備える充電用蓄電池Ｐの負極Ｐｙと各蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…の正極Ｐ０ｘ，Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘ…間おける充電印加電圧Ｅ０，Ｅ１，Ｅ２…の少なくとも一部を、被充電蓄電池Ｂの両端電圧Ｅｘの大きさに対応して被充電蓄電池Ｂに対して選択的に印加するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
この場合、好適な実施の態様により、予め、被充電蓄電池Ｂに対する最大充電電流Ｉｕを設定し、充電時に、最大充電電流Ｉｕを越えない充電電流Ｉを流す被充電蓄電池Ｂと充電印加電圧Ｅ０，Ｅ１，Ｅ２…間の電位差ｅ０，ｅ１，ｅ２…を得るように、充電電圧切換部２を切換制御することができる。また、予め、被充電蓄電池Ｂに対する最終充電電圧Ｅｓを設定し、充電時に、被充電蓄電池Ｂの両端電圧Ｅｘが最終充電電圧Ｅｓに達したなら充電を停止することができる。
【００１３】
【実施例】
次に、本発明に係る好適な実施例を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００１４】
まず、本実施例に係る充電装置１の構成について、図１〜図４を参照して説明する。
【００１５】
図１中、Ｂはバッテリ（被充電蓄電池）、特に、モータにより走行する電気自動車或いはエンジンとモータを併用して走行するハイブリッド自動車等に搭載するバッテリを例示する。このバッテリＢは、複数の蓄電素子Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃ…Ｂｎを直列に接続して構成したものであり、この蓄電素子Ｂａ…には、リチウムイオン電池等のイオン電池や電気二重層コンデンサ等の各種蓄電素子を用いることができる。この場合、各蓄電素子Ｂａ…は、１個のセルにより構成してもよいし、複数個のセル、例えば、直列接続，並列接続又はこれらの組合わせからなる複数個のセルにより構成してもよい。
【００１６】
一方、１は、このバッテリＢに対する充電を行う本実施例に係る充電装置を示す。充電装置１は、複数の蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…Ｐｎを直列接続して構成した充電用蓄電池Ｐを備える。この充電用蓄電池Ｐの容量は、バッテリＢの容量よりも十分大きく設定するとともに、充電用蓄電池Ｐの両端電圧Ｅｎは、バッテリＢの最終充電電圧Ｅｓよりも高く設定する。即ち、充電装置１が異なる複数の種類のバッテリＢ…に対して使用できるように、充電用蓄電池Ｐの容量及び両端電圧Ｅｎを、異なる複数の種類のバッテリＢ…の中の最も大きい容量及び最も大きい最終充電電圧Ｅｓよりも大きくなるように設定する。これにより、容量の大きなバッテリＢであっても確実かつ安定に充電することができる。なお、各蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…は、１個のセル（蓄電素子）により構成してもよいし、複数個のセル（蓄電素子）により構成してもよい。実施例の蓄電素子Ｐ０は、直列接続した三つの蓄電素子を蓄電素子Ｐ０と見做している。
【００１７】
また、充電用蓄電池Ｐの各蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…の両端には、各蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…をそれぞれ充電する複数の充電回路５０，５１，５２，５３…５ｎを接続する。この場合、充電回路５０，５１，５２…の入力側には、商用交流電源等を接続する。ところで、この充電回路５０，５１，５２…の充電電流は、各蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…からバッテリＢに充電する際の充電電流Ｉ（Ｉｕ）よりも十分に小さく設定することができる。即ち、充電用蓄電池Ｐに対する充電は、バッテリＢの充電が終了してから次の充電が行われるまでの間に充電が終了すればよいため、例えば、バッテリＢに対する充電頻度等を目安に設定することができる。このため、各充電回路５０，５１，５２…は、小型で小容量の充電回路で足りる。
【００１８】
他方、２は、充電用蓄電池Ｐの負極Ｐｙと各蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…の正極Ｐ０ｘ，Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘ…Ｐｎｘ間おける充電印加電圧Ｅ０，Ｅ１，Ｅ２…Ｅｎの少なくとも一部をバッテリＢに対して選択的に印加する充電電圧切換部を示す。この充電電圧切換部２は、各蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…の正極Ｐ０ｘ，Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘ…とバッテリＢの正極Ｂｘ間に接続した複数のスイッチ部２０，２１，２２，２３…２ｎを備える。この場合、各スイッチ部２０，２１，２２…は、各蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…の正極Ｐ０ｘ，Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘ…と共通の接続点Ｘｐ間にそれぞれ接続するとともに、この接続点Ｘｐは、充電電流Ｉを制限する充電電流制限抵抗７を介して、バッテリＢの正極Ｂｘが接続される接続端子Ｔｘに接続する。充電電流制限抵抗７は、抵抗値を変更可能に構成することができる。抵抗値を変更する手段は、実施例のように、可変抵抗器により連続的に変更してもよいし、複数の異なる抵抗素子を切換スイッチ等により切換え、選択的に変更してもよい。さらに、抵抗値を変更するに際しては、実施例のように、後述する制御部３の制御により変更してもよいし、マニュアル操作により変更してもよい。このような充電電流制限抵抗７を接続することにより、安定した充電電流Ｉを流すことができるとともに、この充電電流制限抵抗７の抵抗値を変更可能にすれば、バッテリＢの種類に対応して最適な抵抗値を設定できる。勿論、充電電流制限抵抗７は固定抵抗であってもよい。
【００１９】
図２〜図４に、スイッチ部２１（他のスイッチ部２０，２２…も同じ）の具体的構成例を示す。図２は、一対のＦＥＴ６１，６２を、ドレイン−ソース間が反対（対称）となるように直列に接続して構成したものであり、これにより、ＦＥＴ６１，６２のドレイン−ソース間に存在する寄生ダイオードの影響を回避することができる。また、図３は、ダイオード６３とＦＥＴ６４を直列に接続して構成したものである。この場合も、ＦＥＴ６４のドレイン−ソース間に存在する寄生ダイオードの影響を回避できる。さらに、図４は、リレースイッチ６５を用いてスイッチ部２１を構成するとともに、リレースイッチ６５の切換時に当該リレースイッチ６５に電流を流す回路をＯＦＦにするＦＥＴ６６を接続したものである。図４の場合、リレースイッチ６５における接点の摩耗を低減できる。即ち、リレースイッチ６５は、通常、機械的接点を用いるため、充電電流Ｉが流れている状態でＯＮ／ＯＦＦ制御すれば、接点の摩耗を加速することになる。このため、リレースイッチ６５の切換（ＯＮ／ＯＦＦ）時には、ＦＥＴ６６により電流を流す回路をＯＦＦするようにした。
【００２０】
また、３は、制御部であり、バッテリＢの両端電圧Ｅｘの大きさに対応して充電電圧切換部２を制御する機能を備える。このため、制御部３は、設定部７１を用いて、少なくともバッテリＢに対する最大充電電流Ｉｕ及び最終充電電圧Ｅｓをそれぞれ設定する設定機能を備えるとともに、充電時に、設定した最大充電電流Ｉｕを越えない充電電流Ｉを流すバッテリＢと充電印加電圧Ｅ０…間の電位差ｅ０，ｅ１，ｅ２…を得るように、充電電圧切換部２を切換える制御機能、さらには、充電時に、バッテリＢの両端電圧Ｅｘが最終充電電圧Ｅｓに達したなら充電を停止する制御機能をそれぞれ備えている。したがって、各蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…の正極Ｐ０ｘ，Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘ…は、ライン群Ｌｍを介してそれぞれ制御部３に接続するとともに、上述した接続点Ｘｐ及び接続端子Ｔｘを制御部３に接続する。これにより、制御部３は、上記電位差ｅ０，ｅ１，ｅ２…を検出することができるとともに、各スイッチ部２０，２１，２２…を選択的にＯＮ／ＯＦＦ制御することができる。制御部３は、このような機能を有するため、これらの機能が実現されるシーケンス制御回路（ハードウェア）を構成してもよいし、マイクロコンピュータ等を利用し、制御プログラム（ソフトウェア）によりこれらの機能を実行させてもよい。
【００２１】
次に、本実施例に係る充電方法を含む充電装置１の動作について、図５を参照しつつ図６に示すフローチャートに従って説明する。
【００２２】
まず、充電装置１は、内蔵する各充電回路５０，５１，５２…により、対応する蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…が常時充電される。この場合、各蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…に対する充電電流は小さくてもよい。例えば、前述したように、バッテリＢに対する充電頻度等を目安に設定することができ、一例として８時間充電等であってもよい。
【００２３】
一方、充電に際しては、充電しようとするバッテリＢを、図１に示すように、接続端子Ｔｘ，Ｔｙに接続する（ステップＳ１）。即ち、バッテリＢの正極Ｂｘを接続端子Ｔｘに接続するとともに、バッテリＢの負極Ｂｙを接続端子Ｔｙに接続する。なお、接続端子Ｔｙは、充電用蓄電池Ｐの負極Ｐｙに接続されている。また、この時点では、全てのスイッチ部２０，２１，２２…は、ＯＦＦになっている。
【００２４】
そして、設定部７１を利用して、接続したバッテリＢに関する所定の条件、即ち、バッテリＢに対する最大充電電流Ｉｕ及び最終充電電圧Ｅｓをそれぞれ入力する（ステップＳ２）。この場合、最大充電電流Ｉｕは、バッテリＢに流すことができるバッテリＢの容量等により設定される充電電流Ｉの最大値である。また、最終充電電圧Ｅｓは、いわばバッテリＢの規定電圧である。この場合、最大充電電流Ｉｕ及び最終充電電圧Ｅｓは、バッテリＢの固有の特性（既知）であるため、予め、制御部３のメモリ機能により登録し、バッテリＢの種別を入力（選択）することにより、自動設定できるようにすることが望ましい。なお、実施例（図５）は、最大充電電流Ｉｕを１５０〔Ａ〕、最終充電電圧Ｅｓを３３６〔Ｖ〕に設定した場合を示している。これにより、制御部３は、設定された最大充電電流Ｉｕに基づいて、この最大充電電流Ｉｕを越えない充電電流Ｉを流すことができるバッテリＢと充電用蓄電池Ｐ側の間の設定電位差ｅを求めるとともに、求めた設定電位差ｅを設定する。この場合、充電電流制限抵抗７の抵抗値をＲｘとし、他の抵抗分を無視すれば、設定電位差ｅは、ｅ＝Ｉｕ×Ｒｘにより得られる。
【００２５】
また、制御部３は、バッテリＢと充電印加電圧Ｅ０，Ｅ１，Ｅ２…間の実際の電位差ｅ０，ｅ１，ｅ２…を検出する（ステップＳ３）。そして、検出した電位差（検出電位差）ｅ０，ｅ１，ｅ２…と設定電位差ｅを比較し、検出電位差ｅ０，ｅ１，ｅ２…の中から設定電位差ｅに最も近く、かつ設定電位差ｅを越えない検出電位差ｅ０，ｅ１，ｅ２…を得るスイッチ部２０，２１，２３…を判別する（ステップＳ４）。今、判別したスイッチ部が２１（検出電位差ｅ１）である場合を想定する。この場合、制御部３は、スイッチ部２１をＯＮにする（ステップＳ５）。このＯＮ時点を図５中ｔａで示す。これにより、電位差ｅ１により充電が行われる（ステップＳ６）。なお、図５は、このときのバッテリＢの両端電圧Ｅｘが、２３２〔Ｖ〕であることを示している。
【００２６】
一方、充電中は、制御部３により、バッテリＢの両端電圧Ｅｘと充電印加電圧Ｅ０，Ｅ１，Ｅ２…間の電位差（検出電位差）ｅ０，ｅ１，ｅ２…を検出するとともに、検出結果を監視する（ステップＳ７）。充電時には、バッテリＢの両端電圧Ｅｘが図５に示すように徐々に上昇するため、ｔｂ時点では、検出電位差ｅ２が設定電位差ｅに最も近く、かつ設定電位差ｅを越えない条件を満たす。制御部３は、この時点でスイッチ部２１をＯＦＦ制御した後、スイッチ部２２をＯＮ制御する（ステップＳ８，Ｓ５，Ｓ６…）。以下、順次、ｔｃ，ｔｄ，ｔｅ，ｔｆ時点毎に同様の動作が繰り返される。
【００２７】
また、検出電位差ｅ０，ｅ１，ｅ２…の監視と同時に、バッテリＢの両端電圧Ｅｘを監視する。そして、両端電圧Ｅｘが設定された最終充電電圧Ｅｓに達したなら、制御部３は充電を停止する制御を行う（ステップＳ９，Ｓ１０）。図５ｔｇ時点が、最終充電電圧Ｅｓに達した時点を示している。今、図５において、バッテリＢのセルが８０個直列かつ容量が５〔Ａｈ〕とし、セル一個当たりの内部抵抗を１〔ｍΩ〕、電流制限抵抗７の抵抗値を１００〔ｍΩ〕、充電電流の平均値を２０〔Ｃ〕として試算すれば、ｔａ時点からｔｂ時点までの充電時間Ｔａは３４〔秒〕、最終充電電圧Ｅｓに達するまでの時間は３〔分〕程度となる。
【００２８】
よって、このような本実施例に係る充電装置１（充電方法）によれば、充電用蓄電池Ｐからバッテリ（被充電蓄電池）Ｂに充電する際に、充電用蓄電池Ｐに対してバッテリＢの両端電圧Ｅｘがかなり低くなっているような場合であっても、充電電流Ｉは、図５に示すように、最大充電電流Ｉｕを越えることなく、かつ効率的に充電が行われるため、過大な充電電流Ｉを確実に防止できる。この結果、バッテリＢにおける寿命低下や破損を招くなどの悪影響を回避することができる。また、最終充電電圧Ｅｓを自由に設定できるため、異なる複数の種類のバッテリＢにも利用でき、汎用性に優れ、もって、設備の大型化やコストアップを回避することができる。
【００２９】
以上、実施例について詳細に説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、細部の回路構成、手法等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更，追加，削除することができる。例えば、被充電蓄電池には、モータにより走行する電気自動車或いはエンジンとモータを併用して走行するハイブリッド自動車に搭載するバッテリＢを用いて好適であるが、用途はこれらに限定されるものではない。また、明細書で使用した正極及び負極は、絶対的な極のみを示すものではなく、正極（正極側）と負極（負極側）をそのまま入れ替えて構成した場合であっても同様に実施できる。
【００３０】
【発明の効果】
このように、本発明に係る充電装置（充電方法）は、直列接続した複数の蓄電素子を備える充電用蓄電池の負極と各蓄電素子の正極間おける充電印加電圧の少なくとも一部を、被充電蓄電池の両端電圧の大きさに対応して被充電蓄電池に対して選択的に印加するようにしたため、次のような顕著な効果を奏する。
【００３１】
（１） 充電開始時に、充電用蓄電池に対して被充電蓄電池の両端電圧がかなり低くなっているような場合でも、充電電流は、最大充電電流を越えることなく、かつ効率的に充電が行われるため、過大な充電電流を確実に防止でき、被充電蓄電池における寿命低下や破損を招くなどの悪影響を回避することができる。
【００３２】
（２） 最終充電電圧を自由に設定できるため、異なる複数の種類の被充電蓄電池にも利用でき、汎用性に優れ、もって、設備の大型化やコストアップを回避することができる。
【００３３】
（３） 好適な実施の形態により、充電用蓄電池の容量を、被充電蓄電池の容量よりも十分大きく設定すれば、容量の大きな被充電蓄電池であっても確実かつ安定に充電することができる。
【００３４】
（４） 好適な実施の形態により、充電用蓄電池の各蓄電素子をそれぞれ充電する複数の充電回路を設ければ、この充電回路の充電電流は、各蓄電素子から被充電蓄電池に充電する際の充電電流よりも十分に小さく設定できるため、小型で小容量の充電回路で足りる。
【００３５】
（５） 好適な実施の形態により、充電電圧切換部に、被充電蓄電池に直列に接続して充電電流を制限する充電電流制限抵抗を設ければ、より安定した充電電流を流すことができるとともに、さらに、充電電流制限抵抗を、抵抗値を変更可能にすれば、被充電蓄電池の種類に対応して最適な抵抗値を設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例に係る充電装置の回路構成図、
【図２】同充電装置に用いるスイッチ部の構成例を示す電気回路図、
【図３】同充電装置に用いるスイッチ部の他の構成例を示す電気回路図、
【図４】同充電装置に用いるスイッチ部の他の構成例を示す電気回路図、
【図５】同充電装置による充電時の被充電蓄電池（バッテリ）の両端電圧及び充電電流の変化特性図、
【図６】同充電装置の動作（充電方法）を説明するためのフローチャート、
【符号の説明】
１ 充電装置
２ 充電電圧切換部
２０… スイッチ部
３ 制御部
５０… 充電回路
７ 充電電流制限抵抗
Ｐ 充電用蓄電池
Ｐ０… 蓄電素子
Ｐ０ｘ… 蓄電素子の正極
Ｂｘ 被充電蓄電池の正極
Ｐｙ 充電用蓄電池の負極
Ｂ 被充電蓄電池
Ｅ０… 充電印加電圧
Ｅｘ 被充電蓄電池の両端電圧
Ｅｓ 被充電蓄電池の最終充電電圧
Ｉ 充電電流
Ｉｕ 最大充電電流
ｅ０… 電位差（検出電位差）
【発明の属する技術分野】
本発明は、被充電蓄電池に対して充電用蓄電池を接続して被充電蓄電池の充電を行う充電装置及び充電方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、モータにより走行する電気自動車或いはエンジンとモータを併用して走行するハイブリッド自動車には、多数の蓄電素子を直列に接続したバッテリを搭載する。
【０００３】
ところで、この種のバッテリは充電を必要とするが、この充電時間はガソリン車の給油時間に比べてかなり長い時間を要するのが実情である。一方、近時、２０〔Ｃ〕の充放電が可能な内部抵抗の非常に小さいバッテリも開発されるに至っている。このバッテリの場合、充電時間ｔは、ｔ＝６０〔分〕／２０〔Ｃ〕＝３〔分〕となり、充電時間ｔは給油時間並の時間となる。しかし、短時間での充電は、大電力で充電する必要があるため、例えば、８時間充電を想定した場合、３分で充電するためには、その１６０倍の電力が供給される。したがって、商用電源や発電機から電力を直接供給する充電装置では、大電力容量のものが必要になり、装置の高コスト化及び大型化を招いてしまう。
【０００４】
そこで、別途用意した充電用蓄電池に一旦充電した後、この充電用蓄電池から被充電蓄電池に対して充電すれば、上記問題を解消することができ、従来、この種の充電装置としては、米国特許第６，０１８，２３１号で開示される充電システムが知られている。この充電システムは、被充電蓄電池（１２〔Ｖ〕）に対してやや高い充電印加電圧（１４〔Ｖ〕）を有する充電用蓄電池を接続し、この充電用蓄電池から被充電蓄電池に対して直接充電するようにしたものである。
【特許文献１】
米国特許第６，０１８，２３１号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の充電装置（充電システム）は、次のような問題点があった。
【０００６】
第一に、被充電蓄電池の両端電圧が低下し、充電開始時に、充電用蓄電池の両端電圧に対して被充電蓄電池の両端電圧がかなり低くなっている場合、被充電蓄電池に対して過大な充電電流が流れ、被充電蓄電池の寿命低下や破損を招くなど、被充電蓄電池に悪影響を及ぼす。
【０００７】
第二に、最終充電電圧を自由に選択できないため、被充電蓄電池の種類に応じた複数の充電用蓄電池を用意する必要があるなど、汎用性に欠け、結局、設備の大型化やコストアップを招く。
【０００８】
本発明は、このような従来の技術に存在する課題を解決したものであり、充電用蓄電池から被充電蓄電池に充電する際における過大な充電電流を確実に防止して被充電蓄電池に対する悪影響を回避するとともに、異なる複数の種類の被充電蓄電池に利用できるようにして汎用性を高めることができる充電装置及び充電方法の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び実施の形態】
本発明に係る充電装置１は、充電用蓄電池Ｐに被充電蓄電池Ｂを接続し、充電用蓄電池Ｐから被充電蓄電池Ｂに対して当該被充電蓄電池Ｂよりも高い充電印加電圧Ｅｎを印加して充電を行う充電装置であって、直列接続した複数の蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…Ｐｎを備える充電用蓄電池Ｐと、この充電用蓄電池Ｐの負極Ｐｙと各蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…の正極Ｐ０ｘ，Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘ…Ｐｎｘ間おける充電印加電圧Ｅ０，Ｅ１，Ｅ２…Ｅｎの少なくとも一部を被充電蓄電池Ｂに対して選択的に印加する充電電圧切換部２と、被充電蓄電池Ｂの両端電圧Ｅｘの大きさに対応して充電電圧切換部２を制御する制御部３を備えることを特徴とする。
【００１０】
この場合、好適な実施の形態により、充電用蓄電池Ｐの容量は、被充電蓄電池Ｂの容量よりも十分大きく設定することが望ましい。また、充電装置１には、充電用蓄電池Ｐの各蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…をそれぞれ充電する複数の充電回路５０，５１，５２…５ｎを設けることができる。一方、充電電圧切換部２は、各蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…の正極Ｐ０ｘ，Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘ…と被充電蓄電池Ｂの正極Ｂｘ間に接続した複数のスイッチ部２０，２１，２２，２３…２ｎを備えて構成することができ、このスイッチ部２１（他のスイッチ部２０，２２…も同じ）としては、例えば、一対のトランジスタ（少なくともＦＥＴ６１，６２を含む）を対称となるように直列に接続した構成，ダイオード６３とトランジスタ（少なくともＦＥＴ６４を含む）を直列に接続した構成，リレースイッチ６５を用いるとともに、少なくともリレースイッチ６５の切換時に当該リレースイッチ６５に電流を流す回路をＯＦＦにするトランジスタ（少なくともＦＥＴ６６を含む）を備える構成等を採用できる。また、充電電圧切換部２には、被充電蓄電池Ｂに対して直列に接続することにより充電電流Ｉを制限する充電電流制限抵抗７、望ましくは、抵抗値を変更可能な充電電流制限抵抗７を設けることができる。さらに、制御部３には、被充電蓄電池Ｂに対する最大充電電流Ｉｕを設定する設定機能及充電時に最大充電電流Ｉｕを越えない充電電流Ｉを流す被充電蓄電池Ｂと充電印加電圧Ｅ０，Ｅ１，Ｅ２…間の電位差ｅ０，ｅ１，ｅ２…を得るように、充電電圧切換部２を切換制御する制御機能を備えることができるとともに、被充電蓄電池Ｂに対する最終充電電圧Ｅｓを設定する設定機能及び充電時に被充電蓄電池Ｂの両端電圧Ｅｘが最終充電電圧Ｅｓに達したなら充電を停止する制御機能を備えることができる。
【００１１】
また、本発明に係る充電方法は、充電用蓄電池Ｐに被充電蓄電池Ｂを接続し、充電用蓄電池Ｐから被充電蓄電池Ｂに対して当該被充電蓄電池Ｂよりも高い充電印加電圧Ｅｎを印加して充電を行うに際し、直列接続した複数の蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…を備える充電用蓄電池Ｐの負極Ｐｙと各蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…の正極Ｐ０ｘ，Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘ…間おける充電印加電圧Ｅ０，Ｅ１，Ｅ２…の少なくとも一部を、被充電蓄電池Ｂの両端電圧Ｅｘの大きさに対応して被充電蓄電池Ｂに対して選択的に印加するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
この場合、好適な実施の態様により、予め、被充電蓄電池Ｂに対する最大充電電流Ｉｕを設定し、充電時に、最大充電電流Ｉｕを越えない充電電流Ｉを流す被充電蓄電池Ｂと充電印加電圧Ｅ０，Ｅ１，Ｅ２…間の電位差ｅ０，ｅ１，ｅ２…を得るように、充電電圧切換部２を切換制御することができる。また、予め、被充電蓄電池Ｂに対する最終充電電圧Ｅｓを設定し、充電時に、被充電蓄電池Ｂの両端電圧Ｅｘが最終充電電圧Ｅｓに達したなら充電を停止することができる。
【００１３】
【実施例】
次に、本発明に係る好適な実施例を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００１４】
まず、本実施例に係る充電装置１の構成について、図１〜図４を参照して説明する。
【００１５】
図１中、Ｂはバッテリ（被充電蓄電池）、特に、モータにより走行する電気自動車或いはエンジンとモータを併用して走行するハイブリッド自動車等に搭載するバッテリを例示する。このバッテリＢは、複数の蓄電素子Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃ…Ｂｎを直列に接続して構成したものであり、この蓄電素子Ｂａ…には、リチウムイオン電池等のイオン電池や電気二重層コンデンサ等の各種蓄電素子を用いることができる。この場合、各蓄電素子Ｂａ…は、１個のセルにより構成してもよいし、複数個のセル、例えば、直列接続，並列接続又はこれらの組合わせからなる複数個のセルにより構成してもよい。
【００１６】
一方、１は、このバッテリＢに対する充電を行う本実施例に係る充電装置を示す。充電装置１は、複数の蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…Ｐｎを直列接続して構成した充電用蓄電池Ｐを備える。この充電用蓄電池Ｐの容量は、バッテリＢの容量よりも十分大きく設定するとともに、充電用蓄電池Ｐの両端電圧Ｅｎは、バッテリＢの最終充電電圧Ｅｓよりも高く設定する。即ち、充電装置１が異なる複数の種類のバッテリＢ…に対して使用できるように、充電用蓄電池Ｐの容量及び両端電圧Ｅｎを、異なる複数の種類のバッテリＢ…の中の最も大きい容量及び最も大きい最終充電電圧Ｅｓよりも大きくなるように設定する。これにより、容量の大きなバッテリＢであっても確実かつ安定に充電することができる。なお、各蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…は、１個のセル（蓄電素子）により構成してもよいし、複数個のセル（蓄電素子）により構成してもよい。実施例の蓄電素子Ｐ０は、直列接続した三つの蓄電素子を蓄電素子Ｐ０と見做している。
【００１７】
また、充電用蓄電池Ｐの各蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…の両端には、各蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…をそれぞれ充電する複数の充電回路５０，５１，５２，５３…５ｎを接続する。この場合、充電回路５０，５１，５２…の入力側には、商用交流電源等を接続する。ところで、この充電回路５０，５１，５２…の充電電流は、各蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…からバッテリＢに充電する際の充電電流Ｉ（Ｉｕ）よりも十分に小さく設定することができる。即ち、充電用蓄電池Ｐに対する充電は、バッテリＢの充電が終了してから次の充電が行われるまでの間に充電が終了すればよいため、例えば、バッテリＢに対する充電頻度等を目安に設定することができる。このため、各充電回路５０，５１，５２…は、小型で小容量の充電回路で足りる。
【００１８】
他方、２は、充電用蓄電池Ｐの負極Ｐｙと各蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…の正極Ｐ０ｘ，Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘ…Ｐｎｘ間おける充電印加電圧Ｅ０，Ｅ１，Ｅ２…Ｅｎの少なくとも一部をバッテリＢに対して選択的に印加する充電電圧切換部を示す。この充電電圧切換部２は、各蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…の正極Ｐ０ｘ，Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘ…とバッテリＢの正極Ｂｘ間に接続した複数のスイッチ部２０，２１，２２，２３…２ｎを備える。この場合、各スイッチ部２０，２１，２２…は、各蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…の正極Ｐ０ｘ，Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘ…と共通の接続点Ｘｐ間にそれぞれ接続するとともに、この接続点Ｘｐは、充電電流Ｉを制限する充電電流制限抵抗７を介して、バッテリＢの正極Ｂｘが接続される接続端子Ｔｘに接続する。充電電流制限抵抗７は、抵抗値を変更可能に構成することができる。抵抗値を変更する手段は、実施例のように、可変抵抗器により連続的に変更してもよいし、複数の異なる抵抗素子を切換スイッチ等により切換え、選択的に変更してもよい。さらに、抵抗値を変更するに際しては、実施例のように、後述する制御部３の制御により変更してもよいし、マニュアル操作により変更してもよい。このような充電電流制限抵抗７を接続することにより、安定した充電電流Ｉを流すことができるとともに、この充電電流制限抵抗７の抵抗値を変更可能にすれば、バッテリＢの種類に対応して最適な抵抗値を設定できる。勿論、充電電流制限抵抗７は固定抵抗であってもよい。
【００１９】
図２〜図４に、スイッチ部２１（他のスイッチ部２０，２２…も同じ）の具体的構成例を示す。図２は、一対のＦＥＴ６１，６２を、ドレイン−ソース間が反対（対称）となるように直列に接続して構成したものであり、これにより、ＦＥＴ６１，６２のドレイン−ソース間に存在する寄生ダイオードの影響を回避することができる。また、図３は、ダイオード６３とＦＥＴ６４を直列に接続して構成したものである。この場合も、ＦＥＴ６４のドレイン−ソース間に存在する寄生ダイオードの影響を回避できる。さらに、図４は、リレースイッチ６５を用いてスイッチ部２１を構成するとともに、リレースイッチ６５の切換時に当該リレースイッチ６５に電流を流す回路をＯＦＦにするＦＥＴ６６を接続したものである。図４の場合、リレースイッチ６５における接点の摩耗を低減できる。即ち、リレースイッチ６５は、通常、機械的接点を用いるため、充電電流Ｉが流れている状態でＯＮ／ＯＦＦ制御すれば、接点の摩耗を加速することになる。このため、リレースイッチ６５の切換（ＯＮ／ＯＦＦ）時には、ＦＥＴ６６により電流を流す回路をＯＦＦするようにした。
【００２０】
また、３は、制御部であり、バッテリＢの両端電圧Ｅｘの大きさに対応して充電電圧切換部２を制御する機能を備える。このため、制御部３は、設定部７１を用いて、少なくともバッテリＢに対する最大充電電流Ｉｕ及び最終充電電圧Ｅｓをそれぞれ設定する設定機能を備えるとともに、充電時に、設定した最大充電電流Ｉｕを越えない充電電流Ｉを流すバッテリＢと充電印加電圧Ｅ０…間の電位差ｅ０，ｅ１，ｅ２…を得るように、充電電圧切換部２を切換える制御機能、さらには、充電時に、バッテリＢの両端電圧Ｅｘが最終充電電圧Ｅｓに達したなら充電を停止する制御機能をそれぞれ備えている。したがって、各蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…の正極Ｐ０ｘ，Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘ…は、ライン群Ｌｍを介してそれぞれ制御部３に接続するとともに、上述した接続点Ｘｐ及び接続端子Ｔｘを制御部３に接続する。これにより、制御部３は、上記電位差ｅ０，ｅ１，ｅ２…を検出することができるとともに、各スイッチ部２０，２１，２２…を選択的にＯＮ／ＯＦＦ制御することができる。制御部３は、このような機能を有するため、これらの機能が実現されるシーケンス制御回路（ハードウェア）を構成してもよいし、マイクロコンピュータ等を利用し、制御プログラム（ソフトウェア）によりこれらの機能を実行させてもよい。
【００２１】
次に、本実施例に係る充電方法を含む充電装置１の動作について、図５を参照しつつ図６に示すフローチャートに従って説明する。
【００２２】
まず、充電装置１は、内蔵する各充電回路５０，５１，５２…により、対応する蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…が常時充電される。この場合、各蓄電素子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…に対する充電電流は小さくてもよい。例えば、前述したように、バッテリＢに対する充電頻度等を目安に設定することができ、一例として８時間充電等であってもよい。
【００２３】
一方、充電に際しては、充電しようとするバッテリＢを、図１に示すように、接続端子Ｔｘ，Ｔｙに接続する（ステップＳ１）。即ち、バッテリＢの正極Ｂｘを接続端子Ｔｘに接続するとともに、バッテリＢの負極Ｂｙを接続端子Ｔｙに接続する。なお、接続端子Ｔｙは、充電用蓄電池Ｐの負極Ｐｙに接続されている。また、この時点では、全てのスイッチ部２０，２１，２２…は、ＯＦＦになっている。
【００２４】
そして、設定部７１を利用して、接続したバッテリＢに関する所定の条件、即ち、バッテリＢに対する最大充電電流Ｉｕ及び最終充電電圧Ｅｓをそれぞれ入力する（ステップＳ２）。この場合、最大充電電流Ｉｕは、バッテリＢに流すことができるバッテリＢの容量等により設定される充電電流Ｉの最大値である。また、最終充電電圧Ｅｓは、いわばバッテリＢの規定電圧である。この場合、最大充電電流Ｉｕ及び最終充電電圧Ｅｓは、バッテリＢの固有の特性（既知）であるため、予め、制御部３のメモリ機能により登録し、バッテリＢの種別を入力（選択）することにより、自動設定できるようにすることが望ましい。なお、実施例（図５）は、最大充電電流Ｉｕを１５０〔Ａ〕、最終充電電圧Ｅｓを３３６〔Ｖ〕に設定した場合を示している。これにより、制御部３は、設定された最大充電電流Ｉｕに基づいて、この最大充電電流Ｉｕを越えない充電電流Ｉを流すことができるバッテリＢと充電用蓄電池Ｐ側の間の設定電位差ｅを求めるとともに、求めた設定電位差ｅを設定する。この場合、充電電流制限抵抗７の抵抗値をＲｘとし、他の抵抗分を無視すれば、設定電位差ｅは、ｅ＝Ｉｕ×Ｒｘにより得られる。
【００２５】
また、制御部３は、バッテリＢと充電印加電圧Ｅ０，Ｅ１，Ｅ２…間の実際の電位差ｅ０，ｅ１，ｅ２…を検出する（ステップＳ３）。そして、検出した電位差（検出電位差）ｅ０，ｅ１，ｅ２…と設定電位差ｅを比較し、検出電位差ｅ０，ｅ１，ｅ２…の中から設定電位差ｅに最も近く、かつ設定電位差ｅを越えない検出電位差ｅ０，ｅ１，ｅ２…を得るスイッチ部２０，２１，２３…を判別する（ステップＳ４）。今、判別したスイッチ部が２１（検出電位差ｅ１）である場合を想定する。この場合、制御部３は、スイッチ部２１をＯＮにする（ステップＳ５）。このＯＮ時点を図５中ｔａで示す。これにより、電位差ｅ１により充電が行われる（ステップＳ６）。なお、図５は、このときのバッテリＢの両端電圧Ｅｘが、２３２〔Ｖ〕であることを示している。
【００２６】
一方、充電中は、制御部３により、バッテリＢの両端電圧Ｅｘと充電印加電圧Ｅ０，Ｅ１，Ｅ２…間の電位差（検出電位差）ｅ０，ｅ１，ｅ２…を検出するとともに、検出結果を監視する（ステップＳ７）。充電時には、バッテリＢの両端電圧Ｅｘが図５に示すように徐々に上昇するため、ｔｂ時点では、検出電位差ｅ２が設定電位差ｅに最も近く、かつ設定電位差ｅを越えない条件を満たす。制御部３は、この時点でスイッチ部２１をＯＦＦ制御した後、スイッチ部２２をＯＮ制御する（ステップＳ８，Ｓ５，Ｓ６…）。以下、順次、ｔｃ，ｔｄ，ｔｅ，ｔｆ時点毎に同様の動作が繰り返される。
【００２７】
また、検出電位差ｅ０，ｅ１，ｅ２…の監視と同時に、バッテリＢの両端電圧Ｅｘを監視する。そして、両端電圧Ｅｘが設定された最終充電電圧Ｅｓに達したなら、制御部３は充電を停止する制御を行う（ステップＳ９，Ｓ１０）。図５ｔｇ時点が、最終充電電圧Ｅｓに達した時点を示している。今、図５において、バッテリＢのセルが８０個直列かつ容量が５〔Ａｈ〕とし、セル一個当たりの内部抵抗を１〔ｍΩ〕、電流制限抵抗７の抵抗値を１００〔ｍΩ〕、充電電流の平均値を２０〔Ｃ〕として試算すれば、ｔａ時点からｔｂ時点までの充電時間Ｔａは３４〔秒〕、最終充電電圧Ｅｓに達するまでの時間は３〔分〕程度となる。
【００２８】
よって、このような本実施例に係る充電装置１（充電方法）によれば、充電用蓄電池Ｐからバッテリ（被充電蓄電池）Ｂに充電する際に、充電用蓄電池Ｐに対してバッテリＢの両端電圧Ｅｘがかなり低くなっているような場合であっても、充電電流Ｉは、図５に示すように、最大充電電流Ｉｕを越えることなく、かつ効率的に充電が行われるため、過大な充電電流Ｉを確実に防止できる。この結果、バッテリＢにおける寿命低下や破損を招くなどの悪影響を回避することができる。また、最終充電電圧Ｅｓを自由に設定できるため、異なる複数の種類のバッテリＢにも利用でき、汎用性に優れ、もって、設備の大型化やコストアップを回避することができる。
【００２９】
以上、実施例について詳細に説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、細部の回路構成、手法等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更，追加，削除することができる。例えば、被充電蓄電池には、モータにより走行する電気自動車或いはエンジンとモータを併用して走行するハイブリッド自動車に搭載するバッテリＢを用いて好適であるが、用途はこれらに限定されるものではない。また、明細書で使用した正極及び負極は、絶対的な極のみを示すものではなく、正極（正極側）と負極（負極側）をそのまま入れ替えて構成した場合であっても同様に実施できる。
【００３０】
【発明の効果】
このように、本発明に係る充電装置（充電方法）は、直列接続した複数の蓄電素子を備える充電用蓄電池の負極と各蓄電素子の正極間おける充電印加電圧の少なくとも一部を、被充電蓄電池の両端電圧の大きさに対応して被充電蓄電池に対して選択的に印加するようにしたため、次のような顕著な効果を奏する。
【００３１】
（１） 充電開始時に、充電用蓄電池に対して被充電蓄電池の両端電圧がかなり低くなっているような場合でも、充電電流は、最大充電電流を越えることなく、かつ効率的に充電が行われるため、過大な充電電流を確実に防止でき、被充電蓄電池における寿命低下や破損を招くなどの悪影響を回避することができる。
【００３２】
（２） 最終充電電圧を自由に設定できるため、異なる複数の種類の被充電蓄電池にも利用でき、汎用性に優れ、もって、設備の大型化やコストアップを回避することができる。
【００３３】
（３） 好適な実施の形態により、充電用蓄電池の容量を、被充電蓄電池の容量よりも十分大きく設定すれば、容量の大きな被充電蓄電池であっても確実かつ安定に充電することができる。
【００３４】
（４） 好適な実施の形態により、充電用蓄電池の各蓄電素子をそれぞれ充電する複数の充電回路を設ければ、この充電回路の充電電流は、各蓄電素子から被充電蓄電池に充電する際の充電電流よりも十分に小さく設定できるため、小型で小容量の充電回路で足りる。
【００３５】
（５） 好適な実施の形態により、充電電圧切換部に、被充電蓄電池に直列に接続して充電電流を制限する充電電流制限抵抗を設ければ、より安定した充電電流を流すことができるとともに、さらに、充電電流制限抵抗を、抵抗値を変更可能にすれば、被充電蓄電池の種類に対応して最適な抵抗値を設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例に係る充電装置の回路構成図、
【図２】同充電装置に用いるスイッチ部の構成例を示す電気回路図、
【図３】同充電装置に用いるスイッチ部の他の構成例を示す電気回路図、
【図４】同充電装置に用いるスイッチ部の他の構成例を示す電気回路図、
【図５】同充電装置による充電時の被充電蓄電池（バッテリ）の両端電圧及び充電電流の変化特性図、
【図６】同充電装置の動作（充電方法）を説明するためのフローチャート、
【符号の説明】
１ 充電装置
２ 充電電圧切換部
２０… スイッチ部
３ 制御部
５０… 充電回路
７ 充電電流制限抵抗
Ｐ 充電用蓄電池
Ｐ０… 蓄電素子
Ｐ０ｘ… 蓄電素子の正極
Ｂｘ 被充電蓄電池の正極
Ｐｙ 充電用蓄電池の負極
Ｂ 被充電蓄電池
Ｅ０… 充電印加電圧
Ｅｘ 被充電蓄電池の両端電圧
Ｅｓ 被充電蓄電池の最終充電電圧
Ｉ 充電電流
Ｉｕ 最大充電電流
ｅ０… 電位差（検出電位差）
Claims (14)
- 充電用蓄電池に被充電蓄電池を接続し、前記充電用蓄電池から前記被充電蓄電池に対して当該被充電蓄電池よりも高い充電印加電圧を印加して充電を行う充電装置において、直列接続した複数の蓄電素子を備える充電用蓄電池と、この充電用蓄電池の負極と各蓄電素子の正極間おける充電印加電圧の少なくとも一部を前記被充電蓄電池に対して選択的に印加する充電電圧切換部と、前記被充電蓄電池の両端電圧の大きさに対応して前記充電電圧切換部を制御する制御部を備えることを特徴とする充電装置。
- 前記充電用蓄電池の容量は、前記被充電蓄電池の容量よりも十分大きく設定することを特徴とする請求項１記載の充電装置。
- 前記充電用蓄電池の各蓄電素子をそれぞれ充電する複数の充電回路を備えることを特徴とする請求項１記載の充電装置。
- 前記充電電圧切換部は、各蓄電素子の正極と前記被充電蓄電池の正極間に接続した複数のスイッチ部を備えることを特徴とする請求項１記載の充電装置。
- 前記スイッチ部は、一対のトランジスタ（少なくともＦＥＴを含む）を対称となるように直列に接続して構成することを特徴とする請求項４記載の充電装置。
- 前記スイッチ部は、ダイオードとトランジスタ（少なくともＦＥＴを含む）を直列に接続して構成することを特徴とする請求項４記載の充電装置。
- 前記スイッチ部は、リレースイッチを用いるとともに、少なくともリレースイッチの切換時に当該リレースイッチに電流を流す回路をＯＦＦにするトランジスタ（少なくともＦＥＴを含む）を備えることを特徴とする請求項４記載の充電装置。
- 前記充電電圧切換部は、前記被充電蓄電池に直列に接続して充電電流を制限する充電電流制限抵抗を備えることを特徴とする請求項１記載の充電装置。
- 前記充電電流制限抵抗は、抵抗値を変更可能であることを特徴とする請求項８記載の充電装置。
- 前記制御部は、前記被充電蓄電池に対する最大充電電流を設定する設定機能及び充電時に前記最大充電電流を越えない充電電流を流す前記被充電蓄電池と前記充電印加電圧間の電位差を得るように、前記充電電圧切換部を切換制御する制御機能を備えることを特徴とする請求項１記載の充電装置。
- 前記制御部は、前記被充電蓄電池に対する最終充電電圧を設定する設定機能及び充電時に前記被充電蓄電池の両端電圧が前記最終充電電圧に達したなら充電を停止する制御機能を備えることを特徴とする請求項１記載の充電装置。
- 充電用蓄電池に被充電蓄電池を接続し、前記充電用蓄電池から前記被充電蓄電池に対して当該被充電蓄電池よりも高い充電印加電圧を印加して充電を行う充電方法において、直列接続した複数の蓄電素子を備える充電用蓄電池の負極と各蓄電素子の正極間おける充電印加電圧の少なくとも一部を、前記被充電蓄電池の両端電圧の大きさに対応して前記被充電蓄電池に対して選択的に印加することを特徴とする充電方法。
- 予め、前記被充電蓄電池に対する最大充電電流を設定し、充電時に、前記最大充電電流を越えない充電電流を流す前記被充電蓄電池と前記充電印加電圧間の電位差を得るように、前記充電電圧切換部を切換制御することを特徴とする請求項１２記載の充電方法。
- 予め、前記被充電蓄電池に対する最終充電電圧を設定し、充電時に、前記被充電蓄電池の両端電圧が前記最終充電電圧に達したなら充電を停止することを特徴とする請求項１２記載の充電方法。
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