JP2014007872A - 充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 力率改善回路と電圧変換回路を有する充電装置において、力率改善回路が出力する直流電圧を検出しないことにより絶縁素子を不要とし、かつ、電圧変換回路へ異常な電圧が印加された場合に速い反応をすることにより電力変換回路へ異常な電圧が印加されることを防止する。
【解決手段】 電力変換部は、力率改善部よりも前に動作を開始し、電力変換部に入力される電流値と、電力変換部が２次電池に対して出力する電圧値／電流値と、電力変換部のデューティ比とに基づいて、力率改善部の直流出力電圧を推定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、充電装置に関し、特に、交流電圧を直流電圧に変換する力率改善回路と、力率改善回路からの直流電圧を所定の直流電圧に変圧して蓄電池に供給する電圧変換回路を有する充電装置に関する。

従来から、交流電圧を直流電圧に変換する力率改善回路と、力率改善回路からの直流電圧を所定の直流電圧に変圧して蓄電池に供給する電圧変換回路を有する充電装置において、力率改善回路が出力する直流電圧を検出し、電力変換回路へ異常な電圧が印加されることを防止する技術が知られている。

例えば、特許文献１では、入力交流電圧が低下した場合でも故障させないスイッチング電源装置が開示されている。このスイッチング電源装置では、入力交流電圧が低下して昇圧チョッパの出力電圧がしきい値電圧よりも低下すると、力率改善制御回路が力率改善回路を停止させ、入力交流電圧が正常にもどると、力率改善回路が動作を開始する。したがって、昇圧チョッパに含まれるスイッチング素子のオン時間は所定値以下の範囲で調整されるので、スイッチング素子のオン時間が過大になってスイッチング素子が破壊されることが防止される。

このスイッチング電源装置では、力率改善回路が出力する直流電圧を検出する電圧検出回路が必要となり、この電圧検出回路が検出した直流電圧を力率改善制御回路に与えることで上記技術を実現している。その際、電圧検出回路が検出した力率改善回路の出力直流電圧（入力側）と、検出されたその直流電圧値を利用する回路（出力側）の電圧との間に電位差がある場合は、電圧検出回路中にアイソレーションアンプなどを用いた絶縁素子が必要となる。

また、力率改善回路が出力する直流電圧を検出せずに、電圧変換回路の２次側の電圧や電流を検出し、その検出した電圧・電流の情報に基づいて１次側のスイッチング電源を制御する技術が知られている。

例えば、特許文献２では、変圧装置の入力段に力率改善回路を設け、直流出力電流が小さい場合のエネルギー変換効率を高めた充電器が開示されている。この充電器には、交流入力電圧を直流出力電圧に変換する力率改善回路と、力率改善回路の直流出力電圧を所定の直流充電電圧に変圧して鉛蓄電池に供給する変圧装置とが設けられている。そして、この充電器は、変圧装置から鉛蓄電池に供給される直流充電電流の大小に応じて、力率改善回路の直流出力電圧が増減するように制御する。

この充電器では、まず力率改善回路が商用電源から交流電圧を受け、次に変圧装置の１次側が力率改善回路から直流電圧を受け、トランスを経て２次側に変圧された電圧が渡される。そこで、電圧センサと電流センサが、２次側の電圧・電流を検出する。そして、その検出された電圧・電流が制御回路に伝えられ、制御回路は、その大小に応じて、力率改善回路の直流出力電圧を制御する。

特開２００７−２６７５４０号公報 特開２０１０−０４１８９１号公報

本発明は、交流電圧を直流電圧に変換する力率改善回路と、力率改善回路からの直流電圧を所定の直流電圧に変圧して蓄電池に供給する電圧変換回路を有する充電装置において、力率改善回路が出力する直流電圧を検出しないことにより絶縁素子を不要とし、かつ、電圧変換回路へ異常な電圧が印加された場合に速い反応をすることにより電力変換回路へ異常な電圧が印加されることを防止するものである。

上記課題を解決するために、交流電圧を整流する交流電源入力部と、その交流電源入力部の出力電圧を直流電圧に変換する力率改善部と、その力率改善部の直流出力電圧を所定の直流充電電圧に変圧して２次電池に供給する電力変換部と、を備える充電装置であって、その電力変換部は、力率改善部よりも前に動作を開始し、その後、電力変換部に入力される電流値と、電力変換部が２次電池に対して出力する電圧値および電流値と、電力変換部のデューティ比と、に基づいて、力率改善部の直流出力電圧を推定し、力率改善部の直流出力電圧の異常を判定し、電力変換部が力率改善部の直流出力電圧を異常監視可能状態とした上で、力率改善部は動作を開始する、充電装置が提供される。
これによれば、力率改善部が出力する直流電圧を検出しないことにより高価な絶縁素子を不要となり、かつ、電圧変換部へ異常な電圧が印加された場合に速い反応をすることにより電力変換部へ異常な電圧が印加されることを防止する充電装置を提供することができる。

さらに、２次電池に充電を開始する前の電力変換部は、２次電池に充電を行っている時の電力量に比べて小さい電力量を出力することを特徴としてもよい。
これによれば、周辺ブロックへの悪影響を抑制しつつ、電圧変換部へ異常な電圧が印加された場合に速い反応をすることができる。

さらに、電力変換部は、電力変換部が備えるトランスに入力される電流（Ｉｉｎ）を検出するトランス入力電流検出部と、電力変換部が２次電池に対して出力する電圧（Ｖｏｕｔ）を検出する出力電圧検出部と、電力変換部が２次電池に対して出力する電流（Ｉｏｕｔ）を検出する出力電流検出部と、クロックを有し、トランス入力電流検出部で検出した電流値（Ｉｉｎ）と、出力電圧検出部で検出した電圧値（Ｖｏｕｔ）または出力電流検出部で検出した電流値（Ｉｏｕｔ）とから、トランスに入力する電圧のデューティ比（Ｄｕ）を決定する出力量制御部と、力率改善部の直流出力電圧（Ｖｐ）を、（１）式により演算を行うことにより推定する力率改善回路出力電圧演算部と、力率改善回路出力電圧演算部の推定結果に基づき、力率改善部の直流出力電圧の異常を判定する異常判定部と、を備えることを特徴としてもよい。

Ｖｐ＝η×Ｖｏｕｔ×Ｉｏｕｔ÷（Ｉｉｎ×Ｄｕ）・・・（１）

但し、
・η（％）は、充電装置個体または型番に応じた出力電力−効率特性によって与えられる値、
・Ｖｏｕｔ（ボルト）は、出力電圧検出部が検出した電圧、即ち、電力変換部が２次電池に対して出力する電圧の値、
・Ｉｏｕｔ（アンペア）は、出力電流検出部が検出した電流、即ち、電力変換部が２次電池に対して出力する電流の値、
・Ｉｉｎ（アンペア）は、トランス入力電流検出部が検出した電流、即ち、電力変換部に入力される電流の値、
・Ｄｕ（％）は、出力量制御部が出力するデューティ比、
である。
これによれば、所定の演算式を用いて演算を行うことにより的確に推定することができる。

以上説明したように、本発明によれば、交流電圧を直流電圧に変換する力率改善部と、力率改善部からの直流電圧を所定の直流電圧に変圧して蓄電池に供給する電圧変換部を有する充電装置において、力率改善部が出力する直流電圧を検出しないことにより絶縁素子を不要とし、かつ、電圧変換部へ異常な電圧が印加された場合に速い反応をすることにより電力変換部へ異常な電圧が印加されることを防止する充電装置を提供することができる。

本発明に係る第一実施例の充電装置を示すブロック図。 本発明に係る第一実施例の充電装置における力率改善部の回路図。 本発明に係る第一実施例の充電装置における、（Ａ）電力変換部の回路図、（Ｂ）所定箇所における波形を示す図、（Ｃ）出力電圧検出部および出力電流検出部の回路図。 本発明に係る第一実施例の充電装置における制御を示すフローチャート。 本発明に係る第一実施例の充電装置における安定化回路での電圧変化を示す説明図（その一）。 本発明に係る第一実施例の充電装置における安定化回路での電圧変化を示す説明図（その二）。 本発明に係る第一実施例の充電装置における安定化回路での電圧変化を示す説明図（その三）。 本発明に係る第一実施例の充電装置における安定化回路での電圧変化を示す説明図（その四）。 従来技術の充電装置を示すブロック図。 従来技術の充電装置における制御を示すフローチャート。

以下では、図面を参照しながら、本発明に係る実施例について説明する。
＜第一実施例＞
図１は、本発明に係る第一実施例における充電装置１を示すブロック図である。充電装置１は、商用交流電源２から供給される電力を変換し、２次電池３を充電させる。充電装置１は、例えば、各家庭に配電される電力から、電気自動車やプラグインハイブリッド型の電気自動車に搭載された２次電池（例えば、リチウムイオン電池）に充電するために使用されるが、もちろんこれに限定されるものではない。

充電装置１は、交流電源入力部１０と、力率改善部２０と、電力変換部３０とを含み構成される。交流電源入力部１０は、商用交流電源２からの交流電圧を整流する。力率改善部２０は、交流電源入力部１０が整流し出力した電圧を直流電圧に変換する。力率改善部２０は、２次電池３に蓄電される、商用交流電源２の電圧、電流の位相差を改善し、有効電力量を向上させる。電力変換部３０は、力率改善部２０が出力した直流電圧を、充電するために所定の直流電圧に変圧して２次電池３に供給する。

図２も参照しながら、交流電源入力部１０および力率改善部２０を具体的に説明する。交流電源入力部１０は、上述のように商用交流電源２からの交流電圧を整流する回路であり、典型的には、図２に示すようなダイオードブリッジを備える。交流電源入力部１０は、入力側に商用交流電源２が接続され、出力側にハイサイドラインＬＨとローサイドラインＬＬが接続される。そして、交流電源入力部１０は、入力された交流電力の電圧波形を全波整流し、ハイサイドラインＬＨとローサイドラインＬＬによって出力させる。ここでの電圧をＶＦｉｎと表記する。

力率改善部２０は、力率改善スイッチング回路２１と、力率改善制御部２２と、安定化回路２３とを備える。力率改善スイッチング回路２１は、ハイサイドラインＬＨ上にリアクトルＬと整流素子Ｄが直列に設けられ、さらに、一端がリアクトルＬと整流素子Ｄのアノードとの接点に接続され、他端がローサイドラインＬＬに接続されたスイッチング素子Ｑを備える。

力率改善制御部２２は、力率改善スイッチング回路２１のスイッチング素子Ｑの信号端子と、信号ラインＬＩ、ＬＣおよびＬＯと接続される。力率改善制御部２２は、信号ラインＬＩを介して、交流電源入力部１０が出力する電圧ＶＦｉｎに関する情報を取得する。そして、力率改善制御部２２は、ＬＣおよびＬＯを介して、電流Ｉｓと出力電圧ＶＦｏｕｔに関する情報を取得し、スイッチング素子Ｑを駆動させる。なお、電流Ｉｓとは、ローサイドラインＬＬを介して、商用交流電源２に戻る電流を言う。出力電圧ＶＦｏｕｔは、力率改善部２０から電力変換部３０への出力電圧である。

安定化回路２３は、整流素子Ｄのカソード側のハイサイドラインＬＨとローサイドラインＬＬとに接続された平滑コンデンサＣである。かかる力率改善部２０は、スイッチング素子Ｑが力率改善制御部２２により適切に駆動されることにより、入力される電圧ＶＦｉｎにおける全波整流波形の位相と電流Ｉｓの位相がほぼ一致することで有効電力量を向上させ、また、入力電圧ＶＦｉｎに昇圧させた状態で平滑化させることで出力電圧ＶＦｏｕｔを得ることができる。

図３も参照しながら、電力変換部３０について説明する。電力変換部３０は、一端を力率改善部２０と、他端を２次電池３と接続されている。電力変換部３０は、２次電池３の充電状態に基づいて力率改善部２０の出力電圧ＶＦｏｕｔを昇圧または降圧させ、２次電池３を満充電するように調整された電圧Ｖｏｕｔを出力する。

電力変換部３０は、パワー系ライン上にある、出力電力量変更スイッチング回路３７と、トランス３８と、整流回路３９とを備える。電力変換部３０は、さらに、制御系ライン上にある、トランス入力電流検出部３１と、出力電圧検出部３２と、出力電流検出部３３と、出力量制御部３４と、力率改善回路出力電圧演算部３５と、異常判定部３６とを備える。

力率改善部２０の出力電圧ＶＦｏｕｔは、電力変換部３０の入力電圧Ｖｉｎとなるので、ＶＦｏｕｔとＶｉｎの値は同じである。後述するように、出力量制御部３４が出力電力量変更スイッチング回路３７の駆動を制御することにより、トランス３８は出力する電圧を適切に昇圧または降圧し、整流回路３９により波形が整えられて、２次電池３に供給する電力となる。

ここで、図９を参照し、本発明と従来技術の構成における違いを説明するために、従来技術について説明する。従来技術の電力変換部３０’も、２次電池３の充電状態に基づいて力率改善部２０の出力電圧を昇圧または降圧させ、２次電池３を満充電するように調整された電圧を出力する。これを実現するため、出力電圧検出部３２と出力電流検出部３３が備えられ、整流回路３９が出力する電圧と電流を検出する。そして、その検出値に基づいて、出力量制御部３４’は、トランス入力電流検出部３１が検出する入力電流とともに、出力電力量変更スイッチング回路３７にフィードバックを行い、２次電池３を満充電するように調整された電圧を出力する。

また、電力変換部３０’は、力率改善部２０から入力される電圧に異常がある場合、適切にその電圧を昇圧または降圧させることが困難となるため、力率改善部２０から入力される電圧を検出する力率改善出力電圧検出部９０を備える。そして、電力変換部３０’は、力率改善出力電圧検出部９０が検出した電圧を基に異常判定部３６がその電圧が異常値であると判定した場合には、警報を出したり、出力を止めるなどの措置を行っていた。

かかる構成を取る充電装置１’においては、力率改善出力電圧検出部９０が力率改善部２０から出力される電圧を検出し、電力変換部３０’でその検出値を利用するためには、互いを絶縁するための素子が必要となる。

一方、図１に示すように、本実施例の充電装置１は、力率改善部２０から出力される電圧を検出する力率改善出力電圧検出部９０を備えない。その結果、絶縁するための素子が不要となる。以下に、充電装置１が、力率改善部２０から出力される直流電圧を検知せずに、出力電力量変更スイッチング回路３７にフィードバックを行い、２次電池３を満充電するように調整された電圧の出力を如何に制御するのかについて説明する。

電力変換部３０は、従来技術の電力変換部３０’と同様、トランス入力電流検出部３１と、出力電圧検出部３２と、出力電流検出部３３と、異常判定部３６とを備える。さらに、電力変換部３０は、出力量制御部３４と、従来技術にはない力率改善回路出力電圧演算部３５を備える。

トランス入力電流検出部３１は、電力変換部３０が備えるトランス３８に入力される電流（Ｉｉｎ）を検出する。なお、パワー系ライン上における出力電力量変更スイッチング回路３７の前後、および、トランス３８の前後での電流量はほぼ等しい。従って、トランス入力電流検出部３１は、図１では出力電力量変更スイッチング回路３７の前段に、図３では出力電力量変更スイッチング回路３７の後段に記載されているが、両者は等価であり、いずれであってもよい。

出力電圧検出部３２は、電力変換部３０が２次電池３に対して出力する電圧（Ｖｏｕｔ）を検出する。また、出力電流検出部３３は、電力変換部３０が２次電池３に対して出力する電流（Ｉｏｕｔ）を検出する。出力電圧検出部３２と出力電流検出部３３は、トランス３８の２次側であって、整流回路３９の後段に備えられる。

図３（Ｃ）は、出力電圧検出部３２と出力電流検出部３３の回路図の一例を示す。本図に示すように、電圧（Ｖｏｕｔ）と電流（Ｉｏｕｔ）は、共通の１つの抵抗器を介して検出してもよいし、好ましくは、別々の抵抗器を用いて、電圧（Ｖｏｕｔ）と電流（Ｉｏｕｔ）を検出してもよい。別々の抵抗器を用いる場合、出力電圧検出部３２は、２つの抵抗器の接点から検出電圧（Ｖｏｕｔ）を検出し、出力電流検出部３３は、抵抗器の前後にオペアンプを接続し検出電流（Ｉｏｕｔ）を検出する。

出力量制御部３４は、クロック３４２を有し、トランス入力電流検出部３１で検出した電流値（Ｉｉｎ）と、出力電流検出部３３で検出した電流値（Ｉｏｕｔ）または出力電圧検出部３２で検出した電圧値（Ｖｏｕｔ）とから、トランス３８に入力する電圧のデューティ比（Ｄｕ）を以下のように決定する。

出力電圧検出部３２が検出した電圧（Ｖｏｕｔ）を誤差アンプ３４４にフィードバックするとともに、外部から与えられる出力電圧設定値を同誤差アンプ３４４に入力し、誤差（Ｖｅ＿ｖ）を検出する。また、出力電流検出部３３が検出した電流（Ｉｏｕｔ）を誤差アンプ３４４にフィードバックするともに、外部から与えられる出力電流設定値を誤差アンプ３４４に入力し、誤差（Ｖｅ＿ｉ）を検出する。出力量制御部３４は、これらを検出することにより、それぞれの設定値を超えないように、電圧（Ｖｏｕｔ）と電流（Ｉｏｕｔ）を制御できるようになる。

そして、両誤差のダイオードＯＲを形成し、誤差（Ｖｅ）を、次段のＰＷＭコンパレータ３４３に入力する。ＰＷＭコンパレータ３４３のもう一方の入力には、トランス入力電流検出部３１で検出した電流値（Ｉｉｎ）を入力する。ＰＷＭコンパレータ３４３は、両方の入力値を基にして、ラッチ３４１と共にラッチ出力のパルス幅の変調を行う。なお、本実施例では、出力電圧検出部３２が検出した電圧（Ｖｏｕｔ）と出力電流検出部３３が検出した電流（Ｉｏｕｔ）の両方をフィードバックしているが、いずれか一方であってもよい。

図３（Ｂ）に示すラッチ出力の波形は、クロック３４２の周期に合わせ、ＬｏｗからＨｉｇｈへ変化し、出力電力量変更スイッチング回路３７をＯＮする。これに伴い、トランス３８に電流が流れ、この流れる電流に応じてＶｓとして表される波形は変化する。出力電力量変更スイッチング回路３７のＯＮ時間の長さに応じて、電流も変化する（本図（Ｂ）のＶｓの波形を参照）。そして、Ｖｓの値がＶｅの値に等しいレベルまで上昇すると、リセット信号としてラッチ３４１に入力されるので、ラッチ出力がＨｉｇｈからＬｏｗへ変化し、出力電力量変更スイッチング回路３７をＯＦＦする。これに伴い、トランス３８に流れていた電流は遮断され、Ｖｓとして表される波形は変化する。出力量制御部３４は、以上の一連の動作を繰り返す。

出力量制御部３４における上記一連の動作により、例えば以下のように、スイッチングのデューティ比は逐次調整され、決定される。例えば、誤差アンプ３４４での誤差が大きく、Ｖｅが上昇した場合、ＶｓがＶｅのレベルに到達する時間が長くなる。そうすると、出力電力量変更スイッチング回路３７がＯＮである時間が長くなり、スイッチングのデューティ比が増加することとなる。逆に、誤差アンプ３４４での誤差が共に小さく、Ｖｅが低下した場合、ＶｓがＶｅのレベルに到達する時間が短くなる。そうすると、出力電力量変更スイッチング回路３７がＯＮである時間が短くなり、スイッチングのデューティ比が減少することとなる。

また、力率改善回路出力電圧演算部３５は、上述のようにして得られた電圧（Ｖｏｕｔ）と、電流（Ｉｏｕｔ）と、電流（Ｉｉｎ）と、デューティ比とを基にして、（１）式の演算を行うことにより、力率改善部２０の直流出力電圧（Ｖｐ）を推定する。これによれば、所定の演算式を用いて演算を行うことにより的確に推定することができる。

Ｖｐ＝η×Ｖｏｕｔ×Ｉｏｕｔ÷（Ｉｉｎ×Ｄｕ）・・・（１）

・η（％）は、充電装置個体または型番に応じた出力電力−効率特性によって与えられる値、
・Ｖｏｕｔ（ボルト）は、出力電圧検出部が検出した電圧、即ち、電力変換部が２次電池に対して出力する電圧の値、
・Ｉｏｕｔ（アンペア）は、出力電流検出部が検出した電流、即ち、電力変換部が２次電池に対して出力する電流の値、
・Ｉｉｎ（アンペア）は、トランス入力電流検出部が検出した電流、即ち、電力変換部に入力される電流の値、
・Ｄｕ（％）は、出力量制御部が出力するデューティ比、
である。

また、異常判定部３６は、力率改善回路出力電圧演算部３５の推定結果に基づき、力率改善部２０の直流出力電圧の異常を判定する。異常判定部３６は、適宜警報を出したり、充電装置機能を停止してもよい。

上記のようにして、充電装置１は、出力電力量変更スイッチング回路３７がトランス３８に対するスイッチングのデューティ比を調整することに伴い、力率改善部２０の直流出力電圧（Ｖｐ）を推定することにより、力率改善部２０から出力される直流電圧を直接検知せずに、２次電池３を満充電することができる。

図４と図１０を参照し、本実施例の充電装置１における制御の流れと従来技術の充電装置における制御の流れを説明する。なお、フローチャートにおけるステップはＳと省略して記載する。充電装置１は、Ｓ１０２において商用交流電源２に接続されると、Ｓ１０４において電力変換部３０の動作を開始する。具体的には、電力変換部３０の出力電力量変更スイッチング回路３７がスイッチングを開始する。この場合の動作は、大電力の電力伝送を意図しての動作ではなく、力率改善制御部２２の出力電圧を推定するための動作につき、電力量は通常動作の１／１０〜１／１００に抑制された動作である。図３に示す誤差アンプ３４４の出力電圧設定値と出力電流設定値を制限することで、小電力での電力変換動作とし、周辺ブロックへのノイズなどの悪影響を抑制する。

従来技術の充電装置１’においては、このＳ１０４に相当するステップは、Ｓ１２３において実施される。即ち、従来技術では、電力変換部３０’の動作は、大電力伝送に主眼をおいた機能および制御がなされており、周辺ブロックへの影響を抑制するため、力率改善部の動作が開始され、力率改善出力電圧検出部９０が安定化した値が得られた後に開始されるものであった。これに対し、本実施例の充電装置１は、商用交流電源２に接続された時点で、電力変換部３０の動作を開始する点が異なる。これにより、従来技術に比べ、電力変換部３０は入力される電圧に対して速く反応することが可能となる。

なお、２次電池３に充電を行う時、即ち通常充電時に至る前、電力変換部３０は、力率変換部２０の出力電圧検出のみが可能な最低限の電力での電力変換を行う。この場合、取り扱う電力が小さいため、周辺ブロックへの悪影響は小さい。一方、通常充電動作に至った後は、電力変換部３０は、２次電池３への充電を効率的に実施するための電力変換を行い、２次電池３の劣化に配慮しつつ充電時間の最短化を図るため、逐次電力を調整する制御を行う。充電時間の最短化を狙っての動作につき、大電力での電力変換が主に実施される。この場合、電力変換部３０への入力電圧が安定化していないと、周辺ブロックへの悪影響も大きくなる。従って、２次電池３に充電を開始する前の電力変換部３０は、２次電池３に充電を行っている時の電力量に比べて小さい電力量を出力する。これによれば、周辺ブロックへの悪影響を抑制しつつ、電圧変換部３０へ異常な電圧が印加された場合に速い反応をすることができる。

充電装置１は、Ｓ１０６において、商用交流電源２に対して電力供給を許可し、その後、Ｓ１０８において、商用交流電源２からの電力の供給を受ける。充電装置１は、Ｓ１１０において、時間カウントをリセットした後、Ｓ１１２において、力率改善制御部２２を動作させ、力率改善スイッチング回路２１を駆動し、力率改善部２０から平滑化させた電圧ＶＦｏｕｔを出力する。

力率改善部２０から電圧ＶＦｏｕｔが出力されれば、電圧変換部３０は既に動作しているので、すぐにＳ１１４において、トランス入力電流検出部３１から電流値（Ｉｉｎ）を、出力電流検出部３３から電流値（Ｉｏｕｔ）を、出力電圧検出部３２から電圧値（Ｖｏｕｔ）を検出することができる。これにより、出力量制御部３４によりデューティ比も得られるので、力率改善回路出力電圧演算部３５は、力率改善部２０の直流出力電圧（Ｖｐ）を推定することができる。

力率改善部２０からの出力電圧の仕様が３９０Ｖである場合、まずＳ１１８において過充電を防止するために推定電圧Ｖｐが４００Ｖを超える場合は、Ｓ１２６に進み、充電を停止する。まだ、充電が十分でない場合は、Ｓ１２０に進み、時間カウントが３００ｍｓ未満ならば、まだ力率改善部２０の出力が不安定なためＳ１１４から電流値（Ｉｏｕｔ）などの検出を繰り返す。時間カウントが３００ｍｓ以上ならばＳ１２２に進み、推定電圧Ｖｐが既に３８０Ｖに到達している場合はＳ１２４において充電を行う。推定電圧Ｖｐが３８０Ｖに到達しない場合はＳ１２６に進み、商用交流電源２からの電力供給を停止し、Ｓ１２８において充電装置１の機能を停止する。なお、力率改善部２０からの出力電圧の仕様が３９０Ｖであるとした場合のプラスマイナス１０Ｖは、検出誤差や推定誤差を見込んだものであり、適宜定められる。

上述のように、電力変換部３０は、力率改善部２０よりも前に動作を開始し、その後、電力変換部２０に入力される電流値（Ｉｉｎ）と、電力変換部３０が２次電池３に対して出力する電圧値（Ｖｏｕｔ）または電流値（Ｉｏｕｔ）と、電力変換部３０のデューティ比（Ｄｕ）と、に基づいて、力率改善部２０の直流出力電圧（Ｖｐ）を推定し、力率改善部２０の直流出力電圧の異常を判定し、電力変換部３０が力率改善部２０の直流出力電圧を異常監視可能状態とした上で、力率改善部２０は動作を開始する。これによれば、充電装置１は、力率改善部２０が出力する直流電圧を検出しないことにより高価な絶縁素子が不要となり、かつ、電圧変換部３０へ異常な電圧が印加された場合に速い反応をすることにより電力変換部３０へ異常な電圧が印加されることを防止することができる。なお、電力変換部３０が力率改善部２０の直流出力電圧を異常監視可能状態とするとは、２次電池３に充電を行うに至る前に電力変換部３０が力率変換部２０の出力電圧検出のみが可能な最低限の電力での電力変換を行う状態を言う。

図５〜図８は、充電装置１における力率改善部２０の安定化回路２３での電圧変化を示す。図５（Ａ）は、安定化回路２３の平滑コンデンサＣにほとんど電荷がない状態で商用交流電源２に接続され、正常に、力率改善部２０の仕様出力電圧である３９０Ｖに到達した場合を示す。

図５（Ｂ）は、安定化回路２３の平滑コンデンサＣにほとんど電荷がない状態で商用交流電源２に接続され、接続後３００ｍｓ経過する前に、力率改善部２０の仕様出力電圧である３９０Ｖプラス１０Ｖの４００Ｖを超え、力率改善部２０が出力する電圧が異常超過したと検知した場合を示す。この場合、充電装置１は、商用交流電源２の入力を遮断し、力率改善部２０および電力変換部３０の処理を停止する。安定化回路２３に蓄えられた電荷の電圧は徐々に低下していくことになる。なお、プラスする１０Ｖ（以下において、マイナスする１０Ｖも含む）は、仕様出力電圧の変動幅の許容値を定めるものであり、１０Ｖに限定されないのは言うまでもない。

図５（Ｃ）は、安定化回路２３の平滑コンデンサＣにほとんど電荷がない状態で商用交流電源２に接続され、接続後３００ｍｓ経過しても、力率改善部２０の仕様出力電圧である３９０Ｖマイナス１０Ｖの３８０Ｖに達せず、力率改善部２０が出力する電圧が異常不足したと検知した場合を示す。この場合、充電装置１は、商用交流電源２の入力を遮断し、力率改善部２０および電力変換部３０の処理を停止する。安定化回路２３に蓄えられた電荷の電圧は徐々に低下していくことになる。

図６（Ａ）は、安定化回路２３の平滑コンデンサＣに電荷が蓄積された状態（最初から３９０Ｖ）で商用交流電源２に接続され、正常に、力率改善部２０の仕様出力電圧である３９０Ｖに安定化した場合を示す。

図６（Ｂ）は、安定化回路２３の平滑コンデンサＣに電荷が蓄積された状態（最初から３９０Ｖ）で商用交流電源２に接続され、接続後３００ｍｓ経過する前に、力率改善部２０の仕様出力電圧である３９０Ｖプラス１０Ｖの４００Ｖを超え、力率改善部２０が出力する電圧が異常超過したと検知した場合を示す。例えば、前回の充電時電荷が残留し、電荷が蓄積されていた場合、電圧異常（特に超過）を早急に検出する必要が生じる。この場合、充電装置１は、商用交流電源２の入力を遮断し、力率改善部２０および電力変換部３０の処理を停止する。安定化回路２３に蓄えられた電荷の電圧は徐々に低下していくことになる。

図６（Ｃ）は、安定化回路２３の平滑コンデンサＣに電荷が蓄積された状態（最初から３９０Ｖ）で商用交流電源２に接続され、接続後３００ｍｓ経過しても、力率改善部２０の仕様出力電圧である３９０Ｖマイナス１０Ｖの３８０Ｖに達せず、力率改善部２０が出力する電圧が異常不足したと検知した場合を示す。この場合、充電装置１は、商用交流電源２の入力を遮断し、力率改善部２０および電力変換部３０の処理を停止する。安定化回路２３に蓄えられた電荷の電圧は徐々に低下していくことになる。

図７（Ａ）は、安定化回路２３の平滑コンデンサＣにほとんど電荷がない状態で商用交流電源２に接続され、正常に、力率改善部２０の仕様出力電圧である３９０Ｖに到達した場合を示す。

図７（Ｂ）は、安定化回路２３の平滑コンデンサＣにほとんど電荷がない状態で商用交流電源２に接続され、接続後３００ｍｓ経過する前に、力率改善部２０の仕様出力電圧である３９０Ｖプラス１０Ｖの４００Ｖを超え、力率改善部２０が出力する電圧が異常超過したと検知した場合を示す。この場合、充電装置１は、商用交流電源２の入力を遮断し、力率改善部２０の処理を停止する。さらに、安定化回路２３に蓄積された電荷の電圧を早急に低下させるため、電力変換部３０は動作を継続する。その後、電力変換部３０は、安定化回路２３の電圧がほぼ０になった段階で、処理を停止する。

図７（Ｃ）は、安定化回路２３の平滑コンデンサＣにほとんど電荷がない状態で商用交流電源２に接続され、接続後３００ｍｓ経過しても、力率改善部２０の仕様出力電圧である３９０Ｖマイナス１０Ｖの３８０Ｖに達せず、力率改善部２０が出力する電圧が異常不足したと検知した場合を示す。この場合、充電装置１は、商用交流電源２の入力を遮断し、力率改善部２０の処理を停止する。さらに、安定化回路２３に蓄積された電荷の電圧を早急に低下させるため、電力変換部３０は動作を継続する。その後、電力変換部３０は、安定化回路２３の電圧がほぼ０になった段階で、処理を停止する。

図８（Ａ）は、安定化回路２３の平滑コンデンサＣに電荷が蓄積された状態（最初から３９０Ｖ）で商用交流電源２に接続され、正常に、力率改善部２０の仕様出力電圧である３９０Ｖに安定化した場合を示す。

図８（Ｂ）は、安定化回路２３の平滑コンデンサＣに電荷が蓄積された状態（最初から３９０Ｖ）で商用交流電源２に接続され、接続後３００ｍｓ経過する前に、力率改善部２０の仕様出力電圧である３９０Ｖプラス１０Ｖの４００Ｖを超え、力率改善部２０が出力する電圧が異常超過したと検知した場合を示す。例えば、前回の充電時電荷が残留し、電荷が蓄積されていた場合、電圧異常（特に超過）を早急に検出する必要が生じる。この場合、充電装置１は、商用交流電源２の入力を遮断し、力率改善部２０の処理を停止する。さらに、安定化回路２３に蓄積された電荷の電圧を早急に低下させるため、電力変換部３０は動作を継続する。その後、電力変換部３０は、安定化回路２３の電圧がほぼ０になった段階で、処理を停止する。

図８（Ｃ）は、安定化回路２３の平滑コンデンサＣに電荷が蓄積された状態（最初から３９０Ｖ）で商用交流電源２に接続され、接続後３００ｍｓ経過しても、力率改善部２０の仕様出力電圧である３９０Ｖマイナス１０Ｖの３８０Ｖに達せず、力率改善部２０が出力する電圧が異常不足したと検知した場合を示す。この場合、充電装置１は、商用交流電源２の入力を遮断し、力率改善部２０の処理を停止する。さらに、安定化回路２３に蓄積された電荷の電圧を早急に低下させるため、電力変換部３０は動作を継続する。その後、電力変換部３０は、安定化回路２３の電圧がほぼ０になった段階で、処理を停止する。

なお、本発明は、例示した実施例に限定するものではなく、特許請求の範囲の各項に記載された内容から逸脱しない範囲の構成による実施が可能である。

１ 充電装置
２ 商用交流電源
３ ２次電池
１０ 交流電源入力部
２０ 力率改善部
２１ 力率改善スイッチング回路
２２ 力率改善制御部
２３ 安定化回路
３０ 電力変換部
３１ トランス入力電流検出部
３２ 出力電圧検出部
３３ 出力電流検出部
３４ 出力量制御部
３４１ ラッチ
３４２ クロック
３４３ ＰＷＭコンパレータ
３４４ 誤差アンプ
３５ 力率改善回路出力電圧演算部
３６ 異常判定部
３７ 出力電力量変更スイッチング回路
３８ トランス
３９ 整流回路
９０ 力率改善出力電圧検出部

Claims (3)

1. 交流電圧を整流する交流電源入力部と、
   前記交流電源入力部の出力電圧を直流電圧に変換する力率改善部と、
   前記力率改善部の直流出力電圧を所定の直流充電電圧に変圧して２次電池に供給する電力変換部と、
   を備える充電装置であって、
   前記電力変換部は、前記力率改善部よりも前に動作を開始し、その後、前記電力変換部に入力される電流値と、前記電力変換部が２次電池に対して出力する電圧値および電流値と、前記電力変換部のデューティ比と、に基づいて、前記力率改善部の直流出力電圧を推定し、前記力率改善部の直流出力電圧の異常を判定し、
   前記電力変換部が前記力率改善部の直流出力電圧を異常監視可能状態とした上で、前記力率改善部は動作を開始する、
   充電装置。
2. 前記２次電池に充電を開始する前の前記電力変換部は、前記２次電池に充電を行っている時の電力量に比べて小さい電力量を出力することを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
3. 前記電力変換部は、
   前記電力変換部が備えるトランスに入力される電流（Ｉｉｎ）を検出するトランス入力電流検出部と、
   前記電力変換部が２次電池に対して出力する電圧（Ｖｏｕｔ）を検出する出力電圧検出部と、
   前記電力変換部が２次電池に対して出力する電流（Ｉｏｕｔ）を検出する出力電流検出部と、
   クロックを有し、前記トランス入力電流検出部で検出した電流値（Ｉｉｎ）と、前記出力電圧検出部で検出した電圧値（Ｖｏｕｔ）または前記出力電流検出部で検出した電流値（Ｉｏｕｔ）とから、前記トランスに入力する電圧のデューティ比（Ｄｕ）を決定する出力量制御部と、
   前記力率改善部の直流出力電圧（Ｖｐ）を、（１）式により演算を行うことにより推定する力率改善回路出力電圧演算部と、
   前記力率改善回路出力電圧演算部の推定結果に基づき、前記力率改善部の直流出力電圧の異常を判定する異常判定部と、
   を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の充電装置。
   
   Ｖｐ＝η×Ｖｏｕｔ×Ｉｏｕｔ÷（Ｉｉｎ×Ｄｕ）・・・（１）
   
   但し、
   ・η（％）は、充電装置個体または型番に応じた出力電力−効率特性によって与えられる値、
   ・Ｖｏｕｔ（ボルト）は、出力電圧検出部が検出した電圧、即ち、電力変換部が２次電池に対して出力する電圧の値、
   ・Ｉｏｕｔ（アンペア）は、出力電流検出部が検出した電流、即ち、電力変換部が２次電池に対して出力する電流の値、
   ・Ｉｉｎ（アンペア）は、トランス入力電流検出部が検出した電流、即ち、電力変換部に入力される電流の値、
   ・Ｄｕ（％）は、出力量制御部が出力するデューティ比、
   である。