JP2019193351A

JP2019193351A - 故障検知機能付き充電器、及び故障検知方法

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Publication number: JP2019193351A
Application number: JP2018080747A
Authority: JP
Inventors: 貴史狩野; Takashi Kano; 謙治北村; Kenji Kitamura; 康成溝口; Yasunari Mizoguchi
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 2018-04-19
Filing date: 2018-04-19
Publication date: 2019-10-31
Anticipated expiration: 2038-04-19
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Abstract

【課題】低分解能の安価なＡＤコンバータであっても、スイッチの故障を検知することができる故障検知機能付き充電器を提供すること。【解決手段】充電器１は、二次電池３を充電する電源装置１０と、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２を含み、電源装置１０から二次電池３へ電力を供給する給電路と、第１抵抗Ｒ１及び第３スイッチＳＷ３を含み、一端が第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２との接続点Ｐに接続され、他端が接地ラインに接続される放電回路Ｃ１と、第２抵抗Ｒ２及び第４スイッチＳＷ４を含み、第１スイッチＳＷ１に並列に接続される短絡防止回路Ｃ２と、各スイッチの開閉を制御すると共に、電圧値ＶＰを取得する制御装置２０と、を備え、制御装置２０は、各スイッチへの開閉制御の組み合わせに対して、電圧値ＶＰが正常時及び故障時で異なることを条件として、各スイッチの故障を検知する。【選択図】図１

Description

本発明は、故障検知機能付き充電器、及び故障検知方法に関する。

ニッケル水素二次電池等の二次電池は、いわゆる継ぎ足し充電を繰り返すことによって、二次電池の容量が減少したように見えるメモリ効果と呼ばれる現象が生じる場合ある。このような二次電池のメモリ効果は、リフレッシュ放電を行うことによって回復することができる。リフレッシュ放電とは、電池電圧が終止電圧に至るまで二次電池を放電することをいう。そして、例えば特許文献１には、二次電池のリフレッシュ放電を行うことができる充電器が開示されている。

ところで、二次電池を充電するための充電器は、二次電池へ充電電力を供給するための給電路に設けられたスイッチが短絡した場合、二次電池が満充電に達しても当該スイッチをＯＦＦにすることができず、過充電により二次電池を損傷させてしまう可能性がある。このため、充電器を制御する制御装置は、特許文献２に開示されているように、例えば給電路におけるスイッチをＯＮにした場合とＯＦＦにした場合とにおける給電路上の電圧降下の差を検出することにより、当該スイッチの故障を検知する故障検知機能を備えることが好ましい。

特開平７−４５３０７号公報特開２０１３−１８１８２２号公報

しかしながら、上記した給電路上の電圧降下は、充電される二次電池の直列数が増加するほど電位差が縮小し、正常時と故障時の判別が困難となる。より具体的には、例えば、故障検知機能を有する制御装置は、動作に必要な電源電圧が５Ｖで、電圧降下の差を検出するＡＤコンバータの分解能が１０ｂｉｔである場合、電圧の測定精度が５Ｖ÷１０ｂｉｔ（１０２４）＝４．８８ｍＶとなる。そして、二次電池の直列数の増加や、充電回路のインピーダンス等の諸条件によって、測定すべき電圧降下の差が当該測定精度の２倍を下回ると、スイッチ故障を検知できなくなる虞が生じる。また、測定精度の向上を図るべく、より分解能の高いＡＤコンバータを採用する場合には、コストが顕著に増大してしまう。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、低分解能の安価なＡＤコンバータであっても、スイッチの故障を検知することができる故障検知機能付き充電器を提供することにある。

＜本発明の第１の態様＞
本発明の第１の態様は、二次電池を充電する電力を出力する電源装置と、直列に接続された第１スイッチ及び第２スイッチを含み、前記電源装置から前記二次電池へ前記電力を供給する給電路と、直列に接続された第１抵抗及び第３スイッチを含み、一端が前記第１スイッチと前記第２スイッチとの接続点に接続され、他端が接地ラインに接続される放電回路と、直列に接続された第２抵抗及び第４スイッチを含み、前記第１スイッチに並列に接続される短絡防止回路と、各スイッチの開閉を制御すると共に、前記接続点の電圧値を取得する制御装置と、を備え、前記制御装置は、各スイッチへの開閉制御の組み合わせに対して、前記接続点の電圧値が、各スイッチが正常である場合の前記接続点の電圧値と異なることを条件として、各スイッチの故障を検知する、故障検知機能付き充電器である。

故障検知機能付き充電器は、電源装置に接続される第１スイッチ、二次電池に接続される第２スイッチ、接地ラインに接続される放電回路に含まれる第３スイッチ、及び電源装置に接続される短絡防止回路に含まれる第４スイッチを備えている。また、故障検知機能付き充電器は、各スイッチが全てＯＦＦである場合に、第１スイッチと第２スイッチとの接続点が、電源装置、二次電池、及び接地ラインのいずれにも接続されない回路構成である。このため、故障検知機能付き充電器は、各スイッチへの開閉制御の組み合わせに対して、当該接続点の電圧値が、電源装置の電源電圧、二次電池の電池電圧、０Ｖ、又は電源装置の電源電圧を分圧した電圧のいずれであるかを判別することにより、各スイッチの短絡故障を検知することができる。このとき、それぞれの電圧の大きさには十分な差があるため、故障検知機能付き充電器は、内蔵するＡＤコンバータが低分解能であっても、これらの電圧を判別することができる。従って、本発明の第１の態様に係る故障検知機能付き充電器によれば、低分解能の安価なＡＤコンバータであっても、スイッチの故障を検知することができる。

＜本発明の第２の態様＞
本発明の第２の態様は、上記の本発明の第１の態様において、前記制御装置は、各スイッチを全てＯＦＦに制御する第１の組み合わせ条件において、前記接続点の電圧値が０Ｖと異なることを条件として、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、又は前記第４スイッチの故障を検知する、故障検知機能付き充電器である。

故障検知機能付き充電器は、各スイッチが全てＯＦＦとなるような制御を行う条件において、いずれのスイッチも正常である場合には、第１スイッチと第２スイッチとの接続点の電圧値が０Ｖとなる。一方、同じ条件において、第１スイッチ、第２スイッチ、又は第４スイッチのいずれかが短絡故障している場合には、接続点の電圧値が０Ｖ以外の電圧となる。従って、本発明の第２の態様に係る故障検知機能付き充電器によれば、電源装置から二次電池へ充電電力を供給する給電路に設けられた第１スイッチ及び第２スイッチの他、第４スイッチの故障を検知することができる。

＜本発明の第３の態様＞
本発明の第３の態様は、上記の本発明の第１の態様において、前記制御装置は、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、及び前記第４スイッチをＯＦＦに制御し、前記第３スイッチをＯＮに制御する第２の組み合わせ条件において、前記接続点の電圧値が０Ｖと異なることを条件として、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、又は前記第４スイッチの故障を検知する、故障検知機能付き充電器である。

故障検知機能付き充電器は、各スイッチのうち第３スイッチだけをＯＮに制御する条件において、いずれのスイッチも正常である場合には、第１スイッチと第２スイッチとの接続点の電圧値が０Ｖとなる。一方、同じ条件において、第１スイッチ、第２スイッチ、又は第４スイッチのいずれかが短絡故障している場合には、接続点の電圧値が０Ｖ以外の電圧となる。従って、本発明の第３の態様に係る故障検知機能付き充電器によれば、電源装置から二次電池へ充電電力を供給する給電路に設けられた第１スイッチ及び第２スイッチの他、第４スイッチの故障を検知することができる。

＜本発明の第４の態様＞
本発明の第４の態様は、上記の本発明の第２又は第３の態様において、前記制御装置は、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、及び前記第３スイッチをＯＦＦに制御し、前記第４スイッチをＯＮに制御する第３の組み合わせ条件において、前記接続点の電圧値が電源装置の電源電圧と異なることを条件として、前記第３スイッチの故障を検知する、故障検知機能付き充電器である。

故障検知機能付き充電器は、各スイッチのうち第４スイッチだけをＯＮに制御する条件において、いずれのスイッチも正常である場合には、第１スイッチと第２スイッチとの接続点の電圧値が電源装置の電源電圧となる。一方、同じ条件において、第３スイッチが短絡故障している場合には、接続点の電圧値が０Ｖとなる。従って、本発明の第４の態様に係る故障検知機能付き充電器によれば、第１の組み合わせ条件において、第１スイッチ、第２スイッチ、及び第３スイッチに対する短絡故障を検出し、第２の組み合わせ条件において、第３スイッチの故障を検知することができ、少ない条件数で全てのスイッチの短絡故障を検知することができる。

＜本発明の第５の態様＞
本発明の第５の態様は、二次電池を充電する電力を出力する電源装置と、直列に接続された第１スイッチ及び第２スイッチを含み、前記電源装置から前記二次電池へ前記電力を供給する給電路と、直列に接続された第１抵抗及び第３スイッチを含み、一端が前記第１スイッチと前記第２スイッチとの接続点に接続され、他端が接地ラインに接続される放電回路と、直列に接続された第２抵抗及び第４スイッチを含み、前記第１スイッチに並列に接続される短絡防止回路と、各スイッチの開閉を制御すると共に、前記接続点の電圧値を取得する制御装置と、を備える故障検知機能付き充電器において、各スイッチへの開閉制御の組み合わせに対して、前記接続点の電圧値が、各スイッチが正常である場合の前記接続点の電圧値と異なることを条件として、各スイッチの故障を検知する、故障検知方法である。

故障検知機能付き充電器は、電源装置に接続される第１スイッチ、二次電池に接続される第２スイッチ、接地ラインに接続される放電回路に含まれる第３スイッチ、及び電源装置に接続される短絡防止回路に含まれる第４スイッチを備えている。また、故障検知機能付き充電器は、各スイッチが全てＯＦＦである場合に、第１スイッチと第２スイッチとの接続点が、電源装置、二次電池、及び接地ラインのいずれにも接続されない回路構成である。このため、故障検知方法は、故障検知機能付き充電器において、各スイッチへの開閉制御の組み合わせに対して、当該接続点の電圧値が、電源装置の電源電圧、二次電池の電池電圧、０Ｖ、又は電源装置の電源電圧を分圧した電圧のいずれであるかを判別することにより、各スイッチの短絡故障を検知することができる。このとき、それぞれの電圧の大きさには十分な差があるため、故障検知機能付き充電器は、内蔵するＡＤコンバータが低分解能であっても、これらの電圧を判別することができる。従って、本発明の第５の態様に係る故障検知方法によれば、低分解能の安価なＡＤコンバータであっても、スイッチの故障を検知することができる。

＜本発明の第６の態様＞
本発明の第６の態様は、上記の本発明の第５の態様において、各スイッチを全てＯＦＦに制御する第１の組み合わせ条件において、前記接続点の電圧値が０Ｖと異なることを条件として、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、又は前記第４スイッチの故障を検知する、故障検知方法である。

故障検知機能付き充電器は、各スイッチが全てＯＦＦとなるような制御を行う条件において、いずれのスイッチも正常である場合には、第１スイッチと第２スイッチとの接続点の電圧値が０Ｖとなる。一方、同じ条件において、第１スイッチ、第２スイッチ、又は第４スイッチのいずれかが短絡故障している場合には、接続点の電圧値が０Ｖ以外の電圧となる。従って、本発明の第６の態様に係る故障検知方法によれば、電源装置から二次電池へ充電電力を供給する給電路に設けられた第１スイッチ及び第２スイッチの他、第４スイッチの故障を検知することができる。

＜本発明の第７の態様＞
本発明の第７の態様は、上記の本発明の第５の態様において、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、及び前記第４スイッチをＯＦＦに制御し、前記第３スイッチをＯＮに制御する第２の組み合わせ条件において、前記接続点の電圧値が０Ｖと異なることを条件として、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、又は前記第４スイッチの故障を検知する、故障検知方法である。

故障検知機能付き充電器は、各スイッチが全てＯＦＦとなるような制御を行う条件において、いずれのスイッチも正常である場合には、第１スイッチと第２スイッチとの接続点の電圧値が０Ｖとなる。一方、同じ条件において、第１スイッチ、第２スイッチ、又は第４スイッチのいずれかが短絡故障している場合には、接続点の電圧値が０Ｖ以外の電圧となる。従って、本発明の第７の態様に係る故障検知方法によれば、電源装置から二次電池へ充電電力を供給する給電路に設けられた第１スイッチ及び第２スイッチの他、第４スイッチの故障を検知することができる。

＜本発明の第８の態様＞
本発明の第８の態様は、上記の本発明の第６又は７の態様において、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、及び前記第３スイッチをＯＦＦに制御し、前記第４スイッチをＯＮに制御する第３の組み合わせ条件において、前記接続点の電圧値が電源装置の電源電圧と異なることを条件として、前記第３スイッチの故障を検知する、故障検知方法である。

故障検知機能付き充電器は、各スイッチのうち第４スイッチだけをＯＮに制御する条件において、いずれのスイッチも正常である場合には、第１スイッチと第２スイッチとの接続点の電圧値が電源装置の電源電圧となる。一方、同じ条件において、第３スイッチが短絡故障している場合には、接続点の電圧値が０Ｖとなる。従って、本発明の第８の態様に係る故障検知方法によれば、第１の組み合わせ条件において、第１スイッチ、第２スイッチ、及び第３スイッチに対する短絡故障を検出し、第２の組み合わせ条件において、第３スイッチの故障を検知することができ、少ない条件数で全てのスイッチの短絡故障を検知することができる。

本発明によれば、低分解能の安価なＡＤコンバータであっても、スイッチの故障を検知することができる故障検知機能付き充電器を提供することができる。

本発明に係る充電器の回路図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施の形態の説明に用いる図面は、いずれも構成部材を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、または省略などを行っており、構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。

まず、本発明に係る充電器１の構成について説明する。図１は、本発明に係る充電器１の回路図である。充電器１は、商用交流電源としての外部電源２から入力される電力を変換して充電電力を出力することにより二次電池３を充電すると共に、必要に応じて二次電池３をリフレッシュ放電することができる故障検知機能付き充電器である。ここで、充電対象としての二次電池３は、本実施形態においては、定格電圧が１．２Ｖのニッケル水素電池が２０個直列に接続されているものとする。

充電器１は、電源装置１０、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、放電回路Ｃ１、短絡防止回路Ｃ２、及び制御装置２０を備える。

電源装置１０は、外部電源２から供給される交流電力を直流電力に変換すると共に、二次電池３の充電に適した電圧に変換して電源電圧Ｖ_Ｓとして出力する。ここで、電源装置１０は、例えば充電器１がポータブルタイプの充電デバイスである場合には、外部電源２に接続されなくても充電電力を出力できるよう、別途バッテリを備える構成であってもよい。また、電源装置１０は、本実施形態においては、二次電池３を充電するための充電電力として３０Ｖの電源電圧Ｖ_Ｓを出力しているものとする。

第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２は、電源装置１０から二次電池３へ充電電力を供給するための給電路上に直列に設けられ、二次電池３を充電する場合に共にＯＮに制御される。

放電回路Ｃ１は、直列に接続された第１抵抗Ｒ１及び第３スイッチＳＷ３を含み、一端が第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２との接続点Ｐに接続され、他端が接地ラインに接続される。ここで、本実施形態においては、電源装置１０及び二次電池３の低電位側端子も当該接地ラインに接続されている。

短絡防止回路Ｃ２は、直列に接続された第２抵抗Ｒ２及び第４スイッチＳＷ４を含み、第１スイッチＳＷ１に並列に接続される。すなわち、短絡防止回路Ｃ２は、一端が接続点Ｐに接続され、他端が電源装置１０と第１スイッチＳＷ１の一端との接続点Ｑに接続されている。

ここで、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ３、及び第４スイッチＳＷ４の各スイッチは、例えばＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、又はＩＧＢＴなど、種々のスイッチング素子を採用することができる。

また、第１抵抗Ｒ１の抵抗値は、二次電池３にリフレッシュ放電を行う場合の放電電流の大きさにより設定される。第２抵抗Ｒ２の抵抗値は、過放電状態の二次電池３を充電する場合における充電電流の大きさにより設定される。

制御装置２０は、公知のマイコン制御回路であり、充電器１の全体を統括制御する。また、制御装置２０は、本実施形態においては接続点Ｑに接続されることにより、図示しないレギュレータを介して電源装置１０から供給される電力により動作する。制御装置２０は、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ３、及び第４スイッチＳＷ４の各スイッチの開閉を制御すると共に、後述するように、上記した接続点Ｐの電圧値Ｖ_Ｐを取得することにより各スイッチの故障を検知する。

制御装置２０は、より詳しくは、充放電制御部２１、ＡＤコンバータ２２、及び故障検知部２３を含む。

充放電制御部２１は、二次電池３の充電時において、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をＯＮに制御し、第３スイッチＳＷ３及び第４スイッチＳＷ４をＯＦＦに制御する。これにより、二次電池３は、接続点Ｑ、第１スイッチＳＷ１、接続点Ｐ、及び第２スイッチＳＷ２を経由する給電路が確立され、電源装置１０から供給される電力により充電される。

また、充放電制御部２１は、二次電池３のメモリ効果を解消するためのリフレッシュ放電時において、第２スイッチＳＷ２及び第３スイッチＳＷ３をＯＮに制御し、第１スイッチＳＷ１及び第４スイッチＳＷ４をＯＦＦに制御する。これにより、二次電池３は、第２スイッチＳＷ２、接続点Ｐ、第３スイッチＳＷ３、及び第１抵抗Ｒ１を経由して接地ラインへ繋がる放電路が確立され、第１抵抗Ｒ１により電力が消費されて、電池電圧Ｖ_Ｂが終止電圧に至るまで放電される。そして、二次電池３は、上記した充電時の手順により満充電になるまで充電される。

ここで、充放電制御部２１は、二次電池３がショートした場合の無負荷時において、第２スイッチＳＷ２及び第４スイッチＳＷ４をＯＮに制御し、第１スイッチＳＷ１及び第３スイッチＳＷ３をＯＦＦに制御する。これにより、制御装置２０は、接続点Ｑ、第４スイッチＳＷ４、第２抵抗Ｒ２、接続点Ｐ、及び第２スイッチＳＷ２を経由する導電路上において、第２抵抗Ｒ２による電圧降下分だけ接続点Ｑの電位を０Ｖから押し上げることができ、動作に必要な電力を入力し続けることができる。

ＡＤコンバータ２２は、接続点Ｐにおけるアナログの電圧値Ｖ_Ｐをデジタルに変換して取得するための変換回路であり、本実施形態においては１０ｂｉｔで量子化している。また、ＡＤコンバータ２２は、制御装置２０に内蔵される形態を例示しているが、制御装置２０の外部に設けて接続してもよい。

故障検知部２３は、詳細を後述するように、ＡＤコンバータ２２が取得した接続点Ｐにおける電圧値Ｖ_Ｐに基づいて、上記の各スイッチの故障を検知する。

次に、充電器１の各スイッチがいずれも故障しておらず正常である場合について、制御装置２０が各スイッチを開閉制御する組み合わせと、そのときの接続点Ｐにおける電圧値Ｖ_Ｐについて説明する。

表１は、各スイッチへの制御信号の組み合わせを表す。より具体的には、表１は、制御装置２０が各スイッチへ出力する開閉制御の組み合わせのうち、全てをＯＦＦとする場合、及びいずれか１つのスイッチのみをＯＮとする場合の条件である。

条件１は、全てのスイッチをＯＦＦに制御する組み合わせの制御信号である。充放電制御部２１が「第１の組み合わせ条件」としての条件１で制御信号を出力した場合、充電器１の回路上における接続点Ｐは、電源装置１０、二次電池３、及び接地ラインのいずれにも接続されない。このため、条件１での接続点Ｐにおける電圧値Ｖ_Ｐは、ＡＤコンバータ２２により０Ｖとして計測されることになる。

条件２は、第１スイッチＳＷ１をＯＮに制御し、他のスイッチをＯＦＦに制御する組み合わせの制御信号である。充放電制御部２１が条件２で制御信号を出力した場合、充電器１の回路上における接続点Ｐは、電源装置１０に接続される。このため、条件２での接続点Ｐにおける電圧値Ｖ_Ｐは、ＡＤコンバータ２２により電源電圧Ｖ_Ｓとして計測されることになる。

条件３は、第２スイッチＳＷ２をＯＮに制御し、他のスイッチをＯＦＦに制御する組み合わせの制御信号である。充放電制御部２１が条件３で制御信号を出力した場合、充電器１の回路上における接続点Ｐは、二次電池３に接続される。このため、条件３での接続点Ｐにおける電圧値Ｖ_Ｐは、ＡＤコンバータ２２により電池電圧Ｖ_Ｂとして計測されることになる。

条件４は、第３スイッチＳＷ３をＯＮに制御し、他のスイッチをＯＦＦに制御する組み合わせの制御信号である。充放電制御部２１が「第２の組み合わせ条件」としての条件４で制御信号を出力した場合、充電器１の回路上における接続点Ｐは、接地ラインに接続される。このため、条件４での接続点Ｐにおける電圧値Ｖ_Ｐは、ＡＤコンバータ２２により０Ｖとして計測されることになる。

条件５は、第４スイッチＳＷ４をＯＮに制御し、他のスイッチをＯＦＦに制御する組み合わせの制御信号である。充放電制御部２１が「第３の組み合わせ条件」としての条件５で制御信号を出力した場合、充電器１の回路上における接続点Ｐは、電源装置１０に接続される。このため、条件５での接続点Ｐにおける電圧値Ｖ_Ｐは、ＡＤコンバータ２２により電源電圧Ｖ_Ｓとして計測されることになる。

上記のように、各スイッチがいずれも正常である場合には、接続点Ｐにおける電圧値Ｖ_Ｐは、各スイッチへの制御信号の組み合わせによって、０Ｖ、電源電圧Ｖ_Ｓ、又は電池電圧Ｖ_Ｂのいずれかの値として計測される。

ここで、上記した電池電圧Ｖ_Ｂは、二次電池３の充電状態（ＳＯＣ）により変化するものの、二次電池３の出力電圧としてとり得る電圧範囲は既知である。そのため、制御装置２０は、二次電池３の出力電圧を逐次計測して照合する等の演算処理を行うことなく、電圧値Ｖ_Ｐが当該電圧範囲に含まれるか否かによって、電圧値Ｖ_Ｐが電池電圧Ｖ_Ｂであるか否かを判別することができる。より具体的には、本実施形態の二次電池３は、ＳＯＣが０％であるときの電池電圧Ｖ_Ｂが２２Ｖであり、ＳＯＣが１００％であるときの電池電圧Ｖ_Ｂが２８Ｖである。

続いて、充電器１のいずれかのスイッチが短絡故障した場合について、各条件及び故障スイッチごとの故障検知可否について説明する。表２は、制御信号の組み合わせに対する故障検知可否を表す。より具体的には、表２は、上記した条件１乃至条件５のそれぞれにおいて、故障したスイッチに対する接続点Ｐの電圧値Ｖ_Ｐ、及び当該故障が検知可能であるか否かを示している。

＜条件１の制御による故障検知可否＞
条件１において、第１スイッチＳＷ１が短絡故障している場合、接続点Ｐは、電源装置１０に接続されることにより、電圧値Ｖ_Ｐが電源電圧Ｖ_Ｓとして計測されることになる。このため、故障検知部２３は、接続点Ｐにおける電圧値Ｖ_Ｐが正常時とは異なることを検知することができる。

条件１において、第２スイッチＳＷ２が短絡故障している場合、接続点Ｐは、二次電池３に接続されることにより、電圧値Ｖ_Ｐが電池電圧Ｖ_Ｂとして計測されることになる。このため、故障検知部２３は、接続点Ｐにおける電圧値Ｖ_Ｐが正常時とは異なることを検知することができる。

条件１において、第３スイッチＳＷ３が短絡故障している場合、接続点Ｐは、接地ラインに接続されることにより、電圧値Ｖ_Ｐが０Ｖとして計測されることになる。このため、故障検知部２３は、接続点Ｐにおける電圧値Ｖ_Ｐが正常時と異なることを検知することができない。

条件１において、第４スイッチＳＷ４が短絡故障している場合、接続点Ｐは、電源装置１０に接続されることにより、電圧値Ｖ_Ｐが電源電圧Ｖ_Ｓとして計測されることになる。このため、故障検知部２３は、接続点Ｐにおける電圧値Ｖ_Ｐが正常時とは異なることを検知することができる。

このように、制御装置２０は、充放電制御部２１が条件１の制御を行う場合に、ＡＤコンバータ２２が計測する接続点Ｐにおける電圧値Ｖ_Ｐに基づいて、故障検知部２３が第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、又は第４スイッチＳＷ４のいずれかの短絡故障を検知することができる。

ここで、条件２及び第３の制御における故障検知可否については、詳細な説明を省略するが、条件２の制御では第２スイッチＳＷ２の短絡故障のみを検出することができ、条件３の制御ではいずれの短絡故障も検出することができない。

＜条件４の制御による故障検知可否＞
条件４において、第１スイッチＳＷ１が短絡故障している場合、接続点Ｐは、第１スイッチＳＷ１を介して電源装置１０に接続されると共に、放電回路Ｃ１を介して接地ラインに接続される。このとき、放電回路Ｃ１の第１抵抗Ｒ１は、電源電圧Ｖ_Ｓが印加された状態となる。そして、接続点Ｐの電圧値Ｖ_Ｐは、電源電圧Ｖ_Ｓとして計測されることになる。このため、故障検知部２３は、接続点Ｐにおける電圧値Ｖ_Ｐが正常時とは異なることを検知することができる。

条件４において、第２スイッチＳＷ２が短絡故障している場合、接続点Ｐは、第２スイッチＳＷ２を介して二次電池３に接続されると共に、放電回路Ｃ１を介して接地ラインに接続される。このとき、放電回路Ｃ１の第１抵抗Ｒ１は、電池電圧Ｖ_Ｂが印加された状態となる。そして、接続点Ｐの電圧値Ｖ_Ｐは、電池電圧Ｖ_Ｂとして計測されることになる。このため、故障検知部２３は、接続点Ｐにおける電圧値Ｖ_Ｐが正常時とは異なることを検知することができる。

条件４において、第３スイッチＳＷ３が短絡故障している場合、接続点Ｐは、接地ラインに接続されることにより、電圧値Ｖ_Ｐが０Ｖとして計測されることになる。このため、故障検知部２３は、接続点Ｐにおける電圧値Ｖ_Ｐが正常時と異なることを検知することができない。

条件４において、第４スイッチＳＷ４が短絡故障している場合、接続点Ｐは、短絡防止回路Ｃ２を介して電源装置１０に接続されると共に、放電回路Ｃ１を介して接地ラインに接続される。このとき、電源装置１０から、接続点Ｑ、短絡防止回路Ｃ２、接続点Ｐ、及び放電回路Ｃ１を経由して接地ラインへ繋がる導電路が形成されることになる。そして、接続点Ｐの電圧値Ｖ_Ｐは、電源電圧Ｖ_Ｓが第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２とにより分圧された電圧（α×電源電圧Ｖ_Ｓ）として計測されることになる。ここで、αは、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２との抵抗値の比により定まる定数である。このため、故障検知部２３は、接続点Ｐにおける電圧値Ｖ_Ｐが正常時とは異なることを検知することができる。

このように、制御装置２０は、充放電制御部２１が条件４の制御を行う場合に、ＡＤコンバータ２２が計測する接続点Ｐにおける電圧値Ｖ_Ｐに基づいて、故障検知部２３が第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、又は第４スイッチＳＷ４のいずれかの短絡故障を検知することができる。

＜条件５の制御による故障検知可否＞
条件５において、第１スイッチＳＷ１が短絡故障している場合、接続点Ｐは、並列に接続された第１スイッチＳＷ１及び短絡防止回路Ｃ２の両方をそれぞれ介して電源装置１０に接続される。そして、接続点Ｐの電圧値Ｖ_Ｐは、電源電圧Ｖ_Ｓとして計測されることになる。このため、故障検知部２３は、第１スイッチＳＷ１の短絡故障を検出できない。

条件５において、第２スイッチＳＷ２が短絡故障している場合、接続点Ｐは、第２スイッチＳＷ２を介して二次電池３に接続されると共に、短絡防止回路Ｃ２を介して電源装置１０に接続される。このとき、短絡防止回路Ｃ２の第２抵抗Ｒ２は、電源装置１０の電源電圧Ｖ_Ｓを電池電圧Ｖ_Ｂまで降圧する。そして、接続点Ｐの電圧値Ｖ_Ｐは、電池電圧Ｖ_Ｂとして計測されることになる。このため、故障検知部２３は、接続点Ｐにおける電圧値Ｖ_Ｐが正常時とは異なることを検知することができる。

条件５において、第３スイッチＳＷ３が短絡故障している場合、接続点Ｐは、短絡防止回路Ｃ２を介して電源装置１０に接続されると共に、放電回路Ｃ１を介して接地ラインに接続される。このとき、電源装置１０から、接続点Ｑ、短絡防止回路Ｃ２、接続点Ｐ、及び放電回路Ｃ１を経由して接地ラインへ繋がる導電路が形成されることになる。そして、接続点Ｐの電圧値Ｖ_Ｐは、電源電圧Ｖ_Ｓが第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２とにより分圧された電圧（α×電源電圧Ｖ_Ｓ）として計測されることになる。このため、故障検知部２３は、接続点Ｐにおける電圧値Ｖ_Ｐが正常時とは異なることを検知することができる。

条件５において、第４スイッチＳＷ４が短絡故障している場合、接続点Ｐは、電源装置１０に接続されることにより、電圧値Ｖ_Ｐが電池電圧Ｖ_Ｂとして計測されることになる。このため、故障検知部２３は、接続点Ｐにおける電圧値Ｖ_Ｐが正常時と異なることを検知することができない。

このように、制御装置２０は、充放電制御部２１が条件５の制御を行う場合に、ＡＤコンバータ２２が計測する接続点Ｐにおける電圧値Ｖ_Ｐに基づいて、故障検知部２３が第２スイッチＳＷ２及び第３スイッチＳＷ３の短絡故障を検知することができる。

次に、正常時及び故障時における電圧値Ｖ_Ｐの相違を踏まえ、制御装置２０が行うスイッチ短絡故障の故障検知方法の一例を説明する。充電器１は、例えば二次電池３を充電する直前、又はリフレッシュ放電を行う直前に、以下の故障検知方法を実行する。

まず、制御装置２０は、上記した条件１によって各スイッチを全てＯＦＦに制御すると共に、接続点Ｐにおける電圧値Ｖ_Ｐを計測する。そして、制御装置２０は、電圧値Ｖ_Ｐが電源電圧Ｖ_Ｓ又は電池電圧Ｖ_Ｂとして計測される場合、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、又は第４スイッチＳＷ４のいずれかが短絡しているとして、スイッチ故障を検知する。

次に、制御装置２０は、上記した条件５によって、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、及び第３スイッチＳＷ３をＯＦＦに制御し、第４スイッチをＯＮに制御すると共に、接続点Ｐにおける電圧値Ｖ_Ｐを計測する。そして、制御装置２０は、電圧値Ｖ_Ｐが電源電圧Ｖ_Ｓとは異なる電圧として計測される場合、第２スイッチＳＷ２又は第３スイッチＳＷ３が短絡しているとして、スイッチ故障を検知する。

そして、制御装置２０は、条件１及び条件５の両方においてスイッチ故障が検知されなかった場合には、各スイッチが正常であるとして、二次電池３の充電、又はリフレッシュ放電を開始する。

また、制御装置２０は、条件１及び条件５の少なくとも一方においてスイッチ故障が検知された場合には、短絡故障が生じたスイッチがあるものとして、二次電池３の充電、又はリフレッシュ放電を停止する。このとき、充電器１は、別途、故障通知手段を備えることによって、ユーザに故障の発生を通知してもよい。尚、故障通知手段としては、ＬＥＤの点灯、ディスプレイへの表示、又はブザー音の出力など、種々の態様が可能である。

このように、制御装置２０は、条件１及び条件５のそれぞれの制御において、接続点Ｐの電圧値Ｖ_Ｐを計測することにより、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ３、及び第４スイッチＳＷ４の全ての短絡故障を検知することができる。また、同様の理由により、条件４及び条件５のそれぞれの制御においても、全てのスイッチの短絡故障を検知することができる。尚、故障検知においては、条件１と条件５との順序、及び条件４と条件５との順序はいずれも問わない。

以上のように、本発明に係る充電器１は、電源装置１０に接続される第１スイッチＳＷ１、二次電池３に接続される第２スイッチＳＷ２、接地ラインに接続される放電回路Ｃ１に含まれる第３スイッチＳＷ３、及び電源装置１０に接続される短絡防止回路Ｃ２に含まれる第４スイッチＳＷ４を備えている。また、充電器１は、各スイッチが全てＯＦＦである場合に、電源装置１０、二次電池３、及び接地ラインのいずれにも接続されない接続点Ｐを有する回路構成である。このため、充電器１は、各スイッチへの開閉制御の組み合わせに対して、接続点Ｐの電圧値Ｖ_Ｐが、電源電圧Ｖ_Ｓ、電池電圧Ｖ_Ｂ、０Ｖ、又はα×電源電圧Ｖ_Ｓのいずれであるかを判別することにより、各スイッチの短絡故障を検知することができる。このとき、それぞれの電圧の大きさには十分な差があるため、充電器１は、ＡＤコンバータ２２が低分解能であっても、これらの電圧を判別することができる。従って、本発明に係る充電器１によれば、低分解能の安価なＡＤコンバータ２２であっても、スイッチの故障を検知することができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば上記の実施形態では、各スイッチの短絡故障に対する検知を行う態様を例示したが、一部のスイッチについては、ＯＮ制御に反してＯＦＦとなってしまう開放故障を検知することもできる。

より具体的には、本発明に係る充電器１は、第１スイッチＳＷ１のみをＯＮに制御する上記の条件２において、第１スイッチＳＷ１が開放故障している場合には、接続点Ｐの電圧値Ｖ_Ｐが電源電圧Ｖ_Ｓではなく０Ｖとなるため、第１スイッチＳＷ１の開放故障を検知することができる。

また、同様に、本発明に係る充電器１は、第２スイッチＳＷ２のみをＯＮに制御する上記の条件３において、第２スイッチＳＷ２が開放故障している場合には、接続点Ｐの電圧値Ｖ_Ｐが電池電圧Ｖ_Ｂではなく０Ｖとなるため、第２スイッチＳＷ２の開放故障を検知することができる。

また、同様に、本発明に係る充電器１は、第４スイッチＳＷ４のみをＯＮに制御する上記の条件５において、第４スイッチＳＷ４が開放故障している場合には、接続点Ｐの電圧値Ｖ_Ｐが電池電圧Ｖ_Ｂではなく０Ｖとなるため、第４スイッチＳＷ４の開放故障を検知することができる。

そして、本発明に係る充電器１は、上記の各条件における複数の短絡故障検知、及び複数の開放故障検知のいずれかを組み合わせてもよい。

１充電器
２外部電源
３二次電池
１０電源装置
２０制御装置
２１充放電制御部
２２ＡＤコンバータ
２３故障検知部
ＳＷ１〜ＳＷ４第１スイッチ〜第４スイッチ
Ｒ１、Ｒ２第１抵抗、第２抵抗
Ｃ１放電回路
Ｃ２短絡防止回路

Claims

二次電池を充電する電力を出力する電源装置と、
直列に接続された第１スイッチ及び第２スイッチを含み、前記電源装置から前記二次電池へ前記電力を供給する給電路と、
直列に接続された第１抵抗及び第３スイッチを含み、一端が前記第１スイッチと前記第２スイッチとの接続点に接続され、他端が接地ラインに接続される放電回路と、
直列に接続された第２抵抗及び第４スイッチを含み、前記第１スイッチに並列に接続される短絡防止回路と、
各スイッチの開閉を制御すると共に、前記接続点の電圧値を取得する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、各スイッチへの開閉制御の組み合わせに対して、前記接続点の電圧値が、各スイッチが正常である場合の前記接続点の電圧値と異なることを条件として、各スイッチの故障を検知する、故障検知機能付き充電器。
前記制御装置は、各スイッチを全てＯＦＦに制御する第１の組み合わせ条件において、前記接続点の電圧値が０Ｖと異なることを条件として、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、又は前記第４スイッチの故障を検知する、請求項１に記載の故障検知機能付き充電器。
前記制御装置は、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、及び前記第４スイッチをＯＦＦに制御し、前記第３スイッチをＯＮに制御する第２の組み合わせ条件において、前記接続点の電圧値が０Ｖと異なることを条件として、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、又は前記第４スイッチの故障を検知する、請求項１に記載の故障検知機能付き充電器。
前記制御装置は、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、及び前記第３スイッチをＯＦＦに制御し、前記第４スイッチをＯＮに制御する第３の組み合わせ条件において、前記接続点の電圧値が前記電源装置の電源電圧と異なることを条件として、前記第３スイッチの故障を検知する、請求項２又は３に記載の故障検知機能付き充電器。
二次電池を充電する電力を出力する電源装置と、
直列に接続された第１スイッチ及び第２スイッチを含み、前記電源装置から前記二次電池へ前記電力を供給する給電路と、
直列に接続された第１抵抗及び第３スイッチを含み、一端が前記第１スイッチと前記第２スイッチとの接続点に接続され、他端が接地ラインに接続される放電回路と、
直列に接続された第２抵抗及び第４スイッチを含み、前記第１スイッチに並列に接続される短絡防止回路と、
各スイッチの開閉を制御すると共に、前記接続点の電圧値を取得する制御装置と、を備える故障検知機能付き充電器において、
各スイッチへの開閉制御の組み合わせに対して、前記接続点の電圧値が、各スイッチが正常である場合の前記接続点の電圧値と異なることを条件として、各スイッチの故障を検知する、故障検知方法。
各スイッチを全てＯＦＦに制御する第１の組み合わせ条件において、前記接続点の電圧値が０Ｖと異なることを条件として、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、又は前記第４スイッチの故障を検知する、請求項５に記載の故障検知方法。
前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、及び前記第４スイッチをＯＦＦに制御し、前記第３スイッチをＯＮに制御する第２の組み合わせ条件において、前記接続点の電圧値が０Ｖと異なることを条件として、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、又は前記第４スイッチの故障を検知する、請求項５に記載の故障検知方法。
前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、及び前記第３スイッチをＯＦＦに制御し、前記第４スイッチをＯＮに制御する第３の組み合わせ条件において、前記接続点の電圧値が前記電源装置の電源電圧と異なることを条件として、前記第３スイッチの故障を検知する、請求項６又は７に記載の故障検知方法。