JP4993601B2 - トランスの異常検出方法及びこれに用いる充電器 - Google Patents

Description

この発明は、スイッチング式の充電方法（プッシュプル方式、フルブリッジ方式）におけるセンタータップ型のトランスの異常を検出するためのトランスの異常検出方法及びこれに用いる充電器に関するものである。

充電中に充電器故障を知らせることができる充電システムが特許文献１に開示されている。この充電システムは、バッテリの温度を検出し、充電器の異常を判断するものである。しかしながら、特許文献１の充電システムでは、温度異常のエラーを検出するだけなので、充電器のどの部分に異常が生じているかを知ることができない。

特開２００７−２８０８７３号公報

この発明は、上記従来技術を考慮したものであって、センタータップ型のトランスを用いたスイッチング式の充電器において、簡単な構成及び手法で確実にトランスの異常を検出することができるトランスの異常検出方法及びこれに用いる充電器を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１の発明では、充電器本体に充電すべきバッテリが接続されたことを検出し、商用電源からの交流電流をトランスの一次側に備わる整流回路で整流し、さらに平滑回路で平滑して直流電流とし、当該一次側の平滑回路で平滑された直流電流を、スイッチング回路にて前記トランスのセンタータップを挟んで形成される第一巻線及び第二巻線に交互に流して高周波の交流電流として前記トランスの二次側に伝達し、当該トランスを介して伝達された交流電流を前記トランスの二次側に備わる整流回路で整流し、さらに平滑回路で平滑して充電用の直流電流として前記バッテリに充電するスイッチング式の充電方法に適用され、前記二次側に備わる平滑回路で平滑された充電用の直流電流の波形を検出し、当該波形にリップルが検出されたら充電を停止することを特徴とするトランスの異常検出方法。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記充電用の直流電流の波形の検出は、前記バッテリが前記充電器本体に接続された直後に当該接続を確認するための微弱電流であるサーチ電流を流している間又は前記バッテリへの充電中に行われることを特徴としている。

請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、前記充電器本体の温度を検出し、当該充電器本体の温度が所定温度に達した場合に前記充電用の直流電流の波形の検出が行われることを特徴としている。

また、請求項４の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載のトランスの異常検出方法に用いる充電器であって、前記充電器本体内に、前記充電用の直流電流の波形の検出のための波形検出装置が備わり、当該波形検出装置の検出結果に基づいて前記充電を停止するためのマイコンが備わることを特徴とする充電器を提供する。

請求項５の発明では、請求項４の発明において、前記充電器本体表面又は当該充電器本体を構成する発熱部品に温度検知装置が取り付けられ、当該温度検知装置による測定結果は前記マイコンに伝達可能であることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、平滑回路で平滑された充電用の直流電流の波形を検出し、リップル波形が検出されたら充電を停止するため、充電中における充電器本体の異常発熱を防止し、その後の二次災害も防止することができる。スイッチング式の充電方法において、トランスのセンタータップを挟んで形成される第一巻線と第二巻線に、例えば巻線数やインピーダンスが異なるようなアンバランスが生じている場合、あるいはコアの材質を間違えて入れてしまい、偏磁が生じている場合、第一巻線と第二巻線のいずれか一方に負荷が偏り、発電量も変わってくる。特に、大容量のトランスではこの現象が顕著である。これを放置すると、充電器本体の温度が異常に高くなり、その熱により、充電器本体を構成する機器が破損することがある。これを防止するため、二次側で整流、平滑化されたはずの波形にリップルが検出された場合に、充電を停止し、上記効果を得るものである。また、リップル波形を検出することにより、充電器本体の故障箇所をトランスと断定することができ、その後の充電器本体の修理箇所を特定でき、有益である。

請求項２の発明によれば、充電用の直流電流の波形の検出は、バッテリが充電器本体に接続された直後に当該接続を確認するための微弱電流であるサーチ電流を流している間に行われるため、バッテリへの充電を開始する前に、トランスの異常を検出することができ、予め充電中の異常発熱を予防して、機器の破損を防止し、その後の二次災害も確実に防止することができる。また、バッテリへの充電中にトランスに劣化等が発生して異常となった場合にも適用できる。

請求項３の発明によれば、充電器本体の温度を検出し、充電器本体の温度が所定温度に達した場合に充電用の直流電流の波形の検出が行われる。このため、充電器本体の温度を検出しながらリップル波形を検出するので、異常発熱による機器の破損に至る手前で充電を停止することができる。この温度の検出は、時間に対する温度の変化量（ΔＴ）を検出してもよく、急激な温度上昇があったときにリップル波形を検出し、トランスの異常を検出して充電を停止してもよい。

請求項４の発明によれば、波形検出装置により確実に充電用の直流電流のリップル波形を検出し、このリップル波形が検出された場合にマイコンにより確実に充電を停止することができる。このため、トランスの異常を検出して、充電中の異常発熱を防止し、その後の二次災害も防止することができる。

請求項５の発明によれば、温度検知装置により確実に充電器本体の温度を検出し、この温度測定結果と、リップル波形の検出により、マイコンにより確実に充電を停止することができるため、トランスの異常を検出して、充電中の異常発熱を防止し、その後の二次災害も防止することができる。

この発明は、充電器本体に充電すべきバッテリが接続されたことを検出し、商用電源からの交流電流をトランスの一次側に備わる整流回路で整流し、さらに平滑回路で平滑して直流電流とし、当該一次側の平滑回路で平滑された直流電流を、スイッチング回路にて前記トランスのセンタータップを挟んで形成される第一巻線及び第二巻線に交互に流して高周波の交流電流として前記トランスの二次側に伝達し、当該トランスを介して伝達された交流電流を前記トランスの二次側に備わる整流回路で整流し、さらに平滑回路で平滑して充電用の直流電流として前記バッテリに充電するスイッチング式の充電方法に適用され、前記二次側に備わる平滑回路で平滑された充電用の直流電流の波形を検出し、当該波形にリップルが検出されたら充電を停止するトランスの異常検出方法及びこれに用いる充電器である。

図１はこの発明に係るトランスの異常検出方法のフローチャートである。

ステップＳ１：
充電器本体の出力端子にバッテリが接続される。

ステップＳ２：
ステップＳ１でバッテリが接続されると、この接続が確実に行われているか等の情報を得るためのわずかな電流（微弱電流）であるサーチ電流を流す。このとき、同時にバッテリの電圧もチェックされる。このチェックは、例えば充電器本体に備わる電圧センサ等により行われる。

ステップＳ３：
トランスの二次側で整流、平滑されたサーチ電流の波形にリップルが発生しているかどうかを検出する。

ステップＳ４：
ステップＳ３でリップル波形が検出された場合、充電を停止する。これにより、バッテリへの充電を開始する前に、トランスの異常を検出することができ、予め充電中の異常発熱を予防して、機器の破損を防止し、その後の二次災害も確実に防止することができる。

ステップＳ５：
サーチ電流でリップルが発生していない場合、バッテリに対して充電を開始する。

ステップＳ６：
充電中に充電器本体が所定温度に到達したかを検出する。この所定温度は、通常の充電中では到達することのない高温を設定してもよいし、時間に対する温度の変化量（ΔＴ）が所定値以上か否かとして検出してもよい。

ステップＳ７：
ステップＳ６で充電器本体が所定温度に到達していた場合、トランスの二次側で整流、平滑された充電電流の波形にリップルが発生しているかどうかを検出する。リップル波形が検出されたら、トランスの異常と判断しステップＳ４に戻り充電を停止する。これにより、急激な温度上昇があったときにリップル波形を検出し、トランスの異常を検出して充電を停止することができる。この検出は、充電中にトランスに異常が発生した場合に有効である。なお、温度のパラメータだけでトランスの異常を判定しないのは、温度だけでは、例えば外気温度が高い場合も所定温度に到達することがあるからである。

ステップＳ８：
ステップＳ６で充電器本体が所定温度に到達してなく、又はステップＳ７でリップル波形が検出されない場合、バッテリへの充電が満充電か否かを判断する。満充電に達してない場合は、ステップＳ５に戻り充電を続行する。

ステップＳ９：
ステップＳ８で満充電が確認されたら、充電を終了する。

図２はこの発明に係るトランスの異常検出方法に用いる充電器の概略構成図である。

この発明に係る急速充電方法に用いる充電器は、入力端子２と、出力端子３とを備えた充電器本体１からなる。入力端子２と出力端子３は、トランス４を介して接続される。トランス４の一次側には、フィルタ回路５、ブリッジダイオード（一次側の整流回路）６、コンデンサ（一次側の平滑回路）７ａ、７ｂ、抵抗部材８ａ、８ｂ、スイッチング回路９が備わる。トランス４の二次側には、整流回路１０、平滑回路１１、出力回路１２が備わる。一方で、充電器本体１内には、内部電源回路１３と、マイコン１４が備わる。充電すべきバッテリ（図示省略）は、出力端子３に接続される。入力端子２は、商用電源（図示省略）に接続される。

バッテリに対して充電を行う場合、入力端子２からの供給電源は、フィルタ回路５を通ってノイズを除去され、電流は２個配設されたコンデンサ７ａ，７ｂに対し、交互に蓄電される。このとき、グランド側はブリッジダイオード６を通るので、コンデンサ７ａ，７ｂに蓄電される電流は直流となっている。コンデンサ７ａ，７ｂに蓄電された電流は、トランス４の一次巻線の中点に流れる。すなわち、トランス４はセンタータップ型であり、第一巻線４ａと第二巻線４ｂで形成される。

一方で、入力端子２からの供給電源は、内部電源回路１３にも供給される。内部電源回路１３は、充電器本体１内の電源を確保するためのものであり、スイッチング回路１３、マイコン１４と接続される。

スイッチング回路９により、トランス４の中点から所定時間ずつ第一巻線４ａと第二巻線４ｂに交互に電流が流される（矢印Ａ方向とＢ方向）。このスイッチング回路９は、ＦＥＴ等のゲート駆動回路であり、ゲートに対し電圧が印加されることにより、トランス４の中点から電流を流す方向を所定時間ごとに切り換えるものである。

上記作用により、電源電圧（電流）は、トランス４により充電用の出力電圧（高周波の交流電流）に変換され、トランス４の二次側に備わる整流回路１０により整流される。このようにして整流された電圧（電流）は、平滑回路１１により平滑され、充電用の直流電流となって、出力回路１２から出力端子３を介してバッテリに充電される。このとき、マイコン１４により、出力端子３に接続されたバッテリの電圧をみながら、充電量が判断される。このマイコン１４は、例えば出力端子３に対する電圧や電流を制御するための制御回路である。

マイコン１４には、波形検出装置１５が備わる（内蔵される）。この波形検出装置１５は、トランス４の二次側の整流回路１０で整流され、平滑回路１１で平滑化された充電用の直流電流の波形を検出するものである。整流回路１０及び平滑回路１１で整流、平滑された充電電流は直流であるため、波形は直線のはずである。しかし、トランスの第一巻線４ａと第二巻線４ｂに、巻線数やインピーダンスが異なる等のアンバランスが生じていた場合、あるいはトランス４の巻線のコアの材質を間違えて入れてしまい、偏磁が生じている場合、第一巻線４ａと第二巻線４ｂのいずれか一方に負荷が偏り、発電量も変わってくる。これを放置すると、充電器本体１の温度が非常に高くなり、その熱により、充電器本体１を構成する機器が破損することがある。このような場合、上述した波形にノイズに近いリップルが発生する。波形検出装置１５は、このリップル波形を検出する。リップル波形が検出されたら、マイコン１４が充電を停止する。これにより、トランスの異常による充電器本体の異常発熱による破損、及びこれが原因となる二次災害を防止することができる。

スイッチング回路９には温度検知装置１６が取り付けられる。温度検知装置１６で測定された温度は、マイコン１４に伝達される。この温度検知装置１６で、スイッチング回路９の温度を検知し、この検知結果を上述したトランス４の異常検出方法に用いる。すなわち、充電中に急激にスイッチング回路９が発熱した場合は、トランス４の経年劣化やコイルの絶縁性が変化した等でトランス４の第一巻線４ａと第二巻線４ｂにアンバランスが発生した可能性があることから、この温度測定結果に基づいて波形検出装置１５によりリップル波形を検出し、トランス４の異常を検出できる。温度検知装置１６による温度検出は、スイッチング回路９が通常の充電中では到達することのない高温に達したか否か、あるいは所定時間に対する温度の変化量（ΔＴ）が所定値以上か否か等、どのような項目を検出するようにしてもよい。なお、温度検知装置１６で異常と判断し、リップル波形の検出に移行する前に、各素子の故障率を少なくする目的で、素子の定格よりも十分低いストレスで意図的に使用する（例えば低電流とする）ディレーティングを行ってもよい。このディレーティング中にリップル波形の検出を行うことにより、リップル波形の検出中に充電器本体が異常発熱によって破損することを防止できる。

温度検知装置１６を設置する箇所は、スイッチング回路９を構成する各素子だけでなく、整流ダイオード、ブリッジダイオード、トランス、チョークコイル、ラインフィルタ等の発熱部品の表面、あるいはその周辺、あるいはこれらを覆うケースの表面に取り付けてもよい。いずれの箇所の温度を測定しても、充電器本体１の急激な温度上昇を検知し、リップル波形を検出してトランスの異常を検出することができる。特に、最も発熱しやすい箇所に温度検知装置を取り付ければ、より確実に充電器本体の温度上昇による破損を防止することができる。

この発明に係るトランスの異常検出方法のフローチャートである。 この発明に係るトランスの異常検出方法に用いる充電器の概略構成図である。

符号の説明

１：充電器本体、２：入力端子、３：出力端子、４：トランス、４ａ：第一巻線、４ｂ：第二巻線、５：フィルタ回路、６：ブリッジダイオード、７ａ，７ｂ：コンデンサ、８ａ，８ｂ：抵抗部材、９：スイッチング回路、１０：整流回路、１１：平滑回路、１２：出力回路、１３：内部電源回路、１４：マイコン、１５：波形検出装置、１６：温度検知装置

Claims (5)

1. 充電器本体に充電すべきバッテリが接続されたことを検出し、
   商用電源からの交流電流をトランスの一次側に備わる整流回路で整流し、さらに平滑回路で平滑して直流電流とし、
   当該一次側の平滑回路で平滑された直流電流を、スイッチング回路にて前記トランスのセンタータップを挟んで形成される第一巻線及び第二巻線に交互に流して高周波の交流電流として前記トランスの二次側に伝達し、
   当該トランスを介して伝達された交流電流を前記トランスの二次側に備わる整流回路で整流し、さらに平滑回路で平滑して充電用の直流電流として前記バッテリに充電するスイッチング式の充電方法に適用され、
   前記二次側に備わる平滑回路で平滑された充電用の直流電流の波形を検出し、
   当該波形にリップルが検出されたら充電を停止することを特徴とするトランスの異常検出方法。
2. 前記充電用の直流電流の波形の検出は、前記バッテリが前記充電器本体に接続された直後に当該接続を確認するための微弱電流であるサーチ電流を流している間又は前記バッテリへの充電中に行われることを特徴とする請求項１に記載のトランスの異常検出方法。
3. 前記充電器本体の温度を検出し、当該充電器本体の温度が所定温度に達した場合に前記充電用の直流電流の波形の検出が行われることを特徴とする請求項１又は２に記載のトランスの異常検出方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のトランスの異常検出方法に用いる充電器であって、
   前記充電器本体内に、前記充電用の直流電流の波形の検出のための波形検出装置が備わり、
   当該波形検出装置の検出結果に基づいて前記充電を停止するためのマイコンが備わることを特徴とする充電器。
5. 前記充電器本体表面又は当該充電器本体を構成する発熱部品に温度検知装置が取り付けられ、当該温度検知装置による測定結果は前記マイコンに伝達可能であることを特徴とする請求項４に記載の充電器。

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