JP5835009B2 - 電源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、平滑用コンデンサにプリチャージを行うプリチャージ回路を備える電源装置に関する。
例えば、図１０に示すように電動車両のインバータ１１０では、その入力側の端子間に、電圧の変動を平滑化してインバータ１１０の作動を安定させるための大容量の電荷コンデンサからなる平滑用コンデンサ１２０が設けられている。そして、電動車両を走行させる場合、図示しないメインスイッチがオン操作されると、制御部２００がインバータ動作開始のためリレー１３０を閉じて平滑用コンデンサ１２０を充電する。この場合、平滑用コンデンサ１２０を組電池で直接充電すると大電流が流れてメインリレー部１４０の接点が損傷する虞があるため、まずプリチャージリレー１５０を閉じてプリチャージ抵抗１６０等で電流を制限して平滑用コンデンサ１２０をプリチャージし、プリチャージが終了した後にリレー１３０のメインリレー部１４０を閉じることによりその接点の損傷を防止するようにしている。
このように平滑用コンデンサを充電するためのプリチャージ動作には主に下記の３種類の方法がある。
（１） 制御回路が予め決めた時間だけプリチャージ電流を平滑用コンデンサ１２０に供給するように前記リレーを制御する方法（以下、第１の従来技術という）
（２） プリチャージ電流を検出する電流センサ２１０を図１０に示すように回路に設けて、プリチャージ電流が小さくなるまで制御部２００が監視して、前記リレーを制御する方法（特許文献１、特許文献２の方法、以下、第２の従来技術という）
（３） プリチャージリレー１５０のコンタクタ１７０とプリチャージ抵抗１６０からなる直流回路（プリチャージ回路）とバッテリの負極間の電圧を検出する電圧センサ２２０を設けて、プリチャージ前後の電圧値差が小さくなるまでプリチャージを行う方法（特許文献３の方法、以下、第３の従来技術という）
なお、図１０において平滑用コンデンサ１２０と並列に接続された電圧センサ１９０は、インバータの制御や、回路の異常検出のために設けられたものである。
特開平１０−３０４５０１号公報 特許３７３６９３３号 特開２００８−１９３８４６号公報
ところが、第１の従来技術では、バッテリ電圧が上昇していた場合、プリチャージ不十分の状態でメインリレー部１４０をオンすることになる。また、バッテリの最大電圧時を考慮してプリチャージ時間を設定した場合、逆にバッテリ電圧が通常電圧時となっているときには、長いプリチャージ時間となってしまう問題がある。第２の従来技術では、電流センサが必要となり、コストアップの問題がある。また、第３の従来技術では、インバータの制御や異常検出のために電圧センサ１９０が設けられていることが一般的であるが、この電圧センサとは別に電圧センサをプリチャージ用に設ける必要があるため、コストアップになる問題がある。なお、従来例としては、電源装置に接続されるものとして車両用のインバータを挙げたが、この問題は車両用のインバータに限定されるものではなく、他の用途のインバータ或いはコンバータ等においても同様の問題がある。
本発明の目的は、プリチャージのために新たな部品や回路を追加する必要がないとともに、バッテリ電圧が変化しても、最短時間でプリチャージができる電源装置を提供することにある。
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、負荷に対して並列接続される平滑用コンデンサと、前記負荷に対して直流電力を付与するバッテリと、前記バッテリと前記平滑用コンデンサ間をオンオフするメインリレー部と、前記メインリレー部と並列に接続されたプリチャージ抵抗とプリチャージリレー部の直列回路を含むプリチャージ回路と、前記メインリレー部と前記プリチャージリレー部のオンオフ制御を行う制御部を備えた電源装置において、前記メインリレー部がオフで前記プリチャージリレー部がオンのときのプリチャージ時に前記平滑用コンデンサのコンデンサ電圧を検出する電圧センサと、前記プリチャージ時に前記電圧センサが取得したコンデンサ電圧及び前記プリチャージ回路に含まれるプリチャージ抵抗の抵抗値に基づいてバッテリ電圧を算出するバッテリ電圧算出部と、算出された最新のバッテリ電圧と、前記電圧センサが取得した最新のコンデンサ電圧の電位差が第１プリチャージ終了判定閾値以下になったか否かに基づいてプリチャージの終了判定を行うプリチャージ終了判定部を備え、前記制御部は、前記プリチャージ終了判定部のプリチャージ終了判定があったときは、前記プリチャージリレー部をオフすることを特徴とする電源装置を要旨としている。
請求項２の発明は、請求項１において、前記プリチャージ回路は、ＰＴＣサーミスタが含まれており、前記電圧センサが取得したコンデンサ電圧に基づいて前記ＰＴＣサーミスタの抵抗値を算出する抵抗値算出部を備え、前記バッテリ電圧算出部は、前記抵抗値算出部が算出したＰＴＣサーミスタの抵抗値を含むプリチャージ抵抗と前記電圧センサが取得したコンデンサ電圧に基づいてバッテリ電圧を算出することを特徴とする。
請求項３の発明は、負荷に対して並列接続される平滑用コンデンサと、前記負荷に対して直流電力を付与するバッテリと、前記バッテリと前記平滑用コンデンサ間をオンオフするメインリレー部と、前記メインリレー部と並列に接続されたプリチャージ抵抗とプリチャージリレー部の直列回路を含むプリチャージ回路と、前記メインリレー部と前記プリチャージリレー部のオンオフ制御を行う制御部を備えた電源装置において、前記メインリレー部がオフで前記プリチャージリレー部がオンのときのプリチャージ時に前記平滑用コンデンサのコンデンサ電圧を検出する電圧センサと、前記プリチャージ時に前記電圧センサが取得したコンデンサ電圧及び前記プリチャージ回路に含まれるプリチャージ抵抗の抵抗値に基づいてバッテリ電圧を算出するバッテリ電圧算出部と、算出した前記バッテリ電圧の変化状態量に基づいてプリチャージの終了判定を行うプリチャージ終了判定部を備え、前記プリチャージ回路のプリチャージ抵抗は、ＰＴＣサーミスタであり、前記バッテリ電圧算出部は、前記ＰＴＣサーミスタのキュリー温度の抵抗値をプリチャージ抵抗とし、該プリチャージ抵抗の抵抗値と前記電圧センサが取得したコンデンサ電圧に基づいてバッテリ電圧を算出し、前記プリチャージ終了判定部は、前記バッテリ電圧算出部が算出したバッテリ電圧の前回値から今回値の差分を変化状態量として算出を行い、算出された差分と前記キュリー温度から導き出された第２プリチャージ終了判定閾値とを比較し、前記算出された差分が第２プリチャージ終了判定閾値より小さい場合、ＰＴＣサーミスタの温度がキュリー温度以上であるとしてプリチャージ終了判定し、前記制御部は、前記プリチャージ終了判定の判定があったときは、前記プリチャージリレー部をオフし、前記プリチャージ終了判定が判定なかったときは、プリチャージを開始してからの経過時間が予め設定されたプリチャージ時間を経過した場合、前記制御部は、前記メインリレー部をオンするとともに前記プリチャージリレー部をオフすることを特徴とする。
請求項４の発明は、負荷に対して並列接続される平滑用コンデンサと、前記負荷に対して直流電力を付与するバッテリと、前記バッテリと前記平滑用コンデンサ間をオンオフするメインリレー部と、前記メインリレー部と並列に接続されたプリチャージ抵抗とプリチャージリレー部の直列回路を含むプリチャージ回路と、前記メインリレー部と前記プリチャージリレー部のオンオフ制御を行う制御部を備えた電源装置において、前記メインリレー部がオフで前記プリチャージリレー部がオンのときのプリチャージ時に前記平滑用コンデンサのコンデンサ電圧を検出する電圧センサと、前記プリチャージ時に前記電圧センサが取得したコンデンサ電圧及び前記プリチャージ回路に含まれるプリチャージ抵抗の抵抗値に基づいてバッテリ電圧を算出するバッテリ電圧算出部と、算出した前記バッテリ電圧の変化状態量に基づいてプリチャージの終了判定を行うプリチャージ終了判定部を備え、前記プリチャージ回路のプリチャージ抵抗は、ＰＴＣサーミスタであり、前記バッテリ電圧算出部は、前記ＰＴＣサーミスタのキュリー温度の抵抗値をプリチャージ抵抗とし、該プリチャージ抵抗の抵抗値と前記電圧センサが取得したコンデンサ電圧に基づいてバッテリ電圧を算出し、前記プリチャージ終了判定部は、前記バッテリ電圧算出部が算出したバッテリ電圧の前回値と今回値の比を変化状態量として算出を行い、算出された前回値／今回値と前記キュリー温度から導き出された第２プリチャージ終了判定閾値とを比較し、前記算出された前回値／今回値が第２プリチャージ終了判定閾値より大きい場合、ＰＴＣサーミスタの温度がキュリー温度以上であるとしてプリチャージ終了判定し、前記制御部は、前記プリチャージ終了判定の判定があったときは、前記プリチャージリレー部をオフし、前記プリチャージ終了判定が判定なかったときは、プリチャージを開始してからの経過時間が予め設定されたプリチャージ時間を経過した場合、前記制御部は、前記メインリレー部をオンするとともに前記プリチャージリレー部をオフすることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項において、前記メインリレー部がオフしている状態で前記平滑用コンデンサの残電荷放電を行わせる放電処理部と、前記残電荷放電の処理後のコンデンサ電圧が溶着判定閾値以上のとき、前記メインリレー部の接点が溶着していると判定する溶着判定部を備えることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のうちいずれか１項において、 前記プリチャージリレー部をオンした後、すなわちプリチャージを開始した後のコンデンサ電圧が、バッテリ電圧算出許容閾値以上になったか否かを判定し、バッテリ電圧算出許容閾値以上のとき、前記バッテリ電圧算出部のバッテリ電圧の算出を許容する算出許容判定部と、前記プリチャージを開始した後のコンデンサ電圧がバッテリ電圧算出許容閾値以上になっていないことを前記算出許容判定部が判定したときにおいて、プリチャージを開始したときからの経過時間が異常判定時間を経過している場合にバッテリに関する異常、或いはプリチャージ回路を異常と判定する異常判定部を備えることを特徴とする。
請求項１の発明によれば、プリチャージのために新たな部品や回路を追加する必要がないとともに、バッテリ電圧が変化しても、最短時間でプリチャージができる。
また、算出された最新のバッテリ電圧と、電圧センサが取得した最新のコンデンサ電圧の電位差が第１プリチャージ終了判定閾値以下になったか否かを判定することにより、最新のバッテリ電圧の状態に基づいてプリチャージ終了の判定を好適に行うことができる。
請求項２の発明によれば、プリチャージリレー部のオンオフが繰り返された際に、プリチャージ電流が頻繁に流れてＰＴＣサーミスタの温度が上がると、その抵抗が増大することにより流れる電流も小さくなるため、過熱が抑制されて過熱によるプリチャージ回路のプリチャージ抵抗の破損が防止できるとともに、ＰＴＣサーミスタが高温になっても、プリチャージができる。
請求項３，４の発明によれば、ＰＴＣサーミスタの温度がキュリー温度を超えて高温になっている際に、それに応じたプリチャージの終了判定ができる。また、プリチャージのために新たな部品や回路を追加する必要がないとともに、バッテリ電圧が変化しても、最短時間でプリチャージができる。
請求項５の発明によれば、残電荷放電処理後のコンデンサ電圧が溶着判定閾値以上のとき、メインリレー部の接点が溶着していると判定するため、メインリレー部の溶着異常の検知ができる。
請求項６の発明によれば、プリチャージを開始した後のコンデンサ電圧がバッテリ電圧算出許容閾値以上になっていないことを算出許容判定部が判定したときにおいて、プリチャージを開始したときからの経過時間が異常判定時間を経過している場合に、バッテリに関する異常、或いはプリチャージ回路を異常と判定できるため、バッテリの未接続或いは逆接続、若しくはプリチャージ回路故障の検知ができる。
本発明を具体化した第１実施形態の電源装置の電気回路図。 コンデンサ電圧とバッテリ電圧の計算値の時間軸上の関係を示す説明図。 第１実施形態のプリチャージ処理のフローチャート。 第２実施形態の電源装置の電気回路図。 コンデンサ電圧、バッテリ電圧の計算値、及び抵抗値の計算値の時間軸上の関係を示す説明図。 ＰＴＣサーミスタの特性図。 第２実施形態のプリチャージ処理のフローチャート。 コンデンサ電圧とバッテリ電圧の計算値の時間軸上の関係を示す説明図。 第２実施形態のプリチャージ処理のフローチャート。 従来例の電源装置の電気回路図。
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した一実施形態の電源装置を図１〜図３を参照して説明する。
電源装置は、図１に示すように、直流電源であるバッテリ１０と、このバッテリ１０の出力側に接続されて、負荷１１への電力供給を行うメインリレー部１２と、メインリレー部１２に対して並列に接続されたプリチャージ回路１３を備えている。なお、本実施形態では、負荷１１は、図示しない交流モータに電力を供給するインバータとしているが、限定されるものではない。プリチャージ回路１３は、プリチャージ抵抗としての抵抗１４とプリチャージリレー部１５の直列回路からなる。本実施形態では、メインリレー部１２及びプリチャージリレー部１５は、それぞれ電磁開閉器（マグネットスイッチ、コンタクタともいう）からなるが、半導体からなる無接点リレーで構成してもよい。
負荷１１の入力側端子間には、大容量の電解コンデンサからなる平滑用コンデンサ１６と、その両端電圧を検出する電圧センサ１７が並列に接続されている。 また、電源装置は、プリチャージ時及びプリチャージ終了後に前記メインリレー部１２とプリチャージリレー部１５を制御する制御部２０を備えている。制御部２０は、ＥＣＵ等のコンピュータにより構成されている。制御部２０は、バッテリ電圧算出部、プリチャージ終了判定部、放電処理部、溶着判定部、算出許容判定部及び異常判定部に相当する。
（第１実施形態の作用）
さて、上記のように構成された電源装置の作用を説明する。
図３は、制御部２０が備える図示しないＲＯＭ等に格納されたプリチャージ処理プログラムに従って行うプリチャージ処理のフローチャートであり、プリチャージを行う場合に実行される。
この処理が開始されると、制御部２０は、Ｓ１０において、メインリレー部１２、及びプリチャージリレー部１５をともにオフにした状態で、負荷１１を制御して、平滑用コンデンサ１６の放電処理を所定時間行う。この所定時間は、平滑用コンデンサ１６が通常時、すなわち、メインリレー部１２、プリチャージリレー部１５の溶着異常がない正常時に平滑用コンデンサ１６の残電荷を処理できる時間に予め設定されている。
制御部２０は、前記所定時間で放電処理が終了した後、Ｓ１２でメインリレー部１２の接点の溶着異常判定処理を行う。この異常判定処理は、電圧センサ１７が検出したコンデンサ電圧Ｖｃを読み込み、当該コンデンサ電圧Ｖｃが、予め設定されている溶着異常判定値Ｖｃｒ以上か否かを判定する処理である。溶着異常判定値Ｖｃｒは溶着判定閾値に相当する。なお、コンデンサ電圧Ｖｃは、電圧センサ１７により、制御部２０の制御周期Ｔｓで検出されている。
コンデンサ電圧Ｖｃが溶着異常判定値Ｖｃｒ以上の場合、Ｓ１０の残電荷放電処理を行った後も残電荷があるため、制御部２０はメインリレー部１２の接点が溶着していると、判定するのである。この場合は、メインリレー部１２の接点が溶着しているため、制御部２０は、図示しない警告装置に溶着していることを警告報知する処理を行った後、このフローチャートの処理を終了する。
また、コンデンサ電圧Ｖｃが、予め設定されている溶着異常判定値Ｖｃｒ未満の場合には、メインリレー部１２の接点が溶着していないと制御部２０は判定し、Ｓ１４に移行する。
Ｓ１４では、制御部２０は、プリチャージリレー部１５をオン作動させた後、Ｓ１６に移行する。なお、制御部２０はプリチャージリレー部１５をオン作動させたときと同時に、図示しないタイマのカウントを開始する。
Ｓ１６では、制御部２０は、最新のコンデンサ電圧Ｖｃを読み込みし、Ｓ１８に移行する。Ｓ１８では、制御部２０は、読み込みしたコンデンサ電圧Ｖｃが、バッテリ電圧を計算し始める閾値Ｖｒｅｆ１以上か否かを判定する。この閾値Ｖｒｅｆ１よりもコンデンサ電圧Ｖｃが低い場合は、コンデンサ電圧Ｖｃが低すぎて、後述するバッテリ電圧の算出結果である計算値と、実バッテリ電圧値の差が正確性の観点から許容できるものではないため、除外するのである。閾値Ｖｒｅｆ１は、予め試験等により得られた値である。閾値Ｖｒｅｆ１は、バッテリ電圧算出許容閾値に相当する。
Ｓ１６で、コンデンサ電圧Ｖｃが、バッテリ電圧を計算し始める閾値Ｖｒｅｆ１未満の場合、制御部２０は判定を「ＮＯ」とし、Ｓ２０に移行する。
Ｓ２０では、制御部２０は、プリチャージリレー部１５をオンにしてからの経過時間ｔが異常判定値ｔｒ以下であるか否かを判定する。異常判定値ｔｒは、バッテリ１０が正常に接続された状態で、かつプリチャージ回路１３が正常である場合（例えばプリチャージリレー部１５が溶着していない場合を含む）において、コンデンサ電圧Ｖｃが、閾値Ｖｒｅｆ１以上に達するに要する時間に予め設定されている。この異常判定値ｔｒは、予め試験等により得られた値であり、異常判定時間に相当する。
前記経過時間ｔが異常判定値ｔｒ未満の場合は、Ｓ１６に戻る。一方、前記経過時間ｔ１が異常判定値ｔｒを超える場合は、コンデンサ電圧Ｖｃが、バッテリ電圧を計算し始める閾値Ｖｒｅｆ１を超えない時間（経過時間）が長過ぎるとして、この原因が、バッテリ１０が未接続、或いは、逆に正極、負極が逆に接続されている、若しくは、プリチャージ回路１３が異常であるとして、制御部２０はＳ２２に移行する。Ｓ２２では、制御部２０は、図示しない警告装置に異常であることを警告報知する処理を行った後、このフローチャートの処理を終了する。
Ｓ１８において、制御部２０は、読み込みしたコンデンサ電圧Ｖｃが、バッテリ電圧を計算し始める閾値Ｖｒｅｆ１以上の場合は、判定を「ＹＥＳ」とし、Ｓ２４に移行する。
Ｓ２４では、制御部２０はコンデンサ電圧Ｖｃの前回読み込みから時間Ｔｓ経過しているか否かを判定し、時間Ｔｓ経過していなければ待機する。Ｓ２４で、コンデンサ電圧Ｖｃの前回読み込みから時間Ｔｓ経過した場合には、制御部２０はＳ２６に移行し、最新のコンデンサ電圧Ｖｃを読み込む。
次の、Ｓ２８では制御部２０はバッテリ電圧Ｖｂを算出する。
ここで、Ｓ２８で使用するバッテリ電圧Ｖｂの算出式（３）について説明する。この算出式（３）の導出は、下記のようにして行われている。
バッテリ電圧Ｖｂ［Ｖ］としたとき、バッテリ１０を抵抗１４を介して平滑用コンデンサ１６に充電したときのｔ（秒）時点におけるコンデンサ電圧Ｖｃ［Ｖ］は、式（１）で表すことができる。なお、Ｒ［Ω］は抵抗１４の抵抗値であり、Ｃ（Ｆ）は平滑用コンデンサ１６の容量であって、ともに既知であるため、予めプリチャージ処理プログラムに記述されている。
オイラー法を用いると、制御ｎ回目でのコンデンサ電圧Ｖｃｎは、式（２）で表される。
式（２）をＶｂについて解くと、
となる。
図２は、バッテリ電圧（算出値）と、コンデンサ電圧Ｖｃとの関係が示されている。同図の例では、バッテリ電圧を１００Ｖとしている。同図に示すように、コンデンサ電圧Ｖｃは、プリチャージを開始して電圧値が０から、徐々に上昇してカーブを描きながら、バッテリ電圧に収束する。この場合、時刻ｎ−１の時のコンデンサ電圧Ｖｃｎ−１と時間Ｔｓ経過後の時刻ｎ時のコンデンサ電圧Ｖｃｎを取得して、この値に基づいて、式（３）により、バッテリ電圧が求めることができる。
Ｓ２８でバッテリ電圧Ｖｂを算出後、制御部２０は、Ｓ３０に移行して、算出したバッテリ電圧ＶｂとＳ２８で読み込みした最新のコンデンサ電圧Ｖｃとの電位差（Ｖｂ−Ｖｃ）が電位差閾値Ｖｒｅｆ２以下か否かを判定する。ここで、電位差閾値Ｖｒｅｆ２は第１プリチャージ終了判定閾値に相当する。
算出したバッテリ電圧ＶｂとＳ２８で読み込みした最新のコンデンサ電圧Ｖｃとの電位差（Ｖｂ−Ｖｃ）が電位差閾値Ｖｒｅｆ２を超えている場合は、コンデンサ電圧Ｖｃとバッテリ電圧との電位差が大きすぎて、プリチャージが十分に行われていないものとして、制御部２０はＳ２４にリターンする。
算出したバッテリ電圧ＶｂとＳ２８で読み込みした最新のコンデンサ電圧Ｖｃとの電位差（Ｖｂ−Ｖｃ）が電位差閾値Ｖｒｅｆ２以下の場合は、プリチャージが十分に行われたものとして、制御部２０はプリチャージの終了判定を行いＳ３２に移行する。
Ｓ３２では、制御部２０はメインリレー部１２をオンするとともにＳ３４では、プリチャージリレー部１５をオフして、このフローチャートを終了する。
本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１） 本実施形態の電源装置は、負荷１１に対して並列接続される平滑用コンデンサ１６と、負荷１１に対して直流電力を付与するバッテリ１０と、バッテリ１０と平滑用コンデンサ１６間をオンオフするメインリレー部１２と、メインリレー部１２と並列に接続された抵抗１４とプリチャージリレー部１５の直列回路を含むプリチャージ回路１３と、メインリレー部１２とプリチャージリレー部１５のオンオフ制御を行う制御部２０を備える。また、電源装置は、メインリレー部１２がオフでプリチャージリレー部１５がオンのときのプリチャージ時に平滑用コンデンサ１６のコンデンサ電圧Ｖｃを検出する電圧センサ１７と、プリチャージ時に電圧センサ１７が取得したコンデンサ電圧及びプリチャージ回路１３に含まれる抵抗１４に基づいてバッテリ電圧Ｖｂを算出する制御部２０（バッテリ電圧算出部）と、算出したバッテリ電圧Ｖｂの変化状態量に基づいてプリチャージの終了判定を行う制御部２０（プリチャージ終了判定部）を備える。そして、制御部２０は、プリチャージ終了判定があったときは、プリチャージリレー部１５をオフする。
この結果、本実施形態の電源装置によれば、プリチャージのために新たな部品、すなわち、従来と異なり、電流センサやバッテリ電圧を測定する専用の電圧センサが必要でなく、そのための新たな回路を追加する必要がない。また、バッテリ電圧が算出できるため、バッテリ電圧が変化しても、最短時間でプリチャージができる。
（２） 本実施形態の電源装置では、制御部２０はプリチャージ終了判定部として、算出した最新のバッテリ電圧Ｖｂと、電圧センサ１７が取得した最新のコンデンサ電圧Ｖｃの電位差を、バッテリ電圧の変化状態量として監視し、該電位差が電位差閾値Ｖｒｅｆ２（第１プリチャージ終了判定閾値）以下になったか否かを判定するようにした。
この結果、本実施形態によれば、算出された最新のバッテリ電圧と、電圧センサが取得した最新のコンデンサ電圧の電位差を、バッテリ電圧の変化状態量として監視し、該電位差が電位差閾値Ｖｒｅｆ２（第１プリチャージ終了判定閾値）以下になったか否かを判定することにより、最新のバッテリ電圧の状態に基づいてプリチャージ終了の判定を好適に行うことができる。
（３） 本実施形態の電源装置によれば、制御部２０は、メインリレー部１２がオフしている状態で平滑用コンデンサ１６の残電荷放電を行わせる放電処理部と、残電荷放電処理後のコンデンサ電圧Ｖｃが溶着異常判定値Ｖｃｒ（溶着判定閾値）以上のとき、メインリレー部１２の接点が溶着していると判定する溶着判定部としている。この結果、本実施形態によれば、残電荷放電処理後のコンデンサ電圧Ｖｃが溶着異常判定値Ｖｃｒ以上のとき、メインリレー部１２が溶着していると判定するため、メインリレー部１２の接点が溶着異常の検知ができる。
（４） 本実施形態の電源装置によれば、制御部２０は、プリチャージリレー部をオンした後、すなわちプリチャージを開始した後のコンデンサ電圧Ｖｃが、閾値Ｖｒｅｆ１（バッテリ電圧算出許容閾値）以上になったか否かを判定し、閾値Ｖｒｅｆ１以上のとき、前記バッテリ電圧算出部のバッテリ電圧の算出を許容する算出許容判定部としている。また、制御部２０は、プリチャージを開始した後のコンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｒｅｆ１以上になっていないことを判定したときにおいて、プリチャージを開始したときからの経過時間が異常判定値ｔｒ（異常判定時間）を経過している場合にプリチャージ回路１３を異常と判定する異常判定部としている。この結果、プリチャージを開始した後のコンデンサ電圧が閾値Ｖｒｅｆ１以上になっていないことが判定されたときにおいて、プリチャージを開始したときからの経過時間が異常判定値を経過している場合に、バッテリに関する異常、或いはプリチャージ回路を異常と判定できるため、バッテリに関する異常、若しくはプリチャージ回路故障の検知ができる。
（第２実施形態）
次に、第２実施形態の電源装置を図４〜図７を参照して説明する。なお、本実施形態の構成中、第１実施形態と同一構成については同一符号を付してその説明を省略し、異なる構成について説明する。
本実施形態では、図４に示すようにプリチャージ回路１３が、プリチャージ抵抗としてのＰＴＣサーミスタ１４Ａで構成されているところが、第１実施形態と異なり、また、プリチャージリレー部として無接点リレー１５Ａ、例えばソリッドステートコンタクタの直列回路で構成されている。他の構成は第１実施形態と同様に構成されている。本実施形態の制御部２０は、バッテリ電圧算出部、プリチャージ終了判定部、放電処理部、溶着判定部、算出許容判定部、異常判定部及び抵抗値算出部に相当する。
（第２実施形態の作用）
次に、第２実施形態の作用を図７を参照して説明する。
図７は、制御部２０が備える図示しないＲＯＭ等に格納されたプリチャージ処理プログラムに従って行うプリチャージ処理のフローチャートであり、プリチャージを行う場合に実行される。
このプリチャージ処理のフローチャートにおいて、第２実施形態では、第１実施形態のフローチャートのＳ２６とＳ２８の間にＳ２７の処理が追加されているところが異なっている。Ｓ１０〜Ｓ２６、Ｓ２８〜Ｓ３４の処理は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
Ｓ２７の処理では、制御部２０は、ＰＴＣサーミスタ１４Ａの抵抗値を、算出式（６）を使用して算出する。
なお、算出式（６）は、前述した式（１）、式（２）、式（４）、式（５）から導出される。式（４）は、制御ｎ−１回目でのコンデンサ電圧Ｖｃｎ−１での算出式である。
式（２）−式（４）にすると、式（５）が得られる。
この式（５）を抵抗値Ｒについて解くと、式（６）が得られる。
図５は、横軸を時間軸とし、縦軸を電圧値、及び抵抗値（計算値）とし、コンデンサ電圧（計測値）と、抵抗値（計算値）、バッテリ電圧（計算値）の関係を示している。なお、図５では、説明の便宜上、抵抗値は直線で示しているが、ＰＴＣサーミスタの特性から図６に示すように温度の変化により、抵抗値は変化する。
そして、制御部２０は、Ｓ２８でバッテリ電圧Ｖｂを算出する式（３）では、式（６）で算出した抵抗値Ｒを使用する。
本実施形態では、Ｓ１０で残電荷放電処理を行っても、ＰＴＣサーミスタ１４Ａに温度が上昇するとプリチャージ回路１３に流れるプリチャージ電流が減少することから、過熱の抑制ができる。また、仮に、ＰＴＣサーミスタ１４Ａが高温となっても、Ｓ３０において、算出したバッテリ電圧ＶｂとＳ２８で読み込みした最新のコンデンサ電圧Ｖｃとの電位差（Ｖｂ−Ｖｃ）が電位差閾値Ｖｒｅｆ２以下になるまでプリチャージが実行できる。また、バッテリ電圧が変化しても、最短時間でプリチャージできる。
本実施形態によれば、第１実施形態の（１）〜（４）の効果の他、以下のような効果を得ることができる。
（１） 本実施形態の電源装置のプリチャージ回路１３は、ＰＴＣサーミスタ１４Ａが含まれているとともに、制御部２０を電圧センサ１７が取得したコンデンサ電圧Ｖｃに基づいてＰＴＣサーミスタ１４Ａの抵抗値を算出する抵抗値算出部としている。また、制御部２０は、算出したＰＴＣサーミスタの抵抗値（プリチャージ抵抗）と電圧センサ１７が取得したコンデンサ電圧Ｖｃに基づいてバッテリ電圧を算出するようにしている。
この結果、本実施形態によれば、無接点リレー１５Ａのオンオフが繰り返された際に、プリチャージ電流が頻繁に流れてＰＴＣサーミスタ１４Ａの温度が上がると、その抵抗が増大することにより流れる電流も小さくなるため、過熱が抑制されて過熱によるプリチャージ回路１３のプリチャージ抵抗（ＰＴＣサーミスタ）の破損が防止できるとともに、ＰＴＣサーミスタが高温になっても、プリチャージができる。
（第３実施形態）
次に、第３実施形態を図４、図６、図８、図９を参照して説明する。本実施形態のハード構成は、第２実施形態と同一のためその説明を省略する。本実施形態では、プリチャージ処理プログラムが第２実施形態と異なっている。また、本実施形態では、プリチャージ回路１３のプリチャージ抵抗としてＰＴＣサーミスタ１４Ａを使用するが、この場合、ＰＴＣサーミスタ１４Ａは、図６のキュリー温度以下の範囲で使用するものである。すなわち、ＰＴＣサーミスタ１４Ａは、図６に示すようにキュリー温度を超えると急激に抵抗値が上昇する一方、キュリー温度以下では比較的安定した抵抗値を示す特性を有する。本実施形態では、この比較的安定した抵抗値の範囲を、プリチャージ抵抗の抵抗値として使用するためのものである。
本実施形態の制御部２０は、バッテリ電圧算出部、プリチャージ終了判定部、放電処理部、溶着判定部、算出許容判定部、及び異常判定部に相当する。
（第３実施形態の作用）
次に、第３実施形態の作用を図９のフローチャートを参照して説明する。図９は、制御部２０が備える図示しないＲＯＭ等に格納されたプリチャージ処理プログラムに従って行うプリチャージ処理のフローチャートであり、プリチャージを行う場合に実行される。
このプリチャージ処理のフローチャートにおいて、第３実施形態では、第２実施形態のフローチャートのステップの中で、Ｓ１０〜Ｓ２６、Ｓ３２，Ｓ３４は第２実施形態と同様であり、第２実施形態のＳ２７〜Ｓ３０の代わりに、Ｓ４０〜Ｓ４８の処理を行うところが異なっている。
制御部２０は、Ｓ２６からＳ４０に移行すると、制御ｎ回目に計算するバッテリ電圧Ｖｂｅｎを、式（７）を使用して算出する。ここで式（７）中のＲｃ［Ω］はＰＴＣサーミスタ１４Ａのキュリー温度における抵抗値であり、Ｃ（Ｆ）は平滑用コンデンサ１６の容量であって、ともに既知であるため、予めプリチャージ処理プログラムに記述されている。
式（７）は式（３）中の抵抗値ＲをＰＴＣサーミスタのキュリー温度の抵抗値Ｒｃに代えたものである。
Ｓ４０の処理後、Ｓ４２では制御部２０は、バッテリ電圧Ｖｂｅの時間変化である差分ΔＶｂｅを算出し、ΔＶｂｅが０未満、すなわち、負か否かを判定する。このように算出されたバッテリ電圧の前回値から今回値の差分ΔＶｂｅは、バッテリ電圧の変化状態量に相当する。
ここで、バッテリ電圧Ｖｂｅの時間変化の差分ΔＶｂｅについて説明する。
実際のＰＴＣサーミスタ１４Ａの抵抗値をＲとしたとき、該抵抗値Ｒがキュリー温度の抵抗値Ｒｃよりも小さければ、バッテリ電圧Ｖｂｅｎは、実際のバッテリ電圧Ｖｂよりも大きく計算される。また、逆に実際のＰＴＣサーミスタ１４Ａの抵抗値Ｒが、キュリー温度の抵抗値Ｒｃよりも大きければバッテリ電圧Ｖｂｅｎは、実際のバッテリ電圧Ｖｂよりも小さく計算される。
しかし、バッテリ電圧Ｖｂｅｎは、時間経過とともに、実際のバッテリ電圧Ｖｂに収束する。このため、バッテリ電圧Ｖｂｅの時間変化の差分ΔＶｂｅは、式（８）で算出できる。
この時間変化の差分ΔＶｂｅの符号を見ると、キュリー温度の抵抗値Ｒｃに対する実際のＰＴＣサーミスタ１４Ａの抵抗値Ｒの大きさが分かり、同時にキュリー温度に対するＰＴＣサーミスタの温度が分かることになる。
具体的には下記のＡ〜Ｃの条件の場合、以下のことが分かる。
（Ａ条件：ΔＶｂｅ＞０の場合、図８のＡ参照）
Ｒ＞Ｒｃであり、かつＰＴＣサーミスタはキュリー温度未満となっている。
（Ｂ条件：ΔＶｂｅ＝０の場合、図８のＢ参照）
Ｒ＝Ｒｃであり、かつＰＴＣサーミスタはキュリー温度となっている。
ここで、「０」の値は、第２プリチャージ終了判定閾値に相当する。
（Ｃ条件：ΔＶｂｅ＜０の場合（負の場合）、図８のＣ参照）
Ｒ＜Ｒｃであり、かつＰＴＣサーミスタはキュリー温度以上となっている。
フローチャートの話に戻して、Ｓ４２において、制御部２０は、Ａ条件またはＢ条件の場合は、Ｓ４４に移行して、予め設定されているプリチャージ時間（すなわち、基準プリチャージ時間）経過しているか否かを判定する。プリチャージ時間は、Ｓ１４において、無接点リレー１５Ａがオンされたときからの時間であり、図示しないタイマにより、無接点リレー１５Ａがオンした時から計時されている。制御部２０は、この計時された時間と、予めプログラムに記述されている基準プリチャージ時間と比較して判定する。プリチャージ時間が基準プリチャージ時間以内である場合には、Ｓ２４にリターンし、基準プリチャージ時間を超している場合には、Ｓ３２に移行する。
一方、Ｓ４２において、制御部２０は、Ｃ条件の場合は、Ｓ４６に移行して、無接点リレー１５Ａをオフ作動してＳ４８に移行する。Ｓ４８では、制御部２０は、図示しない警告装置に異常であることを警告報知する処理を行った後、このフローチャートの処理を終了する。
本実施形態によれば、第１実施形態の（１）〜（４）の効果の他、以下のような効果を得ることができる。
（１） 本実施形態の電源装置は、プリチャージ回路１３のプリチャージ抵抗を、ＰＴＣサーミスタ１４Ａとしている。また、電源装置の制御部２０は、バッテリ電圧算出部として、ＰＴＣサーミスタ１４Ａのキュリー温度の抵抗値をプリチャージ抵抗とし、該プリチャージ抵抗と電圧センサ１７が取得したコンデンサ電圧Ｖｃに基づいてバッテリ電圧Ｖｂｅｎを算出する。また、制御部２０は、プリチャージ終了判定部として、算出されたバッテリ電圧の前回値から今回値の差分（ΔＶｂｅ）を変化状態量として算出を行い、算出した差分ΔＶｂｅとキュリー温度から導き出された第２プリチャージ終了判定閾値（０）との比較結果をＰＴＣサーミスタの温度がキュリー温度以上であるとしてプリチャージ終了判定する。そして、制御部２０は、プリチャージ終了判定と判定があったときは、無接点リレー１５Ａをオフし、プリチャージ終了判定の判定がなかったときは、プリチャージを開始してからの経過時間が予め設定された基準プリチャージ時間を経過した場合、メインリレー部１２をオンするとともに無接点リレー１５Ａをオフする。この結果、本実施形態によれば、ＰＴＣサーミスタの温度がキュリー温度を超えて高温になっている際に、それに応じたプリチャージの終了判定ができる。また、プリチャージのために新たな部品や回路を追加する必要がないとともに、バッテリ電圧が変化しても、最短時間でプリチャージができる。
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
・ 前記各実施形態において、Ｓ１２を省略してもよい。
・ 前記各実施形態において、Ｓ２０及びＳ２２を省略してもよい。この場合、Ｓ１８で「ＮＯ」と判定された場合、Ｓ１６にリターンする。
・ 第２実施形態の無接点リレー１５Ａを第１実施形態と同様に電磁開閉器からなるコンタクタに変更してもよい。
・ 第２実施形態では、ＰＴＣサーミスタ１４Ａを単体としたが、プリチャージ抵抗として、抵抗とＰＴＣサーミスタ１４Ａを組み合わせ（直列回路または並列回路）して構成するようにしてもよい。この場合、式（６）で求められた抵抗値は、抵抗とＰＴＣサーミスタの合成抵抗値となる。
・ 第３実施形態では、算出されたバッテリ電圧の前回値から今回値の差分ΔＶｂｅは、バッテリ電圧の変化状態量としたが、前回値と今回値の比を変化状態量として算出してもよい。例えば、「前回値／今回値」をｈとしたとき、第３実施形態のＡ条件、Ｂ条件、Ｃ条件を下記のように変更する。
（Ａ条件：ｈ＜１の場合、図８のＡ参照）
Ｒ＞Ｒｃであり、かつＰＴＣサーミスタはキュリー温度未満となっている。
（Ｂ条件：ｈ＝１の場合、図８のＢ参照）
Ｒ＝Ｒｃであり、かつＰＴＣサーミスタはキュリー温度となっている。
ここで、「１」の値は、第２プリチャージ終了判定閾値に相当する。
（Ｃ条件：ｈ＞１の場合、図８のＣ参照）
Ｒ＜Ｒｃであり、かつＰＴＣサーミスタはキュリー温度以上となっている。
このようにしても、第３実施形態と同様の効果を実現できる。
具体的には、第３実施形態の図９のフローチャート中、Ｓ４２で、比ｈを算出し、上記Ａ条件、Ｂ条件、Ｃ条件のいずれであるかを制御部２０が判定すればよい。
なお、比ｈの取り方は、「今回値／前回値」でもよい。この場合は、Ａ条件はｈ＞１の場合となり、Ｃ条件はｈ＜１となる。
ｈ…比、Ｒ，Ｒｃ…抵抗値、ｔ，ｔ１…経過時間、
Ｖｂ，Ｖｂｅ…バッテリ電圧、Ｖｃ，Ｖｃｎ，Ｖｃｎ−１…コンデンサ電圧、
ΔＶｂｅ…差分、
１０…バッテリ、１１…負荷、１２…メインリレー部、
１３…プリチャージ回路、１４Ａ…ＰＴＣサーミスタ、
１５…プリチャージリレー部、１６…平滑用コンデンサ、
１７…電圧センサ、２０…制御部。

Claims (6)

  1. 負荷に対して並列接続される平滑用コンデンサと、前記負荷に対して直流電力を付与するバッテリと、前記バッテリと前記平滑用コンデンサ間をオンオフするメインリレー部と、前記メインリレー部と並列に接続されたプリチャージ抵抗とプリチャージリレー部の直列回路を含むプリチャージ回路と、前記メインリレー部と前記プリチャージリレー部のオンオフ制御を行う制御部を備えた電源装置において、
    前記メインリレー部がオフで前記プリチャージリレー部がオンのときのプリチャージ時に前記平滑用コンデンサのコンデンサ電圧を検出する電圧センサと、前記プリチャージ時に前記電圧センサが取得したコンデンサ電圧及び前記プリチャージ回路に含まれるプリチャージ抵抗の抵抗値に基づいてバッテリ電圧を算出するバッテリ電圧算出部と、算出された最新のバッテリ電圧と、前記電圧センサが取得した最新のコンデンサ電圧の電位差が第１プリチャージ終了判定閾値以下になったか否かに基づいてプリチャージの終了判定を行うプリチャージ終了判定部を備え、前記制御部は、前記プリチャージ終了判定部のプリチャージ終了判定があったときは、前記プリチャージリレー部をオフすることを特徴とする電源装置。
  2. 前記プリチャージ回路は、ＰＴＣサーミスタが含まれており、
    前記電圧センサが取得したコンデンサ電圧に基づいて前記ＰＴＣサーミスタの抵抗値を算出する抵抗値算出部を備え、
    前記バッテリ電圧算出部は、前記抵抗値算出部が算出したＰＴＣサーミスタの抵抗値を含むプリチャージ抵抗と前記電圧センサが取得したコンデンサ電圧に基づいてバッテリ電圧を算出することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
  3. 負荷に対して並列接続される平滑用コンデンサと、前記負荷に対して直流電力を付与するバッテリと、前記バッテリと前記平滑用コンデンサ間をオンオフするメインリレー部と、前記メインリレー部と並列に接続されたプリチャージ抵抗とプリチャージリレー部の直列回路を含むプリチャージ回路と、前記メインリレー部と前記プリチャージリレー部のオンオフ制御を行う制御部を備えた電源装置において、
    前記メインリレー部がオフで前記プリチャージリレー部がオンのときのプリチャージ時に前記平滑用コンデンサのコンデンサ電圧を検出する電圧センサと、前記プリチャージ時に前記電圧センサが取得したコンデンサ電圧及び前記プリチャージ回路に含まれるプリチャージ抵抗の抵抗値に基づいてバッテリ電圧を算出するバッテリ電圧算出部と、算出した前記バッテリ電圧の変化状態量に基づいてプリチャージの終了判定を行うプリチャージ終了判定部を備え、
    前記プリチャージ回路のプリチャージ抵抗は、ＰＴＣサーミスタであり、
    前記バッテリ電圧算出部は、前記ＰＴＣサーミスタのキュリー温度の抵抗値をプリチャージ抵抗とし、該プリチャージ抵抗の抵抗値と前記電圧センサが取得したコンデンサ電圧に基づいてバッテリ電圧を算出し、
    前記プリチャージ終了判定部は、前記バッテリ電圧算出部が算出したバッテリ電圧の前回値から今回値の差分を変化状態量として算出を行い、算出された差分と前記キュリー温度から導き出された第２プリチャージ終了判定閾値とを比較し、前記算出された差分が第２プリチャージ終了判定閾値より小さい場合、ＰＴＣサーミスタの温度がキュリー温度以上であるとしてプリチャージ終了判定し、
    前記制御部は、前記プリチャージ終了判定の判定があったときは、前記プリチャージリレー部をオフし、前記プリチャージ終了判定が判定なかったときは、プリチャージを開始してからの経過時間が予め設定されたプリチャージ時間を経過した場合、前記制御部は、前記メインリレー部をオンするとともに前記プリチャージリレー部をオフすることを特徴とする電源装置。
  4. 負荷に対して並列接続される平滑用コンデンサと、前記負荷に対して直流電力を付与するバッテリと、前記バッテリと前記平滑用コンデンサ間をオンオフするメインリレー部と、前記メインリレー部と並列に接続されたプリチャージ抵抗とプリチャージリレー部の直列回路を含むプリチャージ回路と、前記メインリレー部と前記プリチャージリレー部のオンオフ制御を行う制御部を備えた電源装置において、
    前記メインリレー部がオフで前記プリチャージリレー部がオンのときのプリチャージ時に前記平滑用コンデンサのコンデンサ電圧を検出する電圧センサと、前記プリチャージ時に前記電圧センサが取得したコンデンサ電圧及び前記プリチャージ回路に含まれるプリチャージ抵抗の抵抗値に基づいてバッテリ電圧を算出するバッテリ電圧算出部と、算出した前記バッテリ電圧の変化状態量に基づいてプリチャージの終了判定を行うプリチャージ終了判定部を備え、
    前記プリチャージ回路のプリチャージ抵抗は、ＰＴＣサーミスタであり、
    前記バッテリ電圧算出部は、前記ＰＴＣサーミスタのキュリー温度の抵抗値をプリチャージ抵抗とし、該プリチャージ抵抗の抵抗値と前記電圧センサが取得したコンデンサ電圧に基づいてバッテリ電圧を算出し、
    前記プリチャージ終了判定部は、前記バッテリ電圧算出部が算出したバッテリ電圧の前回値と今回値の比を変化状態量として算出を行い、算出された前回値／今回値と前記キュリー温度から導き出された第２プリチャージ終了判定閾値とを比較し、前記算出された前回値／今回値が第２プリチャージ終了判定閾値より大きい場合、ＰＴＣサーミスタの温度がキュリー温度以上であるとしてプリチャージ終了判定し、
    前記制御部は、前記プリチャージ終了判定の判定があったときは、前記プリチャージリレー部をオフし、前記プリチャージ終了判定が判定なかったときは、プリチャージを開始してからの経過時間が予め設定されたプリチャージ時間を経過した場合、前記制御部は、前記メインリレー部をオンするとともに前記プリチャージリレー部をオフすることを特徴とする電源装置。
  5. 前記メインリレー部がオフしている状態で前記平滑用コンデンサの残電荷放電を行わせる放電処理部と、前記残電荷放電の処理後のコンデンサ電圧が溶着判定閾値以上のとき、前記メインリレー部の接点が溶着していると判定する溶着判定部を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の電源装置。
  6. 前記プリチャージリレー部をオンした後、すなわちプリチャージを開始した後のコンデンサ電圧が、バッテリ電圧算出許容閾値以上になったか否かを判定し、バッテリ電圧算出許容閾値以上のとき、前記バッテリ電圧算出部のバッテリ電圧の算出を許容する算出許容判定部と、
    前記プリチャージを開始した後のコンデンサ電圧がバッテリ電圧算出許容閾値以上になっていないことを前記算出許容判定部が判定したときにおいて、プリチャージを開始したときからの経過時間が異常判定時間を経過している場合にバッテリに関する異常、或いはプリチャージ回路を異常と判定する異常判定部を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の電源装置。
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