JP5998957B2

JP5998957B2 - 充電装置

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Publication number: JP5998957B2
Application number: JP2013015295A
Authority: JP
Inventors: 浩一 ▲崎▼田
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2013-01-30
Filing date: 2013-01-30
Publication date: 2016-09-28
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Description

本発明は、直流電圧を出力する複数の電源装置を直列に接続して構成された充電装置に関するものである。

この種の充電装置として、下記の特許文献１に開示された充電装置が知られている。この充電装置は、同一仕様の直流電源装置を複数備え、必要に応じた台数の直流電源装置の各出力を直列接続することで、各直流電源装置から出力される直流電圧を加算して、必要な高電圧を得るように構成されている。この充電装置では、各直流電源装置が同時に動作を開始して、複数の二次電池で構成される組電池に対する充電を実行する。また、この充電装置では、組電池に流れる充電電流および組電池の充電電圧を検出しつつ組電池に対して定電流充電を実行し、検出している充電電圧が予め設定した充電終了電圧に達した時点で充電動作を終了させる。したがって、この充電装置によれば、直流電源装置の量産効果を追求することができ、これにより装置を安価に構成することが可能になっている。

また、この充電装置によれば、発生可能な電圧範囲（例えば、０〜９０ボルト）全域に亘って直流電源装置から直流電圧を発生させるのではなく、電源効率の低下が大きくなる低い電圧範囲を避けながら比較的狭い範囲（例えば、６０〜９０ボルト）内で直流電圧を発生させることで、各直流電源装置での電源効率を高めることが可能になっている。

特開２０００−１６６１１４号公報（第２−７頁、第１−２図）

ところが、上記の充電装置には以下のような改善すべき課題が存在している。すなわち、上記の充電装置では電源効率を高めるために、各直流電源装置で発生させる直流電圧の電圧範囲を上記の狭い範囲に限定する構成を採用していることから、この限定した狭い電圧範囲よりも充電電圧が低い電池を充電することができないという課題が存在している。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、複数の電源装置を直列に接続して電池を高電圧まで充電可能にし、かつ電源効率の低下を軽減しつつ充電電圧の低い電池についても充電し得る充電装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明に係る充電装置は、定電流電圧垂下型の過電流保護特性を有して正出力端子と負出力端子との間に直流電圧を出力するｎ個（ｎは２以上の整数）の電源装置を備え、高電位側の当該電源装置の前記負出力端子と低電位側の当該電源装置の前記正出力端子とが接続されることによって当該ｎ個の電源装置が直列に接続されて構成され、最も高電位側に配設された前記電源装置の前記正出力端子と最も低電位側に配設された前記電源装置の前記負出力端子との間に接続された電池を充電する充電装置であって、前記ｎ個の電源装置を予め決められた順序で順次作動状態に移行させる電源制御装置と、１番目に作動状態に移行させられる前記電源装置を除く（ｎ−１）個の前記電源装置の前記正出力端子と前記負出力端子との間に当該正出力端子に向かう方向を順方向として接続された整流素子とを備えている。

また、本発明に係る充電装置は、前記電源制御装置は、前記電池の充電電圧と、作動状態にある前記電源装置の個数に対応させて当該作動状態の電源装置についての最大出力電圧値の合計電圧値および当該合計電圧値の近傍の電圧値のいずれかに予め規定された閾値電圧とを比較して、当該充電電圧が当該閾値電圧に達したときに、次の前記電源装置を作動状態に移行させる。

また、本発明に係る充電装置は、前記電源制御装置は、前記過電流保護特性で規定される最大出力電流値が大きい順に作動を開始させる。

本発明の充電装置によれば、直列に接続されたｎ個の電源装置を予め決められた順序で、順次作動状態に移行させることができるため、充電電圧が低電圧の電池についても充電することができる。また、この充電装置によれば、電源効率が低下する充電電圧が低電圧のときには、充電動作を実行する電源装置の数を最小限の１個に止め、充電電圧が閾値電圧に達したとき（充電電圧がある程度高くなったとき）に、次の電源装置を作動状態に移行させることができるため、複数の電源装置で電池をより高い充電電圧に充電することができると共に、電源効率の低い状態で複数の電源装置が動作するという事態の発生を回避できることから、充電装置全体の電源効率の低下を軽減することができる。

また、本発明の充電装置によれば、電源制御装置が、充電電圧と、作動状態にある電源装置の個数に対応させて作動状態の電源装置についての最大出力電圧値の合計電圧値および合計電圧値の近傍の電圧値のいずれかに予め規定された閾値電圧とを比較して、充電電圧が閾値電圧に達したときに次の電源装置を作動状態に移行させるため、この新たな電源装置（次の電源装置）が作動状態に移行したときの各電源装置の直流電圧の電圧値を可能な限り高い状態にすることができることから、電源効率の低い状態で各電源装置が動作するという事態の発生をより確実に回避して、充電装置全体の電源効率の低下をより確実に軽減することができる。

また、本発明の充電装置によれば、過電流保護特性で規定されている最大出力電流値が大きい順に電源装置の作動を開始させる構成のため、電池の充電電圧が低電圧のときには大きな電流値で定電流充電を実行できることから、充電装置全体の電源効率の低下を軽減しつつ、電池をより短時間で充電することができる。

２個の電源装置ＰＳ（ＰＳ１，ＰＳ２）を備えた充電装置ＣＨの構成を示す構成図である。各電源装置ＰＳ１，ＰＳ２の直流電流Ｉｄｃに対する直流電圧Ｖｄｃの特性を示す出力特性図である。充電装置ＣＨの直流電流Ｉｄｃに対する充電電圧Ｖｂの特性を示す出力特性図である。ｎ個の電源装置ＰＳ１〜ＰＳｎを備えた充電装置ＣＨａの構成を示す構成図である。

以下、充電装置ＣＨの実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

まず、図１の充電装置ＣＨの構成について説明する。この充電装置ＣＨは、ｎ個（ｎは２以上の整数）の電源装置ＰＳ（本例では一例として、２つの電源装置ＰＳ１，ＰＳ２）と、各電源装置ＰＳ１，ＰＳ２の外部に配設されて、各電源装置ＰＳ１，ＰＳ２の動作を統括制御するための電源制御装置ＣＮＴとを備えている。

図１の各電源装置ＰＳは、一例として、正入力端子２、負入力端子３、整流平滑回路４、スイッチング回路５、トランス６、整流回路７、平滑回路８、制御回路９、逆流防止用整流素子１０、バイパス用整流素子１１、正出力端子１２、負出力端子１３、直列接続用端子１４、バスバー１５および制御入力端子１６を備え、後述するように定電流電圧垂下型の過電流保護特性が相違するものの基本構成は同一に構成されて、正入力端子２および負入力端子３間に入力される外部入力電圧（本例では一例として交流電圧Ｖａｃであるが、直流電圧でもよい）を一定電圧値の直流電圧Ｖｄｃに変換して出力する絶縁型コンバータとして構成されている。なお、電源装置ＰＳは、絶縁型コンバータである限り、フォーワード方式、フライバック方式、ブリッジ方式およびプッシュプル方式など種々の絶縁型コンバータで構成することができる。

整流平滑回路４は、交流電圧Ｖａｃを整流および平滑することにより、直流電圧に変換して出力する。なお、交流電圧Ｖａｃに代えて直流電圧を外部入力電圧として入力する場合には、整流平滑回路４に代えて平滑回路を使用する構成を採用することもできるし、さらに、入力する直流電圧のリップルが少ない場合には、整流平滑回路４を省く構成を採用することもできる。スイッチング回路５は、不図示のスイッチ素子（トランジスタなど）を有し、このスイッチ素子が制御回路９によって制御されてオン・オフを繰り返すことにより、整流平滑回路４から出力される直流電圧をスイッチングしてトランス６に断続的に印加する。

トランス６は、一例として、互いに電気的に絶縁された１次巻線６ａおよび２次巻線６ｂを有している。また、トランス６は、スイッチング回路５による１次巻線６ａに対する直流電圧の断続的な印加に起因して２次巻線６ｂに交流電圧を誘起させる。

整流回路７は、２次巻線６ｂに誘起される交流電圧を整流することにより、脈流電圧に変換して出力する。平滑回路８は、整流回路７と相俟って整流平滑回路を構成し、整流回路７によって整流された脈流電圧を平滑することによって直流電圧Ｖｄｃに変換して、正出力部８ａと負出力部８ｂとの間から出力する。また、平滑回路８は、不図示の電圧検出部および電流検出部を備えている。電圧検出部は、例えば、分圧抵抗回路で構成されて、直流電圧Ｖｄｃを検出すると共に、直流電圧Ｖｄｃの電圧値に応じて電圧値が変化する電圧検出信号Ｓｖを生成して制御回路９に出力する。また、電流検出部は、例えば１Ω未満の微小抵抗値の検出抵抗で構成されて、正出力部８ａおよび負出力部８ｂから出力される直流電流Ｉｄｃを検出すると共に、直流電流Ｉｄｃの電流値に応じて電圧値が変化する電流検出信号Ｓｉを生成して制御回路９に出力する。

制御回路９は、制御入力端子１６を介して外部から作動指示信号Ｓｓを入力しているときには、スイッチング回路５のスイッチ素子に対するスイッチング制御を実行する。このスイッチング制御では、制御回路９は、電圧検出信号Ｓｖに基づいて現在の直流電圧Ｖｄｃの電圧値を算出すると共に、電流検出信号Ｓｉに基づいて現在の直流電流Ｉｄｃの電流値を算出する。また、制御回路９は、算出した現在の直流電圧Ｖｄｃの電圧値および現在の直流電流Ｉｄｃの電流値に基づいて、直流電圧Ｖｄｃおよび直流電流Ｉｄｃが図３に示すような関係（電流電圧出力特性）で変化するようにスイッチング回路５のスイッチ素子を制御する。

具体的には、制御回路９は、出力される直流電流Ｉｄｃの電流値が基準電流値（最大出力電流値）Ｉｒｅｆ未満のときには、スイッチング回路５のスイッチ素子に対するデューティ比制御（または周波数制御）を実行することにより、直流電圧Ｖｄｃの電圧値を基準電圧値（最大出力電圧値）Ｖｒｅｆに制御して出力する定電圧制御動作を実行し、直流電流Ｉｄｃの電流値が基準電流値Ｉｒｅｆに達した状態においては、直流電流Ｉｄｃの電流値を基準電流値Ｉｒｅｆに維持（制限）しつつ、直流電圧Ｖｄｃの電圧値を低下させる定電流制御動作を実行する。本例では、図２に示すように、基準電圧値Ｖｒｅｆは、電源装置ＰＳ１では基準電圧値Ｖｒｅｆ１であり、電源装置ＰＳ２では基準電圧値Ｖｒｅｆ２（＜Ｖｒｅｆ１）である。また、基準電流値Ｉｒｅｆは、電源装置ＰＳ１では基準電流値Ｉｒｅｆ１であり、電源装置ＰＳ２では基準電流値Ｉｒｅｆ２（＜Ｉｒｅｆ１）である。

これにより、電源装置ＰＳ１は、図２において矢印Ａ１で示すような定電流電圧垂下型の過電流保護特性を有する電流電圧出力特性を有し、また電源装置ＰＳ２は、同図において矢印Ａ２で示すような定電流電圧垂下型の過電流保護特性を有する電流電圧出力特性を有している。

逆流防止用整流素子１０は、一例としてダイオードで構成されて、図１に示すように、平滑回路８の正出力部８ａと正出力端子１２との間に、正出力端子１２に向かう方向を順方向として予め接続されている。バイパス用整流素子１１は、平滑回路８の正出力部８ａと負出力部８ｂとの間に、正出力部８ａに向かう方向を順方向として予め接続されている。具体的には、逆流防止用整流素子１０およびバイパス用整流素子１１は、電源装置ＰＳを構成する他の電子部品と同様にして、不図示の回路基板上に共に実装されて、上記の部位に予め接続されている（つまり、電源装置ＰＳに内蔵されている）。

また、逆流防止用整流素子１０およびバイパス用整流素子１１のうちの少なくとも１つの整流素子は、後述のバスバー１５に、電気的に絶縁され、かつ熱伝導性の良好な状態で取り付けられている。この構成により、バスバー１５は、この１つの整流素子の放熱器として機能する。本例では一例として、逆流防止用整流素子１０がバスバー１５に取り付けられている。

直列接続用端子１４は、平滑回路８の正出力部８ａに接続されている。具体的には、直列接続用端子１４は、金属導体からなるバスバー１５を介して正出力部８ａに接続されている。負出力端子１３は、平滑回路８の負出力部８ｂに接続されている。このようにして、正出力部８ａの正出力部８ａには、直列接続用端子１４が接続されると共に、逆流防止用整流素子１０を介して正出力端子１２が接続され、平滑回路８の負出力部８ｂには負出力端子１３が接続されているため、直流電圧Ｖｄｃは、正出力端子１２と負出力端子１３との間に出力されると共に、直列接続用端子１４と負出力端子１３との間にも出力される。このため、直列接続用端子１４は、正出力端子１２とは異なる他の正出力端子として機能する。

以上のように構成された各電源装置ＰＳ１，ＰＳ２は、高電位側の電源装置ＰＳ２の負出力端子１３と低電位側の電源装置ＰＳ１の正出力端子（本例では、直列接続用端子１４）とが接続線で接続されることによって互いに直列に接続されている。また、最も高電位側に配設された電源装置ＰＳ（本例では電源装置ＰＳ２）の正出力端子１２が蓄電池ユニット５０の正極に接続線で接続され、最も低電位側に配設された電源装置ＰＳ（本例では電源装置ＰＳ１）の負出力端子１３が蓄電池ユニット５０の負極に接続線で接続される。したがって、各電源装置ＰＳ１，ＰＳ２の直流電圧Ｖｄｃが加算されて、電源装置１ａの正出力端子１２と電源装置１ｂの負出力端子１３との間から蓄電池ユニット５０に出力される。なお、蓄電池ユニット５０は、一例として複数の蓄電池を直列接続して構成されている。

また、本例の充電装置ＣＨでは、直列接続されたｎ個（本例では２個）の電源装置ＰＳのすべてが上記したようにバイパス用整流素子１１を備えているため、すべての電源装置ＰＳの正出力端子１２と負出力端子１３との間（本例では、逆流防止用整流素子１０を介して正出力端子１２と負出力端子１３との間）に正出力端子１２に向かう方向を順方向として整流素子としてのバイパス用整流素子１１が接続される構成になっているが、電源制御装置ＣＮＴによって１番目に作動させられる１つの電源装置ＰＳ（本例では電源装置ＰＳ１）以外の他の電源装置ＰＳ（（ｎ−１）個の電源装置ＰＳ）にバイパス用整流素子１１が配設されていればよく、この１番目（最初）に作動させられる１つの電源装置ＰＳについては、充電装置ＣＨによる蓄電池ユニット５０に対する充電動作中は常時動作しているため、バイパス用整流素子１１を配設しない構成にすることもできる。すなわち、バイパス用整流素子１１は、少なくとも他の電源装置ＰＳ（（ｎ−１）個の電源装置ＰＳ）に配設されていればよい。

電源制御装置ＣＮＴは、一例として図１に示すように、電圧検出回路３１、基準電源３２、コンパレータ３３、フォトカプラ３４，３５、起動用スイッチ３６、フォトカプラ３５に内蔵されているトランジスタのコレクタ端子を外部電源電圧Ｖｃｃにプルアップする抵抗３７、および起動用スイッチ３６の一端を外部電源電圧Ｖｃｃにプルアップする抵抗３８を備えている。

電圧検出回路３１は、一例として直列接続された２本の抵抗３１ａ，３１ｂからなる分圧回路で構成されて、最も高電位側の電源装置（この例では電源装置１ａ）の正出力端子１２と最も低電位側の電源装置（この例では電源装置１ｂ）の負出力端子１３との間に接続されて、蓄電池ユニット５０の充電電圧Ｖｂ（各電源装置ＰＳ１，ＰＳ２から出力される直流電圧Ｖｄｃの加算電圧（充電装置ＣＨの出力電圧））を分圧することにより、充電電圧Ｖｂの電圧値に応じて電圧値が変化する分圧電圧Ｖｄｉｖを出力する。

基準電源３２は、電源装置１ｂの負出力端子１３の電位を基準として、所定電圧の比較電圧Ｖｃｏｍを生成して出力する。コンパレータ３３は、比較電圧Ｖｃｏｍと分圧電圧Ｖｄｉｖとを比較して、分圧電圧Ｖｄｉｖが比較電圧Ｖｃｏｍ以下のときには、Ｌレベル（負出力端子１３の電位と同電位）の電圧を出力し、分圧電圧Ｖｄｉｖが比較電圧Ｖｃｏｍを超えているときには、Ｈレベルの電圧（ダイオードの順方向電圧よりも高い電圧）を出力する。本例では一例として、充電電圧Ｖｂが、予め規定された閾値電圧Ｖｔｈ（電源装置ＰＳ１の基準電圧値Ｖｒｅｆ１またはその近傍の電圧値（例えば基準電圧値Ｖｒｅｆ１の約８０％の電圧値）。図３参照）に達したときに、分圧電圧Ｖｄｉｖが比較電圧Ｖｃｏｍを超えて、コンパレータ３３がＨレベルの電圧を出力するように、抵抗３１ａ，３１ｂによる分圧比と、比較電圧Ｖｃｏｍとが予め規定されている。

フォトカプラ３４は、そのフォトダイオードのアノード端子がコンパレータ３３の出力に接続されると共に、カソード端子が電源装置１ｂにおける負出力端子１３の電位に接続されている。また、フォトカプラ３４は、そのフォトトランジスタのエミッタ端子が外部電源電圧Ｖｃｃについての基準電位（グランド電位）に接続されると共に、そのコレクタ端子がフォトカプラ３５におけるフォトダイオードのカソード端子に接続されている。

フォトカプラ３５は、そのフォトダイオードのアノード端子が起動用スイッチ３６の他端に接続されると共に、カソード端子が上記したようにフォトカプラ３４に接続されている。また、フォトカプラ３５は、そのフォトトランジスタのエミッタ端子が高電位側の電源装置ＰＳ２の制御入力端子１６に接続されると共に、そのコレクタ端子が上記したように抵抗３７を介して外部電源電圧Ｖｃｃにプルアップされている。このフォトカプラ３５は、フォトトランジスタがオン状態のときに、フォトトランジスタのエミッタ端子から電源装置ＰＳ２に、Ｈレベル（外部電源電圧Ｖｃｃの電圧値にほぼ等しい電圧）の信号を作動指示信号Ｓｓ（作動指示信号Ｓｓ２）として出力する。

起動用スイッチ３６は、上記したように一端が外部電源電圧Ｖｃｃにプルアップされると共に、他端が低電位側の電源装置１ｂの制御入力端子１６に接続されている。この構成により、起動用スイッチ３６は、オン状態に操作されたときには、Ｈレベル（外部電源電圧Ｖｃｃの電圧値にほぼ等しい電圧）の信号を作動指示信号Ｓｓ（作動指示信号Ｓｓ１）として出力する。

次に、充電装置ＣＨの動作について説明する。

電源制御装置ＣＮＴでは、起動用スイッチ３６がオフ状態のときには、電源装置ＰＳ１への作動指示信号Ｓｓ１の出力が停止された状態になっている。また、フォトカプラ３５のフォトダイオードのアノード端子にも、Ｈレベルの信号が印加されていない状態になっている。このため、フォトカプラ３５のフォトトランジスタもオフ状態であるため、電源装置ＰＳ２への作動指示信号Ｓｓ２の出力も停止された状態になっている。したがって、各電源装置ＰＳ１，ＰＳ２は共に停止している状態（停止状態）に維持されている。

この状態において、起動用スイッチ３６がオン状態に操作されたときには、電源装置ＰＳ１への作動指示信号Ｓｓ１の出力が開始される。これにより、電源装置ＰＳ１では、制御回路９が、スイッチング回路５のスイッチ素子に対するスイッチング制御を開始する（作動状態に移行する）。電源装置ＰＳ１は、充電開始当初の蓄電池ユニット５０の充電電圧Ｖｂが基準電圧値Ｖｒｅｆ１よりも低いときには、図３に示すように、この充電電圧Ｖｂ（この状態では、後述するように電源装置ＰＳ２は停止状態にあるため、電源装置ＰＳ１から出力される直流電圧Ｖｄｃ（実際には、この直流電圧Ｖｄｃよりも電源装置ＰＳ２の各ダイオード１０，１１の順方向電圧Ｖｆ分だけ低い電圧であるが、順方向電圧Ｖｆは基準電圧値Ｖｒｅｆ２に比べて十分に小さいため、本例では無視するものとする））が電圧閾値Ｖｔｈに達するまでは、現在の直流電流Ｉｄｃの電流値を基準電流値Ｉｒｅｆ１に規定して蓄電池ユニット５０に出力する定電流制御を実行する。

一方、フォトカプラ３５のフォトダイオードのアノード端子へのＨレベルの信号の印加も開始されるが、蓄電池ユニット５０の充電電圧Ｖｂが電圧閾値Ｖｔｈに達するまでは、上記したように、電圧検出回路３１から出力される分圧電圧Ｖｄｉｖは、基準電源３２から出力されている比較電圧Ｖｃｏｍ未満である。このため、コンパレータ３３は、Ｌレベルの電圧を出力していることから、フォトカプラ３４のフォトトランジスタはオフ状態に維持されている。これにより、フォトカプラ３５のフォトダイオードに電流が流れないため、フォトトランジスタもオフ状態に維持されている。したがって、高電位側の電源装置ＰＳ２への作動指示信号Ｓｓ２は停止された状態にあるため、電源装置ＰＳ２は停止状態に維持されている。

これにより、電源装置ＰＳ１から出力されている直流電流Ｉｄｃは、電源装置ＰＳ２の負出力端子１３、バイパス用整流素子１１、逆流防止用整流素子１０および正出力端子１２を経由して（つまり、停止状態の電源装置ＰＳ２をバイパス（迂回）して）、蓄電池ユニット５０に供給されて、蓄電池ユニット５０に対する定電流（基準電流値Ｉｒｅｆ１）での充電が行われる。

その後、電源装置ＰＳ１から出力されている直流電流Ｉｄｃ（基準電流値Ｉｒｅｆ１の定電流）による蓄電池ユニット５０に対する充電が進んで、蓄電池ユニット５０の充電電圧Ｖｂが上昇して、電圧閾値Ｖｔｈに達したときには、電圧検出回路３１から出力されている分圧電圧Ｖｄｉｖが電圧閾値Ｖｔｈを超える。このため、コンパレータ３３は、Ｈレベルの電圧の出力を開始する。これにより、フォトカプラ３４のフォトダイオードに電流が流れて、フォトカプラ３４のフォトトランジスタがオン状態に移行する。この結果、フォトカプラ３５のフォトダイオードにも電流が流れるため、フォトカプラ３５のフォトトランジスタもオン状態に移行する。したがって、高電位側の電源装置ＰＳ２への作動指示信号Ｓｓ２の出力が開始される。

これにより、電源装置ＰＳ２では、制御回路９が、スイッチング回路５のスイッチ素子に対するスイッチング制御を開始する（作動状態に移行する）。この状態での蓄電池ユニット５０の充電電圧Ｖｂは、直列接続された２つの電源装置ＰＳ１，ＰＳ２によって充電可能な最大電圧（電源装置ＰＳ１，ＰＳ２の各基準電圧値Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２の加算電圧値（Ｖｒｅｆ１＋Ｖｒｅｆ２））に達していない状態にある。このため、電源装置ＰＳ１から出力される直流電圧Ｖｄｃは基準電圧値Ｖｒｅｆ１未満であり、また電源装置ＰＳ２から出力される直流電圧Ｖｄｃは基準電圧値Ｖｒｅｆ２未満であることから、各電源装置ＰＳ１，ＰＳ２は、図３に示すように、それぞれの直流電圧Ｖｄｃがそれぞれの基準電圧値Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２に達するまでは（つまり、上記したように蓄電池ユニット５０の充電電圧Ｖｂが加算電圧値（Ｖｒｅｆ１＋Ｖｒｅｆ２）に達するまでは）、現在の直流電流Ｉｄｃの電流値を基準電流値Ｉｒｅｆ１，Ｉｒｅｆ２のうちの小さい方の電流値（本例では基準電流値Ｉｒｅｆ２）に規定して蓄電池ユニット５０に出力する定電流制御を継続する。

このように、この充電装置ＣＨでは、蓄電池ユニット５０の充電電圧Ｖｂが閾値電圧Ｖｔｈよりも低いとき（低電圧のとき）には、まず、１つの電源装置ＰＳ（この例では電源装置ＰＳ１）のみが作動状態に移行して、蓄電池ユニット５０に対する充電動作を開始し、その後、充電電圧Ｖｂが閾値電圧Ｖｔｈに達したときに、次の電源装置ＰＳ（この例では電源装置ＰＳ２）が作動状態に移行して、蓄電池ユニット５０に対する充電動作を開始するというように、直列に接続された複数（この例では２個）の電源装置ＰＳ１，ＰＳ２が予め決められた順序で順次作動状態に移行して、蓄電池ユニット５０を充電する。

これにより、この充電装置ＣＨは、充電電圧Ｖｂが低電圧の蓄電池ユニット５０についても充電することが可能になっている。また、この充電装置ＣＨは、電源効率が低下する充電電圧Ｖｂが低電圧のときには、充電動作を実行する電源装置ＰＳの数を最小限の１個に止め、充電電圧Ｖｂが閾値電圧Ｖｔｈに達したとき（充電電圧Ｖｂがある程度高くなったとき）に、次の電源装置ＰＳ（本例では電源装置ＰＳ２）を作動状態に移行させて、複数の電源装置ＰＳ１，ＰＳ２で蓄電池ユニット５０をより高い充電電圧Ｖｂに充電する。このため、この充電装置ＣＨでは、電源効率の低い状態で複数の電源装置ＰＳが動作する（各電源装置ＰＳが直流電圧Ｖｄｃを、例えばそれぞれの基準電圧値Ｖｒｅｆの２０％未満の状態で出力する）という事態の発生が回避されていることから、充電装置ＣＨ全体の電源効率の低下が軽減されている。

なお、起動用スイッチ３６がオン状態に操作されたときに、蓄電池ユニット５０の充電電圧Ｖｂが閾値電圧Ｖｔｈよりも高いときには、電源制御装置ＣＮＴが上記のように動作して、１番目に作動させる電源装置ＰＳ１への作動指示信号Ｓｓ１と共に、次に作動させる電源装置ＰＳ２への作動指示信号Ｓｓ２についても同じタイミングで出力するため、電源装置ＰＳ１，ＰＳ２が共に直ちに作動状態に移行して、上記のように直流電流Ｉｄｃの電流値を基準電流値Ｉｒｅｆ２に規定して蓄電池ユニット５０に出力する定電流制御を実行して、蓄電池ユニット５０に対する充電を開始する。しかしながら、この場合においても、上記したような電源効率の低い状態で複数の電源装置ＰＳが動作する事態の発生が回避されていることから、充電装置ＣＨ全体の電源効率の低下が軽減されている。

その後、各電源装置ＰＳ１，ＰＳ２の直流電圧Ｖｄｃがそれぞれの基準電圧値Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２に達したとき（つまり、図３に示すように、蓄電池ユニット５０の充電電圧Ｖｂの電圧値が（Ｖｒｅｆ１＋Ｖｒｅｆ２）に達したとき）には、電源装置ＰＳ１の制御回路９は、現在の直流電圧Ｖｄｃの電圧値を基準電圧値Ｖｒｅｆ１に維持した状態で直流電流Ｉｄｃを出力する定電圧制御を実行し、また電源装置ＰＳ２の制御回路９も、現在の直流電圧Ｖｄｃの電圧値を基準電圧値Ｖｒｅｆ２に維持した状態で直流電流Ｉｄｃを出力する定電圧制御を実行する。この場合、電源装置ＰＳ１，ＰＳ２から蓄電池ユニット５０に出力されている直流電流Ｉｄｃの電流値は、基準電流値Ｉｒｅｆ２から徐々に減少する。各制御回路９は、現在の直流電流Ｉｄｃの電流値が下限電流値Ｉｍｉｎ（＜基準電流値Ｉｒｅｆ２）に達した時点で、それぞれのスイッチング回路５のスイッチ素子をオフ状態に制御することにより、直流電圧Ｖｄｃの生成動作を停止する（直流電圧Ｖｄｃがゼロボルトになる）。これにより、充電装置ＣＨによる蓄電池ユニット５０に対する充電が完了する。

このように、この充電装置ＣＨでは、１番目に作動状態に移行させられる電源装置ＰＳ１を除く（ｎ−１）個（本例では、ｎが２のため、１個）の電源装置ＰＳ２（本例では一例として、各電源装置ＰＳ１，ＰＳ２）にバイパス用整流素子１１が正出力端子（正出力端子１２および他の正出力端子である直列接続用端子１４）と負出力端子１３との間に正出力端子に向かう方向を順方向として予め接続されている。

したがって、この充電装置ＣＨによれば、上記したように、直列接続されたｎ個の電源装置ＰＳを予め決められた順序で（本例では２個の電源装置ＰＳ１，ＰＳ２をこの順序で）、順次作動状態に移行させることができるため、充電電圧Ｖｂが低電圧の蓄電池ユニット５０についても充電することができる。また、この充電装置ＣＨによれば、上記したように、電源効率が低下する充電電圧Ｖｂが低電圧のときには、充電動作を実行する電源装置ＰＳの数を最小限の１個に止め、充電電圧Ｖｂが閾値電圧Ｖｔｈに達したとき（充電電圧Ｖｂがある程度高くなったとき）に、次の電源装置ＰＳ（本例では電源装置ＰＳ２）を作動状態に移行させることができるため、複数の電源装置ＰＳ１，ＰＳ２で蓄電池ユニット５０をより高い充電電圧Ｖｂに充電することができると共に、電源効率の低い状態で複数の電源装置ＰＳが動作するという事態の発生を回避できることから、充電装置ＣＨ全体の電源効率の低下を軽減することができる。

また、この充電装置ＣＨによれば、電源制御装置ＣＮＴが、充電電圧Ｖｄと、作動状態にある電源装置ＰＳ１の個数（この例では１個）に対応させて作動状態の電源装置ＰＳ１についての最大出力電圧値（基準電圧値）の合計電圧値（基準電圧値Ｖｒｅｆ１）およびこの合計電圧値の近傍の電圧値のいずれかに予め規定された閾値電圧Ｖｔｈとを比較して、充電電圧Ｖｄが閾値電圧Ｖｔｈに達したときに次の電源装置ＰＳ２を作動状態に移行させるため、電源装置ＰＳ２が作動状態に移行したときの各電源装置ＰＳ１，ＰＳ２の直流電圧Ｖｄｃの電圧値を可能な限り高い状態にすることができることから、電源効率の低い状態で電源装置ＰＳ１，ＰＳ２が動作するという事態の発生をより確実に回避して、充電装置ＣＨ全体の電源効率の低下をより確実に軽減することができる。

また、この充電装置ＣＨによれば、過電流保護特性で規定されている基準電流値（最大出力電流値）Ｉｒｅｆが大きい順に、本例では、電源装置ＰＳ１、電源装置ＰＳ２の順に作動を開始させる構成のため、蓄電池ユニット５０の充電電圧Ｖｂが低電圧のときには大きな基準電流値Ｉｒｅｆ１で定電流充電を実行できることから、充電装置ＣＨ全体の電源効率の低下を軽減しつつ、蓄電池ユニット５０をより短時間で充電することができる。

また、この電源装置ＰＳによれば、平滑回路８の正出力部８ａに整流素子を介在させることなく接続（つまり、直接接続）された直列接続用端子１４を備えているため、この直列接続用端子１４を使用して複数個を直列に接続することにより、逆流防止用整流素子１０の存在に起因する電圧降下を逆流防止用整流素子１０一つ分の順方向電圧Ｖｆだけに抑えることができる。

また、この電源装置ＰＳによれば、逆流防止用整流素子１０およびバイパス用整流素子１１のうちの少なくとも１つの整流素子（本例では逆流防止用整流素子１０）が、バスバー１５に、電気的に絶縁され、かつ熱伝導性の良好な状態で取り付けられているため、この少なくとも１つの整流素子で発生する熱を効率よく放熱することができる。

なお、上記の充電装置ＣＨでは、ｎ個の電源装置ＰＳを直列に接続する一例として、２個の電源装置ＰＳを直列に接続する例について説明したが、互いに直列接続されたｎ個（２個を超える個数）の電源装置ＰＳ１〜ＰＳｎと、電源制御装置ＣＮＴａとを備えた充電装置ＣＨａについて、図４を参照して説明する。なお、充電装置ＣＨａの各電源装置ＰＳは、それぞれの定電流電圧垂下型の過電流保護特性が相違するものの、基本構成は上記した電源装置ＰＳ１，ＰＳ２と同一に構成されているため、一部の構成要素についての図示を省略すると共に、同一の構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

また、電源制御装置ＣＮＴａについては、上記した電源制御装置ＣＮＴの基本構成のうちの作動指示信号Ｓｓ２〜Ｓｓｎを生成するための構成要素（基準電源３２、コンパレータ３３、フォトカプラ３４およびフォトカプラ３５）を後述するように複数組（（ｎ−１）組）備えている点で電源制御装置ＣＮＴと相違しているが、他の構成要素（起動用スイッチ３６、抵抗３７および抵抗３８）については同一である。このため、電源制御装置ＣＮＴａについても、上記した電源制御装置ＣＮＴと同一の構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

充電装置ＣＨａでは、ｎ個の電源装置ＰＳ１〜ＰＳｎは、図４に示すように、充電装置ＣＨと同様にして、高電位側の電源装置ＰＳの負出力端子１３と低電位側の電源装置ＰＳの正出力端子（本例では、直列接続用端子１４）とが接続線で接続されることによって互いに直列に接続されている。また、最も高電位側に配設された電源装置ＰＳ（本例では電源装置ＰＳｎ）の正出力端子１２が蓄電池ユニット５０の正極に接続線で接続され、最も低電位側に配設された電源装置ＰＳ（本例では電源装置ＰＳ１）の負出力端子１３が蓄電池ユニット５０の負極に接続線で接続される。したがって、各電源装置ＰＳ１〜ＰＳｎの直流電圧Ｖｄｃが加算されて、電源装置１ａの正出力端子１２と電源装置１ｂの負出力端子１３との間から蓄電池ユニット５０に出力される。

例えば、電源装置ＰＳ１，ＰＳ２，・・・，ＰＳｎのそれぞれの基準電圧値がＶｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２，・・・，Ｖｒｅｆｎのときには、最も高電位側に配設された電源装置ＰＳｎの逆流防止用整流素子１０での順方向電圧Ｖｆを無視できれば、充電装置ＣＨａは、蓄電池ユニット５０の充電電圧Ｖｂを、電源装置ＰＳ１，ＰＳ２，・・・，ＰＳｎの基準電圧値Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２，・・・，Ｖｒｅｆｎの合計電圧値（Ｖｒｅｆ１＋Ｖｒｅｆ２＋・・・＋Ｖｒｅｆｎ）に充電可能に構成されている。

電源制御装置ＣＮＴａは、図４に示すように、一点鎖線で囲まれた基準電源３２、コンパレータ３３、フォトカプラ３４およびフォトカプラ３５の組を複数（ｎ−１）備えると共に、起動用スイッチ３６および抵抗３７，３８を備えている。また、各組のフォトカプラ３５のフォトダイオードのアノード端子は、起動用スイッチ３６に共通接続され、また、各組のフォトカプラ３５のフォトトランジスタのコレクタ端子は抵抗３７に共通接続されている。

また、１つ目の組の基準電源３２で生成される比較電圧Ｖｃｏｍ２については、上記した充電装置ＣＨでの電源制御装置ＣＮＴと同様にして、充電電圧Ｖｂが、予め規定された閾値電圧Ｖｔｈ１（電源装置ＰＳ１の基準電圧値Ｖｒｅｆ１またはその近傍の電圧値（例えば基準電圧値Ｖｒｅｆ１の約８０％の電圧値）。図３参照）に達したときに、分圧電圧Ｖｄｉｖが比較電圧Ｖｃｏｍ２を超えて、コンパレータ３３がＨレベルの電圧を出力することにより、フォトカプラ３５のフォトトランジスタから作動指示信号Ｓｓ２が電源装置ＰＳ２に対して出力されるように、抵抗３１ａ，３１ｂによる分圧比と、比較電圧Ｖｃｏｍ２とが予め規定されている。

また、図示はしないが、２つ目の組の基準電源３２で生成される比較電圧Ｖｃｏｍ３については、充電電圧Ｖｂが、予め規定された閾値電圧Ｖｔｈ２（電源装置ＰＳ１，ＰＳ２の各基準電圧値Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２の合計電圧値またはその近傍の電圧値（例えば合計電圧値（Ｖｒｅｆ１＋Ｖｒｅｆ２）の約８０％の電圧値））に達したときに、分圧電圧Ｖｄｉｖが比較電圧Ｖｃｏｍ３を超えて、コンパレータ３３がＨレベルの電圧を出力することにより、フォトカプラ３５のフォトトランジスタから作動指示信号Ｓｓ３が電源装置ＰＳ３に対して出力されるように、比較電圧Ｖｃｏｍ３が予め規定されている。

以下同様にして、（ｎ−１）個目の基準電源３２で生成される比較電圧Ｖｃｏｍｎについては、充電電圧Ｖｂが、予め規定された閾値電圧Ｖｔｈｎ（電源装置ＰＳ１〜ＰＳｎ−１の各基準電圧値Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２，・・・，Ｖｒｅｆｎ−１の合計電圧値またはその近傍の電圧値（例えば合計電圧値（Ｖｒｅｆ１＋Ｖｒｅｆ２＋・・・Ｖｒｅｆｎ−１）の約８０％の電圧値））に達したときに、分圧電圧Ｖｄｉｖが比較電圧Ｖｃｏｍｎを超えて、コンパレータ３３がＨレベルの電圧を出力することにより、フォトカプラ３５のフォトトランジスタから作動指示信号Ｓｓｎが電源装置ＰＳｎに対して出力されるように、比較電圧Ｖｃｏｍｎが予め規定されている。

すなわち、電源制御装置ＣＮＴａでは、ｎ個の電源装置ＰＳのうちの作動状態にある電源装置ＰＳの個数に対応させて予め規定された閾値電圧Ｖｔｈ（つまり、この作動状態の電源装置ＰＳについての基準電圧値Ｖｒｅｆ（最大出力電圧値）の合計電圧値およびこの合計電圧値の近傍の電圧値のいずれかに予め規定された閾値電圧Ｖｔｈ）と、蓄電池ユニット５０の充電電圧Ｖｂとを比較して、充電電圧Ｖｂがこの閾値電圧Ｖｔｈに達したときに、順序が次の電源装置ＰＳを作動状態に移行させる。

したがって、この充電装置ＣＨａによっても、直列接続されたｎ個の電源装置ＰＳを予め決められた順序で（本例では、電源装置ＰＳ１，電源装置ＰＳ２，・・・，電源装置ＰＳの順序で）、順次作動状態に移行させることができるため、充電電圧Ｖｂが低電圧の蓄電池ユニット５０についても充電することができると共に、電源効率の低い状態で複数の電源装置ＰＳが動作するという事態の発生を回避できることから、充電装置ＣＨａ全体の電源効率の低下を軽減することができる。

また、この充電装置ＣＨａにおいても、電源制御装置ＣＮＴａが、充電電圧Ｖｄと、作動状態にある電源装置ＰＳ１の個数に対応させて作動状態の電源装置ＰＳについての最大出力電圧値（基準電圧値Ｖｒｅｆ）の合計電圧値およびこの合計電圧値の近傍の電圧値のいずれかに予め規定された閾値電圧Ｖｔｈとを比較して、充電電圧Ｖｄが閾値電圧Ｖｔｈに達したときに次の電源装置ＰＳを作動状態に移行させるため、この新たな電源装置ＰＳが作動状態に移行したときの各電源装置ＰＳの直流電圧Ｖｄｃの電圧値を可能な限り高い状態にすることができることから、電源効率の低い状態で各電源装置ＰＳが動作するという事態の発生をより確実に回避して、充電装置ＣＨａ全体の電源効率の低下をより確実に軽減することができる。

また、上記の充電装置ＣＨ，ＣＨａでは、直列に接続された各電源装置ＰＳを順次作動状態に移行させるための「予め決められた順序」の一例として、基準電流値（最大出力電流値）Ｉｒｅｆの大きい順に順次作動状態に移行させる好ましい構成を採用しているが、各電源装置ＰＳが基準電流値Ｖｒｅｆに関して同一仕様の電源装置であるときには、直列接続されている順序に拘わらず、いずれの電源装置ＰＳから作動状態に移行させてもよいのは勿論である。

また、上記の充電装置ＣＨ，ＣＨａでは、各電源装置ＰＳは、直列接続用端子１４を備えて構成されているが、直列接続用端子１４を有していない構成を採用することもでき、この構成では、ｎ個の電源装置ＰＳは、高電位側の電源装置ＰＳの負出力端子１３と低電位側の電源装置ＰＳの正出力端子１２とが接続されることによって直列に接続される。

７整流回路
８平滑回路
８ａ正出力部
８ｂ負出力部
１１バイパス用整流素子
１２正出力端子
１３負出力端子
ＣＮＴ，ＣＮＴａ電源制御装置
Ｉｒｅｆ基準電流値（最大出力電流値）
ＰＳ１，ＰＳ２，・・・，ＰＳｎ電源装置
Ｖｂ充電電圧
Ｖｄｃ直流電圧
Ｖｒｅｆ基準電圧値（最大出力電圧値）

Claims

定電流電圧垂下型の過電流保護特性を有して正出力端子と負出力端子との間に直流電圧を出力するｎ個（ｎは２以上の整数）の電源装置を備え、高電位側の当該電源装置の前記負出力端子と低電位側の当該電源装置の前記正出力端子とが接続されることによって当該ｎ個の電源装置が直列に接続されて構成され、最も高電位側に配設された前記電源装置の前記正出力端子と最も低電位側に配設された前記電源装置の前記負出力端子との間に接続された電池を充電する充電装置であって、
前記ｎ個の電源装置を予め決められた順序で順次作動状態に移行させる電源制御装置と、
１番目に作動状態に移行させられる前記電源装置を除く（ｎ−１）個の前記電源装置の前記正出力端子と前記負出力端子との間に当該正出力端子に向かう方向を順方向として接続された整流素子とを備えている充電装置。
前記電源制御装置は、前記電池の充電電圧と、作動状態にある前記電源装置の個数に対応させて当該作動状態の電源装置についての最大出力電圧値の合計電圧値および当該合計電圧値の近傍の電圧値のいずれかに予め規定された閾値電圧とを比較して、当該充電電圧が当該閾値電圧に達したときに、次の前記電源装置を作動状態に移行させる請求項１記載の充電装置。
前記電源制御装置は、前記過電流保護特性で規定される最大出力電流値が大きい順に作動を開始させる請求項１または２記載の充電装置。