JP7170219B2

JP7170219B2 - 電源装置

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Publication number: JP7170219B2
Application number: JP2018183082A
Authority: JP
Inventors: 一雄竹中; 貴司東出; 克則愛宕; 洋一影山; 久雄平城; 侑吾薛; 大貴西中
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2022-11-14
Anticipated expiration: 2038-09-28
Also published as: JP2020054161A

Description

本発明は、各種電子機器に使用される電源装置に関するものである。

以下、従来の電源装置について図面を用いて説明する。図６は従来の電源装置の構成を示した回路ブロック図であり、電源装置１は、充電回路２と、充電回路２によって充電が行われる蓄電部３と、を備えていた。特に充電回路２によって電源装置１へ電力を供給する直流電源４と充電回路２との間に配置された過電流遮断部５と、を備えていた。

充電回路２が蓄電部３を短時間で満充電状態あるいは満充電に近い状態とするには、一般的には充電電流を大きな値としていた。一方、充電電流が大きな値に設定される場合には充電回路２の入力電流も大きな値となるため、入力ヒューズ５の定格電流も大きな値とすることが必要となり、同時に充電回路２に用いられる回路素子（図示せず）の大電流容量化が対策として採られていた。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。

特開２０１０－８８１８０号公報

しかしながら従来の電源装置１では、一時的に充電回路２へさらに大きな電流が流れることも考慮し、充電回路２に用いられる回路素子（図示せず）には電流容量に余裕を設定していたため、結果として回路素子（図示せず）の大電流容量化にともなう形状の大型化やコスト増が生じるという課題を有するものであった。

そこで本発明は、電源装置の回路素子の低電流容量化や小型化を目的とする。

そして、この目的を達成するために本発明は、入力部と、前記入力部に接続された充電回路と、前記充電回路によって充電される蓄電部と、前記入力部の入力電圧と前記蓄電部の蓄電電圧および蓄電電流を検出し、前記充電回路の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記入力部の入力電流を前記蓄電電圧と蓄電電流と前記入力電圧とを用いることによって得て、前記入力電圧が入力閾電圧よりも高く、かつ、前記蓄電電圧が第１充電電圧よりも低いとき前記充電回路を、前記蓄電電流と前記入力電流とを加算して得られる電流加算値が一定となるよう動作させる、ことを特徴としたものである。

本発明によれば、充電回路の動作は蓄電電流と入力電流とを加算して得られる電流加算値が一定となるように制御されるため、充電回路を流れる電流は最大で電流加算値に相当する値に抑制される。このため、充電回路に用いられる回路素子（図示せず）の電流容量は電流加算値に設定すればよく、電流容量の大幅な余裕は必要とならない。この結果として、回路素子の低電流容量化や電源装置の小型化が可能となる。

本発明の実施の形態における電源装置の構成を示す回路ブロック図本発明の実施の形態における電源装置の電圧および電流の第１特性図本発明の実施の形態における電源装置の電圧および電流の第２特性図本発明の実施の形態における電源装置を搭載した車両のブロック図本発明の実施の形態における電源装置の充電回路の回路図従来の電源装置の構成を示した回路ブロック図

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態における電源装置の構成を示す回路ブロック図であり、電源装置６は入力部７と充電回路８と蓄電部９と制御部１０とを含む。充電回路８は入力部７に接続されている。蓄電部９は充電回路８によって充電される。制御部１０は、入力部７の入力電圧と蓄電部９の蓄電電圧とを検出し、充電回路８の動作を制御する。

制御部１０は、入力部７の入力電流Ｉｉｎを蓄電電圧Ｖｃｈと蓄電電流Ｉｃｈと入力電圧Ｖｉｎとを用いることによって得る。そして、入力電圧Ｖｉｎが入力閾電圧Ｖｉｎｔｈよりも高く、かつ、蓄電電圧Ｖｃｈが第１充電電圧Ｖｃｈ１よりも低いとき制御部１０は充電回路８に、蓄電電流Ｉｃｈと入力電流Ｉｉｎとを加算して得られる電流加算値Ｉａｄが一定となるよう動作させる。

以上の構成および動作により、充電回路８の動作は蓄電電流Ｉｃｈと入力電流Ｉｉｎとを加算して得られる電流加算値Ｉａｄが一定となるように制御される。このため、充電回路８を流れる電流は最大で電流加算値Ｉａｄに相当する値に抑制される。このため、充電回路８に用いられる回路素子（図示せず）の電流容量は電流加算値Ｉａｄに設定すればよく、電流容量の大幅な余裕は必要とならない。この結果として、充電回路８の回路素子の低電流容量化や小型化や電源装置６の小型化が可能となる。

以下で、電源装置の構成および動作の詳細について説明する。図２は本発明の実施の形態における電源装置の電圧および電流の第１特性図であり、図３は本発明の実施の形態における電源装置の電圧および電流の第２特性図であり、図４は本発明の実施の形態における電源装置を搭載した車両のブロック図であり、図５は本発明の実施の形態における電源装置の充電回路の回路図である。図２では先に述べた入力電圧Ｖｉｎ、蓄電電圧Ｖｃｈ、蓄電電流Ｉｃｈ、入力電流Ｉｉｎのそれぞれ時間経過による特性が示されている。

先ず、電源装置６を搭載した車両１１の構成について説明する。電源装置６は、車両１１の車体１２に搭載されていて、入力部７は車両バッテリー１３に接続されている。入力部７と車両バッテリー１３との間にはスイッチ１４が配置されていて、スイッチ１４は車両１１を起動するための車両起動スイッチ（図示せず）のオンオフによって接続、開放されるように設定されていてもよい。また、入力部７と充電回路８との間には保護回路１５が設けられ、保護回路１５は充電回路８を突発的あるいは継続的な過電流から保護する。ここでは保護回路１５は、電源装置６の内部に設けられた形態としているが、保護回路１５は電源装置６の外部で車体１２に配置され、スイッチ１４と車両バッテリー１３との間で、スイッチ１４と車両バッテリー１３とに接続されていてもよい。さらに、制御部１０が、信号受信部１４Ａを通じてスイッチ１４のオンオフに連動する信号を受信することによって、制御部１０が車両１１の起動を認識し、電源装置６が起動状態となってよい。

電源装置６において、蓄電部９の充電経路に充電回路８が、蓄電部９の放電経路に放電
回路１６が設けられ、さらに、放電回路１６の出力側には出力部１７が接続されている。そして出力部１７は車両負荷１８に接続されている。電源装置６は車両１１の緊急時に蓄電部９に蓄えられた電力を車両負荷１８へ供給可能な状態となる。言い換えると、車両バッテリー１３の破損などによって、車両バッテリー１３が電力経路１９を通じて車両負荷１８に電力供給ができなくなったとき、電源装置６は電力を車両負荷１８へ供給可能な状態となる。

充電回路８は昇圧回路であっても降圧回路であってもよく、車両バッテリー１３の通常時の電圧と蓄電部９の満充電電圧との関係に応じて、昇圧回路もしくは降圧回路とすればよい。放電回路１６もまた、昇圧回路であっても降圧回路であってもよい。またあるいは放電回路１６は電圧変換機能を有さない導体のみや、導体と開閉部（図示せず）によって構成されていてもよい。言い換えると、蓄電部９が車両負荷１８を起動させるために必要な電圧が供給可能であれば、放電回路１６の昇圧、降圧動作はいずれであってもあるいは放電回路１６が設けられなくてもよい。

つぎに充電に関する動作を中心に、電源装置６の動作を説明する。車両１１が起動すると、同時にスイッチ１４がオン状態となる。制御部１０が車両１１の起動を検出すことで、制御部１０は充電回路８を起動させる。また、入力電圧Ｖｉｎ、蓄電電圧Ｖｃｈ、蓄電電流Ｉｃｈは制御部１０によって測定、あるいは検出される。例えば、制御部１０は入力部７の電圧、あるいは充電回路８の入力端８Ａの電圧を入力電圧Ｖｉｎとして検出する。また制御部１０は充電回路８の出力端８Ｂ、あるいは蓄電部９の正電位電極９Ｃの電圧を蓄電電圧Ｖｃｈとして検出する。さらに蓄電部９は蓄電素子９Ａと蓄電回路部９Ｂとを有していて、蓄電回路９Ｂに設けられた電流センサ（図示せず）が蓄電電流Ｉｃｈを検出し、その検出信号を制御部１０が受信、検出している。本実施形態では、上記のように電流センサ（図示せず）は蓄電部９に設けられた形態で説明しているが、電流センサ（図示せず）は充電回路８に包含されていてもよく、あるいは、電流センサ（図示せず）は充電回路８と蓄電部９とを接続する導体に単独の要素として設けられ、制御部１０に接続されていてもよい。

また、先にも述べたように充電回路８は昇圧回路であっても降圧回路であってもよい。そして、図３では、充電回路８が昇圧動作する昇圧回路であるときの一例の特性であり、入力電圧Ｖｉｎは後述する第１充電電圧Ｖｃｈ１および第２充電電圧Ｖｃｈ２よりも低い値として設定されている。仮に、充電回路８が降圧動作する降圧回路であるときは、入力電圧Ｖｉｎは後述する第１充電電圧Ｖｃｈ１および第２充電電圧Ｖｃｈ２よりも高い値となる。第２充電電圧Ｖｃｈ２が第１充電電圧Ｖｃｈ１よりも高い値として設定されることは、充電回路８が昇圧回路であっても降圧回路であっても変わりはない。

ここで、入力部７あるいは充電回路８の入力端８Ａの入力電流Ｉｉｎは、直接に測定や検出はされずに、入力電圧Ｖｉｎと蓄電電圧Ｖｃｈと蓄電電流Ｉｃｈとを用いて制御部１０で得られる。例えば具体的には充電回路８において入力電力と出力電力とは実質的に同じ値になると仮定し、入力電流Ｉｉｎと入力電圧Ｖｉｎとの積は、蓄電電圧Ｖｃｈと蓄電電流Ｉｃｈとの積と同じ値となることから、蓄電電圧Ｖｃｈと蓄電電流Ｉｃｈとの積を入力電圧Ｖｉｎによって除した値を制御部１０が演算によって求め、入力電流Ｉｉｎが得られる。

またあるいは、制御部１０は入力電圧Ｖｉｎと蓄電電圧Ｖｃｈと蓄電電流Ｉｃｈとを用いて演算により入力電流Ｉｉｎを求める際に、充電回路８の電力変換効率ηが考慮されてもよい。出力電力は厳密には入力電力に電力変換効率ηを乗じた値となるため、入力電流Ｉｉｎと入力電圧Ｖｉｎと電力変換効率ηとの積は、蓄電電圧Ｖｃｈと蓄電電流Ｉｃｈとの積と同じ値となる。この関係を用い、蓄電電圧Ｖｃｈと蓄電電流Ｉｃｈとの積を、入力
電圧Ｖｉｎと電力変換効率ηとの積によって除した値を制御部１０が演算によって求め、入力電流Ｉｉｎが得られる。

入力電流Ｉｉｎは、充電回路８の入力端８Ａなどへ電流センサ（図示せず）を配置して直接に測定、検出することも可能である。しかしながら、充電回路８の入力端８Ａには一般的に、電源装置６と車両バッテリー１３とが接続された瞬間には、大きな電流が生じ易くなる。仮に電流センサ（図示せず）が設けられていると、車両１１が起動の都度発生する比較的大きな電流が流れる機会の反復により電流センサ（図示せず）に劣化が生じるおそれがある。これに対し、入力電流Ｉｉｎが制御部１０で演算によって求められることで、入力電流Ｉｉｎに対する検出精度の劣化や電流検出に対する信頼性の低下は生じない。

次に制御部１０は、入力電圧Ｖｉｎと入力閾電圧Ｖｉｎｔｈとの比較、および、蓄電電圧Ｖｃｈと第１充電電圧Ｖｃｈ１との比較を行う。入力閾電圧Ｖｉｎｔｈおよび第１充電電圧Ｖｃｈ１は、制御部１０へ記憶されているなどにより予め与えられた値である。

入力電圧Ｖｉｎと入力閾電圧Ｖｉｎｔｈとの比較は、車両１１が起動されたとき、そしてそれ以降に継続して、車両バッテリー１３が正常な状態であるか否かを判定するために制御部１０によって行われる。入力閾電圧Ｖｉｎｔｈは、車両バッテリー１３の電圧に相当する入力電圧Ｖｉｎが入力閾電圧Ｖｉｎｔｈよりも低い場合に充電回路８が動作して電力を消費すると車両１１の他の電装品の起動が困難となる水準の値として決定していればよい。したがって、入力電圧Ｖｉｎと入力閾電圧Ｖｉｎｔｈとの比較の結果、入力電圧Ｖｉｎが入力閾電圧Ｖｉｎｔｈよりも低いときは、制御部１０が充電回路８を動作させない状態である。

また、蓄電電圧Ｖｃｈと第１充電電圧Ｖｃｈ１との比較は、蓄電部９の充電状態を判定するために行われる。第１充電電圧Ｖｃｈ１は例えば、蓄電部９が満充電状態にまで至っていない状態であっても、車両負荷１８に最低限の動作をさせるために必要な電圧として、決定されるとよい。

蓄電電圧Ｖｃｈが第１充電電圧Ｖｃｈ１よりも低いとき、仮に定電力動作によって蓄電部９を充電すると大きな値の蓄電電流Ｉｃｈが長い期間にわたって流れてしまい、充電回路８の回路素子（図示せず）の劣化進行を招くおそれがある。あるいは、入力電流Ｉｉｎは入力電圧Ｖｉｎの変動に依存する形で変動幅が大きくなるおそれがある。

このため、蓄電電圧Ｖｃｈと第１充電電圧Ｖｃｈ１との比較の結果、蓄電電圧Ｖｃｈが第１充電電圧Ｖｃｈ１よりも低いときは、入力電流Ｉｉｎの値と蓄電電流Ｉｃｈの値とが加算して得られる電流加算値Ｉａｄを一定にするよう制御部１０は充電回路８を制御して充電回路８に流れる電流の最大値を抑制している。電流加算値Ｉａｄは制御部１０へ予め記憶されているなどによって設定されている値であり、電流加算値Ｉａｄの値は充電回路８の特性や能力に対応して設定されていればよい。

これにより、充電回路８を流れる電流は最大で電流加算値Ｉａｄに相当する値に抑制される。このため、充電回路８に用いられる回路素子（図示せず）の電流容量は電流加算値Ｉａｄに設定すればよく、電流容量の大幅な余裕は必要とならない。この結果として、保護回路１５や充電回路８の回路素子の低電流容量化や小型化や電源装置６の小型化が可能となる。またさらに、充電回路８に流れる電流の値に制限を設けつつ、蓄電電圧Ｖｃｈが比較的低い値である充電初期の段階で、蓄電電流Ｉｃｈの値を大きくすることができ、充電に要する時間を短縮することができる。

ここで充電回路８に用いる電力変換回路としては図４に示すようなＺＥＴＡ型コンバー
タが望ましい。ＺＥＴＡ型コンバータの一例としては、入力端８Ａとグランド間にノイズ除去や入力電圧を平滑するための第１コンデンサ２０が接続され、入力端８Ａと出力端８Ｂとの間に直列で順にスイッチ素子２１と第２コンデンサ２２と第２チョークコイル２３が接続されている。また、スイッチ素子２１と第２コンデンサ２２との接続点とグランドとの間には第１チョークコイル２４が接続されている。また、第２コンデンサ２２と第２チョークコイル２３との接続点とグランドとの間にはダイオード２５がグランドをアノード側として接続されている。また出力端８Ｂとグランド間に第３コンデンサ２６が接続されている。スイッチ素子２１の駆動端子には制御部１０から制御されるドライバ２７が接続されているが、ドライバ２７は制御部１０に含まれていてもよい。

上記の形態のコンバータが用いられることにより、第１チョークコイル２４と第２チョークコイル２３との２つのチョークコイルに蓄えられた電力が出力端８Ｂに供給されるため、大きな値の電流の供給が容易になる。言い換えると、入力電流Ｉｉｎの値と蓄電電流Ｉｃｈの値とが加算されて得られる電流加算値Ｉａｄが一定に制御される際に、特に蓄電電流Ｉｃｈの値が大きくなる場合においても容易に対応が可能となる。

また、スイッチ素子２１に流れる電流の値とダイオード２５に流れる電流の値とは概ね一致する。また、スイッチ素子２１に流れる電流の値は電流加算値Ｉａｄと同等であり、ダイオード２５に流れる電流の値は電流加算値Ｉａｄとも同等である。スイッチ素子２１はＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）やＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）やＳＩＣ（炭化シリコン半導体素子）などが用いられるとよい。

蓄電電圧Ｖｃｈが第１充電電圧Ｖｃｈ１よりも低いときの動作については先に述べたが、蓄電電圧Ｖｃｈが第１充電電圧Ｖｃｈ１よりも低いときとは反対に、蓄電電圧Ｖｃｈが第１充電電圧Ｖｃｈ１よりも高いときには、充電回路８が蓄電部９に対して定電力充電を行うように制御部１０は充電回路８を制御する。定電力充電では、蓄電電流Ｉｃｈの値と蓄電電圧Ｖｃｈの値の積が一定となるように制御部１０は充電回路８の動作を制御する。

あるいは、入力電流Ｉｉｎが蓄電電流Ｉｃｈよりも大きくなったタイミングで、充電回路８が蓄電部９に対して定電力充電を行うように制御部１０は充電回路８を制御してもよい。このとき、第１充電電圧Ｖｃｈ１は、入力電流Ｉｉｎと蓄電電流Ｉｃｈとが同じ値になったときの蓄電電圧Ｖｃｈに相当することになる。これにより、入力電流Ｉｉｎの値を低く抑えることができ、保護回路１５の電流容量を小さくすることができる。また、入力電圧Ｖｉｎが概ね一定な状態で、かつ、入力電流Ｉｉｎと蓄電電流Ｉｃｈとの値が近い状態で充電回路８は動作するので、充電回路８での電力変換効率が向上する。

したがって、入力電圧Ｖｉｎが入力閾電圧Ｖｉｎｔｈよりも高く、かつ、蓄電電圧Ｖｃｈが第１充電電圧Ｖｃｈ１よりも低い、双方の条件を満たしたとき、蓄電電流Ｉｃｈと入力電流Ｉｉｎとを加算した値の電流加算値Ｉａｄを一定として蓄電部９を充電するよう制御部１０は充電回路８を制御する。これにより、充電回路８に用いられる回路素子（図示せず）の電流容量は電流加算値Ｉａｄに設定すればよく、電流容量の大幅な余裕は必要とならない。この結果として、回路素子の低電流容量化や小型化や電源装置６の小型化が可能となる。そして同時に、充電初期においても電流加算値Ｉａｄを上限値としたうえで、蓄電電流Ｉｃｈは大きな値の電流値で蓄電部９を充電することができる。この結果として充電回路８は、短時間で蓄電部９を満充電状態あるいは満充電に近い充電状態へと充電することができる。

また、入力電圧Ｖｉｎが入力閾電圧Ｖｉｎｔｈよりも高く、かつ、蓄電電圧Ｖｃｈが第１充電電圧Ｖｃｈ１よりも高い、双方の条件を満たしたとき、蓄電電流Ｉｃｈと入力電流Ｉｉｎとの積を一定として蓄電部９を充電するよう制御部１０は充電回路８を制御する。

そして、上記の蓄電電流Ｉｃｈと入力電流Ｉｉｎとの積である電力値Ｗｃｏｎを一定として蓄電部９を充電する定電力充電を行い、蓄電部９の蓄電電圧が第１充電電圧Ｖｃｈ１よりも高い値の第２充電電圧Ｖｃｈ２に達すると、制御部１０は充電回路８の動作を停止させるよう制御する。第２充電電圧Ｖｃｈ２は、制御部１０へ記憶されているなどにより予め与えられた値である。特に第２充電電圧Ｖｃｈ２は蓄電部９の蓄電素子９Ａへの満充電状態に準じた値となり、蓄電素子９Ａの特性に悪影響が出ない値であれば可能な限り高い値とするとよい。

また、車両１１が起動されたときに、入力電圧Ｖｉｎと入力閾電圧Ｖｉｎｔｈとの比較や蓄電電圧Ｖｃｈと第１充電電圧Ｖｃｈ１との比較と、充電電流Ｉｃｈの初期値を決定すればよい。充電電流Ｉｃｈの初期値の設定は、検出された蓄電電圧Ｖｃｈの値によって異なる。

車両１１が起動され、制御部１０が蓄電電圧Ｖｃｈと第１充電電圧Ｖｃｈ１とを検出し、蓄電電圧Ｖｃｈが第１充電電圧Ｖｃｈ１よりも高いとき、先にも述べたように、充電回路８は定電力充電で動作する条件となる。このとき、充電電流Ｉｃｈの初期値は、予め設定されている定電力充電における電力値Ｗｃｏｎを蓄電電圧Ｖｃｈで除した値として得られる。

また、車両１１が起動され、制御部１０が蓄電電圧Ｖｃｈと第１充電電圧Ｖｃｈ１とを検出し、蓄電電圧Ｖｃｈが第１充電電圧Ｖｃｈ１よりも低いとき、先にも述べたように、充電回路８は電流加算値Ｉａｄを一定として動作する条件となる。このとき、充電電流Ｉｃｈの初期値は、予め設定されている電流加算値Ｉａｄと入力電圧Ｖｉｎと蓄電電圧Ｖｃｈとを用いて制御部１０が設定するとよい。詳細には、入力電圧Ｖｉｎと電流加算値Ｉａｄとの積を、入力電圧Ｖｉｎに蓄電電圧Ｖｃｈを加えた値で除した結果の値として得られる。

これにより、適切な値の充電電流Ｉｃｈによって蓄電部９の充電が始められ、効率よく短時間で充電電圧Ｖｃｈが上昇する。

ここで蓄電素子９Ａには短時間での充放電が可能なエネルギー密度が高い素子として、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタが用いられることが望ましい。また、上記のキャパシタが電源装置６に用いられる場合、電源装置６の起動が停止したとき、あるいは車両１１の起動が事故などでなく正常な手順で停止したとき、キャパシタの劣化を抑制するために蓄電電圧Ｖｃは０Ｖやあるいは劣化進行が生じない低い値に低下させられたうえで、放置状態となる。さらに、車両１１が正常な手順で停止してから改めて起動するまでの間に蓄電部９の蓄電電圧Ｖｃは、その値が維持されることあるいは自然放電による低下が生じることはあっても、上昇することはない。したがって、車両１１が起動し、制御部１０が蓄電電圧Ｖｃｈを検出したとき、蓄電電圧Ｖｃｈは第１充電電圧Ｖｃｈ１よりも低いのが通常である。そのためこのときの電源装置６の動作は、充電回路８が電流加算値Ｉａｄを一定として動作する形態に該当する。

これらは言い換えると、制御部１０が車両１１の起動を検出すると、制御部１０は充電回路８を起動させる。このとき、制御部１０は入力電圧Ｖｉｎ、蓄電電圧Ｖｃｈを測定、検出する。そして、予め与えられた値である電流加算値Ｉａｄを用いて充電電流Ｉｃｈを演算によって求める。さらに制御部１０は、入力電圧Ｖｉｎと蓄電電圧Ｖｃｈと充電電流Ｉｃｈとを用いて、入力電流Ｉｉｎを演算によって求めることができる。

例えば図２を用いて説明すると、Ｔ０は車両１１が起動するタイミングであり、電源装
置６や制御部１０が起動し、制御部１０が充電回路８を起動させるタイミングでもある。そして、このとき、制御部１０は入力電圧Ｖｉｎ、蓄電電圧Ｖｃｈを検出する。さらに、予め与えられた値である電流加算値Ｉａｄを用いて充電電流Ｉｃｈを演算によって求める。さらに制御部１０は、入力電圧Ｖｉｎと蓄電電圧Ｖｃｈと充電電流Ｉｃｈとを用いて、入力電流Ｉｉｎを演算によって求める。あるいは電流加算値Ｉａｄと充電電流Ｉｃｈとによって入力電流Ｉｉｎを求める。

Ｔ０のタイミングでは蓄電電圧Ｖｃｈは第１蓄電電圧Ｖｃｈ１よりも低い値なので、Ｔ０からＴ１までの期間においては電流加算値Ｉａｄが一定値に保たれるように充電回路８が動作する状態が維持される。

つぎにＴ１のタイミングで、蓄電電圧Ｖｃｈが第１蓄電電圧Ｖｃｈ１に達したことにより、制御部１０は電流加算値Ｉａｄが一定値に保たれる充電回路８への制御を終え、そして、制御部１０は充電回路８を定電力動作するように切り換えて制御する。充電回路８の定電力動作時の電力値Ｗｃｏｎは予め制御部１０へ記憶されているなどにより予め与えられた値である。そして制御部１０は、実質的に第１充電電圧Ｖｃｈ１と同じ値となっているＴ１のタイミングでの蓄電電圧Ｖｔｈと定電力動作時の電力値Ｗｃｏｎとから求めた充電電流Ｉｃｈとによって蓄電部９への充電を充電回路８に継続させる。

また先に述べたように、Ｔ１のタイミングは、入力電流Ｉｉｎと蓄電電流Ｉｃｈとが同じ値になったタイミング、あるいは入力電流Ｉｉｎが蓄電電流Ｉｃｈよりも大きくなったタイミングとしてもよい。そしてＴ１のタイミングよりも後で、充電回路８が蓄電部９に対して定電力充電を行うように制御部１０は充電回路８を制御してもよい。このとき、第１充電電圧Ｖｃｈ１は、入力電流Ｉｉｎと蓄電電流Ｉｃｈとが同じ値になったときの蓄電電圧Ｖｃｈに相当することになる。これにより、入力電流Ｉｉｎの値を低く抑えることができ、保護回路１５の電流容量を小さくすることができる。また、入力電圧Ｖｉｎが概ね一定な状態で、かつ、入力電流Ｉｉｎと蓄電電流Ｉｃｈとの値が近い状態で充電回路８は動作するので、充電回路８での電力変換効率が向上する。

そしてＴ２のタイミングで、蓄電電圧Ｖｃｈが第２蓄電電圧Ｖｃｈ２に達したことにより、制御部１０は充電回路８の蓄電部９に対する充電動作を停止させる。ここでＴ１からＴ２までの期間においては先に述べたように充電回路８は、蓄電電圧Ｖｃｈと充電電流Ｉｃｈとの積である電力値Ｗｃｏｎが一定値となるよう動作する。これは充電回路８の出力端８Ｂでの値であり、充電回路８の入力端８Ａでは、入力電圧Ｖｉｎと入力電流Ｉｉｎとの双方の値が一定となる。

Ｔ１からＴ２のタイミングでは充電回路８が蓄電部９に対して定電力で充電を行うが、Ｔ１からＴ２の期間では既に蓄電電圧Ｖｃｈが十分に高い値となっている。このため大きな値の充電電流Ｉｃｈは充電回路８に流れず、Ｔ１のタイミング以前の蓄電電流Ｉｃｈよりも低い値となる。したがって、充電回路８の回路素子である例えばスイッチ素子２１やダイオード２５の電流容量を留意する必要はない。

以上のことから、充電初期のＴ０のタイミングからＴ１のタイミングまでで、電流加算値Ｉａｄが一定となる制御のもとで充電回路８の回路素子に過剰な負担が生じない電流で蓄電部９を充電する。これによって、Ｔ０からＴ１までの期間が短縮される。さらに、Ｔ１のタイミングからＴ２のタイミングまでで、充電電力値が一定となる制御のもとで蓄電部９を充電する。これによって、Ｔ１からＴ２までの期間が短縮される。

本発明の電源装置は小型化や充電期間の短縮が可能となる効果を有し、各種車両におい
て有用である。

６電源装置
７入力部
８充電回路
８Ａ入力端
８Ｂ出力端
９蓄電部
９Ｃ正電位電極
１０制御部
１１車両
１２車体
１３車両バッテリー
１４スイッチ
１５保護回路
１６放電回路
１７出力部
１８車両負荷
１９電力経路

Claims

入力部と、
前記入力部に接続された充電回路と、
前記充電回路によって充電される蓄電部と、
前記入力部の入力電圧と前記蓄電部の蓄電電圧および蓄電電流を検出し、前記充電回路の動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記入力部の入力電流を前記蓄電電圧と蓄電電流と前記入力電圧とを用いることによって得て、前記入力電圧が入力閾電圧よりも高く、かつ、前記蓄電電圧が第１充電電圧よりも低いとき前記充電回路を、前記蓄電電流と前記入力電流とを加算して得られる電流加算値が一定となるよう動作させる、
電源装置。
前記充電回路には、ＺＥＴＡ型コンバータが用いられる、
請求項１に記載の電源装置。
前記制御部は、前記入力部の入力電流を前記蓄電電圧と蓄電電流と前記入力電圧と前記充電回路の電力変換効率とによって得る、
請求項１に記載の電源装置。
前記制御部は、前記蓄電電圧が前記第１充電電圧よりも高いとき前記充電回路に、前記蓄電電流と前記蓄電電圧との積の値が一定となる制御を行う、
請求項１に記載の電源装置。
前記制御部は、前記蓄電電圧が前記第１充電電圧よりも高い第２充電電圧に達すると、前記充電回路の動作を停止させる、
請求項４に記載の電源装置。
前記蓄電部には、キャパシタが蓄電素子として用いられる、
請求項１に記載の電源装置。