WO2013128700A1

WO2013128700A1 - 電源装置

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Publication number: WO2013128700A1
Application number: PCT/JP2012/076120
Authority: WO
Inventors: 耕輔宇野
Original assignee: トヨタ車体株式会社
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-10-09
Publication date: 2013-09-06
Also published as: EP2822132A1; EP2822132B1; JP2013179760A; EP2822132A4; JP5835009B2

Abstract

　電源装置の制御部（２０）は、メインリレー部（１２）がオフされプリチャージリレー部（１５）がオンされて行われるプリチャージ時に電圧センサ（１７）が検出したコンデンサ電圧とプリチャージ回路（１３）の抵抗（１４）の抵抗値とに基づいて、バッテリ電圧を算出する。そして、制御部２０は、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。制御部（２０）は、プリチャージ終了判定に基づき、プリチャージリレー部（１５）をオフする。

Description

電源装置

　本発明は、平滑用コンデンサをプリチャージするためのプリチャージ回路を備える電源装置に関する。

　図１０に示すように、電動車両のインバータ１１０は、入力側の端子間に、平滑用コンデンサ１２０を備えている。また、入力側の端子間には、インバータの制御や回路異常の検出を行うため、電圧センサ１９０が設けられている。電圧センサ１９０は、平滑用コンデンサ１２０と並列に接続されている。平滑用コンデンサ１２０は、大容量の電荷コンデンサからなる。平滑用コンデンサ１２０は、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。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。すると、制御回路２００は、インバータ動作を開始するため、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の充電を組電池により直接行うと、回路に大電流が流れるため、メインリレー部１４０の接点が損傷する虞がある。このため、まず、プリチャージリレー１５０を閉じ、プリチャージ抵抗１６０で電流を制限しながら、平滑用コンデンサ１２０をプリチャージする。プリチャージが終了した時点で、リレー１３０のメインリレー部１４０を閉じる。こうすることで、メインリレー部１４０の接点の損傷が防止される。

　平滑用コンデンサを充電するためのプリチャージ動作として、下記の３種類の方法がある。

　（１）制御回路がリレーを制御して、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（第１の従来技術）。

　（２）図１０に示すように、回路上に、プリチャージ電流を検出する電流センサ２１０を設ける。制御部２００がプリチャージ電流を、プリチャージ電流が小さくなるまで監視し、リレーを制御する（特許文献１、特許文献２の方法、第２の従来技術）。

　（３）回路上に、プリチャージリレー１５０のコンタクタ１７０及びプリチャージ抵抗１６０からなる直流回路（プリチャージ回路）１８０とバッテリ１００の負極との間の電圧を検出する電圧センサ２２０を設ける。そして、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。（特許文献３の方法、第３の従来技術）。

　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、平滑用コンデンサ１２０へのプリチャージが不十分である状態でメインリレー部１４０をオンすると、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。また、バッテリの最大電圧時に基づきプリチャージ時間を設定した場合、バッテリ電圧が通常電圧のときにはプリチャージ時間が長くなるとの問題が生じる。

　第２の従来技術では、電流センサ２１０が必要となり、コストが上昇する。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とは別の電圧センサ２２０が必要となり、コストが上昇する。

　このような問題は、電源装置に接続された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又はコンバータ等においても生じる虞がある。

特開平１０－３０４５０１号公報特許３７３６９３３号特開２００８－１９３８４６号公報

　本発明の目的は、プリチャージのための新たな部品や回路を追加する必要がなく、バッテリ電圧が変化しても最短時間でプリチャージすることのできる電源装置を提供することにある。

　上記の目的を達成するために、本発明の第一の態様によれば、負荷に対して並列に接続される平滑用コンデンサと、負荷に対して直流電力を付与するバッテリと、バッテリと平滑用コンデンサとの間の回路をオン又はオフするメインリレー部と、メインリレー部に対し並列に接続されたプリチャージ抵抗及びプリチャージリレー部からなる直列回路を含むプリチャージ回路と、メインリレー部及びプリチャージリレー部のオンオフ制御を行う制御部とを備えた電源装置が提供される。電源装置は、メインリレー部がオフされプリチャージリレー部がオンされて行われるプリチャージ時に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、コンデンサ電圧及び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、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とを備えている。制御部は、プリチャージ終了判定部によるプリチャージの終了判定に基づき、プリチャージリレー部をオフする。

　この構成によれば、プリチャージのための新たな部品や回路を追加する必要がない。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することができる。

　上記の電源装置において、プリチャージ終了判定部は、算出された最新のバッテリ電圧と電圧センサが検出した最新のコンデンサ電圧との電位差をバッテリ電圧の変化状態量として監視し、プリチャージ終了判定部は、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が好ましい。

　この構成によれば、制御部は、算出された最新のバッテリ電圧と電圧センサが検出した最新のコンデンサ電圧との電位差を、バッテリ電圧の変化状態量として監視する。そして、制御部は、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。これにより、制御部は、最新のバッテリ電圧の状態に基づいて、プリチャージの終了を適切に判定することができる。

　上記の電源装置において、プリチャージ回路は、ＰＴＣサーミスタを含み、電源装置は、電圧センサが検出したコンデンサ電圧に基づいてＰＴＣサーミスタの抵抗値を算出する抵抗値算出部を備え、バッテリ電圧算出部は、ＰＴＣサーミスタの抵抗値を含むプリチャージ抵抗と電圧センサが検出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が好ましい。

　この構成によれば、プリチャージリレー部のオン又はオフが繰り返された際、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昇する。すると、ＰＴＣサーミスタの抵抗が増大し、それにより電流も小さくなるため、ＰＴＣサーミスタの過熱が抑制される。よって、プリチャージ回路のプリチャージ抵抗の破損が防止される。また、ＰＴＣサーミスタが高温になっても、プリチャージすることができる。

　上記の電源装置において、プリチャージ抵抗は、ＰＴＣサーミスタであり、バッテリ電圧算出部は、ＰＴＣサーミスタのキュリー温度の抵抗値と電圧センサが検出したコンデンサ電圧に基づいてバッテリ電圧を算出し、プリチャージ終了判定部は、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を引いた差分又は前回値と今回値との比を変化状態量として算出し、変化状態量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との比較結果に基づきＰＴＣサーミスタの温度がキュリー温度以上である場合にプリチャージの終了判定を行い、制御部は、プリチャージの終了判定に基づきプリチャージリレー部をオフし、プリチャージの終了判定がなくかつ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、制御部は、メインリレー部をオンすると共にプリチャージリレー部をオフすることが好ましい。

　この構成によれば、ＰＴＣサーミスタの温度がキュリー温度を超えた場合、制御部は、プリチャージの終了判定を行うことができる。また、プリチャージのための新たな部品や回路を追加する必要がない。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することができる。

　上記の電源装置において、メインリレー部がオフしている状態で平滑用コンデンサの残電荷放電を行う放電処理部と、残電荷放電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溶着判定部とを備えることが好ましい。

　この構成によれば、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場合、制御部は、メインリレー部の接点が溶着していると判定する。このため、制御部は、メインリレー部の溶着異常を検知できる。

　上記の電源装置において、プリチャージを開始後のコンデンサ電圧がバッテリ電圧算出許容閾値以上の場合、バッテリ電圧算出部によるバッテリ電圧の算出を許容する算出許容判定部と、プリチャージを開始後のコンデンサ電圧がバッテリ電圧算出許容閾値未満でありかつプリチャージ開始からの経過時間が異常判定時間を越えた場合、バッテリ又はプリチャージ回路に異常が生じたと判定する異常判定部とを備えることが好ましい。

　この構成によれば、プリチャージを開始後のコンデンサ電圧がバッテリ電圧算出許容閾値以上でなく、かつプリチャージ開始からの経過時間が異常判定時間を越えた場合、制御部は、バッテリ又はプリチャージ回路に異常が生じたと判定することができる。このため、バッテリの未接続や逆接続、又はプリチャージ回路の故障を検知することができる。

本発明の第１実施形態に係る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との関係を示すグラフ。第１実施形態のプリチャージ処理のフローチャート。本発明の第２実施形態に係る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関係を示すグラフ。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との関係を示すグラフ。本発明の第３実施形態に係るプリチャージ処理のフローチャート。従来の電源装置の電気回路図。

　（第１実施形態）
　以下、本発明の電源装置を具体化した一実施形態について図１～図３を参照して説明する。

　図１に示すように、電源装置は、直流電源であるバッテリ１０、メインリレー部１２、プリチャージ回路１３、及び制御部２０を備えている。プリチャージ回路１３は、メインリレー部１２に対して並列に接続されている。メインリレー部１２は、バッテリ１０の出力側に接続されると共に負荷１１に電力を供給する。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であるが、インバータに限定されない。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とを備えた直列回路からなる。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）により構成されているが、半導体からなる無接点リレーにより構成してもよい。

　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、平滑用コンデンサ１６の電圧を検出する電圧センサ１７とが設けられている。電圧センサ１７は、平滑用コンデンサ１６に対して並列に接続されている。

　制御部２０は、プリチャージ時及びプリチャージ終了後に、メインリレー部１２及びプリチャージリレー部１５をそれぞれ制御する。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である。

　次に、第１実施形態に係る電源装置の作用を説明する。

　制御部２０は、図示しないＲＯＭを備えている。図３に示すフローチャートは、ＲＯＭに格納されたプリチャージ処理プログラムに従って行われる。

　図３に示すように、Ｓ１０において、制御部２０は、メインリレー部１２及びプリチャージリレー部１５の両方をオフすると共に、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。所定時間は、メインリレー部１２及びプリチャージリレー部１５に溶着異常の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設定されている。

　放電処理終了後、Ｓ１２において、制御部２０は、メインリレー部１２の接点について溶着異常判定処理を行う。異常判定処理では、電圧センサ１７により検出したコンデンサ電圧Ｖｃが予め設定された溶着異常判定値Ｖｃｒ以上であるか否かが判定される。溶着異常判定値Ｖｃｒは溶着判定閾値に相当する。電圧センサ１７は、コンデンサ電圧Ｖｃを、制御部２０の制御周期Ｔｓで検出する。

　コンデンサ電圧Ｖｃが溶着異常判定値Ｖｃｒ以上の場合、制御部２０は、残電荷放電処理後にも残電荷があると判断し、メインリレー部１２の接点が溶着していると判定する。この場合、制御部２０は、図示しない警告装置に対し、メインリレー部１２の接点が溶着していることを報知させる。その後、制御部２０は、このフローチャートの処理を終了させる。一方、コンデンサ電圧Ｖｃが溶着異常判定値Ｖｃｒ未満の場合、制御部２０は、メインリレー部１２の接点が溶着していないと判定し、Ｓ１４に移行する。

　Ｓ１４において、制御部２０は、プリチャージリレー部１５をオンした後、Ｓ１６に移行する。制御部２０は、プリチャージリレー部１５をオンすると同時に、図示しないタイマによるカウントを開始する。

　Ｓ１６において、制御部２０は、最新のコンデンサ電圧Ｖｃを読み込み、Ｓ１８に移行する。Ｓ１８において、制御部２０は、コンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｒｅｆ１以上であるか否かを判定する。閾値Ｖｒｅｆ１よりもコンデンサ電圧Ｖｃが低い場合、制御部２０は、コンデンサ電圧Ｖｃが低すぎてバッテリ電圧の計算値と実バッテリ電圧値との差が許容されないため、読み込まれたコンデンサ電圧Ｖｃを除外する。閾値Ｖｒｅｆ１は、バッテリ電圧の計算を開始するための閾値であり、試験等により得られた値である。尚、閾値Ｖｒｅｆ１は、バッテリ電圧算出許容閾値である。コンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｒｅｆ１未満の場合（Ｓ１８：ＮＯ）、制御部２０はＳ２０に移行する。

　Ｓ２０において、制御部２０は、プリチャージリレー部１５をオン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にコンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｒｅｆ１以上に達するまでの時間である。異常判定値ｔｒは、試験等により得られた値であり、異常判定時間である。

　経過時間ｔが異常判定値ｔｒ以下の場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、制御部２０はＳ１６に戻る。一方、経過時間ｔ１が異常判定値ｔｒを超える場合（Ｓ２０：ＮＯ）、制御部２０は、コンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｒｅｆ１を超えるまでの時間が長過ぎると判定する。即ち、制御部２０は、バッテリ１０が未接続であるか、正極及び負極が逆に接続されているか、プリチャージ回路１３が異常である等と判定し、Ｓ２２に移行する。Ｓ２２において、制御部２０は、警告装置に対し、異常が生じていることを報知させる。その後、制御部２０は、このフローチャートの処理を終了させる。

　読み込まれたコンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｒｅｆ１以上の場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、制御部２０はＳ２４に移行する。

　Ｓ２４において、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する。前回読み込みから時間Ｔｓ経過していなければ（Ｓ２４：ＮＯ）、制御部２０は待機する。前回読み込みから時間Ｔｓ経過した場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）、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。

　次に、Ｓ２８において、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。算出式（３）の導出は、下記のようにして行われている。

　バッテリ電圧をＶｂ［Ｖ］とし、コンデンサ電圧をＶｃ［Ｖ］とする。式（１）で表されるコンデンサ電圧Ｖｃ［Ｖ］は、バッテリ１０から抵抗１４を介して平滑用コンデンサ１６に充電し始めてからｔ（秒）後のコンデンサ電圧Ｖｃ［Ｖ］である。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の容量である。Ｒ［Ω］及びＣ（Ｆ）はいずれも既知であるため、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との関係を示す。ここでは、バッテリ電圧は１００Ｖである。図２に示すように、プリチャージを開始後、コンデンサ電圧Ｖｃは電圧値０から徐々に上昇し、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のときのコンデンサ電圧Ｖｃｎ－１と、時刻ｎ－１から時間Ｔｓ経過後の時刻ｎのときのコンデンサ電圧Ｖｃｎとを取得する。これらの値に基づいて、式（３）により、バッテリ電圧が求めることができる。

　Ｓ２８においてバッテリ電圧Ｖｂを算出後、制御部２０はＳ３０に移行する。Ｓ３０において、制御部２０は、算出したバッテリ電圧Ｖｂと読み込まれ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。電位差閾値Ｖｒｅｆ２は、第１プリチャージ終了判定閾値である。電位差（Ｖｂ－Ｖｃ）は、算出した最新のバッテリ電圧Ｖｂと電圧センサ１７が検出した最新のコンデンサ電圧Ｖｃとの電位差であり、バッテリ電圧の変化状態量に相当する。

　電位差（Ｖｂ－Ｖｃ）が電位差閾値Ｖｒｅｆ２を超えている場合（Ｓ３０：ＮＯ）、制御部２０は、コンデンサ電圧Ｖｃとバッテリ電圧Ｖｂとの電位差が大きすぎてプリチャージが不十分であると判断し、Ｓ２４にリターンする。電位差（Ｖｂ－Ｖｃ）が電位差閾値Ｖｒｅｆ２以下の場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）、制御部２０は、プリチャージが十分であると判断し、プリチャージの終了判定を行う。そして、制御部２０はＳ３２に移行する。Ｓ３２において、制御部２０は、メインリレー部１２をオンする。また、Ｓ３４において、制御部２０は、プリチャージリレー部１５をオフする。そして、制御部２０は、このフローチャートを終了させる。

　従って、第１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）電源装置は、平滑用コンデンサ１６、バッテリ１０、メインリレー部１２、プリチャージ回路１３、及び制御部２０を備えている。平滑用コンデンサ１６は、負荷１１に対して並列に接続されている。バッテリ１０は、負荷１１に直流電力を付与する。メインリレー部１２は、バッテリ１０及び平滑用コンデンサ１６間の回路をオン又はオフする。プリチャージ回路１３は、メインリレー部１２と並列に接続された抵抗１４及びプリチャージリレー部１５からなる直列回路を含む。制御部２０は、メインリレー部１２及びプリチャージリレー部１５のオンオフ制御を行う。

　また、電源装置は、電圧センサ１７を備えている。電圧センサ１７は、メインリレー部１２がオフされプリチャージリレー部１５がオンされて行われるプリチャージ時に、平滑用コンデンサ１６のコンデンサ電圧Ｖｃを検出する。バッテリ電圧算出部としての制御部２０は、プリチャージ時に電圧センサ１７が検出したコンデンサ電圧Ｖｃ及び抵抗１４の抵抗値Ｒ等に基づいて、バッテリ電圧Ｖｂを算出する。プリチャージ終了判定部としての制御部２０は、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は、プリチャージの終了判定に基づき、プリチャージリレー部１５をオフする。

　この構成によれば、プリチャージのために新たな部品が不要である。即ち、従来構成と異なり、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等が不要である。このため、電源装置に新たな回路を追加する必要がない。また、バッテリ電圧を算出できるため、バッテリ電圧が変化しても、最短時間でプリチャージすることができる。

　（２）プリチャージ終了判定部としての制御部２０は、算出した最新のバッテリ電圧Ｖｂと電圧センサ１７が検出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する。そして、制御部２０は、電位差（Ｖｂ－Ｖｃ）が電位差閾値Ｖｒｅｆ２以下であるか否かを判定する。よって、最新のバッテリ電圧の状態に基づいて、プリチャージの終了を適切に判定することができる。

　（３）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の残電荷を放電する残電荷放電処理を行う。また、残電荷放電処理後、コンデンサ電圧Ｖｃが溶着異常判定値Ｖｃｒ以上のとき、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。よって、メインリレー部１２の接点が溶着していることを検知できる。

　（４）制御部２０は、プリチャージリレー部１５をオンした後のコンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｒｅｆ１以上か否かを判定する。コンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｒｅｆ１以上のとき、制御部２０は、バッテリ電圧算出部によるバッテリ電圧の算出を許容する。一方、コンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｒｅｆ１よりも低いとき、制御部２０は、プリチャージを開始してからの経過時間が異常判定値ｔｒを越える場合にプリチャージ回路１３が異常であると判定する。よって、バッテリに関する異常やプリチャージ回路の故障等を検知できる。

　（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。第２施形態において、第１実施形態と同じ構成には同一符号を付して、その説明を省略する。

　図４に示すように、プリチャージ回路１３は、プリチャージ抵抗としてのＰＴＣサーミスタ１４Ａを備えている。また、プリチャージ回路１３は、プリチャージリレー部として無接点リレー１５Ａを備え、例えば、ソリッドステートコンタクタの直列回路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、異常判定部及び抵抗値算出部である。

　次に、第２実施形態に係る電源装置の作用を説明する。

　図７に示すフローチャートは、ＲＯＭに格納されたプリチャージ処理プログラムに従って行われる。

　第２実施形態は、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点で、第１実施形態と異なる。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において、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。算出式（６）は、式（１）、式（２）、式（４）、式（５）から導出される。制御ｎ－１回目でのコンデンサ電圧Ｖｃ_ｎ－１は、式（４）で表される。

　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、縦軸を電圧値及び抵抗値（計算値）としたグラフであり、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）との関係を示す。図５中、説明の便宜上、抵抗値を直線で示す。しかしながら、抵抗値は、ＰＴＣサーミスタの特性から、図６に示すように温度の上昇と共に変化する。

　Ｓ２８において、制御部２０は、バッテリ電圧Ｖｂを算出する式（３）のＲに式（６）で算出した抵抗値Ｒを使用する。

　第２実施形態では、Ｓ１０において残電荷放電処理を行っても、ＰＴＣサーミスタ１４Ａの温度が上昇すると、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ため、過熱が抑制される。また、ＰＴＣサーミスタ１４Ａが高温になっても、Ｓ３０において、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される。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することができる。

　従って、第２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。

　（５）プリチャージ回路１３はＰＴＣサーミスタ１４Ａを含み、制御部２０は、電圧センサ１７が検出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。また、制御部２０は、算出したＰＴＣサーミスタの抵抗値と電圧センサ１７が検出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。

　上記構成によれば、無接点リレー１５Ａのオンオフが繰り返されると、プリチャージ電流が頻繁に流れて、ＰＴＣサーミスタ１４Ａの温度が上昇する。すると、ＰＴＣサーミスタ１４Ａの抵抗が増大し、それにより電流も小さくなるため、ＰＴＣサーミスタ１４Ａの過熱が抑制される。よって、プリチャージ回路１３のプリチャージ抵抗の破損が防止される。また、ＰＴＣサーミスタが高温になっても、プリチャージすることができる。

　（第３実施形態）
　次に、第３実施形態の電源装置を図４、図６、図８及び図９を参照して説明する。第３実施形態において、第２実施形態と同じ構成には同一符号を付して、その説明を省略する。第３実施形態のプリチャージ処理プログラムは、第２実施形態のそれと異なる。また、プリチャージ抵抗としてＰＴＣサーミスタ１４Ａを使用するものの、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される。図６に示すように、ＰＴＣサーミスタ１４Ａの抵抗値は、キュリー温度を超えると急激に上昇する一方で、キュリー温度以下では比較的安定である。第３実施形態では、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。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、及び異常判定部である。

　次に、第３実施形態に係る電源装置の作用を説明する。

　図９に示すフローチャートは、ＲＯＭに格納されたプリチャージ処理プログラムに従って行われる。

　第３実施形態は、第２実施形態のＳ２７～Ｓ３０に代えて、Ｓ４０～Ｓ４８の処理が行われる。

　Ｓ４０において、制御部２０は、制御ｎ回目に計算するバッテリ電圧Ｖｂｅ_ｎを、式（７）を使用して算出する。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の容量である。Ｒ［Ω］及びＣ（Ｆ）はいずれも既知であるため、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において、制御部２０は、バッテリ電圧Ｖｂｅの時間変化である差分ΔＶｂｅを算出する。そして、制御部２０は、ΔＶｂｅが０未満であるか否かを判定する。バッテリ電圧Ｖｂｅの前回値から今回値を引いた差分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、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Ｖｂｅ_ｎの計算値は、実際のバッテリ電圧Ｖｂよりも大きくなる。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Ｖｂｅ_ｎの計算値は、実際のバッテリ電圧Ｖｂよりも小さくなる。

　しかしながら、バッテリ電圧Ｖｂｅ_ｎ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の差分ΔＶｂｅは、式（８）で算出できる。

　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。

　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である。

　（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である。

　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である。

　フローチャートの話に戻して、Ａ条件またはＢ条件の場合（Ｓ４２：ＮＯ）、制御部２０はＳ４４に移行して、予め設定されたプリチャージ時間（即ち、基準プリチャージ時間）経過したか否かを判定する。プリチャージ時間は、Ｓ１４において無接点リレー１５Ａがオンされてからの経過時間であり、図示しないタイマにより計時されている。制御部２０は、タイマにより計時された時間と基準プリチャージ時間と比較する。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（Ｓ４４：ＮＯ）、制御部２０はＳ２４に戻る。プリチャージ時間が基準プリチャージ時間を超している場合（Ｓ４４：ＹＥＳ）、制御部２０はＳ３２に移行する。

　一方、Ｃ条件の場合（Ｓ４２：ＹＥＳ）、制御部２０はＳ４６に移行し、無接点リレー１５Ａをオフした後、Ｓ４８に移行する。Ｓ４８において、制御部２０は、警告装置に対し、異常が生じていることを報知させる。その後、制御部２０は、このフローチャートの処理を終了させる。

　従って、第３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。

　（６）プリチャージ回路１３は、プリチャージ抵抗としてＰＴＣサーミスタ１４Ａを備えている。バッテリ電圧算出部としての制御部２０は、ＰＴＣサーミスタ１４Ａのキュリー温度の抵抗値Ｒｃと電圧センサ１７が検出したコンデンサ電圧Ｖｃとに基づいて、バッテリ電圧Ｖｂｅ_ｎを算出する。プリチャージ終了判定部としての制御部２０は、算出されたバッテリ電圧の差分（ΔＶｂｅ）を変化状態量として算出する。そして、制御部２０は、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）との比較結果に基づきＰＴＣサーミスタの温度がキュリー温度以上である場合に、プリチャージの終了判定を行うと共に、無接点リレー１５Ａをオフする。プリチャージの終了判定が行われない場合、制御部２０は、プリチャージを開始してからの経過時間が基準プリチャージ時間を越えたか否かを判定する。経過時間が基準プリチャージ時間を越えた場合、制御部２０は、メインリレー部１２をオンすると共に無接点リレー１５Ａをオフする。この構成によれば、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場合、制御部２０は、プリチャージの終了判定を行うことができる。また、プリチャージのために新たな部品や回路が不要である。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することができる。

　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実施形態において、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実施形態において、プリチャージ抵抗として、単体のＰＴＣサーミスタ１４Ａを用いたが、抵抗とＰＴＣサーミスタ１４Ａとを組み合わせたもの（直列回路または並列回路）を用いてもよい。この場合、式（６）で求められた抵抗値は、抵抗とＰＴＣサーミスタとの合成抵抗値となる。

　・第３実施形態において、算出されたバッテリ電圧の前回値から今回値を引いた差分ΔＶｂｅを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もよい。「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である。

　（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である。

　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である。

　このようにしても、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

　具体的には、図９に示すフローチャートのＳ４２において比ｈを算出し、制御部２０が、Ａ条件、Ｂ条件及びＣ条件のいずれであるかを判定すればよい。

　なお、比ｈは、「今回値／前回値」であってもよい。この場合、Ａ条件はｈ＞１の場合に対応し、Ｃ条件はｈ＜１の場合に対応する。

Claims

負荷に対して並列に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との間の回路をオン又はオフするメインリレー部と、前記メインリレー部に対し並列に接続されたプリチャージ抵抗及びプリチャージリレー部からなる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及び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とを備えた電源装置において、
　前記メインリレー部がオフされ前記プリチャージリレー部がオンされて行われる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、
　前記コンデンサ電圧及び前記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、
　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とを備え、
　前記制御部は、前記プリチャージ終了判定部によるプリチャージの終了判定に基づき、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。
請求項１に記載の電源装置において、
　前記プリチャージ終了判定部は、算出された最新のバッテリ電圧と前記電圧センサが検出した最新のコンデンサ電圧との電位差を、前記バッテリ電圧の変化状態量として監視し、
　前記プリチャージ終了判定部は、前記電位差が第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を特徴とする電源装置。
請求項２に記載の電源装置において、
　前記プリチャージ回路は、ＰＴＣサーミスタを含み、
　前記電源装置は、前記電圧センサが検出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検出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電源装置。
請求項１に記載の電源装置において、
　前記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と前記電圧センサが検出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を引いた差分又は前回値と今回値との比を変化状態量として算出し、前記変化状態量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の比較結果に基づきＰＴＣサーミスタの温度がキュリー温度以上である場合に、プリチャージの終了判定を行い、
　前記制御部は、前記プリチャージの終了判定に基づき、前記プリチャージリレー部をオフし、
　前記プリチャージの終了判定がなく、かつ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共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。
請求項１～４のうちいずれか一項に記載の電源装置において、
　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う放電処理部と、
　前記残電荷放電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と
　を備えることを特徴とする電源装置。
請求項１～５のうちいずれか一項に記載の電源装置において、
　プリチャージを開始後のコンデンサ電圧がバッテリ電圧算出許容閾値以上の場合、前記バッテリ電圧算出部による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後のコンデンサ電圧がバッテリ電圧算出許容閾値未満であり、かつプリチャージ開始からの経過時間が異常判定時間を越えた場合、バッテリ又はプリチャージ回路に異常が生じたと判定する異常判定部と
　を備えることを特徴とする電源装置。