JP5577057B2 - 車載用充電装置 - Google Patents

Description

本発明は、車載用の充電装置に関し、特に、突入電流の発生又は充電電池の放電を防止させる際に用いて好適のものである。

従来より、車両に搭載される装置の電力供給手段として、再充電可能な充電電池が用いられている。かかる充電電池は、商用電源からの外部電力を直流電力へ変換させる充電装置によって充電される。

特開平０２−３０３３３５号公報（特許文献１）には、かかる充電装置の制御方法が紹介されている。図７に示す如く、当該充電装置１０は、充電器１１（特許請求の範囲における電力変換部）と、充電器１１の後段に設けられたコンデンサ１２と、電源ラインＬａに接続されたバッテリスイッチ１３（特許請求の範囲におけるリレー部）と、バッテリスイッチ１３を介して接続されたバッテリ１４と、コンデンサ電圧Ｖｃ及びバッテリ電圧Ｖｂを比較させバッテリスイッチ１３を制御させる制御回路１５とから構成される。また、当該充電装置１０は、入力側に交流電力ＡＣが接続され、出力側にインバータＩＮＶ及び負荷ＬＤが接続され、かかる構成により、充電器１１が制御回路１５によって制御され、負荷ＬＤを適宜に制御させる装置である。

かかる充電装置で１０では、コンデンサ電圧Ｖｃとバッテリ電圧Ｖｂとを比較させ、双方の電圧が一致するように充電器１１を制御させる。そして、当該充電装置１０は、コンデンサ電圧Ｖｃとバッテリ電圧Ｖｂとの電圧値が異なる場合、バッテリスイッチ１３を開状態とさせ、コンデンサ電圧Ｖｃとバッテリ電圧Ｖｂとの電圧値が一致する場合、バッテリスイッチ１３を閉状態とさせ、これにより、突入電流の発生を防止させている。

特開平０２−３０３３３５号公報

しかしながら、特許文献１に係る技術では、バッテリ電圧Ｖｂを検出する信号ラインＬｄが必要となるため、回路構成の複雑化を招くとの問題が生じる。また、信号ラインＬｄではアナログ信号が送信されるため、当該信号にノイズが重畳されてしまうと、制御回路１５では、コンデンサ電圧Ｖｃとバッテリ電圧Ｖｂとの比較処理が適切に行われなくなるとの問題が生じる。特に、バッテリ電圧Ｖｂを検出する信号ラインＬｄは、コンデンサ電圧を検出する信号ラインＬｂよりも長くなるので、ノイズの影響を受けやすくなる。このとき、制御回路１５にて双方の電圧が一致していると判定されたとしても、ノイズによる誤判定を含んでいる場合もあるので、実際のバッテリ電圧Ｖｂがコンデンサ電圧Ｖｃより大きい場合には、バッテリ電圧が放電され、コンデンサ１２へ突入電流が流れ込むとの問題が発生する。

本発明は上記課題に鑑み、簡素な構成でバッテリ電圧を検出できる充電装置の提供を第１の目的とする。また、突入電流の発生又は充電電池の放電を防止させ得る充電装置の提供を第２の目的とする。

上記課題を解決するため、本発明では次のような車載用充電装置の構成とする。即ち、第１の出力電圧を生成させる平滑コンデンサと、入力された電力を変換させ前記第１の出力電圧を生成させるために用いられる電力を前記コンデンサへ出力させる電力変換部と、印加されたリレー信号に応じて駆動され前記第１の出力電圧の中継を許可又は不許可とさせるリレー部と、前記リレー部にて前記第１の出力電圧の中継が許可された際に当該第１の出力電圧が印加されることによって充電される充電電池と、前記充電電池から与えられる第２の出力電圧を検出し当該第２の出力電圧をデジタル情報化したバッテリ情報として出力させるバッテリ情報管理ユニットと、通信回線を介して前記バッテリ情報を受信する電力変換部情報管理ユニットと、アナログ信号ラインを介して入力された前記第１の出力電圧に基づき前記電力変換部を制御させ且つ前記第１の出力電圧を用いると供に前記電力変換部情報管理ユニットを介して受信したバッテリ情報を用いて前記リレー信号を生成出力させる制御部とを備え、
前記リレー部は、前記電力変換部と負荷側の回路とを接続する電源ラインに設けられ、当該電源ライン及び前記平滑コンデンサの電気的接続点と当該電源ライン及び前記充電電池の電気的接続点との間に接続され、
前記制御部は、前記第１の出力電圧が前記第２の出力電圧をデジタル化させる際に生じ得る最大誤差と前記バッテリ情報の示す電圧値との和によって算出される許容電圧未満の場合、前記リレー部にて前記第１の出力電圧の中継を不許可とさせるリレー信号を出力させ、前記第１の出力電圧が前記許容電圧以上の場合、前記リレー部にて前記第１の出力電圧の中継を許可とさせるリレー信号を出力させることとする。

好ましくは、前記制御部は、電源投入されてから前記充電電池へ電力供給する前に、前記リレー部を通電遮断させてから前記平滑コンデンサをプレチャージさせることとする。

本発明に係る充電装置によると、バッテリ情報管理ユニットから送信されたバッテリ情報は、デジタル信号によって構成されるので、当該情報のエラーチェックが受信時に実施され、これにより、通信回線の長さに関わらず、受信する情報の精度が十分に保障される。

かかる充電装置では、コンデンサ電圧が充電電池に印加される際、実際のバッテリ電圧がコンデンサ電圧より大きくなったとしても、双方の電位差はバッテリ情報管理ユニットで規定される分解能の１ＬＳＢ分未満に抑えられるので、バッテリ電圧から平滑コンデンサへ流れ込む突入電流は、十分に低く抑えられ、充電電池の放電が抑制される。

また、本発明に係る充電装置によると、近年の車両に搭載されたＣＡＮ通信によるデジタル通信回線を用いることにより、電力変換部の制御回路では、バッテリ情報管理ユニットで検出されたバッテリ情報を共有することが可能となり、これにより、バッテリ電圧Ｖｂを受信するための不要な信号ラインの増設から免れる。

実施例１に係る充電装置の回路構成を示す図。 実施例１に係る動作処理を示すフローチャート。 実施例１に係るバッテリ電圧とコンデンサ電圧とを示すタイムチャート。 実施例２に係る充電装置の回路構成を示す図。 実施例２に係る動作処理を示すフローチャート。 実施例２に係るバッテリ電圧とコンデンサ電圧とを示すタイムチャート。 従来例に係る充電装置の回路構成を示す図。

以下、本発明に係る実施の形態につき図面を参照して説明する。図１に示す如く、充電装置１００は、電力変換部１１０と平滑コンデンサ１２０とリレー部１３０と充電電池と制御部１５０とから構成され、当該制御部１５０には、電力変換部情報管理ユニットＣＭＵと他の情報管理ユニットＰＭＵとが内蔵されている。また、電力変換部情報管理ユニットＣＭＵには、バッテリ情報管理ユニットＢＭＵとホスト制御ユニットＨＣＵとがデジタル通信回線を介して接続されている。また、電力変換部１１０の出力側には電源ラインＬａが設けられ、制御部１５０と平滑コンデンサ１２０との間には信号ラインＬｂが設けられ、制御部１５０とリレー部１３０との間には信号ラインＬｃが設けられ、バッテリ情報管理ユニットＢＭＵと制御部１５０の内蔵ＥＣＵ（Electric Control Unit）との間にはＣＡＮ通信によるデジタル信号回線Ｌｄが設けられている。尚、同図に示す如く、充電装置１００の入力側には、商用電源とされる交流電源ＡＣ及びフィルタ回路ＦＬが便宜的に示され、出力側には、負荷ＬＤが示されている。また、充電装置１００の出力側と負荷ＬＤとの間には、ＤＣ−ＤＣ変換回路又はインバータ回路等の電力変換回路を負荷の種類に応じて適宜設けても良い。更に、後段の負荷ＬＤは、電気自動車等の車輪駆動用モータとしても良く、この他、燃料ポンプ用モータ、他のアクチュエータ等、その用途を問うものではない。

電力変換部１１０は、フィルタ回路ＦＬから入力された電力を変換させ、第１の出力電圧を生成させるために用いられる電力を平滑コンデンサ１２０へ出力させる。ここで、第１の出力電圧は、以下、コンデンサ電圧Ｖｃと呼ぶこととする。本実施の形態に係る電力変換部１１０は、力率改善回路１１１と昇降圧回路１１３とから構成される。このうち、力率改善回路１１１は、電圧と電流の位相を調整させ、力率の改善を図る。また、当該力率改善回路１１１は、入力された電力の電流位相と電圧位相を一致させ、且つ、電圧の昇圧作用を与える機能を担う。昇降圧回路１１３は、直流電圧をパルス電圧へ変換させるＨブリッジ回路と、当該パルス電圧の電圧レベルを変更させるトランス回路と、当該パルス電圧のパルス幅を変更させコンデンサ電圧Ｖｃを適宜に調整させる出力電圧調整回路とから構成されている。

平滑コンデンサ１２０は、電力変換部１１０から出力されたパルス状の電圧を平滑化させ、これにより、略一定値に調整されたコンデンサ電圧Ｖｃを生成出力させる。かかる平滑コンデンサ１２０は、電界コンデンサ、フィルムコンデンサ、セラミックコンデンサ等、その種類を問うものではない。但し、小型化を図る上で、適宜な種類のコンデンサを用いるのが好ましい。

リレー部１３０は、印加されたリレー信号に応じて駆動され、コンデンサ電圧Ｖｃの中継を許可又は不許可の状態に切り替える。かかるリレー部１３０は、信号入力部と電圧入力部と電圧出力部との端子を備える。そして、当該リレー部１３０は、信号ラインＬｃを介して信号入力端子が制御部１５０に接続され、一方の電源ラインＬａを介して電圧入力部が電力変換部１１０に接続され、他方の電源ラインＬａを介して電圧出力部が負荷側の回路へ接続される。そして、リレー部１３０にてコンデンサ電圧Ｖｃの中継を不許可とさせるリレー信号（以下、オフ信号と呼ぶ。）が入力されると、当該リレー部１３０では、電圧入力部と電圧出力部との電気的接続を解き、コンデンサ電圧Ｖｃの中継を不許可状態とさせる。一方、リレー部１３０にてコンデンサ電圧Ｖｃの中継を許可とさせるリレー信号（以下、オン信号と呼ぶ。）が入力されると、当該リレー部１３０では、電圧入力部と電圧出力部との電気的接続を行い、コンデンサ電圧Ｖｃの中継を許可状態とさせる。

充電電池１４０は、一端が電源ラインＬａに接続され、他端がグランド電位に接続される。かかる充電電池１４０は、リレー部１３０がオン状態に切換わると、コンデンサ電圧Ｖｃが充電電池１４０の陽極へ印加され、当該充電電池１４０が充電されることとなる。尚、かかる充電電池１４０は、リチウムイオン電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、この他、種々の充電可能な電池が用いられる。

制御部１５０は、図示の如く、一次側制御回路１５１とシリアルインタフェイス回路１５２と二次側制御回路１５３とから構成される。また、一次側制御回路１５１は、シリアルインタフェイス回路１５２を介して二次側制御回路１５３へ接続される。更に、二次側制御回路１５３は、アナログ信号ラインＬｂ及び信号ラインＬｃ及び通信回線Ｌｄに接続される。このうち、二次側制御回路１５３は、昇降圧回路１１３の動作を制御させる役割を担い、アナログ信号ラインＬｂを介して入力されたコンデンサ電圧Ｖｃに基づき、電力変換部１１０を適宜に制御させる。また、当該二次側制御回路１５３は、電力変換部情報管理ユニットＣＭＵ（Battery-Charging Management Unit）が内蔵され、一次側制御回路１５１及び二次側制御回路１５３で必要とされるデジタル情報を通信回線Ｌｄから受信し、更に、両制御回路１５１，１５３で生成された情報をデジタル情報として通信回線Ｌｄに送信させる。尚、二次側制御回路１５３で必要な情報とは、例えば、バッテリ情報等のデジタル情報を指す。かかる二次側制御回路１５３では、入力されたコンデンサ電圧Ｖｃを用いると供に、電力変換部管理ユニットＣＭＵを介して受信したバッテリ情報を用い、オン信号又はオフ信号の何れかを示すリレー信号を生成出力させる。一次側制御回路１５１は、力率改善回路１１１で必要とされる情報を管理する情報管理ユニットＰＭＵ（Power-Factor-Correction Management Unit）が内蔵されている。尚、かかる情報は、両情報管理ユニットＣＭＵ，ＰＭＵがシリアルインタフェイス回路１５２を介して接続されることにより、電力変換部情報管理ユニットＣＭＵの取得した情報のうちから共有可能な情報が割り当てられる。そして、一次側制御回路１５１では、電力変換部情報管理ユニットＣＭＵとの共有情報、二次側制御回路１５３で生成されたパラメータを用いて、力率改善回路１１１の動作を制御させる。尚、近年の技術では、一次側制御回路又は二次側制御回路は、ワンチップ化されたＤＳＰ（Digital Signal Processor）やマイコン（Micro
Computer）が用いられる。尚、これらの素子を、以下、ＤＳＰ等と呼ぶ。

尚、二次側制御回路１５３で検出されるコンデンサ電圧Ｖｃの電圧値は、二次側制御回路１５３に内蔵されるＡＤ変換回路によってデジタル化される。かかるデジタル化された電圧値は、ＡＤ変換回路の分解能を向上させることにより、実際のコンデンサ電圧Ｖｃの電圧値に近いものとされる。また、二次側制御回路１５３と平滑コンデンサ１２０との距離は比較的近い位置にレイアウトされるため、コンデンサ電圧Ｖｃを伝達させるアナログ信号ラインＬｂも短縮化されている。従って、二次側制御回路１５３には、ノイズの少ない実際の電圧値に近いコンデンサ電圧が入力されることとなる。

バッテリ情報管理ユニットＢＭＵ（Battery Management Unit）は、充電電池１４０から実際に出力される第２の出力電圧を検出し、当該第２の出力電圧をデジタル情報化した電圧情報値として出力させる。尚、第２の出力電圧は、以下、バッテリ電圧Ｖｂと呼ぶこととし、バッテリ情報管理ユニットＢＭＵから出力されるバッテリ電圧Ｖｂに相当する情報は、以下、バッテリ情報と呼ぶこととする。

バッテリ情報は、デジタル情報を構成するデータフレーム長が１０ビットとされるとすると、所定範囲の電圧値を１０ビットに相当する分解能で表現されることとなる。従って、０Ｖ〜１０２３Ｖの範囲について１０ビットの分解能で表現すると、当該デジタル情報は、直近の電圧情報値の間隔が１Ｖとされるため、実際のバッテリ電圧Ｖｂとの検出誤差が１Ｖ未満に抑えられる。また、このようにデジタル化されたバッテリ情報は、通常、データフレームの他、エラーフレームを構成データとしているのが一般的である。当該エラーフレームには、ビットエラー，ＡＣＫエラー，フォーマットエラー等が割り当てられ、当該エラーフレームを具備するバッテリ情報は、送信側又は受信側のＥＣＵで適宜にエラー検出がなされる。即ち、デジタル化された情報は、受信側のＥＣＵでもエラーチェックが行なわれるので、回線の途中で後発的に生じたノイズを含むバッテリ情報は排除され、毀損の無いバッテリ情報のみが二次側制御回路１５３で処理される。従って、二次側制御回路１５３で受信許可されたバッテリ情報は、通信回線の長さに関わらず、その品質が保たれる。

かかる構成を具備する充電装置１００では、以下の如く動作する。即ち、フィルタ回路ＦＬから全波整流化された電力が充電装置１００へ入力されると、電力変換部１１０では、所定のパルス幅に設定したパルス電圧を出力させる。そして、平滑コンデンサ１２０では、かかるパルス電圧を平滑化させ、略一定のコンデンサ電圧Ｖｃを出力させる。

このとき、制御部１５０から出力されたリレー信号がオン信号の場合、コンデンサ電圧Ｖｃが充電電池１４０及び負荷ＬＤへ印加され、これにより、充電電池１４０が充電されると供に、後段の負荷ＬＤが駆動される。

一方、制御部１５０から出力されたリレー信号がオフ信号の場合、コンデンサ電圧Ｖｃは、リレー部１３０より後段の電源ラインＬａに印加されなくなり、充電電池１４０及び負荷ＬＤへコンデンサ電圧Ｖｃが印加されなくなる。

そして、何れの信号の場合にあっても、制御部１５０では、信号ラインＬｂを介してコンデンサ電圧Ｖｃを検出し、通信回線Ｌｄを介してバッテリ情報を検出する。その後、制御部１５０では、コンデンサ電圧Ｖｃ及びバッテリ情報に基づいて論理演算処理を行い、リレー信号をＯＮ信号又はオフ信号に切替え、かかる適宜なリレー信号を出力させる。

上述の如く、本実施の形態に係る充電装置１００によると、バッテリ情報管理ユニットＢＭＵから送信されたバッテリ情報は、デジタル信号によって構成されるので、当該情報のエラーチェックが受信時にも実施され、これにより、通信回線の長さに関わらず、受信する情報の精度が十分に保障される。また、制御部１５０で検出されるコンデンサ電圧Ｖｃの電圧値は、当該電圧値をデジタル化させるＡＤ変換回路の分解能を向上させることにより、実際のコンデンサ電圧Ｖｃの電圧値に近いものとされ、これにより、当該制部１５０では、双方の電圧の比較処理が正確に実施される。

かかる充電装置１００では、実際のバッテリ電圧Ｖｂがコンデンサ電圧Ｖｃより大きくなったとしても、双方の電位差はバッテリ情報管理ユニットＢＭＵで規定される分解能の１ＬＳＢ分未満に抑えられるので、バッテリ電圧１４０から平滑コンデンサ１２０へ流れ込む突入電流は、十分に低く抑えられる。

尚、上述した通信回線は、ＣＡＮ通信（Controller Area Network）によるデジタル通信回線とし、バッテリ情報は、当該ＣＡＮ通信によるデジタル通信回線を用いて送受信されるのが好ましい。かかるＣＡＮ通信によるデジタル通信回線は、ＣＡＮバスとも呼ばれ、近年の技術において、産業ロボット，ＦＡ機器，医療用機器，船舶，車両等に広く用いられている。

例えば、車両で用いられるＣＡＮ通信（Controller Area Network）について説明すると、かかる車両を構成する各種装置（バッテリパック，速度計，充電装置，点火装置等）は、当該装置を駆動制御させるＥＣＵ（Electric Control Unit）が各々設けられており、これらのＥＣＵがＣＡＮ通信によって各情報の共有が可能とされている。かかる如く、ＣＡＮ通信によるネットワークが構築された車両では、機構的な制御に頼っていた近代の自動車技術と異なり、電気信号の通信技術を利用することによって、種々の情報に基づき各装置の制御が実現される。

また、かかるＣＡＮ通信によるネットワークは、現代の車両等へ既に配備されているものであり、本実施の形態に係る充電装置１００の搭載を以って新たにＣＡＮ通信を構築させるものではない。即ち、本実施の形態に係る充電装置１００を車両へ搭載させる場合、ＣＡＮ通信によるネットワークと二次側制御回路１５３の電力変換部情報管理ユニットＣＭＵとを接続させることにより、同図に示す通信回線が容易に実現される。また、電力変換部情報管理ユニットＣＭＵにおける信号の送受信を規定するプログラムが必要と成るが、かかるプログラムは、リプログラミング装置をＣＡＮ通信ネットワークへ接続させることにより、当該プログラムのアップデートが容易に行われる。

かかるＣＡＮ通信を用いた充電装置１００によると、電力変換部１１０を制御する制御部１５０では、バッテリ情報管理ユニットＢＭＵで検出されたバッテリ情報を共有することが可能となり、これにより、充電装置１００では、バッテリ電圧Ｖｂを受信するための不要な信号ラインの増設から免れる。即ち、当該充電装置１００は、信号ライン及び通信回線に係る回路網の簡素化が図られる。

上述の如く、実施の形態に係る充電装置１００では、バッテリ情報が所定のビット数にて分解されるので、１ＬＳＢ分に相当するバッテリ電圧Ｖｂの検出誤差が生じてしまう。従って、当該実施の形態に係る充電装置１００では、最大で１ＬＳＢ分に相当する電圧の検出誤差が発生し、低値に抑えられているとはいえども、コンデンサに電流が流れ込む現象が起こり得る（所謂、突入電流）。そこで、本実施例では、かかる問題を回避すべく検討された、充電装置の改変例について説明する。尚、以下の実施例では、バッテリ電圧Ｖｂをデジタル化させる際に生じ得る検出誤差のうち最大の検出誤差を最大誤差Δαとして説明する。かかる最大誤差Δαは、所定範囲の電位差を所定ビットで分解させた際における１ＬＳＢ分に相当する電位差を指す。また、かかる最大誤差Δαとバッテリ情報の示す電圧値との和によって算出される電圧値を許容電圧Ｖａと呼ぶこととする。

以下、図２及び図３を参照して本実施例に係る充電装置について説明する。尚、本実施例に適用される充電装置１００は、図１にて説明された充電装置の構成と同様である。また、二次側制御回路１５３，一次制御回路１５１は、上述の如く、ワンチップ化されたＤＳＰ等とされ、内部にＣＰＵ及びメモリ回路及びＡＤ変換回路及びクロック回路等が適宜に内蔵されている。このうち、メモリ回路には、制御用プログラム又はパラメータ等が適宜に格納されている。そして、二次側制御回路１５３は、当該制御プログラムを起動させ、制御プログラムによって指令された処理を実行させる。

図２は、制御用プログラムによって実現される二次側制御回路の動作処理が示されている。先ず、電源オフとされた二次側制御回路１５３に電源が投入されると、所定のタイミングにて当該制御プログラムが起動される。その後直ちに、二次側制御回路１５３は、オフ信号とされたリレー信号を出力させ、リレー部１３０をオフ状態とさせる（Ｓ１１）。かかる場面では、充電電池１４０には、平滑コンデンサ１２０からのコンデンサ電圧Ｖｃは印加されていない。

その後、プレチャージ処理（Ｓ１２）を実行させ、一次側制御回路１５１では力率改善回路１１１を駆動させ、一方、二次側制御回路１５３では昇降圧回路１５３を駆動させる。かかる二次側制御回路１５３では、シリアルインタフェイス回路１５２によって、一次制御回路１５１の動作に同期して昇降圧回路１１３の動作を制御する。かかる処理の場合、リレー部１３０が遮断されているので、平滑コンデンサ１２０は、比較的素早く規定値へチャージされる。

かかる後、二次側制御回路１５３では、ＡＤ変換回路へアクセスし、コンデンサ電圧Ｖｃの値を検出する（Ｓ１３）。また、当該二次側制御回路１５３では、電力変換部情報管理ユニットＣＭＵを介してバッテリ情報を認識する（Ｓ１４）。

かかる処理後、コンデンサ電圧Ｖｃが規定値に到達したか否かを判別するプレチャージ判別処理を実行させる（Ｓ１５）。かかる処理では、コンデンサ電圧Ｖｃが許容電圧Ｖａ未満の場合、Ｓ１１の処理へ戻されるので、二次側制御回路１５３では、オフ信号を示すリレー信号を出力させ、リレー部１３０にてコンデンサ電圧Ｖｃの中継を不許可とさせる。この場合、バッテリ電圧Ｖｃが許容電圧Ｖａ以上にチャージされるまで、Ｓ１１〜Ｓ１５までの処理が繰り返される。

一方、コンデンサ電圧Ｖｃが許容電圧Ｖａ以上の場合、Ｓ１６の処理へ移行されるので、二次側制御回路１５３では、オン信号を示すリレー信号を出力させ、リレー部１３０にてコンデンサ電圧Ｖｃの中継を許可とさせる。この場合、充電電池１４０を充電させ且つ負荷ＬＤを駆動させるように、力率改善回路１１１及び昇降圧回路１１３が制御される（Ｓ１７）。

図３（ａ）には、コンデンサ電圧Ｖｃとバッテリ情報Ｖｉと充電電池から出力される実際のバッテリ電圧Ｖｂとが示されている。また、図３（ｂ）には、二次側制御回路１５１から出力されるリレー信号の状態が示されている。尚、時刻ｔ１〜ｔ２の期間は、プレチャージ処理Ｓ１１が実施される期間であるとし、時刻ｔ２以後は、通常制御処理Ｓ１７が実施されるものとする。

図３（ａ）に示す如く、バッテリ電圧Ｖｂは急激に変動しないので、略一定値を推移する。また、バッテリ情報Ｖｉにあっても、バッテリ電圧Ｖｂに倣って略一定値に保たれる。コンデンサ電圧Ｖｃは、プレチャージ処理に応じて平滑コンデンサ１２０に電荷がチャージされるので、図示の如く、時刻ｔ１から時刻ｔ２に至るまで電圧値が上昇する。このとき、リレー信号は、オフ信号とされている。

その後、時刻ｔ２を参照すると、コンデンサ電圧Ｖｃが許容電圧Ｖａに到達し、かかる時刻では、リレー信号がオフ信号からオン信号へと切り替えられている。また、時刻ｔ２以後にあっては、リレー信号がオン信号に保たれており、制御部１５０では通常制御処理Ｓ１７が実施されるので、図示の如く、コンデンサ電圧Ｖｃが略一定値の許容電圧Ｖａに維持される。

バッテリ情報Ｖｉは、デジタル情報という性質上、その情報値が離散値とされる。従って、当該バッテリ情報は、実際のバッテリ電圧Ｖｂを表現させる場合、ビット数に応じて分解された電圧値（例えば、Ｖ０＝０〔ｖ〕，Ｖ１＝１〔ｖ〕，・・・・・，Ｖｎ＝ｎ〔ｖ〕，Ｖｎ＋１＝ｎ＋１〔ｖ〕）の中から、プログラムの処理によって所定の値が選択される。ここで、実際のバッテリ電圧Ｖｂがｎ番目の電圧情報値とｎ＋１番目の電圧情報値との間の電圧値とされる場合、バッテリ情報Ｖｉは、ｎ番目の電圧情報値またはｎ＋１番目の電圧情報値の何れか一方で表現されることとなる。同図では、バッテリ電圧Ｖｂが中間的な電圧値とされる場合、バッテリ電圧Ｖｉは、複数段階に設定された電圧情報値のうち低値側の直近電圧情報値がバッテリ電圧Ｖｂに相当する検出値とされる。かかる場合、ｎ番目の電圧情報値とｎ＋１番目の電圧情報値との間を示すバッテリ電圧Ｖｂは、バッテリ情報管理ユニットＢＭＵにて、ｎ番目の電圧情報値として認識されるため、バッテリ情報Ｖｉの示す電圧情報値より常に大きな電圧値とされる。

しかし、本実施例に係る充電装置１００では、コンデンサ電圧Ｖｃがｎ＋１番目の電圧情報値に相当する許容電圧Ｖａと一致するよう制御されるので、コンデンサ電圧Ｖｃは、リレー部１３０がオン状態とされる期間において、実際のバッテリ電圧Ｖｂを下回ることは起こり得ない。

また、バッテリ電圧Ｖｂが中間的な電圧値とされる場合、複数段階に設定された電圧値のうち直近の電圧値をバッテリ情報Ｖｉとする処理も考えられ得る。かかる場合、ｎ番目の電圧情報値とｎ＋１番目の電圧情報値との間を示すバッテリ電圧Ｖｂは、ｎ番目の電圧情報値をＶｎとし、ｎ＋１番目の電圧情報値をＶｎ＋１とすると、Ｖｂ＜（Ｖｎ ＋ Ｖｎ＋１）／２のときｎ番目の電圧情報値として認識され、Ｖｂ≧（Ｖｎ ＋ Ｖｎ＋１）／２のときｎ＋１番目の電圧情報値として認識される。この場合、Ｖｂ＜（Ｖｎ ＋ Ｖｎ＋１）／２のときにバッテリ情報Ｖｉがｎ番目の電圧情報値を示すが、本実施例に係る充電装置１００では、上述の如く、コンデンサ電圧Ｖｃがｎ＋１番目の電圧情報値に相当する許容電圧Ｖａと一致するよう制御されるので、コンデンサ電圧Ｖｃは、リレー部１３０がオン状態とされる期間において、実際のバッテリ電圧Ｖｂを下回ることは起こり得ない。

更に、コンデンサ電圧Ｖｃがｎ＋１番目の電圧値に相当する許容電圧Ｖａを下回る場合、コンデンサ電圧Ｖｃは、リレー部１３０がオフ状態とされるので、充電電池１４０から平滑コンデンサ１２０に突入電流が流れることもない。

上述の如く、本実施例に係る充電装置１００によると、コンデンサ電圧Ｖｃは、バッテリ電圧Ｖｂに対応するバッテリ情報Ｖｉよりも最大誤差Δα分上回った時に限り、リレー部１３０がオン状態とされるので、かかる充電装置１００では、平滑コンデンサ１２０と充電電池１４０とが導通されている時は常にコンデンサ電圧Ｖｃがバッテリ電圧Ｖｂより高くなり、これにより、充電電池Ｖｂから平滑コンデンサ１２０へ流れ込む突入電流の発生が防止され、充電電池の放電が抑制される。

尚、本実施例に係る充電装置１００では、許容電圧Ｖａ＝バッテリ情報Ｖｉ＋最大誤差Δαとし、当該最大誤差Δαは、所定分解能の１ＬＳＢ分に相当する電圧情報値としている。しかし、特許請求の範囲に記される充電装置は、かかる技術に限定されるものではない。例えば、Ｎ≧１と仮定すると、（許容電圧Ｖａ）＝（バッテリ情報Ｖｉ）＋｛Ｎ×（最大誤差Δα）｝としても良く、この他、最大誤差Δαは、所定分解能の１ＬＳＢ分以上の電圧情報値として設定しても良い。また、かかるコンデンサ電圧Ｖｃが許容電圧Ｖａ以上となるように、制御部１５０によって電力変換部１１０を制御させても良い。

図４には、実施例１に係る充電装置の改変例が示されている。かかる充電装置２００は、図示の如く、実施例１の制御部１５０が制御部２５０へと置換えられ、実施例１のリレー部１３０がリレー部２３０へと置換えられている。また、実施例１の信号ラインＬｃの替わりに信号ラインＬｃ１，Ｌｃ２が設けられている。以下、上述した同一構成については同一符号を付し、かかる構成の説明を省略することとする。

図４に示す如く、充電装置２００は、電力変換部１１０と平滑コンデンサ１２０とリレー部２３０と充電電池１４０と制御部２５０とから構成され、当該制御部２５０には、電力変換部情報管理ユニットＣＭＵと他の情報管理ユニットＰＭＵとが内蔵されている。また、電力変換部情報管理ユニットＣＭＵには、バッテリ情報管理ユニットＢＭＵとホスト制御ユニットＨＣＵとがデジタル通信回線を介して接続されている。また、電力変換部１１０の出力側には電源ラインＬａが設けられ、制御部２５０と平滑コンデンサ１２０との間には信号ラインＬｂが設けられ、制御部２５０とリレー部２３０との間には信号ラインＬｃ１，Ｌｃ２が各々設けられ、バッテリ電圧情報管理ユニットＢＭＵと制御部２５０の内蔵ＥＣＵとの間にはＣＡＮ通信によるデジタル信号回線Ｌｄが設けられている。

リレー部２３０は、リレー装置２３１のみから成る第１のリレー経路Ｒｔ１と、リレー装置２３２及び抵抗２３３の直列回路とされる第２のリレー経路Ｒｔ２とから構成され、かかる第１のリレー経路Ｒｔ１と第２のリレー経路Ｒｔ２は並列接続されている。また、当該リレー部２３０は、電源ラインＬａに介挿され、平滑コンデンサ１２０と充電電池１４０との間にレイアウトされる。更に、リレー装置２３１の信号入力部には、信号ラインＬｃ１が接続され、リレー装置２３２の信号入力部には、信号ラインＬｃ２が接続される。

制御部２５０は、図示の如く、一次側制御回路１５１とシリアルインタフェイス回路１５２と二次側制御回路２５３とから構成される。また、一次側制御回路１５１は、シリアルインタフェイス回路１５２を介して二次側制御回路１５３へ接続される。更に、二次側制御回路２５３は、信号ラインＬｂ及び信号ラインＬｃ１，Ｌｃ２及び通信回線Ｌｄに接続される。即ち、二次側制御回路２５３は、信号ラインＬｃ１を介してリレー装置２３１に接続され、信号ラインＬｃ２を介してリレー装置２３２に接続される。当該二次側制御回路２５３は、昇降圧回路１１３の動作を制御させる役割を担い、信号ラインＬｂを介して入力されたコンデンサ電圧Ｖｃに基づき、昇降圧回路１１３を適宜に制御させる。また、二次側制御回路２５３は、電力変換部情報管理ユニットＣＭＵ（Battery-Charging Management Unit）が内蔵され、一次側制御回路１５１及び二次側制御回路２５３で必要とされるデジタル情報を通信回線Ｌｄから受信し、更に、両制御回路１５１，２５３で生成された情報をデジタル情報として通信回線Ｌｄに送信させる。かかる二次側制御回路２５３では、入力されたコンデンサ電圧Ｖｃを用いると供に、電力変換部管理ユニットＣＭＵを介して受信したバッテリ情報を用い、オン信号又はオフ信号の何れかの示すリレー信号Ｓ１，Ｓ２を生成出力させる。ここで、リレー信号Ｓ１とは、リレー装置２３１を駆動させる信号であって、信号ラインＬｃ１へ出力される。また、リレー信号Ｓ２とは、リレー装置２３２を駆動させる信号であって、信号ラインＬｃ２へ出力される。

かかる構成を具備する充電装置１００では、以下の如く動作する。即ち、フィルタ回路ＦＬから全波整流化された電力が充電装置１００へ入力されると、電力変換部１１０では、所定のパルス幅に設定したパルス電圧を出力させる。そして、平滑コンデンサ１２０では、かかるパルス電圧を平滑化させ、略一定のコンデンサ電圧Ｖｃを出力させる。

このとき、リレー信号Ｓ１がオン信号，リレー信号Ｓ２がオフ信号の場合（以下、Ｓ＝ＯＮ∩ＯＦＦと示す）、コンデンサ電圧Ｖｃが第１のリレー経路Ｒｔ１を介して充電電池１４０及び負荷ＬＤへ印加され、これにより、充電電池１４０が充電されると供に、後段の負荷ＬＤが駆動される。この場合、平滑コンデンサ１２０から充電電池１４０へ至るまでに消費される電力は少ないので、充電電池１４０にはコンデンサ電圧Ｖｃと略同値の電圧が印加される。

一方、リレー信号Ｓ１がオフ信号，リレー信号Ｓ２がオン信号の場合（以下、Ｓ＝ＯＦＦ∩ＯＮと示す）、コンデンサ電圧Ｖｃが第２のリレー経路Ｒｔ２を介して充電電池１４０及び負荷ＬＤへ印加され、この場合にも、充電電池１４０が充電されると供に、後段の負荷ＬＤが駆動される。但し、第２のリレー経路Ｒｔ２には抵抗２３３が設けられているので、平滑コンデンサ１２０から充電電池１４０へ至るまでに消費される電力は、先の場合に比べて大きくなる。従って、充電電池１４０には、コンデンサ電圧Ｖｃから所定の電圧降下を受けた低い電圧が印加される。

他方、制御部２５０から出力されたリレー信号が双方供にオフ信号の場合（以下、Ｓ＝ＯＦＦ∩ＯＦＦと示す）、コンデンサ電圧Ｖｃは、リレー部２３０より後段の電源ラインＬａに印加されなくなり、充電電池１４０及び負荷ＬＤへコンデンサ電圧Ｖｃが印加されなくなる。

そして、何れの信号の場合にあっても、制御部２５０では、信号ラインＬｂを介してコンデンサ電圧Ｖｃを検出し、通信回線Ｌｄを介してバッテリ情報Ｖｉを検出する。その後、制御部２５０では、コンデンサ電圧Ｖｃ及びバッテリ情報に基づいて論理演算処理を行い、リレー信号Ｓ１及びＳ２をＯＮ信号又はオフ信号に各々切替え、かかる適宜な組合せとされたリレー信号を出力させる。

尚、実施例１と同様、バッテリ情報を伝送させる通信回線Ｌｄは、ＣＡＮ通信（Controller Area
Network）によるデジタル通信回線とし、バッテリ情報Ｖｉは、当該ＣＡＮ通信によるデジタル通信回線を用いて送受信されるのが好ましい。

二次側制御回路２５３，一次制御回路１５１は、上述の如く、ワンチップ化されたＤＳＰ等とされ、内部にＣＰＵ及びメモリ回路及びＡＤ変換回路及びクロック回路等が適宜に内蔵されている。このうち、メモリ回路には、制御用プログラム又はパラメータ等が適宜に格納されている。そして、二次側制御回路２５３は、当該制御プログラムを起動させ、制御プログラムによって指令された処理を実行させる。

図５は、制御用プログラムによって実現される二次側制御回路の動作処理が示されている。先ず、電源オフとされた二次側制御回路２５３に電源が投入されると、所定のタイミングにて当該制御プログラムが起動される。その後直ちに、二次側制御回路２５３は、リレー信号〔Ｓ＝ＯＦＦ∩ＯＦＦ〕を出力させ、リレー部２３０の何れの経路もオフ状態とさせる（Ｓ２１）。かかる場面では、充電電池１４０には、平滑コンデンサ１２０からの電圧は印加されていない。

その後、実施例１と同様、プレチャージ処理（Ｓ１２）を実行させ、コンデンサ電圧Ｖｃの値を検出し（Ｓ１３）、バッテリ情報Ｖｉを認識する（Ｓ１４）。

かかる処理後、コンデンサ電圧Ｖｃと許容電圧Ｖａとの関係を判別するプレチャージ判別処理を実行させる（Ｓ２５）。かかる処理では、コンデンサ電圧Ｖｃが許容電圧Ｖａ未満の場合、Ｓ１２の処理へ戻されるので、二次側制御回路２５３では、リレー信号〔Ｓ＝ＯＦＦ∩ＯＦＦ〕を出力させ、リレー部２３０にてコンデンサ電圧Ｖｃの中継を不許可とさせる。

一方、コンデンサ電圧Ｖｃが許容電圧Ｖａと等しくなった場合、Ｓ２６の処理へ移行されるので、二次側制御回路２５３では、リレー信号〔Ｓ＝ＯＮ∩ＯＦＦ〕を出力させ、第１のリレー経路Ｒｔ１を介してコンデンサ電圧Ｖｃの中継を許可とさせる。この場合、充電電池１４０を充電させ且つ負荷ＬＤを駆動させるように、力率改善回路１１１及び昇降圧回路１１３が制御される（Ｓ２７）。

これに対し、コンデンサ電圧Ｖｃが許容電圧Ｖａを更に上回った場合、Ｓ２８の処理へ移行される。二次側制御回路２５３では、リレー信号〔Ｓ＝ＯＦＦ∩ＯＮ〕を出力させ、第２のリレー経路Ｒｔ２を介してコンデンサ電圧Ｖｃの中継を許可とさせる。この場合、力率改善回路１１１及び昇降圧回路１１３ではコンデンサ電圧Ｖｃを低下させる制御が行われ（Ｓ２９）、コンデンサ電圧Ｖｃが許容電圧値Ｖａに一致するまで、かかる充電装置の異常時制御処理が維持される（Ｓ３０）。

次に、図６を参照し、コンデンサ電圧Ｖｃが応答良く許容電圧Ｖａに一致する場合について説明する。図６（ａ）には、コンデンサ電圧Ｖｃとバッテリ情報Ｖｉと充電電池から出力される実際のバッテリ電圧Ｖｂとが示されている。また、図６（ｂ）には、二次側制御回路２５３から出力されるリレー信号Ｓ１，Ｓ２の状態が示されている。尚、時刻ｔ１〜ｔ２の期間は、プレチャージ処理Ｓ１２が実施される期間であるとし、時刻ｔ２以後は、通常制御処理Ｓ２７が実施されるものとし、時刻ｔ３以後は、異常時制御処理Ｓ２９が実施されるものとし、

図６（ａ）に示す如く、コンデンサ電圧Ｖｃは、プレチャージ処理に応じて平滑コンデンサ１２０に電荷がチャージされるので、図示の如く、時刻ｔ１から時刻ｔ２に至るまで電圧値が上昇する。このとき、二次側制御回路２５３は、リレー信号〔Ｓ＝ＯＦＦ∩ＯＦＦ〕を出力させている。

その後、時刻ｔ２を参照すると、コンデンサ電圧Ｖｃが許容電圧値Ｖａに到達し、かかる時刻では、リレー信号〔Ｓ＝ＯＦＦ∩ＯＦＦ〕からリレー信号〔Ｓ＝ＯＮ∩ＯＦＦ〕へと切り替えられている。また、時刻ｔ２以後にあっては、リレー信号〔Ｓ＝ＯＮ∩ＯＦＦ〕に保たれているので、制御部２５０では通常制御処理Ｓ２７が実施され、これにより、コンデンサ電圧Ｖｃが略一定値の許容電圧Ｖａに維持される。

次に、コンデンサ電圧Ｖｃが何らかの事情で許容電圧Ｖａより大きくなる場合について説明する。図６（ｃ）には、コンデンサ電圧Ｖｃとバッテリ情報Ｖｉと充電電池１４０から出力される実際のバッテリ電圧Ｖｂとが示されている。また、図６（ｄ）には、二次側制御回路２５３から出力されるリレー信号Ｓ１，Ｓ２の状態が示されている。

図６（ｃ）に示す如く、コンデンサ電圧Ｖｃは、プレチャージ処理に応じてコンデンサに電荷がチャージされるので、図示の如く、時刻ｔ１から時刻ｔ２に至るまで電圧値が上昇する。このとき、二次制御回路２５３は、リレー信号〔Ｓ＝ＯＦＦ∩ＯＦＦ〕を出力させている。

その後、時刻ｔ２を参照すると、コンデンサ電圧Ｖｃが許容電圧値Ｖａより更に高い電圧値に到達し、かかる時刻にて、リレー信号〔Ｓ＝ＯＦＦ∩ＯＦＦ〕からリレー信号〔Ｓ＝ＯＦＦ∩ＯＮ〕へと切り替えられている。かかる場合の時刻ｔ２以後にあっては、リレー信号〔Ｓ＝ＯＦＦ∩ＯＮ〕とされるので、制御部２５０にて異常時制御処理Ｓ２９が実施され、コンデンサ電圧Ｖｃは、図示の如く、当該電圧値が減少することとなる。かかる後、時刻ｔ３に到達すると、リレー信号〔Ｓ＝ＯＮ∩ＯＦＦ〕に切り替えられ、制御部２５０では通常制御処理Ｓ２７が実施されるので、コンデンサ電圧Ｖｃは、略一定値の許容電圧Ｖａに維持される。尚、図６（ｃ）を参照すると、プレチャージ期間におけるコンデンサ電圧Ｖｃは、図６（ａ）のコンデンサ電圧より急激に上昇している。かかる現象は、冬場などバッテリ温度が低い場合に見られ、コンデンサ電圧Ｖｃが許容電圧Ｖａより高くなる原因の一つとされる。

上述の如く、バッテリ情報Ｖｉは、離散化した電圧情報値の中から最適な値が選択される。従って、バッテリ情報Ｖｉは、ｎ番目の電圧情報値またはｎ＋１番目の電圧情報値の何れか一方で表現されるため、実際のバッテリ電圧Ｖｂを下回る場合がある。

しかし、かかるリレー部２３０を制御させる充電装置２００にあっても、コンデンサ電圧Ｖｃがｎ＋１番目の電圧情報値に相当する許容電圧Ｖａ以上となるように制御されるので、コンデンサ電圧Ｖｃは、リレー部１３０がオン状態とされる期間において、実際のバッテリ電圧Ｖｂを下回ることは起こり得ない。また、コンデンサ電圧Ｖｃがｎ＋１番目の電圧情報値に相当する許容電圧Ｖａを下回る場合、コンデンサ電圧Ｖｃは、全てのリレー経路がオフ状態とされるので、充電電池１４０から平滑コンデンサ１２０に突入電流が流れることもない。

本実施例に係る充電装置２００によると、コンデンサ電圧Ｖｃは、バッテリ電圧Ｖｂに対応するバッテリ情報Ｖｉよりも最大誤差Δαを超えている場合に限り、リレー部１３０がオン状態とされるので、かかる充電装置１００では、平滑コンデンサ１２０と充電電池１４０とが導通されている時はコンデンサ電圧Ｖｃがバッテリ電圧Ｖｂより常に高くなり、これにより、充電電池Ｖｂから平滑コンデンサ１２０へ流れ込む突入電流の発生が防止される。

尚、上述した実施の形態は、本発明の具体例を表現したに過ぎず、本発明は、かかる実施の形態で説明される技術的範囲に限定されるものではない。例えば、本実施の形態では、通信プロトコルとしてＣＡＮ通信を具体的に挙げているが、これに限らず、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）、ＦｌｅｘＲａｙ、ＭＯＳＴ等を適用させることも可能である。

１００ 充電装置
１１０ 電力変換部
１２０ 平滑コンデンサ
１３０ リレー部
１４０ 充電電池
１５０ 制御部
ＢＭＵ バッテリ情報管理ユニット
ＣＭＵ 電力変換部情報管理ユニット
Ｌｄ 通信回線
Δα 最大誤差
Ｖａ 許容電圧

Claims (2)

1. 第１の出力電圧を生成させる平滑コンデンサと、入力された電力を変換させ前記第１の出力電圧を生成させるために用いられる電力を前記コンデンサへ出力させる電力変換部と、印加されたリレー信号に応じて駆動され前記第１の出力電圧の中継を許可又は不許可とさせるリレー部と、前記リレー部にて前記第１の出力電圧の中継が許可された際に当該第１の出力電圧が印加されることによって充電される充電電池と、前記充電電池から与えられる第２の出力電圧を検出し当該第２の出力電圧をデジタル情報化したバッテリ情報として出力させるバッテリ情報管理ユニットと、通信回線を介して前記バッテリ情報を受信する電力変換部情報管理ユニットと、アナログ信号ラインを介して入力された前記第１の出力電圧に基づき前記電力変換部を制御させ且つ前記第１の出力電圧を用いると供に前記電力変換部情報管理ユニットを介して受信したバッテリ情報を用いて前記リレー信号を生成出力させる制御部と、を備え、
   前記リレー部は、前記電力変換部と負荷側の回路とを接続する電源ラインに設けられ、当該電源ライン及び前記平滑コンデンサの電気的接続点と当該電源ライン及び前記充電電池の電気的接続点との間に接続され、
   前記制御部は、前記第１の出力電圧が前記第２の出力電圧をデジタル化させる際に生じ得る最大誤差と前記バッテリ情報の示す電圧値との和によって算出される許容電圧未満の場合、前記リレー部にて前記第１の出力電圧の中継を不許可とさせるリレー信号を出力させ、前記第１の出力電圧が前記許容電圧以上の場合、前記リレー部にて前記第１の出力電圧の中継を許可とさせるリレー信号を出力させる、ことを特徴とする車載用充電装置。
2. 前記制御部は、電源投入されてから前記充電電池へ電力供給する前に、前記リレー部を通電遮断させてから前記平滑コンデンサをプレチャージさせる、ことを特徴とする請求項１に記載の車載用充電装置。

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