(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリへの充電電圧指令値および充電電流指令値と、上記バッテリの充電電圧および充電電流を検出しフィードバックしたフィードバック値とに基づいてゲート指令値を導出し、このゲート指令値に基づいてパルス幅変調制御して、上記バッテリの充電電圧と充電電流とを制御するチョッパ式制御回路を備えたバッテリ充電器において、
上記充電電流検出のフィードバック値は、上記バッテリと上記チョッパ式制御回路の平滑コンデンサとの両者に流れる電流を検出してフィードバック値とすると共に、共振防止手段を備え、
この共振防止手段は、上記フィードバックした電流値に応じて上記ゲート指令値を変化し、上記バッテリが上記バッテリ充電器に非接続の場合に、上記チョッパ式制御回路の上記平滑コンデンサを含むＬＣ分による共振を防止する手段としたことを特徴とするバッテリ充電器。
【請求項２】
請求項１記載のバッテリ充電器において、
共振防止手段は、フィードバックされた電流の内、チョッパ式制御回路の平滑コンデンサを含むＬ，Ｃ分で共振する周波数帯の電流を通過させるフィルタと、このフィルタを通過した電流値に応じてゲート指令値を変化する手段とを有する共振防止手段としたことを特徴とするバッテリ充電器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明はバッテリ充電器に関するもので、特にバッテリのＬＣフィルタの共振を抑制し、また、充電電圧・充電電流の異常に対処するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は従来のバッテリ充電器であり、充電器は降圧チョッパで構成されており、１はスイッチング素子、２はダイオード、３はリアクトル、４はコンデンサ、５はバッテリ、６はスイッチ、７はスイッチング素子１用のドライブ回路、１１はバッテリ充電電圧ＶＢを検出する電圧センサ、１２はバッテリ充電電流ＩＢを検出する電流センサ、８０１は充電電流指令発生器、８０２は充電電圧指令発生器、８０３は電流制御増幅器、８０５は電圧制御増幅器、８０４は負の値を出力しないリミッタ、８０６はＰＷＭ変調回路、８２１、８２２、８２３は加減算器である。
【０００３】
次に動作について説明する。ＰＷＭ変調回路８０６の出力であるゲート指令により、スイッチング素子１のオン／オフを決定する。スイッチング素子１のオン／オフによってダイオード２の両端には、オン時には直流入力電圧ＶＤが、オフ時には、０Ｖとなる矩形波状の直流電圧が発生する。
この矩形波の直流電圧が、リアクトル３とコンデンサ４により平滑され、ＰＷＭ変調回路８０６の出力に応じた直流電圧を得ることができる。コンデンサ４にＰＷＭ変調回路８０６の出力に応じた直流電圧が発生したら、スイッチ６をオフし、バッテリ５を充電する。
【０００４】
バッテリ５の充電方法は、充電開始時、バッテリの内部インピーダンスが低いため定電流にて充電し、バッテリ５にエネルギーが貯えられてくると定電圧充電に切り換えて充電するのが一般的である。
そこで、充電開始時は、定電流充電指令値を出力する充電電流指令発生器８０１の出力と電流センサ１２で検出されたバッテリ充電電流ＩＢとの偏差を加減算器８２１で求め、充電電流指令発生器８０１の出力と電流センサ１２で検出されたバッテリ充電電流ＩＢとの偏差が零になるように電流制御増幅器８０３が制御し、電流制御増幅器８０３の出力をリミッタ８０４を介して、定電圧充電指令値を出力する充電電圧指令発生器８０２の出力より加減算器８２２で減算することにより充電電流指令発生器８０１の出力である定電流充電指令値に応じた充電電圧指令ＶＢ＊を生成する。
【０００５】
次に、上記充電電圧指令ＶＢ＊を出力する加減算器８２２の出力と電圧センサ１１で検出されたバッテリ充電電圧ＶＢとの偏差を加減算８２３で求め、この電圧偏差が零になるように電圧制御増幅器８０５とＰＷＭ変調回路８０６とがスイッチング素子１のスイッチングを制御する。
【０００６】
次に、バッテリ５にエネルギーが貯えられ、電流センサ１２で検出されたバッテリ充電電流ＩＢが充電電流指令発生器８０１の出力より少なくなると、電流制御増幅器８０３は負の値を出力するが、リミッタ８０４により負の値はカットされ零を出力するため、充電電圧指令発生器８０２の出力である定電圧充電指令値が充電電圧指令ＶＢ＊となり、定電圧充電される。
【０００７】
なお、バッテリの充電器に関しては、特開平９−１２１４６２号公報があるが、これは定電流制御と定電圧制御の組み合わせを工夫したものであり、下記に示す本発明の目的を達成するものではない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の充電器は以上のように構成されているので，充電器にバッテリが接続されていないとき、充電器のリアクトルとコンデンサにより共振現象が発生し、コンデンサに過電圧がかかるという問題点があった。
【０００９】
また、定電流充電時にバッテリ充電電圧を調整しようとして、充電電圧指令発生器の充電電圧指令値を可変させてもバッテリ充電電圧ＶＢは変化しないが、その指令値を必要以上に高く設定してしまった場合は、定電流充電から定電圧充電に切り換わったとき、異常な電圧で定電圧充電する危険性があった。
【００１０】
また、バッテリ側の短絡事故や充電器のバッテリ端子を短絡したりして、スイッチング素子１に過大な電流が流れたり、また、充電器がスタートするとき、コンデンサ４にインラッシュ電流が流れるので、スイッチング素子１に過大電流が流れたりする。このような場合にスイッチング素子１を保護する保護回路がなかった。
【００１１】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、リアクトルとコンデンサによる共振現象を抑制し、コンデンサに過電圧をかけない充電器を提供することを目的とする。
また、異常な電圧で充電したり、過大な充電電流がスイッチング素子に流れたりするのを防止する充電器を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
（１）この発明に係るバッテリの充電器は、バッテリへの充電電圧指令値および充電電流指令値と、上記バッテリの充電電圧および充電電流を検出しフィードバックしたフィードバック値とに基づいてゲート指令値を導出し、このゲート指令値に基づいてパルス幅変調制御して、上記バッテリの充電電圧と充電電流とを制御するチョッパ式制御回路を備えたバッテリ充電器において、
上記充電電流検出のフィードバック値は、上記バッテリと上記チョッパ式制御回路の平滑コンデンサとの両者に流れる電流を検出してフィードバック値とすると共に、共振防止手段を備え、
この共振防止手段は、上記フィードバックした電流値に応じて上記ゲート指令値を変化し、上記バッテリが上記バッテリ充電器に非接続の場合に、上記チョッパ式制御回路の上記平滑コンデンサを含むＬＣ分による共振を防止する手段としたものである。
【００１３】
（２）上記（１）において、
共振防止手段は、フィードバックされた電流の内、チョッパ式制御回路の平滑コンデンサを含むＬ，Ｃ分で共振する周波数帯の電流を通過させるフィルタと、このフィルタを通過した電流値に応じてゲート指令値を変化する手段とを有する共振防止手段としたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１にこの発明の実施の形態１のバッテリ充電器の回路図を示す。
図１において、前述の図１１と対応する機能については同一符号を付し、その詳細説明は省略する。８０７は交流増幅器、８２４は加減算器である。
また、図２は図１の交流増幅器８０７を仮想抵抗回路８０７ａに置き換えた図で等価回路を表す。
【００１９】
次に、上記実施の形態の動作を図１と図２を参照（主に図２を参照）しながら動作を説明する。ここではバッテリ５は接続されていない場合について説明する。
（１）バッテリ充電電流ＩＢ（全てコンデンサ４の充放電電流になる）は、電流センサ１２により検出し、
（２）仮想抵抗回路８０７ａ（交流増幅器８０７）を介して充電電圧指令発生器８０２の出力から加減算器８２４より減算し、充電電圧指令ＶＢ＊としている。
（３）バッテリ充電電流ＩＢにより充電電圧指令ＶＢ＊が垂下するので、仮想的な抵抗がリアクトル３に直列接続されたことになる。
（４）したがってリアクトル３とコンデンサ４からなるＬＣフィルタの伝達関数Ｆ（Ｓ）は、見かけ上、
Ｆ（Ｓ）＝１／（ＬＣＳ２  ＋ＲＣＳ＋１）                        （１）
となり、ダンピング係数ζは
ζ＝（Ｒ／２）×√（Ｃ／Ｌ）                                            （２）
となる。
（５）式（２）より、従来のようにバッテリ充電電流ＩＢによる充電電圧指令ＶＢ＊の垂下を行わない場合は、Ｒ＝０であるから、ζ＝０となり、共振現象が収まらないが、バッテリ充電電流ＩＢによる充電電圧指令ＶＢ＊の垂下を行うと、任意のＲを実現できるので、ζ＝０．７以上となる比例係数Ｒを選択し、電圧制御増幅８０５から見たＬＣフィルタのダンピングを改善することができる。
【００２０】
即ち、検出した電流値にゲインを乗じて電圧指令値から減算することにより、あたかも抵抗が存在するように動作するので、交流増幅器８０７は等価的に仮想抵抗と置き換えることができる。充電器にバッテリが非接続の場合に、リアクトル３とコンデンサ４（ＬＣフィルタ）により共振が発生するのを、仮想抵抗回路によりＬＣフィルタのダンピングを改善し共振を抑制する。
【００２１】
このように電圧制御系で共振を抑制することができるので、コンデンサ４に過電圧がかかることがない。
【００２２】
実施の形態２．
次に、図３は本発明の実施の形態２に係るもので、図３において、図１と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。上記実施の形態１と異なるのは、ＬＣフィルタの共振周波数帯のみ通過させるバンドパスフィルタ８０８を追加した点であり、その他は実施の形態１と同様である。
【００２３】
図３において、バッテリ充電電流ＩＢは、電流センサ１２により検出し、ＬＣフィルタの共振周波数帯のみ通過させるバンドパスフィルタ８０８を通して、交流増幅器８０７（図２に示す等価的な仮想抵抗回路８０７ａ）を介して充電電圧指令発生器８０２の出力から加減算器８２４より減算し、充電電圧指令ＶＢ＊としている。
交流増幅器８０７（仮想抵抗回路８０７ａ）は、上記実施の形態１と同様に、ＬＣフィルタの電圧制御増幅器８０５からみたダンピングを改善する回路になっている。バンドパスフィルタ８０８は、ＬＣフィルタ共振周波数帯の成分はそのまま通過させるので、ダンピングの改善動作に関しては、実施の形態１と同様な改善効果がある。
一方、充電器がバッテリを充電している場合、交流増幅器８０７（仮想抵抗回路８０７ａ）に入力される信号のＤＣ成分がバンドパスフィルタ８０８で除去されるので、仮想抵抗回路８０７の出力は０となる。
【００２４】
このような構成にすることにより、バッテリが接続されてない場合は、電圧制御増幅器８０５からみたＬＣフィルタの共振周波数帯のみ仮想的なインピーダンスがリアクトル３に直列に接続されて、ダンピングが改善し、バッテリを充電する場合は、低インピーダンスな特性を持つフィルタのように動作するので、充電電流量によって、バッテリ電圧が変動しなくなる。
【００２５】
実施の形態３．
次に、図４は本発明の実施の形態３に係るもので、図４において、図３と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。上記実施の形態２と異なるのは、コンパレータ８０９を追加した点であり、その他は実施の形態２と同様である。
【００２６】
図４において、バッテリ充電電圧ＶＢを調整する場合、充電器が運転中に充電電圧指令発生器８０２の出力を可変させればよいが、
（１）定電流充電時にバッテリ充電電圧ＶＢを調整しようとして、充電電圧指令発生器８０２の出力（充電電圧指令値）を可変させてもバッテリ充電電圧ＶＢは変化しない。
（２）また、一度充電電圧指令発生器８０２の出力を可変させてしまうと、元の値にもどのすのは困難である。
（３）また、充電電圧指令発生器８０２の出力を必要以上に大きくすると、充電時にバッテリにエネルギーが貯えられて、定電流充電から定電圧充電に切り換わったとき、異常な電圧で定電圧充電する可能性がある。
【００２７】
そこで上記（１）〜（３）に対処するために、定電流充電時は、バッテリ充電電圧の調整を行おうとしても調整ができないよう、リミッタ８０４の出力をコンパレータ８０９で監視し、もしリミッタ８０４の出力が正ならば、定電流充電中なので、コンパレータ８０９の出力信号により、充電電圧指令発生器８０２の出力を可変できないようにすればよい。
【００２８】
このような構成にすることにより、定電流充電中は、バッテリ充電電圧ＶＢの調整をできないようにすることにより、バッテリ充電電圧ＶＢの調整を確実に行えることができる。
【００２９】
実施の形態４．
次に、図５は本発明の実施の形態４に係るもので、図５において、図４と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。上記実施の形態３と異なるのは、制限回路８１３、交流増幅器８１４（不図示であるが等価的に仮想抵抗回路に置き換えられる）、加減算器８２６を追加した点であり、その他は実施の形態３と同様である。
また、図６は制御回路の入出力の特性を示す図である。
【００３０】
（１）図５において、充電電圧指令ＶＢ＊と電圧センサ１１で検出したバッテリ充電電圧ＶＢが一致するように、電圧制御増幅器８０５とＰＷＭ変調回路８０６がスイッチング素子１のスイッチングを制御し、電圧制御ループを構成している。
（２）制限回路８１３は、最大充電電流が設定されていて、電流センサ１２で検出されたバッテリ充電電流ＩＢが、設定値以下なら、制限回路８１３の出力は零、バッテリ充電電流ＩＢが設定値以上の場合は、バッテリ充電電流値から設定値を減じた値が制限回路８１３より出力される。
バッテリ充電電流ＩＢと制限回路８１３の出力とは図６に示すような特性であり、設定値（ＩＳ）は所定の値に設定される。
【００３１】
（３）制限回路８１３の出力は、交流増幅器（仮想抵抗回路）８１４を介して、充電電圧指令ＶＢを出力する加減算器８２４から加減算器８２６で減算される。
（４）このためバッテリ充電電流ＩＢが制限回路８１３の設定値以上になると、充電電圧指令ＶＢ＊を垂下させて、バッテリ充電電圧ＶＢを垂下させるように動作するので、バッテリ充電電流ＩＢも減少し、スイッチング素子１は、過電流から保護される。
【００３２】
このような構成にすることにより、電圧制御の応答で、負荷側の短絡事故などによる過電流からスイッチング素子１を保護することができる。
【００３３】
実施の形態５．
次に、図７は本発明の実施の形態５に係るもので、図７において、図５と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。上記実施の形態４と異なるのは、バッテリ充電電流ＩＢによりＰＷＭ電圧指令を変化させ、仮想出力抵抗を構成している点であり、その他は実施の形態４と同様である。
【００３４】
図７において、制限回路８１３は、最大充電電流が設定されてあり、電流センサ１２で検出されたバッテリ充電電流ＩＢが、設定値以下なら、制限回路８１３の出力は零、バッテリ充電電流ＩＢが設定値以上の場合は、バッテリ充電電流値から設定値を減じた値が制限回路８１３より出力される。
【００３５】
制限回路８１３の出力は、交流増幅器（仮想抵抗回路）８１４を介して、電圧制御増幅器８０６の出力から加減算器８２６で減算される。
このためバッテリ充電電流ＩＢが制限回路８１３の設定値以上になると、ＰＷＭ電圧指令値を垂下させて、バッテリ充電電圧ＶＢを垂下させるように動作するので、バッテリ充電電流ＩＢも減少し、スイッチング素子１は、過電流から保護される。
【００３６】
このような構成にすることにより、ＰＷＭ変調回路８０６の応答で、負荷側の短絡事故などによる過電流からスイッチング素子１を保護することができる。
【００３７】
実施の形態６．
次に、図８は本発明の実施の形態３に係るもので、図８において、図７と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。上記実施の形態５と異なるのは、制限回路８１３の設定値を可変することができる設定値可変指令回路８１５を追加している点であり、その他は実施の形態５と同様である。
また、図９は制御回路の入出力の特性を示す図である。
【００３８】
図８において、充電器がスタートするとき、コンデンサ４にはインラッシュ電流が流れる。そこで、制限回路８１３に設定されている最大充電電流値を設定値可変指令回路８１５により、零から最大充電電流値まで徐々に上げることにより、インラッシュ電流を抑制することができる。
【００３９】
図９（ａ）はバッテリ充電電流ＩＢと制限回路８１３の出力（ＩＯ）との関係を示し、充電開始と共に、設定値（ＩＳ）をゼロからＩＳｍａｘ（最大充電電流値）まで変化させることにより、制限回路８１３の出力（ＩＯ）は１からｎまで連続的に変化する。
図９（ｂ）は、図９（ａ）の設定値の時間的変化を図示したもので、例えばＡの直線、Ｂの直線等を用い、充電スタート時の電流が大きくて充電時間が長いときはＢを用いるようにする。
【００４０】
このような構成にすることにより、充電器がスタートする時のインラッシュ電流を抑制することができる。
【００４１】
実施の形態７．
実施の形態３では図４に示すように電流センサ１２をバッテリ５への充電電流とコンデンサ１２への充電電流を検出するようにしているが、図４において、バッテリの非接続時に共振現象がなければ、交流増幅器８０７、バンドパスフィルタ８０８を除いてもよい。この場合もコンパレータ８０９で実施の形態３と同様に電流制御による充電中は、充電電圧指令発生器８０２の指令値を変更できなくし、電流制御から電圧制御に切り替わったときに、過分な充電電圧でバッテリが充電されるのを防止する。
【００４２】
また、バッテリの非接続時に共振現象がなければ、図１０の示すように電流センサはバッテリ５への充電電流のみを検出するようにしてもよい。このようにしてもコンパレータ８０９を用いて実施の形態３と同様に過分な充電電圧でバッテリが充電されるのを防止する。
【００４３】
実施の形態８．
また、実施の形態４〜６の図５，７，８においても、バッテリの非接続時に共振現象がなければ、交流増幅器８０７、バンドパスフィルタ８０８を除いてもよい。実施の形態４〜６と同様に負荷側の短絡事故などによる過電流からスイッチング素子１の保護ができ、また、充電器がスタートする時のインラッシュ電流を抑制することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、充電器にバッテリが非接続の場合に、リアクトルとコンデンサによる共振現象を抑制し、また、バッテリを充電する場合に、コンデンサに過電圧をかけないようにしたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるバッテリ充電器の回路図である。
【図２】図１において、仮想抵抗に置き換えた等価回路を示す回路図である。
【図３】この発明の実施の形態２によるバッテリ充電器の回路図である。
【図４】この発明の実施の形態３によるバッテリ充電器の回路図である。
【図５】この発明の実施の形態４によるバッテリ充電器の回路図である。
【図６】この発明の実施の形態４による制限回路の入出力の特性図である。
【図７】この発明の実施の形態５によるバッテリ充電器の回路図である。
【図８】この発明の実施の形態６によるバッテリ充電器の回路図である。
【図９】この発明の実施の形態６による制限回路の入出力の特性図である。
【図１０】この発明の実施の形態７によるバッテリ充電器の回路図である。
【図１１】従来方式のバッテリ充電器の回路図である。
【符号の説明】
１    スイッチング素子                            ２    ダイオード
３    リアクトル                                        ４    コンデンサ
５    バッテリ                                            ６    スイッチ
７    ドライブ回路                                １１    電圧センサ
１２    電流センサ                                ８０１    充電電流指令発生器
８０２    充電電圧指令発生器            ８０３    電流制御増幅器
８０５    電圧制御増幅器                    ８０４    リミッタ
８０６    ＰＷＭ変調回路                    ８０７    交流増幅器
８０７ａ    仮想抵抗回路                    ８０８    バンドパスフィルタ
８０９    コンパレータ                        ８１３    制限回路
８１４    交流増幅器                            ８１５    設定値可変指令回路
８２１、８２２、８２３，８２６    加減算器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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