(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次側巻線と２次側巻線とを有するトランスと、
前記１次側巻線と１次側の直流電源との間に接続され前記１次側巻線に交流電力を供給するスイッチング素子と、
前記１次側巻線に流れる１次側電流を検出する１次側電流検出器と、
前記直流電源から供給される１次側電圧を検出する１次側電圧検出器と、
前記スイッチング素子を導通状態とするパルスのパルス幅が可変である、パルス信号を発生する制御部と、
前記２次側巻線に接続され２次側直流電圧を発生する２次側整流平滑回路と、を備え、
前記制御部は、
充電時においては、
前記１次側電流を制御することによって前記２次側整流平滑回路に電気的に接続されるバッテリーに充電し、
充電完了後において、
前記１次側電流と前記１次側電圧と前記パルス幅との組み合わせを３個検出し、３元連立方程式から、
前記パルス幅= k0 + k1 × 前記１次側電流+ k2 × 前記１次側電圧、を満たす、k0 、k1 、k2 、の３つの定数を求め、
前記定数k0 、前記定数k1 、前記定数k2 、の各々が、すべて、予め定める範囲内であるときに前記バッテリーを良品であると判定し、
前記定数k0 、前記定数k1 、前記定数k2 、の各々のうち１個でも予め定める範囲内にないときに前記バッテリーを劣化した不良品であると判定する充電装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記１次側電流と前記１次側電圧と前記パルス幅との組み合わせを３種類検出し、前記３元連立方程式から、
前記パルス幅=前記定数k0 + 前記定数k1 × 前記１次側電流+ 前記定数k2 × 前記１次側電圧、を満たす、前記定数k0 、前記定数k1 、前記定数k2 、の３つの定数を求めるに際して、前記１次側電流を所定の範囲で変化させる請求項１に記載の充電装置。
【請求項３】
前記直流電源は、
商用交流電源に接続される力率改善部を具備し、
前記制御部は、
前記力率改善部を制御して、
前記１次側電流と前記１次側電圧と前記パルス幅との組み合わせを３種類検出し、前記３元連立方程式から、
前記パルス幅= 前記定数k0 + 前記定数k1 × 前記１次側電流+ 前記定数k2 × 前記１次側電圧、を満たす、前記定数k0 、前記定数k1 、前記定数k2 、の３つの定数を求めるに際して、前記１次側電圧を所定の範囲で変化させる請求項１又は請求項２に記載の充電装置。
【請求項４】
入力側に直流電源を接続し、出力側にバッテリーを接続する充電装置であって、
前記直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子を導通状態とするパルスのパルス幅が可変である、パルス信号を発生する制御部と、を備え、
前記制御部は、
充電時においては、
前記直流電源から供給される直流電流を制御することによって前記バッテリーに充電し、
充電完了後において、
前記直流電源から供給される前記直流電流と前記直流電源から供給される直流電圧と前記パルス幅との組み合わせを３種類検出し、３元連立方程式から、
前記パルス幅= k0 + k1 ×前記直流電源から供給される前記直流電流+ k2 ×前記直流電源から供給される前記直流電圧、を満たす、k0 、k1 、k2 、の３つの定数を求め、
前記定数k0 、前記定数k1 、前記定数k2 、の各々が、すべて、予め定める範囲内であるときに前記バッテリーを良品であると判定し、
前記定数k0 、前記定数k1 、前記定数k2 、の各々のうち１個でも予め定める範囲内にないときに前記バッテリーを劣化した不良品であると判定する充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
直流定電圧電源装置にスイッチング電源装置を用いることは周知技術である。又、高周波トランスとフォトカプラーを用いて１次側と２次側とを絶縁分離し２次側の直流電圧を一定に保つことは周知技術である（特許文献１を参照）。さらに、１次側を商用交流電源に接続できるように１次側に整流回路を備えることも周知技術である。
【０００３】
又、バッテリーの劣化を検出する装置として種々のものが提案されている。特許文献２には、疑似負荷発生回路による電圧変動値に基づきバックアップ用バッテリーの寿命を検出することが記載されている。又、特許文献３には、バッテリーが放電／充電されるに際して、一定時間毎にバッテリー端子間電圧が測定され、その端子間電圧が該当許容範囲内にないと判定されたことを以てバッテリー劣化として検出表示されることが記載されている。又、特許文献４には、携帯無線端末において電圧モニター部で求めた単位時間当たりの電圧低下量と予め取得されているバッテリー特性データとを比較してバッテリーの劣化を検出することが記載されている。
【０００４】
又、バッテリーを充電する装置として種々のものが提案されている。例えば、特許文献５には、推奨充電電圧よりも高いバッテリー電圧が電圧検知回路によって検出されるまで電源からバッテリーへ電流を供給するとともに、推奨充電電圧よりも高いバッテリー電圧が電圧検知回路によって検出された後に、バッテリーへの印加電圧を推奨充電電圧に近づく方へ制御されたレートで低減させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２２５６４９号公報
【特許文献２】特開平１０−９１５３８号公報
【特許文献３】特開２０００−３２９８３４号公報
【特許文献４】特開２００８−１６０６４７号公報
【特許文献５】特開２００２−４４８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年においては、バッテリーの種類も多岐に渡っている。そして、バッテリーの種類毎に劣化の特性も異なる。このような種々のバッテリーにおいて、ある時点における電圧を検出するだけでは、正確な劣化が検出できない事態が生じている。又、バッテリーを動力源として走行する電気自動車に用いるバッテリーに関しては、その劣化を正確に検出できなければ予想外の電力不足に陥り安全な運転を確保できない事態も生じる。又、電気自動車のバッテリーを家庭内において直流定電圧電源装置を用いた充電装置によって簡便に充電する技術が要望されている。又、このような電気自動車のバッテリーの劣化の検出をバッテリーの充電装置においておこなうことができれば劣化を早期に発見できて極めて好都合である。この点は、バッテリーを用いるハイブリッド自動車においても同様である。また、電池を内蔵し、停電時でもしばらくの間コンピュータ等に電力を供給するUPS（Uninterruptible Power Supply）においても、バッテリーの劣化の検出をバッテリーの充電装置においておこなうことが望ましい。
【０００７】
発明が解決しようとする課題は、バッテリーの充電に用いるのに好適な直流定電圧電源装置を提供し、このような直流定電圧電源装置を用いる充電装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の充電装置は、１次側巻線と２次側巻線とを有するトランスと、前記１次側巻線と１次側の直流電源との間に接続され前記１次側巻線に交流電力を供給するスイッチング素子と、前記１次側巻線に流れる１次側電流を検出する１次側電流検出器と、前記直流電源から供給される１次側電圧を検出する１次側電圧検出器と、前記スイッチング素子を導通状態とするパルスのパルス幅が可変である、パルス信号を発生する制御部と、前記２次側巻線に接続され２次側直流電圧を発生する２次側整流平滑回路と、を備え、前記制御部は、充電時においては、前記１次側電流を制御することによって前記２次側整流平滑回路に電気的に接続されるバッテリーに充電し、充電完了後において、前記１次側電流と前記１次側電圧と前記パルス幅との組み合わせを３個検出し、３元連立方程式から、前記パルス幅= k0 + k1 × 前記１次側電流+ k2 × 前記１次側電圧、を満たす、k0 、k1 、k2 、の３つの定数を求め、前記定数k0 、前記定数k1 、前記定数k2 、の各々が、すべて、予め定める範囲内であるときに前記バッテリーを良品であると判定し、前記定数k0 、前記定数k1 、前記定数k2 、の各々のうち１個でも予め定める範囲内にないときに前記バッテリーを劣化した不良品であると判定する。
【０００９】
本発明の別の充電装置は、入力側に直流電源を接続し、出力側にバッテリーを接続する充電装置であって、前記直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換するスイッチング素子と、前記スイッチング素子を導通状態とするパルスのパルス幅が可変である、パルス信号を発生する制御部と、を備え、前記制御部は、充電時においては、前記直流電源から供給される直流電流を制御することによって前記バッテリーに充電し、充電完了後において、前記直流電源から供給される前記直流電流と前記直流電源から供給される直流電圧と前記パルス幅との組み合わせを３種類検出し、３元連立方程式から、前記パルス幅= k0 + k1 ×前記直流電源から供給される前記直流電流+ k2 ×前記直流電源から供給される前記直流電圧、を満たす、k0 、k1 、k2 、の３つの定数を求め、前記定数k0 、前記定数k1 、前記定数k2 、の各々が、すべて、予め定める範囲内であるときに前記バッテリーを良品であると判定し、前記定数k0 、前記定数k1 、前記定数k2 、の各々のうち１個でも予め定める範囲内にないときに前記バッテリーを劣化した不良品であると判定する。
【００１０】
本発明の直流定電圧電源装置は、１次側巻線と２次側巻線とを有するトランスと、前記１次側巻線と１次側の直流電源との間に接続され前記１次側巻線に交流電力を供給するスイッチング素子と、前記１次側巻線に流れる１次側電流を検出する１次側電流検出器と、前記直流電源から供給される１次側電圧を検出する１次側電圧検出器と、前記スイッチング素子をオンとするパルス幅が変化するパルス信号を発生する制御部と、前記２次側巻線に接続され２次側直流電圧を発生する２次側整流平滑回路とを備え、前記制御部は、k0 、k1 、k2 、の３つの予め求めた定数を用い、パルス幅= k0 + k1 × 前記１次側電流+ k2 × 前記１次側電圧、によって表される前記パルス信号を発生し、前記２次側直流電圧を一定電圧に制御する。
【００１１】
本発明の別の直流定電圧電源装置は、入力側に直流電源を接続し、出力側に接続する負荷に直流電力を供給する直流定電圧電源装置であって、前記直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換するスイッチング素子と、前記スイッチング素子をオンとするパルス幅が変化するパルス信号を発生する制御部と、を備え、前記制御部は、k0 、k1 、k2 、の３つの予め求めた定数を用い、パルス幅= k0 + k1 ×前記直流電源から供給される直流電流+ k2 ×前記直流電源から供給される直流電圧、によって表されるパルス信号を発生し、前記負荷に供給する直流電圧を一定電圧に制御する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の直流定電圧電源装置によれば、３個の定数を有する１次方程式に基づき直流電圧を制御できる。又、本発明の充電装置によれば、バッテリーに固有の３個の定数を求めてバッテリーが劣化したか否かを検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態の直流定電圧電源装置を示す図である。
【図２】実施形態のバッテリーの充電装置を示す図である。
【図３】別の実施形態のバッテリーの充電装置を示す図である。
【図４】さらに別の実施形態のバッテリーの充電装置を示す図である。
【図５】別の実施形態の直流定電圧電源装置を示す図である。
【図６】さらに、また、別の実施形態のバッテリーの充電装置を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を実施するための形態（以下実施形態と省略する）の直流定電圧電源装置は、１次側巻線と２次側巻線とを有するトランスと、１次側巻線と１次側の直流電源との間に接続され前記１次側巻線に交流電力を供給するスイッチング素子と、１次側巻線に流れる１次側電流を検出する１次側電流検出器と、直流電源から供給される１次側電圧を検出する１次側電圧検出器と、スイッチング素子をオンとするパルス幅が変化するパルス信号を発生する制御部と、２次側巻線に接続され２次側直流電圧を発生する２次側整流平滑回路とを備え、制御部は、k0 、k1 、k2 、の３つの予め求めた定数を用い、パルス幅= k0 + k1 ×１次側電流+ k2 ×１次側電圧、によって表されるパルス信号を発生し、２次側直流電圧を一定電圧に制御する。
【００１５】
本発明を実施するための別の形態の直流定電圧電源装置は、入力側に直流電源を接続し、出力側に接続する負荷に直流電力を供給する直流定電圧電源装置であって、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換するスイッチング素子と、スイッチング素子をオンとするパルス幅が変化するパルス信号を発生する制御部と、を備え、制御部は、k0 、k1 、k2 、の３つの予め求めた定数を用い、パルス幅= k0 + k1 ×直流電源から供給される直流電流+ k2 ×直流電源から供給される直流電圧、によって表されるパルス信号を発生し、負荷に供給する直流電圧を一定電圧に制御する。
【００１６】
本発明を実施するための形態の充電装置は、１次側巻線と２次側巻線とを有するトランスと、１次側巻線と１次側の直流電源との間に接続され前記１次側巻線に交流電力を供給するスイッチング素子と、１次側巻線に流れる１次側電流を検出する１次側電流検出器と、直流電源から供給される１次側電圧を検出する１次側電圧検出器と、スイッチング素子をオンとするパルス幅が変化するパルス信号を発生する制御部と、２次側巻線に接続され２次側直流電圧を発生する２次側整流平滑回路とを備え、制御部は、充電時においては、１次側電流を制御することによって２次側に着装されるバッテリーに充電し、充電完了後において、１次側電流と１次側電圧とパルス幅との組み合わせを３種類検出し、３元連立方程式から、パルス幅= k0 + k1 ×１次側電流+ k2 ×１次側電圧、を満たす、k0 、k1 、k2 、の３つの定数を求め、定数k0 、定数k1 、定数k2 、の各々が、すべて、予め定める範囲内であるときにバッテリーを良品であると判定し、定数k0 、定数k1 、定数k2 、の各々のうち１個でも予め定める範囲内にないときにバッテリーを劣化した不良品であると判定する。
【００１７】
本発明を実施するための別の形態の充電装置は、入力側に直流電源を接続し、出力側にバッテリーを接続する充電装置であって、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換するスイッチング素子と、スイッチング素子をオンとするパルス幅が変化するパルス信号を発生する制御部と、を備え、制御部は、充電時においては、直流電源から供給される直流電流を制御することによってバッテリーに充電し、充電完了後において、直流電源から供給される直流電流、直流電源から供給される直流電圧、パルス幅の組み合わせを３種類検出し、３元連立方程式から、パルス幅= k0 + k1 ×直流電源から供給される直流電流+ k2 ×直流電源から供給される直流電圧、を満たす、k0 、k1 、k2 、の３つの定数を求め、定数k0 、定数k1 、定数k2 、の各々が、すべて、予め定める範囲内であるときにバッテリーを良品であると判定し、定数k0 、定数k1 、定数k2 、の各々のうち１個でも予め定める範囲内にないときにバッテリーを劣化した不良品であると判定する。
【００１８】
（実施形態の直流定電圧電源装置）
図１は、実施形態の直流定電圧電源装置を示す図である。実施形態の直流定電圧電源装置の原理について図１を参照して説明をする。
【００１９】
図１に示す直流定電圧電源装置１は、DC-DC（ディーシー・ディーシー）コンバータ部（直流・直流変換器部）１０と制御部２０とを有している。
【００２０】
DC-DCコンバータ部１０の１次側（入力側）には、１次側ターミナルTp1、１次側ターミナルTp2を介して直流電源３０が接続可能とされている。２次側（出力側）には、２次側ターミナルTs1、２次側ターミナルTs2を介して負荷４０が接続可能とされている。１次側と２次側とはトランス１０１で絶縁されている。トランス１０１は１次側巻線１０２と２次側巻線１０３とを有し、１次側巻線１０２と２次側巻線１０３とは同一のコア１０４に巻回されている。１次側巻線１０２は巻数がNpとされ、２次側巻線１０３は巻数がNsとされている。１次側巻線１０２は励磁インダクタLpを有している。
【００２１】
DC-DCコンバータ部１０の１次側には、１次側巻線１０２に対して直列に抵抗１０５とスイッチング素子１０６とが接続されている。１次側巻線１０２の一端は１次側ターミナルTp1に接続され、１次側巻線１０２の他端、抵抗１０５及びスイッチング素子１０６からなる直列回路は１次側ターミナルTp2に接続されている。
【００２２】
抵抗１０５は、直流電源３０からDC-DCコンバータ部１０の１次側に流れ込む電流Ipを検出するための抵抗である。DC-DCコンバータ部１０が伝送する電力に比べて抵抗１０５で消費される電力が無視できるほど小さくなるように抵抗１０５の抵抗の値は小さく設定されている。
【００２３】
スイッチング素子１０６は、制御部２０からのスイッチング素子駆動信号Sdに応じてON／OFF（オン／オフ：導通／切断）する半導体素子である。スイッチング素子駆動信号Sdは、スイッチング素子１０６をオンとするパルス幅が変化するパルス信号である。実施形態ではスイッチング素子１０６は、MOSFET（Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）で形成されている。
【００２４】
DC-DCコンバータ部１０の２次側の２次側巻線１０３には、ダイオード１０８とコンデンサ１０９とを有する２次側整流平滑回路が接続されている。コンデンサ１０９の両端は２次側ターミナルTs1、２次側ターミナルTs2の各々に接続されている。２次側ターミナルTs1、２次側ターミナルTs2には負荷４０が接続され、DC-DCコンバータ部１０の２次側から負荷４０に対して電圧Eoが供給され電流Ioが流れる。
【００２５】
制御部２０は、CPU（Central Processing Unit：中央処理装置）２０１、第１のA/Dコンバータ（エーディ・コンバータ）２０２、第２のA/Dコンバータ（エーディ・コンバータ）２０３、PWM変調器（ピー・ダブリュウ・エム・コンバータ）２０４及びスイッチング素子ドライバ２０５を有して形成されている。A/Dコンバータ２０２は１次側ターミナルTp1に接続され、A/Dコンバータ２０３は抵抗１０５に接続されている。ここで、DC-DCコンバータ部１０のグランドGNDと制御部２０のグランドGNDとは図１に図示するように１次側ターミナルTp2と共通グランドとされている。
【００２６】
１次側電圧検出器として機能するA/Dコンバータ２０２に直流電源３０の発生する電圧Edが入力される。A/Dコンバータ２０２の耐電圧に応じて、電圧Edを分圧して入力するようにしても良い。又、１次側電流検出器として機能するA/Dコンバータ２０３に抵抗１０５の両端に発生する電圧Vs（電流Ipに応じた電圧）が入力される。電圧VsはDC-DCコンバータ部１０の１次側に流れる電流Ipに比例した電圧であり、抵抗１０５の値を予め既知の値に設定しているのでA/Dコンバータ２０３は電流Ipを検出することができる。
【００２７】
CPU２０１は、DC-DCコンバータ部１０を制御する中心となる部分である。CPU２０１は、その内部に、いずれも図示しない、プログラムを格納するROM（ロム）、一時的な記憶のためのメモリであるRAM（ラム）を有している。CPU２０１と、A/Dコンバータ２０２と、A/Dコンバータ２０３と、PWM変調器２０４とはバスラインを介して接続されている。
【００２８】
A/Dコンバータ２０２は、直流電源３０からDC-DCコンバータ部１０の１次側に供給される電圧のアナログ値である電圧Edをデジタル値DEdに変換し、CPU２０１の求めに応じてデジタル値DEdをCPU２０１に送出する。A/Dコンバータ２０３は、直流電源３０からDC-DCコンバータ部１０の１次側に供給される電流Ipに応じたアナログ値である電圧Vsをデジタル値DVsに変換し、CPU２０１の求めに応じてデジタル値DVsをCPU２０１に送出する。
【００２９】
PWM変調器２０４は、CPU２０１でおこなわれる制御演算結果のデジタル値Doに応じてPWM信号（Pulse Width Modulation信号：パルス幅変調信号）Opwmを発生させる。PWM信号Opwmはパルス幅のデユーティ・ファクタがTon/Tsで表される信号である。時間Tonはスイッチング素子１０６をONとする信号を発生する時間である。又、時間Tsは１周期の時間である。ここで、スイッチング素子１０６をOFFとする信号を発生する時間を時間Toffとして、時間Ts=時間Ton + 時間Toffである。PWM信号Opwmは時間Tsを１周期として、繰り返して発生する。
【００３０】
スイッチング素子ドライバ２０５は、スイッチング素子１０６を駆動する信号であるスイッチング素子駆動信号Sdを発生する。スイッチング素子ドライバ２０５が遅れることなく動作する場合には、スイッチング素子駆動信号Sdのデユーティ・ファクタDfの値と、PWM信号Opwmのデユーティ・ファクタTon/Tsとは一致する。さらに、PWM信号Opwmのデユーティ・ファクタTon/Tsは、CPU２０１から出力されるデジタル値Doに対応する。PWM変調器２０４における変換誤差がない場合には、デジタル値Doが表わすデユーティ・ファクタとPWM信号Opwmのデユーティ・ファクタとは一致する。
【００３１】
図１に示す直流定電圧電源装置１は、制御部２０が１次側にのみ接続されており、２次側と制御部２０とは接続されていない点を特徴とする。
【００３２】
以下、数式を参照して、図１に示す直流定電圧電源装置１の動作について説明をする。以下の数式において、Ipは１次側の電流Ip、Edは１次側の電圧Ed、Lpは１次側巻線１０２によって形成される励磁インダクタLpのインダクタンス、Tonは時間Ton、Tsは時間Ts、Npは１次側巻線１０２の巻数、Nsは２次側巻線１０３の巻数、Ioは２次側の電流Ioを各々表すものである（図１を参照）。
【００３３】
電流Ipは数式１で表される。第１項は励磁電流を表し、第２項は負荷４０に流れる電流を１次側に換算した電流を表す。
【００３４】
Ip = Ed/Lp × Ton/Ts + Ns/Np × Io・・・・数式１
【００３５】
抵抗１０５の両端の電圧Vsは数式２で表される。
【００３６】
Vs = Rs × Ip  ・・・・数式２
【００３７】
数式１と数式２とから数式３が得られる。
【００３８】
Io = Np/Ns × (Vs /Rs - Ed /Lp × Ton/Ts)・・・・数式３
【００３９】
数式１ないし数式３は、図１に示す直流定電圧電源装置１が無損失であるとして導いてきた。直流定電圧電源装置１に損失がある場合には、これ以上の数式の展開は簡単ではない。しかしながら、EoとEdとVsとTon/Tsとの間には、以下の数式４に示す関係があることに本願の願書に記載の発明者ら（以下、発明者ら、と記載を省略する）は注目をして、これから先の理論展開を図った。以下において、デユーティ・ファクタDf=Ton/Tsとして説明をする。
【００４０】
Eo = ｆ(Ed, Vs, Df)・・・・数式４
【００４１】
数式４の意味するところは以下である。DC-DCコンバータ部１０の２次側ターミナルTs1、２次側ターミナルTs2を介して接続された負荷４０に供給される電圧Eoは、電圧Edと電圧Vs（電流Ip）とデユーティ・ファクタDfとの関数となっているということである。
【００４２】
そして、数式４に示す関数が特定できれば、電圧Eoの値は、電圧Ed、電圧Vs、デユーティ・ファクタDfによって特定できることになる。ここで、電圧Edは直流電源３０の性能、状態によって定まるものであるので制御部２０では電圧Edの値それ自体は制御をすることができない。しかしながら、図１に示す構成によって、CPU２０１は電圧Edの値を検出することができる。又、デユーティ・ファクタDfは制御部２０が自ら決定することができるものである。よって、制御部２０では、電圧Edの値、電圧Vsの値をCPU２０１に入力して、デユーティ・ファクタDfを制御演算結果のデジタル値Doとして出力する演算をおこなって電圧Eoの値を定められることとなる。
【００４３】
さらに、数式４は、図１に示された直流定電圧電源装置１に図示しないハードウエアで構成された実際の直流定電圧電源装置に内在するすべての付随成分を含んでいる。すべての付随成分とは、例えば、図１に表わされた励磁インダクタLp以外の損失成分と負荷の特性に応じて生じる図１に示す回路図には図示しない成分である。
【００４４】
数式４に含まれる図１に示す回路図には図示しない損失成分の代表的なものは、配線及びトランス１０１の銅損（１次側巻線１０２と２次側巻線１０３の銅損）、トランス１０１のコア１０４の鉄損、コンデンサ１０９の誘電体損、スイッチング素子１０６の順方向損失及びスイッチング損失、ダイオード１０８の順方向損失及びスイッチング損失である。これらの直流定電圧電源装置の損失成分は、数式１ないし数式３には表されていないが、数式４はこれらの影響をすべて含んでいる。
【００４５】
数式４は、負荷４０の特性を暗黙（implicit）に含んでいる。ここで、負荷４０の特性が、抵抗負荷であるか、誘導性負荷であるか、容量性負荷であるかにかかわらず、負荷の状態は数式４に含まれる。又、負荷４０が線形特性を有しない場合も負荷の状態は数式４に含まれる。現実の直流定電圧電源装置においては、負荷４０の特性に応じて直流定電圧電源装置の動作が影響を受ける。例えば、負荷４０が抵抗負荷であるか、誘導性負荷であるか、容量性負荷であるかに応じて、電流Ipの波形に異なりが生じ、直流定電圧電源装置の損失成分の大きさにも異なりを生じる。これらは、数式１ないし数式３には表されていないが、数式４はこれらの影響をすべて含んでいる。
【００４６】
数式４は、数式化が困難である損失成分を含み、又、数式化が困難である負荷の特性を含んでいる点で本実施形態においては重要な数式である。しかしながら、厳密式として数式４を特定することは困難である。例えば、負荷４０がバッテリーである場合には、化学変化が介在するので、現実問題として、厳密式として数式４を特定することは困難である。
【００４７】
そこで、発明者らは、図１に回路図で示された直流定電圧電源装置１を現実に製造して、現実の負荷を接続し、実験結果を得て、この実験結果によって得られた実験データに基づいて数式４を用いることを考え付くに至った。
【００４８】
発明者らが現実に製造した図１に回路図で示された直流定電圧電源装置を直流定電圧電源装置１Ｒと表記する。又、発明者らが現実に用いた負荷を負荷４０Ｒと表記する。又、発明者らが現実に用いた直流電源を直流電源３０Ｒと表記して以下に説明をする。
【００４９】
直流定電圧電源装置１Ｒは上述したように、図１に示す直流定電圧電源装置１に損失等の付随成分が付加された現実の直流定電圧電源装置である。又、負荷４０Ｒは、可変抵抗器である。直流電源３０Ｒは、安定化直流電源であり、図１に示す理想電源（出力インピーダンスはゼロ、電圧変動はゼロ）である直流電源３０と略同じである。
【００５０】
直流定電圧電源装置１Ｒは、以下のようにして製造された。装置を構成する主要部品である、トランス１０１、スイッチング素子１０６、抵抗１０５、ダイオード１０８、コンデンサ１０９としては同一製造者の同一型番の部品を使った。そして、これらの部品を同一のプリント基板（図示せず）に配置して、配線パターン、部品相互の位置関係が同一となるようにした。このような製造方法は一般の市販装置においておこなわれる通常の方法である。
【００５１】
このようにして製造された複数個の直流定電圧電源装置１Ｒの個体間の特性のばらつきはほとんどなかった。ここで、特性のばらつきの検査は、上述したように、負荷４０Ｒとして可変抵抗器を用い、直流電源３０Ｒとしては電圧可変の安定化直流電源を用いておこなった。
【００５２】
具体的には、特性のばらつきの検査は以下のようにおこなった。まず、１個の直流定電圧電源装置１Ｒについて以下のようにしてデータを収集した。
【００５３】
直流電源３０Ｒの電圧Edの値をEd1と一定にし、負荷４０Ｒの抵抗の値を順次低減させながら、負荷４０Ｒの両端の電圧Eoを電圧計で検出して電圧Eoの値をEoと一定するようにCPU２０１から出力されるデジタル値DoをDo設定端子（図１を参照）に接続されたホストコンピュータ（図示しない）によって設定した。
【００５４】
このときに、電圧Vs（電流Ipに対応する）の値がΔVs（ΔIs）ずつ増加するようにし、予め定めた値であるVs1、Vs2、・・・・Vs(n-1)、Vsnとなるように負荷４０Ｒの抵抗の値を変化させた。ΔVs（ΔIs）は予め定めた所定値である。そして、このときの、スイッチング素子駆動信号Sdのデユーティ・ファクタDfの値であるDf11、Df12、・・・・Df1(n-1)、Df1nをオシロスコープから読み取った。電圧Vsの値がVs1のときのデユーティ・ファクタDfの値がDf11であり、デジタル値Doの値がDo11である。ここで、Df11の最初の添え字は直流電源３０Ｒの電圧Edの値をEd1にすることを意味し、Df11の２番目の添え字は電圧Vs1に対応することを意味する。
【００５５】
同様に、電圧Vsの値がVsnのときのデユーティ・ファクタDfの値がDf1nであり、デジタル値Doの値がDo1nである。なお、A/Dコンバータ２０２に入力されるアナログの電圧Edの値がEd1V（ボルト）の場合には、A/Dコンバータ２０２からデジタル値DEd1が出力される。又、負荷４０Ｒの抵抗の値は、電圧Vsの値がVs1のときにR11、電圧Vsの値がVs2のときにR12、・・・・電圧Vsの値がVs(n-1)のときにR1(n-1)、電圧Vsの値がVsnのときにR1nであった。
【００５６】
さらに、同様にして、複数個の直流定電圧電源装置１Ｒについて、予め定めた値であるVs1、Vs2、・・・・Vs(n-1)、Vsnに対する複数個の直流定電圧電源装置１Ｒの各々について、Df11、Df12、・・・・Df1(n-1)、Df1nの値と、Do11、Do12、・・・・Do1(n-1)、Do1nの値と、このときのR11、R12、・・・・R1(n-1)、R1nのデータを収集した。ここで、Do11の最初の添え字は直流電源３０Ｒの電圧Edの値をEd1にすることを意味し、Do11の２番目の添え字は電圧Vs1に対応することを意味する。
【００５７】
そして、発明者らは、複数個の直流定電圧電源装置１Ｒの相互間における、予め定めた値であるVs1、Vs2、・・・・Vs(n-1)、Vsnに対するDf11、Df12、・・・・Df1(n-1)、Df1nの値と、Do11、Do12、・・・・Do1(n-1)、Do1nの値と、このときのR11、R12、・・・・R1(n-1)、R1nの値のデータの内容がほとんど誤差なく一致していることを確かめた。そして、直流定電圧電源装置１Ｒ間の特性のばらつきはほとんどないことを確かめた。
【００５８】
さらに、発明者らは、直流電源３０Ｒの電圧Edの値をEd1からEd2に変化させて電圧Eoの値を一定にするようにした。このときに、同様にして、複数個の直流定電圧電源装置１Ｒについて、予め定めた値であるVs1、Vs2、・・・・Vs(n-1)、Vsnに対する複数個の直流定電圧電源装置１Ｒの各々について、Df21、Df22、・・・・Df2(n-1)、Df2nの値と、Do21、Do22、・・・・Do2(n-1)、Do2nの値と、このときのR21、R22、・・・・R2(n-1)、R2nのデータを収集した。そして、直流定電圧電源装置１Ｒ間の特性のばらつきはほとんどないことを確かめた。なお、A/Dコンバータ２０２に入力されるアナログの電圧Edの値がEd2V（ボルト）の場合には、A/Dコンバータ２０２からデジタル値DEd2が出力される。
【００５９】
さらに、発明者らは、直流電源３０Ｒの電圧Edの値をEdmに変化させて電圧Eoの値を一定にするようにした。このときに、同様にして、複数個の直流定電圧電源装置１Ｒについて、予め定めた値であるVs1、Vs2、・・・・Vs(n-1)、Vsnに対する複数個の直流定電圧電源装置１Ｒの各々について、Dfm1、Dfm2、・・・・Dfm(n-1)、Dfmnの値と、Dom1、Dom2、・・・・Dom(n-1)、Domnの値と、Rm1、Rm2、・・・・Rm(n-1)、Rmnのデータを収集した。そして、直流定電圧電源装置１Ｒ間の特性のばらつきはほとんどないことを確かめた。
【００６０】
スイッチング素子ドライバ２０５が遅れることなく動作し、PWM変調器２０４に誤差がない場合には、スイッチング素子駆動信号Sdのデユーティ・ファクタDf11、Df12、・・・・Df1(n-1)、Df1nの値と、PWM信号Opwmのデユーティ・ファクタ(Ton/Ts)11、(Ton/Ts)12、・・・・(Ton/Ts)1(n-1)、(Ton/Ts)1nの値と、CPU２０１が出力するDo11、Do12、・・・・Do1(n-1)、Do1nの値が示すデユーティ・ファクタの値とは一致する。よって、CPU２０１が出力するDo11、Do12、・・・・Do1(n-1)、Do1nの値に基づき制御をおこなつても、直流定電圧電源装置１Ｒ間の特性のばらつきはほとんど生じない。
【００６１】
以上の結果に基づき発明者らは、以下の知見を得た。すなわち、１次側から得られる情報である、直流電源３０Ｒの電圧Edの値、抵抗１０５の両端から検出する電圧Vs（電流Ip）の値から、直流定電圧電源装置１Ｒについて、予め検出しておいたデユーティ・ファクタに対応するデジタル値Doを参照して電圧Eoの値を一定に保つことができるとの知見を得た。
【００６２】
直流定電圧電源装置１Ｒの制御に際して、負荷４０Ｒの特性の情報はなんら用いていないので、このような制御をおこなう場合において負荷の性格（例えば、抵抗性、誘導性、容量性等）は何ら特定されるものでない。例えば、化学変化を伴う素子であるバッテリーが負荷４０Ｒである場合においても、本実施形態の直流定電圧電源装置１Ｒにおいては、負荷の性格になんら考慮を払うことなく制御が可能である。
【００６３】
（実施例）
表１を参照して実施例について説明をする。実施例は図１に示す直流定電圧電源装置１を実際に製造した直流定電圧電源装置１Ｒについてのデータを示すものである。電圧Eoは5V（ボルト）一定となるように設定し、電圧Edを9Vから12.57Vまで変化させ、電流Ioを１A（アンペア）から５Aまで変化させた。
【００６４】
表１はデジタル値DEdとデジタル値DVsとに対する、デジタル値Doの値を表にしたものである。
【００６５】
【表１】
0005804476.tif 000002
【００６６】
表１の左側のデジタル値DEdについて説明をする。１行目の数値1618は直流電源３０Ｒから出力されるアナログの電圧Edが9Vにおけるデジタル値DEd1である。２行目の数値1699は直流電源３０Ｒから出力されるアナログの電圧Edが9.451Vにおけるデジタル値DEd2である。３行目の数値1778は直流電源３０Ｒから出力されるアナログの電圧Edが9.890Vにおけるデジタル値DEd3である。４行目の数値1860は直流電源３０Ｒから出力されるアナログの電圧Edが10.35Vにおけるデジタル値DEd4である。５行目の数値1940は直流電源３０Ｒから出力されるアナログの電圧Edが10.79Vにおけるデジタル値DEd5である。６行目の数値2021は直流電源３０Ｒから出力されるアナログの電圧Edが11.24Vにおけるデジタル値DEd6である。７行目の数値2101は直流電源３０Ｒから出力されるアナログの電圧Edが11.69Vにおけるデジタル値DEd7である。８行目の数値2180は直流電源３０Ｒから出力されるアナログの電圧Edが12.13Vにおけるデジタル値DEd8である。９行目の数値2260は直流電源３０Ｒから出力されるアナログの電圧Edが12.57Vにおけるデジタル値DEd9である。
【００６７】
表１の上側のデジタル値DVsについて説明をする。１列目の数値74は抵抗１０５から得られるアナログの電圧Vs1に対応するデジタル値DVs1である。２列目の数値139は抵抗１０５から得られるアナログの電圧Vs2に対応するデジタル値DVs2である。３列目の数値209は抵抗１０５から得られるアナログの電圧Vs3に対応するデジタル値DVs3である。４列目の数値285は抵抗１０５から得られるアナログの電圧Vs4に対応するデジタル値DVs4である。５列目の数値369は抵抗１０５から得られるアナログの電圧Vs5に対応するデジタル値DVs5である。６列目の数値466は抵抗１０５から得られるアナログの電圧Vs6に対応するデジタル値DVs6である。
【００６８】
表１のDoは、デジタル値DEd1とデジタル値DVs1とに対応するCPU２０１が出力するデジタル値Do11の値（左上隅の数値886）からデジタル値DEd9とデジタル値DVs6とに対応するCPU２０１が出力するデジタル値Do96の値（右下隅の数値874）までを表わしたものである。すなわち、表１のDoは、電圧Eoを5V一定とするためにCPU２０１が出力するデジタル値である。
【００６９】
（第１の制御方法の実施例）
制御部２０のCPU２０１は、制御部２０のRAM又はROMに書き込まれた表１に示すデータを参照して、デジタル値Doを出力する。例えば、直流電源３０Ｒから出力されるアナログの電圧Edが9V（デジタル値DEd1の数値は1618）であり、抵抗１０５から得られるアナログの電圧Vs（DVs1の数値は74）であることを検出した場合には、デジタル値DoとしてDo11（デジタル値Do11の数値は886）を出力する。
【００７０】
又、制御部２０のCPU２０１は、例えば、直流電源３０Ｒから出力されるアナログの電圧Edが9.890V（デジタル値DEd3の数値は1778）であり、抵抗１０５から得られるアナログの電圧Vs1に対応するデジタル値DVs1の数値が74であることを検出した場合には、デジタル値DoとしてDo31（デジタル値Do31の数値は809）を出力する。
【００７１】
又、制御部２０のCPU２０１は、例えば、直流電源３０Ｒから出力されるアナログの電圧Edが12.57V（デジタル値DEd9の数値は2260）であり、抵抗１０５から得られるアナログの電圧Vs2に対応するデジタル値DVs2の数値が139であることを検出した場合には、デジタル値DoとしてDo92（デジタル値Do92の数値は663）を出力する。
【００７２】
又、制御部２０のCPU２０１は、例えば、直流電源３０Ｒから出力されるアナログの電圧Edが11.24V（デジタル値DEd6の数値は2021）であり、抵抗１０５から得られるアナログの電圧Vs4に対応するデジタル値DVs4の数値が285であることを検出した場合には、デジタル値DoとしてDo64（デジタル値Do64の数値は868）を出力する。
【００７３】
同様にして、制御部２０のCPU２０１は、直流電源３０Ｒから出力されるアナログの電圧Edに対応するデジタル値DEdの値を検出し、抵抗１０５から得られるアナログの電圧Vsに対応するデジタル値DVsを検出して、表１を参照することによって得られるデジタル値Doを出力する。表１にないデジタル値DEdの値を検出し、表１にないデジタル値DVsを検出した場合には、切下げ、切上げ、四捨五入のいずれかの演算をおこない、表１を参照して、対応するデジタル値Doを出力する。
【００７４】
（第２の制御方法の実施例）
上述した、第１の制御方法の実施例では、制御部２０のCPU２０１は、制御部２０のRAM又はROMに書き込まれた表１に示すデジタル値Doの５４個のデータ（デジタル値Do11・・・Do96）を参照して制御をおこなう。しかしながら、表１に示すデータの数は少なく、切下げ、切上げ、四捨五入のいずれかの演算をおこなう場合には制御の精度が悪くなる。一方、データの数をより増やす場合には、制御の精度は良くなるが、RAM又はROMの容量をより大きくする必要がある。さらに、デジタル値Doのデータの数を多数、手間のかかる実験によって収集する必要がある。第２の制御方法の実施例では以下のようにして、これらの課題を解決している。
【００７５】
数式７〜数式９は、表１に示したデータに基づいた３元連立方程式である。ここで、k0、k1、k2は定数である。数式７〜数式９の各々は、デジタル値Doを求めるための１次近似式である。
【００７６】
809（デジタル値Do31）
= k0 + k1 × 74（デジタル値DVs1） + k2 × 1778（デジタル値DEd3）・・・数式７
663（デジタル値Do92）
= k0 + k1 × 139（デジタル値DVs2） + k2 × 2260（デジタル値DEd9）・・・数式８
868（デジタル値Do64）
= k0 + k1 × 285（デジタル値DVs4） + k2 × 2021（デジタル値DEd6）・・・数式９
【００７７】
デジタル値Doとデジタル値DVとデジタル値DEdとの三者の関係式は一般式として数式１０で表される。デジタル値Doとスイッチング素子１０６を制御するパルス信号（スイッチング素子駆動信号Sd）のパルス幅とは１対１に対応している。
【００７８】
デジタル値Do= k0 + k1 × デジタル値DVs + k2 × デジタル値DEd・・・数式１０
【００７９】
一般式である数式１０のk0 、k1 、k2 、の３つの未定の定数を数式７ないし数式９の３元連立方程式から決定すると、数式１１に示す式が得られる。
【００８０】
デジタル値Do
= 1471 + 0.744 ×（デジタル値DVs） - 0.403 ×（デジタル値DEd）・・・数式１１
【００８１】
すなわち、k0 = 1471 、k1 = 0.744 、k2= -0.403 である。
【００８２】
デジタル値DVsとデジタル値DEdとをCPU２０１に取り込み、CPU２０１において、数式１０に基づく演算をおこなう。そして、CPU２０１から演算結果であるデジタル値Doを出力することによってDC-DCコンバータ部１０を制御して、電圧Eoの値を5Vの一定値に保つことができる。ここで、数式１０（現実の直流定電圧電源装置１Ｒにおいては数式１１）は、１次近似式である。しかしながら、連続量である電圧Edと電圧VsとをA/Dコンバータ２０２とA/Dコンバータ２０３とでデジタル値に変換した値を直接に用いるので、第１の制御方法の実施例におけるよりも精度良く、パルス幅と１対１に対応するデジタル値Doを演算して出力することができる。その結果として、直流定電圧電源装置の定電圧特性を向上させることができる。
【００８３】
要するに、本実施形態の直流定電圧電源装置は、装置毎にk0 、k1 、k2 、の３つの固有の定数である、初期値k0 、１次側電流（抵抗１０５の両端の電圧Vs、電流Ip）に対する比例係数k1 、１次側電圧（電圧Ed）に対する比例係数k2 、を求める。そして、１次近似式として、デジタル値Do= k0 + k1 × デジタル値DVs + k2 × デジタル値DEd（数式１０を参照）によってスイッチング素子のパルス幅をデジタル値Doに応じて制御するものである。直流定電圧電源装置の回路構成の異なり、回路動作の異なり、さらには、負荷の特性の異なりは、すべて、k0 、k1 、k2 、の３つの固有の定数に反映されるので、これらの種々の異なりによらず実施が可能となる。
【００８４】
又、要するに、本実施形態の別の直流定電圧電源装置は、ｍ個の１次側電流及びｎ個の１次側電圧に対応するｍ×ｎ個のパルス幅をRAM、又はROMに予め記憶しておく。１次側電流及び１次側電圧を検出する毎にRAM又はROMを参照して該当するパルス幅のパルス信号（スイッチング素子駆動信号Sd）を出力することによって、２次側から出力する直流電圧を一定値に保つことができる。直流定電圧電源装置の回路構成の異なり、回路動作の異なり、さらには、負荷の特性の異なりは、すべて、RAM、又はROMに予め記憶されるｍ×ｎ個のパルス幅に反映されるので、これらの種々の異なりによらず実施が可能となる。
【００８５】
以上述べたように、本実施形態の直流定電圧電源装置は、トランスを用いるコンバータにおいては、１次側に流れる電流及び１次側に印加される電圧を検出することによって、商用電力が供給される１次側のみを制御しトランスによって１次側と分離された２次側の直流電圧を一定の電圧にするという効果がある。そして、１次側と２次側との絶縁分離は、トランスによってなされる。制御系に入力される信号について、１次側と２次側を絶縁するためのフォトカプラー等の部品は不要である。よって、１次側の電圧と２次側の電圧とが大きく異なる場合においても、トランス以外の１次側と２次側とを分離するための高絶縁耐圧を要する部品は不要であり、１次側と２次側との間の絶縁分離を容易にすることができる。
【００８６】
上述した第１の制御方法、上述した第２の制御方法は、どのような直流定電圧電源装置においても実施可能である。例えば、上述したようなオン・オン型のフォワードコンバータについて実施可能であるのみならず、オン・オフ型のフライバックコンバータについても同様に実施可能である。又、シングルスイッチング素子コンバータ、ハーフブリッジコンバータ、フルブリッジコンバータ等の種々のトランスを用いた回路を採用する場合においても実施可能である。さらに、トランスを用いない、バックコンバータ、ブーストコンバータ、SEPIC、Zeta、Cukの各種コンバータにおいても実施可能である。すなわち、入力側に直流電源を接続し、出力側に負荷を接続し直流電力を供給する、すべてのDC-DCコンバータ（直流・直流変換器）において実施が可能である。また、入力側に接続される直流電源は、商用交流電源からの交流電力を直流電力に変換することによって得られるものであってもよい。
【００８７】
（バッテリーの劣化検出機能付き充電装置）
図１に示す実施形態の直流定電圧電源装置は、制御部２０における制御方法を直流定電圧電源装置１と異ならせることによって、充電装置としても機能させることができる。図２は実施形態のバッテリーの充電装置２を示す図である。
【００８８】
図２に示す充電装置２は、負荷４０としてバッテリーを用いるので、以下の説明においては、バッテリー４０と符号を付して説明をする。
【００８９】
図２に示す充電装置２の各構成部分において、図１と同様の構成部には同一の符号を付して説明を省略する。直流電源３０は、例えば、太陽電池とバッテリーの組み合わせ（図示せず）、商用交流電源からの交流電力を直流電力に変換し、この直流電力によって充電されるバッテリー（図示せず）、風力発電装置とバッテリーの組み合わせ（図示せず）等の種々の直流電源が用いられる。
【００９０】
図３は別の実施形態の充電装置３を示す図である。図３に示すバッテリーの劣化検出機能付き充電装置３は、図１に示す直流定電圧電源装置１の各部に加え、さらに、商用交流電源からの交流電力を直流電力に整流する整流平滑部５０を備えている。
【００９１】
整流平滑部５０は、商用交流電源（図示せず）と接続するためのプラグ５０１を有している。又、ブリッジ接続されるダイオードブリッジ５０２を有している。又、コンデンサ５０３を有している。商用交流電源は、単相100V(実効値)、又は、200V(実効値)の50Hz、又は、60Hzの交流電力を出力する。ダイオードブリッジ５０２は、交流電力を整流し脈流電力に変換する。コンデンサ５０３は脈流電力を平滑し、コンデンサ５０３の両端から直流電力を得る。商用交流電源の実効値が100Vの場合には、コンデンサ５０３の両端から得られる直流電圧の値は、141V付近である。商用交流電源の実効値が200Vの場合には、コンデンサ５０３の両端から得られる直流電圧の値は、282V付近である。
【００９２】
なお、商用交流電源が３相200V (実効値)の50Hz、又は、60Hzの交流電力を出力する場合には３相の整流回路（図示せず）を設けることによって対応が可能となる。
【００９３】
図４は、さらに別の実施形態のバッテリーの充電装置４を示す図である。図４に示すバッテリーの充電装置４は力率改善部６０を備える。力率改善部６０を設ける場合においては、整流平滑部５０のコンデンサ５０３の容量を小さくするか又はコンデンサ５０３を設けないようにして平滑されない全波整流波形が力率改善部６０に入力されるようにする。
【００９４】
コンバータ部１０に接続される力率改善部６０は、任意の定電圧の電圧Edをコンバータ部１０に対して出力する。このような、力率を改善するとともに任意の定電圧を出力する力率改善部６０は周知技術である。力率改善部６０を有する構成を採用する場合には、力率を改善し、さらに、コンバータ部１０に供給される電圧Edの値を任意の一定電圧とすることができる。電圧Edの値は、力率改善部を周知技術である昇圧コンバータとして構成する場合には、商用交流電源から得られる最大電圧よりも高圧となる。力率改善部６０を備える充電装置４は、力率改善部６０を備える分、高価なものとなる。一方、力率改善部６０を備えない充電装置３はより低価格で供給できる。
【００９５】
充電装置２、１次側整流回路を備える充電装置３、又は力率改善部６０を備える充電装置４において、コンバータ部１０の構成は、図１に示すものと同様であるが、例えば、１次側の電圧が141V以上である。又、例えば、２次側の電圧が400V程度であるとする場合においては、トランス１０１、スイッチング素子１０６は、これに対応するものとなる。トランス１０１の１次側巻線１０２、２次側巻線１０３は、各々、１次側電圧、２次側電圧に対応したものとなり、スイッチング素子１０６の耐圧もこれに対応したものとなる。
【００９６】
バッテリーの劣化検出機能付き充電装置２、バッテリーの劣化検出機能付き充電装置３、バッテリーの劣化検出機能付き充電装置４においては、バッテリー４０は、例えば、400Vの電圧を発生する自動車用のバッテリーである。バッテリー４０とコンバータ部１０とは着脱可能とされる専用のコンセント（図示せず）によって接続又は切断ができるようにされている。
【００９７】
制御部２０の構成は、図１に示すものと同様であるが、電圧Edは分圧されA/Dコンバータ２０２に入力される。又、制御部２０のCPU２０１は、バッテリー４０の充電の演算処理と劣化の検出（劣化検出）の演算処理とをおこなう。又、スイッチング素子ドライバ２０５は、スイッチング素子１０６をドライブするに十分な電圧を発生する。
【００９８】
劣化していない、充電済みの良品のバッテリー４０を用い、電圧Edを予め定める所定範囲で変化させ、電圧Vsを予め定める所定範囲で変化させて、数式１０で表すk0 、k1 、k2 、の３つの未定の定数を予め求める。ここで、上述した直流定電圧電源装置におけるk0 、k1 、k2 、の定数の値と、本実施形態の充電装置におけるk0 、k1 、k2 、の定数の値自体は異なるものである。本実施形態の充電装置においては、k0 、k1 、k2 、の３つの固有の定数によってバッテリー４０が良品か否か、すなわち、劣化しているか否かを検出できる。
【００９９】
ここで、電圧Edを予め定める所定範囲で変化させるとは、商用交流電源の実効値電圧が、例えば、90Vから110Vの範囲で変化できる場合には、電圧Edを126Vから155Vの範囲で変化させることを意味する。又、例えば、バッテリー４０の電圧が400Vであり、１次側の電流Ipの値が100A（アンペア）から10Aの場合であり、抵抗１０５の値が0.05Ω（オーム）である場合には、電圧Vsを予め定める所定範囲で変化せるとは、0.05×100=5（V）から0.05×10=0.5（V）の範囲で変化させることを意味する。
【０１００】
図４に示す充電装置４に充電が完了した良品のバッテリー４０を接続して、良品のバッテリー４０に対するk0 、k1 、k2 、の値を求める。具体的には、数式１０のk0 、k1 、k2 、の３つの未定の定数の求め方は以下のようにする。
【０１０１】
例えば、電圧Edが126Vの場合におけるデジタル値をデジタル値DEd1とし、電圧Edが140Vの場合におけるデジタル値DEdをデジタル値DEd2とし、電圧Edが155Vの場合におけるデジタル値DEdをデジタル値DEd3とする。この電圧Edとデジタル値DEdとの対応関係はA/Dコンバータ２０２の特性によって予め定まるものである。ここで、上述した直流定電圧電源装置における電圧Ed1ないし電圧Ed3及びデジタル値DEd1ないしデジタル値DEd3の値と、本実施形態の充電装置における電圧Ed1ないし電圧Ed3及びデジタル値DEd1ないしデジタル値DEd3の値自体は異なるものである。
【０１０２】
又、電圧Vsが0.5Vの場合におけるデジタル値DVsをデジタル値DVs1とし、電圧Vsが2.75Vの場合におけるデジタル値DVsをデジタル値DVs2とし、電圧Vsが5Vの場合におけるデジタル値DVsをデジタル値DVs3とする。この電圧Vsとデジタル値DVsとの対応関係はA/Dコンバータ２０３の特性によって予め定まるものである。ここで、上述した直流定電圧電源装置における電圧Vs1ないし電圧Vs3及びデジタル値DVs1ないしデジタル値DVs3の値と、本実施形態の充電装置における電圧Vs1ないし電圧Vs3及びデジタル値DVs1ないしデジタル値DVs3の値自体は異なるものである。
【０１０３】
そして、例えば、以下のようにしてk0 、k1 、k2 、の３つの未定の定数を求める。
【０１０４】
電圧Edが126V（デジタル値DEd1）、電圧Vsが0.5V（デジタル値DVs1）の場合におけるデユーティ・ファクタDf1に対応するデジタル値Do1をバッテリー４０を接続した状態において求め、数式１２を得る。又、電圧Edが140V（デジタル値DEd2）、電圧Vsが2.75V（デジタル値DVs2）の場合におけるデユーティ・ファクタDf2に対応するデジタル値Do2をバッテリー４０を接続した状態において求め、数式１３を得る。又、電圧Edが155V（デジタル値DEd3）、電圧Vsが5V（デジタル値DVs3の場合におけるデユーティ・ファクタDf3対応するデジタル値Do3をバッテリー４０を接続した状態において求め、数式１４を得る。ここで、上述した直流定電圧電源装置におけるデジタル値Do1ないしデジタル値Do3の値と、本実施形態の充電装置におけるデジタル値Do1ないしデジタル値Do3の値自体は異なるものである。
【０１０５】
デジタル値Do1= k0 + k1 × デジタル値DVs1 + k2 × デジタル値DEd1・・数式１２
デジタル値Do2= k0 + k1 × デジタル値DVs2 + k2 × デジタル値DEd2・・数式１３
デジタル値Do3= k0 + k1 × デジタル値DVs3 + k2 × デジタル値DEd3・・数式１４
【０１０６】
そして、数式１２ないし数式１４の３元連立方程式から数式１０に示す、k0 、k1 、k2 、の３つの未定の定数を求める。このk0 、k1 、k2 、の値は、基準となる良品のバッテリー４０についての３つの定数のセットである。よって、kREFB0=k0 、kREFB1=k1 、kREFB2=k2 とそれらの各々を置き換える。
【０１０７】
ここで、上述したように、電圧Edを126Vから電圧Edを155Vの範囲で変化させて、kREFB0 、kREFB1 、kREFB2を求める場合には、充電装置が電圧Edを変化させることができるための構成を有していなければならない。例えば、上述した、力率改善部を有する充電装置を使用しなければならない。力率改善部を有する充電装置を使用する場合には電圧Edを変化させて、kREFB0 、kREFB1 、kREFB2を求めることができる。
【０１０８】
しかしながら、一般の家庭で、バッテリー４０が良品である場合の基準となるkREFB0 、kREFB1 、kREFB2を特定することは困難である。又、数式１８〜数式２０に後述する、バッテリー４０が良品である範囲を示す、Δk0、Δk1、Δk2、を求める必要がある。Δk0、Δk1、Δk2、を求めるには、複数の良品のバッテリー４０について、kREFB0 、kREFB1 、kREFB2を求め、統計処理をしなければならにので、さらに、一般の家庭でkREFB0 、kREFB1 、kREFB2、を求めることは困難である。
【０１０９】
このような理由から、kREFB0 、kREFB1 、kREFB2、Δk0、Δk1、Δk2、の数値はバッテリー４０の製造所から、提供されることが望ましい。例えば、製造所において、一般のユーザに販売するバッテリー４０に、kREFB0 、kREFB1 、kREFB2、Δk0、Δk1、Δk2、の数値が見易い位置に印刷されている。
【０１１０】
（制御部の充電の処理）
充電の処理においては、充電装置２、充電装置３、充電装置４の制御部２０は、いずれも同様な処理をおこなう。制御部２０は、時間経過に対する１次側の電流Ipが予め定めた充電電流プロフィールとなるようにデジタル値Doを出力する。例えば、制御部２０は充電開始からの経過時間に比例して電流Ipが減少するようにデジタル値Doを出力してスイッチング素子１０６を制御する。例えば、９時間経過後に電流Ipを100Aから10Aまで制御する場合には、10A/hourのレートで100Aから順次充電電流を減少させる。ここで、１次側における充電電流を電圧Vsの値に換算すると、0.5V/hourのレートで5Vから順次、電圧Vsの値を減少させることになる。
【０１１１】
具体的には、以下のようにする。例えば、１０秒ごとにCPU２０１が、予め定めた１次側の電流Ipのプロフィール（充電電流プロフィール）を、RAM又はROMから読み出し、あるいは演算式によって求める。電圧Vs（電流Ip）に対応するデジタル値DVsを検出する。そして、CPU２０１は、その時間における目標とすべき電流Ipのプロフィールに対して、充電装置３が供給している電圧Vs（電流Ip）が小さい場合には、電圧Vs（電流Ip）を増加させるためにデジタル値Doを増加してスイッチング素子１０６をオンとするパルス幅を広げる。一方、CPU２０１は、その時間における目標とすべき電流Ipのプロフィールに対して、充電装置３が供給している電圧Vs（電流Ip）が大きい場合には、電圧Vs（電流Ip）を減少させるためにデジタル値Doを減少してスイッチング素子１０６をオンとするパルス幅を狭くする。
【０１１２】
CPU２０１は、このようにして、予め定めた充電電流プロフィールでバッテリー４０を充電するように制御する。そして、上述したように、充電電流が10Aの９時間後に充電は完了する。この処理は、充電装置２、充電装置３、又は力率改善部６０を備える充電装置４のいずれにおいても同様におこなわれる。
【０１１３】
（制御部のバッテリーの劣化検出の処理）
制御部２０は、時間が９時間経過し最終の充電電流が10Aに落着いて充電の操作を完了した後以下のバッテリー４０の劣化検出の処理をおこなう。バッテリー４０の劣化検出の処理は、力率改善部６０を備える充電装置４と力率改善部６０を備えない充電装置２、充電装置３とでは異なる。まず、充電装置４におけるバッテリーの劣化検出の処理を制御部２０がどのようにおこなうかについて説明をする。
【０１１４】
制御部２０のCPU２０１と力率改善部６０のCPU（図示せず）は、連携して以下の手順を実行する。ここで、充電の処理をおこなう場合には、制御部２０のCPU２０１が力率改善部６０のCPUを制御する。力率改善の処理をおこなう場合には、力率改善部６０のCPUは独立して力率改善の処理をおこなう。
【０１１５】
kREFB0 、kREFB1 、kREFB2を検出したと同様の手順で、充電が完了したバッテリー４０について、k0 、k1 、k2 、の３つの未定の定数を求める。この当該バッテリー４０についてのk0 、k1 、k2 、の３つの定数をkA0 、kA1 、kA2と以下表記する。
【０１１６】
kREFB0 、kREFB1 、kREFB2を検出したと同様の手順とは以下である。電圧Edが126V（デジタル値DEd1）、電圧Vsが0.5V（デジタル値DVs1）の場合におけるデユーティ・ファクタDf1に対応するデジタル値Do1を実際の回路で求め、数式１５を得る。又、電圧Edが140V（デジタル値DEd2）、電圧Vsが2.75V（デジタル値DVs2）の場合におけるデユーティ・ファクタDf2に対応するデジタル値Do2を実際の回路で求め、数式１６を得る。又、電圧Edが155V（デジタル値DEd3）、電圧Vsが5V（デジタル値DVs3の場合におけるデユーティ・ファクタDf3対応するデジタル値Do3を実際の回路で求め、数式１７を得る。
【０１１７】
デジタル値Do1= kA0 + kA1 × デジタル値DVs1 + kA2 × デジタル値DEd1・・数式１５
デジタル値Do2= kA0 + kA1 × デジタル値DVs2 + kA2 × デジタル値DEd2・・数式１６
デジタル値Do3= kA0 + kA1 × デジタル値DVs3 + kA2 × デジタル値DEd3・・数式１７
【０１１８】
数式１５ないし数式１７から、kA0 、kA1 、kA2を得る。
【０１１９】
以下の数式１８ないし数式２０の演算をおこなう。
【０１２０】
Δk0= |kREFB0 - kA0|・・数式１８
Δk1= |kREFB1- kA1|・・数式１９
Δk2= |kREFB2- kA2|・・数式２０
【０１２１】
次に、数式２１ないし数式２３の判定演算をおこなう。
【０１２２】
Δk0≦ΔkREF0・・数式２１
Δk1≦ΔkREF1・・数式２２
Δk2≦ΔkREF2・・数式２３
【０１２３】
ここで、ΔkREF0、ΔkREF1ΔkREF2の各々は、バッテリー４０が、同一仕様のバッテリー（狭くは、同一製造所で製造した同一型番のバッテリー）である場合の良品のばらつきの範囲の限界である。ΔkREF0、ΔkREF1ΔkREF2の各々は、良品である多くの同一仕様のバッテリー（狭くは、同一製造所で製造した同一型番のバッテリー）について、上述した手続によって、複数個の良品のバッテリーについて各々のkA0 、kA1 、kA2を得た後に最大の許容できるばらつきの範囲を実験により求めたものである。
【０１２４】
すなわち、数式２１、数式２２、数式２３のすべてが成立する場合にバッテリー４０は良品であると判断する。一方、数式２１、数式２２、数式２３の一つでも成立しない場合にはバッテリー４０は劣化が生じている不良品であると判断する。
【０１２５】
力率改善部６０を備えない充電装置３、充電装置２におけるバッテリーの劣化検出の処理を制御部２０がどのようにおこなうかについて説明をする。
【０１２６】
充電が完了したバッテリー４０について、k0 、k1 、k2 、の３つの未定の定数を求める。この当該バッテリー４０についてのk0 、k1 、k2 、の３つの定数をkA0 、kA1 、kA2と以下表記する。
【０１２７】
電圧Edが電圧Ed1（デジタル値DEd1）、電圧Vsが0.5V（デジタル値DVs1）の場合におけるデユーティ・ファクタDf1に対応するデジタル値Do1を実際の回路で求め、上述した数式１５を得る。又、電圧Edが電圧Ed2（デジタル値DEd2）、電圧Vsが2.75V（デジタル値DVs2）の場合におけるデユーティ・ファクタDf2に対応するデジタル値Do2を実際の回路で求め、上述した数式１６を得る。又、電圧Edが電圧Ed3（デジタル値DEd3）、電圧Vsが5V（デジタル値DVs3の場合におけるデユーティ・ファクタDf3対応するデジタル値Do3を実際の回路で求め、上述した数式１７を得る。
【０１２８】
数式１５ないし数式１７から、kA0 、kA1 、kA2を得る。
【０１２９】
上述した数式１８ないし数式２０の演算をおこなう。
【０１３０】
次に、上述した数式２１ないし数式２３の判定演算をおこなう。
【０１３１】
そして、数式２１、数式２２、数式２３のすべてが成立する場合にバッテリー４０は良品であると判断する。一方、数式２１、数式２２、数式２３の一つでも成立しない場合にはバッテリー４０は劣化が生じている不良品であると判断する。
【０１３２】
力率改善部６０を備える充電装置４を用いる場合の劣化判定は、製造所でおこなった劣化判定とまったく同じ手順でおこなうので精度が高い。又、広範囲な電圧Edの範囲で劣化検出をおこなう点においても劣化検出の精度が高い。一方、力率改善部６０を備えない充電装置２、充電装置３を用いる場合の劣化判定は、製造所でおこなった劣化判定と異なる手順でおこなうので精度が多少劣る。又、狭い範囲の電圧Edの範囲で劣化検出をおこなう点においても劣化検出の精度が多少劣る。
【０１３３】
要するに、本実施形態の充電装置は、充電に際しては、バッテリー毎に指定された充電電流プロファイルとなるように、電圧Vsを所定時間毎（例えば、１０秒）に検出してデジタル値Doを制御してスイッチング素子１０６のオンの時間（パルス幅）を制御する。
【０１３４】
本実施形態においては、充電が終了した状態において、良品の、同一仕様のバッテリー、又は、狭くは、同一製造所で製造した同一型番のバッテリーについて、予め、係数であるkREFB0 、kREFB1 、kREFB2と、係数であるΔkREF0、ΔkREF1ΔkREF2とを求めておく。kREFB0 、kREFB1 、kREFB2、ΔkREF0、ΔkREF1ΔkREF2は、バッテリーの製造業者から提供されるのが望ましい。
【０１３５】
要するに、本実施形態の充電装置は、バッテリーの劣化検出に際しては、現在使用中のバッテリーの充電が完了した後において、１次側電流（抵抗１０５の両端の電圧Vs、電流Ip）、１次側電圧（電圧Ed）、パルス幅の組み合わせを３種類検出し、３元連立方程式から、パルス幅= k0 + k1 ×１次側電流（電流Ip）+ k2 ×１次側電圧（電圧Ed）、を満たす、k0 、k1 、k2 、の３つの定数を求める。
【０１３６】
そして、Δk0= |kREFB0 - kA0|、Δk1= |kREFB1- kA1|、Δk2= |kREFB2- kA2|の演算をする。その結果、Δk0≦ΔkREF0、Δk1≦ΔkREF1、Δk2≦ΔkREF2、のすべてが成立する場合、すなわち、定数k0 、定数k1 、前記定数k2 、の各々が、すべて、予め定める範囲内であるときにバッテリーを良品であると判定する。一方、Δk0≦ΔkREF0、Δk1≦ΔkREF1、Δk2≦ΔkREF2、のうちの１個でも成立しない場合、すなわち、定数k0 、定数k1 、定数k2 、の各々のうち１個でも予め定める範囲内にないときにバッテリーを劣化した不良品であると判定する。
【０１３７】
制御部２０は、充電装置２、充電装置３におけるように１次側電圧（電圧Ed）を自由に制御できない場合には、３元連立方程式から、パルス幅= k0 + k1 ×１次側電流+ k2 ×１次側電圧、を満たす、k0 、k1 、k2 、の３つの定数を求めるに際して、１次側電流（電流Ip）のみを所定の範囲（例えば、１次側電流に換算して10Aから100Aのようにバッテリーに許容された充電電流の範囲）で変化させるようにしてもよい。
【０１３８】
制御部２０は、充電装置４におけるように１次側電圧（電圧Ed）を自由に制御できる場合には、３元連立方程式から、パルス幅= k0 + k1 ×１次側電流+ k2 ×１次側電圧、を満たす、k0 、k1 、k2 、の３つの定数を求めるに際して、１次側電圧（電圧Ed）を所定の範囲（例えば、126Vから155Vの範囲）で変化させるようにしてもよい。また、１次側電流（電流Ip）を所定の範囲で変化させるとともに、１次側電圧（電圧Ed）を所定の範囲で変化させるようにしてもよい。
【０１３９】
以上述べたように、本実施形態の直流定電圧電源装置は、トランスを用いるコンバータにおいては、１次側に流れる電流及び１次側に印加される電圧を検出することによって、２次側の直流電圧を一定の電圧にするという効果がある。そして、１次側と２次側との絶縁分離は、トランスによって可能であり、制御系に入力される信号について、１次側と２次側を絶縁するためのフォトカプラー等の部品は不要である。よって、１次側の電圧と２次側の電圧が大きく異なる場合においても、１次側と２次側との絶縁分離を容易にすることができる。
【０１４０】
以上述べたように、本実施形態の充電装置は、バッテリーの劣化検出機能を有している。バッテリーの劣化検出に際しては、３つのパラメータを用いるバッテリーの劣化検出法を採用することによって、劣化検出の精度が向上する。
【０１４１】
（実施形態の直流定電圧電源装置及び実施形態の充電装置の変形例）
本実施形態の直流定電圧電源装置は、トランスを用いる直流定電圧電源装置に限定されるものではないことは既に述べた。また、本実施形態の充電装置は、トランスを用いる充電装置に限定されるものではないことは既に述べた。以下に、トランスを用いない直流定電圧電源装置及びトランスを用いない充電装置の１つの実施形態について説明をする。
【０１４２】
図５は、別の実施形態の直流定電圧電源装置を示す図である。
【０１４３】
図５に示す直流定電圧電源装置５は、インダクタ１０７を用いる昇圧型のDC-DCコンバータ（直流・直流変換器）部１０Ａを有する。直流定電圧電源装置５は直流定電圧電源装置１におけるトランス１０１に替えインダクタ１０７を用いる。インダクタ１０７は、１次側ターミナルTp1とダイオード１０８の間に接続される。直流定電圧電源装置５において、直流定電圧電源装置１におけると同一の構成部分には同一の符合が付されている。
【０１４４】
直流定電圧電源装置５においては、上述した直流定電圧電源装置１における上述した第１の制御方法、上述した第２の制御方法を実施することができる。また、直流定電圧電源装置５において、直流電源３０に替えて図３に示す整流平滑部５０を用いるようにしてもよく、さらに、図４に示す力率改善部６０を用いるようにしてもよい。
【０１４５】
図６は、さらに、また、別の実施形態のバッテリーの充電装置を示す図である。図６に示す充電装置６は、直流定電圧電源装置５と同一の構成を有している。負荷４０はバッテリーである。充電装置６は、上述した充電装置２と同様の手順で充電をおこない、充電装置２と同様の手順でバッテリーが良品であるか劣化した不良品であるかを判定する。また、充電装置６において、直流電源３０に替えて図３に示す整流平滑部５０を用いるようにしてもよく、さらに、図４に示す力率改善部６０を用いるようにしてもよい。
【０１４６】
本実施形態の直流定電圧電源装置は、入力側に直流電源（直流電源３０、整流平滑部５０、整流平滑部５０及び力率改善部６０を含む）を接続し、出力側に接続する負荷４０に直流電力を供給する直流定電圧電源装置であって、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換するスイッチング素子１０６と、スイッチング素子をオンとするパルス幅が変化するパルス信号（スイッチング素子駆動信号Sd）を発生する制御部２０と、を備え、制御部は、k0 、k1 、k2 、の３つの予め求めた定数を用い、パルス幅= k0 + k1 ×直流電源から供給される直流電流+ k2 ×直流電源から供給される直流電圧、によって表されるパルス信号を発生し、負荷に供給する直流電圧を一定電圧に制御するものである。
【０１４７】
本実施形態の充電装置は、入力側に直流電源（直流電源３０、整流平滑部５０、整流平滑部５０及び力率改善部６０を含む）を接続し、出力側にバッテリー４０を接続する充電装置であって、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換するスイッチング素子１０６と、スイッチング素子をオンとするパルス幅が変化するパルス信号（スイッチング素子駆動信号Sd）を発生する制御部２０と、を備え、制御部２０は、充電時においては、直流電源から供給される直流電流（抵抗１０５の両端の電流Ipに応じた電圧Vs、電流Ip）を制御することによってバッテリーに充電する。そして、充電完了後において、直流電源から供給される直流電流、直流電源から供給される直流電圧、パルス幅の組み合わせを３種類検出し、３元連立方程式から、パルス幅= k0 + k1 ×直流電源から供給される直流電流+ k2 ×直流電源から供給される直流電圧、を満たす、k0 、k1 、k2 、の３つの定数を求め、定数k0 、定数k1 、定数k2 、の各々が、すべて、予め定める範囲内であるときにバッテリーを良品であると判定し、定数k0 、定数k1 、定数k2 、の各々のうち１個でも予め定める範囲内にないときにバッテリーを劣化した不良品であると判定するものである。
【０１４８】
ここで、予め定める範囲内であるか否かは、Δk0= |kREFB0 - kA0|、Δk1= |kREFB1- kA1|、Δk2= |kREFB2- kA2|の演算をする。その結果、Δk0≦ΔkREF0、Δk1≦ΔkREF1、Δk2≦ΔkREF2、のすべてが成立する場合、すなわち、定数k0 、定数k1 、定数k2 、の各々が、すべて、予め定める範囲内であるときにバッテリーを良品であると判定する。一方、Δk0≦ΔkREF0、Δk1≦ΔkREF1、Δk2≦ΔkREF2、のうちの１個でも成立しない場合、すなわち、定数k0 、定数k1 、定数k2 、の各々のうち１個でも予め定める範囲内にないときにバッテリーを劣化した不良品であると判定するものである。ここで、予め良品であることが分かっている基準となるバッテリーについての、k0がkREFB0であり、k1がkREFB1であり、k2がkREFB2である。また、良品であるか否かの判定の対象となるバッテリーの、k0がkA0であり、k1がkA1であり、k2がkA2である。
【０１４９】
上述した種々の実施形態の各部分を組み合わせて新たな実施形態として実施することができる。また、本発明は、上述した実施形態、上述した実施形態の各部分を組み合わせた新たな実施形態に限るものでないことは当然である。
【符号の説明】
【０１５０】
１、５  直流定電圧電源装置、  ２、３、４、６  充電装置、  １０、１０Ａ  コンバータ部、  ２０  制御部、  ３０  直流電源、  ４  負荷（バッテリー）、  ５０  整流平滑部、  ６０  力率改善部、  １０１  トランス、  １０２  １次側巻線、  １０３  ２次側巻線、  １０４  コア、  １０５  抵抗、  １０６  スイッチング素子、  １０７  インダクタ、  １０８  ダイオード、  １０９  コンデンサ、  ２０２、２０３  A/Dコンバータ、  ２０４  PWM変調器、  ２０５  スイッチング素子ドライバ、  ５０１  プラグ、  ５０２  ダイオードブリッジ、  ５０３  コンデンサ、  Ed  電圧（１次側電圧）、  Eo  電圧（２次側直流電圧）、  GND  グランド、  Io  電流（２次側電流）、  Ip  電流（１次側電流）、  Opwm  信号（PWM信号）、  Sd  スイッチング素子駆動信号（パルス信号）、  Tp1、Tp2  １次側ターミナル、  Ts1、Ts2  ２次側ターミナル、  Vs  電圧（抵抗１０５の両端の電流Ipに応じた電圧）
【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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