(57)【要約】【課題】充電対象電池に対する充電効率を向上させると共に高寿命化を図り得る充電装置を提供する。【解決手段】互いに並列に接続されると共に、二次電池７を充電する作動状態およびこの作動状態を停止する停止状態のいずれか一方の状態に制御可能な複数のスイッチング電源部２ａ〜２ｄと、二次電池７に流れる充電電流Ｉｏを検出する電流検出部３と、電流検出部３によって検出された充電電流Ｉｏの減少に伴い、作動状態のスイッチング電源部２ａ〜２ｄを停止状態に移行させて作動状態にあるスイッチング電源部２ａ〜２ｄの数を徐々に減少させる電源制御部５とを備え、電源制御部５は、各スイッチング電源部２ａ〜２ｄの稼働率が平均化されるように、停止状態に移行させるスイッチング電源部２ａ〜２ｄを決定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに並列に接続されると共に、充電対象電池を充電する作動状態および当該作動状態を停止する停止状態のいずれか一方の状態に制御可能な複数のスイッチング電源部と、
前記充電対象電池に流れる充電電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部によって検出された前記充電電流の減少に伴い、前記作動状態の前記スイッチング電源部を前記停止状態に移行させて当該作動状態にあるスイッチング電源部の数を徐々に減少させる電源制御部とを備えた充電装置であって、
前記電源制御部は、前記各スイッチング電源部の稼働率が平均化されるように、前記停止状態に移行させる前記スイッチング電源部を決定する充電装置。
【請求項２】
前記電源制御部は、前記停止状態に移行させる前記スイッチング電源部をランダムに決定する請求項１記載の充電装置。
【請求項３】
前記電源制御部は、前記各スイッチング電源部についての前記作動状態の累計時間をそれぞれ算出して、当該各累計時間が平均化されるように前記停止状態に移行させる前記スイッチング電源部を決定する請求項１記載の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電対象電池（例えば二次電池などの充電可能な電池）を充電する充電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の充電装置として、特開平５−６４３７６号公報に開示されている充電装置が知られている。この充電装置は、複数の充電器を並列運転して蓄電池を充電するように構成され、蓄電池の充電に際して、蓄電池を介して供給される負荷の電力を検出し、その負荷電力に応じて必要最低限の台数の充電器のみを運転し、他の充電器は完全停止状態となるように作動する。これにより、この充電装置では、電源容量の低減が図られている。
【特許文献１】特開平５−６４３７６号公報（第２頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、この従来の充電装置では、運転する充電器の台数を決定する際に、負荷の電力のみが考慮されて、蓄電池の充電状態は考慮されていない。この場合、蓄電池の充電状態（例えば、満充電に近い状態なのか、ほとんど充電されていない状態なのか）によっても、各充電器から出力される電流の電流値が変わる。また、この種の充電器については、スイッチング電源を使用して構成される場合が多いが、一般的にスイッチング電源は、図４に示すように、負荷が軽くなる（出力電流が減少する）のに従い、電源効率が低下するという特性を有している。したがって、この充電装置の構成を採用しつつ各充電器にスイッチング電源を使用した充電装置には、蓄電池を充電する際に、運転する充電器の台数を充電電流に応じて決定する動作が行われないため、装置全体の充電効率が低下するという問題点が存在している。また、運転する充電器の稼働率について考慮されていないため、特定の充電器の稼働率が突出する可能性があり、これによって充電装置全体としての寿命が低下するという問題点も存在している。
【０００４】
本発明は、かかる課題を解決すべくなされたものであり、充電対象電池に対する充電効率を向上させると共に高寿命化を図り得る充電装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成すべく請求項１記載の充電装置は、互いに並列に接続されると共に、充電対象電池を充電する作動状態および当該作動状態を停止する停止状態のいずれか一方の状態に制御可能な複数のスイッチング電源部と、前記充電対象電池に流れる充電電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部によって検出された前記充電電流の減少に伴い、前記作動状態の前記スイッチング電源部を前記停止状態に移行させて当該作動状態にあるスイッチング電源部の数を徐々に減少させる電源制御部とを備えた充電装置であって、前記電源制御部は、前記各スイッチング電源部の稼働率が平均化されるように、前記停止状態に移行させる前記スイッチング電源部を決定する。
【０００６】
また、請求項２記載の充電装置は、請求項１記載の充電装置において、前記電源制御部は、前記停止状態に移行させる前記スイッチング電源部をランダムに決定する。
【０００７】
また、請求項３記載の充電装置は、請求項１記載の充電装置において、前記電源制御部は、前記各スイッチング電源部についての前記作動状態の累計時間をそれぞれ算出して、当該各累計時間が平均化されるように前記停止状態に移行させる前記スイッチング電源部を決定する。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載の充電装置では、電源制御部が、電流検出部によって検出された充電対象電池に流れる充電電流の減少に伴い、作動状態にあるスイッチング電源部の数を徐々に減少させる。したがって、この充電装置によれば、効率の良くない軽負荷状態でスイッチング電源部が作動する状況を十分に少なくすることができるため、スイッチング電源部、ひいては装置全体の効率を高めることができる結果、充電対象電池に対する充電効率を十分に向上させることができる。また、電源制御部が、各スイッチング電源部の稼働率が平均化されるように、停止状態に移行させるスイッチング電源部を決定するため、予め設定された順番に従って作動状態のスイッチング電源部を停止状態に移行させる構成とは異なり、様々な電池容量の充電対象電池に対する充電処理を実行したとしても、特定のスイッチング電源部の稼働率だけが高まるといった偏りを回避することができる結果、装置全体としての製品寿命を十分に向上させることができる。
【０００９】
また、請求項２記載の充電装置によれば、作動状態から停止状態に移行させるスイッチング電源部を電源制御部がランダムに決定することにより、簡易な構成で各スイッチング電源部の稼働率を平均化することができる。
【００１０】
また、請求項３記載の充電装置では、電源制御部が、各スイッチング電源部についての作動状態の累計時間をそれぞれ算出して、各累計時間が平均化されるように停止状態に移行させるスイッチング電源部を決定する。したがって、この充電装置によれば、各スイッチング電源部の稼働率を精度良く平均化することができるため、装置全体としての製品寿命をより一層向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る充電装置の最良の形態について説明する。なお、充電対象電池の一例として二次電池（具体的には鉛蓄電池）を充電する構成を挙げて説明する。
【００１２】
図１に示すように、充電装置１は、複数のスイッチング電源部２ａ〜２ｄ（以下、区別しないときには「スイッチング電源部２」ともいう）、電流検出部３、記憶部４および電源制御部５を備え、一例として交流電源６から交流電圧Ｖｉを入力して直流電圧Ｖｏを生成すると共に二次電池７に直流電圧Ｖｏを出力しての充電が可能に構成されている。
【００１３】
各スイッチング電源部２は、一例として同一の構成を備えたスイッチング方式の電源回路で形成されて、電源容量（最大出力電流）、および電流出力特性（出力電流Ｉに対する充電効率（電流出力効率）の変化特性）がほぼ同一となっている。一例として、各スイッチング電源部２は、最大出力電流が１５［Ａ］であり、かつ図４に示す電流出力特性を備えている。また、本例では、一例として、充電時において充電電流Ｉｏが最大で６０［Ａ］程度流れる二次電池７を充電対象電池としているため、スイッチング電源部２の数は、スイッチング電源部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの４つに規定されている。また、各スイッチング電源部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、各制御信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４により、二次電池７を充電する作動状態、およびこの作動状態を停止する停止状態のいずれか一方の状態に制御可能に構成されている。また、各スイッチング電源部２は、一対の入力端子（図示せず）が充電装置１の入力端子Ｐ１，Ｐ２にそれぞれ接続され、かつ一対の出力端子（図示せず）が一対の出力ラインＬ１，Ｌ２を介して充電装置１の一対の出力端子Ｐ３，Ｐ４に接続されて、互いに並列に接続されている。
【００１４】
電流検出部３は、出力ラインＬ１，Ｌ２のうちのいずれか一方（本例では出力ラインＬ２）に接続（介装）されて、二次電池７に流れる充電電流Ｉｏの電流値Ｉ１を検出して出力する。記憶部４は、ＲＯＭやＲＡＭなどの半導体メモリで構成されている。また、記憶部４には、電源制御部５用の動作プログラム、充電電流Ｉｏについての基準電流値Ｉｒが予め記憶されている。本例では、各スイッチング電源部２の数に対応させて、基準電流値Ｉｒとして、３つの基準電流値Ｉｒ１，Ｉｒ２，Ｉｒ３（Ｉｒ１＞Ｉｒ２＞Ｉｒ３）が予め記憶されている。電源制御部５は、ＣＰＵ（図示せず）などを含んで構成されて、記憶部４に記憶されている動作プログラムに従い、充電処理を実行して二次電池７を充電する。この充電処理では、電源制御部５は、各制御信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を出力することにより、各スイッチング電源部２に対する制御を実行する。
【００１５】
次に、充電装置１の動作について、図１〜図３を参照して説明する。なお、一例として、直流電圧が４８［Ｖ］で、電池容量が４８５［Ａｈ］の二次電池７を、残存容量が２５［％］の状態からほぼ満充電に達するまで充電する例を挙げて説明する。また、残存容量がほぼ０［％］の二次電池７に流れる充電電流値Ｉ１は、最大で約６０［Ａ］である。また、各基準電流値Ｉｒ１，Ｉｒ２，Ｉｒ３は、一例として、それぞれ４０［Ａ］，２８［Ａ］，１４［Ａ］に設定されているものとする。
【００１６】
まず、各出力端子Ｐ３，Ｐ４間に放電状態の二次電池７が接続された状態において、充電装置１が起動されたときには、電流検出部３が二次電池７に流れる充電電流Ｉｏの電流値Ｉ１の検出を開始すると共に、電源制御部５が二次電池７に対する充電処理を開始する。
【００１７】
この充電処理において、図３に示すように、電源制御部５は、まず、各制御信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を各スイッチング電源部２に対して出力することにより、各スイッチング電源部２を作動状態に移行させる（ステップ５１）。これにより、二次電池７の充電状態に応じて、スイッチング電源部２ａが充電電流Ｉａの出力を開始し、スイッチング電源部２ｂが充電電流Ｉｂの出力を開始し、スイッチング電源部２ｃが充電電流Ｉｃの出力を開始し、スイッチング電源部２ｄが充電電流Ｉｄの出力を開始する。これにより、各充電電流Ｉａ〜Ｉｄの電流値の総和に等しい電流値Ｉ１（約５８［Ａ］、図２参照）の充電電流Ｉｏが、各出力ラインＬ１，Ｌ２を介して二次電池７に供給され始める。なお、各スイッチング電源部２は、電流出力特性等がほぼ同一であるため、各充電電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄはほぼ等しい電流値（充電開始当初はそれぞれ約１４．５［Ａ］）となっている。
【００１８】
次いで、電源制御部５は、電流検出部３から出力される充電電流Ｉｏの電流値Ｉ１の検出（ステップ５２）、および検出した電流値Ｉ１と記憶部４から読み出した基準電流値Ｉｒ１との比較（ステップ５３）を繰り返し実行する。二次電池７の充電が進むに従って充電電流Ｉｏの電流値Ｉ１が次第に減少し、それに伴って各スイッチング電源部２に対する負荷が徐々に軽くなる。その結果、図２に示すように、充電電流Ｉｏの電流値Ｉ１が４１〜４０［Ａ］に近づくに従い、作動状態にある各スイッチング電源部２全体の効率（充電装置１の効率でもある）が充電当初の約９２％から少しずつ低下する。
【００１９】
その後、充電電流Ｉｏの電流値Ｉ１が基準電流値Ｉｒ１（＝４０［Ａ］）まで低下したとき、つまり各スイッチング電源部２の充電電流値が約１０［Ａ］まで低下したときに、上記したステップ５３において、電源制御部５がこれを検出して、停止させるスイッチング電源部２をランダムに１つ（一例としてスイッチング電源部２ａ）決定して、そのスイッチング電源部２ａに対する制御信号Ｓ１の出力を停止する。これにより、スイッチング電源部２ａは作動状態を停止して、充電電流Ｉａの生成を行わない停止状態に移行する（ステップ５４）。これにより、作動状態にあるスイッチング電源部２の数が３つに減少し、その結果、各スイッチング電源部２の負荷が増大する（充電電流Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄがそれぞれ約１３．３［Ａ］に増加する）ため、図２に示すように、作動状態にある各スイッチング電源部２ｂ，２ｃ，２ｄの効率（充電装置１の出力効率でもある）が充電当初の約９２％に復帰する。これにより、充電装置１全体としての二次電池７に対する充電効率が向上する。
【００２０】
続いて、電源制御部５は、上記したステップ５２〜ステップ５４での各動作を、基準電流値Ｉｒ１を基準電流値Ｉｒ２（＝２８［Ａ］）に代えて、ステップ５５〜ステップ５７において実行する。これにより、図２に示すように、充電電流Ｉｏの電流値Ｉ１が３０［Ａ］を切った辺りから、各スイッチング電源部２ｂ，２ｃ，２ｄ全体（充電装置１）の効率（充電効率）が低下し始めるが、電源制御部５が充電電流Ｉｏの電流値Ｉ１を検出しつつ（ステップ５５）、その電流値Ｉ１が基準電流値Ｉｒ２に達したときにこれを検出して（ステップ５６）、停止させるスイッチング電源部２をランダムに１つ（一例としてスイッチング電源部２ｂ）決定して、そのスイッチング電源部２ｂに対する制御信号Ｓ２の出力を停止する。これにより、スイッチング電源部２ｂが作動状態から停止状態に移行して（ステップ５７）、作動状態にあるスイッチング電源部２の数が３つから２つに減少し、各スイッチング電源部２の負荷が増加（充電電流Ｉｃ，Ｉｄがそれぞれ約１４［Ａ］に増加）するため、図２に示すように、作動状態にある各スイッチング電源部２ｃ，２ｄ全体の効率（充電装置１の出力効率）が充電当初の約９２％に復帰する。これにより、充電装置１全体としての二次電池７に対する充電効率が向上する。
【００２１】
次いで、電源制御部５は、上記したステップ５２〜ステップ５４での各動作を、基準電流値Ｉｒ１をＩｒ３（＝１４［Ａ］）に代えて、ステップ５８〜ステップ６０において実行する。これにより、図２に示すように、充電電流Ｉｏの電流値Ｉ１の減少に伴い、各スイッチング電源部２ｃ，２ｄ全体（充電装置１）の効率が徐々に低下して約９０％に達するが、電源制御部５が充電電流Ｉｏの電流値Ｉ１を検出しつつ（ステップ５８）、その電流値Ｉ１が基準電流値Ｉｒ３に達したときにこれを検出して（ステップ５９）、停止させるスイッチング電源部２をランダムに１つ（一例としてスイッチング電源部２ｃ）決定して、そのスイッチング電源部２ｃに対する制御信号Ｓ３の出力を停止する。これにより、スイッチング電源部２ｃが作動状態から停止状態に移行して（ステップ６０）、作動状態にあるスイッチング電源部２の数が２つから１つに減少し、スイッチング電源部２ｄの負荷が増加（充電電流Ｉｄが１４［Ａ］に増加）するため、図２に示すように、作動状態にあるスイッチング電源部２ｄの効率（充電装置１の出力効率でもある）が充電当初の約９２％に復帰する。これにより、充電装置１全体としての二次電池７に対する充電効率が向上する。
【００２２】
その後、電源制御部５は、二次電池７についての充電状態の検出（ステップ６１）、および検出した充電状態に基づいて二次電池７が満充電状態に達したか否かの判別（ステップ６２）を繰り返し実行する。なお、ステップ６１においては、電源制御部５は、例えば、充電電流Ｉｏの電流値Ｉ１や二次電池７の電池電圧（不図示の電圧検出部で検出される電池の両端間電圧）に基づいて、二次電池７の充電状態を検出する。二次電池７が満充電状態に近づくに従い、図２に示すように、充電電流Ｉｏが次第に減少して負荷が軽くなるため、これに伴って効率が徐々に低下する。なお、充電装置１の充電電流Ｉｏと効率との関係は、作動状態にある１つのスイッチング電源部２ｄの電流出力特性と等しくなる。最後に、電源制御部５は、二次電池７が満充電に達したとステップ６２において判別したときに、作動状態にある１つのスイッチング電源部２ｄに対する制御信号Ｓ４の出力を停止する（ステップ６３）。これにより、充電処理が完了する。
【００２３】
このように、この充電装置１では、電源制御部５が、電流検出部３によって検出された二次電池７に流れる充電電流Ｉｏの減少に伴い、作動状態にあるスイッチング電源部２の数を徐々に減少させる。したがって、この充電装置１によれば、効率の良くない軽負荷状態でスイッチング電源部２が作動する状況を十分に少なくすることができるため、スイッチング電源部２、ひいては充電装置１全体の効率を高めることができる結果、二次電池７に対する充電効率を十分に向上させることができる。また、この充電装置１では、電源制御部５が、充電電流Ｉｏの減少に伴う効率の低下を抑制するために作動状態のスイッチング電源部２を停止状態に移行させる際に、各スイッチング電源部２の稼働率が平均化されるように、停止状態に移行させるスイッチング電源部２を決定する。このため、この充電装置１によれば、予め設定された順番に従って作動状態のスイッチング電源部２を停止状態に移行させる構成とは異なり、様々な電池容量の二次電池７に対する充電処理を実行したとしても、特定のスイッチング電源部２の稼働率だけが高まるといった偏りを回避することができる結果、充電装置１全体としての製品寿命を十分に向上させることができる。特に、この充電装置１によれば、作動状態から停止状態に移行させるスイッチング電源部２を電源制御部５がランダムに１つ決定することにより、簡易な構成で各スイッチング電源部２の稼働率を平均化することができる。
【００２４】
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、その構成を適宜変更することができる。例えば、作動状態から停止状態に移行させるスイッチング電源部２をランダムに決定する例について上記したが、電源制御部５が各スイッチング電源部２についての作動状態の累計時間をそれぞれ算出して、各累計時間が平均化されるように、停止状態に移行させるスイッチング電源部２を決定する構成を採用することもできる。この場合、電源制御部５は、各スイッチング電源部２ａ〜２ｄに出力する各制御信号Ｓ１〜Ｓ４の出力時間を積算することにより、各スイッチング電源部２についての作動状態の累計時間を算出する。この構成によれば、各スイッチング電源部２の稼働率を精度良く平均化することができるため、充電装置１全体としての製品寿命をより一層向上させることができる。
【００２５】
また、各スイッチング電源部２の個数に対応した数（同数）の基準電流値Ｉｒ１〜Ｉｒ３を記憶部４に予め記憶させる構成について上記したが、図示はしないが、例えば操作パネルやキーボードなどの操作部を設けて、各基準電流値Ｉｒ１〜Ｉｒ３の値について任意に設定できる構成を採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態に係る充電装置１の構成図である。
【図２】充電装置１の充電電流Ｉｏと効率との関係を示す特性図である。
【図３】充電装置１の充電処理での動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】充電装置１のスイッチング電源部２についての充電電流と効率との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  充電装置
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ  スイッチング電源部
３  電流検出部
４  記憶部
５  電源制御部
７  二次電池
Ｉｏ  充電電流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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