(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力供給時の出力インピーダンスが比較的大きい燃料電池や太陽電池等を入力源とし、入力電力を一定化制御する構成のコンバータを介して二次電池を充電する充電器において、出力に二次電池を備え、該二次電池に接続される電流制御回路は、該二次電池に充電が開始されると、該二次電池へ流入する充電電流を出力電圧から決定される電流値として一定電流充電を行い、該二次電池の電圧が前記コンバータの出力電圧付近まで達する充電末期になると、入力電圧が上昇を開始した際に、該コンバータの制御用スイッチをオフして、充電を停止するように構成してあることを特徴とすることを特徴とする充電器。
【請求項２】
前記電流制御回路は、前記コンバータの出力電圧と基準電圧とを比較して制御量を出力する比較手段と、この制御量に応じてオン・オフする半導体スイッチを備え、このオン・オフにより前記二次電池の定電流制御を行う定電流制御手段とを備えてあることを特徴とする請求項１記載の充電器。
【請求項３】
前記定電流制御回路は、前記比較手段の出力部に接続する第一のレベル変換手段を備え、この第一のレベル変換手段は、前記コンバータの正側の出力端に接続してあるとともに、半導体スイッチの制御端子に接続してあり、前記半導体スイッチの出力端子に第二のレベル変換手段を接続し、この第二のレベル変換手段は、前記コンバータの負側の出力端に接続してあるとともに、第二の半導体スイッチの制御端子に接続し、この第二の半導体スイッチは前記二次電池の負の端子に接続してあり、前記二次電池に充電が開始されると、前記電流制御回路は、前記二次電池へ流入する充電電流を出力電圧から決定される電流値として一定電流充電を行い、前記二次電池の電圧が出力電圧付近まで達する充電末期になると、前記コンバータの制御用スイッチをオフして、上昇する入力電圧を検出して充電を停止する制御構成にしてあることを特徴とする請求項２記載の充電器。
【請求項４】
前記入力源の電圧を検出し、任意に設定可能な電圧制御入力と比較制御し、その制御量から入力電圧を定電圧化制御する機能を備えてあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の充電器。
【請求項５】
電力供給時の出力インピーダンスが比較的大きい燃料電池や太陽電池等を入力源とするＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、入力電力を一定化制御する構成のコンバータを介して充電する二次電池を備え、出力側に該二次電池と任意負荷とを並列に接続し、該二次電池に接続される電流制御回路は、前記任意負荷の電流が減少すると、前記二次電池へ流入する充電電流を増加させ、前記任意負荷の電流が増加すると、前記二次電池への充電電流を減少させるように制御し、出力電圧が設定する垂下電圧にて維持されるように構成してあることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項６】
前記電流制御回路は、前記コンバータの出力電圧と基準電圧とを比較して制御量を出力する比較手段と、この制御量に応じてオン・オフする半導体スイッチを備え、このオン・オフにより前記二次電池の定電流制御を行う定電流制御手段とを備えてあることを特徴とする請求項５記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項７】
前記定電流制御回路は、前記比較手段の出力部に接続する第一のレベル変換手段を備え、この第一のレベル変換手段は、ＤＣ−ＤＣコンバータの正側の出力端に接続してあるとともに、半導体スイッチの制御端子に接続してあり、前記半導体スイッチの出力端子に第二のレベル変換手段を接続し、この第二のレベル変換手段は、ＤＣ−ＤＣコンバータの負側の出力端に接続してあるとともに、第二の半導体スイッチの制御端子に接続し、この第二の半導体スイッチは前記二次電池の負の端子に接続してあり、前記負荷の電流が減少すると、前記二次電池へ流入する充電電流を増加させ、前記負荷の電流が増加すると、前記二次電池への充電電流を減少させるように制御し、出力電圧が設定する垂下電圧にて維持されるように構成してあることを特徴とする請求項６記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項８】
前記入力源の電圧を検出し、任意に設定可能な電圧制御入力と比較制御し、その制御量から入力電圧を定電圧化制御する機能を備えてあることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の所要の電力を得る充電器及びＤＣ−ＤＣコンバータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池や太陽電池等を入力源とし、出力側に負荷Ｒｏと二次電池Ｂとを並列に接続して充電機能を備えたＤＣ−ＤＣコンバータを図１２及び図１３に示す。図１２に示す充電器を備えたＤＣ−ＤＣコンバータは、電力給電時に出力インピーダンスの作用で低下する入力電圧を一定電圧化制御し、入力定電力化を図る手段として、入力給電電力Ｐｉｎが出力給電電力Ｐｏｕｔより小さいときは、入力電圧が一定電圧化されて、出力電圧が垂下状態となり、入力給電電力Ｐｉｎが出力給電電力Ｐｏｕｔより大きいときは、入力電圧が上昇して、出力電圧が一定電圧になる手段を採っていた（太陽電池に関しては、例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、図１３に示す充電器は、二次電池Ｂに充電回路２０を接続し、電力給電時に出力インピーダンスの作用で低下する入力電圧を一定電圧化制御し、入力定電力化を図る手段を有し、入力電力Ｐｉｎが出力電力Ｐｏｕｔより大きく設定され、二次電池Ｂへの充電を安定に行うために充電回路内に定電圧制御回路と定電流制御回路が実装される構成を採用していた。
【特許文献１】
特開平１１−３４１６９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前者の場合には、入力給電電力Ｐｉｎが出力給電電力Ｐｏｕｔより大きいときは、入力電圧が上昇する。そのため、特に燃料電池を入力源とした場合、燃料電池は化学反応により発電するため、急激な電圧環境の変化により、電池の劣化を招くという課題が生じた。
【０００５】
また、後者の場合には、電力供給時の出力インピーダンスが比較的大きい燃料電池や太陽電池等を入力源Ｖｆｃとする充電器においては、電力給電時に出力インピーダンスの作用で低下する入力電圧を一定電圧化制御することで、入力定電力化を図ることが可能（入力給電電力Ｐｉｎが出力給電電力Ｐｏｕｔより小さいとき）であり、この際、出力電圧を垂下点（出力定電圧制御より若干低い）電圧に設定すれば、定電流制御回路無しに充電電流の定電流化が図れるが、従来の充電器にはこのような構成でないため、素子発熱や回路の煩雑化などの課題が生じた。
【０００６】
また、燃料電池等では化学反応による発電であるため、その給電電圧が変動することは劣化を招くことが予想されるため充電時に電圧が一定化されることは好ましい。さらに、充電が進み末期に近づくと入力給電電力Ｐｉｎが出力給電電力Ｐｏｕｔより大きい状態となり、出力は出力定電圧制御により定電圧化され、入力電圧が上昇する。この時、上昇する入力電圧を検出して充電停止することが好ましい。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、出力側の電力給電を入力側の燃料電池の給電電力と同じとする一定電力化制御を図ることにより、電池出力電圧の上昇を抑制し劣化を防止する新規の充電器及びこの充電器を備えたＤＣ−ＤＣコンバータを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る充電器は、電力供給時の出力インピーダンスが比較的大きい燃料電池や太陽電池等を入力源とし、入力電力を一定化制御する構成のコンバータを介して二次電池を充電する充電器において、出力に二次電池を備え、該二次電池に接続される電流制御回路は、前記二次電池へ流入する充電電流を、コンバータの出力電圧を設定する垂下電圧に維持するために必要な制御量から得られる電流値として給電するように構成してあることを特徴とする。
【０００９】
また、前記電流制御回路は、該二次電池に充電が開始されると、前記電流制御回路は、該二次電池へ流入する充電電流を入力電力値から決定される電流値として一定電流充電を行い、該二次電池の電圧が出力電圧付近まで達する充電末期になると、入力電力の一定制御を阻止し、上昇する入力電圧を検出して充電を停止するように構成してあることを特徴とする。
【００１０】
前記電流制御回路は、前記コンバータの出力電圧と基準電圧とを比較して制御量を出力する比較手段と、この制御量を利用して前記二次電池の定電流制御を行う定電流制御手段とを備えてあることを特徴とする。
また、前記定電流制御手段は、半導体スイッチを用いて定電流制御を行うようにしてあることを特徴とする。
【００１１】
前記定電流制御回路は、前記比較手段の出力部に接続する第一のレベル変換手段を備え、この第一のレベル変換手段は、前記コンバータの正側の出力端に接続してあるとともに、半導体スイッチの制御端子に接続してあり、前記半導体スイッチの出力端子に第二のレベル変換手段を接続し、この第二のレベル変換手段は、前記コンバータの負側の出力端に接続してあるとともに、第二の半導体スイッチの制御端子に接続し、この第二の半導体スイッチの出力端子は前記二次電池の入力端子に接続してあり、前記二次電池に充電が開始されると、前記電流制御回路は、前記二次電池へ流入する充電電流を入力電力値から決定される電流値として一定電流充電を行い、前記二次電池の電圧が出力電圧付近まで達する充電末期になると、入力電力の一定制御を阻止し、上昇する入力電圧を検出して充電を停止する制御構成にしたことを特徴とする。
【００１２】
前記入力源の電圧を検出し、任意に設定可能な電圧制御入力と比較制御し、その制御量から入力電圧を定電圧化制御する機能を備えてあることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、電力供給時の出力インピーダンスが比較的大きい燃料電池や太陽電池等を入力源とするＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、前記充電器を備え、出力側に二次電池と任意負荷とを並列に接続し、該二次電池に接続される電流制御回路は、前記任意負荷の電流が減少すると、前記二次電池へ流入する充電電流を増加させ、前記任意負荷の電流が増加すると、前記二次電池への充電電流を減少させるように制御し、出力電圧が設定する垂下電圧にて維持されるように構成してあることを特徴とする。
【００１４】
前記電流制御回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧と基準電圧とを比較して制御量を出力する比較手段と、この制御量を利用して前記二次電池の定電流制御を行う定電流制御手段とを備えてあることを特徴とする。
また、前記定電流制御手段は、半導体スイッチを用いて定電流制御を行うようにしてあることを特徴とする。
【００１５】
前記定電流制御回路は、前記比較手段の出力部に接続する第一のレベル変換手段を備え、この第一のレベル変換手段は、ＤＣ−ＤＣコンバータの正側の出力端に接続してあるとともに、半導体スイッチの制御端子に接続してあり、前記半導体スイッチの出力端子に第二のレベル変換手段を接続し、この第二のレベル変換手段は、ＤＣ−ＤＣコンバータの負側の出力端に接続してあるとともに、第二の半導体スイッチの制御端子に接続し、この第二の半導体スイッチの出力端子は前記二次電池の入力端子に接続してあり、前記負荷の電流が減少すると、前記二次電池へ流入する充電電流を増加させ、前記負荷の電流が増加すると、前記二次電池への充電電流を減少させるように制御し、出力電圧が設定する垂下電圧にて維持されるように構成してあることを特徴とする。
【００１６】
前記入力源の電圧を検出し、任意に設定可能な電圧制御入力と比較制御し、その制御量から入力電圧を定電圧化制御する機能を備えてあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る充電器によれば、二次電池に電流制御回路を接続し、二次電池に充電を開始すると、二次電池へ流入する充電電流を増加させ、二次電池の電圧が出力電圧付近まで達すると、二次電池への充電電流を減少させるように制御構成したことにより、全体の出力給電電力を一定電力化でき入力電圧（例えば燃料電池出力）を一定電圧制御できる効果がある。また、本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータにおいても、同様の効果が得られる。
【００１８】
また、出力電圧は設定する垂下点で安定化されるため負荷に安定電力を給電できる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る充電器における発明を実施するための最良の形態の回路図である。
【図２】本発明充電器の要部の一実施例を示す回路図である。
【図３】図２とは別の実施例を示す回路図である。
【図４】図２及び図３とは別の実施例を示す回路図である。
【図５】図２乃至図４とは別の実施例を示す回路図である。
【図６】本発明に係る充電器におけるタイムチャートである。
【図７】図１図示充電器とは別の充電器の実施例の回路図である。
【図８】本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータにおける発明を実施するための最良の形態の回路図である。
【図９】電流制御回路が機能しない場合の電力特性を示す動作波形図である。
【図１０】電流制御回路が機能する場合の電力特性を示す動作波形図である。
【図１１】図８図示ＤＣ−ＤＣコンバータとは別のＤＣ−ＤＣコンバータの実施例の回路図である。
【図１２】従来の充電機能を備えたＤＣ−ＤＣコンバータを示す回路図である。
【図１３】図１２とは別のＤＣ−ＤＣコンバータを示す回路図である。
【符号の説明】
【００２０】
Ｖｆｃ  入力源（燃料電池）
Ｖｓｅｔ  電圧制御入力
Ｒｏ  負荷
Ｂ  二次電池
１  コンバータ本体
２  動作状態検出回路
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ  電流制御回路
１１  比較回路
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ  定電流制御回路
２０  充電回路
＃Ａ，＃Ｆ  差動増幅器
＃Ｂ，＃Ｄ，＃Ｇ，＃Ｈ  比較器
＃Ｃ  電圧検出器
＃Ｅ  増幅器
Ｑ１  コンバータ本体１の制御用スイッチ
Ｑ２，Ｑ３ａ，Ｑ３ｂ，Ｑ１０  半導体スイッチ
Ｒ１，Ｒ２  抵抗
Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ２２，Ｒ２３  分圧抵抗
Ｒｍ，Ｒ２４  電流検出抵抗
Ｒｅｆ１，Ｒｅｆ２  基準電圧
Ｄ１  ダイオード
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
発明を実施するための最良の形態の回路図を図１に示す。図１図示の充電器は、電力供給時の出力インピーダンスＺが比較的大きい燃料電池を入力源Ｖｆｃとして使用している。なお、本実施例では燃料電池を入力源Ｖｆｃとして使用しているが、太陽電池その他出力インピーダンスが比較的大きいものでも本発明を実施することができる。充電器はコンバータ本体１を備え、このコンバータ本体１は出力側に二次電池Ｂを接続してある。
【００２２】
コンバータ本体１の出力側に分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４を接続し、この分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４の接続点に電流制御回路１０を接続してある。この電流制御回路１０は二次電池Ｂの負極にも接続してある。この電流制御回路１０は、二次電池Ｂに充電が開始されると、二次電池Ｂへ流入する充電電流を入力電力値から決定される電流値として一定電流充電を行い、二次電池Ｂの電圧が出力電圧付近まで達する充電末期になると、入力電力の一定制御を阻止し、上昇する入力電圧を検出して充電を停止するように構成してある。なお、電流制御回路１０の具体例については後述する。
【００２３】
また、本発明に係る充電器は、電圧比較器＃Ｃを備えてある。この電圧比較器＃Ｃは、分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４により検出された出力電圧信号と、基準電圧Ｒｅｆ１とを比較してレベル変換し、この出力に接続してある比較器＃Ｂに出力するものである。
【００２４】
本発明に係る充電器は、差動増幅器＃Ａを備えてある。この差動増幅器＃Ａは、外部に有して充電器の入力電圧を制御する任意値の電圧制御入力Ｖｓｅｔと燃料電池の出力電圧即ち充電器の入力電圧Ｖｆｃとを入力し、入力電Ｖｆｃを電圧制御入力Ｖｓｅｔと同値にするための制御信号を出力するよう構成してある。
【００２５】
なお、電圧制御入力Ｖｓｅｔは以下の式で示すことができる。
Ｖｓｅｔ＝Ｖｆｃ＊Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）
例えば、Ｒ１＝Ｒ２＝１ｋΩで、電池出力を５Ｖに制御したいときは、
Ｖｓｅｔ＝５Ｖ＊１ｋ／（１ｋ＋１ｋ）＝２．５Ｖとなり、外部より２．５Ｖで入力すればよい。
【００２６】
この比較器＃Ｂは、電圧検出器＃Ｃより二次電池の出力電圧Ｖｂａｔｔをレベル変換してなる電圧信号と、三角波発振器（ＯＳＣ）から発振する安定制御するための制御信号とを比較し、後述する動作状態検出回路２を介してコンバータ本体１の制御用スイッチＱ１に駆動信号を出力するものである。
【００２７】
本発明に係る充電器は、動作状態検出回路２を備えてある。この動作状態検出回路２は、補償電圧と燃料電池の出力電圧とを所定時間毎に比較し、燃料電池が使用可能な状態であるかを検出する回路で、燃料電池の出力電圧が補償電圧を下回ったときに、スイッチング電源の制御用スイッチＱ１の動作を停止して、燃料電池の出力電圧が補償電圧を上回ったときに、スイッチング電源の制御用スイッチＱ１を正常に動作するもである。なお、この動作状態検出回路２は応急処置的に設けられたものなので、必ずしも必要な回路ではない。
【００２８】
続いて、電流制御回路１０の具体例を図２で示し、これについて説明する。本実施例に係る電流制御回路１０ａは、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧Ｖｏｕｔと基準電圧Ｒｅｆ２とを比較して制御量を出力する比較回路１１と、この制御量を利用して二次電池Ｂの定電流制御を行う定電流制御回路１２ａとを備えてある。比較回路１１は比較器＃Ｄを備え、この比較器＃Ｄで出力電圧と基準電圧Ｒｅｆ２とを比較してレベル変換し、制御量を出力するように構成してある。
【００２９】
定電流制御回路１２ａは分圧抵抗Ｒ５，Ｒ６を備えてある。一方の分圧抵抗Ｒ５の一端をコンバータ本体１の正側の出力端に接続し、他方の分圧抵抗Ｒ６の他端を比較器＃Ｄの出力端子に接続してある。また、分圧抵抗Ｒ５，Ｒ６との接続点に半導体スイッチＱ２の制御端子に接続し、さらに、定電流制御回路１２ａは分圧抵抗Ｒ７，Ｒ８を備えてある。一方の分圧抵抗Ｒ７の一端を半導体スイッチＱ２の出力端子に接続し、他方の分圧抵抗Ｒ８の他端をコンバータ本体１の負側の出力端に接続してある。
【００３０】
また、分圧抵抗Ｒ７，Ｒ８との接続点に第二の半導体スイッチＱ３ａの制御端子を接続し、この第二の半導体スイッチＱ３ａは二次電池Ｂの負の端子に接続してある。そのために、出力電圧が上昇した場合に半導体スイッチＱ２及び第二の半導体スイッチＱ３ａをオンさせることにより、二次電池Ｂに電力を定電流にて供給して、コンバータ本体１の出力電圧を基準電圧Ｒｅｆ２で決まる電圧まで下げるように構成してある。
【００３１】
また、出力電圧が下降した場合に半導体スイッチＱ２及び第二の半導体スイッチＱ３ａをオフさせることにより、二次電池Ｂへの電力の供給を抑制して、コンバータ本体１の出力電圧を基準電圧Ｒｅｆ２で決まる電圧まで上げるように構成してある。
【００３２】
続いて、別の電流制御回路１０ｂの具体例を図３で示す。電流制御回路１０ｂは、本実施例も充電器の出力電圧と基準電圧Ｒｅｆ２とを比較して制御量を出力する比較回路１１と、この制御量を利用して二次電池Ｂの定電流制御を行う定電流制御回路１２ｂとを備えてある。比較回路１１は比較器＃Ｄを備え、この比較器＃Ｄで出力電圧と基準電圧Ｒｅｆ２とを比較してレベル変換し、制御量を出力するように構成してある。
【００３３】
定電流制御回路１２ｂは分圧抵抗Ｒ５，Ｒ６を備えてある。一方の分圧抵抗Ｒ５の一端をコンバータ本体１の正側の出力端に接続し、他方の分圧抵抗Ｒ６の他端を比較器＃Ｄの出力端子に接続してある。また、分圧抵抗Ｒ５，Ｒ６との接続点に半導体スイッチＱ２の制御端子に接続し、さらに、定電流制御回路１２ｂは分圧抵抗Ｒ７，Ｒ８を備えてある。一方の分圧抵抗Ｒ７の一端を半導体スイッチＱ２の出力端子に接続し、他方の分圧抵抗Ｒ８の他端をコンバータ本体１の負側の出力端に接続してある。
【００３４】
また、分圧抵抗Ｒ７，Ｒ８との接続点に比較器＃Ｇの検出端子に接続し、この比較器＃Ｇの出力端子をＦＥＴで構成した第二の半導体スイッチＱ３ｂのゲート端子に接続してある。この第二の半導体スイッチＱ３ｂは二次電池Ｂの負の端子に接続してある。さらに、第二の半導体スイッチＱ３ｂのソース端子に電流検出抵抗Ｒ２４の一端を接続し、この電流検出抵抗Ｒ２４の両端を比較器＃Ｈの両入力端子に接続し、この比較器＃Ｈの出力端子を前記比較器＃Ｇの基準端子に接続し、フィードバックをかけている。そのために、出力電圧が上昇した場合に半導体スイッチＱ２及び第二の半導体スイッチＱ３ｂをオンさせることにより、二次電池Ｂに電力を定電流にて供給して、充電器の出力電圧を基準電圧Ｒｅｆ２で決まる電圧まで下げて制御できるように構成してある。この時、定電流の最大値を分圧抵抗Ｒ７，Ｒ８により制限することができるため、二次電池Ｂの充電電流が任意設定でき、安全なシステムが実現できる。
【００３５】
また、出力電圧が下降した場合に半導体スイッチＱ２及び第二の半導体スイッチＱ３ｂをオフさせることにより、二次電池Ｂへの電力の供給を抑制して、充電器の出力電圧を基準電圧Ｒｅｆ２で決まる電圧まで上げて制御するように構成してある。
【００３６】
続いて、別の電流制御回路１０ｃの具体例を図４で示し、これについて説明する。電流制御回路１０ｃは、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧Ｖｏｕｔと基準電圧Ｒｅｆ２とを比較して制御量を出力する比較回路１１と、この制御量を利用して二次電池Ｂの定電流制御を行う定電流制御回路１２ｃとを備えてある。比較回路１１は比較器＃Ｄを備え、この比較器＃Ｄで出力電圧と基準電圧Ｒｅｆ２とを比較してレベル変換し、制御量を出力するように構成してある。
【００３７】
定電流制御回路１２ｃは分圧抵抗Ｒ５，Ｒ６を備えてある。一方の分圧抵抗Ｒ５の一端をＤＣ−ＤＣコンバータの正側の出力端に接続し、他方の分圧抵抗Ｒ６の他端を比較器＃Ｄの出力端子に接続してある。また、分圧抵抗Ｒ５，Ｒ６との接続点に半導体スイッチＱ２の制御端子に接続し、さらに、定電流制御回路１２ｃは分圧抵抗Ｒ７，Ｒ８を備えてある。一方の分圧抵抗Ｒ７の一端を半導体スイッチＱ２の出力端子に接続し、他方の分圧抵抗Ｒ８の他端をコンバータ本体１の負側の出力端に接続してある。
【００３８】
また、分圧抵抗Ｒ７，Ｒ８との接続点に第二の半導体スイッチＱ３の制御端子に接続し、この第二の半導体スイッチＱ３ａは二次電池Ｂの負の端子に接続してある。そのために、出力電圧が上昇した場合に半導体スイッチＱ２及び第二の半導体スイッチＱ３ａをオンさせることにより、二次電池Ｂに電力を定電流にて供給して、コンバータ本体１の出力電圧を基準電圧Ｒｅｆ２で決まる電圧まで下げるように構成してある。
【００３９】
また、出力電圧が下降した場合に半導体スイッチＱ２及び第二の半導体スイッチＱ３ａをオフさせることにより、二次電池Ｂへの電力の供給を抑制して、コンバータ本体１の出力電圧を基準電圧Ｒｅｆ２で決まる電圧まで上げるように構成してある。
【００４０】
また、定電流制御回路１２ｃは半導体スイッチＱ１０を備えてある。この半導体スイッチＱ１０の入出力端子を半導体スイッチＱ２の入出力端子に並列に接続してある。定電流制御回路１２ｃは分圧抵抗Ｒ２２，Ｒ２３を備えてある。一方の分圧抵抗Ｒ２２の一端をコンバータ本体１の正側の出力端に接続し、他方の分圧抵抗Ｒ２３の他端をＡＣ入力端子に接続してある。また、分圧抵抗Ｒ２２，Ｒ２３との接続点に半導体スイッチＱ１０の制御端子に接続してあり、ＡＣアダプタから入力されるとＡＣ入力端子がロウとなるように外部入力し、同時にコンバータに停止信号を送るようにしてある。また、半導体スイッチＱ１０がオンしてＡＣアダプタからの電流で充電を開始した際に、半導体スイッチＱ３ａはオン状態になり、二次電池Ｂは定電流充電される。また、充電電流は二次電池Ｂの充電電圧の上昇とともに減少する。
【００４１】
続いて、別の電流制御回路１０ｄの具体例を図５で示す。電流制御回路１０ｄは、本実施例も充電器の出力電圧と基準電圧Ｒｅｆ２とを比較して制御量を出力する比較回路１１と、この制御量を利用して二次電池Ｂの定電流制御を行う定電流制御回路１２ｄとを備えてある。比較回路１１は比較器＃Ｄを備え、この比較器＃Ｄで出力電圧と基準電圧Ｒｅｆ２とを比較してレベル変換し、制御量を出力するように構成してある。
【００４２】
定電流制御回路１２ｄは分圧抵抗Ｒ５，Ｒ６を備えてある。一方の分圧抵抗Ｒ５の一端をコンバータ本体１の正側の出力端に接続し、他方の分圧抵抗Ｒ６の他端を比較器＃Ｄの出力端子に接続してある。また、分圧抵抗Ｒ５，Ｒ６との接続点に半導体スイッチＱ２の制御端子に接続し、さらに、定電流制御回路１２ｄは分圧抵抗Ｒ７，Ｒ８を備えてある。一方の分圧抵抗Ｒ７の一端を半導体スイッチＱ２の出力端子に接続し、他方の分圧抵抗Ｒ８の他端をコンバータ本体１の負側の出力端に接続してある。
【００４３】
また、分圧抵抗Ｒ７，Ｒ８との接続点に比較器＃Ｇの検出端子に接続し、この比較器＃Ｇの出力端子をＦＥＴで構成した第二の半導体スイッチＱ３ｂのゲート端子に接続してある。この第二の半導体スイッチＱ３ｂは二次電池Ｂの負の端子に接続してある。さらに、第二の半導体スイッチＱ３ｂのソース端子に電流検出抵抗Ｒ２４の一端を接続し、この電流検出抵抗Ｒ２４の両端を比較器＃Ｈの両入力端子に接続し、この比較器＃Ｈの出力端子を前記比較器＃Ｇの基準端子に接続し、フィードバックをかけている。そのために、出力電圧が上昇した場合に半導体スイッチＱ２及び第二の半導体スイッチＱ３ｂをオンさせることにより、二次電池Ｂに電力を定電流にて供給して、充電器の出力電圧を基準電圧Ｒｅｆ２で決まる電圧まで下げて制御できるように構成してある。この時、定電流の最大値を分圧抵抗Ｒ７，Ｒ８により制限することができるため、二次電池Ｂの充電電流が任意設定でき、安全なシステムが実現できる。
【００４４】
また、出力電圧が下降した場合に半導体スイッチＱ２及び第二の半導体スイッチＱ３ｂをオフさせることにより、二次電池Ｂへの電力の供給を抑制して、充電器の出力電圧を基準電圧Ｒｅｆ２で決まる電圧まで上げて制御するように構成してある。
【００４５】
また、定電流制御回路１２ｃは半導体スイッチＱ１０を備えてある。この半導体スイッチＱ１０の入出力端子を半導体スイッチＱ２の入出力端子に並列に接続してある。定電流制御回路１２ｃは分圧抵抗Ｒ２２，Ｒ２３を備えてある。一方の分圧抵抗Ｒ２２の一端をＤＣ−ＤＣコンバータの正側の出力端に接続し、他方の分圧抵抗Ｒ２３の他端をＡＣ入力端子に接続してある。また、分圧抵抗Ｒ２２，Ｒ２３との接続点に半導体スイッチＱ１０の制御端子に接続してあり、ＡＣアダプタから入力されるとＡＣ入力端子がロウとなるように外部入力し、同時にコンバータに停止信号を送るようにしてある。また、半導体スイッチＱ１０がオンしてＡＣアダプタからの電流で充電を開始した際に、半導体スイッチＱ３ｂはオン状態になり、二次電池Ｂは定電流充電される。また、充電電流は二次電池Ｂの充電電圧の上昇とともに減少する。
【００４６】
上記のように構成してある充電器は、以下のように作用する。なお、入力電圧Ｖｆｃ、入力電流Ｉｆｃ、出力電圧Ｖｏｕｔ、電池電圧Ｖｂａｔｔ、及び充電電流Ｉｃｈのタイムチャートを図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）、図６（ｄ）及び図６（ｅ）にそれぞれ示す。先ず、充電が開始されると、図６（ａ）に示すように、入力電圧Ｖｆｃは低下する。これとは反対に、図６（ｃ）に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔは上昇する。出力電圧Ｖｏｕｔが基準電圧Ｒｅｆ２を超えて上昇すると、電流制御回路１０に設けた比較器＃Ｄから負方向の制御量を出力する。これが分圧抵抗Ｒ５，Ｒ６を介して半導体スイッチＱ２の制御端子に出力され、半導体スイッチＱ２はオンする。さらに、分圧抵抗Ｒ７，Ｒ８を介して第二の半導体スイッチＱ３の制御端子に出力され、第二の半導体スイッチＱ３もオンすると、二次電池Ｂに流れる充電電流Ｉｃｈが増加して、電池電圧Ｖｂａｔｔも上昇し、出力供給電力Ｐｏｕｔが一定化すると、定電力充電が始まる。
【００４７】
続いて、定電力充電に入ると、図６（ａ）に示すように、入力電圧Ｖｆｃは定電力化の作用で、定電圧化する。一方、図６（ｃ）に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔは電流制御回路１０の垂下電圧により定電圧化する。また、電池電圧Ｖｂａｔｔは、コンバータ本体１の出力から二次電池Ｂに電流が供給されて二次電池ｂａｔｔが充電されることにより、図６（ｄ）に示すように、徐々に上昇する。また、充電電流Ｉｃｈは電流制御回路１０の作用により定電流制御され、図６（ｅ）に示すように、定電流が維持される。
【００４８】
充電が開始され、しばらくの間は定電力状態が継続するが、充電末期になると、電池電圧Ｖｂａｔｔが出力電圧Ｖｏｕｔの値付近に達することで、定電流状態が維持できなくなる。これにより、図６（ｅ）に示すように、充電電流Ｉｃｈは減少し、図６（ｃ）に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔは上昇し、比較器＃Ｃで設定するコンバータ本体１の定電圧制御値で一定化制御される。この時、定電力状態が崩れ、図６（ａ）に示すように、入力電圧Ｖｆｃは上昇し始める。また、この出力電圧Ｖｏｕｔの上昇の際に若干、充電電流Ｉｃｈが流れるため、図６（ｄ）に示すように、電池電圧Ｖｂａｔｔは徐々に上昇することになる。
【００４９】
また、入力電圧Ｖｆｃが上昇を開始したことを動作状態検出回路２が検出することにより、コンバータ本体１に備えた制御用スイッチＱ１がオフして、充電を停止させることで、充電器として使用可能になる。
【実施例１】
【００５０】
続いて、本発明に係る充電器の変形例を図７に示す。図７図示の充電器は、外部に有して充電器の入力電流を制御する任意値の電流制御入力Ｉｓｅｔと入力源Ｖｆｃの出力電流即ち充電器の入力電流Ｉｆｃとを入力し、入力電流Ｉｆｃを電流制御入力Ｉｓｅｔと同値にするための制御信号を出力するよう以下のように構成してある。先ず、本実施例では、電流検出抵抗Ｒｍを入力源Ｖｆｃの出力端に設けてあり、この電流検出抵抗Ｒｍを用いて入出力間の電位を検出する。この電流検出抵抗Ｒｍの入出力間を増幅器＃Ｅのそれぞれの入力端子に接続し、この増幅器＃Ｅを用いて電流補償電圧に増幅する。なお、図６（ａ）及び（ｂ）より、入力電流Ｉｆｃが上昇すると、これに比例して入力電圧Ｖｆｃが下降する関係にあるため、電流検出抵抗Ｒｍの入力側を増幅器＃Ｅのマイナス入力端子に接続し、電流検出抵抗Ｒｍの出力側を増幅器＃Ｅのプラス入力端子に接続してある。
【００５１】
本実施例では差動増幅器＃Ｆを備えてあり、差動増幅器＃Ｆは、外部に有して充電器の入力電流を制御する任意値の電流制御入力Ｉｓｅｔと入力源Ｖｆｃの出力電流即ち充電器の入力電流Ｉｆｃとを入力し、制御信号を比較器＃Ｂに出力するように構成してある。その他の構成については図１図示充電器とほぼ同様であるため、説明を省略する。
【００５２】
本実施例においては、図１図示充電器と、外部に有して充電器の入力電流を制御する任意値の電流制御入力Ｉｓｅｔと入力源Ｖｆｃの出力電流即ち充電器の入力電流Ｉｆｃとを入力し、制御信号を出力するよう以下のように構成してある点で相違するが、入力電流Ｉｆｃが上昇すると、これに比例して入力電圧Ｖｆｃが下降する関係にあるのみであるため、作用については、図１図示充電器とほぼ同様である。
【実施例２】
【００５３】
続いて、充電機能を備えたＤＣ−ＤＣコンバータの実施例の回路図を図８に示す。図８図示のＤＣ−ＤＣコンバータは、電力供給時の出力インピーダンスＺが比較的大きい燃料電池を入力源Ｖｆｃとして使用している。なお、本実施例では燃料電池を入力源Ｖｆｃとして使用しているが、太陽電池その他出力インピーダンスが比較的大きいものでも本発明を実施することができる。このコンバータ本体１は出力側に負荷Ｒｏと二次電池Ｂを並列に接続してある。
【００５４】
コンバータ本体１の出力側に分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４を接続し、この分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４の接続点に電流制御回路１０を接続してある。この電流制御回路１０は二次電池Ｂの負極にも接続してある。この電流制御回路１０は負荷Ｒｏの電流が減少すると、二次電池Ｂへ流入する充電電流を増加させるようにしてある。また、負荷Ｒｏの電流が増加すると、二次電池Ｂへの充電電流を減少させるように制御し、出力電圧が設定する垂下電圧にて維持されるようにしてある。なお、電流制御回路１０の具体例については充電器における具体例と同様である。そのため、説明は省略する。
【００５５】
また、本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、電圧比較器＃Ｃを備えてある。この電圧比較器＃Ｃは、分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４により検出された出力電圧信号と、基準電圧Ｒｅｆ１とを比較してレベル変換し、この出力に接続してある比較器＃Ｂに出力するものである。
【００５６】
本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、差動増幅器＃Ａを備えてある。この差動増幅器＃Ａは、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力電圧を制御する任意値の電圧制御入力Ｖｓｅｔと燃料電池の出力電圧Ｖｆｃとを入力とし、入力電圧Ｖｆｃを電圧制御入力Ｖｓｅｔと同値にするための制御信号を出力するよう構成してある。
【００５７】
なお、電圧制御入力Ｖｓｅｔは以下の式で示すことができる。
Ｖｓｅｔ＝Ｖｆｃ＊Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）
例えば、Ｒ１＝Ｒ２＝１ｋΩで、電池出力を５Ｖに制御したいときは、
Ｖｓｅｔ＝５Ｖ＊１ｋ／（１ｋ＋１ｋ）＝２．５Ｖとなり、外部より２．５Ｖで入力すればよい。
【００５８】
この比較器＃Ｂは、電圧検出器＃Ｃより負荷Ｒの出力電圧をレベル変換してなる電圧信号と、三角波発振器（ＯＳＣ）から発振する安定制御するための制御信号とを比較し、コンバータ本体１の制御用スイッチＱ１に駆動信号を出力するものである。
【００５９】
上記のように構成してあるＤＣ−ＤＣコンバータは、以下のように作用する。なお、電流制御回路が機能しない場合の電力特性について図９に示し、電流制御回路が機能する場合の電力特性について図１０に示す。本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータは、先ず、負荷Ｒｏに流れる電流が定格以上の状態（垂下）にある場合は、図９に示すように、電流制御回路１０は機能せず、ＤＣ−ＤＣコンバータ出力及び二次電池Ｂから電流が供給される。二次電池ＢはダイオードＤ１を介して給電を行う。
【００６０】
続いて、負荷電流Ｉｌｏａｄが減少した場合について説明する。図１０に示すように、負荷電流Ｉｌｏａｄが低下すると、出力電圧Ｖｏは上昇する。出力電圧Ｖｏが上昇し、出力電圧Ｖｏが基準電圧Ｒｅｆ２を上回ると、電流制御回路１０に設けた比較器＃Ｄから負方向の制御量を出力する。これが分圧抵抗Ｒ５，Ｒ６を介して半導体スイッチＱ２の制御端子に出力され、半導体スイッチＱ２はオンする。さらに、分圧抵抗Ｒ７，Ｒ８を介して第二の半導体スイッチＱ３の制御端子に出力され、第二の半導体スイッチＱ３もオンすると、二次電池Ｂに流れる充電電流Ｉｂａｔｔが増加して、出力供給電力Ｐｏｕｔは一定化する。これにより、出力電圧Ｖｏも垂下点で安定させることができる。
【００６１】
続いて、負荷電流Ｉｌｏａｄが増加した場合について説明する。図１０に示すように、負荷電流Ｉｌｏａｄが増加すると、出力電圧Ｖｏは下降する。出力電圧Ｖｏが下降し、出力電圧Ｖｏが基準電圧Ｒｅｆ２を下回ると、電流制御回路１０に設けた比較器＃Ｄから正方向の制御量を出力する。これが分圧抵抗Ｒ５，Ｒ６を介して半導体スイッチＱ２の制御端子に出力され、半導体スイッチＱ２はオフする。さらに、分圧抵抗Ｒ７，Ｒ８を介して第二の半導体スイッチＱ３の制御端子に出力され、第二の半導体スイッチＱ３もオフすると、二次電池Ｂに流れる充電電流Ｉｂａｔｔが減少して、出力供給電力Ｐｏｕｔは一定化する。これにより、出力電圧Ｖｏも垂下点で安定させることができる。
【実施例３】
【００６２】
続いて、本発明に係る充電機能を備えたＤＣ−ＤＣコンバータの変形例を図１１に示す。図１１図示のＤＣ−ＤＣコンバータは、図７図示充電器と同様に、外部に有して充電器の入力電流を制御する任意値の電流制御入力Ｉｓｅｔと入力源Ｖｆｃの出力電流即ち充電器の入力電流Ｉｆｃとを入力し、制御信号を出力するよう以下のように構成してある。上記構成の詳細の構成については、図７図示充電器とほぼ同様であるため、説明を省略する。なお、作用については、図９に示すように、燃料電池は、入力電流が上昇すると、これに比例して入力電圧が下降する性質を有するため、図８図示ＤＣ−ＤＣコンバータとほぼ同様である。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明に係る充電器によれば、二次電池に電流制御回路を接続し、二次電池に充電を開始すると、二次電池へ流入する充電電流を増加させ、二次電池の電圧が出力重圧付近まで達すると、二次電池への充電電流を減少させるように制御構成したことにより、全体の出力給電電力を一定電力化でき入力電圧（例えば燃料電池出力）を一定電圧制御できる。また、本発明に係るＤＣ−ＤＣコンバータにおいても、同様である。また、出力電圧は設定する垂下点で安定化されるため負荷に安定電力を給電できる。
【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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【図１２】
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【図１３】
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