特開 2024-11034 スイッチング電源装置及び制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024011034

(43)【公開日】2024-01-25

(54)【発明の名称】スイッチング電源装置及び制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20240118BHJP

【ＦＩ】

H02M3/28 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022112700

(22)【出願日】2022-07-13

(71)【出願人】

【識別番号】510123839

【氏名又は名称】ニデックモビリティ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100155712

【弁理士】

【氏名又は名称】村上 尚

(72)【発明者】

【氏名】高野 将成

(72)【発明者】

【氏名】大元 靖理

(72)【発明者】

【氏名】山上 正寛

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730AA18

5H730AS17

5H730BB27

5H730CC04

5H730DD04

5H730EE04

5H730EE57

5H730EE59

5H730FD01

5H730FD11

5H730FG12

(57)【要約】

【課題】簡易な構成によって、充電池の劣化を抑制しつつ、安定した充電が可能となる。
【解決手段】スイッチング電源装置（１）は、充電池（５）を充電する直流電力を供給するスイッチング電源装置（１）であって、自装置に供給された交流電力を整流するためのコンデンサ（１３）を備え、コンデンサ（１３）の等価直列抵抗に関する所定条件が満たされた場合に、充電池（５）への充電を開始する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

充電池を充電する直流電力を供給するスイッチング電源装置であって、
自装置に供給された交流電力を整流するためのコンデンサを備え、
前記コンデンサの等価直列抵抗に関する所定条件が満たされた場合に、前記充電池への充電を開始する、スイッチング電源装置。

【請求項2】

前記スイッチング電源装置は、
前記コンデンサの電極間におけるリプル電圧の値が所定値未満である場合に前記所定条件が満たされたと判定し、前記充電池への充電を開始する、請求項１に記載のスイッチング電源装置。

【請求項3】

前記スイッチング電源装置は、
前記充電池への充電を開始する前に、前記コンデンサに蓄えられた電荷を放電する処理を１回以上行う、請求項１又は２に記載のスイッチング電源装置。

【請求項4】

前記スイッチング電源装置は、
前記コンデンサに接続された第１回路と、
前記充電池に接続された第２回路と、
前記第１回路から前記第２回路に電力を伝えるトランスとを備え、
前記第１回路は、
前記充電池を充電するための電流が前記第２回路上を流れない範囲の電圧で、前記トランスに電流が流れるように制御することによって前記コンデンサに蓄えられた電荷を放電する、請求項３に記載のスイッチング電源装置。

【請求項5】

前記第１回路は、
スイッチング素子を用いて、前記トランスに電流が流れる時間の割合を制御することによって、前記トランスにかかる電圧を制御する、請求項４に記載のスイッチング電源装置。

【請求項6】

前記コンデンサ、前記第１回路、前記第２回路及び前記トランスは、単一の回路基板上に配置されている、請求項４に記載のスイッチング電源装置。

【請求項7】

前記スイッチング電源装置は、
前記コンデンサの温度を計測する温度計測部を更に備え、
前記温度計測部が計測した温度が所定値以上である場合に、前記所定条件が満たされたと判定し、前記充電池への充電を開始する、請求項１に記載のスイッチング電源装置。

【請求項8】

充電池を充電する直流電力を供給するスイッチング電源装置を制御する方法であって、
前記スイッチング電源装置は、自装置に供給された交流電力を整流するためのコンデンサを備え、
前記コンデンサの等価直列抵抗に関する所定条件が満たされた場合に、前記充電池への充電を開始させる、制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、スイッチング電源装置及び制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１では、平滑用コンデンサの劣化の予兆を捉えて電源装置の劣化を検知できる劣化検知装置が開示されている。特許文献２では、電解コンデンサの劣化を容易に判別することができる電解コンデンサの劣化検出回路が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－２０１９３４号公報

【特許文献2】特開昭６３－１６５７７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、前述のような従来技術は、コンデンサのＥＳＲ（Equivalent Series Resistance：等価直列抵抗）が高い状態で充電池の充電を開始すると、充電池に印加される電圧の変動幅がリプルの影響によって大きくなり、充電の停止や、充電池の劣化が生じるという問題がある。また、ＥＳＲ又はリプルを減少させるためにコンデンサを追加した場合には、充電池を充電する装置の製造コストが嵩む要因となるという問題がある。

【0005】

本開示の一態様は、前記の問題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成によって、充電池の劣化を抑制しつつ、安定した充電を可能とすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記の課題を解決するために、本開示の態様１に係るスイッチング電源装置は、充電池を充電する直流電力を供給するスイッチング電源装置であって、自装置に供給された交流電力を整流するためのコンデンサを備え、前記コンデンサの等価直列抵抗に関する所定条件が満たされた場合に、前記充電池への充電を開始する。

【0007】

前記の構成によれば、簡易な構成によって、充電池の劣化を抑制しつつ、安定した充電が可能となる。

【0008】

本開示の態様２に係るスイッチング電源装置は、前記の態様１において、前記コンデンサの電極間におけるリプル電圧の値が所定値未満である場合に前記所定条件が満たされたと判定し、前記充電池への充電を開始する構成としてもよい。

【0009】

前記の構成によれば、リプル電圧の値に基づいて前記所定条件を判定し、充電池の劣化を抑制しつつ、安定した充電が可能となる。

【0010】

本開示の態様３に係るスイッチング電源装置は、前記の態様１又は２において、前記充電池への充電を開始する前に、前記コンデンサに蓄えられた電荷を放電する処理を１回以上行う構成としてもよい。

【0011】

前記の構成によれば、コンデンサを充電及び放電することによって、コンデンサの等価直列抵抗を減少させることができる。

【0012】

本開示の態様４に係るスイッチング電源装置は、前記の態様３において、前記コンデンサに接続された第１回路と、前記充電池に接続された第２回路と、前記第１回路から前記第２回路に電力を伝えるトランスとを備え、前記第１回路は、前記充電池を充電するための電流が前記第２回路上を流れない範囲の電圧で、前記トランスに電流が流れるように制御することによって前記コンデンサに蓄えられた電荷を放電する構成としてもよい。

【0013】

前記の構成によれば、トランスにかかる電圧を制御することによって、充電池の充電を行う状態と行わない状態とを切り替えることができる。

【0014】

本開示の態様５に係るスイッチング電源装置は、前記の態様４において、前記第１回路は、スイッチング素子を用いて、前記トランスに電流が流れる時間の割合を制御することによって、前記トランスにかかる電圧を制御する構成としてもよい。

【0015】

前記の構成によれば、スイッチング素子を用いた制御によって、充電池の充電を行う状態と行わない状態とを切り替えることができる。

【0016】

本開示の態様６に係るスイッチング電源装置は、前記の態様４において、前記コンデンサ、前記第１回路、前記第２回路及び前記トランスは、単一の回路基板上に配置されている構成としてもよい。

【0017】

前記の構成によれば、スイッチング電源装置の製造工程を簡略化すること、及び堅牢さを向上させることに寄与する。

【0018】

本開示の態様７に係るスイッチング電源装置は、前記の態様１において、前記コンデンサの温度を計測する温度計測部を更に備え、前記温度計測部が計測した温度が所定値以上である場合に、前記所定条件が満たされたと判定し、前記充電池への充電を開始する構成としてもよい。

【0019】

前記の構成によれば、コンデンサの温度に基づいて前記所定条件を判定し、充電池の劣化を抑制しつつ、安定した充電が可能となる。

【0020】

本開示の態様８に係る制御方法は、充電池を充電する直流電力を供給するスイッチング電源装置を制御する方法であって、前記スイッチング電源装置は、自装置に供給された交流電力を整流するためのコンデンサを備え、前記コンデンサの等価直列抵抗に関する所定条件が満たされた場合に、前記充電池への充電を開始させる、制御方法。

【0021】

前記の方法によれば、充電池の劣化を抑制しつつ、安定した充電が可能となる。

【0022】

本開示の各態様に係るスイッチング電源装置が備える制御装置（制御機構）は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを前記制御装置が備える各部（ソフトウェア要素）として動作させることにより前記制御装置をコンピュータにて実現させる制御装置の制御プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本開示の範疇に入る。

【発明の効果】

【0023】

本開示の一態様によれば、簡易な構成によって、充電池の劣化を抑制しつつ、安定した充電が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】スイッチング電源装置の構成を示すブロック図の一例である。

【図2】ＰＦＣ及びＤＣ／ＤＣコンバータの回路図の一例である。

【図3】各スイッチング素子の両端における電圧値、及びトランスに流れる電流の電流値の一例を示している。

【図4】スイッチング電源装置が実行する処理の流れを示すシーケンス図の一例である。

【図5】バス電圧と充電池に印加される充電電圧との関係を示すグラフの一例、及び電解コンデンサの温度とＥＳＲとの関係を示すグラフの一例である。

【図6】スイッチング電源装置が有する回路を模したシミュレーション回路の一例である。

【図7】図６のシミュレーション回路の各所における電流値及び電圧値を示す波形図の一例である。

【図8】図６のシミュレーション回路の各所における電流値及び電圧値を示す波形図の一例である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本開示の一実施形態について、詳細に説明する。

【0026】

〔１．スイッチング電源装置１の構成〕
図１は、本実施形態に係るスイッチング電源装置１の構成を示すブロック図の一例である。スイッチング電源装置１は、ＥＶ（Electric Vehicle）バッテリー等の充電池を充電するＯＢＣ（On Board Charger）等の充電装置である。スイッチング電源装置１は、スイッチング電源装置１に供給された交流電力を整流し、充電池に対して充電用の直流電力を供給する装置である。

【0027】

図１において、Ｇｒｉｄ３は、交流電力の供給源であって、例えばコンセントである。また、充電池５は、スイッチング電源装置１に接続されたＥＶバッテリーである。

【0028】

スイッチング電源装置１は、制御部（制御装置）１１、ＰＦＣ（Power Factor Correction：力率補正回路）１２、電解コンデンサ１３、インバータ１４、トランス１５、整流部１６、ＡＣフィルタ１７、ＤＣフィルタ１８及び温度計測部１９を備えている。一態様において、スイッチング電源装置１が備える制御部１１等の前記部材は、単一の回路基板上に配置されている。但し、本開示は、制御部１１等の前記部材が単一の回路基板上に配置されている構成を必須とするものではない。

【0029】

制御部１１は、インバータ１４におけるスイッチング制御、並びにＰＦＣ１２、インバータ１４及び整流部１６の各所における電流値及び電圧値の検知等を行う。詳細は後述するが、上述のスイッチング制御とは、インバータ１４が、トランス１５側に流れる直流電流の方向を交互に逆転させる制御を意味する。

【0030】

ＰＦＣ１２は、供給された交流電力に対して、電流と電圧との位相を合わせる力率補正等を行う。また、後述するように、ＰＦＣ１２は、インバータ１４側に流れる電流が一方向となるように制御を行う回路を有している。本開示においては、電流を一方向とする前記の制御を「ダイオード制御」とも呼称する。

【0031】

電解コンデンサ１３は、スイッチング電源装置１に供給された交流電力を整流及び平滑化するために設けられたコンデンサである。本開示においては、電解コンデンサ１３の電極間における電圧Ｖ_ｂｕｓを「バス電圧」とも呼称する。リプルの影響が無いと仮定した場合、後述する充電前処理中において電解コンデンサ１３が充電されたときのバス電圧の値は、Ｇｒｉｄ３が供給する電圧の実効値に√２を乗じた値となる。なお、電解コンデンサが用いられる構成は必須ではなく、他の種類のコンデンサが用いられる構成であってもよい。

【0032】

インバータ１４は、制御部１１による制御に基づいてスイッチング制御を繰り返す。また、インバータ１４は、制御部１１による制御に基づいて、ＰＦＣ１２側から供給された電力を変圧する。

【0033】

トランス１５は、インバータ１４と整流部１６とを絶縁し、トランス１５にかかる電圧が充電池５の電池電圧以下である場合に、整流部１６側において電流が流れないように機能する。換言すると、トランス１５にかかる電圧が充電池５の電池電圧を超える場合に、整流部１６において電流が流れることによって充電池５の充電が行われる。

【0034】

インバータ１４及びトランス１５の前述した構成によって、スイッチング電源装置１は、自装置に接続された充電池５を充電する状態と、充電しない状態とを切り替えることができる。

【0035】

整流部１６は、トランス１５側から流れてきた電流が一方向となるようにダイオード制御を行う回路を有している。当該ダイード制御により、充電池５に対しては一方向の電流が流れることとなる。

【0036】

ＡＣフィルタ１７は、ＰＦＣ１２等において生じ得るスイッチングノイズをＧｒｉｄ３側に伝送させないために設けられたフィルタである。ＤＣフィルタ１８は、整流部１６等において生じ得るスイッチングノイズを充電池５側に伝送させないために設けられたフィルタである。

【0037】

一態様において、ＡＣフィルタ１７及びＤＣフィルタ１８は、ノイズとなる電気的な高周波成分を減衰させるハイカットフィルタである。ＡＣフィルタ１７及びＤＣフィルタ１８は、例えばスイッチング電源装置１が車両に搭載される場合に、スイッチングノイズの影響によって車両のハーネスがアンテナとして機能して電波を発してしまうことを抑制する。なお、ＡＣフィルタ１７及びＤＣフィルタ１８は無くても良い。

【0038】

温度計測部１９は、制御部１１の制御に基づいて電解コンデンサ１３の温度を計測する。なお、スイッチング電源装置１は、温度計測部１９を必ずしも備えておらずともよい。スイッチング電源装置１が温度計測部１９の計測温度を用いる態様については、「４．変形例」において後述する。

【0039】

続いて、前述したダイオード制御及びスイッチング制御について説明する。図２は、ＰＦＣ１２及びＤＣ／ＤＣコンバータ２０の回路図の一例である。なお、図２においては、インバータ１４、トランス１５及び整流部１６を、単一の部材であるＤＣ／ＤＣコンバータ２０としてまとめて図示している。図２の回路図７ａと回路図７ｂとは、互いに異なる時点における同一の回路を示しており、回路上における電流の流れが相違する。回路図７ａ及び回路図７ｂにおいて、回路の配線に沿った矢印は、電流の流れを示している。

【0040】

以下、回路図７ａが示す回路に含まれる回路１２１ａと、回路図７ｂが示す回路に含まれる回路１２１ｂとを特に区別しない場合、その一方又は双方を単に回路１２１と呼称する。回路２０１ａ及び２０１ｂ、並びに回路２０２ａ及び回路２０２ｂについても同様である。また、回路２０１は、インバータ１４が備える回路であって、本開示における第１回路の一例である。回路２０２は、整流部１６が備える回路であって、本開示における第２回路の一例である。

【0041】

ＰＦＣ１２が備える回路１２１、及びＤＣ／ＤＣコンバータ２０が備える回路２０２においては、ダイオード制御が行われ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が備える回路２０１においては、スイッチング制御が行われる。また、図２においては、ダイオード制御又はスイッチング制御に関与しない部分の回路については記載を省略している。

【0042】

回路１２１には、電流を一方向にのみ流すダイオードＡ～Ｄが配置されている。交流電力を供給するＧｒｉｄ３から第１の方向に電流が流れた場合には、回路１２１ａに示すようにダイオードＡ及びＤに電流が流れてダイオードＢ及びＣには電流が流れず、Ｇｒｉｄ３から第２の方向に電流が流れた場合には、回路１２１ｂに示すようにダイオードＢ及びＣに電流が流れてダイオードＡ及びＤには電流が流れない。これにより、ＰＦＣ１２側とＤＣ／ＤＣコンバータ２０側との間においては、常に矢印１２３及び１２４に示す方向に電流が流れる。

【0043】

また、回路２０２においても、回路１２１と同様に説明される。即ち、回路２０２においては、回路２０２ａに示すようにダイオードＩ及びＬに電流が流れてダイオードＪ及びＫに電流が流れない状態と、回路２０２ｂに示すようにダイオードＪ及びＫに電流が流れてダイオードＩ及びＬに電流が流れない状態とが交互に切り替わる。これにより、回路２０２と、回路２０２の右方に隣接する回路との間においては、常に一方向に電流が流れる。回路１２１及び２０２においては、制御部１１がスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ、即ち接続された状態と切断された状態とを切り替えるスイッチング制御を要しない。

【0044】

回路２０１には、スイッチング素子Ｅ～Ｈが配置されている。スイッチング素子Ｅ～Ｈは、制御部１１による制御にしたがって、それぞれＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。具体的には、制御部１１は、回路２０１ａに示すようにスイッチング素子Ｅ及びＨをＯＮにしてスイッチング素子Ｆ及びＧをＯＦＦにする状態と、回路２０１ｂに示すようにスイッチング素子Ｆ及びＧをＯＮにしてスイッチング素子Ｅ及びＨをＯＦＦにする状態とを交互に切り替える。これにより、トランス１５上を流れる直流電流の向きが交互に切り替わる。

【0045】

図３は、各スイッチング素子の両端における電圧値、及びトランス１５に流れる電流Ｉｍの電流値の一例を示している。具体的には、波形図３１～３４は、スイッチング素子Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈの両端における電圧値をそれぞれ示しており、波形図３５は、トランス１５に流れる電流Ｉｍの電流値を示している。

【0046】

各電圧値は、スイッチング素子が閉じているときには、当該スイッチング素子の両端における電圧値は０Ｖとなり、スイッチング素子が開いているときには、当該スイッチング素子の両端における電圧値は約４００Ｖとなっている。図３に示すように、スイッチング素子Ｅとスイッチング素子Ｈとの電圧値は同位相であり、スイッチング素子Ｆ及びＧの電圧値は同位相となっている。また、電流Ｉｍの値は、各スイッチング素子が切り替えられる度に、逆方向に電流が流れていることを示している。

【0047】

なお、回路２０１においてスイッチング制御を行う理由は、トランス１５を飽和させないためと、電解コンデンサ１３を放電させるためである。回路２０１のスイッチング制御によって、電解コンデンサ１３においては、充電と放電とが繰返される。

【0048】

なお、Ｇｒｉｄ３からの交流電流の向きが逆転する周期と、回路２０１において制御部１１がスイッチング素子を切り替える周期とは、一致していることを要しない。換言すると、制御部１１は、Ｇｒｉｄ３からの交流電流の向きが逆転するタイミングとは無関係なタイミングで、スイッチング素子Ｅ～ＨのＯＮ／ＯＦＦを切り替えてもよい。

【0049】

以上、スイッチング電源装置１の構成例について説明した。加えて、スイッチング電源装置１の各部は、以降に説明する処理を行う機能を有する。

【0050】

〔２．スイッチング電源装置１の処理〕
続いて、スイッチング電源装置１が実行する処理の流れの一例について説明する。図４は、スイッチング電源装置１が実行する処理の流れを示すシーケンス図の一例である。図４に示す処理は、Ｇｒｉｄ３からスイッチング電源装置１への電力供給が開始されたときに開始される。

【0051】

Ｓ１０１において、ＰＦＣ１２は、Ｇｒｉｄ３から電解コンデンサ１３に向けて流れる突入電流の大きさを一定範囲に制限する制御を行う。また、制御部１１は、インバータ１４に対して、トランス１５にかかる電圧が充電池５の電池電圧以下である状態を維持しながらスイッチング制御を繰り返す充電前処理の開始を指示する。

【0052】

Ｓ１０２において、整流部１６は、スイッチング電源装置１に接続された充電池５の電池電圧の値を検出する。

【0053】

Ｓ１０３において、インバータ１４は、充電前処理を開始する。充電前処理中においては、整流部１６内では電流は流れていない状態である。充電前処理によって、電解コンデンサ１３において充電と放電とが繰返されて、電解コンデンサ１３の温度が上昇する。つまり、スイッチング電源装置１は、充電前処理において、電解コンデンサ１３に蓄えられた電荷を放電する処理を１回以上行い、電解コンデンサ１３の温度を上昇させる。

【0054】

Ｓ１０４において、制御部１１は、バス電圧の値の検知を開始する。

【0055】

Ｓ１０５において、制御部１１は、電解コンデンサ１３の電極間に生じるリプル電圧の値が、所定値未満であるか否かを判定する。リプル電圧の増大は、バス電圧の変動幅が増大する要因であり、リプル電圧の値は、バス電圧の変動幅から求められる。

【0056】

図５のグラフ群４１は、バス電圧と充電池５に印加される充電電圧との関係を例示しており、グラフ４３は、電解コンデンサ１３の温度とＥＳＲ（Equivalent Series Resistance：等価直列抵抗）との関係を例示している。グラフ群４１において、グラフ４１１及び４１２は、ＥＳＲが小さい場合におけるバス電圧と充電電圧とをそれぞれ示しており、グラフ４１３及び４１４は、ＥＳＲが大きい場合におけるバス電圧と充電電圧とをそれぞれ示している。グラフ群４１の各グラフに示すように、バス電圧と充電電圧とには相関がある。

【0057】

充電電圧は、電池電圧である下限値と、所定の上限値との間の値であることが望ましい。電解コンデンサ１３のＥＳＲが大きい場合、バス電圧及び充電電圧の変動幅が大きくなることによって、充電電圧が上限値を超えて過剰となる場合があり、充電の停止あるいはは充電池５の劣化の要因となる。

【0058】

また、グラフ４３は、電解コンデンサ１３の温度が上昇するほど、ＥＳＲが低下することを例示している。より詳細には、ＥＳＲは、一定温度までは急峻に低下し、一定温度からは緩やかに低下する。Ｓ１０５の判定に用いられる所定値は、この一定温度に応じて設定される構成であってもよい。

【0059】

以上を踏まえると、Ｓ１０５の判定は、充電電圧が安定するように電解コンデンサ１３が温まってＥＳＲが十分に低減したか否かの判定であるとも換言できる。

【0060】

Ｓ１０５において、制御部１１は、リプル電圧の値が所定値未満であると判定した場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、インバータ１４に対して、充電前処理の停止を指示する。ここで、リプル電圧の値が所定値未満であることは、電解コンデンサ１３のＥＳＲに関する所定条件が満たされることの一例である。

【0061】

一方で、制御部１１は、リプル電圧の値が所定値以上であると判定した場合（Ｓ１０５：ＮＯ）、リプル電圧の値が所定値未満になるまで、Ｓ１０５の判定を継続する。

【0062】

Ｓ１０６において、インバータ１４は、充電前処理を停止する。

【0063】

Ｓ１０７において、制御部１１は、インバータ１４に対して、充電池５に対する充電処理の開始を指示する。

【0064】

Ｓ１０８において、インバータ１４は、トランス１５にかかる電圧が充電池５の電池電圧を超えるように制御して充電処理を開始する。換言すると、インバータ１４は、後述するデューティー比が所定値を超えるようにスイッチング制御を行い、充電処理を開始する。これにより、整流部１６において電流が流れることによって充電池５の充電が開始される。Ｓ１０５～Ｓ１０８の処理は、電解コンデンサ１３のＥＳＲに関する所定条件が満たされた場合に、充電池５への充電を開始する制御が行われることを示している。また、充電処理は、通常、充電池５が満タンになった場合に終了する。

【0065】

スイッチング電源装置１によれば、ＥＳＲ又はリプルを減少させるための電解コンデンサを追加することなく、簡易な構成によって、充電池の劣化を抑制しつつ、安定した充電が可能となるという効果を奏する。また、低温時に特に高いＥＳＲを有する、性能が良くない電解コンデンサであっても、前記効果に寄与することが可能となる。

【0066】

〔３．スイッチング電源装置１における電流および電圧〕
続いて、スイッチング電源装置１上の各所における電流及び電圧、並びに充電前処理等について補足する。図６は、スイッチング電源装置１が有する回路を模したシミュレーション回路の一例である。図７は、図６のシミュレーション回路の各所における電流値及び電圧値を示す波形図の一例である。

【0067】

図６及び図７において「Ｖ_ａｃ」は、Ｇｒｉｄ３に対応する交流電源Ｖ_ａｃ、又は当該交流電源Ｖ_ａｃから供給される電力の電圧値を示している。「Ｖ_ｂａｔ」は、充電池５に対応する「高電圧バッテリー」の電池電圧を示している。「Ｄｕｔｙ」は、トランス１５に対応するトランスＴｒに電流が流れる時間の割合を示すデューティー比を示している。「Ｃ_ｂｕｓ」は、電解コンデンサ１３に対応する電解コンデンサＣ_ｂｕｓを示している。図７に示すように、波形図群５１に対応するデータと、波形図群５２に対応するデータとでは、Ｖ_ｂａｔの電池電圧、及びデューティー比が互いに異なる。

【0068】

また、波形図群５１及び５２において、波形図５１１及び５２１は、各スイッチング素子に対応するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）の信号波形を示している。具体的には、波形図５１１及び５２１の波形は、上から順にスイッチング素子Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈにそれぞれ対応するＰＷＭの信号波形を示している。

【0069】

波形図５１１と波形図５２１とを比較すると、（１）スイッチング素子Ｅに対応する上から１番目の波形と、スイッチング素子Ｈに対応する４番目の波形との位相差、及び（２）スイッチング素子Ｆに対応する２番目の波形と、スイッチング素子Ｇに対応する３番目の波形との位相差が、波形図５１１の方が小さい。これは、波形図５１１に対応するＰＷＭを用いた制御の方が、波形図５２１に対応するＰＷＭを用いた制御よりも、トランスＴｒに電流が流れる時間が長く、デューティー比が大きい値となることに対応する。

【0070】

波形図５１２及び５２２は、電解コンデンサＣ_ｂｕｓに流れる電流の電流値を示している。前記電流値の変動に示すように、電解コンデンサＣ_ｂｕｓは、充電と放電とを繰り返すことによって温度が上昇する。波形図５１３及び５２３は、バス電圧の電圧値であって、電圧計４５によって計測された電圧値を示している。波形図５１４及び５２４は、高電圧バッテリーの電池電圧を示している。波形図５１５及び５２５は、トランスＴｒに流れる電流の電流値であって、電流計４６によって計測された電流値を示している。

【0071】

電解コンデンサＣ_ｂｕｓに流れる電流の電流値、バス電圧の電圧値、トランスＴｒを流れる電流の電流値、及びトランスＴｒにかかる電圧の電圧値は、デューティー比に応じた値となる。即ちこれらの各値は、インバータ１４に相当する回路が、前述した位相差をどのようにしてスイッチング制御を行うのかに依存する。つまり、インバータ１４は、スイッチング素子を用いて、トランス１５に電流が流れる時間の割合を制御することによってトランス１５にかかる電圧等を制御する。

【0072】

波形図５１６及び５２６は、整流部１６に相当する回路上を流れる、電流計４７によって計測された電流値であって、高電圧バッテリーを充電するための電流の電流値を示している。前記電流値は０Ａである。別の側面から言えば、波形図群５１及び５２に対応するデータが、充電処理中のデータではなく、充電前処理中のデータであることを意味している。

【0073】

また、スイッチング電源装置１は、充電前処理中においては、トランス１５にかかる電圧が充電池５の電池電圧以下である状態を維持するように、つまりデューティー比が所定値以下なるようにスイッチング制御を行う。

【0074】

図２を参照して説明したように、スイッチング電源装置１は、電解コンデンサ１３に接続された回路２０１と、充電池５に接続された回路２０２と、回路２０１から回路２０２に電力を伝えるトランス１５とを備えている。充電前処理中において、回路２０１は、充電池５を充電するための電流が回路２０２上を流れない範囲の電圧で、トランス１５に電流が流れるように制御することによって電解コンデンサ１３に蓄えられた電荷を放電する。一方で、スイッチング電源装置１は、充電処理中においては、トランス１５にかかる電圧が充電池５の電池電圧を超える状態を維持するように、つまりデューティー比が所定値を超えるようにスイッチング制御を行う。

【0075】

図８は、図７と同様に、図６のシミュレーション回路の各所における電流値及び電圧値を示す波形図の一例である。ただし、図７のデータが、電解コンデンサＣ_ｂｕｓのＥＳＲが１．０Ωであるときのデータであることに対して、図８のデータは、電解コンデンサＣ_ｂｕｓのＥＳＲが０．１Ωであるときのデータである。換言すると、図８は、図７のデータと比較して、電解コンデンサＣ_ｂｕｓの温度が十分に高い場合における電流値及び電圧値のデータを示している。

【0076】

図８の波形図５１３ａ及び５２３ａに示す波形の変動幅は、図７の波形図５１３及び５２３に示す波形の変動幅よりも大幅に小さいものとなっている。これは、前述した通り、ＥＳＲの値とリプル電圧の値との間には、相関があるためである。

【0077】

一例として、図７及び図８に示すデータを、前述したＳ１０５の判定に適用するものとすると、バス電圧が波形図５１３又は５２３に示す電圧値である場合、Ｓ１０５において「ＮＯ」の判定が行われる。一方で、バス電圧が波形図５１３ａ又は５２３ａに示す電圧値である場合、Ｓ１０５において「ＹＥＳ」の判定が行われる。Ｓ１０５において「ＹＥＳ」の判定が行われた場合、インバータ１４は、デューティー比が所定値以上となるようにスイッチング制御を行い、充電処理を開始する。

【0078】

また、充電前処理中と充電処理中とのそれぞれのデューティー比は、交流電源と電池電圧との各電圧値に応じて、制御部１１が、図示しない記憶部に格納されたテーブル等を参照して設定する構成であってもよい。或いは制御部１１が、インバータ１４と整流部１６とを流れる電流のそれぞれの電流値を参照してデューティー比を設定するフィードバック制御を行う構成であってもよい。

【0079】

なお、ＰＦＣ１２、インバータ１４及び整流部１６の各回路構成は、図２及び図６に示す構成に限定されない。例えば、スイッチング電源装置１は、ダイオードブリッジＰＦＣ或いはハーフブリッジコンバータを備える構成であってもよい。また、バス電圧を変圧する制御は、前述したスイッチング制御に限定されず、周波数制御或いはＰＷＭ制御を用いる構成であってもよい。

【0080】

〔４．変形例〕
続いて、スイッチング電源装置１の変形例について説明する。「２．スイッチング電源装置１の処理」においては、電解コンデンサ１３のＥＳＲに関する所定条件の判定においてリプル電圧を用いる構成について説明したが、電解コンデンサ１３の計測温度に基づいて所定条件の判定を行う構成であってもよい。なお、電解コンデンサ１３の周辺の計測温度に基づいて所定条件の判定を行う場合も前記構成と同等である。

【0081】

本変形例の構成では、図４のＳ１０５に相当する処理において、温度計測部１９が計測した温度が所定値以上である場合に、制御部１１が、所定条件が満たされたと判定し、続いてＳ１０６からの処理が実行されて充電池５への充電が開始される。

【0082】

本変形例の構成によれば、電解コンデンサ１３の温度に基づいて所定条件を判定し、充電池の劣化を抑制しつつ、安定した充電が可能となる。

【0083】

〔５．ソフトウェアによる実現例〕
スイッチング電源装置１の制御部１１（以下、「装置」と呼ぶ）の機能は、当該装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、当該装置の各制御ブロックとしてコンピュータを機能させるためのプログラムにより実現することができる。

【0084】

この場合、前記装置は、前記プログラムを実行するためのハードウェアとして、少なくとも１つの制御装置（例えばプロセッサ）と少なくとも１つの記憶装置（例えばメモリ）を有するコンピュータを備えている。この制御装置と記憶装置により前記プログラムを実行することにより、前記各実施形態で説明した各機能が実現される。

【0085】

前記プログラムは、一時的ではなく、コンピュータ読み取り可能な、１または複数の記録媒体に記録されていてもよい。この記録媒体は、前記装置が備えていてもよいし、備えていなくてもよい。後者の場合、前記プログラムは、有線または無線の任意の伝送媒体を介して前記装置に供給されてもよい。

【0086】

また、前記各制御ブロックの機能の一部または全部は、論理回路により実現することも可能である。例えば、前記各制御ブロックとして機能する論理回路が形成された集積回路も本開示の範疇に含まれる。

【0087】

本開示は前述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0088】

１ スイッチング電源装置
５ 充電池
１１ 制御部
１２ ＰＦＣ
１３、Ｃ_ｂｕｓ 電解コンデンサ
１４ インバータ
１５、Ｔｒ トランス
１６ 整流部
１７ ＡＣフィルタ
１８ ＤＣフィルタ
１９ 温度計測部
２０ ＤＣ／ＤＣコンバータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】