JP5993734B2 - 充電装置 - Google Patents

Description

本発明は、充電装置に関し、特に、充電対象のバッテリの容量が大きい場合であっても、定電流を流しながら急速充電することができる充電装置に関する。

近年、電気自動車やプラグインハイブリッド自動車に搭載されるバッテリを充電する充電装置においては、チャデモ（ＣＨＡｄｅＭＯ、ＣＨＡｒｇｅ ｄｅ ＭＯｖｅ）と呼ばれる規格で、充電方式の規格化が進められている。かかるチャデモ規格では、急速充電器において、最大電圧を５００Ｖ、最大電流を１２５Ａ、及び最大電力を５０ｋＷに設定することが規定されている。この際、急速充電器は、一般的に、１４０Ａの通電能力を有する充電ケーブル及び充電コネクタを介して電気自動車等に接続され、２００Ｖ及び約５５ｋＷの３相交流を入力電流とし、これを直流電流に変換した後、その直流電流を充電ケーブル及び充電コネクタを介して電気自動車に供給して、電気自動車に搭載されているバッテリ（２次電池）を充電する。また、かかる充電ケーブル及び充電コネクタは、給電線と信号線とからなり、信号線は、車輌及び充電装置間の通信線、並びに充電装置内の通信線とからなる。

ここで、電気自動車が乗用車等である場合には、８ｋＷｈから２４ｋＷｈ程度の容量を有する２次電池が搭載されている。かかる２次電池を急速充電器で満充電の８０％の状態まで充電するためには、例えば、８ｋＷｈの容量の２次電池の場合には約１５分、１６ｋＷｈの容量の２次電池の場合には約３０分、及び２４ｋＷｈの容量の電池の場合には約４５分を要している。

また、電気自動車が電動バスや電動トラック等の大型車である場合には、３２ｋＷｈから４８ｋＷｈ程度の容量を有する２次電池が搭載されている。従って、かかる２次電池の容量は、乗用車等におけるものに比べて大きくなり、その充電時間もより長くなる。例えば、かかる２次電池を急速充電器で満充電の８０％の状態まで充電するためには、例えば、３２ｋＷｈの容量の電池の場合には約６０分、及び４８ｋＷｈの容量の電池の場合には約９０分を要している。

かかる状況下で、特許文献１は、大型二次電池の充電方法及びシステムに関し、多数のセル１２から構成される電池モジュール１１が複数個並列に接続されている大型二次電池１を、充電装置２で充電する大型二次電池の充電方法において、複数の充電装置で大型二次電池を充電するものとし、少なくとも１つの電池モジュールと他の電池モジュールとの並列接続を切り離して大型二次電池を複数組に分けた上で、各組の電池モジュールを異なる充電装置で個別に充電する構成を開示する。

また、特許文献２は、急速充電システムに関し、充電判定手段１６により均等充電制御手段１７での均等充電で満充電できると判定されたときは、均等充電制御手段１７は、使用中の充電口に接続された電気自動車に対し所定周期で順繰りに満充電になるまで均等に充電し、充電判定手段１６により均等充電制御手段１７での均等充電では出庫予定時刻までに満充電できないと判定されたときは、優先充電制御手段１８は、出庫予定時刻が指定された電気自動車に対して優先して充電する構成を開示する。

更に、かかるチャデモ規格では、充電装置と電気自動車側の充電コネクタとを電気的に接続する充電ケーブルの極間耐量が５００Ｖである場合には、５００Ｖ±２５Ｖの電圧範囲内で充電ケーブルの絶縁試験（耐圧試験）を行い、充電ケーブルの安全性を確認した後
に充電を開始することが定められている。このような背景から、充電ケーブルの絶縁試験を行う絶縁試験装置が、提案されるようにもなっている。

特許文献３は、絶縁試験装置に関し、充電ケーブル１３ａ、１３ｂに絶縁試験用の電圧を印加して平滑コンデンサＣを充電した後に平滑コンデンサＣの電圧を測定し、平滑コンデンサＣの電圧と充電ケーブル１３ａ、１３ｂの絶縁が正常であるときの電圧基準信号とを比較することによって、充電ケーブル１３ａ、１３ｂの絶縁が正常であるか否かを判定する構成を開示する。

特開２０１１−７２０８４号公報 特開２０１２−５５０２８号公報 特開２０１１−３８８９８号公報

しかしながら、本発明者が検討するところでは、特許文献１が開示する構成においては、大型二次電池の充電方法及びシステムが開示されるものではあるが、２台の充電装置を用いて大型二次電池を充電するため、スイッチのオン及びオフや非常停止等を個々の充電装置に対して行う必要があるので、操作が煩雑となる傾向が考えられる。

また、特許文献１が開示する構成においては、２台の充電装置を個別に制御するために、複数の監視モジュールを用いて１台の電気自動車を充電することが必要であるので、充電装置間で制御及び特性に差が生じ、動作が不安定になる傾向が考えられる。

更に、特許文献１が開示する構成においては、２台の充電装置を用いて充電するため、電源コントローラ及び筐体等が２個ずつ必要になるので、部品点数が増えて製造工程が長くなり、製品が高価になる傾向が考えられる。

また、本発明者が検討するところでは、特許文献２が開示する構成においては、充電口は複数あるものの、充電装置自体は１台であるので、充電する際の最大電流を増加させるには自ずと限界があるものと考えられる。

ここで、本発明者が検討するところでは、電動バスに対しては、駐車場での一時的な停車時間である数分程度での充電を要求される場合があるが、このように短時間で大容量のバッテリを急速充電するために、例えば、充電時の最大電流を２５０Ａに設定した場合、電動バスに接続する充電ケーブル及び充電コネクタも２５０Ａに対応した大きさにする必要がある。つまり、かかる場合に、各１個の充電ケーブル及び充電コネクタのみを用いる場合には、これらが重くなり、かつ、特殊な構成となって、取り扱い難い上に高価になる等の傾向も考えられる。

また、本発明者が検討するところでは、特許文献３が開示する構成においては、あくまでも充電ケーブルの絶縁試験装置のみが開示され、バッテリを充電する構成については何等の開示や示唆がなされていないものである。

更に、本発明者が検討するところでは、バッテリの充電装置に充電ケーブルの絶縁試験機能を付加しようとした場合には、以下のような傾向があることが分かった。

すなわち、チャデモ規格では、バッテリの充電電圧は、５０ｋＷ機に対しては４００Ｖ
（１２５Ａの直流電流の適用時）又は５００Ｖ（１００Ａの直流電流の適用時）と定められると共に、例えばバッテリの充電電圧が５００Ｖの場合に絶縁試験を行う際には、５００Ｖ±２５Ｖの電圧を充電ケーブルに印加することが定められている。ところが、充電装置は、一般的に、電気自動車側からの充電電流指令に従いながら、定電流の充電電流で充電するような制御がなされる構成を有するために、絶縁試験時における充電ケーブルへの印加電圧を直接的に一定値に制御することは難しい。このため、かかる充電装置では、交流電源からの交流電流を直流電流に変換するコンバータの後段に設けられた平滑コンデンサの設定電圧を下げることによって、絶縁試験時における充電ケーブルへの印加電圧が５００Ｖ±２５Ｖの範囲内に入るように調整することが考えられる。

しかしながら、平滑コンデンサの設定電圧の下限を、その前段の交流電流を直流電流に変換するコンバータの出力電圧との兼ね合いで設定し、かつ、平滑コンデンサの後段に設けられる変圧器における１次コイルと２次コイルとの巻き数比を、種々の使用上の余裕代を与えながら５００Ｖのバッテリの充電電圧を実現するように設定しても、充電ケーブルへの印加電圧は、５００Ｖ±２５Ｖの範囲を超えてしまう傾向にある。また、変圧器における１次コイルと２次コイルとの巻き数比には実用的に設定できる限界があり、変圧器の巻き数比を現実的な値に設定した場合には、充電ケーブルへの印加電圧はより増加するから、充電ケーブルへの印加電圧を５００Ｖ±２５Ｖの範囲内に収めるのはなおさら困難な傾向が強い。

従って、現状では、チャデモ規格に則って、定電流を流しながら充電対象の大容量のバッテリを急速充電する機能と、充電装置側とバッテリ側とを電気的に接続する充電ケーブルの絶縁試験を行う機能と、を両立した新規な構成の充電装置を実現することが待望された状況にある。

本発明は、以上の検討を経てなされたもので、簡便な構成で、定電流を流しながら充電対象の大容量のバッテリを急速充電する機能と、充電装置側とバッテリ側とを電気的に接続する充電ケーブルの絶縁試験を行う機能と、を両立した充電装置を提供することを目的とする。

以上の目的を達成すべく、本発明は、充電ケーブルを介してバッテリを充電すると共に、前記充電ケーブルの絶縁試験を行う充電装置であって、前記充電ケーブル、前記充電ケーブルを介して前記バッテリに接続するとともに、前記充電ケーブルの一対の導線間に接続されたコンデンサ、前記コンデンサに並列に接続された抵抗、及び前記抵抗に直列に接続された断続器を各々備える複数の充電ユニットと、前記複数の充電ユニットの各々における前記バッテリの充電動作及び前記充電ケーブルの絶縁試験動作を制御する制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記断続器をオフ状態に切り換えて、直流電流を、前記充電ケーブルを介して、前記バッテリに流して前記バッテリを充電する一方で、前記断続器をオン状態に切り換えて前記抵抗に直流電流を流すことに起因して、前記抵抗で生じる電圧降下に対応した電圧を前記コンデンサに印加することにより、前記コンデンサを蓄電させた後、前記断続器をオフ状態に切り換えて、前記コンデンサの電圧を前記充電ケーブルの前記一対の導線間に印加することにより、前記充電ケーブルを介して前記コンデンサを放電させながら前記充電ケーブルに放電電流を流して、前記充電ケーブルの絶縁試験を行うことを第１の局面とする充電装置である。

また、本発明の充電装置は、かかる第１の局面に加えて、前記制御回路は、前記コンデンサが放電する際における前記コンデンサの放電の時定数が調整された放電電圧の経時変化特性に基づいて、前記充電ケーブルの絶縁状態を判別することを第２の局面とする。

また、本発明の充電装置は、かかる第１又は第２の局面に加えて、前記複数の充電ユニットの各々は、更に、前記抵抗と前記コンデンサとの間に、前記コンデンサの前記放電電流が前記抵抗に流入することを防ぐ逆電流阻止用ダイオードを備え、前記断続器は、電磁継電器であることを第３の局面とする。

また、本発明の充電装置は、かかる第１又は第２の局面に加えて、前記断続器は、半導体スイッチング素子であることを第４の局面とする。

また、本発明の充電装置は、かかる第１から第４のいずれかの局面に加えて、前記制御回路は、前記直流電流の検出電流値と前記コンデンサの検出電圧値とに基づいて、前記直流電流が定電流になるように制御することを第５の局面とする。

また、本発明の充電装置は、かかる第１から第５のいずれかの局面に加えて、前記複数の充電ユニットの各々は、前記交流電流を変換して前記直流電流を得るように互いに並列に接続された複数の単相用充電回路を有し、前記制御回路は、前記複数の単相用充電回路のうちの一部の単相用充電回路であって前記コンデンサ、前記抵抗及び前記断続器を備えたものを用いて、前記絶縁試験を行うことを第６の局面とする。

本発明の第１の局面における構成によれば、充電ケーブル、充電ケーブルを介してバッテリに接続するとともに、充電ケーブルの一対の導線間に接続されたコンデンサ、コンデンサに並列に接続された抵抗、及び抵抗に直列に接続された断続器を各々備える複数の充電ユニットと、複数の充電ユニットの各々におけるバッテリの充電動作及び充電ケーブルの絶縁試験動作を制御する制御回路と、を備え、制御回路が、断続器をオフ状態に切り換えて、直流電流を、充電ケーブルを介して、バッテリに流してバッテリを充電する一方で、断続器をオン状態に切り換えて抵抗に直流電流を流すことに起因して、抵抗で生じる電圧降下に対応した電圧をコンデンサに印加することにより、コンデンサを蓄電させた後、断続器をオフ状態に切り換えて、コンデンサの電圧を充電ケーブルの一対の導線間に印加することにより、充電ケーブルを介してコンデンサを放電させながら充電ケーブルに放電電流を流して、充電ケーブルの絶縁試験を行うことにより、簡便な構成で、定電流を流しながら充電対象の大容量のバッテリを急速充電する機能と、充電装置側とバッテリ側とを電気的に接続する充電ケーブルの絶縁試験を行う機能と、を両立することができ、併せて、充電対象が小容量のバッテリであっても、必要な個数の充電ユニットを用いることにより、それを急速充電する機能と、対応する充電ケーブルの絶縁試験を行う機能と、を両立することができる。

本発明の第２の局面における構成によれば、制御回路が、コンデンサが放電する際におけるコンデンサの放電の時定数が調整された放電電圧の経時変化特性に基づいて、充電ケーブルの絶縁状態を判別することにより、コンデンサに放電時間調整用の抵抗を付加するという簡便な構成を採用しながら、充電ケーブルの絶縁試験を正確に行うことができる。

本発明の第３の局面における構成によれば、複数の充電ユニットの各々が、更に、抵抗とコンデンサとの間に、コンデンサの放電電流が抵抗に流入することを防ぐ逆電流阻止用ダイオードを備え、断続器が、電磁継電器であることにより、コンデンサの放電時にコンデンサの放電電流が抵抗に流入することを確実に防ぐことができ、充電ケーブルの絶縁試験を正確に行うことができる。

本発明の第４の局面における構成によれば、断続器が、半導体スイッチング素子であることにより、コンデンサの放電時にコンデンサの放電電流が抵抗に流入することを確実に防ぐことができ、充電ケーブルの絶縁試験を正確に行うことができ、逆電流阻止用ダイオ
ードを省略した簡素な構成を実現することができる。

本発明の第５の局面における構成によれば、制御回路が、直流電流の検出電流値とコンデンサの検出電圧値とに基づいて、直流電流が定電流になるように制御することにより、直流電流を検出する際に用いる電流計の計測特性においてドリフトが発生したとしてもその影響を低減することができ、抵抗に流れる電流をより正確に制御してコンデンサの放電電圧をより正確に設定することができる。

本発明の第６の局面における構成によれば、複数の充電ユニットの各々が、交流電流を変換して直流電流を得るように互いに並列に接続された複数の単相用充電回路を有し、制御回路は、複数の単相用充電回路のうちの一部の単相用充電回路であってコンデンサ、抵抗及び断続器を備えたものを用いて、絶縁試験を行うことにより、直流電流を検出する際に用いる電流計の定格を下げることができ、抵抗に流れる電流をより正確に制御してコンデンサ１１の放電電圧をより正確に設定することができる。

本発明の第１の実施形態における充電装置の構成を示すブロック図である。 本実施形態における充電装置の充電ユニットの構成を示す回路図である。 本実施形態の変形例においてバッテリを充電する状態を示す図である。 本発明の第２の実施形態における充電装置の充電ユニットの構成を示す回路図である。 本発明の第３の実施形態における充電装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態における充電装置の充電ユニットの構成を示す回路図である。 本発明の第５の実施形態における充電装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第５の実施形態における充電装置の充電ユニットの構成を示す回路図である。

以下、本発明の各実施形態における充電装置につき、図面を適宜参照して、詳細に説明する。

（第１の実施形態）
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施形態における充電装置の構成について、詳細に説明する。

図１は、本実施形態における充電装置１００の構成を示すブロック図である。なお、図１では、充電装置１００と共に交流電源１及び車両１５０をも示す。

図１に示すように、本実施形態における充電装置１００は、複数の充電ケーブル１４の各々の先端に設けられている充電コネクタＣＷと、車両１５０側の複数の充電コネクタＣＶの内の対応するものと、が接続されることにより、車両１５０に搭載されている３２ｋＷｈから４８ｋＷｈ程度の大容量で単一のバッテリ１５１に対して電気的に接続される。充電装置１００は、バッテリ１５１を急速に充電すると共に、このように充電するにあたり、典型的には樹脂製の外皮中に互いに絶縁された正極側及び負極側の一対の導線を有し、充電コネクタＣＶを介して車両１５０側の充電コネクタＣＶと電気的に接続される充電ケーブル１４の絶縁試験を行うものである。ここで、単一のバッテリとは、単一の収容容器内に電極板等の構成要素が収容されたバッテリを意味する。

かかる充電装置１００は、交流電源１に電気的に接続されて、単一のコントローラであ
る制御回路１０１及び複数の充電ユニット１０２を備え、これらは単一の筐体Ｃ内に収容されている。複数の充電ユニット１０２の各々の充電ケーブル１４は、筐体Ｃ外に延出する。車両１５０側の複数の充電コネクタＣＶからの各電気配線は、纏められてバッテリ１５１における図示を省略する正の電極端子及び負の正極端子に電気的に接続される。なお、以下、電気的に接続という文言は、単に接続と簡略化して表記する場合がある。

制御回路１０１は、複数の充電ユニット１０２の各々に接続し、複数の充電ユニット１０２のバッテリ１５１に対する充電動作及び充電ケーブル１４に対する絶縁試験動作を含む充電装置１００全体の動作を制御するためのもので、かかる制御に関し充電装置１００における単一のコントローラである。なお、通信線に関しては、制御回路１０１と複数の充電ユニット１０２の各々とは対応する通信線で接続され、制御回路１０１と車両１５０側とは、少なくとも１本の充電ケーブル１４内に配策される通信線で接続される。制御回路１０１の具体的な構成については後述する。

複数の充電ユニット１０２の各々は、８ｋＷｈから２４ｋＷｈ程度の容量を有する２次電池の充電用に同一構成を有するもので、制御回路１０１の制御に従って動作する。

次に、図２を参照して、本実施形態における各充電ユニット１０２の構成について、詳細に説明する。

図２は、本実施形態における各充電ユニット１０２の構成を示す回路図である。なお、図２では、かかる充電ユニット１０２と共に、交流電源１、並びに車両１５０側のコンタクタ１５、バッテリ１５１及び充電コネクタＣＶをも示す。

図２に示すように、本実施形態における充電ユニット１０２は、交流電源１に電気的に接続されて、コンタクタ２、リアクトル３、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）コンバータ４、コンデンサ５、インバータブリッジ６、変圧器７、ダイオードブリッジ８、リアクトル９、電流計１０、コンデンサ１１、抵抗１２、ダイオード１３、充電ケーブル１４、電圧制御回路１７、ＰＷＭ制御回路１８、電流制御回路２１、ＰＷＭ制御回路２２、抵抗２３、リレー２４、及びダイオード２５を備えている。なお、電圧制御回路１７、ＰＷＭ制御回路１８、電流制御回路２１、及びＰＷＭ制御回路２２は、構成の簡便上は単一基板上に配設されることが好ましい。

制御回路１０１（図２では、図示省略）は、ＰＷＭコンバータ４の駆動制御用の基準電圧値を含む制御信号を電圧制御回路１７に入力すると共に、ダイオードブリッジ８の駆動制御用の基準電流値を含む制御信号を電流制御回路２１に入力することにより、対応して電圧制御回路１７、ＰＷＭ制御回路１８、電流制御回路２１及びＰＷＭ制御回路２２の動作を制御することを介してＰＷＭコンバータ４のスイッチング動作及びダイオードブリッジ８のスイッチング動作を制御するのみならず、コンタクタ２の断続切り換え動作及びリレー２４の断続切り換え動作を制御して、充電ユニット１０２における充電動作及び絶縁試験動作を制御する。

交流電源１は、典型的には商用の３相交流電源であり、Ｕ相の入力線ＬＵ、Ｖ相の入力線ＬＶ及びＷ相の入力線ＬＷを介して、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３相からなる３相交流電流を充電ユニット１０２に入力する。

Ｕ相の入力線ＬＵ、Ｖ相の入力線ＬＶ及びＷ相の入力線ＬＷの各々においては、コンタクタ２Ｕ、２Ｖ、２Ｗ及びリアクトル３が順次設けられ、これらを介して、その後段に設けられたＰＷＭコンバータ４に３相交流電流が入力される。

コンタクタ２は、３相の交流電源１に対応して、コンタクタ２Ｕ、２Ｖ、２Ｗを有する。コンタクタ２Ｕ、２Ｖ、２Ｗは、各々、交流電源１からの３相交流電流における対応する相の交流電流を断続する断続器であり、典型的には電磁接触器である。

リアクトル３は、各々、ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｅ Ｃｕｒｒｅｎｔ）リアクトルであり、コンタクタ２を介して入力される３相交流電流における対応する相の交流電流に含まれる高周波成分を低減してＰＷＭコンバータ４に入力し、その交流電流における力率の改善をする。

ＰＷＭコンバータ４は、リアクトル３を介して入力される３相交流電流を直流電流に変換するコンバータであり、典型的にはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）とダイオードとの組み合わせによって構成され、ＰＷＭ制御回路１８からの駆動信号に従ってＰＷＭ駆動制御されてスイッチング動作することによってかかる交流電流を直流電流に変換する。

具体的は、ＰＷＭコンバータ４は、いずれも同じ回路構成であるスイッチング回路４Ｕ、４Ｖ及び４Ｗを、対応して前段回路、中段回路及び後段回路として備える。スイッチング回路４Ｕ、４Ｖ及び４Ｗは、各々、いずれも逆電流防止用のダイオードを伴って直列に接続された２つのＩＧＢＴを備える。

スイッチング回路４Ｕにおいては、２つのＩＧＢＴのエミッタ及びコレクタ間にリアクトル３を介したＵ相交流電流が入力され、かかるＩＧＢＴのゲートには、各々、ＰＷＭ制御回路１８が接続される。同様に、スイッチング回路４Ｖにおいては、２つのＩＧＢＴのエミッタ及びコレクタ間にリアクトル３を介したＶ相交流電流が入力され、かかるＩＧＢＴのゲートには、各々、ＰＷＭ制御回路１８が接続される。スイッチング回路４Ｗにおいては、２つのＩＧＢＴのエミッタ及びコレクタ間にリアクトル３を介したＷ相交流電流が入力され、かかるＩＧＢＴのゲートには、各々、ＰＷＭ制御回路１８が接続される。

コンデンサ５は、典型的には電解コンデンサである大容量の平滑コンデンサであり、コンデンサ５の正電位側は、スイッチング回路４Ｕ、４Ｖ及び４Ｗにおける一方のＩＧＢＴのコレクタに各々接続されると共に、コンデンサ５の負電位側は、スイッチング回路４Ｕ、４Ｖ及び４Ｗにおける他方のＩＧＢＴのエミッタに各々接続されて、ＰＷＭコンバータ４からの直流電流を平滑化して一定にする。

併せて、コンデンサ５の正電位側は、電圧制御回路１７に接続され、対応して電圧制御回路１７は、コンデンサ５の正電位側の電圧を検出する。

よって、ＰＷＭコンバータ４においては、その駆動制御用の基準電圧値を含む制御信号を電圧制御回路１７に入力する制御回路１０１の制御の下で、電圧制御回路１７及びＰＷＭ制御回路１８により、所定の直流電流を出力するように制御回路１０１から与えられた基準電圧値及びコンデンサ５の検出電圧値に応じたフィードバックＰＷＭ駆動制御がなされる。つまり、電圧制御回路１７は、コンデンサ５の検出電圧値を制御回路１０１から与えられた基準電圧値に収束させるような制御信号をＰＷＭ制御回路１８に入力し、対応してＰＷＭ制御回路１８は、かかる制御信号に従ってＰＷＭコンバータ４をスイッチング動作させる駆動信号をＰＷＭコンバータ４に入力する。そして、ＰＷＭコンバータ４は、かかる駆動信号に従ってスイッチング動作して、コンデンサ５の検出電圧値、つまりＰＷＭコンバータ４の出力電圧値を基準電圧値に収束させていく。

インバータブリッジ６は、コンデンサ５を介して入力される直流電流を交流電流に変換するインバータであり、典型的にはＩＧＢＴとダイオードとの組み合わせによって構成さ
れる。インバータブリッジ６は、ＰＷＭ制御回路２２からの駆動信号に従ってＰＷＭ駆動制御されてスイッチング動作することにより、かかる直流電流を所定の高周波の交流電流に変換する。

具体的には、インバータブリッジ６は、いずれも同じ回路構成であるスイッチング回路６Ｆ及び６Ｒを、対応して前段回路及び後段回路として備える。スイッチング回路６Ｆ及び６Ｒは、各々、いずれも逆電流防止用のダイオードを伴って直列に接続された２つのＩＧＢＴを備える。スイッチング回路６Ｆ及び６ＲのＩＧＢＴのゲートには、各々、ＰＷＭ制御回路２２が接続される。

変圧器７は、典型的には絶縁トランスである変圧器であり、インバータブリッジ６を介して入力される交流電流を所定の電圧に変圧する。変圧器７は、インバータブリッジ６からの交流電流は所定の高周波に変換されているので、小型の変圧器として構成される。

具体的には、変圧器７は、１次コイル７Ｆ及びこれに対向した２次コイル７Ｓを備える。１次コイル７Ｆの一端は、スイッチング回路６Ｆの２つのＩＧＢＴのエミッタ及びコレクタ間に接続されると共に、１次コイル７Ｆの他端は、スイッチング回路６Ｒの２つのＩＧＢＴのエミッタ及びコレクタ間に接続される。

ダイオードブリッジ８は、変圧器７を介して入力される交流電流を直流電流に変換するコンバータであり、典型的には複数のダイオードの組み合わせによって構成され、２次コイル７Ｓからの交流電流を直流電流に変換する。

具体的には、ダイオードブリッジ８は、いずれも同じ回路構成であるダイオード回路８Ｆ及び８Ｒを、対応して前段回路及び後段回路として備える。ダイオード回路８Ｆ及び８Ｒは、各々、いずれも直列に接続された２つのダイオードを備える。ダイオード回路８Ｆの２つのダイオードのカソードとアノードとの間には、２次コイル７Ｓの一端が接続されると共に、ダイオード回路８Ｒの２つのダイオードのカソードとアノードとの間には、２次コイル７Ｓの他端が接続される。

リアクトル９は、平滑リアクトルであり、ダイオードブリッジ８からの直流電流に含まれる高周波成分を低減する。リアクトル９の一端は、ダイオード回路８Ｆ及び８Ｒにおける一方のダイオードのカソードに各々接続される。

電流計１０は、リアクトル９の他端とコンデンサ１１の正電位側との間に接続され、ダイオードブリッジ８から出力されてリアクトル９によって平滑化された直流電流の電流値を計測して、その計測信号を電流制御回路２１に出力する。対応して電流制御回路２１は、ダイオードブリッジ８からの平滑化された直流電流の電流値を検出する。また、スイッチング回路６Ｆ及び６ＲのＩＧＢＴのゲートには、各々、ＰＷＭ制御回路２２が接続されている。

よって、インバータブリッジ６においては、その駆動制御用の基準電流値を含む制御信号を電流制御回路２１に入力する制御回路１０１の制御の下で、電流制御回路２１及びＰＷＭ制御回路２２により、ダイオードブリッジ８からリアクトル９を介して所定の直流電流が出力されるように、制御回路１０１から与えられた基準電流値及び電流計１０が計測した計測電流値に応じたフィードバックＰＷＭ駆動制御がなされる。つまり、電流制御回路２１は、電流計１０が計測する計測電流値を制御回路１０１から与えられた基準電流値に収束させるような制御信号をＰＷＭ制御回路２２に入力し、対応してＰＷＭ制御回路２２は、かかる制御信号に従ってインバータブリッジ６をスイッチング動作させる駆動信号をインバータブリッジ６に入力する。そして、インバータブリッジ６は、かかる駆動信号
に従ってスイッチング動作して、電流計１０が計測する計測電流値、つまりダイオードブリッジ８から出力されてリアクトル９によって平滑化された直流電流の電流値を基準電流値に収束させていく。かかるＰＷＭ制御回路２２によるインバータブリッジ６のＰＷＭ駆動制御は、ダイオードブリッジ８から出力されてリアクトル９によって平滑化された直流電流の電流値を基準電流値という所定の一定値に収束させるフィードバック制御であるので、バッテリ１５１に流れる直流充電電流の電流値も実質所定の一定値となる。

コンデンサ１１は、典型的には電解コンデンサであり、主としてバッテリ１５１の充電に先立つ充電ケーブル１４の絶縁試験時に機能させることを意図して設けられたもので、一旦充電された後に放電して充電ケーブル１４に絶縁試験用の電流を流す。つまり、コンデンサ１１は、かかる絶縁試験用の電流を充電ケーブル１４に流すものであれば足りるから、コンデンサ５の静電容量よりも小さい静電容量を有している。コンデンサ１１の正電位側は、電流計１０を介してリアクトル９の他端に接続される。コンデンサ１１の負電位側は、ダイオード回路８Ｆ及び８Ｒにおける他方のダイオードのアノードに各々接続されると共に、充電ケーブル１４の負極側の導線に接続される。

併せて、コンデンサ１１の正電位側は、制御回路１０１に接続される。対応して制御回路１０１は、バッテリ１５１の充電に先立つ充電ケーブル１４の絶縁試験時に、コンデンサ１１の放電によるその正電位側の電圧の経時変化特性を検出する。

抵抗１２は、コンデンサ１１に並列に接続され、バッテリ１５１の充電に先立つ充電ケーブル１４の絶縁試験時に、コンデンサ１１が放電する際の時定数を規定するための抵抗値を有している。つまり、抵抗１２の抵抗値は、バッテリ１５１の充電に先立つ充電ケーブル１４の絶縁試験時に、コンデンサ１１の放電時間を規定するに足りる値に設定されている。

ダイオード１３は、コンデンサ１１及び抵抗１２の後段であって、かつ充電ケーブル１４の前段に設けられて、コンタクタ１５がオフ状態からオン状態に切り替わる際の充電ケーブル１４を介して流れる逆電流を阻止する。ダイオード１３のアノードは、コンデンサ１１の正電位側に接続されると共に、ダイオード１３のカソードは、充電ケーブル１４の正極側の導線に接続される。

コンタクタ１５は、充電ケーブル１４を介して充電ユニット１０２から入力されてくる直流電流を断続する車両１５０側の断続器である。コンタクタ１５は、バッテリ１５１の充電時にはオン状態に維持され、バッテリ１５１の充電に先立つ充電ケーブル１４の絶縁試験時にはオフ状態に維持される。

更に、本実施形態の充電ユニット１０２には、バッテリ１５１の充電に先立つ充電ケーブル１４の絶縁試験時に、コンデンサ１１と協働して機能する抵抗２３、リレー２４及びダイオード２５が設けられているが、以下、これらの構成要素について詳細に説明する。

抵抗２３は、コンデンサ１１及び抵抗１２の前段でそれらに並列に接続され、バッテリ１５１の充電に先立つ充電ケーブル１４の絶縁試験時のリレー２４がオン状態のときに通電されて、コンデンサ１１に印加される電圧を規定する素子である。かかる充電ケーブル１４の絶縁試験時にはバッテリ１５１を充電する必要はないのであるから、充電電流よりも小さな電流を流した方が電力消費上は効率的である。よって、例えば、充電ケーブル１４に５００Ｖの電圧を印加してその絶縁試験をする際には、抵抗２３の抵抗値を５００Ω程度の相対的に大きな値に設定して、その際に流す必要のある直流電流の電流値を、充電電流よりも２桁程度小さい１Ａ程度の微小電流値に抑えることとする。抵抗２３の一端は、電流計１０を介してリアクトル９の他端とコンデンサ１１の正電位側との間に接続され
ると共に、抵抗２３の他端は、リレー２４を介してダイオード回路８Ｆ及び８Ｒにおける他方のダイオードのアノードとコンデンサ１１の負電位側との間に各々接続される。

リレー２４は、電磁継電器であってそれに起因する断続切り換え時の応答遅れを有しており、コンデンサ１１及び抵抗１２の前段で抵抗２３に直列に接続される。

ダイオード２５は、抵抗２３及びリレー２４の後段であって、かつコンデンサ１１及び抵抗１２の前段に設けられて、バッテリ１５１の充電に先立つ充電ケーブル１４の絶縁試験時のリレー２４がオン状態からオフ状態に切り替わる際の応答遅れに起因するコンデンサ１１から抵抗２３への放電電流の流入を防止すべく逆電流を阻止する。ダイオード２５のアノードは、抵抗２３の一端に接続されると共に、ダイオード１３のカソードは、コンデンサ１１の正電位側に接続される。なお、ダイオード２５は、リレー２４が比較的迅速に断続動作をして、コンデンサ１１から抵抗２３へ流入する放電電流が比較的小さい場合には、必ずしも設けなくともよい。

以上のような構成を有する本実施形態の充電装置１００は、以下に詳細に説明するように動作して、バッテリ１５１を充電すると共に、バッテリ１５１を充電するにあたり充電ケーブル１４の絶縁試験を行う。

バッテリ１５１の充電時には、まず、充電ケーブル１４を車両１５０側の充電コネクタＣＶに手動で接続して、コンタクタ１５を手動でオン状態に切り換えると共に、制御回路１０１が、コンタクタ２をオン状態及びリレー２４をオフ状態に各々切り換える。ここで、制御回路１０１は、ＰＷＭ制御回路１８の駆動制御用の基準電圧値を含む制御信号を電圧制御回路１７に入力し、対応して電圧制御回路１７は、コンデンサ５の検出電圧値を制御回路１０１からの基準電圧値に収束させるような制御信号をＰＷＭ制御回路１８に入力する。対応してＰＷＭ制御回路１８は、かかる制御信号に従ってＰＷＭコンバータ４に駆動信号を入力する。同時に、制御回路１０１は、ＰＷＭ制御回路２２の駆動制御用の基準電流値を含む制御信号を電流制御回路２１に入力し、対応して電流制御回路２１は、ダイオードブリッジ８からの平滑化された出力電流の検出電流値を制御回路１０１からの基準電流値に収束させるような制御信号をＰＷＭ制御回路２２に入力する。対応してＰＷＭ制御回路２２は、かかる制御信号に従ってインバータブリッジ６に駆動信号を入力する。

つまり、ＰＷＭ制御回路１８は、制御回路１０１及び電圧制御回路１７の制御に従って、コンデンサ５の検出電圧値を基準電圧値に収束させるようにＰＷＭコンバータ４をＰＷＭ駆動制御してスイッチング動作させると共に、ＰＷＭ制御回路２２は、制御回路１０１及び電流制御回路２１の制御に従って、ダイオードブリッジ８からの平滑化された出力電流の検出電流値を基準電流値に収束させるようにインバータブリッジ６をＰＷＭ駆動制御してスイッチング動作させる。

併せて、変圧器７が、インバータブリッジ６から入力される交流電流を所定の電圧に変圧し、ダイオードブリッジ８が、変圧器７から入力される交流電流を直流電流に変換し、更にリアクトル９が、ダイオードブリッジ８から入力される直流電流を平滑化した後に、かかる直流電流が充電ケーブル１４を介してバッテリ１５１に流れて、この結果、バッテリ１５１が充電される。この際、ＰＷＭ制御回路２２によるインバータブリッジ６のＰＷＭ駆動制御は、ダイオードブリッジ８からの平滑化された出力電流値を基準電流値という所定の一定値に収束させるフィードバック制御であるので、バッテリ１５１に流れる直流充電電流の電流値も実質所定の一定値となる。また、リレー２４はオフ状態であるので、ダイオードブリッジ８からの直流電流は抵抗２３に流れることはない。

一方で、バッテリ１５１の充電に先立って、充電ケーブル１４の絶縁試験を行う際には
、まず、充電ケーブル１４を、充電コネクタＣＷを介して車両１５０側の充電コネクタＣＶに手動で接続して、コンタクタ１５を手動でオフ状態に切り換えると共に、制御回路１０１が、コンタクタ２をオン状態及びリレー２４をオフ状態に各々切り換える。ついで、ＰＷＭ制御回路１８が、制御回路１０１及び電圧制御回路１７の制御に従って、電圧制御回路１７からのコンデンサ５の検出電圧値を制御回路１０１からの基準電圧値に収束させるようにＰＷＭコンバータ４をＰＷＭ駆動制御してスイッチング動作させる。この際、制御回路１０１は、電流制御回路２１に対してインバータブリッジ６のスイッチング動作を停止状態に維持する制御信号を入力するため、対応してＰＷＭ制御回路２２は、インバータブリッジ６に駆動信号を入力することはなく、インバータブリッジ６のスイッチング動作は停止状態に維持される。

次に、制御回路１０１が、リレー２４をオフ状態からオン状態に所定期間（例えば１秒間程度）切り換えると共に、その期間だけ、ＰＷＭ制御回路２２の駆動制御用の基準電流値を含む制御信号を電流制御回路２１に入力し、対応して電流制御回路２１は、ダイオードブリッジ８からの平滑化された出力電流の検出電流値を基準電流値に収束させるような制御信号をＰＷＭ制御回路２２に入力すると共に、対応してＰＷＭ制御回路２２は、ダイオードブリッジ８からの平滑化された出力電流の検出電流値を基準電流値に収束させるような駆動信号をインバータブリッジ６に入力する。

つまり、かかる所定期間だけ、ＰＷＭ制御回路２２が、制御回路１０１及び電流制御回路２１の制御に従って、ダイオードブリッジ８からの平滑化された出力電流の検出電流値を基準電流値に収束させるように、インバータブリッジ６をＰＷＭ駆動制御してスイッチング動作させると共に、変圧器７が、インバータブリッジ６から入力される交流電流を所定の電圧に変圧し、かつ、ダイオードブリッジ８が、変圧器７から入力される交流電流を直流電流に変換してリアクトル９にその直流電流を出力する。この結果、その期間だけ抵抗２３に直流電流が流れる。ここで、ＰＷＭ制御回路２２によるインバータブリッジ６のＰＷＭ駆動制御は、ダイオードブリッジ８からの平滑化された出力電流の検出電流が基準電流値という一定値に収束するフィードバック制御であるので、抵抗２３に流れる直流電流の電流値も実質一定値となる。これにより、抵抗２３にはその抵抗値に起因した一定の電圧降下が発生する。具体的には、基準電流値を１Ａに設定し、かつ抵抗２３の抵抗値を５００Ωに設定した場合には、抵抗２３においては、１Ａの電流が流れることによって５００Ｖの電圧降下が正確に発生する。そして、この電圧降下によって発生した電圧に対応して、抵抗２３に並列接続されているコンデンサ１１が、かかる所定期間において正確に充電される。

次に、かかる所定時間経過後、制御回路１０１は、リレー２４をオン状態からオフ状態に切り換えると共に、電流制御回路２１に対してインバータブリッジ６のスイッチング動作を停止状態に維持する制御信号を入力し、対応してＰＷＭ制御回路２２は、インバータブリッジ６に対する駆動信号の入力を停止し、インバータブリッジ６のスイッチング動作は停止される。これにより、コンデンサ１１の充電電圧がダイオード１３を介して充電ケーブル１４に印加され、コンデンサ１１に蓄積された電荷は抵抗１２と充電ケーブル１４の絶縁抵抗とで消費される。

この際、制御回路１０１は、コンデンサ１１の放電によるその正電位側の電圧経時変化特性を検出していき、検出されたコンデンサ１１の電圧の経時変化特性と図示を省略するメモリに格納された基準経時変化特性とを比較することにより、充電ケーブル１４の絶縁状態が正常であるか否かを判別する。かかる判別の仕方としては、検出されたコンデンサ１１の電圧の経時変化特性における単数又は複数の所定時刻の電圧値と基準経時変化特性における対応する時刻の電圧値とを比較に用いてもよいし、検出されたコンデンサ１１の電圧の経時変化特性における所定期間の変化プロフィールと基準経時変化特性における対
応する期間の変化プロフィールとを比較に用いてもよい。そして、充電ケーブル１４の絶縁が正常である場合、制御回路１０１は、バッテリ１５１の充電を開始することになる。

以上の本実施形態における充電装置１００では、制御回路１０１により、各充電ユニット１０２のリレー２４をオフ状態に切り換えて、複数の充電ユニット１０２を用いて大容量のバッテリ１５１を充電する。このような構成によれば、１つの制御回路１０１の制御により、複数の充電ユニット１０２を用いて同時に充電できるので、高価にならず、車両１５０に搭載された大容量のバッテリ１５１を、簡単な操作で急速に充電することができる。

また、本実施形態における充電装置１００では、制御回路１０１により、充電ユニット１０２の各々において、充電ケーブル１４の絶縁試験を行う一方、バッテリ１５１を充電する。このような構成によれば、バッテリ１５１を充電する機能と、充電装置１００側とバッテリ１５１側とを電気的に接続する充電ケーブル１４の絶縁試験を行う機能とを、両立することができる。

また、本実施形態における充電装置１００では、制御回路１０１により、各充電ユニット１０２のリレー２４をオフ状態に切り換えて、複数の充電ユニット１０２を用いて大容量のバッテリ１５１を充電する。このような構成によれば、バッテリ１５１を充電する際に、１つの制御回路１０１により各充電ユニット１０２における充電動作を制御するので、安定した充電を行うことができる。

また、本実施形態における充電装置１００では、充電ケーブル１４の一対の導線間に接続されたコンデンサ１１と並列に接続された抵抗２３と抵抗２３に直列に接続されたリレー２４とを備え、充電ケーブル１４の絶縁試験を行う際には、制御回路１０１が、一旦、インバータブリッジ６のスイッチング動作を行わせながらリレー２４をオン状態に切り換えることによって抵抗２３に通電し、その通電に伴って抵抗２３により生じる電圧降下分の電圧をコンデンサ１１に印加してコンデンサ１１を蓄電しておき、その後インバータブリッジ６のスイッチング動作を停止しながらリレー２４をオフ状態に切り換えることによって、コンデンサ１１を放電させてその電圧を充電ケーブル１４の極間に印加する。このような構成によれば、抵抗２３の抵抗値を相対的に大きな値に設定して抵抗２３に相対的に微小な電流を流すと共に、充電ケーブル１４の極間に絶縁試験に適した電圧を印加することができるので、充電ケーブル１４の絶縁試験を安価で簡素な構成でもって効率的かつ確実に行うことができる。

また、本実施形態における充電装置１００では、放電時の時定数を調整する抵抗１２が付加されたコンデンサ１１の放電によるその正電位側の電圧経時変化特性を検出していき、検出されたコンデンサ１１の電圧の経時変化特性と図示を省略するメモリに格納された基準経時変化特性とを比較することにより、充電ケーブル１４の絶縁状態が正常であるか否かを判別する。このような構成によれば、コンデンサ１１に放電時の時定数を調整する抵抗１２を付加するという簡便な構成で、充電ケーブル１４の絶縁試験を正確に行うことができる。

また、本実施形態における充電装置１００では、ダイオード２５が、抵抗２３及びリレー２４の後段であって、かつコンデンサ１１及び抵抗１２の前段に設けられる。このような構成によれば、バッテリ１５１の充電に先立つ充電ケーブル１４の絶縁試験時のリレー２４がオン状態からオフ状態に切り替わる際の応答遅れに起因するコンデンサ１１から抵抗２３への放電電流の流入を防止することができ、充電ケーブル１４の絶縁試験を正確に行うことができる。

（第１の実施形態の変形例）
図３は、本実施形態の変形例における充電装置１００により車輌３００のバッテリ３０１、３０２、３０３を充電する状態を示す図である。ここで、図３（ａ）は、１台の車両３００に搭載された複数のバッテリ３０１、３０２、３０３を、充電装置１００により各々充電する状態を示す。また、図３（ｂ）は、複数の車両３５０、３６０、３７０の各々に搭載されたバッテリ３５１、３６１、３７１を、充電装置１００により各々充電する状態を示す。なお、図３において、図１及び図２と同一構成である部分には同一符号を付して、その説明を省略する。

詳しくは、以上説明した本実施形態における充電装置１００は、車両１５０に搭載される大容量の単一のバッテリ１５１を充電する構成になっているが、図３（ａ）に示すように、車両３００に搭載されて典型的には互いに並列に接続される複数のバッテリ３０１、３０２、３０３の各々を充電するようにしてもよい。かかる複数のバッテリ３０１、３０２、３０３は、これらの容量を合わせるとバッテリ１５１のものと等しくなるもので、バッテリ１５１が複数のバッテリ３０１、３０２、３０３に分割されものに相当する。

つまり、図３（ａ）に示すように、車輌３００は、複数のバッテリ３０１、３０２、３０２を有している。充電装置１００では、異なる充電ユニット１０２の各々が充電ケーブル１４を介して対応するバッテリ３０１、バッテリ３０２及びバッテリ３０３と接続される。従って、充電装置１００は、車輌３００に設けられた複数のバッテリ３０１、３０２、３０３を同時に充電することができる。なお、車両１５０側の充電コネクタＣＶからの電気配線は、バッテリ３０１、バッテリ３０２及びバッテリ３０３の対応するものにおける図示を省略する正の電極端子及び負の正極端子にそのまま電気的に接続される。

また、本実施形態における充電装置１００は、車両１５０に搭載される大容量のバッテリ１５１を充電する構成になっているが、図３（ｂ）に示すように、複数の車両３５０、３６０、３７０の各々に搭載されるバッテリ３５１、３６１、３７１の各々を充電するようにしてもよい。かかるバッテリ３５１、３６１、３７１は、各々が８ｋＷｈから２４ｋＷｈ程度の容量を有する２次電池である。

つまり、図３（ｂ）に示すように、車両３５０は、バッテリ３５１を有し、車両３６０は、バッテリ３６１を有し、及び車両３７０は、バッテリ３７１を有している。充電装置１００では、異なる充電ユニット１０２の各々が充電ケーブル１４を介して、対応する車両３５０、３６０、３７０のバッテリ３５１、バッテリ３６１及びバッテリ３７１と各々接続される。従って、充電装置１００は、車両３５０に設けられたバッテリ３５１、車両３６０に設けられたバッテリ３６１及び車両３７０に設けられたバッテリ３７１を同時に充電することができる。

このように、本実施形態における充電装置１００は、１台の車両１５０に搭載されている大容量のバッテリ１５１を急速に充電することができると共に、１台の車両３００に搭載されている複数のバッテリ３０１、３０２、３０３の各々または複数の車両３５０、３６０、３７０の各々に搭載されているバッテリ３５１、３６１、３７１の各々を、同時に充電することができるという高い汎用拡張性を有するものである。

（第２の実施形態）
次に、図４を参照して、本発明の第２の実施形態における充電装置の構成について、詳細に説明する。本実施形態における充電装置は、第１の実施形態（その変形例を含む）における充電装置１００と比較して、複数の充電ユニット１０２の代わりに複数の充電ユニット４０２を有するものである。

図４は、本実施形態における充電ユニット４０２の構成を示す回路図である。

詳しくは、図４に示すように、本実施形態における充電ユニット４０２は、第１の実施形態における充電ユニット１０２と比較して、リレー２４が半導体スイッチング素子３１に置き換わって、かつ、ダイオード２５が省略されている構成を有する点で相違する。

つまり、第１の実施形態における充電ユニット１０２においては、バッテリ１５１の充電に先立つ充電ケーブル１４の絶縁試験時には、電磁継電器であるリレー２４を断続するものであるから、リレー２４の断続時の応答遅れによってコンデンサ１１から抵抗２３に放電電流が流入することを抑制する必要があり、このため逆電流阻止用のダイオード２５を付加的に設けることにより構成が煩雑化していた。そこで、かかる事態をも考慮して、本実施形態における充電ユニット４０２においては、リレー２４の代わりに半導体スイッチング素子３１を備える構成を採用したものである。本実施形態の残余の構成は第１の実施形態のものと同一であり、同一な構成要素には同一の符号を付して、適宜説明を簡略化又は省略する。

具体的には、半導体スイッチング素子３１は、コンデンサ１１及び抵抗１２の前段で抵抗２３に直列に接続され、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉ・ｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＢＴなどの半導体素子であって、その断続切り換え時の応答が電磁継電器に比較して相対的に迅速である。制御回路１０１は、半導体スイッチング素子３１の断続切り換え動作を制御する。

よって、バッテリ１５１の充電時には、制御回路１０１は、インバータブリッジ６のスイッチング動作を維持しながら半導体スイッチング素子３１をオフ状態に切り換える。一方で、バッテリ１５１の充電に先立って、充電ケーブル１４の絶縁試験を行う際には、制御回路１０１は、インバータブリッジ６のスイッチング動作を維持しながら半導体スイッチング素子３１をオフ状態からオン状態に所定時間切り換えて、コンデンサ１１を充電し、かかる所定時間が経過したならば、インバータブリッジ６のスイッチング動作を停止すると共に半導体スイッチング素子３１をオン状態からオフ状態に切り換えて、コンデンサ１１の充電電圧を充電ケーブル１４に印加する。この際、半導体スイッチング素子３１の断続時の応答遅れは、実質無視し得るレベルであるから、コンデンサ１１の放電時においては、第１の実施形態における充電ユニット１０２において設けた逆電流阻止用のダイオード２５を省略しても、抵抗２３に流入する放電電流は極めて小さくなって実質無視し得るレベルになると共に、充電ケーブル１４に印加されるコンデンサ１１の放電量を絶縁試験に充分なレベルに確保する。

以上の本実施形態における充電ユニット４０２では、電磁継電器であるリレーの代わりに設けた半導体スイッチング素子３１の応答速度が電磁継電器であるリレーの応答速度よりも格段に速いために、特に充電ケーブル１４の絶縁試験を行う際に、インバータブリッジ６のスイッチング動作を停止すると共に半導体スイッチング素子３１をオン状態からオフ状態に切り換えても、抵抗２３に流入する放電電流を極めて小さくでき、付加的に設けられるべき逆電流阻止用のダイオードを不要にすることができる。

（第３の実施形態）
次に、図５を参照して、本発明の第３の実施形態における充電装置の構成について、詳細に説明する。

図５は、本実施形態における充電装置５００の構成を示す回路図である。

図５に示すように、本実施形態における充電装置５００は、第１の実施形態（その変形
例を含む）における充電装置１００と比較して、制御回路１０１が更に電圧制御回路４１を備える構成を有する点で相違する。

つまり、第１の実施形態における充電装置１００においては、バッテリ１５１の充電に先立つ充電ケーブル１４の絶縁試験時には、電流計１０の定格の１／１００程度を使ってダイオードブリッジ８からの直流電流を計測しながら、充電ケーブル１４に例えば５００Ｖの電圧を正確に印加することが必要となるから、電流計１０の計測特性に発生するドリフトが無視し得ないことに起因して、ダイオードブリッジ８からの直流電流を計測する際に誤差が発生する事態が考えられる。そこで、かかる事態をも考慮して、本実施形態における充電装置５００においては、制御回路１０１が電圧制御回路４１を備える構成を採用したものである。本実施形態の残余の構成は第１の実施形態のものと同一であり、同一な構成要素には同一の符号を付して、適宜説明を簡略化又は省略する。なお、電圧制御回路４１は、制御回路１０１の前段にそれから独立した回路として設けられていてもよい。

具体的には、コンデンサ１１の正電位側は、制御回路１０１中の電圧制御回路４１に接続され、電圧制御回路４１は、コンデンサ１１の正電位側の電圧値を検出する。

よって、制御回路１０１は、ＰＷＭ制御回路２２の駆動制御用の基準電流値及びコンデンサ１１の検出電圧値を含む制御信号を電流制御回路２１に出力し、対応して電流制御回路２１は、ダイオードブリッジ８からの平滑化された出力電流の検出電流値を基準電流値に収束させると共にコンデンサ１１の検出電圧値を例えば５００Ｖに収束させるように制御する制御信号をＰＷＭ制御回路２２に出力する。対応してＰＷＭ制御回路２２は、かかる制御信号に従った駆動信号をインバータブリッジ６に出力する。この結果、インバータブリッジ６においては、ダイオードブリッジ８からの平滑化された出力電流の検出電流値を基準電流値に収束させると共にコンデンサ１１の検出電圧値を例えば５００Ｖに収束させるようにフィードバックＰＷＭ駆動制御がなされる。

以上の本実施形態における充電装置では、ダイオードブリッジ８からの平滑化された出力電流の検出電流値を用いたインバータブリッジ６の制御ループに加えて、電圧制御回路４１がコンデンサ１１の電圧値を検出したその検出電圧値にも基づいたインバータブリッジ６の制御ループを構成する。このような構成によれば、特に充電ケーブル１４の絶縁試験を行う際に、電流計１０の計測特性にドリフトが発生したとしても、電流制御回路２１の制御動作を微調整しながらインバータブリッジ６をスイッチング動作させることができ、抵抗２３に流れる電流をより正確に制御してコンデンサ１１の放電電圧をより正確に設定することができる。

（第３の実施形態の変形例）
第３の実施形態における充電装置５００は、第１の実施形態（その変形例を含む）における充電装置１００の制御回路１０１において電圧制御回路４１を設けた構成になっているが、同様に、第２の実施形態における充電装置の制御回路１０１において電圧制御回路４１を設けるようにしてもよい。これにより、特に充電ケーブル１４の絶縁試験を行う際に、電流計１０の計測特性にドリフトが発生したとしても、電流制御回路２１の制御動作を微調整しながらインバータブリッジ６をスイッチング動作させることができ、抵抗２３に流れる電流をより正確に制御してコンデンサ１１の放電電圧をより正確に設定することができると共に、半導体スイッチング素子３１をオン状態からオフ状態に切り換える際に、抵抗２３に流入する放電電流を極めて小さくでき、付加的に設けられるべき逆電流阻止用のダイオードを不要にすることができる。

（第４の実施形態）
次に、図６を参照して、本発明の第４の実施形態における充電装置の構成について、詳
細に説明する。本実施形態における充電装置は、第１の実施形態（その変形例を含む）における充電装置１００と比較して、複数の充電ユニット１０２の代わりに複数の充電ユニット６０２を有するものである。

図６は、本実施形態における充電ユニット６０２の構成を示す回路図である。なお、説明の便宜上、制御系の図示は省略している。

図６に示すように、本実施形態における充電ユニット６０２は、第１の実施形態における充電ユニット１０２に対して、コンタクタ２、リアクトル３及びＰＷＭコンバータ４の代わりに、これらと同様の機能を有するＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路５１を備えた単相用充電回路５０を採用すると共に、交流電源１を、互いに並列に接続された３つの単相交流用の単相用充電回路５０の各々に接続した構成を有する点で相違する。

つまり、第１の実施形態における充電ユニット１０２においては、バッテリ１５１の充電に先立つ充電ケーブル１４の絶縁試験時には、電流計１０の定格の１／１００程度を使ってダイオードブリッジ８からの直流電流を計測しながら、充電ケーブル１４に例えば５００Ｖの電圧を正確に印加することが必要となるから、電流計１０の計測特性にドリフトが発生することに起因して、ダイオードブリッジ８からの直流電流を計測する際に誤差が発生する事態が考えられる。そこで、かかる事態をも考慮して、本実施形態における充電ユニット６０２においては、３つの単相用充電回路５０にバッテリ１５１の充電を分担させて各単相用充電回路５０に流れる電流を小電流化し、電流計１０の定格自体を下げることにより、充電ケーブル１４の絶縁試験時において電流計１０の計測特性におけるドリフトを無視し得る構成を採用したものである。本実施形態の残余の構成は第１の実施形態のものと同一であり、同一な構成要素には同一の符号を付して、適宜説明を簡略化又は省略する。なお、説明の便宜上、本実施形態では、バッテリ１５１の充電時には３つの単相用充電回路５０を用いているが、原理的には複数の単相用充電回路５０であればよく、充電ケーブルの絶縁試験時には、１つのみの単相用充電回路５０を用いているが、原理的には複数の単相用充電回路５０の一部を用いればよい。また、交流電源１として単相交流電源を用いているが、単相用充電回路５０等を適宜バランスよく組み合わせれば、原理的には３相交流電源にも適用可能である。

具体的には、バッテリ１５１の充電時には、３つの単相用充電回路５０の全てを利用してバッテリ１５１を充電するが、バッテリ１５１の充電に先立つ充電ケーブル１４の絶縁試験時には、３つの単相用充電回路５０の内の１つのみを利用して、コンデンサ１１の充電電圧を充電ケーブル１４に印加する。つまり、図４中では、上段に示す回路構成が、充電ケーブル１４の絶縁試験時に、コンデンサ１１の充電電圧を充電ケーブル１４に印加するためのものであり、そこには、抵抗２３、リレー２４及びダイオード２５が設けられる。また、コンデンサ１１、抵抗１２、ダイオード１３及び充電ケーブル１４は、３つの単相用充電回路５０の各々について共通である。

よって、バッテリ１５１の充電時には、制御回路は、３つの単相用充電回路５０の各々のインバータブリッジ６のスイッチング動作を維持しながらリレー２４をオフ状態に切り換えて、バッテリ１５１を充電する。

一方で、バッテリ１５１の充電に先立って、充電ケーブル１４の絶縁試験を行う際には、制御回路は、３つの単相用充電回路５０の内の１つのみのインバータブリッジ６のスイッチング動作を維持しながらリレー２４をオフ状態からオン状態に所定時間切り換えて、コンデンサ１１を充電し、かかる所定時間が経過したならば、インバータブリッジ６のスイッチング動作を停止すると共にリレー２４をオン状態からオフ状態に切り換えて、コン
デンサ１１の充電電圧を充電ケーブル１４に印加する。

ここで、３つの単相用充電回路５０の各々には、相対的な小電流（３台の場合は、典型的には１２５Ａ／３又は１００Ａ／３の電流値を呈するような電流）が流れるから、これらに対して定格の小さい電流計１０が各々適用されている。対応して充電ケーブル１４の絶縁試験に用いる１つのみの単相用充電回路５０に対しても定格の小さい電流計１０が適用されているから、特に充電ケーブル１４の絶縁試験を行う場合にコンデンサ１１を充電するときであっても、電流計１０の計測特性におけるドリフトは無視し得るレベルとなる。

また、ＰＦＣ回路５１は、バッテリ１５１の充電時及び充電ケーブル１４の絶縁試験時において、制御回路の制御の下で、交流電源１からの交流電流を断続すると共に、その交流電流に含まれる高周波成分を低減して力率改善をしながら、スイッチング動作することによってかかる交流電流を直流電流に変換する。

以上の本実施形態における充電装置では、３つの単相用充電回路５０の各々に相対的な小電流が流れることに対応して、これらに対して定格の小さい電流計１０が各々適用されている。これにより、特に充電ケーブル１４の絶縁試験を行う際にコンデンサ１１を充電するときであっても、充電ケーブル１４の絶縁試験に用いる単相用充電回路５０に適用された電流計１０の計測特性におけるドリフトを無視し得るレベルとすることができ、ダイオードブリッジ８からの直流電流をより正確に計測しながら抵抗２３に流れる電流をより正確に制御して、コンデンサ１１の放電電圧をより正確に設定することができる。併せて、ＰＦＣ回路５１を用いることにより、３つの単相用充電回路５０を用いる場合であっても構成を簡素化することができる。

（第４の実施形態の変形例）
第４の実施形態における充電ユニット６０２においても、第２の実施形態における充電ユニット４０２と同様に、リレー２４を半導体スイッチング素子に置き換えてもよい。これにより、付加的に設けられるべき逆電流阻止用のダイオード２５を不要にすることができる。

また、第４の実施形態における充電装置においても、第３の実施形態における充電装置と同様に制御回路１０１に電圧制御回路４１を設けるようにしてもよい。これにより、特に充電ケーブル１４の絶縁試験を行う際に、定格の小さい電流計１０を用いたとしてもその計測特性においてもある程度のドリフトが発生した場合、電流制御回路２１の制御動作を微調整しながらインバータブリッジ６をスイッチング動作させることができ、抵抗２３に流れる電流をより正確に制御してコンデンサ１１の放電電圧をより正確に設定することができる。

また、第４の実施形態における充電ユニット６０２において用いたＰＦＣ回路５１は、第１の実施形態（その変形例を含む）における充電ユニット１０２、第２の実施形態における充電ユニット４０２及び第３の実施形態における充電ユニット１０２に対して適宜適用可能であることはもちろんである。

（第５の実施形態）
図７を参照して、本発明の第５の実施形態における充電装置の構成について、詳細に説明する。

図７は、本実施形態における充電装置７００の構成を示すブロック図である。なお、図７では、充電装置７００と共に直流電源７５０及び車両１５０をも示す。

図７に示すように、本実施形態における充電装置７００は、第１の実施形態（その変形例を含む）における充電装置１００と比較して、制御回路１０１、充電ユニット１０２及び交流電源１の代わりに制御回路７０１、充電ユニット７０２及び直流電源７５０を備える構成を有する点で相違する。

詳しくは、図７に示すように、本実施形態における充電装置７００は、充電ケーブル１４の先端に設けられている充電コネクタＣＷと、車両１５０側の充電コネクタＣＶとが接続されることにより、バッテリ１５１と電気的に接続される。充電装置７００は、車両１５０に搭載されている大容量のバッテリ１５１を充電すると共に、バッテリ１５１を充電するにあたり、典型的には樹脂製の外皮中に互いに絶縁された正極側及び負極側の一対の導線を有して充電装置７００側と車両１５０側の充電コネクタＣＶとを電気的に接続する充電ケーブル１４の絶縁試験を行うものである。かかる充電装置７００は、直流電源７５０に電気的に接続されて、単一の制御回路７０１、及び複数の充電ユニット７０２を備えている。

制御回路７０１は、充電ユニット７０２の各々、及び直流電源７５０に接続し、バッテリ１５１の充電動作及び充電ケーブル１４の絶縁試験動作を含む充電装置７００全体の動作、及び直流電源７５０への接続状態を、図示を省略するコンタクタを介して制御する制御回路である。なお、制御回路７０１の具体的な構成については後述する。

充電ユニット７０２の各々は、同一構成であり、制御回路７０１の制御に従って動作する。

次に、図８を参照して、本発明の第５の実施形態における充電ユニット７０２の構成について、詳細に説明する。

図８は、本実施形態における充電ユニット７０２の構成を示す回路図である。なお、図８では、充電ユニット７０２と共に、直流電源７５０、並びに車両１５０側のコンタクタ１５、バッテリ１５１及び充電コネクタＣＶをも示す。

図８に示すように、本実施形態における充電ユニット７０２は、直流電源７５０に電気的に接続されて、インバータブリッジ６、変圧器７、ダイオードブリッジ８、リアクトル９、電流計１０、コンデンサ１１、抵抗１２、ダイオード１３、充電ケーブル１４、電流制御回路２１、ＰＷＭ制御回路２２、抵抗２３、リレー２４、及びダイオード２５を備えている。

図８に示すように、本実施形態における充電ユニット７０２は、第１の実施形態における充電ユニット１０２と比較して、コンタクタ２、リアクトル３、ＰＷＭコンバータ４、コンデンサ５、電圧制御回路１７、ＰＷＭ制御回路１８を除く構成を有する点で相違する。本実施形態の残余の構成は第１の実施形態のものと同一であり、同一な構成要素には同一の符号を付して、適宜説明を簡略化又は省略する。

インバータブリッジ６は、直流電源７５０から入力される直流電流を交流電流に変換するインバータであり、典型的にはＩＧＢＴとダイオードとの組み合わせによって構成される。なお、本実施形態において、インバータブリッジ６における上記以外の構成は第１の実施形態と同一構成であるので、その説明を省略する。

以上本実施形態における充電装置７００では、直流電源を用いる場合であっても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第５の実施形態の変形例）
第５の実施形態における充電ユニット７０２においても、第２の実施形態における充電ユニット４０２と同様に、リレー２４を半導体スイッチング素子に置き換えてもよい。これにより、付加的に設けられるべき逆電流阻止用のダイオード２５を不要にすることができる。

また、第５の実施形態における充電装置においても、第３の実施形態における充電装置と同様に制御回路７０１に電圧制御回路４１を設けるようにしてもよい。これにより、特に充電ケーブル１４の絶縁試験を行う際に、定格の小さい電流計１０を用いたとしてもその計測特性においてもある程度のドリフトが発生した場合、電流制御回路２１の制御動作を微調整しながらインバータブリッジ６をスイッチング動作させることができ、抵抗２３に流れる電流をより正確に制御してコンデンサ１１の放電電圧をより正確に設定することができる。

なお、本発明は、部材の形状、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。

以上のように、本発明においては、簡便な構成で、定電流を流しながら充電対象の大容量のバッテリを急速充電する機能と、充電装置側とバッテリ側とを電気的に接続する充電ケーブルの絶縁試験を行う機能と、を両立した充電装置を提供することができるものであるため、その汎用普遍的な性格から広範に電気自動車等のバッテリの充電装置の分野に適用され得るものと期待される。

ＣＶ、ＣＷ…充電コネクタ
Ｃ…筐体
１…交流電源
２…コンタクタ
３…リアクトル
４…ＰＷＭコンバータ
５、１１…コンデンサ
６…インバータブリッジ
７…変圧器
８…ダイオードブリッジ
９…リアクトル
１０…電流計
１２、２３…抵抗
１３…ダイオード
１４…充電ケーブル
１５…コンタクタ
１７…電圧制御回路
１８…ＰＷＭ制御回路
２１…電流制御回路
２２…ＰＷＭ制御回路
２４…リレー
２５…ダイオード
２６…電圧検出回路
３１…半導体スイッチング素子
４１…電圧制御回路
５０…単相用充電回路
５１…ＰＦＣ回路
１００、５００、７００…充電装置
１０１、７０１…制御回路
１０２、４０２、６０２、７０２…充電ユニット
１５０、３００、３５０、３６０、３７０…車両
１５１、３０１、３０２、３０３、３５１、３６１、３７１…バッテリ
７５０…直流電源

Claims (6)

1. 充電ケーブルを介してバッテリを充電すると共に、前記充電ケーブルの絶縁試験を行う充電装置であって、
   前記充電ケーブルと、前記充電ケーブルを介して前記バッテリに接続するとともに、前記充電ケーブルの一対の導線間に接続されたコンデンサと、前記コンデンサに並列に接続された抵抗と、前記抵抗に直列に接続された断続器と、を各々備える複数の充電ユニットと、
   前記複数の充電ユニットの各々における前記バッテリの充電動作及び前記充電ケーブルの絶縁試験動作を制御する制御回路と、を備え、
   前記制御回路は、前記断続器をオフ状態に切り換えて、直流電流を、前記充電ケーブルを介して、前記バッテリに流して前記バッテリを充電する一方で、前記断続器をオン状態に切り換えて前記抵抗に直流電流を流すことに起因して、前記抵抗で生じる電圧降下に対応した電圧を前記コンデンサに印加することにより、前記コンデンサを蓄電させた後、前記断続器をオフ状態に切り換えて、前記コンデンサの電圧を前記充電ケーブルの前記一対の導線間に印加することにより、前記充電ケーブルを介して前記コンデンサを放電させながら前記充電ケーブルに放電電流を流して、前記充電ケーブルの絶縁試験を行う充電装置。
2. 前記制御回路は、前記コンデンサが放電する際における前記コンデンサの放電の時定数が調整された放電電圧の経時変化特性に基づいて、前記充電ケーブルの絶縁状態を判別する請求項１に記載の充電装置。
3. 前記複数の充電ユニットの各々は、更に、前記抵抗と前記コンデンサとの間に、前記コンデンサの前記放電電流が前記抵抗に流入することを防ぐ逆電流阻止用ダイオードを備え、前記断続器は、電磁継電器である請求項１又は２に記載の充電装置。
4. 前記断続器は、半導体スイッチング素子である請求項１又は２に記載の充電装置。
5. 前記制御回路は、前記直流電流の検出電流値と前記コンデンサの検出電圧値とに基づいて、前記直流電流が定電流になるように制御する請求項１から４のいずれかに記載の充電装置。
6. 前記複数の充電ユニットの各々は、前記交流電流を変換して前記直流電流を得るように互いに並列に接続された複数の単相用充電回路を有し、前記制御回路は、前記複数の単相用充電回路のうちの一部の単相用充電回路であって前記コンデンサ、前記抵抗及び前記断続器を備えたものを用いて、前記絶縁試験を行う請求項１から５のいずれかに記載の充電装置。

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