JP7135628B2

JP7135628B2 - 充電制御回路

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Publication number: JP7135628B2
Application number: JP2018171099A
Authority: JP
Inventors: 健笠原; 健悟辻本; 宏之中西; 悠介石野
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Priority date: 2018-09-13
Filing date: 2018-09-13
Publication date: 2022-09-13
Anticipated expiration: 2038-09-13
Also published as: JP2020043720A

Description

本発明は、電源装置からバッテリへの充電動作を制御する充電制御回路に関するものである。

この種の充電制御回路として、下記特許文献１に開示された充電制御回路（充電装置）が知られている。この充電制御回路は、電源装置（電源回路）からの定電圧の充電用出力によりバッテリ（二次電池）の充電を行う充電制御回路であって、電源装置とバッテリとの間にスイッチと逆流防止用ダイオードとが直列に接続して配置され、このダイオードの端子電圧を検出する検出手段を備え、電源装置からの充電用出力電圧をバッテリの満充電時の電池電圧よりも所定レベルだけ高い電圧値とした状態において、上記の検出手段で検出した端子電圧が上記の所定レベルとなったときに、スイッチをオン状態からオフ状態にして充電を停止するように構成されている。

この充電制御回路では、逆流防止用ダイオードの端子電圧に基づいて充電を制御するので、逆流防止用ダイオードに代えて抵抗器を使用してその端子電圧を利用する構成とは異なり、抵抗器による損失がないことから、効率の良い充電が可能となっている。

特開平８－９８４２４号公報（第３頁、第１図）

ところが、上記した従来の充電制御回路には、逆流防止用ダイオードを経由してバッテリに充電電流を出力する構成のため、充電電流が大電流の場合には、逆流防止用ダイオードでの損失も大きくなることから、充電効率が悪化するという課題が存在している。

そこで、本願発明者らは、充電電流が大電流のときの逆流防止用ダイオードでの損失を大幅に低減すべく、図４に示す充電制御回路５１を開発した。この充電制御回路５１は、電源装置（コンバータなど）６１とバッテリ６２との間に、互いに並列に接続された状態で配設されたスイッチ５２（同図では一例として、スイッチをｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴで構成した例を示している）および逆流防止用ダイオード５３（ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードでもよい）と、スイッチ５２および逆流防止用ダイオード５３の並列回路と直列に接続された状態で電源装置６１とバッテリ６２との間に配設された電流検出部５４と、スイッチ５２に対するオン・オフ制御を実行する制御部５５とを備えている。

この充電制御回路５１では、制御部５５が、電流検出部５４で検出される充電電流Ｉ１の電流値が予め規定された基準電流値よりも大きいとき（大電流時）には、スイッチ５２をオン状態に駆動する。これにより、充電電流Ｉ１は、このオン状態のスイッチ５２（オン状態での電圧降下が、逆流防止用ダイオード５３の順方向電圧よりも低いスイッチ）を経由して電源装置６１からバッテリ６２に出力される。一方、制御部５５は、電流検出部５４で検出される充電電流Ｉ１の電流値が上記の基準電流値以下のとき（小電流時）には、スイッチ５２をオフ状態に駆動する。これにより、充電電流Ｉ１は、逆流防止用ダイオード５３を経由して電源装置６１からバッテリ６２に出力される。

したがって、この充電制御回路５１によれば、充電電流Ｉ１が大電流の場合には、逆流防止用ダイオード５３を使用しないようにすることで損失の発生を大幅に低減することが可能となり、またバッテリ６２が満充電状態に近づいていて充電電流Ｉ１が小電流の場合には、逆流防止用ダイオード５３を使用して充電するため、バッテリ６２から電源装置６１への逆電流の発生を確実に防止しつつ、バッテリ６２を電源装置６１の出力電圧と略同じ充電電圧まで充電することが可能となっている。

しかしながら、本願発明者らは、この充電制御回路５１についてさらに検討を行ったところ、この充電制御回路５１には、スイッチ５２をオン状態からオフ状態に切り替えたとき（つまり、充電電流Ｉ１の流れる経路がスイッチ５２から逆流防止用ダイオード５３に切り替わったとき）に、スイッチ５２での電圧降下と逆流防止用ダイオード５３の順方向電圧とが異なることに起因して、充電制御回路５１からバッテリ６２に出力される出力電圧に変動が生じるとの課題があることを見い出した。また、スイッチ５２をオン状態に移行させてバッテリ６２を充電している状態において、電源装置６１に故障が生じてその出力電圧がバッテリ６２の充電電圧よりも低下したときに、バッテリ６２からオン状態のスイッチ５２を介して電源装置６１に向かう電流（放電電流Ｉ２）が生じて、バッテリ６２が無駄に放電されるという課題があることも見い出した。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、バッテリの充電状態において、出力電圧の変動の発生を回避しつつ、電源装置に故障が生じた場合でもバッテリからの無駄な放電を防止し得る充電制御回路を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明に係る充電制御回路は、電源装置とバッテリとを接続する電源ラインに配設された電流制御素子と、前記電流制御素子に並列接続された逆流防止用ダイオードと、前記電源ラインに配設されて前記電流制御素子を介して当該電源ラインに流れる電流を検出すると共に当該電流の電流値に応じた電圧値で、かつ当該電流の向きに応じた極性の電流検出信号を出力する電流検出部と、前記電流が前記バッテリから前記電源装置に向かう向きで、かつ予め規定された電流閾値以上の電流値で前記電流制御素子を介して前記電源ラインに流れていることを前記電流検出信号に基づいて検出したときに、電流の双方向での通過を許容するオン状態に駆動していた前記電流制御素子を、当該電流の双方向での通過を阻止するオフ状態に駆動する第１制御処理を実行する制御部とを備えている充電制御回路であって、前記バッテリの充電電圧を検出すると共に当該充電電圧の電圧値に応じた電圧値の電圧検出信号を出力する電圧検出部を有し、前記制御部は、前記充電電圧が予め規定された下限電圧値まで低下するとの態様の放電が前記バッテリにおいて生じたことを前記電圧検出信号に基づいて検出したときに、前記オン状態に駆動していた前記電流制御素子を前記オフ状態に駆動する第２制御処理を実行する。

この充電制御回路によれば、制御部が、バッテリから電源装置に向かう向きで電流閾値以上の電流が流れていることを検出したときに、オン状態の電流制御素子をオフ状態に駆動する第１制御処理に加えて、放電がバッテリにおいて生じたことを電圧検出部から出力される電圧検出信号に基づいて検出したときに、オン状態の電流制御素子をオフ状態に駆動する第２制御処理を実行する構成のため、バッテリから電源装置に向かう向きで電流閾値未満の電流値で電流が流れるとの態様の放電についても確実に検出して、電流制御素子をオフ状態に駆動することができ、これにより、この向きでの電流のその後の発生を阻止することができる結果、バッテリからの無駄な放電を防止することができる。また、この充電制御回路によれば、オン状態の電流制御素子を介して電流をバッテリに供給する構成（つまり、逆流防止用ダイオードを介して電流をバッテリに供給しない構成）のため、充電状態においてバッテリへの出力電圧に変動が生じる事態の発生を回避することができる。

また、この充電制御回路によれば、制御部が、バッテリの充電電圧が下限電圧値まで低下したことを電圧検出信号に基づいて検出したときに、電流閾値未満の電流値で電流が継続して流れるとの態様の放電（電流検出信号に基づいては検出できない態様の放電）の発生を検出する構成のため、充電電圧が下限電圧値を下回る状態にバッテリが放電されることを回避することができる。

本発明に係る充電制御回路は、電源装置とバッテリとを接続する電源ラインに配設された電流制御素子と、前記電流制御素子に並列接続された逆流防止用ダイオードと、前記電源ラインに配設されて前記電流制御素子を介して当該電源ラインに流れる電流を検出すると共に当該電流の電流値に応じた電圧値で、かつ当該電流の向きに応じた極性の電流検出信号を出力する電流検出部と、前記電流が前記バッテリから前記電源装置に向かう向きで、かつ予め規定された電流閾値以上の電流値で前記電流制御素子を介して前記電源ラインに流れていることを前記電流検出信号に基づいて検出したときに、電流の双方向での通過を許容するオン状態に駆動していた前記電流制御素子を、当該電流の双方向での通過を阻止するオフ状態に駆動する第１制御処理を実行する制御部とを備えている充電制御回路であって、前記バッテリの充電電圧を検出すると共に当該充電電圧の電圧値に応じた電圧値の電圧検出信号を出力する電圧検出部を有し、前記制御部は、前記充電電圧が予め規定された変化幅以上に低下するとの態様の放電が前記バッテリにおいて生じたことを前記電圧検出信号に基づいて検出したときに、前記オン状態に駆動していた前記電流制御素子を前記オフ状態に駆動する第２制御処理を実行する。

この充電制御回路によれば、制御部が、バッテリから電源装置に向かう向きで電流閾値以上の電流が流れていることを検出したときに、オン状態の電流制御素子をオフ状態に駆動する第１制御処理に加えて、放電がバッテリにおいて生じたことを電圧検出部から出力される電圧検出信号に基づいて検出したときに、オン状態の電流制御素子をオフ状態に駆動する第２制御処理を実行する構成のため、バッテリから電源装置に向かう向きで電流閾値未満の電流値で電流が流れるとの態様の放電についても確実に検出して、電流制御素子をオフ状態に駆動することができ、これにより、この向きでの電流のその後の発生を阻止することができる結果、バッテリからの無駄な放電を防止することができる。また、この充電制御回路によれば、オン状態の電流制御素子を介して電流をバッテリに供給する構成（つまり、逆流防止用ダイオードを介して電流をバッテリに供給しない構成）のため、充電状態においてバッテリへの出力電圧に変動が生じる事態の発生を回避することができる。また、この充電制御回路によれば、制御部が、充電電圧に低下する変化が現れてからの変化幅が予め規定された変化幅に達した時点で、電流制御素子をオフ状態に駆動することができるため、充電電圧の高低を問わずに、電流閾値未満の電流値で電流が継続して流れるとの態様の放電（電流検出信号に基づいては検出できない態様の放電）の発生を検出する構成のため、バッテリからの無駄な放電を防止することができる。また、予め規定された変化幅を小さく規定することで、充電電圧に低下する変化が現れてから極めて短時間で、その後の放電の発生を阻止することができる。

本発明によれば、バッテリの充電状態において、出力電圧の変動の発生を回避しつつ、電源装置に故障が生じた場合でもバッテリからの無駄な放電を防止することができる。

充電制御回路１Ａの構成を示す構成図である。充電制御回路１Ｂの構成を示す構成図である。充電制御回路１Ｃの構成を示す構成図である。充電制御回路５１の構成を示す構成図である。

以下、充電制御回路の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。本例では、一例として、電源装置としてのコンバータとバッテリとを接続する電源ラインに接続されて、コンバータによるバッテリの充電を制御する充電制御回路を例に挙げて説明する。

最初に、充電制御回路としての充電制御回路１Ａの構成について図面を参照して説明する。

充電制御回路１Ａは、図１に示すように、一対の第１端子２ａ，２ｂ（特に区別しないときには、「第１端子２」ともいう）、一対の第２端子３ａ，３ｂ（特に区別しないときには、「第２端子３」ともいう）、電流制御素子４、逆流防止用ダイオード５、電流検出部６Ａ、電圧検出部７、および制御部８Ａを備えて、第１端子２に接続されたコンバータ（電源装置）６１から出力される直流電圧Ｖ１に基づいて、第２端子３に接続されたバッテリ６２に充電電流Ｉ１を出力（供給）してバッテリ６２を充電する充電動作を実行する。以下では、説明のため、バッテリ６２の充電電圧を符号Ｖ２で表すものとする。

具体的には、第１端子２ａ，２ｂのうちの第１端子２ａは、コンバータ６１の一対の出力端子のうちの一方の出力端子（プラス端子）に接続され、第１端子２ｂは、コンバータ６１の他方の出力端子（マイナス端子）に接続される。また、第２端子３ａ，３ｂのうちの第２端子３ａは、バッテリ６２の陽極に接続され、第２端子３ｂは、バッテリ６２の陰極に接続される。

電流制御素子４および逆流防止用ダイオード５は、コンバータ６１とバッテリ６２とを接続する電源ライン（本例ではコンバータ６１に接続される第１端子２ａとバッテリ６２に接続される第２端子３ａとを接続する電源ラインＬａ）に、並列接続された状態で配設されている。また、本例では、電流制御素子４は、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor ）で構成されて、そのソース端子が電源ラインＬａを介して第１端子２ａに接続され、そのドレイン端子が電源ラインＬａを介して第２端子３ａに接続されている。これにより、電流制御素子４は、オン状態のときには、電流の双方向での通過を許容する状態となり、オフ状態のときには、電流の双方向での通過を阻止する状態となる。

逆流防止用ダイオード５は、アノード端子がこのｎ型ＭＯＳＦＥＴのソース端子に接続され、かつカソード端子がこのｎ型ＭＯＳＦＥＴのドレイン端子に接続されて、このｎ型ＭＯＳＦＥＴで構成された電流制御素子４に並列接続されている。なお、逆流防止用ダイオード５は、このｎ型ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードで代用することができる。また、電流制御素子４および逆流防止用ダイオード５は、図示はしないが、コンバータ６１とバッテリ６２とを接続する他の電源ライン（コンバータ６１に接続される第１端子２ｂとバッテリ６２に接続される第２端子３ｂとを接続する電源ラインＬｂ）に配設される構成であってもよい。

電流検出部６Ａは、コンバータ６１とバッテリ６２とを接続する電源ライン（電源ラインＬａ，Ｌｂのいずれか一方。本例では一例として電源ラインＬａ）に配設されて、電流制御素子４を介して電源ラインに流れる電流（充電電流Ｉ１および放電電流Ｉ２）を検出すると共に、この電流の電流値に応じた電圧値で、かつこの電流の向きに応じた極性の電流検出信号Ｖｉを制御部８Ａに出力する。この電流検出部６Ａは、図示はしないが、例えば、電源ラインに配設された電流検出抵抗、およびこの電流検出抵抗の両端間電圧を増幅して電流検出信号Ｖｉとして出力する増幅器で構成することもできるし、電源ラインが挿通されたコア、およびコア内に発生する磁束を検出して電流検出信号Ｖｉとして出力する磁電変換素子（ホール素子など）で構成することもできる。

本例では一例として電流検出部６Ａは、充電電流Ｉ１を検出しているときには、充電電流Ｉ１の電流値に応じて（ほぼ比例して）、電圧値の絶対値が増減し、かつ負極性の電流検出信号Ｖｉを出力し、一方、充電電流Ｉ１とは逆向きの放電電流Ｉ２を検出しているときには、放電電流Ｉ２の電流値に応じて（ほぼ比例して）、電圧値の絶対値が増減し、かつ正極性の電流検出信号Ｖｉを出力する。

電圧検出部７は、例えば、第２端子３ａ，３ｂ間に配設された不図示の分圧抵抗で構成されて、第２端子３ａ，３ｂに接続されたバッテリ６２の充電電圧Ｖ２を検出すると共に、この充電電圧Ｖ２の電圧値に応じた電圧値（充電電圧Ｖ２の電圧値にほぼ比例して増減する電圧値）の電圧検出信号Ｖｖを制御部８Ａに出力する。

制御部８Ａは、例えば、コンパレータなどで構成された電流比較回路１１および電圧比較回路１２と、ＣＰＵおよびメモリなどで構成された処理回路１３とを備えて、電流制御素子４をオン状態またはオフ状態に駆動する制御処理を実行する。

電流比較回路１１は、電流検出部６Ａから出力される電流検出信号Ｖｉを入力して、予め規定された一定の閾値電圧Ｖｔｈ１（正の定電圧）と比較することにより、電流検出信号Ｖｉの電圧値が閾値電圧Ｖｔｈ１以上のときに第１検出信号Ｓ１を出力し（例えば、第１検出信号Ｓ１をハイレベル（例えば＋５Ｖ）とし）、電流検出信号Ｖｉの電圧値が閾値電圧Ｖｔｈ１未満のときに第１検出信号Ｓ１の出力を停止する（例えば、第１検出信号Ｓ１をローレベル（例えば０Ｖ）とする）。この場合、電流検出信号Ｖｉで示される放電電流Ｉ２の電流値が予め規定された電流閾値Ｉｔｈ以上になったときに、電流検出信号Ｖｉの電圧値が閾値電圧Ｖｔｈ１以上となるように、この閾値電圧Ｖｔｈ１の電圧値が規定されている。この構成により、電流比較回路１１は、電源ラインＬａに流れる電流が放電電流Ｉ２であって、かつその電流値が電流閾値Ｉｔｈ以上のときにのみ、その旨を示す第１検出信号Ｓ１を出力する。

電圧比較回路１２は、電圧検出部７から出力される電圧検出信号Ｖｖを入力して、予め規定された一定の閾値電圧Ｖｔｈ２（正の定電圧）と比較することにより、電圧検出信号Ｖｖの電圧値が閾値電圧Ｖｔｈ２以下のときに第２検出信号Ｓ２を出力し（例えば、第２検出信号Ｓ２をハイレベル（例えば＋５Ｖ）とし）、電圧検出信号Ｖｖの電圧値が閾値電圧Ｖｔｈ２を超えるときに第２検出信号Ｓ２の出力を停止する（例えば、第２検出信号Ｓ２をローレベル（例えば０Ｖ）とする）。この場合、電圧検出信号Ｖｖで示される充電電圧Ｖ２の電圧値が予め規定された下限電圧値ＶＬ以下になったときに、電圧検出信号Ｖｖの電圧値が閾値電圧Ｖｔｈ２以下となるように、この閾値電圧Ｖｔｈ２の電圧値が規定されている。この構成により、電圧比較回路１２は、充電電圧Ｖ２の電圧値が下限電圧値ＶＬ以下のときにのみ、その旨を示す第２検出信号Ｓ２を出力する。例えば、バッテリ６２が、Ｌｏｗバッテリとしての鉛バッテリで構成されており、コンバータ６１からの直流電圧Ｖ１が例えば１３．８Ｖのときには、下限電圧値ＶＬは一例として１０．８Ｖに規定される。

処理回路１３は、一例として、充電制御回路１Ａの内部または外部に配設された不図示の入力部（キーボードや操作パネルなど）から充電開始を示す動作指示Ｓｓが入力されたときには、電流制御素子４をオン状態に駆動する（移行させる）ための駆動電圧Ｖｄｖを出力し、一方、充電停止を示す動作指示Ｓｓが入力されたときには、電流制御素子４をオフ状態に駆動する（移行させる）ための駆動電圧Ｖｄｖを出力する。

また、処理回路１３は、電流制御素子４をオン状態に駆動している状態において、第１制御処理および第２制御処理を実行して、オン状態の電流制御素子４をオフ状態に駆動するための駆動電圧Ｖｄｖを出力する。具体的には、処理回路１３は、電流比較回路１１から第１検出信号Ｓ１が出力されるか否かを検出しつつ、第１検出信号Ｓ１が出力されたときには、第１制御処理を実行して、電流制御素子４をオフ状態に駆動するための駆動電圧Ｖｄｖを出力する（電流制御素子４をオフ状態に移行させる）。また、処理回路１３は、電圧比較回路１２から第２検出信号Ｓ２が出力されるか否かを検出しつつ、第２検出信号Ｓ２が出力されたときには、第２制御処理を実行して、電流制御素子４をオフ状態に駆動するための駆動電圧Ｖｄｖを出力する。

以上の構成により、制御部８Ａは、電流制御素子４をオン状態に駆動している状態（つまり、充電制御回路１Ａがバッテリ６２に対する充電動作を実行している状態）において、バッテリ６２からコンバータ６１に向かう向きで、かつ電流閾値Ｉｔｈ以上の電流値で電流制御素子４を介して電流（つまり、放電電流Ｉ２）が電源ラインＬａに流れるとの態様の放電がバッテリ６２に生じたことを電流検出信号Ｖｉに基づいて検出したときには、オン状態の電流制御素子４をオフ状態に駆動するとの第１制御処理を実行する。また、制御部８Ａは、電流制御素子４をオン状態に駆動している状態において、充電電圧Ｖ２が下限電圧値ＶＬ以下になる（下限電圧値ＶＬまで低下する）との態様の放電がバッテリ６２に生じたことを電圧検出信号Ｖｖに基づいて検出したときには、オン状態の電流制御素子４をオフ状態に駆動するとの第２制御処理を実行する。

次いで、充電制御回路１Ａの動作について、添付図面を参照して説明する。なお、第１端子２には、コンバータ６１が接続され、第２端子３には、バッテリ６２が接続されているものとする。また、正常動作しているコンバータ６１から出力される直流電圧Ｖ１は、満充電状態におけるバッテリ６２の充電電圧Ｖ２と同等の電圧に規定されているものとする。また、バッテリ６２は、当初、下限電圧値ＶＬを上回り、かつ直流電圧Ｖ１を下回る充電電圧Ｖ２に充電されているものとする。

この状態において、充電開始を示す動作指示Ｓｓが入力されたときには、制御部８Ａでは、処理回路１３が、電流制御素子４をオン状態に駆動するための駆動電圧Ｖｄｖを出力する。この場合、直流電圧Ｖ１は現在の充電電圧Ｖ２を上回っているため、充電制御回路１Ａの電源ラインＬａには、オン状態の電流制御素子４を介してコンバータ６１からバッテリ６２に向かう向きで電流（充電電流Ｉ１）が流れる。

充電制御回路１Ａでは、電流検出部６Ａがこの充電電流Ｉ１を検出して、絶対値が充電電流Ｉ１の電流値に応じた電圧値で、かつ負極性の電流検出信号Ｖｉを出力する。また、制御部８Ａでは、電流比較回路１１が、この電流検出信号Ｖｉの電圧値と閾値電圧Ｖｔｈ１とを比較して、この電流検出信号Ｖｉの電圧値が閾値電圧Ｖｔｈ１未満であることから、第１検出信号Ｓ１の出力を停止する状態を維持する。また、電圧検出部７が、充電電圧Ｖ２を検出して、充電電圧Ｖ２の電圧値に応じた電圧値の電圧検出信号Ｖｖを出力する。また、制御部８Ａでは、電圧比較回路１２が、この電圧検出信号Ｖｖの電圧値と閾値電圧Ｖｔｈ２とを比較して、この電圧検出信号Ｖｖの電圧値が閾値電圧Ｖｔｈ２を上回っていることから、第２検出信号Ｓ２の出力を停止する状態を維持する。したがって、処理回路１３は、電流制御素子４をオン状態に駆動するための駆動電圧Ｖｄｖの出力を継続する。

これにより、充電電流Ｉ１が、コンバータ６１からオン状態の電流制御素子４を介してバッテリ６２に継続して流れる。つまり、充電制御回路１Ａは、バッテリ６２に対する充電動作を継続する。また、充電制御回路１Ａのバッテリ６２に対する充電は、上昇した充電電圧Ｖ２が直流電圧Ｖ１と同等の電圧に達した時点で完了する。このようにして、充電制御回路１Ａでは、バッテリ６２の充電が完了するまで、オン状態の電流制御素子４を介して充電電流Ｉ１をバッテリ６２に供給する構成のため、この充電状態において、充電制御回路１Ａからバッテリ６２に出力する電圧（出力電圧）に変動が生じる事態の発生が回避されている。

一方、充電制御回路１Ａがバッテリ６２に対する充電を実行しているときに、コンバータ６１に故障が発生するなどして直流電圧Ｖ１が低下して、現在の充電電圧Ｖ２を下回る状態になったときには、充電電流Ｉ１に代えて放電電流Ｉ２がオン状態の電流制御素子４に流れる。

最初に、直流電圧Ｖ１の低下の度合いが大きいときの充電制御回路１Ａの動作について説明する。

直流電圧Ｖ１の低下の度合いが大きいときには、充電電圧Ｖ２との差分電圧も大きくなることから、電流閾値Ｉｔｈ以上の電流値の放電電流Ｉ２が流れる。このため、充電制御回路１Ａでは、電流検出部６Ａが、この放電電流Ｉ２を検出して、電圧値の絶対値が閾値電圧Ｖｔｈ１以上となり、かつ正極性の電流検出信号Ｖｉを出力する。また、制御部８Ａでは、電流比較回路１１が、この電流検出信号Ｖｉの電圧値と閾値電圧Ｖｔｈ１とを比較して、この電流検出信号Ｖｉの電圧値が閾値電圧Ｖｔｈ１以上であることから、第１検出信号Ｓ１を出力する。

なお、バッテリ６２の充電電圧Ｖ２は、放電電流Ｉ２が生じたとしても、短時間では下限電圧値ＶＬまで低下しない。このため、電圧検出部７から出力されている電圧検出信号Ｖｖの電圧値は、閾値電圧Ｖｔｈ２を上回った状態となっている。したがって、制御部８Ａでは、電圧比較回路１２が、この電圧検出信号Ｖｖの電圧値と閾値電圧Ｖｔｈ２とを比較して、この電圧検出信号Ｖｖの電圧値が閾値電圧Ｖｔｈ２を上回っていることから、第２検出信号Ｓ２の出力を停止する状態を維持する。

制御部８Ａでは、処理回路１３が、電流比較回路１１からの第１検出信号Ｓ１の出力を検出して、第１制御処理を実行することにより、電流制御素子４をオフ状態に駆動するための駆動電圧Ｖｄｖを出力する。したがって、充電制御回路１Ａでは、コンバータ６１に故障が生じた場合でも、オフ状態に移行した電流制御素子４と、この電流制御素子４に並列接続されている逆流防止用ダイオード５とにより、その後の放電電流Ｉ２の発生が阻止されることから、バッテリ６２の無駄な放電が防止可能となっている。また、電流閾値Ｉｔｈは例えばコンバータ６１の定格出力電流の数％程度（一例として２～３％程度）の微小な電流値に相当する値に規定されていることから、充電制御回路１Ａは、放電電流Ｉ２の発生の検出から電流制御素子４をオフ状態に駆動するまでを、極めて短時間に完了させる。これにより、発生した放電電流Ｉ２による充電電圧Ｖ２の低下への影響は無視し得るものとなっている。

次いで、直流電圧Ｖ１の低下の度合いが小さいときの充電制御回路１Ａの動作について説明する。

直流電圧Ｖ１の低下の度合いが小さいときには、充電電圧Ｖ２との差分電圧も小さくなることから、その差分電圧によっては、電流閾値Ｉｔｈを下回る電流値（微少な電流値）の放電電流Ｉ２が流れることがある。この場合、充電制御回路１Ａでは、電流検出部６Ａは、この放電電流Ｉ２を検出を検出して正極性で電流検出信号Ｖｉを出力するものの、電流検出信号Ｖｉの電圧値の絶対値は閾値電圧Ｖｔｈ１を下回るものとなる。このため、制御部８Ａでは、電流比較回路１１は、第１検出信号Ｓ１の出力を停止する状態を維持する。

しかしながら、電流値は微小ではあるものの、継続して放電電流Ｉ２が流れることから、バッテリ６２の充電電圧Ｖ２は徐々に低下して、いずれは下限電圧値ＶＬまで低下する。また、充電電圧Ｖ２を検出している電圧検出部７から出力されている電圧検出信号Ｖｖの電圧値もまた、閾値電圧Ｖｔｈ２まで低下する。したがって、制御部８Ａでは、電圧比較回路１２が、この電圧検出信号Ｖｖの電圧値と閾値電圧Ｖｔｈ２とを比較して、この電圧検出信号Ｖｖの電圧値が閾値電圧Ｖｔｈ２以下となるときに、第２検出信号Ｓ２を出力する。

制御部８Ａでは、処理回路１３が、電圧比較回路１２からの第２検出信号Ｓ２の出力を検出して、第２制御処理を実行することにより、電流制御素子４をオフ状態に駆動するための駆動電圧Ｖｄｖを出力する。このように、充電制御回路１Ａでは、コンバータ６１の故障に起因して発生した放電電流Ｉ２の電流値が微小であったとしても、制御部８Ａが、電流閾値Ｉｔｈ以上の電流値で放電電流Ｉ２が流れるとの態様での放電の発生検出に代えて、充電電圧Ｖ２が下限電圧値ＶＬまで低下するとの態様での放電がバッテリ６２に生じたことを検出して、電流制御素子４をオフ状態に駆動することが可能となっている。これにより、オフ状態に移行した電流制御素子４と、この電流制御素子４に並列接続されている逆流防止用ダイオード５とにより、その後の放電電流Ｉ２の発生が阻止されることから、バッテリ６２の更なる無駄な放電が防止可能となっている。

このように、この充電制御回路１Ａによれば、制御部８Ａが、電流閾値Ｉｔｈ以上の電流値で放電電流Ｉ２が流れていることを検出したときに、オン状態の電流制御素子４をオフ状態に駆動する第１制御処理に加えて、放電がバッテリ６２において生じたことを電圧検出部７から出力される電圧検出信号Ｖｖに基づいて検出したときに、オン状態の電流制御素子４をオフ状態に駆動する第２制御処理を実行する構成のため、電流閾値Ｉｔｈ未満の電流値で放電電流Ｉ２が流れるとの態様の放電についても確実に検出して、電流制御素子４をオフ状態に駆動することができ、これにより、放電電流Ｉ２のその後の発生を阻止することができる結果、バッテリ６２からの無駄な放電を防止することができる。また、この充電制御回路１Ａによれば、オン状態の電流制御素子４を介して充電電流Ｉ１をバッテリ６２に供給する構成（つまり、逆流防止用ダイオード５を介して充電電流Ｉ１をバッテリ６２に供給しない構成）のため、充電状態においてバッテリ６２への出力電圧に変動が生じる事態の発生を回避することができる。

また、この充電制御回路１Ａによれば、制御部８Ａが、バッテリ６２の充電電圧Ｖ２が下限電圧値ＶＬまで低下したことを電圧検出信号Ｖｖに基づいて検出したときに、電流閾値Ｉｔｈ未満の電流値で放電電流Ｉ２が継続して流れるとの態様の放電（電流検出信号Ｖｉに基づいては検出できない態様の放電）の発生を検出する構成のため、充電電圧Ｖ２が下限電圧値ＶＬを下回る状態にバッテリ６２が放電されることを回避することができる。

なお、電流制御素子４をオン状態またはオフ状態に駆動する制御処理を実行する制御部の構成は、上記した制御部８Ａの構成に限定されない。例えば、図２に示す充電制御回路１Ｂの制御部８Ｂのように構成することもできる。以下、充電制御回路１Ｂについて説明する。なお、上記した充電制御回路１Ａと同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。

充電制御回路１Ｂは、図２に示すように、一対の第１端子２、一対の第２端子３、電流制御素子４、逆流防止用ダイオード５、電流検出部６Ａ、電圧検出部７、および制御部８Ｂを備えている。また、充電制御回路１Ｂでは、制御部８Ｂは、電流比較回路１１、電圧比較回路１２、加算回路１４および駆動回路１５を備えて、電流制御素子４をオン状態またはオフ状態に駆動する制御処理を実行する。

加算回路１４は、電流検出部６Ａから出力される電流検出信号Ｖｉと電圧比較回路１２から出力される第２検出信号Ｓ２とをリアルタイムで加算（アナログ加算）して、新たな電流検出信号Ｖｉ１として出力する。この場合、電流検出信号Ｖｉは、上記したように、電流検出部６Ａにおいて充電電流Ｉ１が検出されているときには、負極性であって、充電電流Ｉ１の電流値に応じて電圧値の絶対値が増減し、一方、放電電流Ｉ２が検出されているときには、正極性であって、放電電流Ｉ２の電流値に応じて電圧値の絶対値が増減する信号となっている。また、第２検出信号Ｓ２は、電圧検出部７から出力される電圧検出信号Ｖｖの電圧値が閾値電圧Ｖｔｈ２以下のときにはハイレベル（＋５Ｖ）で出力され、一方、電圧検出信号Ｖｖの電圧値が閾値電圧Ｖｔｈ２を超えるときには出力が停止される（ローレベル（０Ｖ）で出力される）。したがって、電流比較回路１１で用いられる閾値電圧Ｖｔｈ１よりも第２検出信号Ｓ２のハイレベルが高くなるようにしておくことにより、加算回路１４は、電圧比較回路１２からハイレベルの第２検出信号Ｓ２を入力したときには、電流検出部６Ａに流れる放電電流Ｉ２の電流値の多少に拘わらず、閾値電圧Ｖｔｈ１を超える電圧値の電流検出信号Ｖｉ１を出力する。

電流比較回路１１は、入力した電流検出信号Ｖｉ１と閾値電圧Ｖｔｈ１とを比較することにより、電流検出信号Ｖｉ１の電圧値が閾値電圧Ｖｔｈ１以上のときに第１検出信号Ｓ１をハイレベルで出力し、電流検出信号Ｖｉ１の電圧値が閾値電圧Ｖｔｈ１未満のときに第１検出信号Ｓ１の出力を停止する（例えば、第１検出信号Ｓ１をローレベルとする）。この場合、電流検出信号Ｖｉで示される放電電流Ｉ２の電流値が予め規定された電流閾値Ｉｔｈ以上になったときに、電流検出信号Ｖｉの電圧値が閾値電圧Ｖｔｈ１以上となるように、この閾値電圧Ｖｔｈ１の電圧値が規定されている。この構成により、電流比較回路１１は、電源ラインＬａに流れる電流が放電電流Ｉ２であって、かつその電流値が電流閾値Ｉｔｈ以上のときに、第１検出信号Ｓ１をハイレベルで出力する。また、電流比較回路１１は、電源ラインＬａに流れる電流が放電電流Ｉ２であって、かつその電流値が電流閾値Ｉｔｈ未満のときであっても、電圧比較回路１２が第２検出信号Ｓ２をハイレベルで出力したとき、つまり、充電電圧Ｖ２の電圧値が下限電圧値ＶＬ以下になったときに、第１検出信号Ｓ１をハイレベルで出力する。

駆動回路１５は、不図示のトランジスタや演算増幅器などを用いたアナログ回路で構成されて、動作指示Ｓｓが入力されたときには、電流制御素子４をオン状態に駆動するための駆動電圧Ｖｄｖを出力し、一方、充電停止を示す動作指示Ｓｓが入力されたときには、電流制御素子４をオフ状態に駆動するための駆動電圧Ｖｄｖを出力する。

また、駆動回路１５は、電流比較回路１１から第１検出信号Ｓ１が出力されるか否かを検出しつつ、電流検出信号Ｖｉで示される放電電流Ｉ２の電流値が予め規定された電流閾値Ｉｔｈ以上になって第１検出信号Ｓ１が出力されたときには、第１制御処理を実行して、オン状態に駆動されている電流制御素子４をオフ状態に駆動するための駆動電圧Ｖｄｖを出力する（電流制御素子４をオフ状態に移行させる）。また、駆動回路１５は、充電電圧Ｖ２の電圧値が下限電圧値ＶＬ以下になって第１検出信号Ｓ１が出力されたときには、第２制御処理を実行して、オン状態に駆動されている電流制御素子４をオフ状態に駆動するための駆動電圧Ｖｄｖを出力する。

以上の構成により、制御部８Ｂは、上記した制御部８Ａと同一の制御処理を電流制御素子４に対して実行する。

このように、充電制御回路１Ｂは、充電制御回路１Ａと同じ構成要素（一対の第１端子２、一対の第２端子３、電流制御素子４、逆流防止用ダイオード５、電流検出部６Ａ、および電圧検出部７）を備えると共に、構成は異なるものの充電制御回路１Ａの制御部８Ａと同一の制御処理を実行する制御部８Ｂを備えていることから、上記した充電制御回路１Ａの動作と同じ動作を実行する。したがって、この充電制御回路１Ｂにおいても、上記した充電制御回路１Ａと同一の効果を奏することができる。また、充電制御回路１Ｂによれば、ＣＰＵなどを用いることなく制御部８Ｂを簡易に構成することができる。

また、電流制御素子４をオン状態またはオフ状態に駆動する制御処理を実行する制御部の構成は、上記した制御部８Ａ，８Ｂの構成に限定されない。例えば、図３に示す充電制御回路１Ｃの制御部８Ｃのように構成することもできる。以下、充電制御回路１Ｃについて説明する。なお、上記した充電制御回路１Ａ，１Ｂと同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。

充電制御回路１Ｃは、図３に示すように、一対の第１端子２、一対の第２端子３、電流制御素子４、逆流防止用ダイオード５、電流検出部６Ｂ、電圧検出部７、および制御部８Ｃを備えている。

電流検出部６Ｂは、図示はしないが、一例として、電流検出素子としてのＭＯＳＦＥＴと、ＭＯＳＦＥＴの両端間電圧（ＭＯＳＦＥＴの両端間抵抗と、ＭＯＳＦＥＴを流れる電流（充電電流Ｉ１または放電電流Ｉ２）の電流値とを乗算した値の電圧値）を増幅して電流検出信号Ｖｉとして出力する増幅器とで構成されている。この場合、ＭＯＳＦＥＴは、電圧比較回路１２から出力される第２検出信号Ｓ２がローレベルのときには、オン状態（ほぼ一定の低オン抵抗となる飽和状態）に駆動され、第２検出信号Ｓ２がハイレベルのときには、オフ状態（オン抵抗が極めて大きな状態）に駆動される。この構成により、電流検出部６Ｂは、第２検出信号Ｓ２がローレベルのとき（つまり、充電電圧Ｖ２の電圧値が下限電圧値ＶＬを上回っているとき）において、充電電流Ｉ１を検出しているときには、充電電流Ｉ１の電流値に応じて、電圧値の絶対値が増減し、かつ負極性の電流検出信号Ｖｉを出力し、また放電電流Ｉ２を検出しているときには、放電電流Ｉ２の電流値に応じて（ほぼ比例して）、電圧値の絶対値が増減し、かつ正極性の電流検出信号Ｖｉを出力する。また、電流検出部６Ｂは、第２検出信号Ｓ２がハイレベルのとき（つまり、微小な放電電流Ｉ２が流れたことによって、充電電圧Ｖ２の電圧値が下限電圧値ＶＬ以下になったとき）には、充電電圧Ｖ２と直流電圧Ｖ１との差分電圧（Ｖ２－Ｖ１）を増幅して正極性の電流検出信号Ｖｉを出力する。

制御部８Ｃは、電流比較回路１１、電圧比較回路１２および駆動回路１５を備えて、電流制御素子４をオン状態またはオフ状態に駆動する制御処理を実行する。

電流比較回路１１は、入力した電流検出信号Ｖｉと閾値電圧Ｖｔｈ１とを比較することにより、電流検出信号Ｖｉの電圧値が閾値電圧Ｖｔｈ１以上のときに第１検出信号Ｓ１をハイレベルで出力し、電流検出信号Ｖｉの電圧値が閾値電圧Ｖｔｈ１未満のときに第１検出信号Ｓ１の出力を停止する（例えば、第１検出信号Ｓ１をローレベルとする）。この場合、電流検出信号Ｖｉで示される放電電流Ｉ２の電流値が予め規定された電流閾値Ｉｔｈ以上になったときの電流検出信号Ｖｉの電圧値が閾値電圧Ｖｔｈ１以上となり、また電流検出信号Ｖｉが上記した差分電圧（Ｖ２－Ｖ１）を増幅した信号であるときのこの電流検出信号Ｖｉの電圧値が閾値電圧Ｖｔｈ１以上となるように、この閾値電圧Ｖｔｈ１の電圧値が規定されている。

この構成により、電流比較回路１１は、電源ラインＬａに流れる電流が放電電流Ｉ２であって、かつその電流値が電流閾値Ｉｔｈ以上のときに、第１検出信号Ｓ１をハイレベルで出力する。また、電流比較回路１１は、電源ラインＬａに流れる電流が放電電流Ｉ２であって、かつその電流値が電流閾値Ｉｔｈ未満のときであっても、電圧比較回路１２が第２検出信号Ｓ２をハイレベルで出力したとき、つまり、充電電圧Ｖ２の電圧値が下限電圧値ＶＬ以下になったときに、第１検出信号Ｓ１をハイレベルで出力する。

駆動回路１５は、動作指示Ｓｓが入力されたときには、電流制御素子４をオン状態に駆動するための駆動電圧Ｖｄｖを出力し、一方、充電停止を示す動作指示Ｓｓが入力されたときには、電流制御素子４をオフ状態に駆動するための駆動電圧Ｖｄｖを出力する。

以上の構成により、制御部８Ｃは、上記した制御部８Ａ，８Ｂと同一の制御処理を電流制御素子４に対して実行する。

このように、充電制御回路１Ｃは、充電制御回路１Ａと同じ構成要素（一対の第１端子２、一対の第２端子３、電流制御素子４、逆流防止用ダイオード５、および電圧検出部７）を備えると共に、充電制御回路１Ｂと同じ構成要素（制御部８Ｃを構成する電流比較回路１１、電圧比較回路１２および駆動回路１５）を備え、かつ上記した電流検出部６Ｂを備えていることから、上記した充電制御回路１Ａ，１Ｂの動作と同じ動作を実行する。したがって、この充電制御回路１Ｃにおいても、上記した充電制御回路１Ａ，１Ｂと同一の効果を奏することができる。また、充電制御回路１Ｃによれば、ＣＰＵなどを用いることなく制御部８Ｃを簡易に構成することができる。

なお、充電制御回路１Ａにおいて、制御部８Ａは、上記の構成に限定されない。例えば、制御部８Ａが、バッテリ６２の充電電圧Ｖ２が下限電圧値ＶＬまで低下したことを電圧検出信号Ｖｖに基づいて検出したときに、電流閾値Ｉｔｈ未満の電流値で放電電流Ｉ２が継続して流れるとの態様の放電の発生を検出する構成に代えて、充電電圧Ｖ２が予め規定された変化幅（基準変化幅）ΔＶ２ｒ（例えばコンバータ６１の定格出力電圧の１０％程度）以上に低下したことを電圧検出信号Ｖｖに基づいて検出したときに、電流閾値Ｉｔｈ未満の電流値で放電電流Ｉ２が継続して流れるとの態様の放電（電流検出信号Ｖｉに基づいては検出できない態様の放電）の発生を検出する構成を採用することもできる。

この構成については、図示はしないが、処理回路１３が、アナログ信号である電圧検出信号Ｖｖをサンプリングして、その瞬時値データ（波形データ）を出力するＡ／Ｄ変換器を備えて構成されて、処理回路１３を構成するＣＰＵが、この瞬時値データに基づいて電圧検出信号Ｖｖで示される充電電圧Ｖ２の変化の様子を検出しつつ、充電電圧Ｖ２に低下する変化が現れたときにはその変化幅ΔＶ２（低下の開始時点からの変化量）を算出して、上記の変化幅ΔＶ２ｒと比較することで実現される。この場合、処理回路１３は、算出している変化幅ΔＶ２が上記の変化幅ΔＶ２ｒ以上となったときに、電流閾値Ｉｔｈ未満の電流値で放電電流Ｉ２が継続して流れるとの態様の放電の発生を検出したとして、オン状態の電流制御素子４をオフ状態に駆動する。

これにより、この構成においても、充電制御回路１Ａは、放電電流Ｉ２のその後の発生を阻止することができる。さらに、この構成の充電制御回路１Ａによれば、充電電圧Ｖ２に低下する変化が現れてからの変化幅ΔＶ２が変化幅ΔＶ２ｒに達した時点で、電流制御素子４をオフ状態に駆動することができるため、充電電圧Ｖ２の高低を問わずに、電流閾値Ｉｔｈ未満の電流値で放電電流Ｉ２が継続して流れるとの態様の放電の発生を検出して、その後の放電の発生を阻止することができる結果、バッテリ６２からの無駄な放電を防止することができる。また、変化幅ΔＶ２ｒを小さく規定することで、充電電圧Ｖ２に低下する変化が現れてから極めて短時間で、その後の放電の発生を阻止することができる。また、この構成の充電制御回路１Ａによっても、オン状態の電流制御素子４を介して充電電流Ｉ１をバッテリ６２に供給する構成（つまり、逆流防止用ダイオード５を介して充電電流Ｉ１をバッテリ６２に供給しない構成）のため、充電状態においてバッテリ６２への出力電圧に変動が生じる事態の発生を回避することができる。

なお、処理回路１３が、アナログ信号である電圧検出信号Ｖｖをサンプリングして、その瞬時値データ（波形データ）を出力するＡ／Ｄ変換器と共に、アナログ信号である電流検出信号Ｖｉをサンプリングして、その瞬時値データ（波形データ）を出力するＡ／Ｄ変換器を備えて、処理回路１３を構成するＣＰＵが、電圧検出信号Ｖｖについての瞬時値データと電流検出信号Ｖｉについての瞬時値データとをデジタル的に処理して、上記した電流比較回路１１および電圧比較回路１２の双方の機能を併せて有する構成とすることもできる。

また、電流検出部６は、上記の例では、充電電流Ｉ１を検出しているときには負極性となり、放電電流Ｉ２を検出しているときには正極性となる電流検出信号Ｖｉを出力する構成を採用しているが、この極性とは逆極性で（つまり、充電電流Ｉ１を検出しているときには正極性となり、放電電流Ｉ２を検出しているときには負極性となる）電流検出信号Ｖｉを出力する構成を採用してもよい。この構成を採用したときには、電流比較回路１１は、この電流検出信号Ｖｉと一定の閾値電圧Ｖｔｈ１（負の定電圧）と比較して、電流検出信号Ｖｉの電圧値が閾値電圧Ｖｔｈ１以下のときに第１検出信号Ｓ１を出力する構成とすることで、処理回路１３は、上記した第１制御処理を実行して、電流制御素子４をオフ状態に駆動するための駆動電圧Ｖｄｖを出力することができる。

また、電源装置の一例としてコンバータ６１を挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、電源装置はスイッチング電源装置や他のバッテリであってもよい。また、電源装置をコンバータ６１やスイッチング電源装置で構成する場合には、電源装置内の直流電圧Ｖ１の出力段に充電制御回路１Ａ（１Ｂ，１Ｃ）を一体的に組み込む構成を採用することもできる。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ充電制御回路
４電流制御素子
５逆流防止用ダイオード
６Ａ，６Ｂ電流検出部
７電圧検出部
８Ａ，８Ｂ，８Ｃ制御部
６１コンバータ
６２バッテリ
Ｉ１充電電流
Ｉ２放電電流
Ｌａ電源ライン
Ｖ２充電電圧
Ｖｉ電流検出信号
Ｖｖ電圧検出信号

Claims

電源装置とバッテリとを接続する電源ラインに配設された電流制御素子と、
前記電流制御素子に並列接続された逆流防止用ダイオードと、
前記電源ラインに配設されて前記電流制御素子を介して当該電源ラインに流れる電流を検出すると共に当該電流の電流値に応じた電圧値で、かつ当該電流の向きに応じた極性の電流検出信号を出力する電流検出部と、
前記電流が前記バッテリから前記電源装置に向かう向きで、かつ予め規定された電流閾値以上の電流値で前記電流制御素子を介して前記電源ラインに流れていることを前記電流検出信号に基づいて検出したときに、電流の双方向での通過を許容するオン状態に駆動していた前記電流制御素子を、当該電流の双方向での通過を阻止するオフ状態に駆動する第１制御処理を実行する制御部とを備えている充電制御回路であって、
前記バッテリの充電電圧を検出すると共に当該充電電圧の電圧値に応じた電圧値の電圧検出信号を出力する電圧検出部を有し、
前記制御部は、前記充電電圧が予め規定された下限電圧値まで低下するとの態様の放電が前記バッテリにおいて生じたことを前記電圧検出信号に基づいて検出したときに、前記オン状態に駆動していた前記電流制御素子を前記オフ状態に駆動する第２制御処理を実行する充電制御回路。
電源装置とバッテリとを接続する電源ラインに配設された電流制御素子と、
前記電流制御素子に並列接続された逆流防止用ダイオードと、
前記電源ラインに配設されて前記電流制御素子を介して当該電源ラインに流れる電流を検出すると共に当該電流の電流値に応じた電圧値で、かつ当該電流の向きに応じた極性の電流検出信号を出力する電流検出部と、
前記電流が前記バッテリから前記電源装置に向かう向きで、かつ予め規定された電流閾値以上の電流値で前記電流制御素子を介して前記電源ラインに流れていることを前記電流検出信号に基づいて検出したときに、電流の双方向での通過を許容するオン状態に駆動していた前記電流制御素子を、当該電流の双方向での通過を阻止するオフ状態に駆動する第１制御処理を実行する制御部とを備えている充電制御回路であって、
前記バッテリの充電電圧を検出すると共に当該充電電圧の電圧値に応じた電圧値の電圧検出信号を出力する電圧検出部を有し、
前記制御部は、前記充電電圧が予め規定された変化幅以上に低下するとの態様の放電が前記バッテリにおいて生じたことを前記電圧検出信号に基づいて検出したときに、前記オン状態に駆動していた前記電流制御素子を前記オフ状態に駆動する第２制御処理を実行する充電制御回路。