充電裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的課題在于，提供一種能夠在幾十V～幾百V的寬的電壓范圍內(nèi)對電池等高精度地輸出充電電力的充電裝置。與本發(fā)明相關(guān)的充電裝置(1)包括：轉(zhuǎn)換器部(4)，將充電電壓輸出到電池(20)；以及控制部(5)，通過對轉(zhuǎn)換器部(4)的開關(guān)元件輸出基于充電電壓的電壓值而確定的脈寬的控制信號，使該開關(guān)元件僅在與脈寬相應(yīng)的時(shí)間成為導(dǎo)通狀態(tài)?？刂撇?5)根據(jù)充電電壓的電壓值而使控制信號的輸出間隔變化，另外使控制信號的輸出間隔隨著充電電壓的電壓值變低而變長。
【專利說明】充電裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于對電池等進(jìn)行充電的充電裝置，特別地涉及一種對電池等輸出幾十V?幾百V的寬的電壓范圍內(nèi)的充電電力的充電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著近年來的電動(dòng)汽車的普及，能夠在10分鐘左右的短時(shí)間內(nèi)對大容量的車載電池進(jìn)行快速充電的充電裝置的需求變高。
[0003]通常，這樣的充電裝置在對從外部提供的交流電壓進(jìn)行整流平滑而使其成為直流后，通過由轉(zhuǎn)器部進(jìn)行升降壓來生成基于期望的電壓值的充電電力，并將該電力輸出到車載電池，從而對該車載電池進(jìn)行充電。
[0004]雖然從以往針對車載電池用的充電裝置進(jìn)行了各種研究，但如從專利文獻(xiàn)I和專利文獻(xiàn)2所看到的那樣，充電電壓一般通過基于該充電電壓的電壓值對構(gòu)成轉(zhuǎn)換器部的開關(guān)元件的占空比進(jìn)行變更的PWM控制，而成為期望的電壓值。
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開2002-112465號公報(bào)
[0006]專利文獻(xiàn)2:日本特開2009-240001號公的

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007](發(fā)明所要解決的課題)
[0008]然而，設(shè)置于充電座等的設(shè)置型的充電裝置存在作為充電對象的車載電池未被確定這樣的特有問題，該特有問題在車載型的充電裝置(與車載電池成套地插入到車輛的充電裝置)中是不存在的。
[0009]因此，要求設(shè)置型的充電裝置能夠輸出為了與所有的車載電池的充電對應(yīng)的幾十V?幾百V這樣的寬的電壓范圍內(nèi)的充電電力。但是，以往的充電裝置不能夠高精度地輸出幾十V左右的較低的充電電壓。
[0010]下面，一邊參考圖4 一邊說明這個(gè)問題。
[0011 ] 在車載電池用的充電裝置中，在PWM控制下，在升高充電電壓的電壓值時(shí)使開關(guān)元件的占空比變高，而在降低充電電壓的電壓值時(shí)使占空比變低。
[0012]換句話說，充電裝置通過擴(kuò)大使開關(guān)元件變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)的控制信號的脈寬從而輸出幾百V的充電電壓，通過使控制信號的脈寬變窄從而輸出幾十V的充電電壓。
[0013]但是，占空比(脈寬)和充電電壓的線性僅在占空比高到一定程度的區(qū)域(在圖4中是20%以上的區(qū)域)中被保持，在占空比低于它的區(qū)域(不到20%的區(qū)域)、即控制信號的脈寬窄的區(qū)域中，構(gòu)成轉(zhuǎn)換器部的各元件不能跟蹤控制信號，不能使充電電壓的電壓值變?yōu)槠谕碾妷褐怠?br> [0014]另外，通過使用與高速開關(guān)對應(yīng)的昂貴的元件，或者將多個(gè)廉價(jià)的元件并聯(lián)池連接而使其發(fā)揮與昂貴的元件相同的性能，從而能夠在一定程度上消除這個(gè)問題，但是采用這樣的方法，不能避免生產(chǎn)成本的增大、與部件數(shù)量的增加相伴的大型化。[0015]本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其課題在于，提供一種能夠在幾十V?幾百V的寬的電壓范圍內(nèi)對電池等高精度地輸出充電電力的充電裝置。
[0016](用于解決課題的手段)
[0017]為了解決上述課題，與本發(fā)明相關(guān)的充電裝置包括:轉(zhuǎn)換器部，將充電電壓輸出到充電對象；以及控制部，通過對轉(zhuǎn)換器部的開關(guān)元件輸出基于充電電壓的電壓值而確定的脈寬的控制信號，從而使該開關(guān)元件僅在與脈寬相應(yīng)的時(shí)間成為導(dǎo)通狀態(tài)，該充電裝置的特征在于，控制部根據(jù)充電電壓的電壓值而使控制信號的輸出間隔變化，從而使控制信號的輸出間隔隨著充電電壓的電壓值變低而變長。
[0018]在該結(jié)構(gòu)中，由于除了控制信號的脈寬以外，還能夠改變控制信號的輸出間隔，所以并非是通過使控制信號的脈寬變窄，而是通過使控制信號的輸出間隔變長，從而能夠使所輸出的充電電壓的電壓值降低。
[0019]S卩，根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于能夠使轉(zhuǎn)換器部始終在保持了占空比和充電電壓的線性的區(qū)域中動(dòng)作，所以能夠在幾十V?幾百V的寬的電壓范圍內(nèi)高精度地輸出充電電力。
[0020]另外，在本說明書中采用的術(shù)語“輸出間隔”表示從開始輸出某一控制信號起直至開始輸出下一控制信號為止的時(shí)間。應(yīng)當(dāng)注意它不是不輸出控制信號的時(shí)間這一點(diǎn)。
[0021]上述充電裝置的控制部能夠構(gòu)成為通過對按規(guī)定的間隔連續(xù)輸出的控制信號規(guī)則地進(jìn)行間隔剔除，從而使實(shí)際輸出的控制信號的輸出間隔變長。
[0022]“規(guī)定的間隔”表示例如根據(jù)硬件的特性而最快地輸出的控制信號(脈沖信號)的間隔。
[0023]另外，為了對控制信號規(guī)則地進(jìn)行間隔剔除，控制部由以下部分構(gòu)成即可:存儲(chǔ)部，存儲(chǔ)了與充電電壓的電壓值對應(yīng)的計(jì)數(shù)初始值；脈寬確定部，基于充電電壓的電壓值和存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部的計(jì)數(shù)初始值，來確定控制信號的脈寬；以及控制信號輸出部，使計(jì)數(shù)值從計(jì)數(shù)初始值起遞減計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值成為零時(shí)，輸出由脈寬確定部所確定的脈寬的控制信號。
[0024]在這種情況下，隨著充電電壓的電壓值變低，需要使計(jì)數(shù)初始值變大。
[0025]另外，為了基于充電電壓的電壓值來確定最佳的脈寬，優(yōu)選脈寬確定部基于計(jì)數(shù)值成為零的定時(shí)的充電電壓的電壓值，來確定控制信號的脈寬。
[0026](發(fā)明的效果)
[0027]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種能夠在幾十V?幾百V的寬的電壓范圍內(nèi)對電池等高精度地輸出充電電力的充電裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是示出與本發(fā)明相關(guān)的充電裝置的一個(gè)實(shí)施方式的方框圖。
[0029]圖2是示出與本發(fā)明相關(guān)的充電裝置中的控制部的動(dòng)作的波形圖。
[0030]圖3是示出與本發(fā)明相關(guān)的充電裝置中的控制部的動(dòng)作的流程圖。
[0031]圖4是示出充電裝置中的開關(guān)元件的占空比和充電電壓的關(guān)系的曲線圖。
[0032](符號說明)
[0033]1:充電裝置；2:整流平滑部；3:功率因數(shù)改善部；4:轉(zhuǎn)換器部；5:控制部；6:控制信號輸出部；7:脈寬確定部；8:存儲(chǔ)部；10:交流電源；20:電池(充電對象)?！揪唧w實(shí)施方式】
[0034]下面，一邊參考附圖，一邊說明與本發(fā)明相關(guān)的充電裝置的優(yōu)選實(shí)施方式。另外，以下雖然舉出對車載電池進(jìn)行充電的設(shè)置型的充電裝置作為一個(gè)例子來進(jìn)行說明，但是與本發(fā)明相關(guān)的充電裝置不限定于設(shè)置型的充電裝置。
[0035][充電裝置的結(jié)構(gòu)]
[0036]圖1是示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的充電裝置的方框圖。
[0037]充電裝置I將從位于外部的交流電源10提供的交流電壓變換為應(yīng)該輸出到電池20的具有期望電壓值的充電電壓，并將它輸出到電池20。當(dāng)然，如果電池20的種類、使用狀況(剩余容量)不同，則應(yīng)該輸出的充電電壓的電壓值也不同。
[0038]如該圖所示，充電裝置I包括:整流平滑部2，對從交流電源10提供的交流電壓進(jìn)行整流、平滑而使其成為直流；由PFC電路構(gòu)成的功率因數(shù)改善部3，為了改善功率因數(shù)而連接在整流平滑部2的后級； 轉(zhuǎn)換器部4，將整流、平滑以及功率因數(shù)改善后的直流電壓，變換為應(yīng)該輸出到電池20的基于期望電壓值的充電電力；以及控制部5，基于充電電壓的電壓值來控制轉(zhuǎn)換器部4。
[0039]轉(zhuǎn)換器部4是將從前級輸出的直流電壓提供給由變壓器的初級繞組和開關(guān)元件構(gòu)成的串聯(lián)電路、并將整流平滑電路連接到變壓器的次級繞組而成的DC-DC轉(zhuǎn)換器。該DC-DC轉(zhuǎn)換器通過調(diào)整開關(guān)元件的導(dǎo)通期間(占空比)、即向開關(guān)元件的控制端子輸入的控制信號的脈寬，從而能夠改變所輸出的充電電壓的電壓值。
[0040]具體而言，在想要升高充電電壓的電壓值的情況下，使控制信號的脈寬變寬，使開關(guān)元件的導(dǎo)通期間變長即可。另外，在想要降低充電電壓的電壓值的情況下，使控制信號的脈寬變窄，縮短開關(guān)元件的導(dǎo)通期間即可。
[0041]在控制信號的輸出間隔為Cl1 (下面稱為“基本間隔”)的情況下，控制信號的占空比和充電電壓的電壓值具有圖4所示的關(guān)系。即，本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)換器部4設(shè)為不能跟蹤具有小于“基本間隔Cl1X0.2”的脈寬的控制信號。
[0042]另外，轉(zhuǎn)換器部4的結(jié)構(gòu)不限于上述的簡單的DC-DC轉(zhuǎn)換器，只要能夠根據(jù)控制信號的脈寬來改變充電電壓的電壓值，就可以是任意結(jié)構(gòu)。
[0043]再次參考圖1。
[0044]控制部5具有控制信號輸出部6、脈寬確定部7和存儲(chǔ)部8。其中，控制信號輸出部6基于充電電壓的電壓值來確定控制信號的輸出間隔，每隔所確定的輸出間隔就輸出控制信號。
[0045]在本實(shí)施方式中，在充電電壓的電壓值是100V以上的情況下，將輸出間隔設(shè)為基本間隔Cl1，在是50V以上且小于100V的情況下，將輸出間隔設(shè)為d2( = Cl1 X 2)，而且在小于50V的情況下，將輸出間隔設(shè)為d3( = Cl1X^。
[0046]圖2是對開始輸出控制信號的定時(shí)(timing)進(jìn)行了比較的圖。
[0047]如該圖所示，在將輸出間隔設(shè)為d2的情況下的定時(shí)⑶成為將定時(shí)㈧每隔一個(gè)地進(jìn)行間隔剔除而得到的定時(shí)。另外，在將輸出間隔設(shè)為(13的情況下的定時(shí)(C)成為將定時(shí)(B)每隔一個(gè)地進(jìn)行間隔剔除而得到的定時(shí)。另外，需要注意的點(diǎn)在于，圖2是只圖示了開始輸出控制信號的定時(shí)的圖，并沒有考慮脈寬。
[0048]脈寬確定部7依照已知的PWM控制的控制規(guī)則來確定控制信號的脈寬。如上所述，在本實(shí)施方式的充電裝置中，由于控制信號的輸出間隔(=開關(guān)元件的開關(guān)周期)不是恒定的，所以在確定脈寬時(shí)，不僅要考慮充電電壓的電壓值，還要考慮控制信號的輸出間隔。關(guān)于這點(diǎn)將在之后舉出具體例子來詳細(xì)說明。
[0049]在存儲(chǔ)部8中預(yù)先存儲(chǔ)有與控制信號的輸出間隔有關(guān)的數(shù)據(jù)(下述的“計(jì)數(shù)初始值”)。將該數(shù)據(jù)與充電電壓的電壓值對應(yīng)起來，如果知道充電電壓的電壓值，就能夠獲取與其對應(yīng)的數(shù)據(jù)。
[0050][充電裝置的動(dòng)作]
[0051]接著，參考圖3，進(jìn)一步詳細(xì)地說明與本實(shí)施方式相關(guān)的充電裝置1(特別是控制部5)的動(dòng)作。
[0052]當(dāng)充電開始時(shí)，作為步驟Si，控制信號輸出部6和脈寬確定部7獲取充電電壓的電壓值，接著，作為步驟s2，獲取與控制信號輸出部6和脈寬確定部7所獲取到的電壓值對應(yīng)的計(jì)數(shù)初始值。
[0053]在本實(shí)施方式中，在存儲(chǔ)部8中存儲(chǔ)有3個(gè)計(jì)數(shù)初始值Ii1、n2( = 2ΧΠ!) > n3(=2Xn2 = 4Χηι)作為與電壓值相應(yīng)的計(jì)數(shù)初始值，在充電電壓的電壓值為100V以上的情況下，獲取計(jì)數(shù)初始值Ii1，在電壓值為50V以上且小于100V的情況下，獲取計(jì)數(shù)初始值η2，在電壓值小于50V的情況下，獲取計(jì)數(shù)初始值η3。
[0054]在步驟S3中，將控制信號輸出部6所獲取到的計(jì)數(shù)初始值作為計(jì)數(shù)值，進(jìn)行直到計(jì)數(shù)值變成“O”為止使計(jì)數(shù)值持續(xù)減“I”的循環(huán)處理(時(shí)間等待處理)(步驟S4?S6)。即，計(jì)數(shù)值減少“ I ”所需要的時(shí)間與基本間隔Cl1相當(dāng)，直到計(jì)數(shù)值變成“O”為止，進(jìn)行與基本間隔Cl1X計(jì)數(shù)初始值相應(yīng)的脈沖輸出定時(shí)的時(shí)間等待。此時(shí)，通過改變計(jì)數(shù)初始值，控制信號的輸出間隔發(fā)生變化，相對于圖2(A)所示的狀態(tài)，控制信號被間隔剔除。
[0055]在所獲取到的 計(jì)數(shù)初始值為Ii1的情況下，執(zhí)行Ii1次步驟s5的減法處理。當(dāng)計(jì)數(shù)值變?yōu)椤癘”時(shí)，結(jié)束步驟S4?s6的循環(huán)處理，進(jìn)入步驟S7。
[0056]如上所述，所獲取的計(jì)數(shù)初始值根據(jù)充電電壓的電壓值而變化。
[0057]另夕卜，由于步驟s4中的基本間隔時(shí)間是一定的，所以直到步驟S4?s6的循環(huán)處理結(jié)束為止的時(shí)間與計(jì)數(shù)初始值成比例。因此，在本實(shí)施方式中，直到步驟S4?S6的循環(huán)處理結(jié)束為止的時(shí)間根據(jù)充電電壓的電壓值而變化。
[0058]具體而言，在充電電壓的電壓值為50V以上且小于100V的情況下，在經(jīng)過了電壓值為100V以上的情況的兩倍時(shí)間后，結(jié)束循環(huán)處理。
[0059]此外，在充電電壓的電壓值小于50V的情況下，在經(jīng)過了電壓值為100V以上的情況的四倍時(shí)間之后，結(jié)束循環(huán)處理。
[0060]在步驟s7中，脈寬確定部7基于所獲取到的充電電壓的電壓值和計(jì)數(shù)值來確定脈寬。脈寬根據(jù)
[0061][數(shù)學(xué)式I]
[0062]占空比=脈寬/{基本間隔Cl1X (計(jì)數(shù)初始值A(chǔ)i1M，由下式確定。
[0063][數(shù)學(xué)式2]
[0064]脈寬=基本間隔Cl1X占空比X (計(jì)數(shù)初始值A(chǔ)i1)
[0065]例如，在充電電壓的電壓值為100V的充電電壓的情況下，由于對應(yīng)的占空比和計(jì)數(shù)初始值分別為20% (參考圖4)、Ii1，所以脈寬為“ Cl1 X 0.2”。[0066]在充電電壓的電壓值為50V的情況下，由于對應(yīng)的占空比和計(jì)數(shù)初始值分別為10%、n2，所以脈寬為aCl1X0.1X2”。
[0067]另外，在充電電壓的電壓值為25V的情況下，由于對應(yīng)的占空比和計(jì)數(shù)初始值分別為5%、n3，所以脈寬為“c^X0.05X4”。
[0068]上述情況表示當(dāng)需要小的占空比時(shí)能夠以相同的脈寬來對應(yīng)。
[0069]在步驟s8中，控制信號輸出部6開始輸出具有所確定的脈寬的控制信號。由于步驟s7的執(zhí)行所需要的時(shí)間極短，所以當(dāng)計(jì)數(shù)值變?yōu)椤癘”時(shí)，立即開始輸出控制信號。
[0070]在開始輸出控制信號且充電還沒結(jié)束的情況下(步驟s9的“否”)，返回步驟Si而依次執(zhí)行相同的步驟。另一方面，在充電結(jié)束了的情況下(步驟s9的“是”)，本流程結(jié)束。
[0071]另外，步驟S9并非是在控制信號的輸出結(jié)束之后執(zhí)行的，而是與控制信號的輸出開始同時(shí)執(zhí)行的。此外，步驟S9的判定所需要的時(shí)間極短。
[0072]因此，在第二次的步驟Si中，獲取計(jì)數(shù)值變?yōu)椤癘”的定時(shí)的充電電壓的電壓值。由此，能夠防止由于基于一個(gè)開關(guān)周期的途中的不完整的定時(shí)的充電電壓的電壓值來確定脈寬所導(dǎo)致的、反饋控制的過多或不足以及與之相伴的充電電壓的變動(dòng)。
[0073]換句話說，根據(jù)與本實(shí)施方式相關(guān)的充電裝置I，能夠確定用于使充電電壓的電壓值變?yōu)槠谕妷褐档淖罴训恼伎毡取⒂?jì)數(shù)初始值。
[0074]結(jié)果，根據(jù)與本實(shí)施方式相關(guān)的充電裝置1，通過使控制信號的輸出間隔變長(對控制信號進(jìn)行間隔剔除)而不是使控制信號的脈寬變窄，從而能夠降低所輸出的充電電壓的電壓值。
[0075]即，根據(jù)與本實(shí)施方式相關(guān)的充電裝置1，由于能夠使轉(zhuǎn)換器部4始終在保持了占空比和充電電壓的線性(參考圖4 )的區(qū)域中動(dòng)作，所以能夠在幾十V?幾百V的寬的范圍內(nèi)高精度地輸出充電電壓。
[0076]雖然以上說明了與本發(fā)明相關(guān)的充電裝置的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明不限定于上述結(jié)構(gòu)。
[0077]例如，與本發(fā)明相關(guān)的充電裝置也能夠?qū)囕d電池以外的充電對象、例如電容器進(jìn)行充電。由于電容器通過放電而使電壓幾乎成為0V，所以在充電剛剛開始之后，控制信號的輸出間隔成為最寬的間隔，之后，隨著充電的進(jìn)行，輸出間隔逐漸地變窄。
[0078]另外，由鋰離子電池等構(gòu)成的車載電池通常并非放電到使電壓大幅降低的程度，所以在充電的途中輸出間隔不會(huì)被改變。
[0079]另外，在上述實(shí)施方式中，采用計(jì)數(shù)值來改變控制信號的輸出間隔，但是能夠任意地改變用于改變輸出間隔的方法。
[0080]此外，在上述實(shí)施方式中，在100V以上的區(qū)域、50V以上且小于100V的區(qū)域、以及小于50V的區(qū)域中切換了輸出間隔，但是區(qū)域的數(shù)量(在上述實(shí)施方式中為三個(gè))和作為邊界的電壓值(在上述實(shí)施方式中為100V、50V)也可以根據(jù)所使用的轉(zhuǎn)換器部的特性(參考圖4)而適當(dāng)?shù)馗淖儭?br> 【權(quán)利要求】
1.一種充電裝置，包括:轉(zhuǎn)換器部，將充電電壓輸出到充電對象；以及控制部，通過對所述轉(zhuǎn)換器部的開關(guān)兀件輸出基于所述充電電壓的電壓值而確定的脈寬的控制信號，使該開關(guān)元件僅在與所述脈寬相應(yīng)的時(shí)間成為導(dǎo)通狀態(tài)，所述充電裝置的特征在于，所述控制部根據(jù)所述充電電壓的電壓值而使所述控制信號的輸出間隔變化，從而使所述控制信號的輸出間隔隨著所述充電電壓的電壓值變低而變長。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電裝置，其特征在于，所述控制部通過時(shí)按規(guī)定的間隔連續(xù)輸出的所述控制信號規(guī)則地進(jìn)行間隔剔除，從而使實(shí)際輸出的所述控制信號的輸出間隔變長。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的充電裝置，其特征在于，所述控制部具有:存儲(chǔ)部，儲(chǔ)存了與所述充電電壓的電壓值對應(yīng)的計(jì)數(shù)初始值；脈寬確定部，基于所述充電電壓的電壓值和存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)部的所述計(jì)數(shù)初始值，來確定所述控制信號的脈寬；以及控制信號輸出部，使計(jì)數(shù)值從所述計(jì)數(shù)初始值起遞減計(jì)數(shù)，當(dāng)所述計(jì)數(shù)值成為零時(shí)，輸出由所述脈寬確定部所確定的脈寬的所述控制信號，使所述計(jì)數(shù)初始值隨著所述充電電壓的電壓值變低而變大。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的充電裝置，其特征在于，所述脈寬確定部基于所述計(jì)數(shù)值成為零的定時(shí)的所述充電電壓的電壓值，來確定所述控制信號的脈寬。
【文檔編號】H02M3/00GK103430421SQ201280012979
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2012年10月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月11日
【發(fā)明者】杉下晴人, 大隈重男, 三矢高正 申請人:尼吉康株式會(huì)社