充電裝置制造方法
【專利摘要】本發明的課題在于，提供一種能夠在幾十V～幾百V的寬的電壓范圍內對電池等高精度地輸出充電電力的充電裝置。與本發明相關的充電裝置(1)包括：轉換器部(4)，將充電電壓輸出到電池(20)；以及控制部(5)，通過對轉換器部(4)的開關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，使該開關元件僅在與脈寬相應的時間成為導通狀態。控制部(5)根據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
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于對電池等進行充電的充電裝置，特別地涉及一種對電池等輸出幾十V?幾百V的寬的電壓范圍內的充電電力的充電裝置。
【背景技術】
[0002]隨著近年來的電動汽車的普及，能夠在10分鐘左右的短時間內對大容量的車載電池進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行整流平滑而使其成為直流后，通過由轉器部進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行充電。
[0004]雖然從以往針對車載電池用的充電裝置進行了各種研究，但如從專利文獻I和專利文獻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成轉換器部的開關元件的占空比進行變更的PWM控制，而成為期望的電壓值。
[0005]專利文獻1:日本特開2002-112465號公報
[0006]專利文獻2:日本特開2009-240001號公的
【發明內容】
[0007](發明所要解決的課題)
[0008]然而，設置于充電座等的設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的幾十V?幾百V這樣的寬的電壓范圍內的充電電力。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使開關元件的占空比變高，而在降低充電電壓的電壓值時使占空比變低。
[0012]換句話說，充電裝置通過擴大使開關元件變為導通狀態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域(在圖4中是20%以上的區域)中被保持，在占空比低于它的區域(不到20%的區域)、即控制信號的脈寬窄的區域中，構成轉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為期望的電壓值。
[0014]另外，通過使用與高速開關對應的昂貴的元件，或者將多個廉價的元件并聯池連接而使其發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問題，但是采用這樣的方法，不能避免生產成本的增大、與部件數量的增加相伴的大型化。[0015]本發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，與本發明相關的充電裝置包括:轉換器部，將充電電壓輸出到充電對象；以及控制部，通過對轉換器部的開關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，從而使該開關元件僅在與脈寬相應的時間成為導通狀態，該充電裝置的特征在于，控制部根據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]在該結構中，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，根據該結構，由于能夠使轉換器部始終在保持了占空比和充電電壓的線性的區域中動作，所以能夠在幾十V?幾百V的寬的電壓范圍內高精度地輸出充電電力。
[0020]另外，在本說明書中采用的術語“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間。應當注意它不是不輸出控制信號的時間這一點。
[0021]上述充電裝置的控制部能夠構成為通過對按規定的間隔連續輸出的控制信號規則地進行間隔剔除，從而使實際輸出的控制信號的輸出間隔變長。
[0022]“規定的間隔”表示例如根據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，為了對控制信號規則地進行間隔剔除，控制部由以下部分構成即可:存儲部，存儲了與充電電壓的電壓值對應的計數初始值；脈寬確定部，基于充電電壓的電壓值和存儲于存儲部的計數初始值，來確定控制信號的脈寬；以及控制信號輸出部，使計數值從計數初始值起遞減計數，當計數值成為零時，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，需要使計數初始值變大。
[0025]另外，為了基于充電電壓的電壓值來確定最佳的脈寬，優選脈寬確定部基于計數值成為零的定時的充電電壓的電壓值，來確定控制信號的脈寬。
[0026](發明的效果)
[0027]根據本發明，能夠提供一種能夠在幾十V?幾百V的寬的電壓范圍內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是示出與本發明相關的充電裝置的一個實施方式的方框圖。
[0029]圖2是示出與本發明相關的充電裝置中的控制部的動作的波形圖。
[0030]圖3是示出與本發明相關的充電裝置中的控制部的動作的流程圖。
[0031]圖4是示出充電裝置中的開關元件的占空比和充電電壓的關系的曲線圖。
[0032](符號說明)
[0033]1:充電裝置；2:整流平滑部；3:功率因數改善部；4:轉換器部；5:控制部；6:控制信號輸出部；7:脈寬確定部；8:存儲部；10:交流電源；20:電池(充電對象)。【具體實施方式】
[0034]下面，一邊參考附圖，一邊說明與本發明相關的充電裝置的優選實施方式。另外，以下雖然舉出對車載電池進行充電的設置型的充電裝置作為一個例子來進行說明，但是與本發明相關的充電裝置不限定于設置型的充電裝置。
[0035][充電裝置的結構]
[0036]圖1是示出本發明的一個實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。當然，如果電池20的種類、使用狀況(剩余容量)不同，則應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提供的交流電壓進行整流、平滑而使其成為直流；由PFC電路構成的功率因數改善部3，為了改善功率因數而連接在整流平滑部2的后級； 轉換器部4，將整流、平滑以及功率因數改善后的直流電壓，變換為應該輸出到電池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換器部4。
[0039]轉換器部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元件構成的串聯電路、并將整流平滑電路連接到變壓器的次級繞組而成的DC-DC轉換器。該DC-DC轉換器通過調整開關元件的導通期間(占空比)、即向開關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，使開關元件的導通期間變長即可。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，縮短開關元件的導通期間即可。
[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所示的關系。即，本實施方式的轉換器部4設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，轉換器部4的結構不限于上述的簡單的DC-DC轉換器，只要能夠根據控制信號的脈寬來改變充電電壓的電壓值，就可以是任意結構。
[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，將輸出間隔設為d2( = Cl1 X 2)，而且在小于50V的情況下，將輸出間隔設為d3( = Cl1X^。
[0046]圖2是對開始輸出控制信號的定時(timing)進行了比較的圖。
[0047]如該圖所示，在將輸出間隔設為d2的情況下的定時⑶成為將定時㈧每隔一個地進行間隔剔除而得到的定時。另外，在將輸出間隔設為(13的情況下的定時(C)成為將定時(B)每隔一個地進行間隔剔除而得到的定時。另外，需要注意的點在于，圖2是只圖示了開始輸出控制信號的定時的圖，并沒有考慮脈寬。
[0048]脈寬確定部7依照已知的PWM控制的控制規則來確定控制信號的脈寬。如上所述，在本實施方式的充電裝置中，由于控制信號的輸出間隔(=開關元件的開關周期)不是恒定的，所以在確定脈寬時，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。關于這點將在之后舉出具體例子來詳細說明。
[0049]在存儲部8中預先存儲有與控制信號的輸出間隔有關的數據(下述的“計數初始值”)。將該數據與充電電壓的電壓值對應起來，如果知道充電電壓的電壓值，就能夠獲取與其對應的數據。
[0050][充電裝置的動作]
[0051]接著，參考圖3，進一步詳細地說明與本實施方式相關的充電裝置1(特別是控制部5)的動作。
[0052]當充電開始時，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的計數初始值。
[0053]在本實施方式中，在存儲部8中存儲有3個計數初始值Ii1、n2( = 2ΧΠ!) > n3(=2Xn2 = 4Χηι)作為與電壓值相應的計數初始值，在充電電壓的電壓值為100V以上的情況下，獲取計數初始值Ii1，在電壓值為50V以上且小于100V的情況下，獲取計數初始值η2，在電壓值小于50V的情況下，獲取計數初始值η3。
[0054]在步驟S3中，將控制信號輸出部6所獲取到的計數初始值作為計數值，進行直到計數值變成“O”為止使計數值持續減“I”的循環處理(時間等待處理)(步驟S4?S6)。即，計數值減少“ I ”所需要的時間與基本間隔Cl1相當，直到計數值變成“O”為止，進行與基本間隔Cl1X計數初始值相應的脈沖輸出定時的時間等待。此時，通過改變計數初始值，控制信號的輸出間隔發生變化，相對于圖2(A)所示的狀態，控制信號被間隔剔除。
[0055]在所獲取到的 計數初始值為Ii1的情況下，執行Ii1次步驟s5的減法處理。當計數值變為“O”時，結束步驟S4?s6的循環處理，進入步驟S7。
[0056]如上所述，所獲取的計數初始值根據充電電壓的電壓值而變化。
[0057]另夕卜，由于步驟s4中的基本間隔時間是一定的，所以直到步驟S4?s6的循環處理結束為止的時間與計數初始值成比例。因此，在本實施方式中，直到步驟S4?S6的循環處理結束為止的時間根據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，在經過了電壓值為100V以上的情況的兩倍時間后，結束循環處理。
[0059]此外，在充電電壓的電壓值小于50V的情況下，在經過了電壓值為100V以上的情況的四倍時間之后，結束循環處理。
[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數值來確定脈寬。脈寬根據
[0061][數學式I]
[0062]占空比=脈寬/{基本間隔Cl1X (計數初始值Ai1M，由下式確定。
[0063][數學式2]
[0064]脈寬=基本間隔Cl1X占空比X (計數初始值Ai1)
[0065]例如，在充電電壓的電壓值為100V的充電電壓的情況下，由于對應的占空比和計數初始值分別為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，由于對應的占空比和計數初始值分別為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，由于對應的占空比和計數初始值分別為5%、n3，所以脈寬為“c^X0.05X4”。
[0068]上述情況表示當需要小的占空比時能夠以相同的脈寬來對應。
[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的執行所需要的時間極短，所以當計數值變為“O”時，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束的情況下(步驟s9的“否”)，返回步驟Si而依次執行相同的步驟。另一方面，在充電結束了的情況下(步驟s9的“是”)，本流程結束。
[0071]另外，步驟S9并非是在控制信號的輸出結束之后執行的，而是與控制信號的輸出開始同時執行的。此外，步驟S9的判定所需要的時間極短。
[0072]因此，在第二次的步驟Si中，獲取計數值變為“O”的定時的充電電壓的電壓值。由此，能夠防止由于基于一個開關周期的途中的不完整的定時的充電電壓的電壓值來確定脈寬所導致的、反饋控制的過多或不足以及與之相伴的充電電壓的變動。
[0073]換句話說，根據與本實施方式相關的充電裝置I，能夠確定用于使充電電壓的電壓值變為期望電壓值的最佳的占空比、計數初始值。
[0074]結果，根據與本實施方式相關的充電裝置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，根據與本實施方式相關的充電裝置1，由于能夠使轉換器部4始終在保持了占空比和充電電壓的線性(參考圖4 )的區域中動作，所以能夠在幾十V?幾百V的寬的范圍內高精度地輸出充電電壓。
[0076]雖然以上說明了與本發明相關的充電裝置的優選實施方式，但是，本發明不限定于上述結構。
[0077]例如，與本發明相關的充電裝置也能夠對車載電池以外的充電對象、例如電容器進行充電。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，隨著充電的進行，輸出間隔逐漸地變窄。
[0078]另外，由鋰離子電池等構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被改變。
[0079]另外，在上述實施方式中，采用計數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，在上述實施方式中，在100V以上的區域、50V以上且小于100V的區域、以及小于50V的區域中切換了輸出間隔，但是區域的數量(在上述實施方式中為三個)和作為邊界的電壓值(在上述實施方式中為100V、50V)也可以根據所使用的轉換器部的特性(參考圖4)而適當地改變。
【權利要求】
1.一種充電裝置，包括:轉換器部，將充電電壓輸出到充電對象；以及控制部，通過對所述轉換器部的開關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，使該開關元件僅在與所述脈寬相應的時間成為導通狀態，所述充電裝置的特征在于，所述控制部根據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.根據權利要求1所述的充電裝置，其特征在于，所述控制部通過時按規定的間隔連續輸出的所述控制信號規則地進行間隔剔除，從而使實際輸出的所述控制信號的輸出間隔變長。
3.根據權利要求2所述的充電裝置，其特征在于，所述控制部具有:存儲部，儲存了與所述充電電壓的電壓值對應的計數初始值；脈寬確定部，基于所述充電電壓的電壓值和存儲于所述存儲部的所述計數初始值，來確定所述控制信號的脈寬；以及控制信號輸出部，使計數值從所述計數初始值起遞減計數，當所述計數值成為零時，輸出由所述脈寬確定部所確定的脈寬的所述控制信號，使所述計數初始值隨著所述充電電壓的電壓值變低而變大。
4.根據權利要求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數值成為零的定時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 優先權日:2011年10月11日
【發明者】杉下晴人, 大隈重男, 三矢高正 申請人:尼吉康株式會社