充电装置制造方法
【专利摘要】本发明的课题在于，提供一种能够在几十V～几百V的宽的电压范围内对电池等高精度地输出充电电力的充电装置。与本发明相关的充电装置(1)包括：转换器部(4)，将充电电压输出到电池(20)；以及控制部(5)，通过对转换器部(4)的开关元件输出基于充电电压的电压值而确定的脉宽的控制信号，使该开关元件仅在与脉宽相应的时间成为导通状态。控制部(5)根据充电电压的电压值而使控制信号的输出间隔变化，另外使控制信号的输出间隔随着充电电压的电压值变低而变长。
【专利说明】充电装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于对电池等进行充电的充电装置，特别地涉及一种对电池等输出几十V?几百V的宽的电压范围内的充电电力的充电装置。
【背景技术】
[0002]随着近年来的电动汽车的普及，能够在10分钟左右的短时间内对大容量的车载电池进行快速充电的充电装置的需求变高。
[0003]通常，这样的充电装置在对从外部提供的交流电压进行整流平滑而使其成为直流后，通过由转器部进行升降压来生成基于期望的电压值的充电电力，并将该电力输出到车载电池，从而对该车载电池进行充电。
[0004]虽然从以往针对车载电池用的充电装置进行了各种研究，但如从专利文献I和专利文献2所看到的那样，充电电压一般通过基于该充电电压的电压值对构成转换器部的开关元件的占空比进行变更的PWM控制，而成为期望的电压值。
[0005]专利文献1:日本特开2002-112465号公报
[0006]专利文献2:日本特开2009-240001号公的
【发明内容】
[0007](发明所要解决的课题)
[0008]然而，设置于充电座等的设置型的充电装置存在作为充电对象的车载电池未被确定这样的特有问题，该特有问题在车载型的充电装置(与车载电池成套地插入到车辆的充电装置)中是不存在的。
[0009]因此，要求设置型的充电装置能够输出为了与所有的车载电池的充电对应的几十V?几百V这样的宽的电压范围内的充电电力。但是，以往的充电装置不能够高精度地输出几十V左右的较低的充电电压。
[0010]下面，一边参考图4 一边说明这个问题。
[0011 ] 在车载电池用的充电装置中，在PWM控制下，在升高充电电压的电压值时使开关元件的占空比变高，而在降低充电电压的电压值时使占空比变低。
[0012]换句话说，充电装置通过扩大使开关元件变为导通状态的控制信号的脉宽从而输出几百V的充电电压，通过使控制信号的脉宽变窄从而输出几十V的充电电压。
[0013]但是，占空比(脉宽)和充电电压的线性仅在占空比高到一定程度的区域(在图4中是20%以上的区域)中被保持，在占空比低于它的区域(不到20%的区域)、即控制信号的脉宽窄的区域中，构成转换器部的各元件不能跟踪控制信号，不能使充电电压的电压值变为期望的电压值。
[0014]另外，通过使用与高速开关对应的昂贵的元件，或者将多个廉价的元件并联池连接而使其发挥与昂贵的元件相同的性能，从而能够在一定程度上消除这个问题，但是采用这样的方法，不能避免生产成本的增大、与部件数量的增加相伴的大型化。[0015]本发明是鉴于上述情况而完成的，其课题在于，提供一种能够在几十V?几百V的宽的电压范围内对电池等高精度地输出充电电力的充电装置。
[0016](用于解决课题的手段)
[0017]为了解决上述课题，与本发明相关的充电装置包括:转换器部，将充电电压输出到充电对象；以及控制部，通过对转换器部的开关元件输出基于充电电压的电压值而确定的脉宽的控制信号，从而使该开关元件仅在与脉宽相应的时间成为导通状态，该充电装置的特征在于，控制部根据充电电压的电压值而使控制信号的输出间隔变化，从而使控制信号的输出间隔随着充电电压的电压值变低而变长。
[0018]在该结构中，由于除了控制信号的脉宽以外，还能够改变控制信号的输出间隔，所以并非是通过使控制信号的脉宽变窄，而是通过使控制信号的输出间隔变长，从而能够使所输出的充电电压的电压值降低。
[0019]S卩，根据该结构，由于能够使转换器部始终在保持了占空比和充电电压的线性的区域中动作，所以能够在几十V?几百V的宽的电压范围内高精度地输出充电电力。
[0020]另外，在本说明书中采用的术语“输出间隔”表示从开始输出某一控制信号起直至开始输出下一控制信号为止的时间。应当注意它不是不输出控制信号的时间这一点。
[0021]上述充电装置的控制部能够构成为通过对按规定的间隔连续输出的控制信号规则地进行间隔剔除，从而使实际输出的控制信号的输出间隔变长。
[0022]“规定的间隔”表示例如根据硬件的特性而最快地输出的控制信号(脉冲信号)的间隔。
[0023]另外，为了对控制信号规则地进行间隔剔除，控制部由以下部分构成即可:存储部，存储了与充电电压的电压值对应的计数初始值；脉宽确定部，基于充电电压的电压值和存储于存储部的计数初始值，来确定控制信号的脉宽；以及控制信号输出部，使计数值从计数初始值起递减计数，当计数值成为零时，输出由脉宽确定部所确定的脉宽的控制信号。
[0024]在这种情况下，随着充电电压的电压值变低，需要使计数初始值变大。
[0025]另外，为了基于充电电压的电压值来确定最佳的脉宽，优选脉宽确定部基于计数值成为零的定时的充电电压的电压值，来确定控制信号的脉宽。
[0026](发明的效果)
[0027]根据本发明，能够提供一种能够在几十V?几百V的宽的电压范围内对电池等高精度地输出充电电力的充电装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是示出与本发明相关的充电装置的一个实施方式的方框图。
[0029]图2是示出与本发明相关的充电装置中的控制部的动作的波形图。
[0030]图3是示出与本发明相关的充电装置中的控制部的动作的流程图。
[0031]图4是示出充电装置中的开关元件的占空比和充电电压的关系的曲线图。
[0032](符号说明)
[0033]1:充电装置；2:整流平滑部；3:功率因数改善部；4:转换器部；5:控制部；6:控制信号输出部；7:脉宽确定部；8:存储部；10:交流电源；20:电池(充电对象)。【具体实施方式】
[0034]下面，一边参考附图，一边说明与本发明相关的充电装置的优选实施方式。另外，以下虽然举出对车载电池进行充电的设置型的充电装置作为一个例子来进行说明，但是与本发明相关的充电装置不限定于设置型的充电装置。
[0035][充电装置的结构]
[0036]图1是示出本发明的一个实施方式的充电装置的方框图。
[0037]充电装置I将从位于外部的交流电源10提供的交流电压变换为应该输出到电池20的具有期望电压值的充电电压，并将它输出到电池20。当然，如果电池20的种类、使用状况(剩余容量)不同，则应该输出的充电电压的电压值也不同。
[0038]如该图所示，充电装置I包括:整流平滑部2，对从交流电源10提供的交流电压进行整流、平滑而使其成为直流；由PFC电路构成的功率因数改善部3，为了改善功率因数而连接在整流平滑部2的后级； 转换器部4，将整流、平滑以及功率因数改善后的直流电压，变换为应该输出到电池20的基于期望电压值的充电电力；以及控制部5，基于充电电压的电压值来控制转换器部4。
[0039]转换器部4是将从前级输出的直流电压提供给由变压器的初级绕组和开关元件构成的串联电路、并将整流平滑电路连接到变压器的次级绕组而成的DC-DC转换器。该DC-DC转换器通过调整开关元件的导通期间(占空比)、即向开关元件的控制端子输入的控制信号的脉宽，从而能够改变所输出的充电电压的电压值。
[0040]具体而言，在想要升高充电电压的电压值的情况下，使控制信号的脉宽变宽，使开关元件的导通期间变长即可。另外，在想要降低充电电压的电压值的情况下，使控制信号的脉宽变窄，缩短开关元件的导通期间即可。
[0041]在控制信号的输出间隔为Cl1 (下面称为“基本间隔”)的情况下，控制信号的占空比和充电电压的电压值具有图4所示的关系。即，本实施方式的转换器部4设为不能跟踪具有小于“基本间隔Cl1X0.2”的脉宽的控制信号。
[0042]另外，转换器部4的结构不限于上述的简单的DC-DC转换器，只要能够根据控制信号的脉宽来改变充电电压的电压值，就可以是任意结构。
[0043]再次参考图1。
[0044]控制部5具有控制信号输出部6、脉宽确定部7和存储部8。其中，控制信号输出部6基于充电电压的电压值来确定控制信号的输出间隔，每隔所确定的输出间隔就输出控制信号。
[0045]在本实施方式中，在充电电压的电压值是100V以上的情况下，将输出间隔设为基本间隔Cl1，在是50V以上且小于100V的情况下，将输出间隔设为d2( = Cl1 X 2)，而且在小于50V的情况下，将输出间隔设为d3( = Cl1X^。
[0046]图2是对开始输出控制信号的定时(timing)进行了比较的图。
[0047]如该图所示，在将输出间隔设为d2的情况下的定时⑶成为将定时㈧每隔一个地进行间隔剔除而得到的定时。另外，在将输出间隔设为(13的情况下的定时(C)成为将定时(B)每隔一个地进行间隔剔除而得到的定时。另外，需要注意的点在于，图2是只图示了开始输出控制信号的定时的图，并没有考虑脉宽。
[0048]脉宽确定部7依照已知的PWM控制的控制规则来确定控制信号的脉宽。如上所述，在本实施方式的充电装置中，由于控制信号的输出间隔(=开关元件的开关周期)不是恒定的，所以在确定脉宽时，不仅要考虑充电电压的电压值，还要考虑控制信号的输出间隔。关于这点将在之后举出具体例子来详细说明。
[0049]在存储部8中预先存储有与控制信号的输出间隔有关的数据(下述的“计数初始值”)。将该数据与充电电压的电压值对应起来，如果知道充电电压的电压值，就能够获取与其对应的数据。
[0050][充电装置的动作]
[0051]接着，参考图3，进一步详细地说明与本实施方式相关的充电装置1(特别是控制部5)的动作。
[0052]当充电开始时，作为步骤Si，控制信号输出部6和脉宽确定部7获取充电电压的电压值，接着，作为步骤s2，获取与控制信号输出部6和脉宽确定部7所获取到的电压值对应的计数初始值。
[0053]在本实施方式中，在存储部8中存储有3个计数初始值Ii1、n2( = 2ΧΠ!) > n3(=2Xn2 = 4Χηι)作为与电压值相应的计数初始值，在充电电压的电压值为100V以上的情况下，获取计数初始值Ii1，在电压值为50V以上且小于100V的情况下，获取计数初始值η2，在电压值小于50V的情况下，获取计数初始值η3。
[0054]在步骤S3中，将控制信号输出部6所获取到的计数初始值作为计数值，进行直到计数值变成“O”为止使计数值持续减“I”的循环处理(时间等待处理)(步骤S4?S6)。即，计数值减少“ I ”所需要的时间与基本间隔Cl1相当，直到计数值变成“O”为止，进行与基本间隔Cl1X计数初始值相应的脉冲输出定时的时间等待。此时，通过改变计数初始值，控制信号的输出间隔发生变化，相对于图2(A)所示的状态，控制信号被间隔剔除。
[0055]在所获取到的 计数初始值为Ii1的情况下，执行Ii1次步骤s5的减法处理。当计数值变为“O”时，结束步骤S4?s6的循环处理，进入步骤S7。
[0056]如上所述，所获取的计数初始值根据充电电压的电压值而变化。
[0057]另夕卜，由于步骤s4中的基本间隔时间是一定的，所以直到步骤S4?s6的循环处理结束为止的时间与计数初始值成比例。因此，在本实施方式中，直到步骤S4?S6的循环处理结束为止的时间根据充电电压的电压值而变化。
[0058]具体而言，在充电电压的电压值为50V以上且小于100V的情况下，在经过了电压值为100V以上的情况的两倍时间后，结束循环处理。
[0059]此外，在充电电压的电压值小于50V的情况下，在经过了电压值为100V以上的情况的四倍时间之后，结束循环处理。
[0060]在步骤s7中，脉宽确定部7基于所获取到的充电电压的电压值和计数值来确定脉宽。脉宽根据
[0061][数学式I]
[0062]占空比=脉宽/{基本间隔Cl1X (计数初始值Ai1M，由下式确定。
[0063][数学式2]
[0064]脉宽=基本间隔Cl1X占空比X (计数初始值Ai1)
[0065]例如，在充电电压的电压值为100V的充电电压的情况下，由于对应的占空比和计数初始值分别为20% (参考图4)、Ii1，所以脉宽为“ Cl1 X 0.2”。[0066]在充电电压的电压值为50V的情况下，由于对应的占空比和计数初始值分别为10%、n2，所以脉宽为aCl1X0.1X2”。
[0067]另外，在充电电压的电压值为25V的情况下，由于对应的占空比和计数初始值分别为5%、n3，所以脉宽为“c^X0.05X4”。
[0068]上述情况表示当需要小的占空比时能够以相同的脉宽来对应。
[0069]在步骤s8中，控制信号输出部6开始输出具有所确定的脉宽的控制信号。由于步骤s7的执行所需要的时间极短，所以当计数值变为“O”时，立即开始输出控制信号。
[0070]在开始输出控制信号且充电还没结束的情况下(步骤s9的“否”)，返回步骤Si而依次执行相同的步骤。另一方面，在充电结束了的情况下(步骤s9的“是”)，本流程结束。
[0071]另外，步骤S9并非是在控制信号的输出结束之后执行的，而是与控制信号的输出开始同时执行的。此外，步骤S9的判定所需要的时间极短。
[0072]因此，在第二次的步骤Si中，获取计数值变为“O”的定时的充电电压的电压值。由此，能够防止由于基于一个开关周期的途中的不完整的定时的充电电压的电压值来确定脉宽所导致的、反馈控制的过多或不足以及与之相伴的充电电压的变动。
[0073]换句话说，根据与本实施方式相关的充电装置I，能够确定用于使充电电压的电压值变为期望电压值的最佳的占空比、计数初始值。
[0074]结果，根据与本实施方式相关的充电装置1，通过使控制信号的输出间隔变长(对控制信号进行间隔剔除)而不是使控制信号的脉宽变窄，从而能够降低所输出的充电电压的电压值。
[0075]即，根据与本实施方式相关的充电装置1，由于能够使转换器部4始终在保持了占空比和充电电压的线性(参考图4 )的区域中动作，所以能够在几十V?几百V的宽的范围内高精度地输出充电电压。
[0076]虽然以上说明了与本发明相关的充电装置的优选实施方式，但是，本发明不限定于上述结构。
[0077]例如，与本发明相关的充电装置也能够对车载电池以外的充电对象、例如电容器进行充电。由于电容器通过放电而使电压几乎成为0V，所以在充电刚刚开始之后，控制信号的输出间隔成为最宽的间隔，之后，随着充电的进行，输出间隔逐渐地变窄。
[0078]另外，由锂离子电池等构成的车载电池通常并非放电到使电压大幅降低的程度，所以在充电的途中输出间隔不会被改变。
[0079]另外，在上述实施方式中，采用计数值来改变控制信号的输出间隔，但是能够任意地改变用于改变输出间隔的方法。
[0080]此外，在上述实施方式中，在100V以上的区域、50V以上且小于100V的区域、以及小于50V的区域中切换了输出间隔，但是区域的数量(在上述实施方式中为三个)和作为边界的电压值(在上述实施方式中为100V、50V)也可以根据所使用的转换器部的特性(参考图4)而适当地改变。
【权利要求】
1.一种充电装置，包括:转换器部，将充电电压输出到充电对象；以及控制部，通过对所述转换器部的开关兀件输出基于所述充电电压的电压值而确定的脉宽的控制信号，使该开关元件仅在与所述脉宽相应的时间成为导通状态，所述充电装置的特征在于，所述控制部根据所述充电电压的电压值而使所述控制信号的输出间隔变化，从而使所述控制信号的输出间隔随着所述充电电压的电压值变低而变长。
2.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，所述控制部通过时按规定的间隔连续输出的所述控制信号规则地进行间隔剔除，从而使实际输出的所述控制信号的输出间隔变长。
3.根据权利要求2所述的充电装置，其特征在于，所述控制部具有:存储部，储存了与所述充电电压的电压值对应的计数初始值；脉宽确定部，基于所述充电电压的电压值和存储于所述存储部的所述计数初始值，来确定所述控制信号的脉宽；以及控制信号输出部，使计数值从所述计数初始值起递减计数，当所述计数值成为零时，输出由所述脉宽确定部所确定的脉宽的所述控制信号，使所述计数初始值随着所述充电电压的电压值变低而变大。
4.根据权利要求3所述的充电装置，其特征在于，所述脉宽确定部基于所述计数值成为零的定时的所述充电电压的电压值，来确定所述控制信号的脉宽。
【文档编号】H02M3/00GK103430421SQ201280012979
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2012年10月1日 优先权日:2011年10月11日
【发明者】杉下晴人, 大隈重男, 三矢高正 申请人:尼吉康株式会社