并用转换器及多段倍压整流电路且具有均衡功能的充放电器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及充放电器，其在借由多个蓄电单体（二次电池、电双层电容等）串联连 接而构成的蓄电模块中，使各蓄电单体的电压均衡并进行充放电。
【背景技术】
[0002] 为了获得对应用途的预定电压，二次电池、电双层电容等蓄电单体借由串联连接 多个单体，以构成模块来使用。对于上述蓄电模块反复进行充放电后，会因各单体的容量、 内部电阻、环境温度、自放电等不均而发生单体电压的不均。已发生不均等的蓄电模块中， 会产生劣化加速进行及可利用能量降低等问题。因此，串联连接多个蓄电单体来使用时，必 需有消除各单体的电压不均的均衡电路。
[0003] 至今为止，已采用多种均衡电路，惟，多数的方式必需有多个开关元件，因此有电 路构成复杂化的课题。对此，提案有以单晶体及双晶体（也就是开关元件为一个及二个） 即可动作的均衡电路（图1、图2。参照专利文献1及同本发明的申请人先前申请的专利申 请案日本特愿2012-46569)。该等方式中，可大幅削减所需的开关元件的数量，因而具有可 大幅简化电路构成的优点。然而，该等方式是只为了电压均衡的「均衡电路」，因此必需另外 准备用以对蓄电单体充放电的充放电器。也就是说，就蓄电系统而言，除了「均衡电路」以 外，也必需有「充放电器」，因此尚有简化蓄电系统的余地。
[0004] 对此，提案有以单晶体（也就是一个开关元件）即可动作并具有均衡功能的充电 器（图3。参照专利文献2)。此方式为使充电器与均衡电路一体化的方式，因此，可消除串 联连接的蓄电单体的电压不均并进行充电。因不必个别设置充电器与均衡电路，故可简化 蓄电系统。然而，此方式为对于串联连接的蓄电单体个别地供给充电电力的方式，因此必需 将构成电路的全部元件的电流容量设计为较大，故有电路大型化、高成本化的倾向。另外， 因未具有放电器的功能，故必需另外准备放电器。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1 :日本特开2012-186881号公报
[0008] 专利文献2 :日本特开2011-199949号公报 [0009] 专利文献3 :日本特开2011-45162号公报 [0010] 非专利文献
[0011]专利文献 I :M. Uno and A. Kukita, "Cel I Voltage Equal izer Using Series Resonant Inverter and Voltage Multiplier for Series-Connected Supercapacitors"，IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, 2012, pp. 672-677.
【发明内容】
[0012] 发明所欲解决的技术问题
[0013] 本发明为在如此的背景下所完成者。本发明的课题要解决的技术问题为：提供充 电器，可消除蓄电单体的电压不均并进行充电，且至少电路部不必设计为大电流容量，而所 述电路部担任蓄电单体电压的均衡；以及提供充放电器，其于所述充电器中更具备放电功 能的。
[0014] 解决技术问题的技术手段
[0015] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种充电器，具备：多段倍压整流电路，为将 二个串联连接的二极管并联连接于各个串联连接的第1至第n(n为2以上的整数）电容， 并且，将中间电容连接于各个该二个串联连接的二极管的中间点而成；转换器，具备于动作 时被施加方波电压的元件；以及输入电路，从元件接受电压的输入，并对多段倍压整流电路 输出电压；且，该充电器构成为：串联连接的第1至第η的电容连接于转换器的输出部，以 借由转换器的输出电压对第1至第η的电容充电，并且，从元件经由输入电路将电压输入至 多段倍压整流电路，以对第1至第η的电容均等地充电。
[0016] 上述充电器的充电动作中，利用被施加于转换器内的元件的方波电压使串联电容 链的电压均衡，并且借由转换器的输出电压对该串联电容链进行充电。如后述的实施例所 示，可于串联电容链连接蓄电单体或蓄电单体群而将该等充电。
[0017] 就输入电路而言，优选使用具备第一线圈以及第二线圈的电路，所述第一线圈连 接于前述元件，所述第二线圈与第一线圈磁性结合，并连接于多段倍压整流电路。若依此使 用变压器而构成输入电路，可调整第一线圈侧与第二线圈侧的电流比，因而增加设计的自 由度。此时，特别优选第一线圈与串联共振电路连接，该串联共振电路连接包含串联连接的 电感与电容。如后述的实施例所示，借由使用串联共振电路，可控制经由输入电路流入多段 倍压整流电路的电流的大小。
[0018] 另外，用于本发明的充电器中的转换器亦可为双向转换器。借由使用双向转换器， 而成为可进行上述第1至第η的电容的充放电。因此，本发明的充电器可作为充放电器进 行动作。
[0019] 发明的效果
[0020] 依据本发明的具均衡功能的充放电器，可借由将多段倍压整流电路连接于现有使 用转换器的充放电器中的交换节点，以附加新的均衡功能。典型的实施例中，对于蓄电单体 的充放电主要由转换器进行，而多段倍压整流电路仅供给用以消除蓄电单体间的电压不均 的微小电力。依此，充放电电路部（转换器）与均衡电路部（多段倍压整流电路）可分别 适当地设计，因此，相较于现有方式，可实现电路的小型化、低成本化。
【附图说明】
[0021] 图1为专利文献1中记载的现有单晶体式均衡电路的电路图。
[0022] 图2为日本特愿2012-046569提案的现有二晶体式均衡电路的电路图。
[0023] 图3为专利文献2中记载的现有单晶体式均衡充电器的电路图。
[0024] 图4a为可用于本发明的充电器、充放电器中的降压型转换器的电路图。
[0025] 图4b为可用于本发明的充电器、充放电器中的升压型转换器的电路图。
[0026] 图4c为可用于本发明的充电器、充放电器中的升降压转换器的电路图。
[0027] 图4d为可用于本发明的充电器、充放电器中的单端初级电感转换器 (Single-ended Primary Inductor Converter ;SEPIC)的电路图。
[0028] 图4e为可用于本发明的充电器、充放电器中的Zeta转换器的电路图。
[0029] 图4f为可用于本发明的充电器、充放电器中的Cuk转换器的电路图。
[0030] 图5为显示SEPIC转换器的动作波形图。
[0031] 图6a为显示SEPIC转换器动作时，开关元件Q导通时的电流路径图。
[0032] 图6b为显示SEPIC转换器动作时，开关元件Q关断时的电流路径图。
[0033] 图7为显示多段倍压整流电路及输入电路的一例的电路图。
[0034] 图8为显示图7所示多段倍压整流电路及输入电路的动作波形图。
[0035] 图9a为显示图7所示多段倍压整流电路及输入电路动作时，模式1的电流路径 图。
[0036] 图9b为显示图7所示多段倍压整流电路及输入电路动作时，模式2的电流路径 图。
[0037] 图10为图7所示多段倍压整流电路的等效电路的电路图。
[0038] 图11为系统电路图，其将串联连接的蓄电单体Bl~M连接于本发明的第一实施 型态的具均衡功能的充电器，所述充电器使用SEPIC转换器、输入电路、及多段倍压整流电 路。
[0039] 图12为由图7的构成变更多段倍压整流电路与输入电路的连接点时的电路图。
[0040] 图13a为显示图12所示多段倍压整流电路及输入电路动作时，模式1的电流路径 图。
[0041] 图13b为显示图12所示多段倍压整流电路及输入电路动作时，模式2的电流路径 图。
[0042] 图14为显示多段倍压整流电路及输入电路的另一例的电路图。使用串联共振电 路作为输入电路。
[0043] 图15为显示图14所示多段倍压整流电路及输入电路的非连续电流模式 (Discontinuous Current Mode ;DCM)下的动作波形图。
[0044] 图16a为显示图14所示多段倍压整流电路及输入电路动作时，模式1、模式5的电 流路径图。
[0045] 图16b为显示图14所示多段倍压整流电路及输入电路动作时，模式2、模式4的电 流路径图。
[0046] 图17为系统电路图，其将串联连接的蓄电单体Bl~M连接于本发明的第二实施 型态的具均衡功能的充电器，所述充电器使用SEPIC转换器、输入电路（串联共振电路）、及 多段倍压整流电路。
[0047] 图18为显示使用本发明的具均衡功能的充电器（使用SEPIC转换器、串联共振电 路、及多段倍压整流电路的具均衡功能的充电器）的实验结果的表示图。
[0048] 图19为可用于本发明的充电器、充放电器的双向SEPIC转换器的电路图。
[0049] 图20为显示双向SEPIC转换器的充电时的动作波形图。
[0050] 图21a为显示双向SEPIC转换器的充电动作时，开关元件Qa导通、开关元件Qb关 断时的电流路径图。
[0051] 图21b为显示双向SEPIC转换器的充电动作时，开关元件Qa关断、开关元件Qb导 通时的电流路径图。
[0052] 图22为显示双向SEPIC转换器的放电时的的动作波形图。
[0053] 图23a为显示双向SEPIC转换器的放电动作时，开关元件Qa关断、开关元件Qb导 通时的电流路径图。
[0054] 图23b为显示双向SEPIC转换器的放电动作时，开关元件Qa导通、开关元件Qb关 断时的电流路径图。
[0055] 图24为系统电路图，其将串联连接的蓄电单体Bl~M连接于本发明的第三实施 型态的具均衡功能的充电器，所述充电器使用双向SEPIC转换器、输入电路（串联共振电 路）、及多段倍压整流电路。
[0056] 图25为显示不用线圈而连接转换器与多段倍压整流电路时的构成电路图。
[0057] 图26a为显示图25所示多段倍压整流电路及输入电路动作时，模式1的电流路径 图。
[0058] 图26b为显示图25所示多段倍压整流电路及输