电源装置、充电装置、控制方法、电子设备和电动车辆与流程

本技术涉及电源装置、充电装置、控制方法、电子设备和电动车辆。

背景技术

作为二次电池(例如，锂离子二次电池)的充电系统，已知其中组合了恒流充电和恒压充电的恒流恒压(cccv)充电系统。在cccv充电系统中，以恒定电流执行充电直到电池电压达到预定电压，并且在达到预定电压之后以恒定电压执行充电。然后，在充电电流基本上收敛到0的时间点完成充电。作为用于充电的电源电路，例如使用效率高且噪声低的谐振转换器。

例如，如专利文献1中所述，已知功率因数校正转换器和串联谐振转换器串联连接的配置。功率因数校正转换器的输出固定在恒定电压，并且通过控制串联谐振转换器的输出来执行充电控制。专利文献1中描述的配置用于实现用于预充电的低电压和低电流的恒定电流特性。在专利文献1中，功率因数校正转换器的输出在两个电平之间切换，并且输出电压由用于各个输出的dc-dc转换器控制。结果，可以输出低输出电压。

引用列表

专利文献

专利文献1：jp2014-135846a

技术实现要素：

技术问题

在如专利文献1中所述的使用dc-dc转换器(例如，谐振转换器)的电源电路的情况下，期望在保持足够高效率的同时控制输出。

因此，本技术提供了考虑到这一点而制造的电源装置、充电装置、控制方法、电子设备和电动车辆。

问题的解决方案

为解决上述问题，例如，本技术可以是一种电源装置，包括：

第一电源电路，其能够施加升压和降压的控制；

第二电源电路，其被提供有第一电源电路的输出且其输出是根据频率或脉宽来控制的；及

控制单元，其控制第一和第二电源电路。

控制单元被配置为切换并执行第一控制和第二控制，在第一控制中，将第一电源电路的输出设定为可变，由此使得第二电源电路的输出成为可变，在第二控制中，将第一电源电路的输出设定为恒定，且使第二电源电路的输出成为预定输出。

本技术可以是从电源装置接收电力供应的电子设备。

本技术可以是包括电源装置的电动车辆。

例如，本技术可以是充电装置，包括：

第一电源电路，其能够施加升压和降压的控制；

第二电源电路，其被提供有第一电源电路的输出且其输出是根据频率或脉宽来控制的；及

控制单元，其控制第一和第二电源电路。

控制单元被配置为切换并执行第一控制和第二控制，在第一控制中，将第一电源电路的输出设定为可变，由此使得第二电源电路的输出成为可变，在第二控制中，将第一电源电路的输出设定为恒定，且使第二电源电路的输出成为预定输出。

例如，本技术可以是一种控制方法，其中

控制单元对第一电源电路和第二电源电路执行第一控制和第二控制，其中第一电源电路能够施加升压和降压的控制，第二电源电路被提供有第一电源电路的输出且其输出是根据频率或脉宽来控制的，

在第一控制中，将第一电源电路的输出设定为可变，由此使得第二电源电路的输出成为可变，并且

在第二控制中，将第一电源电路的输出设定为恒定，且使第二电源电路的输出成为预定输出。

发明的有益效果

根据至少一个实施例，可以在保持足够高效率的同时控制输出。注意，本文描述的效果不一定受限制，但是可以获得本技术中描述的任何效果。

附图说明

图1是根据本技术的一个实施例的充电装置的方框图。

图2是用于描述恒流恒压充电系统的示意图。

图3是根据本技术的一个实施例的emi滤波器的连接图。

图4是根据本技术的一个实施例的降压-升压型功率因数校正转换器的连接图。

图5是根据本技术的一个实施例的调频型dc-dc转换器的连接图。

图6是用于描述本技术的一个实施例的示意图。

图7是示出本技术的应用示例的方框图。

图8是示出本技术的另一应用示例的方框图。

具体实施方式

在下文中，将说明本技术的一个实施例。注意，将按以下顺序提供说明。<1.一个实施例>

<2.应用示例>

<3.变型>

下面将说明的实施例是本技术的合适的具体示例，并且给出了技术上优选的各种限制。然而，本技术的范围不限于这些实施例，除非在以下说明中存在限制本技术的说明。

“关于用于充电的一般电源电路”

如上所述，在用于充电的一般电源电路中，使用效率高且噪声低的谐振转换器。然而，llc电流谐振型dc-dc转换器是通过调频控制输出电压的系统。即，当频率升高时，输出电力减小，而当频率降低时，输出电力增加。这种llc电流谐振型dc-dc转换器不适合在输入电压恒定的条件下调整至宽输出电压。特别是，由于按照特性通过提高频率来控制在输出电力小的条件下降低输出电压，所以不能无限地提高频率，导致失控。为了对此采取措施，在后面的级中提供非隔离型dc-dc转换器以便宽范围地调整输出电压，或者借助通过间歇振荡施加控制以降低视在输出电压来实现充电操作。

然而，在将dc-dc转换器添加到后面的级的情况下，由于增加了dc-dc转换器的转换效率，所以降低了整体效率并且增加了电路规模。另外，在由间歇振荡控制的状态下的输出纹波电压增大，这对于充电装置的特性不是优选的。另外，存在调频型系统具有最高效率的频率，并且当偏离该频率时转换器的输出转换效率降低，因此难以在充电操作的整个区域保持高效率。在下文中，将描述鉴于这些点而提出的本技术的细节。

<1.一个实施例>

“充电装置的配置示例”

图1是示出根据本技术的一个实施例的电源装置的配置示例的图。注意，在下文中，将说明电源装置是具有充电功能的充电装置的示例。商用电源通过插头提供给充电装置1。将ac电源经由充电装置1的电磁干扰(emi)滤波器2提供给降压-升压功率因数校正电路3，其是第一电源电路的示例。作为第二电源电路的示例的隔离型调频控制dc-dc转换器(下文中适当地称为调频控制dc-dc转换器)4连接到降压-升压功率因数校正电路3的输出。调频控制dc-dc转换器4的示例是llc电流谐振型转换器。

调频控制dc-dc转换器4的输出端的一端通过开关5引出，作为输出端6a。调频控制dc-dc转换器4的输出端的另一端通过电流检测单元8引出，作为输出端6b。调频控制dc-dc转换器4的输出端6a连接到电池7的正极，输出端6b连接到电池7的负极。例如，电池7是锂离子二次电池。注意，图1显示了一个锂离子二次电池，而它可以是单个电池，或者可以具有包括多个锂离子二次电池的模块化结构。

将输出端6a的电压(电池电压)提供给充电控制电路9。充电控制电路9输出用于开关5的控制信号、用于恒压控制电路10的控制信号和用于恒流控制电路11的控制信号。恒压控制电路10控制调频控制dc-dc转换器4。恒流控制电路11控制降压-升压功率因数校正电路3。充电控制电路9、恒压控制电路10和恒流控制电路11具有的控制功能对应于一个控制单元。这些电路可以由一个微型计算机等实现。

在cccv充电系统中，以恒定电流执行充电直到电池电压达到预定电压，并且在达到预定电压之后以恒定电压执行充电，如图2所示。然后，在充电电流基本上收敛到0的时间点完成充电。以恒定电流充电的第一模式将被称为恒流充电模式，而以恒定电压充电的第二模式将被称为恒压充电模式。

降压-升压功率因数校正电路3能够施加升压和降压的控制，并且通常被控制为使得输出电压变得恒定。在恒流充电模式中，来自恒流控制电路11的信号介入降压-升压功率因数校正电路3的控制进行控制，以改变输出电压，其中所述恒流控制电路11从检测输出电流的电流检测单元8接收信号并进行控制以使得输出变为恒定电流。

调频控制dc-dc转换器4例如通过调频受到恒压控制，以使输出电压恒定。另一方面，在恒流充电模式中，控制调频控制dc-dc转换器4，以便以在效率最大化的谐振频率附近的恒定频率操作。恒流控制和恒压控制均由充电控制电路9控制。

在充电装置1中，控制在恒流充电模式和恒压充电模式这两种模式之间切换。当处于恒流充电模式时，降压-升压功率因数校正电路3由恒流控制电路11控制，并且以固定的方式以恒定频率控制调频控制dc-dc转换器4。当处于恒压充电模式时，控制降压-升压功率因数校正电路3以使得输出变为恒定电压，并且调频控制dc-dc转换器4由恒压控制电路10控制，以便使输出电压恒定。注意，稍后将说明充电装置1中的操作的细节。

图3示出了emi滤波器2的具体配置示例。emi滤波器2是在进行发射测量或抗扰度测量时使用以防止电磁干扰(emi)的抗噪声组件，并且被配置为低通滤波器。

图4示出了降压-升压功率因数校正电路3的具体示例(示意性配置)。将整流商用电源的桥式配置的整流电路21的输出提供给包括fet22、二极管23和线圈24的降压型开关电源电路。此外，连接包括fet25、二极管26和电容器27，并与降压型开关电源电路共用线圈24的升压型开关电源电路。降压-升压功率因数校正电路3的输出在输出端28a和28b处取出。

提供控制fet22和fet25的切换的驱动电路29。驱动电路29被配置为功率因数校正(pfc)控制电路。通过连接降压型开关电源电路和升压型开关电源电路，可以在宽范围内改变输出。

图5示出了调频控制dc-dc转换器4的具体示例(示意性配置)。图5中所示的配置是llc电流谐振型(全波整流型)dc-dc转换器的示例。通过在llc电流谐振型dc-dc转换器中切换驱动，两个开关元件交替地接通/断开，并且形成两者都处于断开时段的死区。

在图5所示的配置中，fet32a和32b用作开关元件。fet32a和32b串联连接，并且降压-升压功率因数校正电路3的输出提供给分别连接到fet32a的漏极的端子31a和连接到fet32b的源极的端子31b。

串联谐振电路包括变压器33的初级线圈、变压器33的漏电感部件、以及与fet32a并联的谐振电容器34。提供驱动电路35以驱动fet32a和32b。用于切换fet32a和32b的驱动的驱动脉冲由驱动电路35生成。fet32a和32b以相反的相位切换。

变压器33的中心抽头设置在次级侧地电位。通过整流二极管36a和36b以及平滑电容器37感应到次级侧的ac电压被整流，并且输出电压在输出端子38a和38b处取出。尽管未示出，但是检测输出电压，并且根据检测结果，控制fet32a和32b的驱动脉冲的频率，并且将输出电压控制为预定值。

注意，图3中所示的emi滤波器2的配置、图4中所示的降压-升压功率因数校正电路3的配置和图5所示的调频控制dc-dc转换器4的配置中的每一配置都是一个示例，且可以使用其他配置。

“充电装置的操作示例”

将描述根据上述本技术的一个实施例的充电装置1的操作示例。当将需要充电的电池7连接到充电装置1的输出时，充电控制电路9检测电池状态。在作为检测结果确定必须是恒流充电的情况下，充电控制电路9指示调频控制dc-dc转换器4的恒压控制电路10以固定方式以特定频率(例如，具有提高调频控制dc-dc转换器4的效率并且接近谐振频率的值的频率)操作。恒流控制电路11控制降压-升压功率因数校正电路3，以提供基于来自电流检测单元8的信号而指定的输出，以及当调频控制dc-dc转换器4的电压变为可以为电池7充电的电压时，开关5接通，并且开始充电。

在该状态下以恒定电流继续充电，并且在电池电压达到某个恒定电压并且确定必须将充电模式切换到恒压充电模式的情况下，充电控制电路9将指令输出至恒流控制电路11和恒压控制电路10。恒流控制电路11利用来自电流检测单元8的信号施加停止控制的控制，并使降压-升压功率因数校正电路3固定输出电压恒定。恒压控制电路10执行调整频率的控制，并且施加使调频控制dc-dc转换器4的输出电压恒定的调频控制。

在使用llc电流谐振型电路作为调频控制dc-dc转换器4并且在开关频率固定且使负载电流恒定的状态下改变输入电压的情况下的电压特性如图6所示。通过固定开关频率，调频控制dc-dc转换器4的输出电力被控制为恒定。图6的图表显示，通过以固定频率操作调频控制dc-dc转换器4并利用降压-升压功率因数校正电路3调整输入电压，可以执行用于充电装置的恒流充电操作。

已知诸如llc电流谐振型dc-dc转换器这样的通过频率控制输出的系统的电路很可能通过将用于将输出电压控制为恒定的输入电压范围变窄来实现高效率。然而，在将该电路用于充电装置的情况下，输出电压在恒流充电期间应宽范围地改变，因此不可能实现高效率，并且设计变得非常复杂和麻烦。在本技术中，在恒流充电模式下控制dc-dc转换器(降压-升压功率因数校正电路3)，并且在恒压充电模式下控制dc-dc转换器(调频控制dc-dc转换器4)。通过这种控制，通过以可以实现高效率的频率以固定方式操作调频控制dc-dc转换器4，并且改变作为输入电压的功率因数校正电路的输出电压，在可以在保持足够高的效率的同时执行恒流充电模式。另外，不需要添加dc-dc转换器，这可以防止电路规模的增大。另外，不需要通过间歇振荡来执行控制。

<2.应用示例>

上述本技术的一个实施例可以体现为用于电池的充电装置，该电池安装在例如电子设备、电动车辆或电力存储装置等的装置上或者向其供电，或者体现为具有上述充电装置的各个部件的电源装置。在下文中，将说明应用示例。

电子设备的示例可以包括膝上型个人计算机、智能电话、平板终端、个人数字助理(pda)、移动电话、可穿戴终端、无绳电话手机、视频电影、数码相机、电子书、电子词典、音乐播放器、收音机、耳机、游戏机、导航系统、存储卡、起搏器、助听器、电动工具、电动剃须刀、冰箱、空调、电视、立体声音响、热水器、微波炉、洗碗机、洗衣机、烘干机、照明设备、玩具、医疗设备、机器人、道路调节器、交通信号灯等。

此外，电动车辆可以包括铁道车辆、高尔夫球车、电动推车、电动车辆(包括混合动力车辆)等，并用作它们的驱动电源或辅助电源。

电力存储装置的示例可以包括用于包括房屋的建筑物或用于发电设施的电力存储的电源等。

在下文中，将说明通过在上述应用示例中使用应用了本技术的上述充电装置(电源装置)的电力存储装置的电力存储系统的具体示例。

该电力存储系统例如是从充电装置(电源装置)接收电力供应的电子设备。这些电力存储系统被实现为与外部供电网协作有效地提供电力的系统。在下文中，将说明电力存储系统。

“作为应用示例的室内电力存储系统”

将参考图7说明可应用本技术的电力存储系统的示例。例如，在用于房屋101的电力存储系统100中，通过电网109、信息网络112、智能电表107、电源集线器108等从诸如火力发电102a、核能发电102b或水力发电102c的集中电力系统102向电力存储装置103供应电力。与此相结合，从诸如家庭发电装置104这样的独立电源向电力存储装置103供应电力。存储供应到电力存储装置103的电力。使用电力存储装置103馈送用于房屋101内的电力。类似的电力存储系统不仅可以用于房屋101，而且可以用于建筑物。

房屋101提供有发电装置104、耗电装置105、电力存储装置103、控制每个装置的控制装置110、智能电表107和获取各种类型信息的传感器111。各个装置与电网109和信息网络112连接。太阳能电池、燃料电池等用作发电装置104，并且所产生的电力被供应到耗电装置105和/或电力存储装置103。耗电装置105包括冰箱105a、作为空调装置的空调105b、作为电视接收器的电视105c、浴器105d等。此外，耗电装置105包括电动车辆106。电动车辆106包括电动车106a、混合动力汽车106b和电动自行车106c。

本技术的充电装置(电源装置)应用于电力存储装置103。智能电表107具有测量商用耗电并将测量的消耗传送到电力公司的功能。电网109可以是dc供电、ac供电和非接触供电中的任何一种，或者可以组合它们中的多个。

各种传感器111例如是人体存在传感器、亮度传感器、物体感测传感器、耗电传感器、振动传感器、接触传感器、温度传感器、红外传感器等。由各种传感器111获取的信息被发送到控制装置110。可以根据来自传感器111的信息掌握天气状况、人的状况等，并且可以自动控制耗电装置105以最小化能量消耗。此外，控制设备110可以经由互联网将关于房屋101的信息传送到外部电力公司等。

诸如电力线的分支和dc-ac转换这样的处理由电力集线器108执行。连接到控制装置110的信息网络112的通信系统包括使用诸如通用异步接收机-发射机(uart)的通信接口的方法，以及根据诸如蓝牙(注册商标)、zigbee(注册商标)或wi-fi的无线通信标准利用传感器网络的方法。蓝牙(注册商标)系统应用于多媒体通信，并且可以执行一对多连接的通信。zigbee(注册商标)使用电气和电子工程师协会(ieee)802.15.4的物理层。ieee802.15.4是称为个域网(pan)或无线(w)pan的短距离无线网络标准的名称。

控制设备110连接到外部服务器113。该服务器113可以由房屋101、电力公司和服务提供商中的任何一个管理。服务器113传送/接收的信息例如是耗电信息、生活模式信息、电费率、天气信息、自然灾害信息或关于电力交易的信息。这些类型的信息可以向/从家用耗电装置(例如，电视接收器)传送/接收，或者可以向/从室外装置(例如，移动电话等)传送/接收。这些类型的信息可以显示在具有显示功能的装置上，例如电视接收器、移动电话或个人数字助理(pda)。

控制每个单元的控制装置110包括中央处理单元(cpu)、随机存取存储器(ram)和只读存储器(rom)，并且在该示例中，存储在电力存储装置103中。控制装置110利用信息网络112连接到电力存储装置103、家庭发电装置104、耗电装置105、各种传感器111和服务器113，并且例如具有调整商用电力的消耗和发电量。注意，控制装置110可以另外具有在电力市场中执行电力交易的功能。

如上所述，不仅是诸如火力发电102a、核能发电102b或水力发电102c这样的集中电力系统102的电力，而且家用发电装置104(太阳能发电、风力发电)产生的电力也可以存储在电力存储装置103中。因此，即使家用发电装置104产生的电力发生变化，也可以施加控制，例如使要输送到外部的电力量恒定或者根据需要放电。例如，这样的使用是可能的——在太阳能发电中获得的电力存储在电力存储装置103中，以及在夜间将廉价的深夜电力存储在电力存储装置103中，并在费率高的白天的时段中放电和利用电力存储装置103中存储的电力。

注意，在该示例中，已经说明了控制装置110被封装在电力存储装置103中的示例，而控制装置110可以被封装在智能电表107中，或者可以单独配置。此外，电力存储系统100可以用于公寓中的多个房间，或者用于多个房屋。

“作为应用示例的车辆中的电力存储系统”

将参考图8描述将本技术应用于车辆的电力存储系统的示例。图8示意性地示出了混合动力车辆的配置的示例，其中采用了应用本技术的串联混合动力系统。串联混合动力系统是利用使用由发动机驱动的发电机产生的电力或者以前存储在电池中的电力的电力-驱动力转换装置运行的汽车。

发动机201、发电机202、电力-驱动力转换装置203、驱动轮204a、驱动轮204b、车轮205a、车轮205b、电池208、车辆控制装置209、各种传感器210和充电插口211安装在该混合动力车辆200上。上述本技术的充电装置(电源装置)应用于该混合动力车辆200。

混合动力车辆200使用电力-驱动力转换装置203作为动力源运行。电力-驱动力转换装置203的示例是电动机。电力-驱动力转换装置203利用电池208的电力进行操作，并且该电力-驱动力转换装置203的旋转力被传递到驱动轮204a和204b。注意，通过在必要点使用直流-交流(dc-ac)或逆转换(ac-dc转换)，无论是ac电动机还是dc电动机，电力-驱动力转换装置203都适用。各种传感器210通过车辆控制装置209控制发动机速度，并控制节气门(未示出)的开度(节气门开度)。各种传感器210中包括速度传感器、加速度传感器、发动机速度传感器等。

发动机201的旋转力被传递到发电机202，并且由发电机202利用该旋转力产生的电力可以存储在电池208中。

当混合动力车辆200通过制动机构(未示出)减速时，该减速时的阻力作为旋转力被添加到电力-驱动力转换装置203，并且由电力-驱动力转换装置203利用该旋转力产生的再生电力存储在电池208中。

通过连接到混合动力车辆200外部的电源，电池208还可以使用充电插口211作为输入端口从外部电源接收电力供应，并存储接收的电力。

尽管未示出，但是可以提供信息处理装置，其根据关于二次电池的信息执行关于车辆控制的信息处理。这种信息处理装置的示例包括根据关于电池电平的信息等提供电池电平显示的信息处理装置。

注意，上面已经作为示例描述了利用使用由发动机驱动的发电机产生的电力或者以前存储在电池中的电力的电动机运行的串联混合动力汽车。然而，本技术也有效地应用于并联混合动力汽车，其中，发动机和电动机的输出都用作驱动源，并且适当地切换和使用只用发动机运行、只用电动机运行以及利用发动机和电动机二者运行的三个系统。此外，本技术还可有效地应用于所谓的电动车辆，该电动车辆仅利用驱动电动机驱动而不使用发动机来运行。

<3.变型>

以上具体描述了本技术的一个实施例，而本技术不限于上述一个实施例，基于本技术的技术构思的各种变型是可能的。例如，在上述实施例中列出的配置、方法、步骤、形状、材料、数值等仅仅是示例，并且可以根据需要使用不同于它们的配置、方法、步骤、形状、材料、数值等。

前一级中的第一电源电路可以是不使用pfc控制系统的电源电路。后一级中的第二电源电路可以是以脉宽而不是频率控制输出的电源电路。另外，可以应用适当系统(例如全桥型或半桥型)的llc电流谐振型转换器。

二次电池可以是除锂离子二次电池之外的电池，并且取决于二次电池，可以将除cccv之外的系统应用于充电系统。注意，如果以预定值的电流执行充电，则恒流控制中的恒定电流是足够的，并且可以不是固定单个值的电流。可以以具有不同值的多个预定值的电流执行充电。

另外，本技术还可以如下配置：

(1)一种电源装置，包括：

第一电源电路，其能够施加升压和降压的控制；

第二电源电路，其被提供有第一电源电路的输出且其输出是根据频率或脉宽来控制的；及

控制单元，其控制第一和第二电源电路，其中，

控制单元被配置为切换并执行第一控制和第二控制，在第一控制中，将第一电源电路的输出设定为可变，由此使得第二电源电路的输出成为可变，在第二控制中，将第一电源电路的输出设定为恒定，且使第二电源电路的输出成为预定输出。

(2)根据(1)的电源装置，其中，

在第一充电状态和第二充电状态之间进行切换，在第一充电状态下，为二次电池充电同时将第二电源电路的输出设置为预定电流，在第二充电状态下，当二次电池的电压达到预定电压时，为二次电池充电同时将第二电源电路的输出电压设置为预定电压，及

在第一充电状态下执行第一控制，及在第二充电状态下执行第二控制。

(3)根据(2)所述的电源装置，其中，

在第一充电状态下，通过将第二电源电路的频率或脉宽固定在效率良好的值并使第一电源电路的输出电压可变，来执行控制以使得输出被设置为预定电流，及

在第二充电状态下，通过将第一电源电路的输出控制为固定在恒定值并调整第二电源电路的频率或脉宽，来执行控制以使得输出被设置为预定电压。

(4)根据(1)-(3)中任一项所述的电源装置，其中，

第一电源电路是功率因数校正转换器，及

第二电源电路是由调频控制的dc-dc转换器。

(5)一种充电装置，包括：

第一电源电路，其能够施加升压和降压的控制；

第二电源电路，其被提供有第一电源电路的输出且其输出是根据频率或脉宽来控制的；及

控制单元，其控制第一和第二电源电路，其中，

控制单元被配置为切换并执行第一控制和第二控制，在第一控制中，将第一电源电路的输出设定为可变，由此使得第二电源电路的输出成为可变，在第二控制中，将第一电源电路的输出设定为恒定，且使第二电源电路的输出成为预定输出。

(6)一种控制方法，其中，

控制单元对第一电源电路和第二电源电路执行第一控制和第二控制，其中第一电源电路能够施加升压和降压的控制，第二电源电路被提供有第一电源电路的输出且其输出是根据频率或脉宽来控制的，

在第一控制中，将第一电源电路的输出设定为可变，由此使得第二电源电路的输出成为可变，并且

在第二控制中，将第一电源电路的输出设定为恒定，且使第二电源电路的输出成为预定输出。

(7)一种电子设备，其从根据(1)至(4)中任一项的电源装置接收电力供应。

(8)一种电动车辆，包括根据(1)至(4)中任一项所述的电源装置。

附图标记列表

1、充电装置

3、降压-升压功率因数校正电路

4、调频控制dc-dc转换器

7、电池

9、充电控制电路

10、恒压控制电路

11、恒流控制电路