CN108370172B - 充电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种即便是二次电池为过放电状态，也能不另设电源而将控制电路启动并开始恰当的充电操作的充电装置。该充电装置是将太阳电池产生的电力充入二次电池的充电装置，具备用于将太阳电池产生的电力控制为适于充电的电流值及/或电压值后供给到二次电池的充电控制部；及在充电开始时将来自太阳电池的电力升压后作为升压电源提供给充电控制部，将充电控制部启动的启动控制部。

Description

充电装置

技术领域

本发明涉及充电装置，特别是用于将太阳电池产生的电力充入锂离子电池的充电装置。

背景技术

现有技术中，用于将太阳电池产生的电力充入二次电池并向负载提供电流的太阳能充电装置已得到提案(专利文献1、2)。这样的现有技术中，太阳电池产生的电力由控制电路控制，例如通过PWM(Pulse Width Moudulation，脉冲宽度调制)控制将其转换成适于二次电池的充电的电压值及/或电流值的波形后进行充电。

将现有技术的太阳能充电装置用于住宅用途或路灯等固定设备的情况下，采用铅蓄电池作为二次电池，将铅蓄电池连接在控制电路的端子上持续使用。在这样的固定设备中使用期间，控制电路能够恰当地持续管理二次电池的充电状态，从而能防止二次电池成为过放电状态。

然而，在使太阳能充电装置具有便携性，并将其应用于电力基础设施尚未得到整备的环境或受灾地区援助等场合时，采用比铅蓄电池重量轻的锂离子电池作为二次电池，并对多个二次电池交替地进行充电。这样，假定使用中要频繁地交换作为充电对象的二次电池，则有可能出现二次电池因所储蓄的电能被用尽而成为过放电状态的情况。

为了对二次电池进行恰当的充电，需要预先启动控制电路，但若交换后的二次电池为过放电状态，则无法获得控制电路的启动所需的电力，从而充电开始所需的控制电路的启动变得困难。而若另设用于启动控制电路的其它电源，则会使太阳能充电装置的便携性降低，因而不可取。

【专利文献1】：日本特开2014－163809号公报

【专利文献2】：日本特开2014－209827号公报

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于，提供一种即便是二次电池为过放电状态，也能不另设电源而将控制电路启动并开始恰当的充电操作的充电装置。

为了解决上述技术问题，本发明的充电装置是将太阳电池产生的电力充入二次电池的充电装置，其特征在于：具备与所述太阳电池连接，用于将所述太阳电池产生的电力控制为适于充电的电流值及/或电压值后供给所述二次电池的充电控制部；与所述太阳电池连接并通过端子部与所述二次电池连接，将来自所述太阳电池的电力升压的升压电源；以及与所述充电控制部连接并通过所述端子部与所述二次电池连接的启动控制部，所述启动控制部在充电开始时将所述升压电源与所述充电控制部连接，从而将升压后的电力供给所述充电控制部，将所述充电控制部启动。

这样的充电装置中，即便是二次电池成为过放电状态，也能不另设电源而将充电控制部启动，以开始恰当的充电操作。

另外，本发明的一个实施方式中，在所述二次电池的电压低于预定值的情况下，所述启动控制部停止从所述充电控制部向所述二次电池的电流供给，用所述升压电源对所述二次电池进行预充电。

另外，本发明的一个实施方式中，所述充电控制部对所述太阳电池产生的电力进行PWM控制后进行平滑化处理，并将处理后的电力供给所述二次电池。

另外，本发明的一个实施方式中，所述二次电池是锂离子电池。

发明效果：

能够提供一种即便是二次电池成为过放电状态，也能不另设电源而将控制电路启动，以开始恰当的充电操作的充电装置。

附图说明

图1是表示采用了第一实施方式的充电装置的太阳光发电系统的示意图。

图2是表示第一实施方式中的充电控制器2内部容置的电路的结构的电路图。

图3是表示第一实施方式中的启动控制部60的操作的流程图。

具体实施方式

＜第一实施方式＞

参照附图，对本发明所涉及的充电装置的第一实施方式进行详细说明。图1是表示采用了本实施方式的充电装置的太阳光发电系统的示意图。如图1所示，太阳光发电系统100具备太阳电池组件1、充电控制器2、充电底座3、及二次电池组件4。

太阳电池组件1是将受太阳光等光照射而获得电动势的太阳电池元件组装在一起而获得的部件，通过端子与充电控制器2连接而向充电控制器2供电。构成太阳电池组件1的太阳电池元件的材料不受特别限定，可根据需要而采用将多个太阳电池元件串联、并联后获得的部件。为了提升太阳光发电系统100的轻量化和便携性，较佳为采用柔性薄膜太阳电池作为太阳电池组件1。

充电控制器2是分别与太阳电池组件1和充电底座3电连接的本发明中的充电装置。如后述那样，充电控制器2通过内部容置的电路，将太阳电池组件1供给的电力转换成适于充电的波形后供给充电底座3。

充电底座3是用于置放二次电池组件4并对二次电池组件4进行充电的部件，具备能将二次电池组件4简便地装卸的结构，在装载有二次电池组件4的状态下，确保充电所需的电连接。在此，示出了将充电控制器2和充电底座3构成为相互独立的个体并用电缆将两者的端子连接的例子，但也可以采用将充电控制器2和充电底座3构成为一体，并在充电底座3的内部容置充电控制器2的电路的结构。

二次电池组件4是将储蓄太阳电池组件1产生的电力的二次电池组装在一起而获得的部件，具备能被安装于充电底座3并能脱离充电底座3的结构、及用于从充电底座3接受电力供给的端子，在安装于充电底座3的状态下，确保太阳电池组件1、充电控制器2、及充电底座3之间的电连接。另外，二次电池组件4中设有保护电路、放电控制电路等电路，用于对负载一边供电一边进行电流控制。另外，在充满电的状态下，可以截断来自充电底座3的电力供给，也可以在电压低于规定电压值的情况下停止放电。

二次电池组件4中装载的二次电池的材料不受限定，例如可以是铅电池、镍氢电池、锂离子电池等，但为了提升太阳光发电系统100的便携性，使用锂离子电池较佳。本实施方式的太阳光发电系统100中，将多个二次电池组件4交替地安装在充电底座3上进行充电，充电后的二次电池组件4从充电底座3被卸下之后可用作未图示的照明装置等负载设备的电源。

图2是表示本实施方式的充电控制器2内部容置的电路的结构的电路图。图2所示的充电控制器2具备第一降压部10、第二升压部20、充电控制部30、过电压保护部40、平滑部50、启动控制部60、剩余量显示部70、LED1～4、二极管D1、齐纳二极管ZD、电阻R1～R3、及端子部CN1～CN3。在此，二极管D1、第一降压部10、电阻R1、LED1、及第二升压部20的输入侧的接地电位相对于其它构成部分的接地电位浮置。

端子部CN1～CN3是用于实现与充电控制器2的外部间的电连接的端子。端子部CN1与在图中用SP表示的太阳电池组件1连接；端子部CN2通过充电底座3与二次电池组件4连接；端子部CN3与开关SW连接。在此，示出了设置端子部CN3将开关SW与外部连接的例子，但也可以使开关SW包含在充电控制器2的电路中。

二极管D1是以顺方向连接在端子部CN1的正极侧与第一降压部10之间的二极管，用于实现在将太阳电池组件1正负极颠倒地连接在端子部CN1的情况下对电路进行保护的逆接保护。

第一降压部10是设置在二极管D1与第二升压部20之间的电路部，是对太阳电池组件1所提供的电压进行调整的降压电路。由于太阳电池组件1产生的电力会因受照射的光量随天气等变化而电压产生变动，所以用第一降压部10将其调整为规定电压后再输入到第二升压部20。作为第一降压部10输出的电压，例如5V左右较佳。

LED1和电阻R1是输入显示部，串联连接在第一降压部10与第二升压部20之间并接地。在第一降压部10的输出达到规定电压以上时，LED1点亮，表示来自太阳电池组件1的电力正被输入到充电控制器2中。

第二升压部20是设置在第一降压部10与电阻R2之间的电路部，是将第一降压部10的输出升压的升压电路。为了如后述那样对二次电池组件4进行预充电、将充电控制部30启动，仅是第一降压部10的输出会使启动操作电压不足。因而，第二升压部20将电压升高为预充电和启动操作所需的电压，例如将升高到12V左右的电力输出。

电阻R2是连接在第二升压部20与端子部CN2之间的电阻，作为限流电阻，发挥将第二升压部20输出的电流值限制在规定值的功能。齐纳二极管ZD是被设置为与第二升压部20的输出连接的齐纳二极管，在第二升压部20输出的电压值达到规定值以上时导通而实施过电压保护。

在此，由二极管D1、第一降压部10、第二升压部20、及电阻R2构成的电路作为升压电源，发挥将太阳电池组件1产生的电力升压后输出的功能。

充电控制部30是与端子部CN1和过电压保护部40连接的电路部，将太阳电池组件1供给的电力控制为适于二次电池组件4的充电的电流值及/或电压值后输出给过电压保护部40。具体而言，例如可列举通过现有技术中使用的PWM控制而实现适于充电的电流值及/或电压值的脉冲状波形的输出。充电控制部30的具体结构不受限定，也可以采用安装有各种IC等的公知的铅蓄电池用充放电电路。

过电压保护部40是连接在充电控制部30与平滑部50之间的电路部，是在充电控制部30的输出达到规定电压值以上时利用接地电位使电流释放的过电压保护电路。平滑部50是连接在过电压保护部40与电阻R3之间的电路部，对来自充电控制部30的脉冲状波形的电流进行平滑处理后将其输出。由于平滑部50对脉冲状波形进行了平滑处理，波形成为适于采用锂离子电池作为二次电池组件4的情况下的波形。

在此，示出了充电控制部30、过电压保护部40、及平滑部50相互独立的结构，但也可以采用充电控制部30中包含有过电压保护部40及平滑部50的结构。在此情况下，充电控制部30的输出为，对太阳电池组件1产生的电力进行PWM控制后进行了平滑处理的输出。

电阻R3是连接在平滑部50与启动控制部60之间的电阻，是防止浪涌电流的浪涌电流限制电阻。在此，示出了电阻R3独立于其它电路部的情况，但电阻R3可以被包含在平滑部50的输出侧，也可以被包含在启动控制部60的输入侧。

启动控制部60是连接在电阻R3与端子部CN2之间的电路部，是内部具备各种IC、晶体管等的电路。如图2所示，电阻R2的输出侧连接在启动控制部60与端子部CN2之间，相对于端子部CN2，启动控制部60与电阻R2并联连接。启动控制部60实施启动操作、预充电操作、及一般充电操作间的切换。其中，启动操作是指，为使充电控制部30启动而对充电控制部30提供启动用电压的操作；预充电操作是指，在二次电池组件4为过放电状态的情况下进行预充电的操作；一般充电操作是指，使用充电控制部30进行一般充电的操作。启动控制部60的详细操作将于后述。

剩余量显示部70是连接在端子部CN2与端子部CN3之间的电路部，并联连接有LED2～4。如前述那样，端子部CN3上连接有开关SW，开关SW闭合，则剩余量显示部70经由端子部CN2检测出二次电池组件4的电位，并相应于所检测出的电位使LED2～4点亮来显示二次电池组件4的充电状态。例如，二次电池组件4的电位为接近过放电状态的低电位的情况下只点亮LED2；在过放电状态与充满电的状态之间的情况下点亮LED2、3；在充满电的状态的情况下点亮LED2～4。在此，示出了使用三个LED的例子，但LED的数量不受限定，也可以用数字显示板或图像显示部显示。

下面，参照图3对本实施方式的充电装置的操作进行说明。图3是表示本实施方式的启动控制部60的操作的流程图。首先，作为开始步骤，太阳电池组件1与端子部CN1连接，若受到光照射而发电，则通过第一降压部10、第二升压部20，太阳电池组件1的电位V1被升压，升压电位V2被供给到电阻R2的输出端。如前述那样，若第一降压部10的输出电压达到规定值，则LED1点亮，表示太阳电池组件1正在发电。另外，由于充电控制部30也与端子部CN1连接，所以太阳电池组件1产生的电力也被供给到充电控制部30。

其次，作为步骤S1，进入启动充电控制部30的启动操作步骤。最初，在启动充电装置的阶段，尚未向充电控制部30供给用于使电路动作的电力。于是，启动控制部60实施将电阻R2的输出端与电阻R3连接的启动操作。由此，电阻R3被施加升压电位V2，从而经由平滑部50、过电压保护部40向充电控制部30提供启动用的电压。该启动用的电压由于是将太阳电池组件1产生的电力的一部分升压后获得的，所以能与二次电池组件4的连接状态或充电状态无关地将充电控制部30启动。

其次，作为步骤S2，进入判断二次电池组件4是否为过放电状态的过度放电诊断步骤。该步骤S2中，由于在步骤S1充电控制部30的启动已经结束，所以启动控制部60切断电阻R2的输出端与电阻R3之间的连接，从而端子部CN2与电阻R3之间的连接也被切断。由此，充电控制部30判断为处于未连接二次电池组件4的状态，从而停止使用PWM控制的充电操作。

同时，启动控制部60经由端子部CN2检测二次电池组件4的电位，以把握充电状态。此时，电阻R2的输出端有升压电位V2输出并与端子部CN2连接，但由于二次电池组件4的阻抗较大，所以检测结果为反映出二次电池组件4的充电状态的结果。

在步骤S2中，若启动控制部60检测出的二次电池组件4的电位低于预定的电压值，则判断为二次电池组件4为过放电状态而进入步骤S3；若在预定的电压值以上，则进入步骤S4。作为预定的电压值，根据二次电池组件4的材料、结构而定，例如被设定在10V左右。

在步骤S3中，对过放电状态的二次电池组件4进行预充电操作。预充电操作中，启动控制部60维持切断电阻R2的输出端与电阻R3之间的连接的状态。此时，由于电阻R2的输出端与端子部CN2仍然保持连接，所以成为太阳电池组件1产生的电力经由第一降压部10、第二升压部20、及电阻R2而被供给到二次电池组件4的预充电操作。

步骤S3之后回到步骤S2的过度放电诊断步骤，直到二次电池组件4的充电状态成为到达预定电位为止，一直重复步骤S3的预充电操作。在采用锂离子电池作为二次电池组件4的情况下，若长时间放任过放电状态，则有可能出现锂金属析出而使内部短路的情况。若在该短路状态下进行大电流的充电，则二次电池组件4会发热，因而有必要采取防止发热的对策。然而，在锂金属析出而引起短路的状态下，由于二次电池组件4的电位不会达到预定的电压值，所以是用被电阻R2限制为比一般充电操作的电流还小的电流来持续预充电，因而能避免大电流的充电。

在步骤S4中，实施一般充电操作，即，由充电控制部30向二次电池组件4提供一般充电的电流。一般充电操作中，启动控制部60维持电阻R2的输出端及端子部CN2与电阻R3之间的电连接。因此，充电控制部30判断为处于与二次电池组件4连接的状态，从而继续进行使用P WM控制的充电操作。充电控制部30的输出经由过电压保护部40、平滑部50、电阻R3、启动控制部60、及端子部CN2而被供给到二次电池组件4。由此，太阳电池组件1产生的电力被控制为适于充电的电流值及/或电压值后被供给到二次电池组件4。二次电池组件4通过所装备的控制电路检测出内部的二次电池的充电状态，在到达充满电的状态的阶段结束一般充电操作。

如前述那样，本实施方式的太阳光发电系统100中，充电结束后的二次电池组件4被卸下后用作其它电气设备的电源。然后，将在其它电气设备中使用后的二次电池组件4重新安装在充电底座3上充电。此时，可以是每当安装新的二次电池组件4时从步骤S1的启动操作开始操作，也可以是维持着充电控制部30启动的状态，从步骤S2的过度放电诊断步骤开始操作。

如上所述，本发明的充电装置中，即便是二次电池组件4为过放电状态，也能不另设电源而将充电控制部30启动，并开始恰当的充电操作。另外，二次电池组件4为过放电状态时，启动控制部60停止从充电控制部30向二次电池组件4的电流供给，使用升压电源对二次电池组件4进行预充电，从而能防止在锂金属析出而使内部短路的情况下的大电流充电所引起的发热地进行充电操作。

本发明不为上述各实施方式所限定，在权利要求所记载的范围内可进行各种变更，另外，将实施方式中分别公开的技术方案适当地组合而获得的实施方式也包含在本发明的技术范围内。

＜附图标记说明＞

D1 二极管

CN1～3 端子部

R1～R3 电阻

ZD 齐纳二极管

1 太阳电池组件

2 充电控制器

3 充电底座

4 二次电池组件

10 第一降压部

20 第二升压部

30 充电控制部

40 过电压保护部

50 平滑部

60 启动控制部

70 剩余量显示部

100 太阳光发电系统

Claims (3)

1.一种充电装置，是将太阳电池产生的电力充入二次电池的充电装置，其特征在于：具备

充电控制部，与所述太阳电池连接，用于将所述太阳电池产生的电力控制为适于充电的电流值及/或电压值后供给所述二次电池；

升压电源，与所述太阳电池连接并通过端子部与所述二次电池连接，将来自所述太阳电池的电力升压；以及

启动控制部，与所述充电控制部连接并通过所述端子部与所述二次电池连接，

所述启动控制部控制所述充电控制部和所述升压电源之间的连接和切断，在充电开始时将所述升压电源与所述充电控制部连接，从而将由所述升压电源升压后的用于使所述充电控制部启动的启动用电压供给所述充电控制部，将所述充电控制部启动，

在所述二次电池的电压低于预定值的情况下，所述启动控制部切断所述充电控制部和所述升压电源之间的连接，停止从所述充电控制部向所述二次电池的电流供给，用所述升压电源对所述二次电池进行预充电。

2.如权利要求1所述的充电装置，其特征在于：

所述充电控制部对所述太阳电池产生的电力进行PWM控制后进行平滑化处理，并将处理后的电力供给所述二次电池。

3.如权利要求1或2所述的充电装置，其特征在于：

所述二次电池是锂离子电池。