JP2008187865A - Charger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、充電対象電池(例えば二次電池などの充電可能な電池)を充電する充電装置に関するものである。 The present invention relates to a charging device that charges a battery to be charged (for example, a rechargeable battery such as a secondary battery).
この種の充電装置として、特開平5−64376号公報に開示されている充電装置が知られている。この充電装置は、複数の充電器を並列運転して蓄電池を充電するように構成され、蓄電池の充電に際して、蓄電池を介して供給される負荷の電力を検出し、その負荷電力に応じて必要最低限の台数の充電器のみを運転し、他の充電器は完全停止状態となるように作動する。これにより、この充電装置では、電源容量の低減が図られている。
ところで、この従来の充電装置では、運転する充電器の台数を決定する際に、負荷の電力のみが考慮されて、蓄電池の充電状態は考慮されていない。この場合、蓄電池の充電状態(例えば、満充電に近い状態なのか、ほとんど充電されていない状態なのか)によっても、各充電器から出力される電流の電流値が変わる。また、この種の充電器については、スイッチング電源を使用して構成される場合が多いが、一般的にスイッチング電源は、図4に示すように、負荷が軽くなる(出力電流が減少する)のに従い、電源効率が低下するという特性を有している。したがって、この充電装置の構成を採用しつつ各充電器にスイッチング電源を使用した充電装置には、蓄電池を充電する際に、運転する充電器の台数を充電電流に応じて決定する動作が行われないため、装置全体の充電効率が低下するという問題点が存在している。また、運転する充電器の稼働率について考慮されていないため、特定の充電器の稼働率が突出する可能性があり、これによって充電装置全体としての寿命が低下するという問題点も存在している。 By the way, in this conventional charging device, when determining the number of chargers to be operated, only the power of the load is considered, and the state of charge of the storage battery is not considered. In this case, the current value of the current output from each charger also changes depending on the state of charge of the storage battery (for example, whether the battery is almost fully charged or hardly charged). In addition, this type of charger is often configured using a switching power supply, but in general, the switching power supply has a lighter load (the output current decreases) as shown in FIG. Accordingly, the power supply efficiency is reduced. Therefore, in the charging device using the switching power supply for each charger while adopting the configuration of this charging device, an operation for determining the number of chargers to be operated according to the charging current is performed when charging the storage battery. Therefore, there is a problem that the charging efficiency of the entire apparatus is lowered. Moreover, since the operating rate of the charger to be operated is not taken into consideration, there is a possibility that the operating rate of a specific charger may protrude, thereby causing a problem that the lifetime of the entire charging device is reduced. .
本発明は、かかる課題を解決すべくなされたものであり、充電対象電池に対する充電効率を向上させると共に高寿命化を図り得る充電装置を提供することを主目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and a main object of the present invention is to provide a charging device capable of improving the charging efficiency of a battery to be charged and extending the service life.
上記目的を達成すべく請求項1記載の充電装置は、互いに並列に接続されると共に、充電対象電池を充電する作動状態および当該作動状態を停止する停止状態のいずれか一方の状態に制御可能な複数のスイッチング電源部と、前記充電対象電池に流れる充電電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部によって検出された前記充電電流の減少に伴い、前記作動状態の前記スイッチング電源部を前記停止状態に移行させて当該作動状態にあるスイッチング電源部の数を徐々に減少させる電源制御部とを備えた充電装置であって、前記電源制御部は、前記各スイッチング電源部の稼働率が平均化されるように、前記停止状態に移行させる前記スイッチング電源部を決定する。
In order to achieve the above object, the charging device according to
また、請求項2記載の充電装置は、請求項1記載の充電装置において、前記電源制御部は、前記停止状態に移行させる前記スイッチング電源部をランダムに決定する。 According to a second aspect of the present invention, in the charging device according to the first aspect, the power supply control unit randomly determines the switching power supply unit to be shifted to the stopped state.
また、請求項3記載の充電装置は、請求項1記載の充電装置において、前記電源制御部は、前記各スイッチング電源部についての前記作動状態の累計時間をそれぞれ算出して、当該各累計時間が平均化されるように前記停止状態に移行させる前記スイッチング電源部を決定する。
The charging device according to
請求項1記載の充電装置では、電源制御部が、電流検出部によって検出された充電対象電池に流れる充電電流の減少に伴い、作動状態にあるスイッチング電源部の数を徐々に減少させる。したがって、この充電装置によれば、効率の良くない軽負荷状態でスイッチング電源部が作動する状況を十分に少なくすることができるため、スイッチング電源部、ひいては装置全体の効率を高めることができる結果、充電対象電池に対する充電効率を十分に向上させることができる。また、電源制御部が、各スイッチング電源部の稼働率が平均化されるように、停止状態に移行させるスイッチング電源部を決定するため、予め設定された順番に従って作動状態のスイッチング電源部を停止状態に移行させる構成とは異なり、様々な電池容量の充電対象電池に対する充電処理を実行したとしても、特定のスイッチング電源部の稼働率だけが高まるといった偏りを回避することができる結果、装置全体としての製品寿命を十分に向上させることができる。 In the charging device according to the first aspect, the power supply control unit gradually decreases the number of the switching power supply units in the operating state as the charging current flowing through the charging target battery detected by the current detection unit decreases. Therefore, according to this charging device, it is possible to sufficiently reduce the situation where the switching power supply unit operates in a light load state that is not efficient, and as a result, the efficiency of the switching power supply unit, and thus the entire device, can be increased. Charging efficiency for the battery to be charged can be sufficiently improved. In addition, the power supply control unit determines the switching power supply unit to be shifted to the stop state so that the operation rate of each switching power supply unit is averaged, so that the switching power supply unit in the operation state is stopped according to a preset order. Unlike the configuration that shifts to the above, even if the charging process is performed on the charging target battery with various battery capacities, it is possible to avoid the bias that only the operating rate of the specific switching power supply unit is increased. Product life can be sufficiently improved.
また、請求項2記載の充電装置によれば、作動状態から停止状態に移行させるスイッチング電源部を電源制御部がランダムに決定することにより、簡易な構成で各スイッチング電源部の稼働率を平均化することができる。
According to the charging device of
また、請求項3記載の充電装置では、電源制御部が、各スイッチング電源部についての作動状態の累計時間をそれぞれ算出して、各累計時間が平均化されるように停止状態に移行させるスイッチング電源部を決定する。したがって、この充電装置によれば、各スイッチング電源部の稼働率を精度良く平均化することができるため、装置全体としての製品寿命をより一層向上させることができる。
Further, in the charging device according to
以下、添付図面を参照して、本発明に係る充電装置の最良の形態について説明する。なお、充電対象電池の一例として二次電池(具体的には鉛蓄電池)を充電する構成を挙げて説明する。 Hereinafter, the best mode of a charging apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, the structure which charges a secondary battery (specifically lead acid battery) as an example of a charge object battery is given and demonstrated.
図1に示すように、充電装置1は、複数のスイッチング電源部2a〜2d(以下、区別しないときには「スイッチング電源部2」ともいう)、電流検出部3、記憶部4および電源制御部5を備え、一例として交流電源6から交流電圧Viを入力して直流電圧Voを生成すると共に二次電池7に直流電圧Voを出力しての充電が可能に構成されている。
As shown in FIG. 1, the
各スイッチング電源部2は、一例として同一の構成を備えたスイッチング方式の電源回路で形成されて、電源容量(最大出力電流)、および電流出力特性(出力電流Iに対する充電効率(電流出力効率)の変化特性)がほぼ同一となっている。一例として、各スイッチング電源部2は、最大出力電流が15[A]であり、かつ図4に示す電流出力特性を備えている。また、本例では、一例として、充電時において充電電流Ioが最大で60[A]程度流れる二次電池7を充電対象電池としているため、スイッチング電源部2の数は、スイッチング電源部2a,2b,2c,2dの4つに規定されている。また、各スイッチング電源部2a,2b,2c,2dは、各制御信号S1,S2,S3,S4により、二次電池7を充電する作動状態、およびこの作動状態を停止する停止状態のいずれか一方の状態に制御可能に構成されている。また、各スイッチング電源部2は、一対の入力端子(図示せず)が充電装置1の入力端子P1,P2にそれぞれ接続され、かつ一対の出力端子(図示せず)が一対の出力ラインL1,L2を介して充電装置1の一対の出力端子P3,P4に接続されて、互いに並列に接続されている。
Each switching
電流検出部3は、出力ラインL1,L2のうちのいずれか一方(本例では出力ラインL2)に接続(介装)されて、二次電池7に流れる充電電流Ioの電流値I1を検出して出力する。記憶部4は、ROMやRAMなどの半導体メモリで構成されている。また、記憶部4には、電源制御部5用の動作プログラム、充電電流Ioについての基準電流値Irが予め記憶されている。本例では、各スイッチング電源部2の数に対応させて、基準電流値Irとして、3つの基準電流値Ir1,Ir2,Ir3(Ir1>Ir2>Ir3)が予め記憶されている。電源制御部5は、CPU(図示せず)などを含んで構成されて、記憶部4に記憶されている動作プログラムに従い、充電処理を実行して二次電池7を充電する。この充電処理では、電源制御部5は、各制御信号S1,S2,S3,S4を出力することにより、各スイッチング電源部2に対する制御を実行する。
The
次に、充電装置1の動作について、図1〜図3を参照して説明する。なお、一例として、直流電圧が48[V]で、電池容量が485[Ah]の二次電池7を、残存容量が25[%]の状態からほぼ満充電に達するまで充電する例を挙げて説明する。また、残存容量がほぼ0[%]の二次電池7に流れる充電電流値I1は、最大で約60[A]である。また、各基準電流値Ir1,Ir2,Ir3は、一例として、それぞれ40[A],28[A],14[A]に設定されているものとする。
Next, operation | movement of the
まず、各出力端子P3,P4間に放電状態の二次電池7が接続された状態において、充電装置1が起動されたときには、電流検出部3が二次電池7に流れる充電電流Ioの電流値I1の検出を開始すると共に、電源制御部5が二次電池7に対する充電処理を開始する。
First, when the
この充電処理において、図3に示すように、電源制御部5は、まず、各制御信号S1,S2,S3,S4を各スイッチング電源部2に対して出力することにより、各スイッチング電源部2を作動状態に移行させる(ステップ51)。これにより、二次電池7の充電状態に応じて、スイッチング電源部2aが充電電流Iaの出力を開始し、スイッチング電源部2bが充電電流Ibの出力を開始し、スイッチング電源部2cが充電電流Icの出力を開始し、スイッチング電源部2dが充電電流Idの出力を開始する。これにより、各充電電流Ia〜Idの電流値の総和に等しい電流値I1(約58[A]、図2参照)の充電電流Ioが、各出力ラインL1,L2を介して二次電池7に供給され始める。なお、各スイッチング電源部2は、電流出力特性等がほぼ同一であるため、各充電電流Ia,Ib,Ic,Idはほぼ等しい電流値(充電開始当初はそれぞれ約14.5[A])となっている。
In this charging process, as shown in FIG. 3, the power
次いで、電源制御部5は、電流検出部3から出力される充電電流Ioの電流値I1の検出(ステップ52)、および検出した電流値I1と記憶部4から読み出した基準電流値Ir1との比較(ステップ53)を繰り返し実行する。二次電池7の充電が進むに従って充電電流Ioの電流値I1が次第に減少し、それに伴って各スイッチング電源部2に対する負荷が徐々に軽くなる。その結果、図2に示すように、充電電流Ioの電流値I1が41〜40[A]に近づくに従い、作動状態にある各スイッチング電源部2全体の効率(充電装置1の効率でもある)が充電当初の約92%から少しずつ低下する。
Next, the power
その後、充電電流Ioの電流値I1が基準電流値Ir1(=40[A])まで低下したとき、つまり各スイッチング電源部2の充電電流値が約10[A]まで低下したときに、上記したステップ53において、電源制御部5がこれを検出して、停止させるスイッチング電源部2をランダムに1つ(一例としてスイッチング電源部2a)決定して、そのスイッチング電源部2aに対する制御信号S1の出力を停止する。これにより、スイッチング電源部2aは作動状態を停止して、充電電流Iaの生成を行わない停止状態に移行する(ステップ54)。これにより、作動状態にあるスイッチング電源部2の数が3つに減少し、その結果、各スイッチング電源部2の負荷が増大する(充電電流Ib,Ic,Idがそれぞれ約13.3[A]に増加する)ため、図2に示すように、作動状態にある各スイッチング電源部2b,2c,2dの効率(充電装置1の出力効率でもある)が充電当初の約92%に復帰する。これにより、充電装置1全体としての二次電池7に対する充電効率が向上する。
Thereafter, when the current value I1 of the charging current Io decreases to the reference current value Ir1 (= 40 [A]), that is, when the charging current value of each switching
続いて、電源制御部5は、上記したステップ52〜ステップ54での各動作を、基準電流値Ir1を基準電流値Ir2(=28[A])に代えて、ステップ55〜ステップ57において実行する。これにより、図2に示すように、充電電流Ioの電流値I1が30[A]を切った辺りから、各スイッチング電源部2b,2c,2d全体(充電装置1)の効率(充電効率)が低下し始めるが、電源制御部5が充電電流Ioの電流値I1を検出しつつ(ステップ55)、その電流値I1が基準電流値Ir2に達したときにこれを検出して(ステップ56)、停止させるスイッチング電源部2をランダムに1つ(一例としてスイッチング電源部2b)決定して、そのスイッチング電源部2bに対する制御信号S2の出力を停止する。これにより、スイッチング電源部2bが作動状態から停止状態に移行して(ステップ57)、作動状態にあるスイッチング電源部2の数が3つから2つに減少し、各スイッチング電源部2の負荷が増加(充電電流Ic,Idがそれぞれ約14[A]に増加)するため、図2に示すように、作動状態にある各スイッチング電源部2c,2d全体の効率(充電装置1の出力効率)が充電当初の約92%に復帰する。これにより、充電装置1全体としての二次電池7に対する充電効率が向上する。
Subsequently, the power
次いで、電源制御部5は、上記したステップ52〜ステップ54での各動作を、基準電流値Ir1をIr3(=14[A])に代えて、ステップ58〜ステップ60において実行する。これにより、図2に示すように、充電電流Ioの電流値I1の減少に伴い、各スイッチング電源部2c,2d全体(充電装置1)の効率が徐々に低下して約90%に達するが、電源制御部5が充電電流Ioの電流値I1を検出しつつ(ステップ58)、その電流値I1が基準電流値Ir3に達したときにこれを検出して(ステップ59)、停止させるスイッチング電源部2をランダムに1つ(一例としてスイッチング電源部2c)決定して、そのスイッチング電源部2cに対する制御信号S3の出力を停止する。これにより、スイッチング電源部2cが作動状態から停止状態に移行して(ステップ60)、作動状態にあるスイッチング電源部2の数が2つから1つに減少し、スイッチング電源部2dの負荷が増加(充電電流Idが14[A]に増加)するため、図2に示すように、作動状態にあるスイッチング電源部2dの効率(充電装置1の出力効率でもある)が充電当初の約92%に復帰する。これにより、充電装置1全体としての二次電池7に対する充電効率が向上する。
Next, the
その後、電源制御部5は、二次電池7についての充電状態の検出(ステップ61)、および検出した充電状態に基づいて二次電池7が満充電状態に達したか否かの判別(ステップ62)を繰り返し実行する。なお、ステップ61においては、電源制御部5は、例えば、充電電流Ioの電流値I1や二次電池7の電池電圧(不図示の電圧検出部で検出される電池の両端間電圧)に基づいて、二次電池7の充電状態を検出する。二次電池7が満充電状態に近づくに従い、図2に示すように、充電電流Ioが次第に減少して負荷が軽くなるため、これに伴って効率が徐々に低下する。なお、充電装置1の充電電流Ioと効率との関係は、作動状態にある1つのスイッチング電源部2dの電流出力特性と等しくなる。最後に、電源制御部5は、二次電池7が満充電に達したとステップ62において判別したときに、作動状態にある1つのスイッチング電源部2dに対する制御信号S4の出力を停止する(ステップ63)。これにより、充電処理が完了する。
Thereafter, the power
このように、この充電装置1では、電源制御部5が、電流検出部3によって検出された二次電池7に流れる充電電流Ioの減少に伴い、作動状態にあるスイッチング電源部2の数を徐々に減少させる。したがって、この充電装置1によれば、効率の良くない軽負荷状態でスイッチング電源部2が作動する状況を十分に少なくすることができるため、スイッチング電源部2、ひいては充電装置1全体の効率を高めることができる結果、二次電池7に対する充電効率を十分に向上させることができる。また、この充電装置1では、電源制御部5が、充電電流Ioの減少に伴う効率の低下を抑制するために作動状態のスイッチング電源部2を停止状態に移行させる際に、各スイッチング電源部2の稼働率が平均化されるように、停止状態に移行させるスイッチング電源部2を決定する。このため、この充電装置1によれば、予め設定された順番に従って作動状態のスイッチング電源部2を停止状態に移行させる構成とは異なり、様々な電池容量の二次電池7に対する充電処理を実行したとしても、特定のスイッチング電源部2の稼働率だけが高まるといった偏りを回避することができる結果、充電装置1全体としての製品寿命を十分に向上させることができる。特に、この充電装置1によれば、作動状態から停止状態に移行させるスイッチング電源部2を電源制御部5がランダムに1つ決定することにより、簡易な構成で各スイッチング電源部2の稼働率を平均化することができる。
Thus, in this
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、その構成を適宜変更することができる。例えば、作動状態から停止状態に移行させるスイッチング電源部2をランダムに決定する例について上記したが、電源制御部5が各スイッチング電源部2についての作動状態の累計時間をそれぞれ算出して、各累計時間が平均化されるように、停止状態に移行させるスイッチング電源部2を決定する構成を採用することもできる。この場合、電源制御部5は、各スイッチング電源部2a〜2dに出力する各制御信号S1〜S4の出力時間を積算することにより、各スイッチング電源部2についての作動状態の累計時間を算出する。この構成によれば、各スイッチング電源部2の稼働率を精度良く平均化することができるため、充電装置1全体としての製品寿命をより一層向上させることができる。
In addition, this invention is not limited to above-described embodiment, The structure can be changed suitably. For example, the example in which the switching
また、各スイッチング電源部2の個数に対応した数(同数)の基準電流値Ir1〜Ir3を記憶部4に予め記憶させる構成について上記したが、図示はしないが、例えば操作パネルやキーボードなどの操作部を設けて、各基準電流値Ir1〜Ir3の値について任意に設定できる構成を採用することもできる。
In addition, the configuration in which the number (the same number) of reference current values Ir1 to Ir3 corresponding to the number of each switching
1 充電装置
2,2a,2b,2c,2d スイッチング電源部
3 電流検出部
4 記憶部
5 電源制御部
7 二次電池
Io 充電電流
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記充電対象電池に流れる充電電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部によって検出された前記充電電流の減少に伴い、前記作動状態の前記スイッチング電源部を前記停止状態に移行させて当該作動状態にあるスイッチング電源部の数を徐々に減少させる電源制御部とを備えた充電装置であって、
前記電源制御部は、前記各スイッチング電源部の稼働率が平均化されるように、前記停止状態に移行させる前記スイッチング電源部を決定する充電装置。 A plurality of switching power supply units connected in parallel to each other and controllable to any one of an operation state for charging the battery to be charged and a stop state for stopping the operation state;
A current detector for detecting a charging current flowing in the battery to be charged;
As the charging current detected by the current detection unit decreases, the power supply control unit gradually shifts the number of switching power supply units in the operating state by shifting the switching power supply unit in the operating state to the stopped state. A charging device comprising:
The said power supply control part is a charging device which determines the said switching power supply part made to transfer to the said stop state so that the operation rate of each said switching power supply part may be averaged.
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