JP2009240001A

JP2009240001A - Charging device

Info

Publication number: JP2009240001A
Application number: JP2008079846A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Yamaguchi; 宜久山口; Morio Sato; 守男佐藤
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd; Ohira Electronics Co Ltd
Current assignee: Subaru Corp; Ohira Electronics Co Ltd
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2009-10-15
Anticipated expiration: 2028-03-26
Also published as: JP5551342B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To charge a power accumulation device by fully utilizing AC power from an AC power supply. <P>SOLUTION: An in-vehicle charger 31 comprises an alternate current sensor 60, connected between a home power supply 30 and a rectification circuit 54, and an AC-DC converter 61 connected to the alternate current sensor 60, and an error amplifier 62 connected the AC-DC converter 61. The alternate current sensor 60 detects the actual alternate current of the home power supply 30, and the AC-DC converter 61 outputs a DC voltage which is proportional to the actual alternate current. The error amplifier 62 generates a DC voltage, by amplifying a difference between the DC voltage form the AC-DC converter 61 and a reference voltage from a reference power supply 63 so that the actual alternate current approximates a target alternate current. A switching control circuit 56, inputted with the DC voltage from the error amplifier 62, controls a switching element 55, by adjusting the pulse width of a pulse signal. According to this, a high-voltage battery 13 can be charged by effectively utilizing the inputted AC power. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電デバイスを充電する充電装置に関する。 The present invention relates to a charging apparatus that converts AC power supplied from an AC power source into DC power to charge an electricity storage device.

駆動源として電動モータを備える電気自動車には、バッテリやキャパシタ等の蓄電デバイスが搭載されており、この蓄電デバイスを充電する際には、車体の充電口に対して外部電源からの充電ケーブルが接続される。また、電気自動車の利便性を向上させるため、給電ステーション等に設置される急速充電器を用いて蓄電デバイスを充電するだけでなく、充電装置を車載することによって家庭用電源を用いた蓄電デバイスの充電が可能となっている。 An electric vehicle equipped with an electric motor as a drive source is equipped with an electricity storage device such as a battery or a capacitor. When charging the electricity storage device, a charging cable from an external power source is connected to the charging port of the vehicle body. Is done. In addition, in order to improve the convenience of electric vehicles, not only charging power storage devices using a quick charger installed at a power supply station etc., but also charging power storage devices using household power sources by installing a charging device on-board Charging is possible.

ところで、蓄電デバイスを効率良く充電するため、入力電圧に基づいて充電電流を調整するようにした充電装置が提案されている(例えば、特許文献１参照)。この充電装置は、入力電圧が上昇して入力電力が増大するときには、蓄電デバイスに対する充電電力を増大させる一方、入力電圧が低下して入力電力が減少するときには、蓄電デバイスに対する充電電力を減少させるようにしている。これにより、入力電力が増大したときには蓄電デバイスに対する充電電力を増大させることができ、蓄電デバイスを効率良く充電することが可能となる。
特開平５−３００６６７号公報 By the way, in order to charge an electrical storage device efficiently, the charging device which adjusted charging current based on the input voltage is proposed (for example, refer patent document 1). The charging device increases the charging power for the power storage device when the input voltage increases and the input power increases, while the charging power for the power storage device decreases when the input voltage decreases and the input power decreases. I have to. Thereby, when the input power increases, the charging power for the power storage device can be increased, and the power storage device can be charged efficiently.
JP-A-5-300667

しかしながら、特許文献１に記載された充電装置にあっては、入力電圧に基づいて充電電力を増減させる構成であるため、家庭用電源からの入力電力を十分に活用することが困難である。 However, since the charging device described in Patent Document 1 is configured to increase or decrease the charging power based on the input voltage, it is difficult to fully utilize the input power from the household power supply.

また、交流電源から供給される交流電流を監視しない構成であるため、交流電流が交流電源の許容電流値を超えないように、交流電圧の低下に備えて充電電流の上限値を設定する必要がある。しかしながら、交流電流が許容電流値を超えないように充電電流に上限値を設定することは、入力電力に関係なく充電電力を抑制することにもなるため、家庭用電源からの入力電力を充分に活用できないおそれがある。 In addition, since the AC current supplied from the AC power supply is not monitored, it is necessary to set an upper limit value of the charging current in preparation for a decrease in the AC voltage so that the AC current does not exceed the allowable current value of the AC power supply. is there. However, setting the upper limit value for the charging current so that the alternating current does not exceed the allowable current value also suppresses the charging power regardless of the input power, so that the input power from the household power supply can be sufficiently reduced. There is a possibility that it cannot be used.

本発明の目的は、交流電源から得られる交流電力を十分に活用して蓄電デバイスを充電することにある。 An object of the present invention is to charge an electricity storage device by fully utilizing AC power obtained from an AC power source.

本発明の充電装置は、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電デバイスを充電する充電装置であって、前記交流電源に整流回路を介して接続される一次コイルと、前記蓄電デバイスに接続される二次コイルとを備えるトランスと、前記トランスの一次側回路に設けられ、前記一次コイルの通電状態を制御するスイッチング素子と、前記交流電源と前記整流回路との間に設けられ、前記交流電源の実交流電流を検出する交流電流センサと、前記実交流電流と所定の目標交流電流とに基づいて、前記スイッチング素子に対する駆動信号を生成するスイッチング制御手段とを有し、前記駆動信号に基づき前記スイッチング素子を制御し、前記実交流電流を前記目標交流電流に向けて制御することを特徴とする。 The charging device of the present invention is a charging device for charging an electricity storage device by converting AC power supplied from an AC power source into DC power, a primary coil connected to the AC power source via a rectifier circuit, A transformer provided with a secondary coil connected to the power storage device; a switching element provided in a primary side circuit of the transformer for controlling an energization state of the primary coil; provided between the AC power supply and the rectifier circuit An AC current sensor for detecting an actual AC current of the AC power supply, and a switching control means for generating a drive signal for the switching element based on the actual AC current and a predetermined target AC current, The switching element is controlled based on a drive signal, and the actual alternating current is controlled toward the target alternating current.

本発明の充電装置は、前記トランスの二次側回路に設けられ、前記蓄電デバイスの実充電電流を検出する充電電流センサを有し、前記スイッチング制御手段は、前記実充電電流に基づき前記駆動信号を補正することを特徴とする。 The charging device of the present invention includes a charging current sensor that is provided in a secondary circuit of the transformer and detects an actual charging current of the power storage device, and the switching control unit is configured to use the driving signal based on the actual charging current. It is characterized by correcting.

本発明の充電装置は、前記スイッチング制御手段は、前記実交流電流に基づいて直流電圧を生成するＡＣ−ＤＣ変換器と、基準電圧を発生させる基準電源と、前記直流電圧と前記基準電圧との差を増幅して直流電圧を出力するエラーアンプと、前記エラーアンプからの直流電圧に基づいて前記駆動信号を生成する信号生成手段とを備えることを特徴とする。 In the charging device of the present invention, the switching control means includes an AC-DC converter that generates a DC voltage based on the actual AC current, a reference power source that generates a reference voltage, the DC voltage, and the reference voltage. An error amplifier that amplifies the difference and outputs a DC voltage; and a signal generation unit that generates the drive signal based on the DC voltage from the error amplifier.

本発明の充電装置は、前記スイッチング制御手段は、前記エラーアンプと前記信号生成手段との間に制御回路を備え、前記制御回路は、前記エラーアンプからの直流電圧と前記充電電流センサからの直流電圧との差を増幅して生成された直流電圧を前記信号生成手段に出力することを特徴とする。 In the charging device of the present invention, the switching control unit includes a control circuit between the error amplifier and the signal generation unit, and the control circuit includes a DC voltage from the error amplifier and a DC voltage from the charging current sensor. A DC voltage generated by amplifying the difference from the voltage is output to the signal generating means.

本発明の充電装置は、前記スイッチング制御手段は、前記実交流電流に基づいて直流電圧を生成するＡＣ−ＤＣ変換器と、前記ＡＣ−ＤＣ変換器からの直流電圧をディジタル信号に変換するＡＤ変換器と、前記ＡＤ変換器からのディジタル信号に基づいてディジタル信号を演算する中央処理装置と、前記中央処理装置からのディジタル信号を直流電圧に変換するＤＡ変換器と、前記ＤＡ変換器からの直流電圧に基づいて前記駆動信号を生成する信号生成手段とを備えることを特徴とする。 In the charging device of the present invention, the switching control means includes an AC-DC converter that generates a DC voltage based on the actual AC current, and an AD conversion that converts the DC voltage from the AC-DC converter into a digital signal. , A central processing unit for calculating a digital signal based on the digital signal from the AD converter, a DA converter for converting the digital signal from the central processing unit into a DC voltage, and a DC from the DA converter Signal generating means for generating the drive signal based on a voltage.

本発明の充電装置は、前記スイッチング制御手段は、前記充電電流センサから出力される直流電圧をディジタル信号に変換して前記中央処理装置に出力するＤＡ変換器を備えることを特徴とする。 The charging device of the present invention is characterized in that the switching control means includes a DA converter that converts a DC voltage output from the charging current sensor into a digital signal and outputs the digital signal to the central processing unit.

本発明によれば、実交流電流と所定の目標交流電流とに基づきスイッチング素子に対する駆動信号を生成するスイッチング制御手段を設けるようにしたので、スイッチング素子を制御することによって実交流電流を目標交流電流に向けて制御することが可能となる。これにより、交流電源から得られる交流電力を有効に活用して蓄電デバイスを充電することが可能となる。 According to the present invention, since the switching control means for generating the drive signal for the switching element based on the actual AC current and the predetermined target AC current is provided, the actual AC current is converted to the target AC current by controlling the switching element. It becomes possible to control toward. Thereby, it is possible to charge the power storage device by effectively utilizing the AC power obtained from the AC power source.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は電気自動車１０の内部構造を示す概略図である。図１に示すように、電気自動車１０には車輪１１を駆動するモータジェネレータ１２が搭載されている。このモータジェネレータ１２に電力を供給するため、電気自動車１０には蓄電デバイスとしてリチウムイオンバッテリ等の高電圧バッテリ１３が搭載されている。モータジェネレータ１２と高電圧バッテリ１３との間にはインバータ１４が設けられており、高電圧バッテリ１３とインバータ１４とは通電ケーブル１５，１６を介して接続されている。高電圧バッテリ１３から供給される直流電流は、インバータ１４を介して交流電流に変換された後に、モータジェネレータ１２に対して供給される。また、高電圧バッテリ１３の充放電状態を制御するため、高電圧バッテリ１３にはバッテリ制御ユニット(ＢＣＵ)１７が接続されている。さらに、インバータ１４の駆動状態やメインリレーの作動状態等を制御するため、電気自動車１０には車両制御ユニット(ＥＶＣＵ)１９が設けられている。これらの車両制御ユニット１９、バッテリ制御ユニット１７、インバータ１４等は、通信ネットワーク２０を介して互いに接続されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing the internal structure of the electric vehicle 10. As shown in FIG. 1, an electric vehicle 10 is equipped with a motor generator 12 that drives wheels 11. In order to supply power to the motor generator 12, a high voltage battery 13 such as a lithium ion battery is mounted on the electric vehicle 10 as an electricity storage device. An inverter 14 is provided between the motor generator 12 and the high voltage battery 13, and the high voltage battery 13 and the inverter 14 are connected via energization cables 15 and 16. The direct current supplied from the high voltage battery 13 is converted into an alternating current through the inverter 14 and then supplied to the motor generator 12. In addition, a battery control unit (BCU) 17 is connected to the high voltage battery 13 in order to control the charge / discharge state of the high voltage battery 13. Further, a vehicle control unit (EVCU) 19 is provided in the electric vehicle 10 in order to control the driving state of the inverter 14 and the operating state of the main relay. These vehicle control unit 19, battery control unit 17, inverter 14, etc. are connected to each other via a communication network 20.

また、高電圧バッテリ１３に対する急速充電を可能とするため、車体には急速充電用の受電側コネクタ２１が設置されている。この受電側コネクタ２１は一対の接続端子２２，２３を有しており、一方の接続端子２２は通電ケーブル１５に接続され、他方の接続端子２３は通電ケーブル１６に接続されている。そして、急速充電器２４が設置される給電ステーション等において、高電圧バッテリ１３を急速充電する際には、車体の受電側コネクタ２１に対して急速充電器２４から延びる給電側コネクタ２５が接続される。これにより、交流電源から急速充電器２４に供給される低電圧(例えば２００Ｖ)の交流電流は、高電圧バッテリ１３に対応する高電圧(例えば４００Ｖ)の直流電流に変換された後に、高電圧バッテリ１３に対して供給されることになる。 Further, in order to enable rapid charging of the high voltage battery 13, a power receiving side connector 21 for rapid charging is installed on the vehicle body. The power receiving connector 21 has a pair of connection terminals 22 and 23, one connection terminal 22 is connected to the energization cable 15, and the other connection terminal 23 is connected to the energization cable 16. When the high voltage battery 13 is rapidly charged at a power supply station or the like where the quick charger 24 is installed, a power supply side connector 25 extending from the quick charger 24 is connected to the power receiving side connector 21 of the vehicle body. . Thereby, after the low voltage (for example, 200V) alternating current supplied from the alternating current power source to the quick charger 24 is converted into a high voltage (for example, 400V) direct current corresponding to the high voltage battery 13, the high voltage battery 13 will be supplied.

ところで、図示する電気自動車１０は、急速充電器２４を用いた急速充電モードを備えるだけでなく、交流電源である家庭用電源３０(例えばＡＣ１００Ｖ)を用いた家庭充電モードを備えている。この家庭充電モードを実行するため、電気自動車１０には充電装置としての車載充電器３１が搭載されている。この車載充電器３１は一対の出力ケーブル３２，３３を有しており、一方の出力ケーブル３２は通電ケーブル１５に接続され、他方の出力ケーブル３３は通電ケーブル１６に接続されている。また、車載充電器３１は一対の入力ケーブル３４，３５を有しており、これらの入力ケーブル３４，３５は車体に設けられる家庭充電用の受電側コネクタ３６の接続端子３７，３８に接続されている。 Incidentally, the electric vehicle 10 shown in the figure has not only a quick charge mode using the quick charger 24 but also a home charge mode using a household power source 30 (for example, AC 100V) that is an AC power source. In order to execute the home charging mode, the electric vehicle 10 is equipped with an in-vehicle charger 31 as a charging device. The in-vehicle charger 31 has a pair of output cables 32 and 33, one output cable 32 is connected to the energizing cable 15, and the other output cable 33 is connected to the energizing cable 16. The in-vehicle charger 31 has a pair of input cables 34 and 35, and these input cables 34 and 35 are connected to connection terminals 37 and 38 of a power receiving side connector 36 for home charging provided on the vehicle body. Yes.

そして、家庭用電源３０を用いて高電圧バッテリ１３を充電する際には、家庭用電源３０のコンセント４０に対して充電ケーブルユニット４１のプラグ４２が接続され、車体側の受電側コネクタ３６に対して充電ケーブルユニット４１の給電側コネクタ４３が接続される。これにより、家庭用電源３０から車載充電器３１に供給される低電圧(例えば１００Ｖ)の交流電流は、高電圧バッテリ１３に対応する高電圧(例えば４００Ｖ)の直流電流に変換された後に、高電圧バッテリ１３に対して供給されることになる。なお、車載充電器３１は、通信ネットワーク２０を介して車両制御ユニット１９やバッテリ制御ユニット１７に接続されている。 When charging the high voltage battery 13 using the household power source 30, the plug 42 of the charging cable unit 41 is connected to the outlet 40 of the household power source 30, and the power receiving side connector 36 on the vehicle body side is connected. Then, the power feeding side connector 43 of the charging cable unit 41 is connected. Thereby, the low voltage (for example, 100V) alternating current supplied from the household power supply 30 to the vehicle-mounted charger 31 is converted into a high voltage (for example, 400V) direct current corresponding to the high voltage battery 13, and then the high voltage is increased. It is supplied to the voltage battery 13. The on-vehicle charger 31 is connected to the vehicle control unit 19 and the battery control unit 17 via the communication network 20.

以下、本発明の一実施の形態である車載充電器(充電装置)３１の構成について説明する。図２は車載充電器３１の構成を示す回路図である。図２に示すように、車載充電器３１には、一次コイル５０および二次コイル５１を備えるトランス５２が設けられている。このトランス５２の一次側回路５３には、家庭用電源３０からの交流電流を整流する整流回路５４が設けられており、一次コイル５０の通電状態を制御するスイッチング素子５５が設けられている。このスイッチング素子５５をオン／オフ制御するため、パルス信号(駆動信号)を出力する信号生成手段としてのスイッチング制御回路５６がスイッチング素子５５に接続されている。そして、スイッチング素子５５を作動させて一次コイル５０の電流を断続させることにより、一次コイル５０に電磁結合される二次コイル５１から昇圧したパルス電流が出力される。また、トランス５２の二次側回路５７には、ダイオード５８および平滑コンデンサ５９が設けられている。そして、二次コイル５１から出力されるパルス電流は、平滑コンデンサ５９によって平滑処理された後に、充電電流として高電圧バッテリ１３に供給される。なお、高電圧バッテリ１３に供給される充電電流の大きさは、スイッチング制御回路５６から出力されるパルス信号のパルス幅に応じて制御されることになる。 Hereinafter, the structure of the vehicle-mounted charger (charging device) 31 which is one embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of the on-vehicle charger 31. As shown in FIG. As shown in FIG. 2, the in-vehicle charger 31 is provided with a transformer 52 including a primary coil 50 and a secondary coil 51. The primary circuit 53 of the transformer 52 is provided with a rectifier circuit 54 that rectifies an alternating current from the household power supply 30, and a switching element 55 that controls the energization state of the primary coil 50. In order to perform on / off control of the switching element 55, a switching control circuit 56 serving as signal generation means for outputting a pulse signal (drive signal) is connected to the switching element 55. Then, by operating the switching element 55 to interrupt the current of the primary coil 50, a boosted pulse current is output from the secondary coil 51 that is electromagnetically coupled to the primary coil 50. The secondary circuit 57 of the transformer 52 is provided with a diode 58 and a smoothing capacitor 59. The pulse current output from the secondary coil 51 is smoothed by the smoothing capacitor 59 and then supplied to the high voltage battery 13 as a charging current. The magnitude of the charging current supplied to the high voltage battery 13 is controlled according to the pulse width of the pulse signal output from the switching control circuit 56.

また、車載充電器３１には、家庭用電源３０と整流回路５４との間に接続される交流電流センサ６０と、交流電流センサ６０に接続されるＡＣ−ＤＣ変換器６１と、ＡＣ−ＤＣ変換器６１に接続されるエラーアンプ６２とが設けられている。交流電流センサ６０は家庭用電源３０から供給される整流前の交流電流(実交流電流)を検出し、ＡＣ−ＤＣ変換器６１は交流電流センサ６０からの実交流電流に比例した直流電圧を出力する。エラーアンプ６２の反転入力端子にはＡＣ−ＤＣ変換器６１からの直流電圧が加えられ、エラーアンプ６２の非反転入力端子には基準電源６３からの基準電圧が加えられる。そして、エラーアンプ６２は、ＡＣ−ＤＣ変換器６１からの直流電圧と基準電源６３からの基準電圧との差を増幅して直流電圧を生成し、この直流電圧をスイッチング制御回路５６に向けて出力することになる。ここで、基準電源６３から発生する基準電圧は、家庭用電源３０から入力される交流電流の目標値(目標交流電流)に対応した電圧値となっており、エラーアンプ６２は実交流電流を目標交流電流に収束させるように電圧信号を出力することになる。 The on-vehicle charger 31 includes an AC current sensor 60 connected between the household power supply 30 and the rectifier circuit 54, an AC-DC converter 61 connected to the AC current sensor 60, and an AC-DC conversion. An error amplifier 62 connected to the device 61 is provided. The AC current sensor 60 detects the AC current before rectification (actual AC current) supplied from the household power supply 30, and the AC-DC converter 61 outputs a DC voltage proportional to the actual AC current from the AC current sensor 60. To do. A DC voltage from the AC-DC converter 61 is applied to the inverting input terminal of the error amplifier 62, and a reference voltage from the reference power supply 63 is applied to the non-inverting input terminal of the error amplifier 62. The error amplifier 62 amplifies the difference between the DC voltage from the AC-DC converter 61 and the reference voltage from the reference power source 63 to generate a DC voltage, and outputs this DC voltage to the switching control circuit 56. Will do. Here, the reference voltage generated from the reference power source 63 has a voltage value corresponding to the target value (target AC current) of the AC current input from the household power source 30, and the error amplifier 62 targets the actual AC current. A voltage signal is output so as to converge to an alternating current.

すなわち、実交流電流が目標交流電流に比べて低下している場合には、エラーアンプ６２に入力される直流電圧と基準電圧との差が広がるため、スイッチング制御回路５６に対するエラーアンプ６２から出力される直流電圧が増大する。これにより、スイッチング素子５５に対してスイッチング制御回路５６から出力されるパルス信号のパルス幅が拡大され、実交流電流が目標交流電流に近づくように制御されることになる。また、実交流電流が目標交流電流に接近した場合には、エラーアンプ６２に入力される直流電圧と基準電圧との差が縮まるため、スイッチング制御回路５６に対するエラーアンプ６２から出力される直流電圧が低下する。これにより、スイッチング素子５５に対してスイッチング制御回路５６から出力されるパルス信号のパルス幅が狭められ、実交流電流が目標交流電流を超えないように制御されることになる。なお、目標交流電流とは、家庭用電源３０を構成する配線や器具の規格によって定められる家庭用電源３０の許容電流値である。 That is, when the actual AC current is lower than the target AC current, the difference between the DC voltage input to the error amplifier 62 and the reference voltage is widened, so that the error amplifier 62 outputs the switching control circuit 56. DC voltage increases. As a result, the pulse width of the pulse signal output from the switching control circuit 56 to the switching element 55 is expanded, and the actual alternating current is controlled to approach the target alternating current. Also, when the actual AC current approaches the target AC current, the difference between the DC voltage input to the error amplifier 62 and the reference voltage is reduced, so that the DC voltage output from the error amplifier 62 to the switching control circuit 56 is reduced. descend. Thereby, the pulse width of the pulse signal output from the switching control circuit 56 to the switching element 55 is narrowed, and the actual AC current is controlled so as not to exceed the target AC current. The target alternating current is an allowable current value of the household power source 30 determined by the standards of the wiring and appliances constituting the household power source 30.

このように、ＡＣ−ＤＣ変換器６１、エラーアンプ６２、基準電源６３、スイッチング制御回路５６によって構成されるスイッチング制御手段６４により、実交流電流を目標交流電流に収束させるようにスイッチング素子５５を駆動するようにしたので、充電時の安全性を確保するとともに、家庭用電源３０からの入力電力を有効に活用して高電圧バッテリ１３を充電することが可能である。以下、本発明の車載充電器３１と従来の車載充電器とによる充電方法を比較して説明する。 In this way, the switching element 55 is driven by the switching control means 64 including the AC-DC converter 61, the error amplifier 62, the reference power source 63, and the switching control circuit 56 so that the actual AC current converges to the target AC current. Thus, it is possible to ensure safety during charging and to charge the high voltage battery 13 by effectively using the input power from the household power supply 30. Hereinafter, a charging method using the in-vehicle charger 31 of the present invention and a conventional in-vehicle charger will be described in comparison.

従来の車載充電器においては、実交流電流を目標交流電流に向けて制御するものではないため、実交流電流が家庭用電源３０の許容電流値を超えることがないように、交流電圧が低下した状態を想定して充電電流の上限値を設定する必要がある。特に、効率の変化が小さなスイッチング方式を車載充電器に採用した場合には、家庭用電源３０からの入力電力と高電圧バッテリ１３に対する充電電力とはほぼ比例することになる。このため、高電圧バッテリ１３に対して定電力充電制御を実行する際には、家庭用電源３０からの入力電力が一定となるため、交流電圧が低下すると交流電流が増大することになる。したがって、交流電圧が想定される下限値まで低下したときに、交流電流が家庭用電源３０の許容電流値を超えることがないように、充電電流の上限値を設定して充電電力を制限する必要がある。このように、充電電力を制限してしまうことは、交流電圧が増大して入力電力を増大させることが可能な状況であっても、入力電力を制限してしまう要因となっていた。 In the conventional on-vehicle charger, since the actual AC current is not controlled toward the target AC current, the AC voltage is reduced so that the actual AC current does not exceed the allowable current value of the household power supply 30. It is necessary to set the upper limit value of the charging current assuming the state. In particular, when a switching method with a small change in efficiency is adopted for the in-vehicle charger, the input power from the household power supply 30 and the charging power for the high voltage battery 13 are substantially proportional. For this reason, when the constant power charging control is executed for the high voltage battery 13, the input power from the household power supply 30 is constant, so that the alternating current increases when the alternating voltage decreases. Therefore, it is necessary to set the upper limit value of the charging current and limit the charging power so that the alternating current does not exceed the allowable current value of the household power supply 30 when the alternating voltage drops to the assumed lower limit value. There is. Thus, limiting the charging power has been a factor that limits the input power even in a situation where the AC voltage increases and the input power can be increased.

これに対し、本発明の車載充電器３１は、実交流電流を目標交流電流に収束させるようにスイッチング素子５５を制御している。このように、実交流電流が家庭用電源３０の許容電流値を上回ることがないため、充電時の安全性を確保することが可能となる。しかも、常に許容電流値に相当する実交流電流を家庭用電源３０から取り出すようにスイッチング素子５５を制御するため、家庭用電源３０の交流電圧が上昇したときには入力電力(交流電力)を増大させて取り込むことができ、増大する入力電力を有効に活用して高電圧バッテリ１３を充電することが可能となる。また、整流前の交流電流に基づいてスイッチング制御を実行するようにしたので、実交流電流を精度良く制御することが可能となるだけでなく、車載充電器３１の回路構成を簡単にすることが可能となる。 On the other hand, the on-vehicle charger 31 of the present invention controls the switching element 55 so that the actual alternating current is converged to the target alternating current. Thus, since the actual alternating current does not exceed the allowable current value of the household power supply 30, it is possible to ensure safety during charging. Moreover, since the switching element 55 is controlled so that an actual AC current corresponding to the allowable current value is always taken out from the household power source 30, the input power (AC power) is increased when the AC voltage of the household power source 30 rises. The high voltage battery 13 can be charged by effectively utilizing the increasing input power. In addition, since the switching control is executed based on the AC current before rectification, it is possible not only to control the actual AC current with high accuracy, but also to simplify the circuit configuration of the in-vehicle charger 31. It becomes possible.

ここで、図３は車載充電器３１を用いて充電したときの充電電流と充電電圧との関係を示す線図である。なお、図３に示す充電処理に用いた家庭用電源３０は、交流電圧が９０Ｖ〜１１０Ｖの範囲で変動し得る家庭用電源３０であるが、他の交流電圧を出力する家庭用電源を用いることも可能である。図３に示すように、家庭用電源３０の交流電圧が９０Ｖに低下している場合には、入力電力も減少するため、充電電圧がＡ１に到達するまで定電流充電制御(矢印α)が実行され、充電電圧がＢ１に到達するまで定電力充電制御(矢印β)が実行された後に、矢印γに沿って定電圧充電制御が実行される。また、家庭用電源３０の交流電圧が１００Ｖに上昇している場合には、９０Ｖのときに比べて入力電力が増大するため、充電電圧がＡ２に到達するまで定電流充電制御(矢印α)が実行され、充電電圧がＢ２に到達するまで定電力充電制御(矢印β)が実行された後に、矢印γに沿って定電圧充電制御が実行される。さらに、家庭用電源３０の交流電圧が１１０Ｖに上昇している場合には、１００Ｖのときに比べて入力電力が増大するため、充電電圧がＡ３に到達するまで定電流充電制御(矢印α)が実行され、充電電圧がＢ３に到達するまで定電力充電制御(矢印β)が実行された後に、矢印γに沿って定電圧充電制御が実行される。このように、家庭用電源３０の交流電圧が上昇したときには、増大する入力電力(ハッチング部分)を有効に活用して高電圧バッテリ１３を充電することが可能となるのである。 Here, FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the charging current and the charging voltage when the vehicle-mounted charger 31 is used for charging. The household power source 30 used for the charging process shown in FIG. 3 is a household power source 30 that can vary in an AC voltage range of 90V to 110V, but a household power source that outputs another AC voltage is used. Is also possible. As shown in FIG. 3, when the AC voltage of the household power supply 30 is reduced to 90V, the input power is also reduced, so constant current charging control (arrow α) is executed until the charging voltage reaches A1. After the constant power charge control (arrow β) is executed until the charge voltage reaches B1, the constant voltage charge control is executed along the arrow γ. Further, when the AC voltage of the household power supply 30 is increased to 100V, the input power is increased as compared with the case of 90V. Therefore, the constant current charging control (arrow α) is performed until the charging voltage reaches A2. After executing the constant power charging control (arrow β) until the charging voltage reaches B2, the constant voltage charging control is executed along the arrow γ. Further, when the AC voltage of the household power supply 30 is increased to 110V, the input power is increased as compared with the case of 100V. Therefore, the constant current charging control (arrow α) is performed until the charging voltage reaches A3. After executing the constant power charging control (arrow β) until the charging voltage reaches B3, the constant voltage charging control is executed along the arrow γ. Thus, when the AC voltage of the household power supply 30 increases, it becomes possible to charge the high voltage battery 13 by effectively utilizing the increasing input power (hatched portion).

続いて、本発明の他の実施の形態である車載充電器(充電装置)７０について説明する。図４は車載充電器７０の構成を示す回路図である。なお、図２に示す要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。 Subsequently, an in-vehicle charger (charging device) 70 according to another embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a circuit diagram showing the configuration of the in-vehicle charger 70. As shown in FIG. 2 that are the same as those shown in FIG. 2 are marked with the same symbols and descriptions of them will be omitted.

図４に示すように、トランス５２の二次側回路５７には、高電圧バッテリ１３を流れる実充電電流を検出するとともに、実充電電流に比例した直流電圧を出力する充電電流センサ７１が設けられている。また、エラーアンプ６２とスイッチング制御回路５６との間には充電電流制御回路(制御回路)７２が設けられており、この充電電流制御回路７２、ＡＣ−ＤＣ変換器６１、エラーアンプ６２、基準電源６３、スイッチング制御回路５６によってスイッチング制御手段７３が構成されている。充電電流制御回路７２の反転入力端子には充電電流センサ７１からの直流電圧が加えられ、充電電流制御回路７２の非反転入力端子にはエラーアンプ６２からの直流電圧が加えられる。そして、充電電流制御回路７２は、充電電流センサ７１からの直流電圧とエラーアンプ６２からの直流電圧との差を増幅して直流電圧を生成し、この直流電圧をスイッチング制御回路５６に向けて出力することになる。そして、実充電電流が所定値を上回る場合には、充電電流制御回路７２から出力される直流電圧に応じてパルス信号のパルス幅が狭められ、高電圧バッテリ１３に対する実充電電流が制限されることになる。 As shown in FIG. 4, the secondary circuit 57 of the transformer 52 is provided with a charging current sensor 71 that detects an actual charging current flowing through the high-voltage battery 13 and outputs a DC voltage proportional to the actual charging current. ing. A charging current control circuit (control circuit) 72 is provided between the error amplifier 62 and the switching control circuit 56. The charging current control circuit 72, the AC-DC converter 61, the error amplifier 62, the reference power source 63, the switching control circuit 56 constitutes the switching control means 73. A DC voltage from the charging current sensor 71 is applied to the inverting input terminal of the charging current control circuit 72, and a DC voltage from the error amplifier 62 is applied to the non-inverting input terminal of the charging current control circuit 72. The charging current control circuit 72 generates a DC voltage by amplifying the difference between the DC voltage from the charging current sensor 71 and the DC voltage from the error amplifier 62, and outputs this DC voltage to the switching control circuit 56. Will do. When the actual charging current exceeds a predetermined value, the pulse width of the pulse signal is narrowed according to the DC voltage output from the charging current control circuit 72, and the actual charging current for the high voltage battery 13 is limited. become.

このように、図４に示す車載充電器７０にあっては、前述した車載充電器３１と同様の効果を得ることができるだけでなく、高電圧バッテリ１３に供給される実充電電流に基づいて、スイッチング素子５５に対するパルス信号を補正するようにしたので、高電圧バッテリ１３に対する過大な電流供給を防止することができ、高電圧バッテリ１３の劣化を防止することが可能となる。 Thus, in the in-vehicle charger 70 shown in FIG. 4, not only can the same effect as the in-vehicle charger 31 described above be obtained, but also based on the actual charging current supplied to the high voltage battery 13, Since the pulse signal for the switching element 55 is corrected, excessive current supply to the high voltage battery 13 can be prevented, and deterioration of the high voltage battery 13 can be prevented.

続いて、本発明の他の実施の形態である車載充電器(充電装置)８０について説明する。図５は車載充電器８０の構成を示す回路図である。なお、図２および図４に示す要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。 Next, an in-vehicle charger (charging device) 80 that is another embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of the in-vehicle charger 80. The same elements as those shown in FIGS. 2 and 4 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図５に示す車載充電器８０は、図４に示す車載充電器７０のＡＣ−ＤＣ変換器６１、エラーアンプ６２、基準電源６３、充電電流制御回路７２をディジタル化したものである。図５に示すように、車載充電器３１には、ディジタル処理部８１が設けられている。このディジタル処理部８１には、充電電流センサ７１からの出力電圧をディジタル信号に変換するＡＤ変換器８２、ＡＣ−ＤＣ変換器６１からの出力電圧をディジタル信号に変換するＡＤ変換器８３が設けられている。また、ディジタル処理部８１には、中央処理装置(ＣＰＵ)８４や記憶装置(メモリ)８５が設けられている。中央処理装置８４には、双方のＡＤ変換器８２，８３からのディジタル信号が入力されており、所定の演算処理に従ってパルス信号のパルス幅を設定するためのディジタル信号が演算される。なお、記憶装置８５には、演算処理の順番や、前述した基準電圧等の定数が記憶されている。さらに、ディジタル処理部８１には、中央処理装置８４から出力されるディジタル信号をアナログ信号(直流電圧)に変換するＤＡ変換器８６が設けられている。そして、ＤＡ変換器８６から出力される直流電圧がスイッチング制御回路５６に出力され、中央処理装置８４によって演算されたパルス幅でパルス信号が生成されることになる。なお、車載充電器８０のスイッチング制御手段８７は、ＡＣ−ＤＣ変換器６１、ＡＤ変換器８２，８３、中央処理装置８４、記憶装置８５、ＤＡ変換器８６、スイッチング制御回路５６によって構成されることになる。 The in-vehicle charger 80 shown in FIG. 5 is a digitalized version of the AC-DC converter 61, the error amplifier 62, the reference power source 63, and the charging current control circuit 72 of the in-vehicle charger 70 shown in FIG. As shown in FIG. 5, the in-vehicle charger 31 is provided with a digital processing unit 81. This digital processing unit 81 is provided with an AD converter 82 for converting the output voltage from the charging current sensor 71 into a digital signal, and an AD converter 83 for converting the output voltage from the AC-DC converter 61 into a digital signal. ing. The digital processing unit 81 is provided with a central processing unit (CPU) 84 and a storage device (memory) 85. The central processing unit 84 receives digital signals from both AD converters 82 and 83, and calculates a digital signal for setting the pulse width of the pulse signal according to a predetermined calculation process. The storage device 85 stores the order of arithmetic processing and constants such as the reference voltage described above. Further, the digital processing unit 81 is provided with a DA converter 86 that converts a digital signal output from the central processing unit 84 into an analog signal (DC voltage). Then, the DC voltage output from the DA converter 86 is output to the switching control circuit 56, and a pulse signal is generated with a pulse width calculated by the central processing unit 84. Note that the switching control means 87 of the in-vehicle charger 80 includes an AC-DC converter 61, AD converters 82 and 83, a central processing unit 84, a storage device 85, a DA converter 86, and a switching control circuit 56. become.

ここで、図６はディジタル処理部８１による処理手順の一例を示すフローチャートである。図６に示すように、ステップＳ１では、実充電電流がディジタル信号に変換され、ステップＳ２では、実交流電流がディジタル信号に変換される。また、ステップＳ３では、実交流電流と目標交流電流とに基づいて目標充電電流が演算される。次いで、ステップＳ４では、実充電電流と目標充電電流とに基づいて充電電流指令値が演算され、ステップＳ５では、充電電流指令値がアナログ信号に変換されてスイッチング制御回路５６に出力される。これにより、充電末期のバッテリ充電電流の制御性を確保しつつ、間接的に交流電流を一定に制御する。 Here, FIG. 6 is a flowchart showing an example of a processing procedure by the digital processing unit 81. As shown in FIG. 6, in step S1, the actual charging current is converted into a digital signal, and in step S2, the actual alternating current is converted into a digital signal. In step S3, the target charging current is calculated based on the actual alternating current and the target alternating current. Next, in step S4, a charging current command value is calculated based on the actual charging current and the target charging current. In step S5, the charging current command value is converted into an analog signal and output to the switching control circuit 56. Thereby, the alternating current is indirectly controlled to be constant while ensuring the controllability of the battery charging current at the end of charging.

このように、ＡＣ−ＤＣ変換器６１、基準電源６３、エラーアンプ６２、充電電流制御回路７２をディジタル化することにより、前述した車載充電器７０と同様の効果を得ることができるだけでなく、バッテリ充電電流の制御性を高めることが可能となる。 Thus, by digitizing the AC-DC converter 61, the reference power source 63, the error amplifier 62, and the charging current control circuit 72, not only can the same effect as the above-described on-vehicle charger 70 be obtained, but also the battery It becomes possible to improve the controllability of the charging current.

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、前述の説明では、車載充電器３１，７０，８０を挙げて本発明の充電装置の構成を説明しているが、本発明の充電装置の構成を車外の急速充電器２４に適用しても良い。また、家庭用電源３０の許容電流値を目標交流電流として説明しているが、これに限られることはなく、許容電流値に余裕度を加味して引き下げられた電流値を目標交流電流として設定しても良い。さらに、本発明の充電装置に手動または自動で作動する切換スイッチを設けることにより、１種類の充電装置を様々な許容電流値に対応させるようにしても良い。 It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, in the above description, the configuration of the charging device of the present invention has been described with reference to the on-vehicle chargers 31, 70, 80, but the configuration of the charging device of the present invention is applied to the quick charger 24 outside the vehicle. Also good. Moreover, although the allowable current value of the household power supply 30 has been described as the target AC current, the present invention is not limited to this, and the current value that is reduced by adding a margin to the allowable current value is set as the target AC current. You may do it. Furthermore, by providing a changeover switch that operates manually or automatically in the charging device of the present invention, one type of charging device may correspond to various allowable current values.

なお、図示する場合には、交流電流センサ６０として抵抗を用いているが、これに限られることはなく、カレントトランスを用いて実交流電流を検出しても良く、ホール素子を用いて実交流電流を検出しても良い。また、充電電流センサ７１として抵抗を用いているが、これに限られることはなく、ホール素子を用いて実充電電流を検出しても良い。 In the case shown in the figure, a resistor is used as the AC current sensor 60. However, the present invention is not limited to this, and an actual AC current may be detected using a current transformer. You may detect an electric current. Further, although a resistor is used as the charging current sensor 71, the present invention is not limited to this, and the actual charging current may be detected using a Hall element.

電気自動車の内部構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the internal structure of an electric vehicle. 車載充電器の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of a vehicle-mounted charger. 車載充電器を用いて充電したときの充電電流と充電電圧との関係を示す線図である。It is a diagram which shows the relationship between the charging current and charging voltage when it charges using an vehicle-mounted charger. 車載充電器の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of a vehicle-mounted charger. 車載充電器の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of a vehicle-mounted charger. ディジタル処理部による処理手順の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the process sequence by a digital processing part.

Explanation of symbols

３０家庭用電源(交流電源)
３１車載充電器(充電装置)
５０一次コイル
５１二次コイル
５２トランス
５３一次側回路
５４整流回路
５５スイッチング素子
５６スイッチング制御回路(信号生成手段)
５７二次側回路
６０交流電流センサ
６１ＡＣ−ＤＣ変換器
６２エラーアンプ
６３基準電源
６４スイッチング制御手段
７０車載充電器(充電装置)
７１充電電流センサ
７２充電電流制御回路(制御回路)
７３スイッチング制御手段
８０車載充電器(充電装置)
８２ＡＤ変換器
８３ＡＤ変換器
８４中央処理装置
８５記憶装置
８６ＤＡ変換器
８７スイッチング制御手段 30 Household power supply (AC power supply)
31 On-vehicle charger (charging device)
50 Primary coil 51 Secondary coil 52 Transformer 53 Primary side circuit 54 Rectifier circuit 55 Switching element 56 Switching control circuit (signal generating means)
57 Secondary side circuit 60 AC current sensor 61 AC-DC converter 62 Error amplifier 63 Reference power supply 64 Switching control means 70 On-vehicle charger (charging device)
71 charging current sensor 72 charging current control circuit (control circuit)
73 Switching control means 80 On-vehicle charger (charging device)
82 AD converter 83 AD converter 84 Central processing unit 85 Storage device 86 DA converter 87 Switching control means

Claims

A charging device for charging an electricity storage device by converting AC power supplied from an AC power source into DC power,
A transformer comprising a primary coil connected to the AC power supply via a rectifier circuit, and a secondary coil connected to the electricity storage device;
A switching element that is provided in a primary side circuit of the transformer and controls an energization state of the primary coil;
An alternating current sensor provided between the alternating current power supply and the rectifier circuit for detecting an actual alternating current of the alternating current power supply;
Switching control means for generating a drive signal for the switching element based on the actual AC current and a predetermined target AC current;
The charging device, wherein the switching element is controlled based on the drive signal, and the actual alternating current is controlled toward the target alternating current.

The charging device according to claim 1,
A charge current sensor that is provided in a secondary side circuit of the transformer and detects an actual charge current of the power storage device;
The switching control unit corrects the drive signal based on the actual charging current.

The charging device according to claim 1 or 2,
The switching control means includes an AC-DC converter that generates a DC voltage based on the actual AC current, a reference power source that generates a reference voltage, and a DC voltage that amplifies a difference between the DC voltage and the reference voltage. And a signal generating means for generating the drive signal based on a DC voltage from the error amplifier.

The charging device according to claim 3, wherein
The switching control means includes a control circuit between the error amplifier and the signal generation means,
The control circuit outputs a DC voltage generated by amplifying a difference between a DC voltage from the error amplifier and a DC voltage from the charging current sensor to the signal generation unit.

The charging device according to claim 1 or 2,
The switching control means includes an AC-DC converter that generates a DC voltage based on the actual AC current, an AD converter that converts a DC voltage from the AC-DC converter into a digital signal, and the AD converter. A central processing unit for calculating a digital signal based on the digital signal from the digital signal, a DA converter for converting the digital signal from the central processing unit into a DC voltage, and the drive signal based on the DC voltage from the DA converter. And a signal generating means for generating the charging device.

The charging device according to claim 5, wherein
2. The charging apparatus according to claim 1, wherein the switching control unit includes a DA converter that converts a DC voltage output from the charging current sensor into a digital signal and outputs the digital signal to the central processing unit.