JP2010206912A - Charger - Google Patents
Charger Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010206912A JP2010206912A JP2009048855A JP2009048855A JP2010206912A JP 2010206912 A JP2010206912 A JP 2010206912A JP 2009048855 A JP2009048855 A JP 2009048855A JP 2009048855 A JP2009048855 A JP 2009048855A JP 2010206912 A JP2010206912 A JP 2010206912A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- charging
- voltage
- input voltage
- solar cell
- battery
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
本発明は、電動工具の電源として用いられるリチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等の二次電池を、太陽電池を電力源として充電するための充電装置に関する。 The present invention relates to a charging device for charging a secondary battery such as a lithium ion battery, a nickel metal hydride battery, or a nickel cadmium battery used as a power source of an electric tool by using a solar battery as a power source.
ドライバドリル等のコードレスタイプの電動工具では、電動工具の駆動電源としてニッケルカドミウム電池(ニカド電池)やリチウムイオン電池等の二次電池から構成された電池パックが一般に使用されている。 In a cordless type electric tool such as a driver drill, a battery pack composed of a secondary battery such as a nickel cadmium battery (NiCad battery) or a lithium ion battery is generally used as a driving power source of the electric tool.
従来、ニカド電池やリチウムイオン電池等の二次電池を充電するための充電装置は、商用電源を入力電源として使用している。しかしながら、コードレス電動工具を商用電源の設備がない場所で使用する場合、作業量が多いときは多数の予備の二次電池を準備する必要があり、二次電池の設備費用が嵩み、また作業現場への二次電池の運搬作業が困難となる場合がある。 Conventionally, a charging device for charging a secondary battery such as a nickel-cadmium battery or a lithium ion battery uses a commercial power source as an input power source. However, when the cordless power tool is used in a place where there is no commercial power supply equipment, it is necessary to prepare a large number of spare secondary batteries when the work volume is large. It may be difficult to carry the secondary battery to the site.
そこで、二次電池を充電する充電装置の入力電源として商用電源以外の別の電源から充電できる充電装置が提案されている。例えば、下記特許文献1には商用電源以外の別電源を使用した充電装置が提案されている。
Therefore, a charging device that can be charged from another power source other than a commercial power source has been proposed as an input power source of a charging device that charges a secondary battery. For example,
充電装置の入力電源として商用電源以外の電源として、様々な電源が考えられるが、本願発明者等は、特に、作業現場で商用電源等の既存の給電設備を不要とし、また発電の過程で環境汚染を防止できる太陽電池を入力電源とした充電装置に着目した。
太陽電池の電圧−電流特性(出力特性)では、図4に示されるように、光照射時において、出力端子を開放した時の出力電圧Vocと短絡した時の開放電流Iscを有し、また、最大出力電力Pmaxを与える最大出力動作点Amaxを有する。太陽電池から効率よく電力を得るには、太陽電池を最大出力動作点Amax付近(以下、動作点Amaxまたはその付近の動作点を「最適出力動作点」と称する場合がある)で動作させる必要がある。このため太陽電池に負荷を接続した場合、太陽電池側からみた負荷を常に最適出力動作点Amax付近に保持することが要求される。
Various power sources other than the commercial power source are conceivable as the input power source of the charging device, but the inventors of the present application do not need an existing power supply facility such as a commercial power source at the work site, and the environment in the process of power generation We focused on a charger that uses a solar cell that can prevent contamination as an input power source.
In the voltage-current characteristic (output characteristic) of the solar cell, as shown in FIG. 4, at the time of light irradiation, the output voltage Voc when the output terminal is opened and the open current Isc when short-circuited, It has a maximum output operating point Amax that gives the maximum output power Pmax. In order to efficiently obtain power from the solar cell, it is necessary to operate the solar cell near the maximum output operating point Amax (hereinafter, the operating point Amax or an operating point in the vicinity thereof may be referred to as an “optimum output operating point”). is there. For this reason, when a load is connected to the solar cell, it is required to always maintain the load viewed from the solar cell side near the optimum output operating point Amax.
太陽電池に接続される負荷を最適出力動作点(Amax付近)に保持する理由について、図4を参照してさらに説明する。例えば、「照射量大」における最大出力動作点Amaxで太陽電池を使用した場合、電力は電圧×電流であるので、この点における電圧値をVmax、電流値をImaxとすると、取り出せる電力は、Vmax×Imaxとなる。一方、負荷の動作点Ahで太陽電池を使用した場合を考える。動作点Ahにおける電流値Ihが、例えば、最大出力点Amaxの電流値Imaxおける電圧Vmaxの半分の値に相当する電流とすると、動作点Ahにおける電圧値は1/2Vmaxとなる。この時、出力特性から明らかのように、電流値Imaxと電流値Ihでは、殆ど電流値に変化がない。すなわち、動作点Ahにおける電流値Ihは、最大出力点Amaxにおける電流値Imaxとほぼ同じ電流値(Ih≒Imax)となる。したがって、動作点Ahで取り出せる電力Phは、1/2Vmax×Ihとなり、最大出力点Amaxで取り出せる電力Pmaxの約1/2となる。 The reason why the load connected to the solar cell is held at the optimum output operating point (near Amax) will be further described with reference to FIG. For example, when a solar cell is used at the maximum output operating point Amax at “large irradiation amount”, the power is voltage × current. Therefore, when the voltage value at this point is Vmax and the current value is Imax, the power that can be extracted is Vmax. XImax. On the other hand, consider the case where a solar cell is used at the operating point Ah of the load. If the current value Ih at the operating point Ah is, for example, a current corresponding to half the voltage Vmax at the current value Imax at the maximum output point Amax, the voltage value at the operating point Ah is 1/2 Vmax. At this time, as apparent from the output characteristics, there is almost no change in the current value between the current value Imax and the current value Ih. That is, the current value Ih at the operating point Ah is substantially the same current value (Ih≈Imax) as the current value Imax at the maximum output point Amax. Therefore, the electric power Ph that can be extracted at the operating point Ah is ½ Vmax × Ih, which is about ½ of the electric power Pmax that can be extracted at the maximum output point Amax.
同様に、太陽電池の出力特性における「照射量中」および「照射量小」の場合においても、最大出力動作点の約半分の出力電力となる。このように、ある照射量において取出せる電力が最大となる動作点(例えば、Amax)は、図中における横軸である電圧Vのライン(例えば、Vmax)から縦線を引いて出力特性にぶつかる動作点(Amax)と、その点から縦軸である電流Iのライン(例えば、Imax)へ横線を引いた場合の横軸、縦軸、横線、縦線で囲まれた長方形の面積が最大になる場所である。すなわち、出力特性上の特定の動作点(例えば、Amax)における電圧(V)×電流(I)の出力電力(P)が、他の如何なる動作点(例えば、Ah)よりも最大となれば、最大出力動作点Amaxとなり、その時の電圧Vmaxおよび電流Imaxが最大出力動作点となる。太陽電池の最大出力電力Pmaxを与える最大出力動作点Amaxにおける動作電圧Vは、図4に示した「照射量中」または「照射量小」のような照射量の大小とは無関係に概ね一定の電圧値(Vmax)となる。 Similarly, in the case of “medium irradiation amount” and “low irradiation amount” in the output characteristics of the solar cell, the output power is about half of the maximum output operating point. As described above, the operating point (for example, Amax) at which the electric power that can be extracted at a certain irradiation amount is maximum hits the output characteristic by drawing a vertical line from the line of voltage V (for example, Vmax) on the horizontal axis in the figure. The area of the rectangle surrounded by the horizontal axis, vertical axis, horizontal line, and vertical line when the horizontal line is drawn from the operating point (Amax) to the current I line (eg, Imax) as the vertical axis from that point is maximized. It is a place. That is, if the output power (P) of the voltage (V) × current (I) at a specific operating point (for example, Amax) on the output characteristics is the maximum from any other operating point (for example, Ah), The maximum output operating point Amax is reached, and the voltage Vmax and current Imax at that time become the maximum output operating point. The operating voltage V at the maximum output operating point Amax that gives the maximum output power Pmax of the solar cell is substantially constant regardless of the amount of irradiation such as “medium irradiation amount” or “low irradiation amount” shown in FIG. It becomes a voltage value (Vmax).
ここで、太陽電池の出力電圧で二次電池を充電するために、二次電池を太陽電池に直結して充電を行う場合を考えてみると、この場合、太陽電池の出力電圧は、二次電池の充電電圧まで低下することになる。例えば、図4の特性を有する太陽電池に、1/2Vmaxの電圧を有する二次電池を直結すると、太陽電池の電圧も1/2Vmaxまで低下する。「照射量大」であるとすると、流れる充電電流はImaxとなる。よって、取り出せる電力の最大値Pmaxは、先に述べたようにVmax×Imaxであるのに、二次電池を直結すると、1/2Vmax×Imaxの電力しか取り出せないことになる。この出力電力の効率低下に鑑み、もし、太陽電池と二次電池の間に、太陽電池の出力電圧を最大出力動作点(Vmax)付近の所定値になるような充電制御回路を設ければ、太陽電池の出力電力を最大出力電力Pmaxに近づけることができ、太陽電池による二次電池の充電を効率よく行うことができる。 Here, in order to charge the secondary battery with the output voltage of the solar battery, considering the case where the secondary battery is directly connected to the solar battery and charged, the output voltage of the solar battery is It will drop to the charging voltage of the battery. For example, when a secondary battery having a voltage of 1/2 Vmax is directly connected to the solar battery having the characteristics shown in FIG. 4, the voltage of the solar battery also decreases to 1/2 Vmax. Assuming that “the irradiation amount is large”, the charging current that flows is Imax. Therefore, although the maximum value Pmax of the power that can be extracted is Vmax × Imax as described above, when the secondary battery is directly connected, only a power of ½ Vmax × Imax can be extracted. In view of the efficiency reduction of the output power, if a charge control circuit is provided between the solar battery and the secondary battery so that the output voltage of the solar battery becomes a predetermined value near the maximum output operating point (Vmax), The output power of the solar battery can be brought close to the maximum output power Pmax, and the secondary battery can be efficiently charged by the solar battery.
さらに、充電装置の入力電源として複数種類の太陽電池を接続可能にする場合は、複数種の各太陽電池に対して最適出力動作点に設定することが要求される。すなわち、入力電源である太陽電池と充電装置を互いに取り外し可能な接続部で構成して出力特性の異なる複数の太陽電池を入力電源として使用可能に構成した場合、当該充電装置に複数の太陽電池から入力される入力電圧を所定値に制御しただけでは、充電すべき二次電池の充電効率を向上させることができない。 Furthermore, when a plurality of types of solar cells can be connected as an input power source of the charging device, it is required to set an optimum output operating point for each of the plurality of types of solar cells. In other words, when a solar cell that is an input power source and a charging device are configured with a detachable connection part and a plurality of solar cells having different output characteristics can be used as an input power source, a plurality of solar cells are connected to the charging device. The charging efficiency of the secondary battery to be charged cannot be improved only by controlling the input voltage to be input to a predetermined value.
太陽電池のセル枚数(パネル枚数)が異なり出力電圧の異なる特性を持つ複数の太陽電池から充電しようとした場合、例えば、セル1枚当たり(パネル1枚当り)の最適動作電圧Vmaxを、2枚直列接続した太陽電池Aと6枚直列接続した太陽電池Cとを入力電源として使用する場合、上記太陽電池Aは2枚とセル枚数が少ないので取出せる電力が少なく、二次電池の充電に多くの時間を要するが、価格が安価であるというメリットがある。また、上記太陽電池Cはセル枚数が6枚と多いので価格は高価だが、取出せる電力が多いので、同じ二次電池への充電が短いというメリットがある。さらに、上記太陽電池Aと上記太陽電池Cの中間の充電時間および価格上のメリット、デメリットを考慮すれば、入力電源とする太陽電池のセル枚数を4枚に選択することもできる。従って、ユーザーは自分のニーズに応じて太陽電池の種類を複数種類に選択することができる。 When charging from a plurality of solar cells having different output voltage characteristics with different number of solar cells (number of panels), for example, the optimum operating voltage Vmax per cell (per panel) is 2 When the solar cell A connected in series and the solar cell C connected in series are used as an input power source, the solar cell A has two cells and the number of cells is small. However, there is an advantage that the price is low. In addition, the solar battery C has a number of cells as high as 6 and is expensive, but has a merit that charging to the same secondary battery is short because a lot of electric power can be taken out. Furthermore, if the charging time intermediate between the solar cell A and the solar cell C and the advantages and disadvantages of the price are taken into consideration, the number of cells of the solar cell as the input power source can be selected as four. Therefore, the user can select a plurality of types of solar cells according to his / her needs.
しかしながら、上記太陽電池A〜Cにおける各最適出力動作点における電圧を考えると、太陽電池AはVmax×2枚=2Vmax、太陽電池BはVmax×4枚=4Vmax、太陽電池CはVmax×6枚=6Vmaxとなり、それぞれ最適出力動作点における電圧が異なる。従って、このように出力特性の異なる太陽電池を入力電源とする場合、充電装置の入力電圧を単純に所定電圧値に制御しただけでは、太陽電池による充電効率を接続する太陽電池の種類によって著しく低下させることになる。
したがって、本発明の主目的は、入力電源として太陽電池を最適出力動作点で動作させる充電制御回路を具備し、これによって太陽電池から効率よく二次電池を充電することができる充電装置を提供することにある。
However, considering the voltage at each optimum output operating point in the solar cells A to C, the solar cell A is Vmax × 2 pieces = 2 Vmax, the solar battery B is Vmax × 4 pieces = 4 Vmax, and the solar cell C is Vmax × 6 pieces. = 6Vmax, and the voltage at the optimum output operating point is different. Therefore, when a solar cell with different output characteristics is used as an input power source, simply controlling the input voltage of the charging device to a predetermined voltage value significantly reduces the charging efficiency of the solar cell depending on the type of solar cell to be connected. I will let you.
Therefore, a main object of the present invention is to provide a charging device that includes a charging control circuit that operates a solar cell as an input power source at an optimum output operating point, and thereby can efficiently charge a secondary battery from the solar cell. There is.
本発明の他の目的は、複数の特性の異なる太陽電池を入力電源として接続可能な充電制御回路を具備する、二次電池を充電するための充電装置を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、入力電源として太陽電池を最適出力動作点で動作させるための構成が簡単で安価な充電制御回路を具備する充電装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a charging device for charging a secondary battery, comprising a charging control circuit capable of connecting a plurality of solar cells having different characteristics as an input power source.
Still another object of the present invention is to provide a charging device including a charge control circuit that is simple and inexpensive to operate a solar cell as an input power source at an optimum output operating point.
上記目的を達成するために、本願において開示される発明のうち、代表的なものの特徴を説明すれば、次のとおりである。 To achieve the above object, typical features of the invention disclosed in the present application will be described as follows.
本発明の一つの特徴によれば、太陽電池の出力電力により入力電源として二次電池を充電するための充電制御回路を具備する充電装置であって、前記充電制御回路は、異なる特性を持つ複数の太陽電池を着脱できる電源接続部を有し、該電源接続部に接続された太陽電池の出力電圧に対応して充電電流および充電電圧を制御するように構成する。 According to one aspect of the present invention, there is provided a charging device including a charging control circuit for charging a secondary battery as an input power source by output power of a solar battery, wherein the charging control circuit has a plurality of different characteristics. The solar battery is configured to have a power supply connection part to which the solar battery can be attached and detached, and to control the charging current and the charging voltage in accordance with the output voltage of the solar battery connected to the power supply connection part.
本発明の他の特徴によれば、前記充電制御回路は、前記電源接続部に接続された太陽電池の出力電圧に基づいて前記二次電池を充電するための充電電圧および充電電流を制御するためのスイッチング制御回路と、前記二次電池の充電電圧に基づいて前記充電電圧を設定電圧値に制御するための制御信号を前記スイッチング制御回路へフィードバックするための充電電圧フィードバック回路と、前記二次電池の充電電流に基づいて前記充電電流を設定電流値に制御するための制御信号を前記スイッチング制御回路へフィードバックするための充電電流フィードバック回路と、前記太陽電池の出力電圧に基づいて前記スイッチング制御回路の入力電圧を設定入力電圧値に制御するための制御信号をスイッチング制御回路へフィードバックするための入力電圧フィードバック回路と、を具備し、前記入力電圧フィードバック回路は、複数の設定入力電圧値を設定できる入力電圧設定手段を有し、前記充電電流フィードバック回路からの制御信号に基づいて前記スイッチング制御回路によって制御される充電電流の値を、前記スイッチング制御回路の入力電圧が前記入力電圧フィードバック回路の前記入力電圧設定手段からの信号に基づき選択した所定の電圧値になるように、制御するように構成する。 According to another aspect of the present invention, the charging control circuit controls a charging voltage and a charging current for charging the secondary battery based on an output voltage of a solar battery connected to the power connection unit. Switching control circuit, a charging voltage feedback circuit for feeding back a control signal for controlling the charging voltage to a set voltage value based on a charging voltage of the secondary battery to the switching control circuit, and the secondary battery A charging current feedback circuit for feeding back to the switching control circuit a control signal for controlling the charging current to a set current value based on the charging current of the switching control circuit based on the output voltage of the solar cell. In order to feed back a control signal for controlling the input voltage to the set input voltage value to the switching control circuit. An input voltage feedback circuit, the input voltage feedback circuit having input voltage setting means capable of setting a plurality of set input voltage values, and based on a control signal from the charging current feedback circuit, the switching control circuit Configured to control the value of the charging current controlled by the switching control circuit so that the input voltage of the switching control circuit becomes a predetermined voltage value selected based on a signal from the input voltage setting means of the input voltage feedback circuit. To do.
本発明のさらに他の特徴によれば、前記入力電圧設定手段は、前記複数の太陽電池の特性に対応する入力電圧値を選択できる入力電圧設定回路を有することを特徴とする請求項2に記載された充電装置。 According to still another feature of the present invention, the input voltage setting means includes an input voltage setting circuit capable of selecting an input voltage value corresponding to characteristics of the plurality of solar cells. Charging device.
本発明のさらに他の特徴によれば、前記入力電圧設定手段は、前記二次電池を充電する前の前記太陽電池の出力電圧に基づいて所定の入力電圧設定値を選択するように構成する。
本発明のさらに他の特徴によれば、前記充電制御回路は前記太陽電池の特性を判別するための太陽電池種判別手段を有し、前記入力電圧設定手段は、前記太陽電池種判別手段において判別された太陽電池の種類に基づいて所定の入力電圧設定値を選択するように構成する。
According to still another aspect of the present invention, the input voltage setting means is configured to select a predetermined input voltage setting value based on the output voltage of the solar battery before charging the secondary battery.
According to still another aspect of the present invention, the charge control circuit includes a solar cell type determining unit for determining the characteristics of the solar cell, and the input voltage setting unit is determined by the solar cell type determining unit. A predetermined input voltage set value is selected on the basis of the type of the solar cell thus formed.
本発明のさらに他の特徴によれば、前記充電電圧フィードバック回路と、充電電流フィードバック回路と、入力電圧フィードバック回路とはそれぞれオペアンプを具備し、各フィードバック回路の制御信号は前記各オペアンプを介して合成されて前記スイッチング制御回路へフィードバックされるように構成する。 According to still another aspect of the present invention, the charging voltage feedback circuit, the charging current feedback circuit, and the input voltage feedback circuit each include an operational amplifier, and a control signal of each feedback circuit is synthesized via the operational amplifier. And fed back to the switching control circuit.
上記本発明の特徴に従えば、充電制御回路は、異なる特性を持つ複数の太陽電池を着脱できる電源接続部を有し、該電源接続部に接続された太陽電池の出力電圧に対応して充電電流および充電電圧を制御するように構成するので、複数の太陽電池の各特性に最適な出力動作点を設定することができ、太陽電池から効率よく充電電力を得ることができる。 According to the above feature of the present invention, the charge control circuit has a power supply connection portion to which a plurality of solar cells having different characteristics can be attached and detached, and charging is performed according to the output voltage of the solar cell connected to the power supply connection portion. Since it comprises so that an electric current and a charging voltage may be controlled, the optimal output operation point can be set to each characteristic of a several solar cell, and charging power can be obtained efficiently from a solar cell.
例えば、図4の出力特性図を参照して説明するならば、「照射量大」の状態で1/2Vmaxの電圧を二次電池に充電する場合、上記充電制御回路によって、充電電流Iは、(二次電池の充電電力P=効率×太陽電池の最大電力Pmax)=(二次電池の充電電圧1/2Vmax×二次電池の充電電流I=効率×太陽電池の出力電圧Vmax×太陽電池の出力電流Imax)=(1/2Vmax×二次電池の充電電流I=効率×太陽電池の出力電圧Vmax×太陽電池の出力電流Imax)から、充電制御回路の効率を、例えば、85%とすると、二次電池の充電電流Iは、I=2×0.85Imax=1.7Imaxとなり、二次電池を太陽電池に直結接続する場合の充電電流Imaxに比較して、約1.7倍の充電電流で充電を行なうことができ、これによって、充電効率を向上させることができる。
For example, referring to the output characteristic diagram of FIG. 4, when the secondary battery is charged with a voltage of 1/2 Vmax in the “irradiation amount” state, the charging control circuit causes the charging current I to be (Secondary battery charging power P = efficiency × maximum power Pmax of solar cell) = (secondary
上記本発明の特徴によれば、充電制御回路は、スイッチング制御回路と、充電電圧フィードバック回路と、充電電流フィードバック回路と、入力電圧フィードバック回路と、を具備し、前記入力電圧フィードバック回路は、複数の設定入力電圧値を設定できる入力電圧設定手段を有し、前記充電電流フィードバック回路からの制御信号に基づいて前記スイッチング制御回路によって制御される充電電流の値を、前記スイッチング制御回路の入力電圧が前記入力電圧フィードバック回路の前記入力電圧設定手段からの信号に基づき選択した所定の電圧値になるように制御するので、複数の太陽電池の各特性に最適な出力動作点を設定することができ、太陽電池から効率よく充電電力を得ることができる。 According to the above feature of the present invention, the charging control circuit includes a switching control circuit, a charging voltage feedback circuit, a charging current feedback circuit, and an input voltage feedback circuit, and the input voltage feedback circuit includes a plurality of input voltage feedback circuits. An input voltage setting means capable of setting a set input voltage value, wherein a value of a charging current controlled by the switching control circuit based on a control signal from the charging current feedback circuit is determined by the input voltage of the switching control circuit; Since the control is performed so that a predetermined voltage value selected based on the signal from the input voltage setting means of the input voltage feedback circuit is obtained, it is possible to set an optimum output operating point for each characteristic of the plurality of solar cells, Charging power can be efficiently obtained from the battery.
また、充電電圧フィードバック回路と、充電電流フィードバック回路と、入力電圧フィードバック回路とは、オペアンプによって構成することができるので、構成が簡単で安価な充電制御回路を達成することができる。 Further, since the charging voltage feedback circuit, the charging current feedback circuit, and the input voltage feedback circuit can be configured by an operational amplifier, a simple and inexpensive charging control circuit can be achieved.
本発明の上記および他の目的、ならびに上記および他の特徴は、以下の本明細書の記述および添付図面から更に明らかにされる。 The above and other objects, and the above and other features of the present invention will become more apparent from the following description of the present specification and the accompanying drawings.
以下、本発明の実施形態に係る充電装置について、図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態に係る充電装置の構成図、図2は本発明の実施形態に係る充電装置の回路図をそれぞれ示す。なお、実施形態を説明するための図面において、同一の機能または要素を示す部材には同一の符号を付し、その繰返しの説明を省略する。 Hereinafter, a charging device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a charging device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram of the charging device according to an embodiment of the present invention. Note that in the drawings for describing the embodiments, members having the same functions or elements are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof is omitted.
<充電装置の構成について>
入力電源となる太陽電池モジュール1は、例えば結晶シリコンのPN接合から構成された太陽電池(セル)1aと、太陽電池の種類または特性を表す判別素子(例えば、抵抗素子)1bとから構成される。図1に示されるように、太陽電池モジュール1は、接続部41を介して充電装置40の本体に着脱自在に接続される。接続部41は、太陽電池モジュール1の複数種が接続可能に共通の着脱機構を有する。図1に示される例では、最適出力動作点の電圧がVmax(図4参照)である太陽電池を2枚直列に接続した太陽電池Aと、最適出力動作点の電圧がVmaxである太陽電池を4枚直列に接続した太陽電池Bと、最適出力動作点の電圧がVmaxである太陽電池を6枚直列に接続した太陽電池Cとが接続可能に共通の着脱機構を有する。
<About the configuration of the charging device>
A
補助電源部2は、太陽電池1aの電圧Viを降圧して、後述するマイコン11やオペアンプ7g、9e、10g、10h等の電源電圧Vccを供給するための電源部である。この補助電源部2は、DCコンバータ(スイッチング電源回路)2aと、Pチャンネルの絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(以下、「PチャンネルFET」と称する)2bと、整流ダイオード2cと、コイル2dと、平滑コンデンサ2eと、抵抗2fおよび2gとから降圧型のスイッチ電源回路を構成し、太陽電池の電圧Viを降圧して、マイコン11等の電源電圧Vccを生成する。
The auxiliary
すなわち、DCコンバータ2aは、降圧型コンバータを構成し、出力電圧を抵抗2fおよび2gのポテンショメータによって分圧した値が、DCコンバータ2aの内部において設定されている所定値になるようにPチャンネルFET2bをスイッチングさせることによって、所望の電源電圧Vccを出力するものである。所望の電源電圧Vccを抵抗2f、2gによって分圧した値がDCコンバータ2aの比較回路(図示なし)において設定されている比較値になるように、抵抗2f、2gの抵抗値が設定される。 That is, the DC converter 2a constitutes a step-down converter, and the P-channel FET 2b is set so that the value obtained by dividing the output voltage by the potentiometers of the resistors 2f and 2g becomes a predetermined value set in the DC converter 2a. By switching, a desired power supply voltage Vcc is output. The resistance values of the resistors 2f and 2g are set so that a value obtained by dividing the desired power supply voltage Vcc by the resistors 2f and 2g becomes a comparison value set in a comparison circuit (not shown) of the DC converter 2a.
電池パック3は、充電対象となる電池パックで、1セル以上の二次電池が接続された電池組3aと、電池組3aの種類またはセル数等を判別するための判別抵抗から成る電池種判別素子3bと、電池組3aの近傍に設定され電池温度を監視するためのサーミスタ等の感温素子3cとから構成される。電池組3aは、例えば、リチウムイオン二次電池によって構成される。
The
電池種判別手段4は、電池パック3の電池種判別素子3bより電池組3aの二次電池の種類を判別する機能を有し、抵抗4aから構成される。二次電池3aの電池種は、抵抗4aと、電池パック3内に設定された電池種判別抵抗3bとで電源電圧Vccを分圧した値を、後述するマイコン11のA/Dポート(アナログ−デジタル変換ポート)11eに入力することによって判別する。ここで電池種とは、例えば、リチウムイオン二次電池、ニカド二次電池、ニッケル水素二次電池といった二次電池自体の種類の違い、または、リチウムイオン電池等の同種の二次電池におけるセル数の違い(例えば、4セル、5セル等の違い)を指すものである。電池種を判別する必要があるのは、電池種によって充電制御方法が異なるため、電池種によってそれぞれ適した充電を行う必要があるためである。
電池温度検出手段5は、抵抗5a、5bより構成される電池温度検出手段である。電池温度は、抵抗5aと、抵抗5bおよび電池パック3内感温素子3cの抵抗値の並列抵抗とにより電源電圧Vccを分圧した値を、後述するマイコン11のA/Dポート11eに入力することによって検出する。
The battery type discriminating means 4 has a function of discriminating the type of secondary battery of the battery set 3a from the battery
The battery temperature detection means 5 is a battery temperature detection means composed of resistors 5a and 5b. As the battery temperature, a value obtained by dividing the power supply voltage Vcc by the resistor 5a and the parallel resistance of the resistance value of the resistor 5b and the temperature sensing element 3c in the
平滑コンデンサ6は、太陽電池1aに並列接続された平滑用コンデンサである。
入力電圧フィードバック回路7は、オペアンプ7gと、オペアンプ7gの非反転入力部(+)に接続された分圧抵抗7a、7bと、オペアンプ7gの反転入力部(−)に接続された分圧抵抗7c、7d、7e、7fとから構成される。分圧抵抗7a、7bは、入力電源となる太陽電池の出力電圧Viを分圧し、分圧された値はオペアンプ7gの非反転入力部(+)に入力される。また、分圧抵抗7c、7dは、電源電圧Vccを分圧し、太陽電池の出力電圧Vi、すなわち充電制御回路への入力電圧Viを所定の電圧値に保持するための設定電圧(以下、分圧抵抗7c、7dによって設定される電圧値を「第1入力電圧設定値」と称する)をオペアンプ7gの反転入力部(−)に供給する機能を有する。ここで、抵抗7eまたは抵抗7fのマイコン11側端子は、通常はハイ信号にクランプされているが、太陽電池1aの種類に対応して、抵抗7eまたは抵抗7fのマイコン側端子はロー信号に選択される。
The smoothing capacitor 6 is a smoothing capacitor connected in parallel to the solar cell 1a.
The input voltage feedback circuit 7 includes an operational amplifier 7g, voltage dividing resistors 7a and 7b connected to the non-inverting input part (+) of the operational amplifier 7g, and a voltage dividing resistor 7c connected to the inverting input part (−) of the operational amplifier 7g. , 7d, 7e, 7f. The voltage dividing resistors 7a and 7b divide the output voltage Vi of the solar cell serving as an input power source, and the divided value is input to the non-inverting input part (+) of the operational amplifier 7g. The voltage dividing resistors 7c and 7d divide the power supply voltage Vcc, and set voltage (hereinafter referred to as voltage dividing) for holding the output voltage Vi of the solar cell, that is, the input voltage Vi to the charge control circuit at a predetermined voltage value. The voltage value set by the resistors 7c and 7d is referred to as “first input voltage setting value”) and is supplied to the inverting input section (−) of the operational amplifier 7g. Here, the
すなわち、後述するマイコン11の出力ポート11dから抵抗7eにロー信号を出力することにより、オペアンプ7gの反転入力部(−)に入力される入力電圧の設定値を、電源電圧Vccを抵抗7cと、抵抗7dおよび抵抗7eの並列抵抗との分圧値(以下、「第2入力電圧設定値」と称する)に設定することができる。この第2入力電圧設定値は、例えば、抵抗7cおよび抵抗7dのみによって設定した上記第1入力電圧設定値より小さな値に設定される。
That is, by outputting a low signal to the resistor 7e from an output port 11d of the
同様に、マイコン11の出力ポート11dから抵抗7fにロー信号を出力することにより、電源電圧Vccを抵抗7cと、抵抗7dおよび抵抗7fの並列抵抗との分圧値(以下、「第3入力電圧設定値」と称する)に設定することができる。この第3入力電圧設定値は、例えば、上記第2入力電圧設定値より小さな値に設定される。このようにして、第1入力電圧設定値、第2入力電圧設定値および第3入力電圧設定値は、図1に示した入力電源として接続される太陽電池1の種類A、BおよびCに対応する最適動作電圧を得るために設定される。上記設定例では、太陽電池Aを接続する場合は、第3入力電圧設定値に設定され、また太陽電池Bを接続する場合は、第2入力電圧設定値に、太陽電池Cを接続する場合は、第1入力電圧設定値にそれぞれ設定される。
Similarly, by outputting a low signal from the output port 11d of the
太陽電池1の出力電圧Viは、検出抵抗7aおよび7bによって分圧されてオペアンプ7gの非反転入力部(+)に入力され、反転入力部(−)に入力される上記第1入力電圧設定値、第2入力電圧設定値または第3入力電圧設定値の所望の一つと比較され、太陽電池1の種類に対応する最大電力Pmaxが出力できるような最適出力動作電圧(例えば、Vmax)に制御される。これによって、太陽電池1の出力電圧Viは、概ね太陽電池1の最大電力Pmaxを取り出すことができる電圧値に制御される。
The output voltage Vi of the
スイッチング電源回路8は、充電電圧Vcおよび充電電流Icを制御するための電源を構成する。このスイッチング電源回路8は、DCコンバータ8aと、PチャンネルFET8bと、整流ダイオード8cと、コイル8dと、平滑コンデンサ8eとから構成される。本実施形態では、太陽電池1の出力電圧Viを降圧して、充電電圧Vcを生成する降圧型のスイッチング電源回路を使用する。DCコンバータ8aは、後述する充電電圧フィードバック回路9および入力電圧フィードバック回路7の誤差制御信号が合成される充電電流フィードバック回路10からのフィードバック制御信号に基づき、充電電圧Vcおよび充電電流Icの制御を行う。
The switching power supply circuit 8 constitutes a power supply for controlling the charging voltage Vc and the charging current Ic. The switching power supply circuit 8 includes a DC converter 8a, a P-channel FET 8b, a rectifier diode 8c, a coil 8d, and a smoothing capacitor 8e. In the present embodiment, a step-down switching power supply circuit that steps down the output voltage Vi of the
充電電圧フィードバック回路9は、抵抗9a、9b、9cおよび9dと、オペアンプ9eと、ダイオード9fとから構成される。電池の充電電圧Vcは、抵抗9aおよび9bによって分圧され、オペアンプ9eの非反転入力部(+)に入力される。また、充電電圧の設定値Vscは、抵抗9cおよび9dによって電源電圧Vccを分圧することによって生成され、オペアンプ3eの反転入力部(−)に入力される。 The charging voltage feedback circuit 9 includes resistors 9a, 9b, 9c and 9d, an operational amplifier 9e, and a diode 9f. The battery charging voltage Vc is divided by resistors 9a and 9b and input to the non-inverting input (+) of the operational amplifier 9e. The set value Vsc of the charging voltage is generated by dividing the power supply voltage Vcc by the resistors 9c and 9d, and is input to the inverting input section (−) of the operational amplifier 3e.
抵抗9aおよび9bによって分圧された充電電圧が、抵抗9cおよび9dによって設定された充電電圧設定値Vscになるように、DCコンバータ8aは、オペアンプ9eの出力制御信号に基づき、スイッチング用FET8bをスイッチング制御する。抵抗9cおよび9dによって設定される充電電圧設定値Vscは、二次電池電圧Vcをこの設定値以上の電圧に上昇させないためのリミット電圧値となるように、オペアンプ9eの出力制御信号に基づき、DCコンバータ8aによってスイッチング用FET8bの駆動信号をスイッチング制御する。すなわち、二次電池電圧Vcが設定値Vscより低下した場合、電池電圧Vcを上昇させるようにスイッチング制御を行い、逆に、二次電池電圧Vcが設定値Vscより上昇した場合、二次電池電圧Vcを低下させるようにスイッチング制御を行う。これによって、設定値Vsc以下の所定の二次電池電圧Vcを維持することができる。また、この二次電池電圧Vcは、太陽電池1からスイッチング電源回路8へ出力される電圧Vi以下の電圧に制御される。
The DC converter 8a switches the switching FET 8b based on the output control signal of the operational amplifier 9e so that the charging voltage divided by the resistors 9a and 9b becomes the charging voltage setting value Vsc set by the resistors 9c and 9d. Control. Based on the output control signal of the operational amplifier 9e, the charging voltage setting value Vsc set by the resistors 9c and 9d is set to a limit voltage value for preventing the secondary battery voltage Vc from rising to a voltage equal to or higher than this setting value. Switching control of the drive signal of the switching FET 8b is performed by the converter 8a. That is, when the secondary battery voltage Vc is lower than the set value Vsc, switching control is performed to increase the battery voltage Vc. Conversely, when the secondary battery voltage Vc is higher than the set value Vsc, the secondary battery voltage is Switching control is performed so as to decrease Vc. Thus, a predetermined secondary battery voltage Vc that is equal to or lower than the set value Vsc can be maintained. The secondary battery voltage Vc is controlled to a voltage equal to or lower than the voltage Vi output from the
充電電流フィードバック回路10は、初段オペアンプ10gおよび後段オペアンプ10hを具備する。初段オペアンプ10gは、充電電流Icを検出するためのシャント抵抗10aと、入力用抵抗10bおよび10cと、帰還用抵抗10dと共に、反転増幅回路を構成し、比較的小さい充電電流を検出することができる高感度の電流増幅器を構成する。また、後段オペアンプ10hは比較増幅回路を構成し、後段オペアンプ10hの非反転入力部(+)には初段オペアンプ10gの出力が入力用抵抗10eを介して入力され、その反転入力部(−)には入力電圧フィードバック回路7からのフィードバック信号(オペアンプ7gの出力)が入力抵抗10fを介して入力される。後段オペアンプ10hの出力は、ダイオード10iを介して、スイッチング電源回路8のDCコンバータ8aにフィードバックされる。
The charging
本実施態様によれば、後段オペアンプ10hのダイオード10iを介する出力は、上述した充電電圧フィードバック回路9を構成するオペアンプ9eのダイオード9fを介する出力と共通接続される。すなわち、オペアンプ9eの出力とオペアンプ10hの出力とは、ワイヤードOR形式に共通接続される。これによって、充電電圧Vcを所定電圧値Vsc以下の電圧に抑えながら、太陽電池1による入力電圧Viが充電電流Icの大きさに対応して制御される。各段に使用されるオペアンプ10g、10hは、一般に、半導体集積回路技術により一つのパッケージ(DIPやSOPパッケージ)内に組み込まれたものが使用される。一つのパッケージ内に組み込まれたオペアンプは、さらに多段接続されたオペアンプ回路を含む場合があるので、そのような多段接続されたオペアンプ回路を前段オペアンプ10gとして採用すれば、充電電流の検出感度をさらに改善することができる。
According to this embodiment, the output via the diode 10i of the post-stage operational amplifier 10h is commonly connected to the output via the diode 9f of the operational amplifier 9e constituting the charge voltage feedback circuit 9 described above. That is, the output of the operational amplifier 9e and the output of the operational amplifier 10h are commonly connected in a wired OR format. Thereby, the input voltage Vi by the
このようなフィードバック回路10によれば、シャント抵抗10aに充電電流Icが流れることにより、充電電流(Ic)×シャント抵抗(10a)×(−1)というマイナス電位がオペアンプ10gの非反転入力部(−)に入力される。オペアンプ10gは抵抗10b、10c、10dと共に反転増幅回路を構成しているので、オペアンプ10gの非反転入力部(−)に入力された充電電流Icに比例したマイナス電圧値の10d/10c倍の電圧値がオペアンプ10gから出力され、比較的少ない充電電流でも感度よく検出できる。オペアンプ10gの出力は、オペアンプ10hの非反転入力部(+)に入力される。一方、オペアンプ10hの反転入力部(−)には、入力電圧フィードバック回路7からのフィードバック信号が入力されるので、オペアンプ10hは、充電電流Icの検出信号出力と、入力電圧(太陽電池の出力電圧)Viとを比較する比較増幅回路として動作する。
According to such a
ここで、充電装置40の入力電圧(太陽電池1の出力電圧)Viが入力電圧フィードバック回路7において設定した入力電圧設定Vsiより上昇または下降した場合、オペアンプ7gからのフィードバック出力に基づいてスイッチング電源回路8において充電電圧Vcおよび充電電流Icが制御される。すなわち、充電電圧Vcが所定の設定電圧Vscを超えない範囲内において、オペアンプ10hにおける非反転入力部(+)と反転入力部(−)の入力電位差が零である仮想短絡(イマジナリーショート)となるように、スイッチング電源回路8によってスイッチング制御が行われる。
When the input voltage (output voltage of the solar cell 1) Vi of the charging
このようなスイッチング制御では、もし入力電圧Viが入力電圧設定Vsiより上昇した場合、入力電圧Viが上昇することにより、入力電圧フィードバック回路7におけるオペアンプ7gの両入力部(+)(−)間の釣り合いが取れなくなる。また、オペアンプ7gの出力は、充電電流フィードバック回路10のオペアンプ10hの非反転入力部(+)および反転入力部(−)に入力されているので、オペアンプ10hの両入力部(+)(−)間の釣り合いも取れなくなる。すると、スイッチング電源回路8は、オペアンプ10hからのフィードバック信号に基づきオペアンプ7gおよび10hの入力部間の釣り合いが取れるようにスイッチングを行う。このスイッチングを行うことにより充電電流Icを、入力電圧Viが入力電圧設定値Vsiまで低下するように上昇させる。
In such switching control, if the input voltage Vi rises above the input voltage setting Vsi, the input voltage Vi rises so that both input parts (+) and (−) of the operational amplifier 7g in the input voltage feedback circuit 7 are increased. Unbalanced. Further, since the output of the operational amplifier 7g is inputted to the non-inverting input part (+) and the inverting input part (-) of the operational amplifier 10h of the charging
逆に、入力電圧(太陽電池の電圧)Viが入力電圧フィードバック回路7において設定した入力電圧設定値Vsiより低下した場合は、スイッチング電源回路8は、充電電流Icを、入力電圧Viが入力電圧設定Vsiまで上昇するような値にまで低下させる。このようにして、照射量が増し、太陽電池1の電圧が上昇してきた場合は、充電電流Icを上昇させ、逆に、照射量が減り、太陽電池1の電圧が低下してきた場合は、充電電流Icを低下させるようにスイッチング電源回路8の制御を行う。これによって、太陽電池1の出力電圧Viを充電電圧Vcより高い電圧値を持つ、ある所定の設定値Vsi(最適出力動作点Vmax付近の電圧)に制御する。
Conversely, when the input voltage (solar cell voltage) Vi drops below the input voltage setting value Vsi set in the input voltage feedback circuit 7, the switching power supply circuit 8 sets the charging current Ic and the input voltage Vi sets the input voltage. Decrease to a value that increases to Vsi. In this way, when the irradiation amount increases and the voltage of the
マイコン11は、CPU11aと、出力ポート11b、11c、11dと、A/Dポート11e、11fと、図示されていないROM、RAM等のメモリ部とから構成され、各種の検出入力信号に基づいて各種の制御信号を出力する。なお、マイコン11のメモリ部(図示なし)には、電池パック3の電池種判別データ、電池温度データ、充電電圧データ等を記憶保持し、かつ太陽電池モジュール1の電池種に関するデータを記憶保持する。
電池電圧検出回路12は、充電出力回路を横切って直列接続された抵抗12a、12bから構成され、両者の抵抗12a、12bによって分圧された電圧をマイコン11のA/Dポート11fに入力することにより、電池電圧を判別する。
The
The battery
充電オン・オフ回路13は、充電経路をオン・オフ(ON・OFF)するための回路で、PNPトランジスタ13eおよびNPNトランジスタ13fから成る2つの半導体スイッチング素子を含み、NPNトランジスタ13fのバイアス抵抗13a、13b、およびPNPトランジスタ13eのバイアス抵抗13cおよび13dから構成される。
The charging on / off
充電を行う場合は、マイコン11の抵抗13aに連なる出力ポート11bからハイ信号(H信号)を出力することにより、NPNトランジスタ13fをONさせる。NPNトランジスタ13fをONさせるとPNPトランジスタ13eもONすることによって、スイッチング電源回路8を含む充電回路が電池パック(二次電池)3に電気的接続されて、電池パック3が充電される。逆に、充電を終了する場合は、マイコン11の抵抗13aに連なる出力ポート11bからロー信号(L信号)を出力することにより、NPNトランジスタ13fをOFFさせる。NPNトランジスタ13fをOFFさせることによってPNPトランジスタ13eもOFFさせて充電回路と電池パック3との間の充電経路を遮断し、充電を終了させる。
When charging, the NPN transistor 13f is turned on by outputting a high signal (H signal) from the output port 11b connected to the resistor 13a of the
充電状態表示回路14は、充電中か否かをユーザーに報知するための充電状態表示回路である。抵抗14a、14b、14cと、LED14dと、NチャンネルFET14eとから構成される。充電中において、マイコン11の抵抗14bに連なる出力ポート11cからハイ信号を出力することにより、NチャンネルFET14eをONさせ、LED14dを点灯させる。逆に、充電していない時は、マイコン11の抵抗14bに連なる出力ポート11cからロー信号を出力することにより、NチャンネルFET14eをOFFさせてLED14dを消灯させる。
The charge state display circuit 14 is a charge state display circuit for notifying the user whether or not charging is in progress. It comprises
入力電圧検出回路15は、太陽電池1から充電装置40に入力される入力電圧Viを検出するための検出回路であり、抵抗15aおよび15bの分圧抵抗から成る。入力電圧は抵抗15aと15bによって分圧され、その分圧値をマイコン11のA/Dポート11fに入力することによって、マイコン11によって入力電圧を判別する。
The input voltage detection circuit 15 is a detection circuit for detecting an input voltage Vi input from the
太陽電池種判別手段16は、接続部41に接続される太陽電池1aの特性を判別するための太陽電池種判別手段であり、抵抗16aから構成される。太陽電池モジュール1の太陽電池種(1a)は、抵抗16aと、太陽電池モジュール1内に設定された太陽電池種判別素子を構成する抵抗1bとで、定電源電圧Vccを分圧した値を、マイコン11のA/Dポート11fに入力することによって、マイコン内のメモリに記憶されたデータと比較し、判別する。ここでいう太陽電池種とは、先に図1を参照して説明したように、動作点の異なる複数の太陽電池A、BおよびCを指すものとする。太陽電池1で効率良く充電を行うには、最適出力動作点付近で太陽電池の電圧を制御する必要があり、太陽電池種を判別するのは、この動作点を判断するためである。
The solar cell type discriminating means 16 is a solar cell type discriminating means for discriminating the characteristics of the solar cell 1a connected to the connecting
<充電装置の動作について>
次に、図2の回路ブロック図、図3の制御フローチャートを参照して本発明の実施形態に係る充電装置40の動作について説明する。
まず、入力電源である太陽電池1が充電装置40に接続されると、充電装置40が太陽電池1を電源として動作状態になる。
<About the operation of the charging device>
Next, the operation of the charging
First, when the
電池パック3の二次電池3aが実装される前において充電が行われていない状態をユーザーに報知するために、充電状態表示回路14のLED14dは消灯状態となっている(ステップ401)。この場合、LED14dを消灯するために、マイコン11の抵抗14bと連なる出力ポート11cからロー信号を出力し、FET14eをOFFさせる。
In order to notify the user that the battery is not charged before the secondary battery 3a of the
次に、電池パック3が充電装置40に実装されたか否かを判別する。電池パック3の接続は、例えば、マイコン11のA/Dポート11eに入力される電池温度検出手段4の検出信号の変化によって判別する(ステップ402)。
Next, it is determined whether or not the
次に、電池種検出手段4からの検出信号に基づき、電池パック3の電池種を判別する(ステップ403)。電池パック3の電池種は電池パック3内の電池種判別素子3bの抵抗値に対応して設定されており、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニカド電池等の構造上における種類の違いや、同じ構造の電池パック3でも、リチウムイオン二次電池のように、14.4Vまたは18V等のように電圧範囲の違い、または電池パック3内の電池の組数に基づいて電池種判別素子3bの抵抗値が設定される。
Next, the battery type of the
次に、太陽電池種判別手段16からの検出信号に基づき、太陽電池1の電池種を判別する(ステップ404)。例えば、図1に示めした複数種の太陽電池A、B、Cの判別例について説明すれば、上述したように、セルが2枚直列接続された太陽電池Aは、セル1枚の最適出力動作点をVmaxとすれば、最適動作電圧が2Vmaxとなり、同様に、太陽電池BおよびCは、それぞれ4枚、6枚が直列接続されたものであり、それらの最適出力動作点は、4Vmaxおよび6Vmaxとなる。したがって、太陽電池種判別手段16からの検出信号に基づき太陽電池1の電池種を判別する必要があり、上記太陽電池A、B、Cにおいては、太陽電池種判別素子として機能する抵抗1bの抵抗値を互いに異なる抵抗値a、b、cに設定することにより、太陽電池種を判別する。
Next, based on the detection signal from the solar cell type discriminating means 16, the battery type of the
このような太陽電池モジュール1に設置された太陽電池種判別素子1bに基づく太陽電池種の検出法は一例として例示すものであり、他の判別法に従ってもよい。例えば、入力電圧検出手段15によって太陽電池モジュール1の太陽電池1aの電圧Viを検出し、検出された太陽電池の電圧Viに基づき太陽電池種類を判別する方法がある。例えば、充電前の太陽電池電圧が、V1〜V2(ただし、V1<V2)の範囲にある場合は太陽電池Aと判断し、V2〜V3(ただし、V2<V3)の範囲にある場合は太陽電池Bと判断し、V3〜V4(ただし、V3<V4)の範囲にある場合は太陽電池Cと判断することができる。
Such a solar cell type detection method based on the solar cell type discrimination element 1b installed in the
次に、ステップ404において検出された太陽電池モジュール1の太陽電池種に基づいて、制御すべき充電装置40の入力電圧Viの設定値Vsiを設定する(ステップ405)。例えば、ステップ404において太陽電池種判別手段16によって接続された太陽電池が太陽電池Aであると判別した場合、入力電圧Viの設定値Vsiを上述した第3入力電圧設定値Vsi=2Vmaxに設定するために、マイコン11の抵抗7eに連なる出力ポート11dからロー信号を出力する。同様に、接続された太陽電池モジュール1の電池種が太陽電池Bであると判別した場合、入力電圧Viの設定値Vsiを上述した第2入力電圧設定値Vsi=4Vmaxに設定するためにマイコン11の抵抗7fに連なる出力ポート11dからロー信号を出力する。また、同様にして太陽電池Cであると判別した場合、入力電圧Viの設定値Vsiを上述した第1入力電圧設定値Vsi=6Vmaxに設定するために、マイコン11の抵抗7eおよび7fに連なる出力ポート11dから信号を出力しないようにハイ信号(オープン状態)に保持する。
Next, the set value Vsi of the input voltage Vi of the charging
次に、充電を開始する(ステップ406)。充電の開始は、マイコン11の抵抗13aに連なる出力ポート11bからハイ信号を出力することにより、NPNトランジスタ13fおよびPNPトランジスタ13eをONさせ、スイッチング電源回路8と電池パック3を接続する充電経路を導通状態とすることによって行われる。
Next, charging is started (step 406). Charging is started by outputting a high signal from the output port 11b connected to the resistor 13a of the
充電を開始したら、充電の開始をユーザーに報知するために、充電状態表示回路14のLED14dを、例えば、赤色に点灯させる(ステップ407)。LED14dを点灯させるには、マイコン11の抵抗14bに連なる出力ポート11cからハイ信号を出力し、FET14eをONさせる。
When charging is started, the LED 14d of the charging state display circuit 14 is lit in red, for example, in order to notify the user of the start of charging (step 407). To turn on the LED 14d, a high signal is output from the output port 11c connected to the resistor 14b of the
充電開始後は、満充電か否かを判別する(ステップ408)。満充電の判別方法は周知の方法が採用できる。本実施形態における満充電判別方法の一例では、例えば、電池パック3がリチウムイオン二次電池3aを充電する場合、電池電圧検出回路12において検出される電池電圧が所定値に達した場合に満充電と判別する。
After the start of charging, it is determined whether or not the battery is fully charged (step 408). A well-known method can be adopted as a method for determining full charge. In an example of the full charge determination method in the present embodiment, for example, when the
この際の満充電と判別する電池電圧の所定値は、ステップ403において検出した電池種に基づき、例えば、4セルのリチウムイオン二次電池3aであれば、4セル×4.2V=16.8V、5セルのリチウムイオン二次電池3aであれば、5セル×4.2V=21Vのように、1セル当り4.2Vに設定すればよい。なお、設定する所定値は、このような電圧値に限られるものではない。また、ニカド電池の場合は、例えば、電池温度検出手段5において検出される電池温度が、充電中において所定温度以上に達したら充電を満充電と判別する方法が採用できる。
The predetermined value of the battery voltage determined as full charge at this time is based on the battery type detected in
ステップ408において、満充電と判別した場合は、充電を終了する(ステップ409)。充電の終了は、マイコン11の抵抗13aと連なる出力ポート11bからロー信号を出力することにより、NPNトランジスタ13fおよびPNPトランジスタ13eをOFFさせ、スイッチング電源回路8と電池パック3との充電経路を遮断するとによって行われる。ステップ409において充電を終了させたら、充電が終了したことをユーザーの報知するために充電状態表示回路14のLED14dを消灯させる(ステップ410)。LED14dを消灯するにはマイコン11の抵抗14bに連なる出力ポート11cからロー信号を出力し、FET14eをOFFさせる。
If it is determined in
次に、電池パック3が充電装置40から抜かれたか否かを判別し(ステップ411)、抜かれた場合はステップ401に戻る。
Next, it is determined whether or not the
以上の実施形態の説明から明らかにされるように、本発明によれば、複数の太陽電池(A、B、C)から選択された一つを入力電源とした充電装置(40)を提供することができ、かつ入力電源となる複数の太陽電池(1)の出力特性に応じて太陽電池の出力特性における動作点(出力電圧Viおよび出力電流Ii)を最適出力動作点に制御することができる。これによって、太陽電池による充電効率を向上させることができる。 As will be apparent from the above description of the embodiment, according to the present invention, a charging device (40) using one selected from a plurality of solar cells (A, B, C) as an input power supply is provided. The operating point (output voltage Vi and output current Ii) in the output characteristics of the solar cell can be controlled to the optimum output operating point according to the output characteristics of the plurality of solar cells (1) serving as input power sources. . Thereby, the charging efficiency by a solar cell can be improved.
また、太陽電池の最適出力動作点を得るための電圧設定(Vsi)および電流設定(Isi)は、オペアンプで構成する入力電圧フィードバック回路(7)、およびオペアンプで構成する充電電流フィードバック回路(10)を採用するので、比較的簡単な回路構成により充電効率を向上させることができる。 The voltage setting (Vsi) and the current setting (Isi) for obtaining the optimum output operating point of the solar cell are an input voltage feedback circuit (7) constituted by an operational amplifier and a charging current feedback circuit (10) constituted by the operational amplifier. Therefore, charging efficiency can be improved with a relatively simple circuit configuration.
さらに、充電電流フィードバック回路(10)は、充電電流を検出して増幅するための初段オペアンプ(10g)を使用する反転増幅器と、充電電流(Ii)の設定誤差信号と入力電圧(Vi)の設定誤差信号とを比較する、後段オペアンプ(10h)を使用する比較増幅器とを多段接続しているので、充電電流(Ii)の設定誤差信号と入力電圧(Vi)の設定誤差信号の合成回路を比較的簡単に構成することができる。また、特に、充電電流が小電流でも、充電電流の検出は前段オペアンプによって検出され、後段オペアンプによって入力電圧設定の誤差信号と合成されるので、太陽電池による充電方式として最適である。 Further, the charging current feedback circuit (10) includes an inverting amplifier using a first-stage operational amplifier (10g) for detecting and amplifying the charging current, a setting error signal of the charging current (Ii), and setting of the input voltage (Vi). Since a comparison amplifier using a post-stage operational amplifier (10h) that compares the error signal is connected in multiple stages, the combination circuit of the setting error signal of the charging current (Ii) and the setting error signal of the input voltage (Vi) is compared. It can be configured easily. In particular, even when the charging current is small, the charging current is detected by the front-stage operational amplifier, and is combined with the error signal of the input voltage setting by the rear-stage operational amplifier.
なお、上記実施形態の説明では、電池パックの二次電池としてリチウムイオン二次電池を充電する例について述べたが、ニカド電池のような他の二次電池で構成される電池パックの充電装置にも適用しても同様な効果を得ることができる。 In the description of the above embodiment, an example in which a lithium ion secondary battery is charged as a secondary battery of the battery pack has been described. However, in a battery pack charging device configured with another secondary battery such as a Nicad battery. The same effect can be obtained even if the above is applied.
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲内で変更することが可能である。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described on the basis of the embodiment. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be changed without departing from the gist thereof. is there.
1:太陽電池モジュール 1b:太陽電池種判別素子 2:補助電源
2a:DCコンバータ 2b:PチャンネルFET 2c:整流ダイオード
2d:コイル 2e:平滑コンデンサ 2f、2g:抵抗 3:電池パック
3a:電池組(二次電池) 3b:電池種判別素子(抵抗)
3c:感温素子(サーミスタ) 4:電池種判別手段 4a:抵抗
5:電池温度検出手段 5a、5b:抵抗 6:平滑コンデンサ
7:入力電圧フィードバック回路 7a、7b、7c、7d、7e、7f:抵抗
7g:オペアンプ 8:スイッチング電源回路 8a:DCコンバータ
8b:PチャンネルFET 8c:整流ダイオード 8d:コイル
8e:平滑コンデンサ 9:充電電圧フィードバック回路
9a、9b、9c、9d:抵抗 9e:オペアンプ 9f:ダイオード
10:充電電流フィードバック回路 10a:シャント抵抗
10b、10c、10d、10f:抵抗 10g、10h:オペアンプ
10i:ダイオード 11:マイコン 11a:CPU
11b、11c、11d:出力ポート 11e、11f:A/Dポート
12:電池電圧検出回路 12a、12b:抵抗 13:充電ON・OFF回路
13a、13b、13c、13d:抵抗 13e:PNPトランジスタ
13f:NPNトランジスタ 14:充電状態表示回路
14a、14b、14c:抵抗 14d:LED 14e:NチャンネルFET
15:入力電圧検出回路 15a、15b:抵抗 16:太陽電池種判別手段
16a:抵抗 40:充電装置 41、42:接続部
1: Solar cell module 1b: Solar cell type discriminating element 2: Auxiliary power supply 2a: DC converter 2b: P channel FET 2c:
3c: Temperature sensing element (thermistor) 4: Battery type discrimination means 4a: Resistance 5: Battery temperature detection means 5a, 5b: Resistance 6: Smoothing capacitor 7: Input voltage feedback circuit 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f: Resistor 7g: operational amplifier 8: switching power supply circuit 8a: DC converter 8b: P-channel FET 8c: rectifier diode 8d: coil 8e: smoothing capacitor 9: charging voltage feedback circuits 9a, 9b, 9c, 9d: resistor 9e: operational amplifier 9f: diode 10: charging current feedback circuit 10a:
11b, 11c, 11d: Output port 11e, 11f: A / D port 12: Battery
15: Input voltage detection circuit 15a, 15b: Resistance 16: Solar cell type discriminating means 16a: Resistance 40: Charging
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009048855A JP2010206912A (en) | 2009-03-03 | 2009-03-03 | Charger |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009048855A JP2010206912A (en) | 2009-03-03 | 2009-03-03 | Charger |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010206912A true JP2010206912A (en) | 2010-09-16 |
Family
ID=42967833
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009048855A Pending JP2010206912A (en) | 2009-03-03 | 2009-03-03 | Charger |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010206912A (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013046314A1 (en) | 2011-09-27 | 2013-04-04 | トヨタ自動車株式会社 | Power supply system and method for controlling same |
CN103094947A (en) * | 2011-11-02 | 2013-05-08 | 索尼公司 | Control system, control apparatus and control method |
JP2014135846A (en) * | 2013-01-10 | 2014-07-24 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | Switching power-supply device |
JP2014135847A (en) * | 2013-01-10 | 2014-07-24 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | Switching power-supply device |
JP2015082198A (en) * | 2013-10-22 | 2015-04-27 | トヨタ自動車株式会社 | Photovoltaic power system and photovoltaic power system control method |
JPWO2015137099A1 (en) * | 2014-03-14 | 2017-04-06 | 株式会社村田製作所 | Charging circuit and module using the same |
CN111327104A (en) * | 2020-02-28 | 2020-06-23 | 中兴能源有限公司 | Solar charging control circuit and method |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000287382A (en) * | 1999-03-30 | 2000-10-13 | Matsushita Electric Works Ltd | Battery charge-discharge device |
JP2006310400A (en) * | 2005-04-26 | 2006-11-09 | Kyocera Corp | Solar-cell controller and ventilating system using it |
-
2009
- 2009-03-03 JP JP2009048855A patent/JP2010206912A/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000287382A (en) * | 1999-03-30 | 2000-10-13 | Matsushita Electric Works Ltd | Battery charge-discharge device |
JP2006310400A (en) * | 2005-04-26 | 2006-11-09 | Kyocera Corp | Solar-cell controller and ventilating system using it |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013046314A1 (en) | 2011-09-27 | 2013-04-04 | トヨタ自動車株式会社 | Power supply system and method for controlling same |
US9236736B2 (en) | 2011-09-27 | 2016-01-12 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Power supply system and method for controlling the same |
CN103094947A (en) * | 2011-11-02 | 2013-05-08 | 索尼公司 | Control system, control apparatus and control method |
JP2013099156A (en) * | 2011-11-02 | 2013-05-20 | Sony Corp | Control system, control apparatus and control method |
JP2014135846A (en) * | 2013-01-10 | 2014-07-24 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | Switching power-supply device |
JP2014135847A (en) * | 2013-01-10 | 2014-07-24 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | Switching power-supply device |
JP2015082198A (en) * | 2013-10-22 | 2015-04-27 | トヨタ自動車株式会社 | Photovoltaic power system and photovoltaic power system control method |
US10063090B2 (en) | 2013-10-22 | 2018-08-28 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Solar power generation device and control method of solar power generation device |
JPWO2015137099A1 (en) * | 2014-03-14 | 2017-04-06 | 株式会社村田製作所 | Charging circuit and module using the same |
US10461571B2 (en) | 2014-03-14 | 2019-10-29 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Charging circuit and module using the same |
CN111327104A (en) * | 2020-02-28 | 2020-06-23 | 中兴能源有限公司 | Solar charging control circuit and method |
CN111327104B (en) * | 2020-02-28 | 2022-03-01 | 中兴能源有限公司 | Solar charging control circuit and method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101043151B (en) | Circuit and method for controlling dc-dc converter | |
JP2010206912A (en) | Charger | |
CN101716762B (en) | Battery monitoring system for electric power tool, battery pack for electric power tool, and battery charger for electric power tool | |
JP4507191B2 (en) | Battery charger | |
US6452362B1 (en) | Apparatus and method for controlling power supply to a battery-powered electronic device | |
JP5275176B2 (en) | Battery pack and its function stop method | |
JP4533329B2 (en) | Semiconductor integrated circuit for charge control and charging device using the semiconductor integrated circuit for charge control | |
CN101252286B (en) | Charge-discharge control circuit and charging type power apparatus | |
US7560898B1 (en) | Apparatus and method for dual source, single inductor magnetic battery charger | |
US6191498B1 (en) | Power-supplying device for generating different voltage outputs | |
US20060255768A1 (en) | Battery protecting circuit | |
KR101905075B1 (en) | Battery pack and internal voltage generation circuit | |
WO2009051415A2 (en) | Battery management system with integration of voltage sensor and charge equalizer | |
US7652450B2 (en) | Secondary battery charging device | |
US20110025255A1 (en) | Solar Power System For Charging Battery Pack | |
JP5605143B2 (en) | Current control circuit | |
JP4434108B2 (en) | Charger | |
US20060250112A1 (en) | Battery charger | |
JP2007110820A (en) | Battery pack | |
US20150311730A1 (en) | Charging Device | |
KR20130061019A (en) | Battery pack | |
JP4605166B2 (en) | Battery pack | |
JP2010206911A (en) | Charger | |
JP2010206910A (en) | Charging unit | |
JP4432981B2 (en) | Battery pack |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110916 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130508 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130516 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20131003 |