JP2011199949A - 時比率制御が可能な直列接続蓄電セル用均一充電器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の充電器においては、直列接続された各々の蓄電セルに対し、並列にダイオードとインダクタとを接続する。さらに、均等化用キャパシタを当該ダイオードとインダクタとの中間点に接続することにより、蓄電セルと均等化用キャパシタとの間を流れる充放電電流のうちいずれか一方がインダクタを経由するよう構成する。さらには、スイッチング電源回路内において、前記充放電電流のうちインダクタによって平滑化されない電流の流れる経路上に追加的インダクタを備えることにより、キャパシタの充放電電流が突入電流状となることを完全に防止する。
【選択図】図8
Description
図8は、本発明の第1実施例としての充電器1を示した回路図である。B1〜B3はコンデンサ、二次電池、電気二重層キャパシタ等の蓄電セル、C1〜C3は均等化用のキャパシタ、D1〜D3はダイオード、L1〜L3はインダクタである。さらに、本実施例の充電器1は、直流電源Vin、スイッチQ1、及びインダクタLinからなるスイッチング電源回路を備えている。Q1をスイッチングすることにより、スイッチング電源回路からはパルス状の交流電圧が出力され、これにより各蓄電セルを充電することができる。
次に、蓄電セルB1〜B3を充電するときの、充電器1の動作を説明する。
dVi=(1−d)(VC1+VD+VB1−Vi) …(1)
dVC1=(1−d)(VB1+VD) …(2)
d(VB1−VC2)=(1−d)(VB2+VD)
=(1−d)(VC2+VC1+VD) …(3)
d(VB1+VB2−VC3)
=(1−d)(VB3+VD)
=(1−d)(VC3−VC2+VD) …(4)
VB1=VB2=VB3={d/(1−d)}Vi−VD …(5)
図12は、本発明の第2実施例としての充電器1を示した回路図である。図12の充電器と図8の充電器とでは、均等化用キャパシタの接続態様が異なる。具体的に、図12の充電器において、キャパシタC1は図8と同様に第1のダイオード−インダクタ回路におけるダイオードとインダクタの中間点とスイッチング電源回路との間に接続されているが、一方でキャパシタC2とC3とは、図8の構成とは異なり、第1及び第2のダイオード−インダクタ回路の各中間点の間と、第2及び第3のダイオード−インダクタ回路の各中間点の間とに、それぞれ接続されている。
次に、蓄電セルB1〜B3を充電するときの、充電器1の動作を説明する。
図15は、本発明の第3実施例としての充電器1を示した回路図である。図15の充電器は、図8に示す充電器において、各ダイオード−インダクタ回路内のダイオードとインダクタとの位置を交換し、さらにスイッチング電源回路内のスイッチQ1とインダクタLinとの位置を交換したものである。
次に、蓄電セルB1〜B3を充電するときの、充電器1の動作を説明する。
図21は、本発明の第4実施例としての充電器1を示した回路図である。図21の充電器は、図12に示す充電器において、各ダイオード−インダクタ回路内のダイオードとインダクタとの位置を交換し、さらにスイッチング電源回路内のスイッチQ1とインダクタLinとの位置を交換したものである。
次に、蓄電セルB1〜B3を充電するときの、充電器1の動作を説明する。
次に、図36を用いて充電システム2の構成及び動作を説明する。図36は、図8で示された実施例1の充電器に対して、B1〜B3の蓄電セルの電圧を検出する電圧検出回路と、検出結果と基準電圧を比較して差分に応じた信号を出力する比較演算回路と、比較結果に基づいてスイッチング電源回路の時比率dを制御するための時比率制御回路と、を接続してなる充電システム2を示している。
次に、図36を用いて充電システム2の動作を説明する。
また、従来のコッククロフトウォルトン回路が使われている各種装置ならびにマルチレベルインバータ等、複数個の直列に接続されたコンデンサの電圧を均等に維持することが望ましい用途においても本発明技術を適用することが出来る。
2 充電システム
B1〜B4 蓄電セル
C1〜C6 均等化用キャパシタ
D1〜D6 ダイオード
L1〜L6,Lin インダクタ
Vin 直流電源
Q1〜Q4 スイッチ
Claims (18)
- 直列接続された第1から第n(nは2以上の整数)の蓄電セルと、
直流電源とスイッチとインダクタとを含み、該スイッチのオン、オフの時比率に対応する電圧へと、前記第1から第nの蓄電セルを充電するスイッチング電源回路と、
ダイオードと該ダイオードのアノードに接続されたインダクタとからなり、前記第1から第nの蓄電セルのそれぞれに対して並列に接続された、第1から第nのダイオード−インダクタ回路であって、それぞれのインダクタからダイオードへと向かう極性の電流を遮断しないよう直列接続された、該第1から第nのダイオード−インダクタ回路と、
前記第1から第nのダイオード−インダクタ回路のそれぞれにおけるダイオードとインダクタの中間点と前記スイッチング電源回路との間に接続された、第1から第nのキャパシタと
を備え、
前記スイッチング電源回路における前記インダクタを、前記第1から第nのダイオード−インダクタ回路におけるいずれかのダイオードを経由して前記第1から第nのキャパシタのそれぞれから流れる電流の経路上に備えることにより、該電流が突入電流状になることを防止することを特徴とする、
充電器。 - 直列接続された第1から第n(nは2以上の整数)の蓄電セルと、
直流電源とスイッチとインダクタとを含み、該スイッチのオン、オフの時比率に対応する電圧へと、前記第1から第nの蓄電セルを充電するスイッチング電源回路と、
ダイオードと該ダイオードのアノードに接続されたインダクタとからなり、前記第1から第nの蓄電セルのそれぞれに対して並列に接続された、第1から第nのダイオード−インダクタ回路であって、それぞれのインダクタからダイオードへと向かう極性の電流を遮断しないよう直列接続された、該第1から第nのダイオード−インダクタ回路と、
前記第1のダイオード−インダクタ回路におけるダイオードとインダクタの中間点と、前記スイッチング電源回路と、の間に接続された、第1のキャパシタと、
第k−1(kは2以上n以下の整数)のダイオード−インダクタ回路におけるダイオードとインダクタの中間点と、第kの前記ダイオード−インダクタ回路におけるダイオードとインダクタの中間点と、の間に接続された第kのキャパシタとして2以上n以下のそれぞれのkに対して与えられる、第2から第nのキャパシタと
を備え、
前記スイッチング電源回路における前記インダクタを、前記第1から第nのダイオード−インダクタ回路におけるいずれかのダイオードを経由して前記第1から第nのキャパシタのそれぞれから流れる電流の経路上に備えることにより、該電流が突入電流状になることを防止することを特徴とする、
充電器。 - 直列接続された第1から第n(nは2以上の整数)の蓄電セルと、
直流電源とスイッチとインダクタとを含み、該スイッチのオン、オフの時比率に対応する電圧へと、前記第1から第nの蓄電セルを充電するスイッチング電源回路と、
ダイオードと該ダイオードのカソードに接続されたインダクタとからなり、前記第1から第nの蓄電セルのそれぞれに対して並列に接続された、第1から第nのダイオード−インダクタ回路であって、それぞれのダイオードからインダクタへと向かう極性の電流を遮断しないよう直列接続された、該第1から第nのダイオード−インダクタ回路と、
前記第1から第nのダイオード−インダクタ回路のそれぞれにおけるダイオードとインダクタの中間点と前記スイッチング電源回路との間に接続された、第1から第nのキャパシタと
を備え、
前記スイッチング電源回路における前記インダクタを、前記第1から第nのダイオード−インダクタ回路におけるいずれかのダイオードを経由して前記第1から第nのキャパシタのそれぞれへと流れる電流の経路上に備えることにより、該電流が突入電流状になることを防止することを特徴とする、
充電器。 - 直列接続された第1から第n(nは2以上の整数)の蓄電セルと、
直流電源とスイッチとインダクタとを含み、該スイッチのオン、オフの時比率に対応する電圧へと、前記第1から第nの蓄電セルを充電するスイッチング電源回路と、
ダイオードと該ダイオードのカソードに接続されたインダクタとからなり、前記第1から第nの蓄電セルのそれぞれに対して並列に接続された、第1から第nのダイオード−インダクタ回路であって、それぞれのダイオードからインダクタへと向かう極性の電流を遮断しないよう直列接続された、該第1から第nのダイオード−インダクタ回路と、
前記第1のダイオード−インダクタ回路におけるダイオードとインダクタの中間点と、前記スイッチング電源回路と、の間に接続された、第1のキャパシタと、
第k−1(kは2以上n以下の整数)のダイオード−インダクタ回路におけるダイオードとインダクタの中間点と、第kの前記ダイオード−インダクタ回路におけるダイオードとインダクタの中間点と、の間に接続された第kのキャパシタとして2以上n以下のそれぞれのkに対して与えられる、第2から第nのキャパシタと
を備え、
前記スイッチング電源回路における前記インダクタを、前記第1から第nのダイオード−インダクタ回路におけるいずれかのダイオードを経由して前記第1から第nのキャパシタのそれぞれへと流れる電流の経路上に備えることにより、該電流が突入電流状になることを防止することを特徴とする、
充電器。 - 前記第1のキャパシタと前記スイッチング電源回路とを結ぶ経路上の任意の1点と、前記第1から第nのダイオード−インダクタ回路のそれぞれにおけるダイオードとインダクタの中間点と、のうち、任意の2点間に接続されたキャパシタを1以上備えることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の充電器。
- 直列接続された第1から第n(nは2以上の整数)の蓄電セルと、
ダイオードと該ダイオードのアノードに接続されたインダクタとからなり、前記第1から第nの蓄電セルのそれぞれに対して並列に接続された、第1から第nのダイオード−インダクタ回路であって、それぞれのインダクタからダイオードへと向かう極性の電流を遮断しないよう直列接続された、該第1から第nのダイオード−インダクタ回路と、
直流電源とスイッチとインダクタとを含み、該スイッチのオン、オフの時比率に対応する電圧へと、前記第1から第nの蓄電セルを充電するスイッチング電源回路であって、第m(mは1以上n−1以下の整数)のダイオード−インダクタ回路と第m+1のダイオード−インダクタ回路との接続点に対して接続された、該スイッチング電源回路と、
第k(kは1以上n以下の整数)のダイオード−インダクタ回路におけるダイオードとインダクタの中間点と前記スイッチング電源回路との間に接続された第kのキャパシタとして、1以上n以下のそれぞれのkに対して与えられる、第1から第nのキャパシタと
を備え、
前記スイッチング電源回路における前記インダクタを、前記第1から第nのダイオード−インダクタ回路におけるいずれかのダイオードを経由して前記第1から第nのキャパシタのそれぞれから流れる電流の経路上に備えることにより、該電流が突入電流状になることを防止することを特徴とする、
充電器。 - 直列接続された第1から第n(nは2以上の整数)の蓄電セルと、
ダイオードと該ダイオードのアノードに接続されたインダクタとからなり、前記第1から第nの蓄電セルのそれぞれに対して並列に接続された、第1から第nのダイオード−インダクタ回路であって、それぞれのインダクタからダイオードへと向かう極性の電流を遮断しないよう直列接続された、該第1から第nのダイオード−インダクタ回路と、
直流電源とスイッチとインダクタとを含み、該スイッチのオン、オフの時比率に対応する電圧へと、前記第1から第nの蓄電セルを充電するスイッチング電源回路であって、第m(mは1以上n−1以下の整数)のダイオード−インダクタ回路と第m+1のダイオード−インダクタ回路との接続点に対して接続された、該スイッチング電源回路と、
第k(kは1以上n−1以下の整数)のダイオード−インダクタ回路におけるダイオードとインダクタの中間点と、第k+1の前記ダイオード−インダクタ回路におけるダイオードとインダクタの中間点と、の間に接続された第kのキャパシタとして1以上n−1以下のそれぞれのkに対して与えられるキャパシタよりなる、第1から第n−1のキャパシタであって、該第1から第n−1のキャパシタのうち、第mのキャパシタは、前記スイッチング電源回路を介して互いに接続された少なくとも2つの蓄電素子を含む、キャパシタと、
を備え、
前記スイッチング電源回路における前記インダクタを、前記第1から第nのダイオード−インダクタ回路におけるいずれかのダイオードを経由して前記第1から第n−1のキャパシタのそれぞれから流れる電流の経路上に備えることにより、該電流が突入電流状になることを防止することを特徴とする、
充電器。 - 直列接続された第1から第n(nは2以上の整数)の蓄電セルと、
ダイオードと該ダイオードのカソードに接続されたインダクタとからなり、前記第1から第nの蓄電セルのそれぞれに対して並列に接続された、第1から第nのダイオード−インダクタ回路であって、それぞれのダイオードからインダクタへと向かう極性の電流を遮断しないよう直列接続された、該第1から第nのダイオード−インダクタ回路と、
直流電源とスイッチとインダクタとを含み、該スイッチのオン、オフの時比率に対応する電圧へと、前記第1から第nの蓄電セルを充電するスイッチング電源回路であって、第m(mは1以上n−1以下の整数)のダイオード−インダクタ回路と第m+1のダイオード−インダクタ回路との接続点に対して接続された、該スイッチング電源回路と、
第k(kは1以上n以下の整数)のダイオード−インダクタ回路におけるダイオードとインダクタの中間点と前記スイッチング電源回路との間に接続された第kのキャパシタとして、1以上n以下のそれぞれのkに対して与えられる、第1から第nのキャパシタと
を備え、
前記スイッチング電源回路における前記インダクタを、前記第1から第nのダイオード−インダクタ回路におけるいずれかのダイオードを経由して前記第1から第nのキャパシタのそれぞれへと流れる電流の経路上に備えることにより、該電流が突入電流状になることを防止することを特徴とする、
充電器。 - 直列接続された第1から第n(nは2以上の整数)の蓄電セルと、
ダイオードと該ダイオードのカソードに接続されたインダクタとからなり、前記第1から第nの蓄電セルのそれぞれに対して並列に接続された、第1から第nのダイオード−インダクタ回路であって、それぞれのダイオードからインダクタへと向かう極性の電流を遮断しないよう直列接続された、該第1から第nのダイオード−インダクタ回路と、
直流電源とスイッチとインダクタとを含み、該スイッチのオン、オフの時比率に対応する電圧へと、前記第1から第nの蓄電セルを充電するスイッチング電源回路であって、第m(mは1以上n−1以下の整数)のダイオード−インダクタ回路と第m+1のダイオード−インダクタ回路との接続点に対して接続された、該スイッチング電源回路と、
第k(kは1以上n−1以下の整数)のダイオード−インダクタ回路におけるダイオードとインダクタの中間点と、第k+1の前記ダイオード−インダクタ回路におけるダイオードとインダクタの中間点と、の間に接続された第kのキャパシタとして1以上n−1以下のそれぞれのkに対して与えられるキャパシタよりなる、第1から第n−1のキャパシタであって、該第1から第n−1のキャパシタのうち、第mのキャパシタは、前記スイッチング電源回路を介して互いに接続された少なくとも2つの蓄電素子を含む、キャパシタと、
を備え、
前記スイッチング電源回路における前記インダクタを、前記第1から第nのダイオード−インダクタ回路におけるいずれかのダイオードを経由して前記第1から第n−1のキャパシタのそれぞれへと流れる電流の経路上に備えることにより、該電流が突入電流状になることを防止することを特徴とする、
充電器。 - 請求項1乃至9のいずれかに記載の充電器における、前記ダイオード−インダクタ回路、前記キャパシタ、及び前記スイッチング電源回路の組を、前記第1から第nの蓄電セルに対し2以上接続したことを特徴とする、充電器。
- 請求項1乃至10のいずれか一項に記載の充電器において、前記ダイオードのうち少なくとも一つをスイッチに置き換えたことを特徴とする充電器。
- 前記第1から第nの蓄電セルのうち少なくとも1つは、コンデンサ、二次電池、又は電気二重層キャパシタを含む、請求項1乃至11のいずれか一項に記載の充電器。
- 請求項1乃至12のいずれか一項に記載の充電器と、
前記蓄電セルのうち少なくとも1つの電圧を検出する蓄電セル電圧検出回路と、
前記蓄電セル電圧検出回路が検出した電圧を基準電圧と比較する比較演算回路と、
前記比較演算回路による比較の結果に基づいて前記スイッチング電源回路における前記スイッチのオン、オフの時比率を制御する時比率制御回路と
を備え、
前記時比率を制御することにより、前記蓄電セルの充電電圧を所望の電圧へと調整することを特徴とする、充電システム。 - 請求項1乃至12のいずれか一項に記載の充電器と、
前記蓄電セルのうち少なくとも1つを流れる電流を検出する蓄電セル電流検出回路と、
前記蓄電セル電流検出回路が検出した電流を基準電流と比較する比較演算回路と、
前記比較演算回路による比較の結果に基づいて前記スイッチング電源回路における前記スイッチのオン、オフの時比率を制御する時比率制御回路と
を備え、
前記時比率を制御することにより、前記蓄電セルを流れる電流を所望の電流へと調整することを特徴とする、充電システム。 - 請求項1乃至12のいずれか一項に記載の充電器と、
前記キャパシタのうち少なくとも1つの電圧を検出するキャパシタ電圧検出回路と、
前記キャパシタ電圧検出回路が検出した電圧を基準電圧と比較する比較演算回路と、
前記比較演算回路による比較の結果に基づいて前記スイッチング電源における前記スイッチのオン、オフの時比率を制御する時比率制御回路と
を備え、
前記時比率を制御することにより、前記キャパシタの電圧を所望の電圧へと調整することを特徴とする、充電システム。 - 請求項1乃至12のいずれか一項に記載の充電器と、
前記キャパシタのうち少なくとも1つを流れる電流を検出するキャパシタ電流検出回路と、
前記キャパシタ電流検出回路が検出した電流を基準電流と比較する比較演算回路と、
前記比較演算回路による比較の結果に基づいて前記スイッチング電源における前記スイッチのオン、オフの時比率を制御する時比率制御回路と
を備え、
前記時比率を制御することにより、前記キャパシタを流れる電流を所望の電流へと調整することを特徴とする、充電システム。 - 請求項1乃至12のいずれか一項に記載の充電器と、
前記スイッチング電源回路におけるインダクタ、及び前記第1から第nのダイオード−インダクタ回路に含まれるインダクタのうち少なくとも1つを流れる電流を検出するインダクタ電流検出回路と、
前記インダクタ電流検出回路が検出した電流を基準電流と比較する比較演算回路と、
前記比較演算回路による比較の結果に基づいて前記スイッチング電源における前記スイッチのオン、オフの時比率を制御する時比率制御回路と
を備え、
前記時比率を制御することにより、前記インダクタを流れる電流を所望の電流へと調整することを特徴とする、充電システム。 - 前記蓄電セル電圧検出回路と、前記蓄電セル電流検出回路と、前記キャパシタ電圧検出回路と、前記キャパシタ電流検出回路と、前記インダクタ電流検出回路と、から選択された2以上の検出回路と、
前記2以上の検出回路のそれぞれが検出した電圧又は電流を、該電圧又は電流に対応する基準電圧又は基準電流と比較する、2以上の比較演算回路と
を備え、前記2以上の比較演算回路による比較の結果に基づいて、前記スイッチング電源における前記スイッチのオン、オフの時比率を制御することにより、前記電圧又は電流を所望の電圧又は電流へと調整することを特徴とする、請求項13乃至17のいずれか一項に記載の充電システム。
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