JP3586402B2

JP3586402B2 - Battery charger

Info

Publication number: JP3586402B2
Application number: JP37397499A
Authority: JP
Inventors: 勝己池田
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2004-11-10
Anticipated expiration: 2019-12-28
Also published as: JP2001190031A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明はバッテリ充電器に関するもので、特にバッテリのＬＣフィルタの共振を抑制し、また、充電電圧・充電電流の異常に対処するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は従来のバッテリ充電器であり、充電器は降圧チョッパで構成されており、１はスイッチング素子、２はダイオード、３はリアクトル、４はコンデンサ、５はバッテリ、６はスイッチ、７はスイッチング素子１用のドライブ回路、１１はバッテリ充電電圧ＶＢを検出する電圧センサ、１２はバッテリ充電電流ＩＢを検出する電流センサ、８０１は充電電流指令発生器、８０２は充電電圧指令発生器、８０３は電流制御増幅器、８０５は電圧制御増幅器、８０４は負の値を出力しないリミッタ、８０６はＰＷＭ変調回路、８２１、８２２、８２３は加減算器である。
【０００３】
次に動作について説明する。ＰＷＭ変調回路８０６の出力であるゲート指令により、スイッチング素子１のオン／オフを決定する。スイッチング素子１のオン／オフによってダイオード２の両端には、オン時には直流入力電圧ＶＤが、オフ時には、０Ｖとなる矩形波状の直流電圧が発生する。
この矩形波の直流電圧が、リアクトル３とコンデンサ４により平滑され、ＰＷＭ変調回路８０６の出力に応じた直流電圧を得ることができる。コンデンサ４にＰＷＭ変調回路８０６の出力に応じた直流電圧が発生したら、スイッチ６をオフし、バッテリ５を充電する。
【０００４】
バッテリ５の充電方法は、充電開始時、バッテリの内部インピーダンスが低いため定電流にて充電し、バッテリ５にエネルギーが貯えられてくると定電圧充電に切り換えて充電するのが一般的である。
そこで、充電開始時は、定電流充電指令値を出力する充電電流指令発生器８０１の出力と電流センサ１２で検出されたバッテリ充電電流ＩＢとの偏差を加減算器８２１で求め、充電電流指令発生器８０１の出力と電流センサ１２で検出されたバッテリ充電電流ＩＢとの偏差が零になるように電流制御増幅器８０３が制御し、電流制御増幅器８０３の出力をリミッタ８０４を介して、定電圧充電指令値を出力する充電電圧指令発生器８０２の出力より加減算器８２２で減算することにより充電電流指令発生器８０１の出力である定電流充電指令値に応じた充電電圧指令ＶＢ＊を生成する。
【０００５】
次に、上記充電電圧指令ＶＢ＊を出力する加減算器８２２の出力と電圧センサ１１で検出されたバッテリ充電電圧ＶＢとの偏差を加減算８２３で求め、この電圧偏差が零になるように電圧制御増幅器８０５とＰＷＭ変調回路８０６とがスイッチング素子１のスイッチングを制御する。
【０００６】
次に、バッテリ５にエネルギーが貯えられ、電流センサ１２で検出されたバッテリ充電電流ＩＢが充電電流指令発生器８０１の出力より少なくなると、電流制御増幅器８０３は負の値を出力するが、リミッタ８０４により負の値はカットされ零を出力するため、充電電圧指令発生器８０２の出力である定電圧充電指令値が充電電圧指令ＶＢ＊となり、定電圧充電される。
【０００７】
なお、バッテリの充電器に関しては、特開平９−１２１４６２号公報があるが、これは定電流制御と定電圧制御の組み合わせを工夫したものであり、下記に示す本発明の目的を達成するものではない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の充電器は以上のように構成されているので，充電器にバッテリが接続されていないとき、充電器のリアクトルとコンデンサにより共振現象が発生し、コンデンサに過電圧がかかるという問題点があった。
【０００９】
また、定電流充電時にバッテリ充電電圧を調整しようとして、充電電圧指令発生器の充電電圧指令値を可変させてもバッテリ充電電圧ＶＢは変化しないが、その指令値を必要以上に高く設定してしまった場合は、定電流充電から定電圧充電に切り換わったとき、異常な電圧で定電圧充電する危険性があった。
【００１０】
また、バッテリ側の短絡事故や充電器のバッテリ端子を短絡したりして、スイッチング素子１に過大な電流が流れたり、また、充電器がスタートするとき、コンデンサ４にインラッシュ電流が流れるので、スイッチング素子１に過大電流が流れたりする。このような場合にスイッチング素子１を保護する保護回路がなかった。
【００１１】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、リアクトルとコンデンサによる共振現象を抑制し、コンデンサに過電圧をかけない充電器を提供することを目的とする。
また、異常な電圧で充電したり、過大な充電電流がスイッチング素子に流れたりするのを防止する充電器を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
（１）この発明に係るバッテリの充電器は、バッテリへの充電電圧指令値および充電電流指令値と、上記バッテリの充電電圧および充電電流を検出しフィードバックしたフィードバック値とに基づいてゲート指令値を導出し、このゲート指令値に基づいてパルス幅変調制御して、上記バッテリの充電電圧と充電電流とを制御するチョッパ式制御回路を備えたバッテリ充電器において、
上記充電電流検出のフィードバック値は、上記バッテリと上記チョッパ式制御回路の平滑コンデンサとの両者に流れる電流を検出してフィードバック値とすると共に、共振防止手段を備え、
この共振防止手段は、上記フィードバックした電流値に応じて上記ゲート指令値を変化し、上記バッテリが上記バッテリ充電器に非接続の場合に、上記チョッパ式制御回路の上記平滑コンデンサを含むＬＣ分による共振を防止する手段としたものである。
【００１３】
（２）上記（１）において、
共振防止手段は、フィードバックされた電流の内、チョッパ式制御回路の平滑コンデンサを含むＬ，Ｃ分で共振する周波数帯の電流を通過させるフィルタと、このフィルタを通過した電流値に応じてゲート指令値を変化する手段とを有する共振防止手段としたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１にこの発明の実施の形態１のバッテリ充電器の回路図を示す。
図１において、前述の図１１と対応する機能については同一符号を付し、その詳細説明は省略する。８０７は交流増幅器、８２４は加減算器である。
また、図２は図１の交流増幅器８０７を仮想抵抗回路８０７ａに置き換えた図で等価回路を表す。
【００１９】
次に、上記実施の形態の動作を図１と図２を参照（主に図２を参照）しながら動作を説明する。ここではバッテリ５は接続されていない場合について説明する。
（１）バッテリ充電電流ＩＢ（全てコンデンサ４の充放電電流になる）は、電流センサ１２により検出し、
（２）仮想抵抗回路８０７ａ（交流増幅器８０７）を介して充電電圧指令発生器８０２の出力から加減算器８２４より減算し、充電電圧指令ＶＢ＊としている。
（３）バッテリ充電電流ＩＢにより充電電圧指令ＶＢ＊が垂下するので、仮想的な抵抗がリアクトル３に直列接続されたことになる。
（４）したがってリアクトル３とコンデンサ４からなるＬＣフィルタの伝達関数Ｆ（Ｓ）は、見かけ上、
Ｆ（Ｓ）＝１／（ＬＣＳ^２＋ＲＣＳ＋１）（１）
となり、ダンピング係数ζは
ζ＝（Ｒ／２）×√（Ｃ／Ｌ）（２）
となる。
（５）式（２）より、従来のようにバッテリ充電電流ＩＢによる充電電圧指令ＶＢ＊の垂下を行わない場合は、Ｒ＝０であるから、ζ＝０となり、共振現象が収まらないが、バッテリ充電電流ＩＢによる充電電圧指令ＶＢ＊の垂下を行うと、任意のＲを実現できるので、ζ＝０．７以上となる比例係数Ｒを選択し、電圧制御増幅８０５から見たＬＣフィルタのダンピングを改善することができる。
【００２０】
即ち、検出した電流値にゲインを乗じて電圧指令値から減算することにより、あたかも抵抗が存在するように動作するので、交流増幅器８０７は等価的に仮想抵抗と置き換えることができる。充電器にバッテリが非接続の場合に、リアクトル３とコンデンサ４（ＬＣフィルタ）により共振が発生するのを、仮想抵抗回路によりＬＣフィルタのダンピングを改善し共振を抑制する。
【００２１】
このように電圧制御系で共振を抑制することができるので、コンデンサ４に過電圧がかかることがない。
【００２２】
実施の形態２．
次に、図３は本発明の実施の形態２に係るもので、図３において、図１と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。上記実施の形態１と異なるのは、ＬＣフィルタの共振周波数帯のみ通過させるバンドパスフィルタ８０８を追加した点であり、その他は実施の形態１と同様である。
【００２３】
図３において、バッテリ充電電流ＩＢは、電流センサ１２により検出し、ＬＣフィルタの共振周波数帯のみ通過させるバンドパスフィルタ８０８を通して、交流増幅器８０７（図２に示す等価的な仮想抵抗回路８０７ａ）を介して充電電圧指令発生器８０２の出力から加減算器８２４より減算し、充電電圧指令ＶＢ＊としている。
交流増幅器８０７（仮想抵抗回路８０７ａ）は、上記実施の形態１と同様に、ＬＣフィルタの電圧制御増幅器８０５からみたダンピングを改善する回路になっている。バンドパスフィルタ８０８は、ＬＣフィルタ共振周波数帯の成分はそのまま通過させるので、ダンピングの改善動作に関しては、実施の形態１と同様な改善効果がある。
一方、充電器がバッテリを充電している場合、交流増幅器８０７（仮想抵抗回路８０７ａ）に入力される信号のＤＣ成分がバンドパスフィルタ８０８で除去されるので、仮想抵抗回路８０７の出力は０となる。
【００２４】
このような構成にすることにより、バッテリが接続されてない場合は、電圧制御増幅器８０５からみたＬＣフィルタの共振周波数帯のみ仮想的なインピーダンスがリアクトル３に直列に接続されて、ダンピングが改善し、バッテリを充電する場合は、低インピーダンスな特性を持つフィルタのように動作するので、充電電流量によって、バッテリ電圧が変動しなくなる。
【００２５】
実施の形態３．
次に、図４は本発明の実施の形態３に係るもので、図４において、図３と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。上記実施の形態２と異なるのは、コンパレータ８０９を追加した点であり、その他は実施の形態２と同様である。
【００２６】
図４において、バッテリ充電電圧ＶＢを調整する場合、充電器が運転中に充電電圧指令発生器８０２の出力を可変させればよいが、
（１）定電流充電時にバッテリ充電電圧ＶＢを調整しようとして、充電電圧指令発生器８０２の出力（充電電圧指令値）を可変させてもバッテリ充電電圧ＶＢは変化しない。
（２）また、一度充電電圧指令発生器８０２の出力を可変させてしまうと、元の値にもどのすのは困難である。
（３）また、充電電圧指令発生器８０２の出力を必要以上に大きくすると、充電時にバッテリにエネルギーが貯えられて、定電流充電から定電圧充電に切り換わったとき、異常な電圧で定電圧充電する可能性がある。
【００２７】
そこで上記（１）〜（３）に対処するために、定電流充電時は、バッテリ充電電圧の調整を行おうとしても調整ができないよう、リミッタ８０４の出力をコンパレータ８０９で監視し、もしリミッタ８０４の出力が正ならば、定電流充電中なので、コンパレータ８０９の出力信号により、充電電圧指令発生器８０２の出力を可変できないようにすればよい。
【００２８】
このような構成にすることにより、定電流充電中は、バッテリ充電電圧ＶＢの調整をできないようにすることにより、バッテリ充電電圧ＶＢの調整を確実に行えることができる。
【００２９】
実施の形態４．
次に、図５は本発明の実施の形態４に係るもので、図５において、図４と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。上記実施の形態３と異なるのは、制限回路８１３、交流増幅器８１４（不図示であるが等価的に仮想抵抗回路に置き換えられる）、加減算器８２６を追加した点であり、その他は実施の形態３と同様である。
また、図６は制御回路の入出力の特性を示す図である。
【００３０】
（１）図５において、充電電圧指令ＶＢ＊と電圧センサ１１で検出したバッテリ充電電圧ＶＢが一致するように、電圧制御増幅器８０５とＰＷＭ変調回路８０６がスイッチング素子１のスイッチングを制御し、電圧制御ループを構成している。
（２）制限回路８１３は、最大充電電流が設定されていて、電流センサ１２で検出されたバッテリ充電電流ＩＢが、設定値以下なら、制限回路８１３の出力は零、バッテリ充電電流ＩＢが設定値以上の場合は、バッテリ充電電流値から設定値を減じた値が制限回路８１３より出力される。
バッテリ充電電流ＩＢと制限回路８１３の出力とは図６に示すような特性であり、設定値（ＩＳ）は所定の値に設定される。
【００３１】
（３）制限回路８１３の出力は、交流増幅器（仮想抵抗回路）８１４を介して、充電電圧指令ＶＢを出力する加減算器８２４から加減算器８２６で減算される。
（４）このためバッテリ充電電流ＩＢが制限回路８１３の設定値以上になると、充電電圧指令ＶＢ＊を垂下させて、バッテリ充電電圧ＶＢを垂下させるように動作するので、バッテリ充電電流ＩＢも減少し、スイッチング素子１は、過電流から保護される。
【００３２】
このような構成にすることにより、電圧制御の応答で、負荷側の短絡事故などによる過電流からスイッチング素子１を保護することができる。
【００３３】
実施の形態５．
次に、図７は本発明の実施の形態５に係るもので、図７において、図５と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。上記実施の形態４と異なるのは、バッテリ充電電流ＩＢによりＰＷＭ電圧指令を変化させ、仮想出力抵抗を構成している点であり、その他は実施の形態４と同様である。
【００３４】
図７において、制限回路８１３は、最大充電電流が設定されてあり、電流センサ１２で検出されたバッテリ充電電流ＩＢが、設定値以下なら、制限回路８１３の出力は零、バッテリ充電電流ＩＢが設定値以上の場合は、バッテリ充電電流値から設定値を減じた値が制限回路８１３より出力される。
【００３５】
制限回路８１３の出力は、交流増幅器（仮想抵抗回路）８１４を介して、電圧制御増幅器８０６の出力から加減算器８２６で減算される。
このためバッテリ充電電流ＩＢが制限回路８１３の設定値以上になると、ＰＷＭ電圧指令値を垂下させて、バッテリ充電電圧ＶＢを垂下させるように動作するので、バッテリ充電電流ＩＢも減少し、スイッチング素子１は、過電流から保護される。
【００３６】
このような構成にすることにより、ＰＷＭ変調回路８０６の応答で、負荷側の短絡事故などによる過電流からスイッチング素子１を保護することができる。
【００３７】
実施の形態６．
次に、図８は本発明の実施の形態３に係るもので、図８において、図７と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。上記実施の形態５と異なるのは、制限回路８１３の設定値を可変することができる設定値可変指令回路８１５を追加している点であり、その他は実施の形態５と同様である。
また、図９は制御回路の入出力の特性を示す図である。
【００３８】
図８において、充電器がスタートするとき、コンデンサ４にはインラッシュ電流が流れる。そこで、制限回路８１３に設定されている最大充電電流値を設定値可変指令回路８１５により、零から最大充電電流値まで徐々に上げることにより、インラッシュ電流を抑制することができる。
【００３９】
図９（ａ）はバッテリ充電電流ＩＢと制限回路８１３の出力（ＩＯ）との関係を示し、充電開始と共に、設定値（ＩＳ）をゼロからＩＳｍａｘ（最大充電電流値）まで変化させることにより、制限回路８１３の出力（ＩＯ）は１からｎまで連続的に変化する。
図９（ｂ）は、図９（ａ）の設定値の時間的変化を図示したもので、例えばＡの直線、Ｂの直線等を用い、充電スタート時の電流が大きくて充電時間が長いときはＢを用いるようにする。
【００４０】
このような構成にすることにより、充電器がスタートする時のインラッシュ電流を抑制することができる。
【００４１】
実施の形態７．
実施の形態３では図４に示すように電流センサ１２をバッテリ５への充電電流とコンデンサ１２への充電電流を検出するようにしているが、図４において、バッテリの非接続時に共振現象がなければ、交流増幅器８０７、バンドパスフィルタ８０８を除いてもよい。この場合もコンパレータ８０９で実施の形態３と同様に電流制御による充電中は、充電電圧指令発生器８０２の指令値を変更できなくし、電流制御から電圧制御に切り替わったときに、過分な充電電圧でバッテリが充電されるのを防止する。
【００４２】
また、バッテリの非接続時に共振現象がなければ、図１０の示すように電流センサはバッテリ５への充電電流のみを検出するようにしてもよい。このようにしてもコンパレータ８０９を用いて実施の形態３と同様に過分な充電電圧でバッテリが充電されるのを防止する。
【００４３】
実施の形態８．
また、実施の形態４〜６の図５，７，８においても、バッテリの非接続時に共振現象がなければ、交流増幅器８０７、バンドパスフィルタ８０８を除いてもよい。実施の形態４〜６と同様に負荷側の短絡事故などによる過電流からスイッチング素子１の保護ができ、また、充電器がスタートする時のインラッシュ電流を抑制することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、充電器にバッテリが非接続の場合に、リアクトルとコンデンサによる共振現象を抑制し、また、バッテリを充電する場合に、コンデンサに過電圧をかけないようにしたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるバッテリ充電器の回路図である。
【図２】図１において、仮想抵抗に置き換えた等価回路を示す回路図である。
【図３】この発明の実施の形態２によるバッテリ充電器の回路図である。
【図４】この発明の実施の形態３によるバッテリ充電器の回路図である。
【図５】この発明の実施の形態４によるバッテリ充電器の回路図である。
【図６】この発明の実施の形態４による制限回路の入出力の特性図である。
【図７】この発明の実施の形態５によるバッテリ充電器の回路図である。
【図８】この発明の実施の形態６によるバッテリ充電器の回路図である。
【図９】この発明の実施の形態６による制限回路の入出力の特性図である。
【図１０】この発明の実施の形態７によるバッテリ充電器の回路図である。
【図１１】従来方式のバッテリ充電器の回路図である。
【符号の説明】
１スイッチング素子２ダイオード
３リアクトル４コンデンサ
５バッテリ６スイッチ
７ドライブ回路１１電圧センサ
１２電流センサ８０１充電電流指令発生器
８０２充電電圧指令発生器８０３電流制御増幅器
８０５電圧制御増幅器８０４リミッタ
８０６ＰＷＭ変調回路８０７交流増幅器
８０７ａ仮想抵抗回路８０８バンドパスフィルタ
８０９コンパレータ８１３制限回路
８１４交流増幅器８１５設定値可変指令回路
８２１、８２２、８２３，８２６加減算器[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a battery charger, and more particularly to suppressing the resonance of an LC filter of a battery and dealing with abnormalities in charging voltage and charging current.
[0002]
[Prior art]
FIG. 11 shows a conventional battery charger. The charger is constituted by a step-down chopper. 1 is a switching element, 2 is a diode, 3 is a reactor, 4 is a capacitor, 5 is a battery, 6 is a switch, and 7 is switching. A drive circuit for the element 1; 11, a voltage sensor for detecting the battery charging voltage VB; 12, a current sensor for detecting the battery charging current IB; 801, a charging current command generator; 802, a charging voltage command generator; A control amplifier, 805 is a voltage control amplifier, 804 is a limiter that does not output a negative value, 806 is a PWM modulation circuit, and 821, 822, and 823 are adder / subtracters.
[0003]
Next, the operation will be described. On / off of the switching element 1 is determined based on a gate command output from the PWM modulation circuit 806. When the switching element 1 is turned on / off, a DC input voltage VD is generated at both ends of the diode 2 when the switching element 1 is on, and becomes 0 V when the switching element 1 is off.
The DC voltage of this rectangular wave is smoothed by the reactor 3 and the capacitor 4, and a DC voltage according to the output of the PWM modulation circuit 806 can be obtained. When a DC voltage corresponding to the output of the PWM modulation circuit 806 is generated in the capacitor 4, the switch 6 is turned off and the battery 5 is charged.
[0004]
In general, the battery 5 is charged at a constant current at the start of charging because the internal impedance of the battery is low, and is switched to constant voltage charging when energy is stored in the battery 5 in general.
Therefore, at the start of charging, the difference between the output of the charging current command generator 801 that outputs a constant current charging command value and the battery charging current IB detected by the current sensor 12 is determined by the adder / subtractor 821. The current control amplifier 803 controls the difference between the output of the current control amplifier 801 and the battery charging current IB detected by the current sensor 12 to be zero, and outputs the output of the current control amplifier 803 via the limiter 804 to the constant voltage charge command value. Is subtracted by the adder / subtracter 822 from the output of the charging voltage command generator 802 that outputs the charging voltage command generator 802 to generate a charging voltage command VB * corresponding to the constant current charging command value output from the charging current command generator 801.
[0005]
Next, the difference between the output of the adder / subtractor 822 for outputting the charge voltage command VB * and the battery charge voltage VB detected by the voltage sensor 11 is obtained by addition / subtraction 823, and the voltage control amplifier is set so that this voltage difference becomes zero. 805 and the PWM modulation circuit 806 control the switching of the switching element 1.
[0006]
Next, when energy is stored in the battery 5 and the battery charging current IB detected by the current sensor 12 becomes smaller than the output of the charging current command generator 801, the current control amplifier 803 outputs a negative value, but the limiter 804 , The negative value is cut and zero is output, so that the constant voltage charge command value output from the charge voltage command generator 802 becomes the charge voltage command VB *, and the battery is charged at a constant voltage.
[0007]
As for the battery charger, there is Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-112462, which is a combination of constant current control and constant voltage control, and does not achieve the object of the present invention described below. Absent.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Since the conventional charger is configured as described above, when a battery is not connected to the charger, there is a problem that a resonance phenomenon occurs due to a reactor and a capacitor of the charger and an overvoltage is applied to the capacitor. .
[0009]
Further, even if the charge voltage command value of the charge voltage command generator is varied in an attempt to adjust the battery charge voltage during constant current charging, the battery charge voltage VB does not change, but the command value is set higher than necessary. In such a case, when switching from constant current charging to constant voltage charging, there is a risk of constant voltage charging at an abnormal voltage.
[0010]
Also, an excessive current flows through the switching element 1 due to a short-circuit accident on the battery side or a short-circuit of the battery terminal of the charger, and an inrush current flows through the capacitor 4 when the charger starts. An excessive current may flow through the switching element 1. In such a case, there is no protection circuit for protecting the switching element 1.
[0011]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and has as its object to provide a charger that suppresses a resonance phenomenon caused by a reactor and a capacitor and does not apply an overvoltage to the capacitor.
It is another object of the present invention to provide a charger that prevents charging at an abnormal voltage and prevents an excessive charging current from flowing to a switching element.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
(1) A battery charger according to the present invention provides a gate command value based on a charging voltage command value and a charging current command value for a battery and a feedback value obtained by detecting and feeding back the charging voltage and charging current of the battery. Derived, pulse width modulation control based on this gate command value, in a battery charger equipped with a chopper-type control circuit that controls the charging voltage and charging current of the battery,
The feedback value of the charging current detection is a feedback value by detecting a current flowing through both the battery and the smoothing capacitor of the chopper-type control circuit, and includes a resonance preventing unit.
The resonance preventing means changes the gate command value according to the fed back current value, and when the battery is not connected to the battery charger, the gate command value is changed by an LC component including the smoothing capacitor of the chopper type control circuit. This is a means for preventing resonance.
[0013]
(2) In the above (1),
The resonance preventing means includes a filter that passes a current in a frequency band that resonates in L and C components including a smoothing capacitor of a chopper type control circuit out of the fed-back current, and a gate command according to a current value that has passed through the filter. And a means for changing the value.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 shows a circuit diagram of a battery charger according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 1, functions corresponding to those in FIG. 11 described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. 807 is an AC amplifier, and 824 is an adder / subtractor.
FIG. 2 shows an equivalent circuit in which the AC amplifier 807 of FIG. 1 is replaced with a virtual resistor circuit 807a.
[0019]
Next, the operation of the above embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2 (mainly referring to FIG. 2). Here, the case where the battery 5 is not connected will be described.
(1) The battery charging current IB (all charging and discharging currents of the capacitor 4) are detected by the current sensor 12,
(2) The charge voltage command VB * is subtracted from the output of the charge voltage command generator 802 by the adder / subtractor 824 via the virtual resistor circuit 807a (AC amplifier 807).
(3) Since the charging voltage command VB * droops due to the battery charging current IB, a virtual resistor is connected in series with the reactor 3.
(4) Therefore, the transfer function F (S) of the LC filter including the reactor 3 and the capacitor 4 is apparently
F (S) = 1 / (LCS ² + RCS + 1) (1)
And the damping coefficient ζ is ζ = (R / 2) × √ (C / L) (2)
It becomes.
(5) From equation (2), when the charging voltage command VB * is not drooped by the battery charging current IB as in the prior art, since R = 0, ζ = 0, and the resonance phenomenon does not stop. If the charging voltage command VB * is drooped by the battery charging current IB, an arbitrary value R can be realized. Therefore, a proportional coefficient R that is equal to or greater than 0.7 is selected, and damping of the LC filter viewed from the voltage control amplifier 805 is performed. Can be improved.
[0020]
That is, since the detected current value is multiplied by the gain and subtracted from the voltage command value, the operation is performed as if a resistor exists. Therefore, the AC amplifier 807 can be equivalently replaced with a virtual resistor. When the battery is not connected to the charger, the occurrence of resonance due to the reactor 3 and the capacitor 4 (LC filter) is improved by suppressing the resonance by improving the damping of the LC filter by a virtual resistor circuit.
[0021]
As described above, resonance can be suppressed by the voltage control system, so that an overvoltage is not applied to the capacitor 4.
[0022]
Embodiment 2 FIG.
Next, FIG. 3 relates to a second embodiment of the present invention. In FIG. 3, parts corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The difference from the first embodiment is that a band-pass filter 808 for passing only the resonance frequency band of the LC filter is added, and the other points are the same as the first embodiment.
[0023]
3, the battery charging current IB is detected by the current sensor 12, passed through an AC amplifier 807 (an equivalent virtual resistance circuit 807a shown in FIG. 2) through a band pass filter 808 that passes only the resonance frequency band of the LC filter. Thus, the output of the charge voltage command generator 802 is subtracted from the adder / subtractor 824 to obtain a charge voltage command VB *.
The AC amplifier 807 (virtual resistance circuit 807a) is a circuit that improves damping from the viewpoint of the voltage control amplifier 805 of the LC filter, as in the first embodiment. Since the bandpass filter 808 passes the component of the LC filter resonance frequency band as it is, the operation of improving the damping has the same effect as that of the first embodiment.
On the other hand, when the charger is charging the battery, the DC component of the signal input to the AC amplifier 807 (virtual resistance circuit 807a) is removed by the bandpass filter 808, so that the output of the virtual resistance circuit 807 is 0. Become.
[0024]
With such a configuration, when the battery is not connected, only the resonance frequency band of the LC filter viewed from the voltage control amplifier 805 is connected in series with the virtual impedance to the reactor 3 to improve the damping. When a battery is charged, it operates like a filter having low impedance characteristics, so that the battery voltage does not fluctuate depending on the amount of charging current.
[0025]
Embodiment 3 FIG.
Next, FIG. 4 relates to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 4, the same reference numerals are given to portions corresponding to FIG. 3, and the detailed description thereof will be omitted. The difference from the second embodiment is that a comparator 809 is added, and the other points are the same as the second embodiment.
[0026]
In FIG. 4, when adjusting the battery charging voltage VB, the output of the charging voltage command generator 802 may be varied while the charger is operating.
(1) Even if the output (charge voltage command value) of the charge voltage command generator 802 is varied in an attempt to adjust the battery charge voltage VB during constant current charging, the battery charge voltage VB does not change.
(2) Further, once the output of the charging voltage command generator 802 is changed, it is difficult to find the original value.
(3) If the output of the charge voltage command generator 802 is increased more than necessary, energy is stored in the battery during charging, and when switching from constant current charging to constant voltage charging, constant voltage charging with an abnormal voltage is performed. there's a possibility that.
[0027]
Therefore, in order to cope with the above (1) to (3), the output of the limiter 804 is monitored by the comparator 809 so that the battery charging voltage cannot be adjusted at the time of constant current charging. Is positive, it means that constant-current charging is in progress, and the output of the charging voltage command generator 802 should not be varied by the output signal of the comparator 809.
[0028]
With such a configuration, the battery charging voltage VB cannot be adjusted during the constant current charging, so that the battery charging voltage VB can be surely adjusted.
[0029]
Embodiment 4 FIG.
Next, FIG. 5 relates to Embodiment 4 of the present invention. In FIG. 5, parts corresponding to those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The difference from the third embodiment is that a limiting circuit 813, an AC amplifier 814 (not shown, but equivalently replaced with a virtual resistor circuit), and an adder / subtractor 826 are added. Is the same as
FIG. 6 is a diagram showing input / output characteristics of the control circuit.
[0030]
(1) In FIG. 5, the voltage control amplifier 805 and the PWM modulation circuit 806 control the switching of the switching element 1 so that the charging voltage command VB * matches the battery charging voltage VB detected by the voltage sensor 11, and the voltage control is performed. Constructs a loop.
(2) If the maximum charging current is set and the battery charging current IB detected by the current sensor 12 is equal to or less than the set value, the output of the limiting circuit 813 is zero, and the limiting circuit 813 sets the battery charging current IB to the set value. In the above case, a value obtained by subtracting the set value from the battery charging current value is output from the limiting circuit 813.
The battery charging current IB and the output of the limiting circuit 813 have characteristics as shown in FIG. 6, and the set value (IS) is set to a predetermined value.
[0031]
(3) The output of the limiting circuit 813 is subtracted by the adder / subtractor 826 from the adder / subtractor 824 that outputs the charging voltage command VB via the AC amplifier (virtual resistor circuit) 814.
(4) For this reason, when the battery charging current IB becomes equal to or more than the set value of the limiting circuit 813, the operation is performed so that the charging voltage command VB * drops and the battery charging voltage VB drops, so that the battery charging current IB also decreases. , The switching element 1 is protected from overcurrent.
[0032]
With such a configuration, the switching element 1 can be protected from an overcurrent caused by a short-circuit accident on the load side or the like in response to the voltage control.
[0033]
Embodiment 5 FIG.
Next, FIG. 7 relates to a fifth embodiment of the present invention. In FIG. 7, parts corresponding to those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The difference from the fourth embodiment is that the PWM voltage command is changed by the battery charging current IB to form a virtual output resistance, and the other points are the same as the fourth embodiment.
[0034]
In FIG. 7, the limiting circuit 813 sets a maximum charging current. If the battery charging current IB detected by the current sensor 12 is equal to or less than a set value, the output of the limiting circuit 813 is zero and the battery charging current IB is set. If the value is equal to or greater than the value, a value obtained by subtracting the set value from the battery charging current value is output from the limiting circuit 813.
[0035]
The output of the limiting circuit 813 is subtracted by an adder / subtractor 826 from the output of the voltage control amplifier 806 via an AC amplifier (virtual resistance circuit) 814.
For this reason, when the battery charging current IB becomes equal to or more than the set value of the limiting circuit 813, the operation is performed such that the PWM voltage command value drops and the battery charging voltage VB drops, so that the battery charging current IB also decreases and the switching element 1 Are protected from overcurrent.
[0036]
With such a configuration, the switching element 1 can be protected from an overcurrent due to a short circuit accident on the load side or the like by the response of the PWM modulation circuit 806.
[0037]
Embodiment 6 FIG.
Next, FIG. 8 relates to a third embodiment of the present invention. In FIG. 8, parts corresponding to those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The difference from the fifth embodiment is that a set value variable command circuit 815 that can change the set value of the limiting circuit 813 is added, and the other points are the same as the fifth embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing input / output characteristics of the control circuit.
[0038]
In FIG. 8, when the charger starts, an inrush current flows through the capacitor 4. Therefore, the inrush current can be suppressed by gradually increasing the maximum charging current value set in the limiting circuit 813 from zero to the maximum charging current value by the set value variable command circuit 815.
[0039]
FIG. 9A shows the relationship between the battery charging current IB and the output (IO) of the limiting circuit 813. By changing the set value (IS) from zero to ISmax (maximum charging current value) at the start of charging, The output (IO) of the limiting circuit 813 continuously changes from 1 to n.
FIG. 9 (b) illustrates the change over time of the set value of FIG. 9 (a), for example, using a straight line A, a straight line B, etc., when the current at the start of charging is large and the charging time is long. Uses B.
[0040]
With such a configuration, the inrush current when the charger starts can be suppressed.
[0041]
Embodiment 7 FIG.
In the third embodiment, as shown in FIG. 4, the current sensor 12 detects the charging current to the battery 5 and the charging current to the capacitor 12, but in FIG. 4, the resonance phenomenon must be eliminated when the battery is not connected. For example, the AC amplifier 807 and the bandpass filter 808 may be omitted. Also in this case, during charging by the current control in the comparator 809 as in the third embodiment, the command value of the charging voltage command generator 802 cannot be changed, and when switching from the current control to the voltage control, an excessive charging voltage is applied. Prevent the battery from being charged.
[0042]
If there is no resonance phenomenon when the battery is not connected, the current sensor may detect only the charging current to the battery 5 as shown in FIG. Even in this case, the battery is prevented from being charged with an excessive charging voltage by using the comparator 809 as in the third embodiment.
[0043]
Embodiment 8 FIG.
Also in FIGS. 5, 7 and 8 of the fourth to sixth embodiments, the AC amplifier 807 and the bandpass filter 808 may be omitted if no resonance phenomenon occurs when the battery is not connected. As in the fourth to sixth embodiments, the switching element 1 can be protected from overcurrent due to a short circuit accident on the load side, and the inrush current when the charger starts can be suppressed.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when a battery is not connected to a charger, a resonance phenomenon caused by a reactor and a capacitor is suppressed, and when charging a battery, an overvoltage is not applied to a capacitor. It is.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a battery charger according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing an equivalent circuit in FIG. 1 replaced with a virtual resistor.
FIG. 3 is a circuit diagram of a battery charger according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram of a battery charger according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 5 is a circuit diagram of a battery charger according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 6 is an input / output characteristic diagram of a limiting circuit according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a circuit diagram of a battery charger according to Embodiment 5 of the present invention.
FIG. 8 is a circuit diagram of a battery charger according to Embodiment 6 of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing input / output characteristics of a limiting circuit according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a circuit diagram of a battery charger according to Embodiment 7 of the present invention.
FIG. 11 is a circuit diagram of a conventional battery charger.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 switching element 2 diode 3 reactor 4 capacitor 5 battery 6 switch 7 drive circuit 11 voltage sensor 12 current sensor 801 charging current command generator 802 charging voltage command generator 803 current control amplifier 805 voltage control amplifier 804 limiter 806 PWM modulation circuit 807 AC Amplifier 807a Virtual resistor circuit 808 Bandpass filter 809 Comparator 813 Limiting circuit 814 AC amplifier 815 Set value variable command circuit 821, 822, 823, 826 Adder / subtractor

Claims

A gate command value is derived based on a charge voltage command value and a charge current command value for the battery and a feedback value obtained by detecting and feeding back the charge voltage and the charge current of the battery, and pulse width modulation is performed based on the gate command value. A battery charger including a chopper-type control circuit for controlling the charging voltage and the charging current of the battery.
The feedback value of the charging current detection is a feedback value by detecting a current flowing through both the battery and the smoothing capacitor of the chopper-type control circuit, and includes a resonance preventing unit.
The resonance preventing means changes the gate command value according to the fed back current value, and when the battery is not connected to the battery charger, the gate command value is changed by an LC component including the smoothing capacitor of the chopper type control circuit. A battery charger comprising means for preventing resonance.

The battery charger according to claim 1,
The resonance preventing means includes a filter that passes a current in a frequency band that resonates in L and C components including a smoothing capacitor of a chopper type control circuit out of the fed-back current, and a gate command according to a current value that has passed through the filter. A battery charger comprising resonance prevention means having means for changing a value .