JP5725617B2 - 充電装置 - Google Patents
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Description
このような充電装置は、通常、外部から供給される交流電圧を整流平滑して直流化した後、コンバータ部で昇降圧することにより所望の電圧値による充電電力を生成し、この電力を車載バッテリに出力することにより該車載バッテリを充電する。
このため、設置型の充電装置は、あらゆる車載バッテリの充電に対応するべく、数十V〜数百Vという広い電圧範囲での充電電力を出力可能であることが求められている。しかしながら、従来の充電装置は、数十V程度の比較的低い充電電圧を精度良く出力することができなかった。
以下、図4を参照しつつ、この問題について説明する。
言い換えると、充電装置は、スイッチング素子を導通状態とする制御信号のパルス幅を広げることで数百Vの充電電圧を出力し、制御信号のパルス幅を狭めることで数十Vの充電電圧を出力する。
すなわち、この構成によれば、常にデューティ比と充電電圧の線形性が保たれている領域でコンバータ部を動作させることができるので、数十V〜数百Vの広い電圧範囲で充電電力を精度良く出力することができる。
また、この構成によれば、カウント値がゼロになったタイミングでパルス幅決定部が制御信号のパルス幅を決定するので、最適なパルス幅を決定することができる。
なお、本明細書で用いられる用語「出力間隔」は、ある制御信号が出力され始めてから次の制御信号が出力され始めるまでの時間を意味する。制御信号が出力されていない時間ではない点に注意されたい。
図1に、本発明の一実施形態に係る充電装置のブロック図を示す。
充電装置1は、外部にある交流電源10から供給された交流電圧をバッテリ20に出力すべき所望の電圧値を有する充電電圧に変換し、これをバッテリ20に出力するものである。バッテリ20の種類や使用状況(残存容量)が異なれば、当然ながら、出力すべき充電電圧の電圧値も異なる。
具体的には、充電電圧の電圧値を上げたい場合には制御信号のパルス幅を広げ、スイッチング素子の導通期間を長くすればよい。また、充電電圧の電圧値を下げたい場合には制御信号のパルス幅を狭め、スイッチング素子の導通期間を短くすればよい。
制御部5は、制御信号出力部6、パルス幅決定部7および記憶部8を有する。このうち、制御信号出力部6は、充電電圧の電圧値に基づいて制御信号の出力間隔を決定し、決定した出力間隔おきに制御信号を出力する。
本実施形態では、充電電圧の電圧値が100V以上の場合は出力間隔が基本間隔d1とされ、50V以上100V未満の場合は出力間隔がd2(=d1×2)とされ、さらに、50V未満の場合は出力間隔がd3(=d1×4)とされる。
同図に示すように、出力間隔をd2とした場合のタイミング(B)は、タイミング(A)を1つおきに間引いたものとなっている。また、出力間隔をd3とした場合のタイミング(C)は、タイミング(B)を1つおきに間引いたものとなっている。なお、図2は、制御信号が出力され始めるタイミングだけを図示したものであり、パルス幅は考慮されていない点に注意が必要である。
続いて、図3を参照して、本実施形態に係る充電装置1(特に、制御部5)の動作についてさらに詳細に説明する。
本実施形態では、記憶部8に3つのカウント初期値n1、n2(=2×n1)、n3(=2×n2=4×n1)が電圧値に応じたカウント初期値として格納されており、充電電圧の電圧値が100V以上の場合はカウント初期値n1、電圧値が50V以上100V未満の場合はカウント初期値n2、電圧値が50V未満の場合はカウント初期値n3が取得される。
なお、カウント初期値n1、n2、n3は、ハードウェアの特性に応じて予め決定されたものであり、電圧に応じた間引き数を入れた値でカウンタを減じていく際の初期値である。
取得したカウント初期値がn1の場合、ステップS5の減算処理はn1回実行される。カウント値が“0”になると、ステップS4〜S6のループ処理は終了し、ステップS7に進む。
また、ステップS4における基本間隔時間は一定なので、ステップS4〜S6のループ処理が終了するまでの時間はカウント初期値に比例する。したがって、本実施形態では、ステップS4〜S6のループ処理が終了するまでの時間が充電電圧の電圧値に応じて変化する。
具体的には、充電電圧の電圧値が50V以上100V未満の場合は、電圧値が100V以上の場合の2倍の時間が経過した後にループ処理が終了する。
また、充電電圧の電圧値が50V未満の場合は、電圧値が100V以上の場合の4倍の時間が経過した後にループ処理が終了する。
[数1]
デューティ比=パルス幅/{基本間隔d1×(カウント初期値/n1)}
により、次式により決定される。
[数2]
パルス幅=基本間隔d1×デューティ比×(カウント初期値/n1)
例えば、充電電圧の電圧値が100Vの充電電圧の場合は、対応するデューティ比およびカウント初期値がそれぞれ20%(図4参照)、n1なので、パルス幅は“d1×0.2”となる。
充電電圧の電圧値が50Vの場合は、対応するデューティ比およびカウント初期値がそれぞれ10%、n2なので、パルス幅は“d1×0.1×2”となる。
また、充電電圧の電圧値が25Vの場合は、対応するデューティ比およびカウント初期値がそれぞれ5%、n3なので、パルス幅は“d1×0.05×4”となる。
上記は、小さいデューティ比が必要なときに、同じパルス幅で対応できることを示している。
したがって、2回目のステップS1においては、カウント値が“0”になったタイミングの充電電圧の電圧値が取得される。これにより、1スイッチング周期の途中の中途半端なタイミングの充電電圧の電圧値に基づいてパルス幅が決定されることによる、フィードバック制御の過不足およびこれに伴う充電電圧の変動を防ぐことができる。
言い換えると、本実施形態に係る充電装置1によれば、充電電圧の電圧値を所望の電圧値とするための最適なデューティ比、カウント初期値を決定することができる。
すなわち、本実施形態に係る充電装置1によれば、常にデューティ比と充電電圧の線形性(図4参照)が保たれている領域でコンバータ部4を動作させることができるので、数十V〜数百Vの広い範囲で充電電圧を精度良く出力することができる。
例えば、本発明に係る充電装置は、車載バッテリ以外の充電対象、例えば、キャパシタを充電することもできる。キャパシタは放電により電圧がほぼ0Vになるので、充電開始直後は制御信号の出力間隔が最も広い間隔とされ、その後、充電が進むにつれて出力間隔は段階的に狭められていく。
なお、リチウムイオン電池等からなる車載バッテリは、通常、電圧が大きく低下する程放電させられることはないので、充電の途中で出力間隔が変更されることはない。
2 整流平滑部
3 力率改善部
4 コンバータ部
5 制御部
6 制御信号出力部
7 パルス幅決定部
8 記憶部
10 交流電源
20 バッテリ(充電対象)
Claims (1)
- 充電対象に充電電圧を出力するコンバータ部と、前記充電電圧の電圧値に基づいて決定したパルス幅の制御信号を前記コンバータ部のスイッチング素子に対して出力することにより該スイッチング素子を前記パルス幅に応じた時間だけ導通状態とする制御部と、を備えた充電装置であって、
前記制御部は、
前記充電電圧の電圧値に対応したカウント初期値を格納した記憶部と、
前記充電電圧の電圧値および前記記憶部に格納されている前記カウント初期値に基づいて前記制御信号のパルス幅を決定するパルス幅決定部と、
カウント値を前記カウント初期値からカウントダウンしていき、前記カウント値がゼロになると前記パルス幅決定部によって決定されたパルス幅の前記制御信号を出力する制御信号出力部と、を有し、
前記パルス幅決定部は、前記カウント値がゼロになったタイミングの前記充電電圧の電圧値に基づいて前記制御信号のパルス幅を決定し、
前記カウント初期値が、前記充電電圧の電圧値が低くなるにつれて大きくなる傾向を有することにより、前記制御信号の出力間隔が、前記充電電圧の電圧値が低くなるにつれて長くなる
ことを特徴とする充電装置。
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