JP6400407B2 - 充電装置 - Google Patents

充電装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6400407B2
JP6400407B2 JP2014189665A JP2014189665A JP6400407B2 JP 6400407 B2 JP6400407 B2 JP 6400407B2 JP 2014189665 A JP2014189665 A JP 2014189665A JP 2014189665 A JP2014189665 A JP 2014189665A JP 6400407 B2 JP6400407 B2 JP 6400407B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
charging
power factor
voltage
battery
pulsating
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2014189665A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2016063622A (ja
Inventor
浩行 野田
浩行 野田
水谷　政敏
政敏 水谷
夏比古 森
夏比古 森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NTN Corp filed Critical NTN Corp
Priority to JP2014189665A priority Critical patent/JP6400407B2/ja
Priority to PCT/JP2015/075564 priority patent/WO2016043099A1/ja
Priority to CN201580049651.2A priority patent/CN106688158A/zh
Publication of JP2016063622A publication Critical patent/JP2016063622A/ja
Priority to US15/454,624 priority patent/US20170187215A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6400407B2 publication Critical patent/JP6400407B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/14—Conductive energy transfer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/50—Charging stations characterised by energy-storage or power-generation means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from AC mains by converters
    • H02J7/04—Regulation of charging current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/80—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries including monitoring or indicating arrangements
    • H02J7/82—Control of state of charge [SOC]
    • H02J7/825—Detection of fully charged condition
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/90—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/927—Regulation of charging or discharging current or voltage with introduction of pulses during the charging process
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/02—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/30—AC to DC converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547—Voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Details of circuit arrangements for charging or discharging batteries or supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/80—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries including monitoring or indicating arrangements
    • H02J7/82—Control of state of charge [SOC]
    • 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
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

この発明は、電気自動車や、スマートフォン、充電式乾電池、ＤＩＹ電動工具等の充電式バッテリーを備える種々の充電対象機器への急速充電等に適用される充電装置に関する。
従来、バッテリーの充電には、整流されかつ平滑化された直流電源を使用し、バッテリーの端子電圧を確認することでバッテリーの満充電等の蓄電状態を確認している。なお、研究・実験用途に設計されて、バッテリーの内部抵抗などの非常に小さい抵抗値を計測する機器としては、交流４端子法を用いたバッテリテスタ・内部抵抗計測器が市販されている（非特許文献１）。
交流４端子法バッテリテスタ・内部抵抗計測器（東京デバイセズＩＷ７８０７）、東京デバイセズ、http://tokyodevices.jp/categories/battery-testers （２０１４年６月１３日検索）
従来の充電装置は、上記のように整流されかつ平滑化された直流電源を使用している。しかし、平滑化せずに整流した脈流をそのままバッテリーに接続し充電を行っても、バッテリー寿命の低下の上で問題がないことがわかった。また、充電程度の検出手段の工夫により、脈流で充電する方が、むしろ充電程度の検出に有利であることが分かった。
すなわち、従来のバッテリーの端子電圧により蓄電状態を確認する方法では正確な蓄電状態を把握することが困難であり、そのため、特に急速充電時に過充電を起こし、バッテリーの寿命を短くするという課題がある。
そこで、本発明者は、バッテリーの内部抵抗と充電程度とが比例する関係に着眼し、内部抵抗を検出して充電程度を検出することを考えた。バッテリーの内部抵抗は、内部抵抗計測器を用いれば、精度良く検出することができる。この内部抵抗の測定につき、従来の内部抵抗計測器は研究・実験用途向けの機器であって、高価であり、一般用途に用いることが困難であるうえ、端子の当て方による抵抗値の変動等で測定値が変動し、一般の者が正確に測定することが難しい。
これに対して、脈流で充電すれば、その脈流により生じるバッテリの端子電圧のリップル電圧の変動幅によって充電程度を検出することが分かった。
このように、脈流で充電する方が、充電程度の検出に有利であり、過充電を回避してバッテリーの長寿命を図る上で有利である。
しかし、商用電源等の交流から整流しただけの脈流は、電圧波形はサイン波であるが、電流波形が幅の狭いパルス状であり、充電される電力は電流と電圧の積であり、電流波形のパルス間の電流値零のときは電力も零となるため、充電の効率が悪いという問題点がある。
この発明の目的は、上記課題を解消し、充電程度の検出に有利な脈流による充電を行いながら、充電の効率を高めた充電装置を提供することである。
この発明の充電装置は、交流電源１の交流を整流して脈流とする整流回路２と、この整流回路２から出力される脈流の力率を高める力率改善手段１５と、充電対象機器３の充電端子に接続する出力端子５を有し前記力率改善手段１５から出力される力率改善脈流を、電圧の平滑化を行うことなく出力する出力回路６とを備える。
この構成によると、力率改善手段１５を設けることで、整流回路２から出力される脈流の力率を高め、この力率改善脈流を用いて充電するため、脈流で充電するようにしながら、効率の良い充電が行える。また、脈流で充電するため、次のように充電程度の検出が精度良く行えて、過充電を防止し、バッテリー寿命を高めることができる。
すなわち、脈流で充電すると、バッテリーの端子電圧にリップル電圧が生じる。このリップル電圧の変動幅、つまり振幅は、バッテリーの内部抵抗に比例する。また、バッテリーの内部抵抗は充電が進むに従って小さくなる。そのため、バッテリーの端子電圧の変動幅を測定することにより、バッテリーの充電の程度を正確に検出することができる。これにより、満充電を精度良く検出し、急速充電等における過充電を回避し、バッテリーの寿命低下を防止することができる。なお、脈流で充電するが、電圧変動があっても、過充電の場合のようなバッテリーの寿命低下は生じない。
この発明の充電装置は、上記構成において、前記充電対象機器３のバッテリー４の端子電圧を監視し前記脈流により生じる前記端子電圧のリップル電圧の変動幅によって充電程度を検出する充電程度検出手段７を設けている。
上記のように、整流後の電圧の平滑化を行っていない脈流の状態で充電すると、バッテリー４の端子電圧にリップル電圧が生じる。このリップル電圧の変動幅、つまり振幅は、バッテリー４の内部抵抗に比例する。また、バッテリー４の内部抵抗は充電が進むに従って小さくなる。そのため、前記充電程度検出手段７によりバッテリー４の端子電圧の変動幅を測定することにより、バッテリー４の充電の程度を正確に検出することができる。これにより、満充電を精度良く検出し、急速充電等における過充電を回避し、バッテリー４の寿命低下を防止することができる。
なお、「リップル電圧」は、直流成分に重畳されて周期的に変動する電圧を言う。
この発明において、前記力率改善手段１５は、入力された脈流の電流波形を矩形化し各波山間の幅を狭めて前記力率改善脈流とする構成であっても良い。
脈流の電流波形を矩形化し各波山間の幅を狭めることで、前記脈流の力率が向上してバッテリーに印加される電力が大きくなる。
この発明の充電装置は、交流電源の交流を整流して脈流とする整流回路と、この整流回路から出力される脈流の力率を高める力率改善手段と、充電対象機器の充電端子に接続する出力端子を有し前記力率改善手段から出力される力率改善脈流を、電圧の平滑化を行うことなく出力する出力回路とを備え、前記充電対象機器のバッテリーの端子電圧を監視し前記脈流により生じる前記端子電圧のリップル電圧の変動幅によって充電程度を検出する充電程度検出手段を設けたため、充電程度の検出に有利な脈流による充電を行いながら、充電の効率を高めることができる。
この発明の一実施形態にかかる充電装置の回路図である。 同充電装置における力率改善手段による改善前後の電圧、電流、および電力の波形例の概略を示す説明図である。 この発明の他の実施形態にかかる充電装置の回路図である。 力率改善手段の一例を示す電気回路図である。
この発明の一実施形態を図面と共に説明する。この充電装置は、交流電源１の交流を整流して脈流とする整流回路２と、この整流回路２から出力される脈流の力率を高める力率改善手段１５と、充電対象機器３の充電端子（図示せず）に接続する出力端子５を有し前記力率改善手段１５から出力される力率改善脈流を、電圧の平滑化を行うことなく出力する出力回路６と、前記充電対象機器３のバッテリー４の端子電圧を監視し前記脈流により生じる前記端子電圧のリップル電圧の変動幅によって充電程度を検出する充電程度検出手段７とを備える。さらに、充電停止手段１１および充電程度報知手段１３を備える。
前記交流電源１は、例えば１００Ｖまたは２００Ｖの単相の交流商用電源であり、整流回路２の上流側に、前記交流電源１の配線におけるコンセント（図示せず）に差し込むプラグ等の入力端子８が設けられている。整流回路２は、全波整流回路であり、半導体スイッチング素子２ａのブリッジ回路等で構成される。整流回路２は、半波整流回路であっても良い。
充電対象機器３は、充電可能なバッテリー４を備える機器であれば何でも良く、例えば、電気自動車、スマートフォン、パソコン、ＤＩＹ電動工具、充電式乾電池の充電用ソケット等である。
前記力率改善手段１５は、力率改善回路等からなる。力率改善回路は、電源の力率（power factor）を１に近づける回路のことであり、ＰＦＣ（Power Factor Correction ）回路と呼ばれることが多い。なお、力率とは、交流電力の電圧と電流の位相差をφとすると、力率＝cos φで求められる。力率改善手段１５には、例えばフライバック方式の力率改善回路が用いられる。力率改善手段１５は、ここでは、具体的には、前記力率の改善処理として、図2のように入力された脈流ａの電流波形を矩形化し各波山間の幅を狭めて前記力率改善脈流ｂとする。
図４に力率改善手段１５の回路例を示す。簡単に説明すると、スイッチング素子２１がオンすると、トランス２２の一次側に電流が流れ、エネルギーが蓄えられる。スイッチング素子２１がオフすると、蓄えられたエネルギーがトランス２２の二次側からダイオード２３を通して出力される。
図1において、出力回路６は、前記力率改善手段１５から出力される力率改善脈流を前記出力端子５に印加する構成であれば良いが、図示の例では整流回路２の後段に電流制限用の抵抗９を設けると共に、正負の出力端子５，５と並列にバッテリーの直流電圧を通さない用のコンデンサ１０を接続している。また、出力回路６における出力端子５の手前に、逆流防止用のダイオード（図示せず）を設けてもよい。
充電程度検出手段７は、この例では、出力回路６の正負の端子５，５間に接続した電圧計からなる電圧検出部７ａと、判定部７ｂとからなる。判定部７ｂは、電圧検出部７ａで検出される前記端子電圧の変動幅が設定変動幅以下または未満になると充電完了と判定すると充電完了と判定する手段である。前記設定変動幅は、満充電になるときのリップル電圧の変動幅とすれば良いが、必ずしも満充電に対応する値とせず、残充電可能量に余裕を持たせた値としても良い。例えば、電気自動車のバッテリーでは残充電可能量に余裕を持たせておくことで、回生ブレーキの使用の余地が得られる。前記設定変動幅は、充電対象のバッテリー４の種類等に応じて設定するが、複数種類のバッテリー４に対応できるようにモードスイッチ（図示せず）等で切換可能としても良い。
充電停止手段１１は、充電程度検出手段が充電完了と判定すると充電を停止する手段であり、例えば、出力回路６に設けた開閉スイッチ１２を開くことで充電を停止する。開閉スイッチ１２は、半導体スイッチング素子であっても、リレー等の有接点のスイッチであっても良い。
充電程度報知手段１３は、充電程度検出手段７により検出された充電の程度を人に知らせる手段であり、液晶パネルまたは報知ランプ等からなる。充電程度報知手段１３は、ランプのオンオフ等で充電の程度を段階的に知らせる構成であっても、またパーセント表示や指針，グラフ等で液晶画面等に表示する構成であっても良い。
上記構成の充電装置によると、整流回路２で全波整流された脈流ａが、力率改善手段１５で力率改善されて電流波形が図2のように矩形化された脈流ｂとなる。出力回路６は、この力率改善されて後に平滑化されていない脈流ｂで充電する。
図２と共に説明すると、整流回路２で全波整流された脈流ａは、同図（Ａ）に示すように電圧波形がサイン波状であるが、電流波形は幅の狭いパルス状となり、各パルス間の間隔が大きく開いている。電流波形の電流値が零の間は、電力も零となる。そのため電力波形は、電流波形と同様に幅の狭いパルス状となり、このまま充電に用いると充電効率が悪い。しかし、この実施形態では、力率改善手段１５により図２（Ｂ）に示すように、入力された脈流ａの電流波形を矩形化し各波山間の幅を狭める。これにより力率が改善されて電力波形が幅の広い矩形となり、電流波形の隣合うパルス間の幅が狭くなる。そのため、この力率改善後の脈流ｂで充電することにより、脈流でありながら、できるだけ効率良く短時間で充電することができる。
上記のように力率改善は行うが、脈流であるため、バッテリー４の端子電圧に充電電圧である脈流ｂに対応するリップル電圧ｃが生じる。このリップル電圧ｃの変動幅、つまり振幅は、バッテリー４の内部抵抗ｒに比例する。また、バッテリー４の内部抵抗ｒは充電が進むに従って小さくなる。そのため、充電が進むに従って、リップル電圧ｃが符号「ｃ′」で波形を示すように小さくなり、充電程度検出手段７によりバッテリー４の端子電圧の変動幅を測定することによって、バッテリー４の充電の程度を正確に検出することができる。
充電程度検出手段７により検出した充電の程度は、充電程度報知手段１３により段階的に、またはパーセント表示等で表示する。充電程度検出手段７により、リップル電圧ｂの変動幅が設定変動幅以下または未満になると、充電程度検出手段７は充電完了と判定し、この判定に応答して充電停止手段１１は開閉スイッチ１２を開き、充電を停止する。
スマートフォン等の多くの充電対象機器３は、充電装置に接続したままに放置する場合が多いが、前記充電停止手段１１を設けることで、特に人による操作を必要とせずに、過充電を防止し、バッテリー４の長寿命化が得られる。
このように、この構成の充電装置によると、整流後に平滑化を行わない脈流の状態で充電するため、満充電等の充電状態を正確に検出でき、過充電の防止が行え、バッテリーの長寿命化が達成できる。また、脈流で充電するが、単に整流しただけでなく、その後に力率改善を行った脈流で充電するため、効率良く充電できて、短時間で充電が行え、急速充電にも対応することができる。
図３は、この発明の他の実施形態を示す。この例は、図１に示す第１の実施形態において、電圧を変換する電圧変換回路１４を設けたものである。電圧変換回路１４は、図示の例では整流回路２の後段に設けているが、整流回路２の前段に設けても良い。その他の事項は第１の実施形態と同様である。
前記交流電源１の電圧とバッテリー４の電圧は大きく異なる場合があるため、電圧変換回路１４を設けて充電に適した電圧に変換したうえで充電を行うようにすることで、良好に充電が行える。この場合に、この充電装置では脈流で充電を行うため、バッテリー４の充電端子に印加する充電電圧は、通常の平滑化された直流で充電する場合の電圧よりも高く設定しておくことが好ましい。これにより、脈流で充電することで生じる直流に対する充電時間の長時間化が回避できる。
１…交流電源
２…整流回路
３…充電対象機器
４…バッテリー
５…出力端子
６…出力回路
７…充電程度検出手段
１１…充電停止手段
１３…充電程度報知手段
１４…電圧変換回路
１５…力率改善手段

Claims (2)

  1. 交流電源の交流を整流して脈流とする整流回路と、この整流回路から出力される脈流の力率を高める力率改善手段と、充電対象機器の充電端子に接続する出力端子を有し前記力率改善手段から出力される力率改善脈流を、電圧の平滑化を行うことなく出力する出力回路とを備え、前記充電対象機器のバッテリーの端子電圧を監視し前記脈流により生じる前記端子電圧のリップル電圧の変動幅によって充電程度を検出する充電程度検出手段を設けた充電装置。
  2. 請求項１に記載の充電装置において、前記力率改善手段は、入力された脈流の電流波形を矩形化し各波山間の幅を狭めて前記力率改善脈流とする充電装置。
JP2014189665A 2014-09-18 2014-09-18 充電装置 Expired - Fee Related JP6400407B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014189665A JP6400407B2 (ja) 2014-09-18 2014-09-18 充電装置
PCT/JP2015/075564 WO2016043099A1 (ja) 2014-09-18 2015-09-09 充電装置
CN201580049651.2A CN106688158A (zh) 2014-09-18 2015-09-09 充电装置
US15/454,624 US20170187215A1 (en) 2014-09-18 2017-03-09 Charging device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014189665A JP6400407B2 (ja) 2014-09-18 2014-09-18 充電装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016063622A JP2016063622A (ja) 2016-04-25
JP6400407B2 true JP6400407B2 (ja) 2018-10-03

Family

ID=55533138

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014189665A Expired - Fee Related JP6400407B2 (ja) 2014-09-18 2014-09-18 充電装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20170187215A1 (ja)
JP (1) JP6400407B2 (ja)
CN (1) CN106688158A (ja)
WO (1) WO2016043099A1 (ja)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111211609B (zh) 2016-02-05 2021-06-25 Oppo广东移动通信有限公司 充电方法、适配器和移动终端
ES2746231T3 (es) 2016-02-05 2020-03-05 Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp Ltd Adaptador y método de control de carga
JP6715046B2 (ja) 2016-03-22 2020-07-01 Ntn株式会社 交流発電機のブレーキ装置
JP6660253B2 (ja) * 2016-06-02 2020-03-11 Ntn株式会社 バッテリ充電装置
KR102320302B1 (ko) 2016-06-10 2021-11-01 엔티엔 가부시키가이샤 역률 개선 장치
JP2017221073A (ja) 2016-06-10 2017-12-14 Ntn株式会社 Ｄｃ／ｄｃコンバータ
GB2552777B (en) * 2016-07-21 2022-06-08 Petalite Ltd A battery charging system and method
EP3567699B1 (en) * 2016-07-26 2023-07-26 Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd. Charging device and method, power adapter and terminal
EP3723231B1 (en) * 2016-07-26 2021-10-06 Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd. Charging system, charging method, and power adapter
EP4037175B1 (en) 2016-07-26 2024-08-28 Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd. Charging system, charging method, and power adapter
CN209488195U (zh) * 2016-10-12 2019-10-11 Oppo广东移动通信有限公司 移动终端
SG11201907726VA (en) 2017-04-07 2019-09-27 Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp Ltd Wireless charging system, device, and method, and device to-be-charged
WO2019106744A1 (ja) * 2017-11-29 2019-06-06 マーレエレクトリックドライブズジャパン株式会社 バッテリ充電装置
JP6958392B2 (ja) 2018-01-30 2021-11-02 トヨタ自動車株式会社 二次電池システムおよび二次電池の劣化状態推定方法
KR102657047B1 (ko) * 2018-05-04 2024-04-15 삼성전자주식회사 어댑터, 전원 공급 시스템 및 그의 전원 공급 방법
MX2019014925A (es) 2018-05-31 2020-02-13 Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp Ltd Metodo de carga y aparato de carga.
JP7338189B2 (ja) * 2019-03-25 2023-09-05 Tdk株式会社 電源装置

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2646824B2 (ja) * 1990-09-28 1997-08-27 富士通株式会社 電源装置
JP3612152B2 (ja) * 1995-11-21 2005-01-19 新電元工業株式会社 充電装置
US7285919B2 (en) * 2001-06-22 2007-10-23 Lutron Electronics Co., Inc. Electronic ballast having improved power factor and total harmonic distortion
US7245108B2 (en) * 2002-11-25 2007-07-17 Tiax Llc System and method for balancing state of charge among series-connected electrical energy storage units
KR100510143B1 (ko) * 2003-07-01 2005-08-25 삼성전자주식회사 역률 보상 방법, 이에 적합한 장치 그리고 이를 적용한전원 장치
JP4630165B2 (ja) * 2005-09-21 2011-02-09 パナソニック株式会社 Ｄｃ−ｄｃコンバータ
JP5231149B2 (ja) * 2008-09-25 2013-07-10 株式会社ジャムコ 電源周波数変換器
JP5592613B2 (ja) * 2009-01-22 2014-09-17 パナソニック株式会社 電源装置及びそれを用いた照明器具
KR100930813B1 (ko) * 2009-03-09 2009-12-09 이동원 능동형 정전력 공급장치
US20110169474A1 (en) * 2010-01-09 2011-07-14 Cuks, Llc Step-down switching PFC converter
KR20120020554A (ko) * 2010-08-30 2012-03-08 삼성전기주식회사 전기 차량용 통합형 충전 장치
JP2012249410A (ja) * 2011-05-27 2012-12-13 Sharp Corp 電気自動車充電用の充電器及び充電装置
DE102011077716A1 (de) * 2011-06-17 2012-12-20 Robert Bosch Gmbh Ladevorrichtung und Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers
US8193662B1 (en) * 2011-10-17 2012-06-05 Google Inc. Power supply source blending and smoothing
KR101321236B1 (ko) * 2012-11-01 2013-10-28 명지대학교 산학협력단 Ｐｆｃ 컨버터의 출력전압 리플 보상 장치 및 이를 이용한 전기 차량용 배터리 충전 장치
JP5701283B2 (ja) * 2012-12-25 2015-04-15 オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 充電装置
JP6065316B2 (ja) * 2013-02-13 2017-01-25 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 車載電源装置および電気自動車

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016063622A (ja) 2016-04-25
CN106688158A (zh) 2017-05-17
WO2016043099A1 (ja) 2016-03-24
US20170187215A1 (en) 2017-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6400407B2 (ja) 充電装置
CN103947096B (zh) 用于检测ac/dc转换器中失效整流器的方法和系统
EP2624422A3 (en) Power source, power failure detection apparatus, and image forming apparatus
JP2016039742A (ja) 充電装置
KR20190013752A (ko) 배터리 충전 장치
TW201526492A (zh) 電轉換裝置
JP2015046962A (ja) 三相交流電源の欠相検出装置
TWI533556B (zh) 具電池電壓偵測器之電池充電器及其控制方法
JP2015521765A5 (ja)
WO2018074469A1 (ja) 二次電池の劣化判定装置及び方法
JP2019109151A (ja) 電気機器及び電気機器の接地状態検知方法
US10459036B2 (en) Battery checker
JP5959385B2 (ja) 交流電圧生成装置および電圧検出装置
JP6272135B2 (ja) 電力消費システム、漏電検知方法、および、プログラム
TWI586983B (zh) 用以偵測公用電業之電力供給是否異常的裝置及方法
JP6865780B2 (ja) バッテリーチェッカー
KR20160063807A (ko) 그리드 인버터형 전자부하 시험장치
JP6305236B2 (ja) 非接触型電圧検出装置
TW201937826A (zh) 充電裝置、充電排序方法與電量偵測方法
CN204256020U (zh) 一种新型多功能调试仪
CN104267297B (zh) 一种电容器放电速度测试电路、测试装置及测试方法
JP5147897B2 (ja) 整流回路検査装置、整流回路検査方法
TWI475790B (zh) 具有虛功補償的電源轉換裝置
JP5188536B2 (ja) 電源検査装置、電源検査方法、電源装置
KR20140116591A (ko) 3상 입력 전원의 결상 검출 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170829

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180515

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180712

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180821

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180905

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6400407

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees