JPH0731075A

JPH0731075A - 充電器

Info

Publication number: JPH0731075A
Application number: JP17455193A
Authority: JP
Inventors: Fumihiro Kiyoto; 文博清遠; Tadayoshi Kachi; 忠義可知
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1993-07-14
Filing date: 1993-07-14
Publication date: 1995-01-31

Abstract

(57)【要約】【目的】出力電流を安定化し、且つ、出力短絡時の安全
を図ることが可能な高効率で小型軽量の充電器を提供す
る。【構成】充電器１１は、整流器１２と電流共振型定電流
ＤＣ−ＤＣコンバータ１３とから構成されている。そし
て、充電器１１は、単相２００Ｖ，３０Ａの商用電源か
ら、バッテリ式フォークリフトの車載バッテリ１４（鉛
蓄電池を１６個直列接続してある）の充電に必要な１９
２Ｖ，１４Ａの直流を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は充電器に係り、詳しく
は、車載可能な電気自動車用の充電器に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、バッテリ式フォークリフトなどの
産業用電気車用の充電器としては、一般に準定電圧方式
充電器と呼ばれるものが広く用いられている。

【０００３】図７に、バッテリ式フォークリフト用の準
定電圧方式充電器の一例を示す。この充電器４１は、リ
レー４２と電源トランス４３と整流器４４とから構成さ
れている。そして、単相２００Ｖ，３０Ａの商用電源か
ら、バッテリ式フォークリフトの車載バッテリ４５（鉛
蓄電池を１６個直列接続してある）の充電に必要な１９
２Ｖ，１４Ａの直流を生成するようになっている。ここ
で、リレー４２は電源スイッチとして働き、充電器４１
をオン／オフさせるために設けられている。電源トラン
ス４３は電圧変換および一次二次の絶縁用に設けられて
いる。つまり、何らかの原因によって電源トランス４３
の二次側が短絡した場合に（例えば、充電器４１の出力
短絡時など）、一次側に設けられた安全装置（ヒューズ
やブレーカ等。図示略）が動作して安全を図ることがで
きるようになっている。整流器４４は交流を直流に変換
して平滑するために設けられている。

【０００４】このような準定電圧方式充電器は、部品点
数が少なく構成が簡単であるため、故障が少なくメイン
テナンスが容易であるという特徴をもっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、準定電
圧方式充電器で用いられる電源トランス４３は、商用電
源の周波数を扱う低周波用の電源トランスであるため、
電気車の充電に必要な大電力を取り出すとなると、重量
・外径寸法が非常に大きくなってしまう。また、商用電
源の周波数は低いため、リプル分の少ない十分な平滑を
行うためには、整流器４４内に設けられている平滑用コ
ンデンサを大容量のものにする必要があり、平滑用コン
デンサの重量・外径寸法が非常に大きくなってしまう。
その結果、充電器４１全体の重量・外径寸法も非常に大
きくなるという問題があった。ちなみに、上記の充電器
４１の外径寸法は43×40×42cm（約72l)で重量は70Kgも
ある。従って、充電器４１をバッテリ式フォークリフト
に車載することはできなかった。

【０００６】ところで、近年、バッテリ式フォークリフ
トなどの産業用電気車だけでなく、乗用車やトラックな
どの民生用電気自動車の需要が高まってきている。その
ため、充電器を小型軽量化して車載可能にすることが要
求されているが、準定電圧方式充電器ではその要求に応
えることができない。

【０００７】また、電気車のバッテリとして通常用いら
れる鉛蓄電池は、定電流で充電することが望ましい。と
ころが、準定電圧方式充電器では出力電流を安定化する
ことが難しく、鉛蓄電池を必ずしも最適な条件で充電で
きるわけではないという問題もあった。

【０００８】さらに、準定電圧方式充電器では、前記の
ように、電源トランス４３の二次側短絡時用の安全装置
を設ける必要があった。本発明は上記問題点を解決する
ためになされたものであって、その目的は、出力電流を
安定化し、且つ、出力短絡時の安全を図ることができる
高効率で小型軽量の充電器を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するため、一次整流平滑回路と電流共振型定電流ＤＣ
−ＤＣコンバータ１３とを備えたことをその要旨とす
る。

【００１０】

【作用】電流共振型定電流ＤＣ−ＤＣコンバータは、出
力電流を安定化することができ、出力短絡時にも出力電
流を一定にして安全を図ることができる上に、高効率で
小型軽量である。そのため、充電器に電流共振型定電流
ＤＣ−ＤＣコンバータを用いれば、その特性を生かして
充電器の性能を高めることができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面に
従って説明する。図１に示すように、本実施例の充電器
１１は、整流器１２と電流共振型定電流ＤＣ−ＤＣコン
バータ１３とから構成されている。そして、単相２００
Ｖ，３０Ａの商用電源から、電気車の車載バッテリ１４
（鉛蓄電池を１６個直列接続してある）の充電に必要な
１９２Ｖ，１４Ａの直流を生成するようになっている。

【００１２】整流器１２は交流を直流に変換するために
設けられている。また、電流共振型定電流ＤＣ−ＤＣコ
ンバータ１３は、整流器１２から出力される直流電圧
を車載バッテリ１４の充電に必要な電圧に変換する、
充電器１１の出力電流を車載バッテリ１４の充電に最適
な値に安定化する、充電器１１の出力が短絡された場
合でも過大な電流が流れないようにして安全を図る、た
めに設けられている。

【００１３】図２に、電流共振型定電流ＤＣ−ＤＣコン
バータ１３の一例を示す。尚、図２に示す電流共振型定
電流ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は公知なものであるた
め、ここではその概略だけを説明する。

【００１４】電流共振型定電流ＤＣ−ＤＣコンバータ１
３は、一次平滑用コンデンサ２１とスイッチング素子Ｔ
ｒ１，Ｔｒ２と帰還ダイオード２４，２５と共振用イン
ダクタＬと共振用キャパシタＣとスイッチングトランス
２２と平滑用フィルタ２３とから構成されている。平滑
用フィルタ２３は整流用ダイオード２３ａと二次平滑用
コンデンサ２３ｂとから構成されている。尚、整流器１
２の出力電圧をＥ、電流共振型定電流ＤＣ−ＤＣコンバ
ータ１３の出力電圧（すなわち、充電器１１の出力電
圧）をＶOUT 、一次電流をＩC 、電流共振型定電流ＤＣ
−ＤＣコンバータ１３の出力電流である二次電流（すな
わち、充電器１１の出力電流）をＩOUT 、スイッチング
トランス２２の巻線比をｎ：１、スイッチングトランス
２２の一次側電圧をＶC 、共振用インダクタＬのインダ
クタンスをＬ、共振用キャパシタＣのキャパシタンスを
Ｃとする。

【００１５】図３に、電流共振型定電流ＤＣ−ＤＣコン
バータ１３の動作波形を示す。各スイッチング素子Ｔｒ
１，Ｔｒ２のオン時間をｔ、各スイッチング素子Ｔｒ
１，Ｔｒ２のオン周期をｔSWとすると、スイッチング周
波数ｆswは式（１）、共振周波数ｆは式（２）で表され
る。但し、スイッチング周波数ｆswと共振周波数ｆとを
式（３）に示す関係にする。尚、原理的にはスイッチン
グ周波数ｆswを十数ＭＨZ にすることが可能であり、現
在でも、数ＭＨZ にすることができる。

【００１６】ｆsw＝１／ｔSW …………（１）ｆ＝１／２ｔ＝１／｛２π（ＬＣ）^1/2｝ …………（２）ｆsw＜ｆ …………（３）そして、一次電流ＩC は、各スイッチング素子Ｔｒ１，
Ｔｒ２のスイッチング動作に従って図３に示すように変
位する。また、二次電流ＩOUT は式（４）で表される。

【００１７】ＩOUT ＝４ｎｆＣＥ …………（４）図４に、一次側電圧ＶC と一次電流ＩC の関係（スイッ
チング波形）とスイッチング電力損失とを示す。

【００１８】電流共振型ＤＣ−ＤＣコンバータ１３で
は、各スイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２のオン時間ｔに
おいて、共振用インダクタＬと共振用キャパシタＣとの
共振によって一次電流ＩC （共振電流）の波形を正弦波
にしている。また、オン時間ｔ以外においては、一次電
流ＩC をゼロにしている。これにより、理論的には、タ
ーンオン時およびターンオフ時のスイッチング電力損失
がゼロになる。但し、実際には、オン時間ｔにも数Ｖの
一次側電圧ＶC が生じるため、スイッチング電力損失は
ゼロにはならない。しかし、オン時間ｔの一次側電圧Ｖ
C を低減することによって、スイッチング電力損失を極
めて小さくすることは可能である。

【００１９】図５に、出力電圧ＶOUT と二次電流（出力
電流）ＩOUT との関係を示す。出力電圧ＶOUT の広い範
囲に渡って安定した値の二次電流（出力電流）ＩOUT を
得ることができる。

【００２０】図６に、出力電圧ＶOUT と効率との関係を
示す。出力電圧ＶOUT の広い範囲に渡って高い効率を得
ることができる。また、スイッチングトランス２２は、
動作周波数の高いスイッチングトランスであるため、重
量・外径寸法を小さくすることができる。また、電流共
振型ＤＣ−ＤＣコンバータ１３はリプル分に対する許容
度が高いため、一次平滑用コンデンサ２１は小容量のも
のでよい。そのため、一次平滑用コンデンサ２１は小型
軽量にすることができる。すなわち、電流共振型定電流
ＤＣ−ＤＣコンバータ１３では、動作周波数（スイッチ
ング周波数ｆsw，共振周波数ｆ）を高くすることによ
り、スイッチングトランス２２および一次平滑用コンデ
ンサ２１（一次平滑用フィルタ）を小型軽量にすること
ができる。その結果、充電器１１全体を小型軽量にする
ことができる。ちなみに、充電器１１の外径寸法は45×
30×28cm（約38l)と小型で重量は21Kgと軽量である。そ
のため、乗用車やトラックなどの民生用電気自動車でも
十分に車載可能である。

【００２１】また、電流共振型定電流ＤＣ−ＤＣコンバ
ータ１３は上記のように二次電流ＩOUT の制御が可能で
ある。そのため、充電器１１の出力電流を安定化するこ
とが容易であり、車載バッテリ１４として通常用いられ
る鉛蓄電池の充電に際しても最適な条件で充電すること
ができる。

【００２２】さらに、電流共振型定電流ＤＣ−ＤＣコン
バータ１３は出力が短絡されても二次電流ＩOUT が一定
であるため、準定電圧方式充電器のように出力短絡時用
の安全装置を設けなくても、十分な安全を確保すること
ができる。

【００２３】ところで、ＤＣ−ＤＣコンバータとして
は、図２に示すような電流共振型のもの以外にも、ＰＷ
Ｍ方式や電圧共振型のものが種々提案されている。しか
しながら、ＰＷＭ方式はスイッチング電力損失が大きく
効率が低いという欠点をもっている。また、電圧共振型
は出力電流の制御が容易ではないという欠点をもってい
る。従って、ＰＷＭ方式または電圧共振型のＤＣ−ＤＣ
コンバータを充電器に用いても、本実施例のような優れ
た効果を得ることはできない。

【００２４】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、例えば、一次平滑用コンデンサ２１を整流器
１２に組み込み、整流器１２単独で一次整流平滑回路を
構成するようにしてもよい（上記実施例では、整流器１
２と一次平滑用コンデンサ２１とで一次整流平滑回路を
構成している）。また、電流共振型定電流ＤＣ−ＤＣコ
ンバータ１３は図２に示した回路形式に限るものではな
い。さらに、鉛蓄電池の充電に限らず、他の形式の電池
の充電に用いてもよい。また、電気車用の車載充電器と
してでなく、電気製品の充電用等、充電器としてどのよ
うな使い方をしてもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、出
力電流を安定化し、且つ、出力短絡時の安全を図ること
が可能な高効率で小型軽量の充電器を提供することがで
きるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した一実施例の構成を示すブロ
ック回路図である。

【図２】一実施例に用いる電流共振型定電流ＤＣ−ＤＣ
コンバータ１３の一例を示す回路図である。

【図３】図２に示す電流共振型定電流ＤＣ−ＤＣコンバ
ータ１３の特性図である。

【図４】図２に示す電流共振型定電流ＤＣ−ＤＣコンバ
ータ１３の特性図である。

【図５】図２に示す電流共振型定電流ＤＣ−ＤＣコンバ
ータ１３の特性図である。

【図６】図２に示す電流共振型定電流ＤＣ−ＤＣコンバ
ータ１３の特性図である。

【図７】従来の準定電圧方式充電器の構成を示すブロッ
ク回路図である。

【符号の説明】

１２…整流器、１３…電流共振型定電流ＤＣ−ＤＣコン
バータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一次整流平滑回路と電流共振型定電流Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータとを備えたことを特徴とする充電
器。