KR20170004948A

KR20170004948A - 배터리 충전 장치

Info

Publication number: KR20170004948A
Application number: KR1020167013712A
Authority: KR
Inventors: 마사카즈 게키노즈
Original assignee: 후지 덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2014-05-27
Filing date: 2014-05-27
Publication date: 2017-01-11
Also published as: US10574075B2; JP6160773B2; JPWO2015181847A1; EP3151369B1; US20160276844A1; WO2015181847A1; EP3151369A4; KR102178773B1; EP3151369A1

Abstract

복수의 전력 변환 장치를 이용하여 충전을 행할 때의, 정전압 충전 동작을 실시할 때의 전류 밸런스 제어를 필요로 하지 않는 것이 가능한 배터리 충전 장치를 제공한다. 전원으로부터 공급되는 전력을 전력 변환하여 배터리에 공급하는 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)와, 정전류 충전 동작, 정전력 충전 동작 및 정전압 충전 동작을 전력 변환 장치에 실시시켜 배터리를 충전하는 충전 제어 장치(20)를 구비하고, 충전 제어 장치(20)는, 정전류 충전 동작 및 정전력 충전 동작의 실시시에는 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)를 병렬 동작시키고, 정전압 충전 동작의 실시시에는 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n) 중의 1대를 단독 동작시키도록 했다.

Description

배터리 충전 장치{BATTERY CHARGER}

본 발명은 배터리 충전 장치의 제어 기술에 관한 것이다.

종래, 복수의 전력 변환 장치를 병렬 동작시켜 부하에 전력을 공급하는 기술로서, 예컨대 특허문헌 1에 기재된 기술이 있다. 이 기술은, 병렬 동작시키는 복수의 전원 회로 중 특정한 전원 회로에 전류가 집중하는 것을 억제하기 위해, 출력 전류의 밸런스를 맞추도록 각 전원 회로를 제어하고 있다.

또한, 종래, 전력 변환 장치를 이용하여 리튬 이온 배터리 등의 배터리를 충전하는 경우, 전력 변환 장치를, 예컨대 정전류 충전 동작→정전압 충전 동작의 순으로 동작시키고 있다(예컨대 특허문헌 2 참조). 또는, 정전류 충전 동작→정전력 충전 동작→정전압 충전 동작의 순으로 동작시키고 있다(예컨대 특허문헌 3 참조).

여기서, 도 10에 나타낸 바와 같이, 정전류 충전 동작은, 충전 전류 Iot를 일정하게 유지한 상태로 충전을 행하는 동작이고, 정전력 충전 동작은, 충전 전력(Pout=Vout×Iot)을 일정하게 유지한 상태로 충전을 행하는 동작이다. 또한, 정전압 충전 동작은, 충전 전압 Vout을 일정하게 유지한 상태로 충전을 행하는 동작이다. 즉, 충전 개시후에 정전류 충전 동작→정전력 충전 동작의 순으로 충전 동작을 실시함으로써 효율적으로 충전을 행하고, 충전 종기에 있어서 정전압 충전 동작을 실시함으로써, 과충전을 회피하면서 배터리 용량의 한도치 직전까지 충전을 행한다.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 2012-244866호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 2012-157201호 공보 특허문헌 3 : 일본 특허 공개 2010-213499호 공보

그런데, 복수의 전력 변환 장치를 정전압 동작시켜 배터리를 충전하는 경우에, 이들 전력 변환 장치의 출력 전류의 밸런스를 맞추기 위해서는, 상기 종래 기술과 같이, 각 전원 회로의 전류 검출 결과 CT1∼CTn과 이들의 합계 전류의 검출 결과 CT0을 취득하는 제어선과, 이들 전류 검출 결과를 비교하기 위한 제어 회로 및 제어선이 필요해진다.

또한, 상기 종래 기술에서는, 전류의 밸런스를 맞출 때의 전류 지령치의 생성으로부터 각 전원 회로를 구동시키기 위한 제어 신호의 생성까지를 1대의 제어 장치로 집중 제어하고 있다.

그러나, 복수의 전력 변환 장치를 병렬 동작시켜 배터리를 충전하는 경우, 예컨대 도 11에 나타낸 바와 같이, 제어 장치(도시되지 않음)로부터, 전류 지령치 Iref, 전력 지령치 Pref 및 전압 지령치 Vref를 받아서, 각 전력 변환 장치가 각자의 출력 전류 검출 결과 Io1∼Io3 및 출력 전압 검출 결과 Vout로부터 제어 신호의 생성을 행하는 구성도 있다.

이러한 구성에 있어서, 정전압 충전 동작을 실시하고 또한 출력 전류의 밸런스를 맞추기 위해서는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 예컨대 각 전력 변환 장치(SMPS1∼SMPS3)에, 각 전력 변환 장치의 전류 검출 결과를 비교하는 제어 회로를 포함하는 전류 밸런스 제어부(CBC1∼CBC3)가 필요해짐과 함께, 각 전력 변환 장치에, 이들의 출력 전류 검출 결과 Io1∼Io3을 공급하는 제어선이 필요해진다.

본 발명자들은, 특히 도 11에 나타내는 종래 구성에 있어서, 정전류 충전 동작 및 정전력 충전 동작을 실시하는 경우에, 각 전력 변환 장치가, 제어 장치로부터의 전류 지령치(전력 지령치)에 대하여, 각자의 출력 전류 검출 결과로부터 자신의 출력 전류를 각 지령치에 일치하도록 제어할 수 있기 때문에, 출력 전류의 밸런스 제어를 행할 필요가 없는 점에 착안했다. 덧붙여, 정전압 충전 동작을 실시하는 경우, 정전류 충전 동작 및 정전력 충전 동작과 비교하여 배터리의 충전에 필요한 전력이 작아도 되며, 1대의 전력 변환 장치만으로 충전에 필요한 전력을 조달할 수 있는 점에 착안했다.

그리고, 이러한 착안점으로부터, 출력 전류의 밸런스가 맞지 않는 정전압 충전 동작에서는, 복수대의 전력 변환 장치 중의 1대의 전력 변환 장치만을 단독 동작함으로써, 출력 전류의 밸런스 제어 자체를 필요로 하지 않는 것이 가능하다는 것을 발견했다.

본 발명은, 상기와 같은 점에 착안하여 이루어진 것으로, 복수의 전력 변환 장치를 이용하여 충전을 행할 때의 정전압 충전 동작을 실시할 때의 출력 전류의 밸런스 제어를 필요로 하지 않는 것이 가능한 배터리 충전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

〔형태 1〕상기 목적을 달성하기 위해, 형태 1의 배터리 충전 장치는, 전원으로부터 공급되는 전력을 전력 변환하여 배터리에 공급하는 복수의 전력 변환부와, 충전 전류를 일정하게 유지하는 정전류 충전 동작, 충전 전력을 일정하게 유지하는 정전력 충전 동작, 및 충전 전압을 일정하게 유지하는 정전압 충전 동작 중, 적어도 정전압 충전 동작을 포함하는 2종류 이상의 충전 동작을 전력 변환부에 실시시켜 배터리를 충전하는 충전 제어부를 구비한다. 그리고, 충전 제어부는, 정전류 충전 동작 및 정전력 충전 동작 중 2종류 이상의 충전 동작에 포함되는 충전 동작의 실시시에는, 복수의 전력 변환부를 병렬 동작시키고, 정전압 충전 동작의 실시시에는, 복수의 전력 변환부 중의 하나의 전력 변환부를 단독 동작시키는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성이라면, 비교적 큰 공급 전력이 필요한 정전류 충전 동작 및 정전력 충전 동작의 실시시에, 복수의 전력 변환부를 병렬 동작시키는 것이 가능해진다. 덧붙여, 공급 전력이 비교적 작아도 되는 정전압 충전 동작의 실시시에는, 복수의 전력 변환부 중의 하나의 전력 변환부를 단독 동작시키는 것이 가능해진다.

〔형태 2〕또한, 형태 2의 배터리 충전 장치는, 형태 1의 구성에 대하여, 충전 제어부는, 정전류 충전 동작에 대응하는 전류 지령치, 정전력 충전 동작에 대응하는 전력 지령치, 및 정전압 충전 동작에 대응하는 전압 지령치 중, 상기 2종류 이상의 충전 동작에 대응하는 지령치를 전력 변환부에 출력함으로써 복수의 전력 변환부의 충전 동작을 제어한다. 또한, 복수의 전력 변환부의 각각은, 충전 제어부로부터의 전류 지령치와 자신의 출력 전류치에 기초하여 출력 전류치가 전류 지령치에 일치하도록 충전 동작을 제어하는 정전류 제어부, 충전 제어부로부터의 전력 지령치와 자신의 출력 전류치 및 출력 전압치에 기초하여 자신의 출력 전력치가 전력 지령치에 일치하도록 충전 동작을 제어하는 정전력 제어부, 및 충전 제어부로부터의 전압 지령치와 자신의 출력 전압치에 기초하여 출력 전압치가 전압 지령치에 일치하도록 충전 동작을 제어하는 정전압 제어부 중, 상기 2종류 이상의 충전 동작에 대응하는 제어부를 구비한다.

이러한 구성이라면, 복수의 전력 변환부는, 충전 제어부로부터의 전류 지령치, 전력 지령치 및 전압 지령치 중 어느 하나의 지령치의 입력을 받는다. 그리고, 정전류 제어부, 정전력 제어부 및 정전압 제어부 중, 입력을 받은 지령치에 대응하는 어느 하나의 제어부에 의해, 정전류 충전 동작, 정전력 충전 동작 및 정전압 충전 동작 중 어느 하나의 충전 동작을 실시하는 것이 가능해진다.

즉, 복수의 전력 변환부의 각각은, 정전류 충전 동작에 관해, 자신의 출력 전류치가 전류 지령치와 일치하도록 충전 동작을 제어하는 것이 가능해진다. 또한, 정전력 충전 동작에 관해, 자신의 출력 전류치 및 출력 전압치로부터 구해지는 자신의 출력 전력치가 전력 지령치와 일치하도록 충전 동작을 제어하는 것이 가능해진다. 여기서, 출력 전압치(충전 전압치)는 각 전압 변환부에서 공통이 되기 때문에, 정전력 충전 동작에서는, 충전 전압치의 변화에 따라서, 각 전압 변환부가, 각자의 출력 전력치가 전력 지령치와 일치하는 공통의 출력 전류치를 출력하도록 제어하는 것이 가능하다. 그 때문에, 정전류 충전 동작 및 정전력 충전 동작에 관해서는, 복수의 전력 변환부의 출력 전류의 밸런스를 맞출 필요가 없다.

〔형태 3〕또한, 형태 3의 배터리 충전 장치는, 형태 1 또는 2의 구성에 대하여, 충전 제어부는, 충전 개시부터 완료까지의 1회의 충전 기간에 있어서의 정전압 충전 동작의 실시 기간에 있어서, 단독 동작시키는 전력 변환부를, 미리 설정한 설정 시간이 경과할 때마다 다른 전력 변환부로 순서대로 교체하는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성이라면, 정전압 충전 동작의 실시시에 단독 동작시키는 전력 변환부를, 설정 시간이 경과할 때마다, 다른 전력 변환부로 순서대로 교체하는 것이 가능해진다.

〔형태 4〕또한, 형태 4의 배터리 충전 장치는, 형태 1 또는 2의 구성에 대하여, 충전 제어부는, 단독 동작시키는 전력 변환부를, 충전 개시부터 완료까지의 1회의 충전 기간이 완료할 때마다 다른 전력 변환부로 순서대로 교체하는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성이라면, 정전압 동작의 실시시에 단독 동작시키는 전력 변환부를, 1회의 충전 기간이 완료할 때마다, 다른 전력 변환부로 순서대로 교체하는 것이 가능해진다.

〔형태 5〕또한, 형태 5의 배터리 충전 장치는, 형태 1 내지 4 중 어느 하나의 구성에 대하여, 배터리는 리튬 이온 배터리이며, 충전 제어부는, 정전류 충전 동작, 정전압 충전 동작의 순으로, 또는 정전류 충전 동작, 정전력 충전 동작, 정전압 충전 동작의 순으로 전력 변환부를 동작시켜 배터리를 충전하는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성이라면, 리튬 이온 배터리에 대하여, 정전류 충전 동작, 정전압 충전 동작의 순으로, 또는 정전류 충전 동작, 정전력 충전 동작 및 정전압 충전 동작의 순으로 충전을 행하는 것이 가능해진다. 덧붙여, 정전압 충전 동작의 실시시에, 복수의 전력 변환부 중의 하나의 전력 변환부를 단독 동작시키는 것이 가능하다.

본 발명에 의하면, 비교적 큰 충전 전력이 필요한 정전류 충전 동작 및 정전력 충전 동작의 실시시에, 복수의 전력 변환부를 병렬 동작시켜, 충전 전력이 비교적 작아도 되는 정전압 충전 동작의 실시시에, 복수의 전력 변환부 중의 하나의 전력 변환부를 단독 동작시킨다. 이에 따라, 복수의 전력 변환부를 병렬 동작시킨 경우에 출력 전류의 밸런스가 맞지 않게 되는 정전압 충전 동작을 실시할 때의 출력 전류의 밸런스 제어를 필요로 하지 않는 것이 가능해진다.

이에 따라, 정전압 충전 동작의 실시시에 전류 밸런스 제어를 행하는 데 필요한 전용의 제어 회로나 제어선을 필요로 하지 않는 것이 가능해지고, 이러한 전류 밸런스 제어를 위한 비용 상승을 억제할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다. 덧붙여, 정전압 충전 동작을 실시할 때의 전력 손실을 복수 동작시와 비교하여 저감할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 제1 실시형태의 배터리 충전 장치의 전체 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 2의 (a)는, 전력 변환 장치의 구성을 나타내는 블럭도이며, (b)는, 연산 제어 장치의 상세한 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 3은 충전 제어 장치의 구체적인 구성의 일례를 나타내는 블럭도이다.
도 4는 충전 동작 제어 처리의 처리 순서의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
도 5는 제1 실시형태의 정전압 충전 동작 제어 처리의 처리 순서의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
도 6은 제1 실시형태의 정전압 충전 동작을 실시할 때의 단독 동작하는 전력 변환 장치의 동작 시간과 동작 순서의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은 제2 실시형태의 충전 제어 장치의 구체적인 구성의 일례를 나타내는 블럭도이다.
도 8은 제2 실시형태의 정전압 충전 동작 제어 처리의 처리 순서의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
도 9는 제2 실시형태의 정전압 충전 동작을 실시할 때의 단독 동작하는 전력 변환 장치의 동작 순서의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10은 정전류 충전 동작, 정전력 충전 동작 및 정전압 충전 동작의 순으로 충전을 실시할 때의 충전 전압과 충전 전류의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11은 종래의 복수의 전력 변환 장치를 구비한 배터리 충전 장치의 구성의 일례를 나타내는 블럭도이다.

(제1 실시형태)

(구성)

도 1에 나타낸 바와 같이, 제1 실시형태의 배터리 충전 장치(1)는, 병렬 접속된 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)(n은 2 이상의 자연수)와, 충전 제어 장치(20)와, 제1∼제n 전류 검출 회로(CS1∼CSn)와, 충전 전류 검출 회로(CtS)와, 전압 검출 회로(VcS)를 포함하여 구성된다. 또, 도 1의 예에서는, 전력 변환 장치가 3대 이상이 되는 구성으로 하고 있지만, 제1∼제2 전력 변환 장치(10_1∼10_2)의 2대 구성으로 해도 좋다. 이 배터리 충전 장치(1)는, 충전 제어 장치(20)에 의해, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)의 충전 동작을 제어하여, 출력 단자에 접속된 배터리(100)를 충전한다. 또한, 도시는 생략하고 있지만, 입력 단자(Tin)에는 전원이 접속된다. 또한, 제1 실시형태에 있어서, 배터리(100)는 리튬 이온 배터리이다.

제1∼제n 전류 검출 회로(CS1∼CSn)는, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)와, 이들의 출력선의 다른 전력 변환 장치의 출력선과의 합류부와의 사이에 삽입되고, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)의 출력 전류 Io1∼Ion를 검출하는 회로이다.

예컨대, 제1 전류 검출 회로(CS1)이면, 제1 전력 변환 장치(10_1)와, 이 출력선의 제2∼제n 전력 변환 장치(10_2∼10_n)의 출력선과의 합류부와의 사이에 삽입된다.

또한, 제1∼제n 전류 검출 회로(CS1∼CSn)는, 예컨대 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)와, 이들의 출력선의 합류부와의 사이에 개별적으로 삽입된 미소 저항치의 션트 저항과, 이 션트 저항의 양단에 가해지는 전압을 계측하여 각 전력 변환 장치의 출력 전류를 검출하는 전류 검출 회로로 구성된다. 또한, 션트 저항을 이용하는 구성에 한정되지 않고, 예컨대 DC 커런트ㆍ트랜스(DCCT) 등의 홀소자를 이용하는 구성 등 다른 구성으로 해도 좋다.

충전 전류 검출 회로(CtS)는, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)의 출력선의 합류부와 배터리(100) 사이에 삽입되고, 배터리(100)의 충전 전류 Iot(Iot=Io1+Io2+ㆍㆍㆍ+Ion)를 검출하는 회로이다.

충전 전류 검출 회로(CtS)는, 예컨대 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)의 출력선의 합류부와 배터리(100) 사이에 삽입된 미소 저항치의 션트 저항과, 이 션트 저항의 양단에 가해지는 전압을 계측하여 충전 전류를 검출하는 전류 검출 회로로 구성된다. 또한, 션트 저항을 이용하는 구성에 한정되지 않고, 예컨대 DC 커런트ㆍ트랜스(DCCT) 등의 홀소자를 이용하는 구성 등 다른 구성으로 해도 좋다.

전압 검출 회로(VcS)는, 충전 전류 검출 회로(CtS)와 배터리(100) 사이에 삽입되고, 각 전력 변환 장치의 출력 전압(충전 전압) Vout을 검출하는 회로이다.

제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)는, 입력 단자(Tin)를 통해 전원으로부터 입력되는 전원 전력을 전력 변환하는 전력 변환 회로를 포함하여 구성된다. 이 전력 변환 회로는, 입력 단자(Tin)에 접속되는 전원의 종별에 따라서 구성이 상이하다. 예컨대, 전원이 교류 전원이면, 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 AC/DC 컨버터로 구성되고, 전원이 직류 전원이면, 직류 전력을 직류 전력으로 변환하는 DC/DC 컨버터로 구성된다.

제1 실시형태에서는, 전원은 교류 전원(예컨대 상용 전원)이며, 전력 변환 회로는 AC/DC 컨버터인 것으로 한다.

또한, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)는, 충전 제어 장치(20)로부터의 전류 지령치 Iref, 전력 지령치 Pref, 전압 지령치 Vref 및 구동 지령치 fd에 기초하여, 정전류 충전 동작, 정전력 충전 동작 및 정전압 충전 동작을 실시하여 배터리(100)를 충전한다.

충전 제어 장치(20)는, 전압 검출 회로(VcS)에서 검출되는 출력 전압 Vout을 감시하고, 출력 전압 Vout의 크기에 따라서 충전 동작의 종류를 적절하게 전환함으로써, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)에 의한 배터리(100)의 충전 동작을 제어한다.

제1 실시형태에 있어서, 충전 제어 장치(20)는, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)에, 정전류 충전 동작, 정전력 충전 동작 및 정전압 충전 동작의 3종류의 충전 동작을 실시시키도록 되어 있다.

그 때문에, 충전 제어 장치(20)는, 정전류 충전 동작의 실시시에는 전류 지령치 Iref를, 정전력 충전 동작의 실시시에는 전력 지령치 Pref를, 정전압 충전 동작의 실시시에는 전압 지령치 Vref를, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n) 중 미리 설정한 전력 변환 장치에 출력한다.

또한, 충전 제어 장치(20)는, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)의 구동 상태를 제어하기 위한 구동 지령치 fd를, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)에 출력한다.

여기서, 구동 지령치 fd는, 「0」일 때에 전력 변환 장치를 구동시키고, 「1」일 때에 전력 변환 장치의 구동을 정지하도록 설정된 지령치이다.

즉, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)는, 값 「0」의 구동 지령치 fd가 입력되었을 때에는, 구동 상태가 되어 지령치에 따른 충전 동작을 실시하고, 값 「1」의 구동 지령치 fd가 입력되었을 때에는, 정지 상태가 되어 충전 동작을 중지한다.

(전력 변환 장치의 구성)

다음으로, 도 2의 (a) 및 (b)에 기초하여, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)의 구체적인 구성을 설명한다.

이하, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)를 구별할 필요가 없는 경우에, 단순히 「전력 변환 장치(10)」라고 칭하는 경우가 있다. 마찬가지로, 제1∼제n 전류 검출 회로(CS1∼CSn)를 「전류 검출 회로(CS)」라고 칭하는 경우가 있다. 마찬가지로, 제1∼제n 전류 검출 회로(CS1∼CSn)의 검출 전류 Io1∼Ion를 「출력 전류 Io」라고 칭하는 경우가 있다.

전력 변환 장치(10)는, 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 연산 제어 장치(11)와, 전력 변환 회로(12)와, 출력 차단 회로(13)를 포함하여 구성된다.

연산 제어 장치(11)는, 충전 제어 장치(20)로부터 입력된 전류 지령치 Iref, 전력 지령치 Pref 및 전압 지령치 Vref 중 어느 하나와, 구동 지령치 fd에 기초하여, 전력 변환 회로(12)를, 정전류 충전 동작, 정전력 충전 동작 또는 정전압 충전 동작시키기 위한 구동 신호를 생성한다. 그리고, 생성한 구동 신호를 전력 변환 회로(12)에 출력한다.

또한, 연산 제어 장치(11)는, 충전 제어 장치(20)로부터의 구동 지령치 fd에 기초하여, 구동 지령치 fd가 「0」이면, 전력 변환 회로(12)에 대하여 각 충전 동작에 따른 구동 신호를 출력한다. 한편, 구동 지령치 fd가 「1」이면, 전력 변환 회로(12)에 대하여 그 구동을 정지하는 구동 신호를 출력한다.

제1 실시형태의 전력 변환 회로(12)는, AC/DC 컨버터를 포함하여 구성된다. 이 AC/DC 컨버터는, 입력 단자(Tin)에 접속된 교류 전원으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 정류 회로와, 정류 회로로부터의 직류 입력을 전력 변환하여 직류 출력을 얻는 예컨대 절연형의 DC/DC 컨버터를 구비하고 있다. 이 DC/DC 컨버터는, 예컨대 풀브릿지의 인버터 회로와, 이 인버터 회로의 교류 출력이 입력되는 트랜스와, 이 트랜스의 교류 출력을 정류하는 정류 회로를 포함하여 구성된다.

이러한 구성에 의해, 전력 변환 회로(12)는, 연산 제어 장치(11)로부터의 구동 신호에 의해, 인버터 회로를 구성하는 스위칭 소자(예컨대 전계 효과 트랜지스터)가 구동 제어된다. 이에 따라, 입력측의 정류 회로로부터 공급되는 직류 전력을, 구동 신호에 기초하는 구동 내용에 따른 교류 전력으로 변환하고, 이 교류 전력을 출력측의 정류 회로에서 정류하여 배터리(100)의 충전 전력(직류 전력)으로 변환한다. 즉, 전력 변환 회로(12)는, 연산 제어 장치(11)로부터의 구동 신호에 의해 구동 제어되고, 정전류 충전 동작, 정전력 충전 동작 또는 정전압 충전 동작의 동작 조건을 만족하는 직류 전력을 출력한다.

출력 차단 회로(13)는, 전력 변환 회로(12)와 출력 단자(Tout) 사이에 삽입되고, 차단 동작시에 전력 변환 회로(12)와 출력 단자(Tout)에 접속된 배터리(100)와의 전기적인 접속을 차단한다. 또한, 출력 차단 회로(13)는, 예컨대 전계 효과 트랜지스터로 구성된다. 또, 출력 차단 회로(13)는, 전계 효과 트랜지스터를 이용한 반도체 릴레이에 한정되지 않고, 다른 반도체 소자를 이용한 구성으로 해도 좋고, 반도체 릴레이에 한정되지 않고, 기계식 릴레이, 하이브리드 릴레이 등으로 구성해도 좋다.

연산 제어 장치(11)는, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 마이크로컴퓨터(11a)(이하, 「마이컴(11a)」이라고 칭함)와 구동 회로(11b)를 포함하여 구성된다.

마이컴(11a)은, 도시는 생략하지만, A/D 변환기와, 프로세서와, 각종 데이터를 저장하는 메모리를 포함하여 구성되고, 각종 센서로부터의 아날로그 입력 신호를 A/D 변환기로 디지털 신호로 변환하고, 이 디지털 신호가 나타내는 디지털치를 프로세서로 연산 처리하여 각종 제어 지령치를 산출한다. 그리고, 산출한 제어 지령치를 구동 회로(11b)에 출력한다.

구체적으로, 마이컴(11a)에는, 충전 제어 장치(20)로부터의 디지털 신호인 전류 지령치 Iref, 전력 지령치 Pref, 전압 지령치 Vref 및 구동 지령치 fd가 입력된다. 덧붙여, 전류 검출 회로(CS)로부터의 아날로그 신호인 출력 전류 Io와, 전압 검출 회로(VcS)로부터의 아날로그 신호인 출력 전압 Vout이 입력된다.

마이컴(11a)은, 아날로그의 출력 전류치 Io 및 출력 전압치 Vout을, A/D 변환기를 통해, 디지털의 출력 전류치 Io 및 출력 전압치 Vout로 변환한다. 그리고, 이들 출력 전류치 Io 및 출력 전압치 Vout와, 충전 제어 장치(20)로부터의 전류 지령치 Iref, 전력 지령치 Pref, 전압 지령치 Pref 및 구동 지령치 fd에 기초하여, 각종 충전 동작에 대응하는 제어 지령치를 연산한다.

또한, 마이컴(11a)은, 각종 충전 동작에 대응하는 제어 지령치를 생성하기 위한 기능 구성부로서, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 정전류 제어부(110)와, 정전력 제어부(111)와, 정전압 제어부(112)와, 구동 제어부(113)를 구비한다. 여기서, 이들 기능 구성부의 각 기능은, 프로세서에 있어서, 미리 메모리에 저장된 프로그램을 실행함으로써 실현된다.

즉, 마이컴(11a)은, 전류 지령치 Iref의 입력에 따라서 정전류 제어부(110)의 처리를 실행하고, 전력 지령치 Pref의 입력에 따라서 정전력 제어부(111)의 처리를 실행하고, 전압 지령치 Vref의 입력에 따라서 정전압 제어부(112)의 처리를 실행한다. 또한, 구동 지령치 fd의 입력에 따라서 구동 제어부(113)의 처리를 실행한다.

정전류 제어부(110)는, 전류 지령치 Iref 및 출력 전류치 Io에 기초하여, 예컨대 PI 제어 연산 또는 PID 제어 연산을 행하여, 전력 변환 회로(12)의 출력 전류치 Io가 전류 지령치 Iref에 일치하도록 전력 변환 회로(12)를 구동 제어하기 위한 제어 지령치 I*를 연산한다. 그리고, 연산한 제어 지령치 I*를 구동 회로(11b)에 출력한다.

정전력 제어부(111)는, 우선 출력 전압치 Vout와 출력 전류치 Io를 곱하여 출력 전력치 Pout를 연산한다. 다음으로, 이 출력 전력치 Pout 및 전력 지령치 Pref에 기초하여, 예컨대 PI 제어 연산 또는 PID 제어 연산을 행하여, 전력 변환 회로(12)의 출력 전력 Pout이 전력 지령치 Pref에 일치하도록 전력 변환 회로(12)를 구동 제어하기 위한 제어 지령치 P*를 연산한다. 그리고, 연산한 제어 지령치 P*를 구동 회로(11b)에 출력한다.

정전압 제어부(112)는, 전압 지령치 Vref 및 출력 전압치 Vout에 기초하여, 예컨대 PI 제어 연산 또는 PID 제어 연산을 행하여, 전력 변환 회로(12)의 출력 전압치 Vout이 전압 지령치 Vref에 일치하도록 전력 변환 회로(12)를 구동 제어하기 위한 제어 지령치 V*를 연산한다. 그리고, 연산한 제어 지령치 V*를 구동 회로(11b)에 출력한다.

구동 제어부(113)는, 입력된 구동 지령치 fd가 「0」으로 판정되면, 전력 변환 회로(12)를 통상 제어시키기 위한 제어 지령치 D*를 구동 회로(11b)에 출력한다. 한편, 입력된 구동 지령치 fd가 「1」로 판정되면, 전력 변환 회로(12)를 정지시키기 위한 제어 지령치 D*를 구동 회로(11b)에 출력한다.

여기서, 제1 실시형태에 있어서, 전력 변환 회로(12)의 인버터 회로를 구성하는 스위칭 소자는 전계 효과 트랜지스터이며, 풀브릿지 구성의 인버터 회로는, 직렬 접속된 2개의 전계 효과 트랜지스터로 이루어진 스위칭 아암을 2개 병렬로 접속한 구성이다. 그리고, 이러한 구성의 인버터 회로를, 예컨대 위상 시프트 방식이나 펄스폭 변조(PWM) 방식 등의 미리 설정한 구동 방식에 대응하는 게이트 구동 신호에 의해 구동한다.

또한, 제어 지령치 I*, P*, V* 및 D*는, 모두 캐리어 신호로부터 게이트 구동 신호를 형성하기 위한 전압 지령치가 된다.

구동 회로(11b)는, 도시는 생략하지만, 삼각파의 캐리어 신호를 발생하는 신호 발생 회로와, 제어 지령치와 캐리어 신호에 기초하여 인버터 회로 및 출력 차단 회로(13)의 게이트 구동 신호를 형성하는 구동 신호 형성 회로를 구비한다.

구동 회로(11b)는, 제어 지령치 I*, P* 및 V* 중 어느 하나와, 제어 지령치 D*가 입력되면, 제어 지령치 D*가 통상 제어시키기 위한 값(예컨대 「0」)인 경우에, 통상 제어시의 구동 신호를 형성한다.

구체적으로, 구동 신호 형성 회로에 있어서, 입력된 제어 지령치 I*, P* 및 V* 중 어느 하나와 캐리어 신호를 바탕으로 4개의 게이트 구동 신호를 형성한다. 그리고, 형성한 4개의 게이트 구동 신호를, 전력 변환 회로(12)의 인버터 회로에 출력한다. 또한, 값 「0」의 제어 지령치 D*의 입력에 따라서, 구동 신호 형성 회로에 있어서, 출력 차단 회로(13)를 통전 상태로 하는 하나의 게이트 구동 신호(하이 레벨의 게이트 구동 신호)를 형성한다. 그리고, 형성한 하나의 하이 레벨의 게이트 구동 신호를 출력 차단 회로(13)에 출력한다.

한편, 구동 회로(11b)는, 전력 변환 회로(12)를 정지시키기 위한 값(예컨대 「1」)이 설정된 제어 지령치 D*가 입력된 경우, 다른 제어 지령치의 입력에 관계없이, 구동 신호 형성 회로에 있어서, 로우 레벨의 4개의 게이트 구동 신호를 형성하고, 형성한 4개의 로우 레벨의 게이트 구동 신호를 인버터 회로에 출력한다. 또한, 구동 신호 형성 회로에 있어서, 출력 차단 회로(13)를 차단 상태로 하는 하나의 게이트 구동 신호(로우 레벨의 게이트 구동 신호)를 형성한다. 그리고, 형성한 하나의 로우 레벨의 게이트 구동 신호를 출력 차단 회로(13)에 출력한다. 이에 따라, 인버터 회로의 구동을 정지함과 함께, 전력 변환 회로(12)와 배터리(100)의 전기적인 접속을 차단한다.

(충전 제어 장치의 구성)

다음으로, 도 3에 기초하여, 충전 제어 장치(20)의 구체적인 구성을 설명한다.

충전 제어 장치(20)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 충전 제어부(21)와, 메모리(22)와, 타이머(23)를 포함하여 구성된다.

충전 제어부(21)는, 마이컴을 포함하여 구성되고, 전압 검출 회로(VcS)로부터의 출력 전압 Vout와, 충전 전류 검출 회로(CtS)로부터의 충전 전류 Iot에 기초하여, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)에 의한 배터리(100)의 충전 동작을 제어한다.

또, 충전 제어부(21)는, A/D 변환기를 구비하고 있고, 아날로그의 출력 전압치 Vout 및 충전 전류치 Iot를, 디지털의 출력 전압치 Vout 및 충전 전류치 Iot로 변환한다. 그리고, 변환후의 디지털치에 기초하여 충전 동작 제어 처리를 실행한다.

구체적으로, 충전 제어부(21)는, 충전 초기는 비교적 큰 충전 전류(예컨대 공급 가능한 최대 전류)로 충전을 행하기 때문에, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)를 정전류 충전 동작으로 병렬 동작시킨다. 또한, 충전 중기부터는, 비교적 큰 충전 전력(예컨대 공급 가능한 최대 전력)으로 충전을 행하기 때문에, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)를 정전력 충전 동작으로 병렬 동작시킨다. 또한, 충전 종기는, 필요한 충전 전력이 작아도 되기 때문에, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n) 중 어느 1대를 정전압 충전 동작으로 단독 동작시킨다.

또한, 충전 제어부(21)는, 정전류 충전 동작의 실시시에는, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)에 대하여 전류 지령치 Iref를 출력함과 함께, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)에 대하여 값 「0」의 구동 지령치 fd를 출력한다. 또한, 정전력 충전 동작의 실시시에는, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)에 대하여 전력 지령치 Pref를 출력함과 함께, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)에 대하여 값 「0」의 구동 지령치 fd를 출력한다.

여기서, 충전 제어 장치(20)는, 정전류 충전 동작 및 정전력 충전 동작의 실시시에, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)를 병렬 동작시킬 때, 배터리(100)에 대한 충전 전류의 공급을, 각 전력 변환 장치에 균등하게 부담시키도록 되어 있다. 그 때문에, 예컨대 정전류 충전 동작이면, 목표로 하는 정충전 전류치 It의 1/n이 되는 전류 지령치 Iref(=It/n)를 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)에 출력한다. 마찬가지로, 정전력 충전 동작이면, 목표로 하는 정충전 전력치 Pt의 1/n이 되는 전력 지령치 Pref(=Pt/n)를 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)에 출력한다.

한편, 충전 제어 장치(20)는, 정전압 충전 동작의 실시시에는, 배터리(100)에 대한 충전 전류의 공급을, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n) 중 어느 1대의 전력 변환 장치를 단독 동작시킴으로써, 이 단독 동작시킨 전력 변환 장치에만 부담시킨다.

즉, 단독 동작시키는 전력 변환 장치에 대하여 목표로 하는 정전압치인 전압 지령치 Vref를 출력함과 함께, 이 전력 변환 장치에 대하여 값 「0」의 구동 지령치 fd를 출력한다. 덧붙여, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n) 중, 단독 동작시키는 전력 변환 장치를 제외한 나머지 전력 변환 장치에 대하여 값 「1」의 구동 지령치 fd를 출력한다.

또한, 제1 실시형태의 충전 제어 장치(20)는, 충전 개시부터 충전 완료(만충전)까지의 1회의 충전 기간에 있어서의 정전압 충전 동작 기간 Tv에 있어서, 타이머(23)에 의해, 단독 동작하고 있는 전력 변환 장치의 동작 시간 Td를 계측한다. 그리고, 이 동작 시간 Td가, 미리 설정한 설정 시간 Ts 이상이 되면, 현재 단독 동작하고 있는 전력 변환 장치의 정전압 충전 동작을, 다른 전력 변환 장치로 교대시킨다.

즉, 현재 단독 동작하고 있는 전력 변환 장치에 대하여 값 「1」의 구동 지령치 fd를 출력하고, 다음 순서에 해당하는 전력 변환 장치에 대하여 전압 지령치 Vref를 출력함과 함께, 이 전력 변환 장치에 대하여 값 「0」의 구동 지령치 fd를 출력한다.

또, 제1 실시형태에서는, 1회의 정전압 충전 동작 기간 Tv에 있어서, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)를 미리 설정한 교대순으로 순서대로 단독 동작시킨다.

이 교대하는 순서는, 순서 정보로서, 각 전력 변환 장치의 식별 정보에 대응하여 미리 설정되어 있고, 이 순서 정보는 메모리(22)에 기억되어 있다.

또한, 정전압 충전 동작의 실시시에는, 구동중인 전력 변환 장치의 정보도 메모리에 기억하고, 교대할 때마다 구동중인 전력 변환 장치의 정보를 갱신한다. 또, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)가 일주할 때까지는, 한번 단독 동작한 전력 변환 장치가 다시 선택되지 않도록 일련번호가 설정되어 있다.

또한, 충전 제어부(21)는, 출력 전압치 Vout에 기초하여, 배터리(100)의 전압(이하, 「배터리 전압」이라고 칭함)이 이상인지 아닌지를 판정한다. 그리고, 배터리 전압이 이상으로 판정되면, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)의 전부에 대하여 값 「1」의 구동 지령치 fd를 출력한다.

메모리(22)는, 충전 제어부(21)에서 실행하는 충전 제어 처리에 필요한 프로그램 및 데이터가 기억된 ROM과, 프로그램의 실행에 필요한 각종 데이터를 일시 기억하는 불휘발성 메모리로 구성된다.

구체적으로, ROM에는, 충전 동작 제어 처리를 위한 프로그램, 전류 지령치 Iref, 전력 지령치 Pref, 전압 지령치 Vref, 순서 정보, 설정 시간 Ts 등이 기억되어 있다.

또한, 불휘발성 메모리에는, ROM에 기억된 각종 데이터를 판독하여 일시 기억함과 함께, 단독 동작하고 있는 전력 변환 장치의 정보(동작 정보)를 기억한다.

(충전 동작 제어 처리)

다음으로, 도 4에 기초하여, 충전 제어 장치(20)에서 실행되는 충전 동작 제어 처리의 처리 순서를 설명한다.

충전 제어부(21)에 있어서 충전 동작 제어 처리가 실행되면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 우선 단계 S100으로 이행한다.

단계 S100에서는, 충전 제어부(21)에 있어서, 정전류 충전 동작 제어 처리를 실시하여 단계 S102로 이행한다.

여기서, 정전류 충전 동작 제어 처리는, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)에 대하여, 전류 지령치 Iref 및 값 「0」의 구동 지령치 fd를 출력하는 처리가 된다. 이에 따라, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)가 정전류 충전 동작을 실시한다.

단계 S102에서는, 충전 제어부(21)에 있어서 정전력 충전 동작 제어 처리를 실시하고, 단계 S104로 이행한다.

여기서, 정전력 충전 동작 제어 처리는, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)에 대하여, 전력 지령치 Pref 및 값 「0」의 구동 지령치 fd를 출력하는 처리가 된다. 이에 따라, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)가 정전력 충전 동작을 실시한다.

단계 S104에서는, 충전 제어부(21)에 있어서 정전압 충전 동작 제어 처리를 실시하고, 단계 S106으로 이행한다.

단계 S106에서는, 충전 제어부(21)에 있어서 충전이 종료되었는지 아닌지를 판정한다. 그리고, 충전이 종료되었다고 판정한 경우("예")는 단계 S108로 이행하고, 그렇지 않다고 판정한 경우("아니오")는 충전이 종료될 때까지 판정 처리를 반복한다.

단계 S108로 이행한 경우는, 충전 제어부(21)에 있어서 충전 종료 처리를 실시하여, 일련의 처리를 종료한다.

구체적으로, 충전 종료 처리는, 정전압 충전 동작을 실시하고 있는 전력 변환 장치에 대하여 값 「1」의 구동 지령치 fd를 출력하고, 그 밖의 전력 변환 장치에 대한 값 「1」의 구동 지령치 fd의 출력을 계속하는 처리가 된다.

(정전압 충전 동작 제어 처리)

다음으로, 도 5에 기초하여, 단계 S104에서 실행되는 정전압 충전 동작 제어 처리의 처리 순서를 설명한다.

단계 S104에 있어서, 정전압 충전 동작 제어 처리가 실행되면, 도 5에 나타낸 바와 같이, 우선 단계 S200으로 이행한다.

단계 S200에서는, 충전 제어부(21)에 있어서, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n) 중 어느 1대가, 정전압 충전 동작으로 단독 동작중인지 아닌지를 판정한다. 그리고, 단독 동작중이라고 판정한 경우("예")는 단계 S202로 이행하고, 그렇지 않다고 판정한 경우("아니오")는 단계 S204로 이행한다.

단계 S202로 이행한 경우는, 충전 제어부(21)에 있어서, 타이머(23)의 카운트치에 기초하여, 정전압 충전 동작의 동작 시간 Td가 설정 시간 Ts 이상이 되었는지 아닌지를 판정한다. 그리고, 설정 시간 Ts 이상이 되었다고 판정한 경우("예")는 단계 S204로 이행하고, 그렇지 않다고 판정한 경우("아니오")는 일련의 처리를 종료하고 원래의 처리로 복귀한다.

단계 S204로 이행한 경우는, 충전 제어부(21)에 있어서, 메모리(22)로부터 순서 정보 및 동작 정보를 판독하고, 단계 S206으로 이행한다.

단계 S206에서는, 충전 제어부(21)에 있어서, 단계 S204에서 취득한 순서 정보 및 동작 정보에 기초하여, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n) 중에서 단독 동작시키는 전력 변환 장치를 결정한다. 그리고, 결정한 1대의 전력 변환 장치에 대하여, 전압 지령치 Vref 및 값 「0」의 구동 지령치 fd를 출력한다. 또한, 현재 단독 동작중인 전력 변환 장치가 있는 경우, 이 전력 변환 장치에 대하여 값 「1」의 구동 지령치 fd를 출력한다. 그 후, 단계 S208로 이행한다.

여기서, 충전 제어부(21)는, 순서 정보에서 결정된 순서에 있어서의 동작 정보가 나타내는 전력 변환 장치의 다음 순서의 전력 변환 장치를, 단독 동작시키는 전력 변환 장치로 결정한다.

단계 S208에서는, 충전 제어부(21)에 있어서, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n) 중, 단계 S206에서 결정한 단독 동작시키는 전력 변환 장치 이외의 나머지 전력 변환 장치에 대하여 값 「1」의 구동 지령치 fd를 출력한다. 그 후, 단계 S210으로 이행한다.

단계 S210에서는, 충전 제어부(21)에 있어서, 메모리(22)에 기억된 단독 동작중인 전력 변환 장치의 식별 정보를 갱신하고, 또한, 타이머(23)에 의한 시간 계측을 개시(타이머(23)를 리셋)하고, 일련의 처리를 종료하고 원래의 처리로 복귀한다.

(동작)

이하, 도 1∼도 5 및 도 10을 참조하면서, 도 6에 기초하여, 제1 실시형태의 배터리 충전 장치(1)의 동작을 설명한다.

여기서, 배터리(100)는 차재용 리튬 이온 배터리이며, 전원은 가정용 교류 전원인 것으로 한다. 차재용 리튬 이온 배터리는, 리튬 이온 배터리셀(예컨대 기전력 약 3.7[V])을 예컨대 수십개 병렬로 접속한 배터리 블록을, 다시 복수개(수십∼백개 정도) 직렬로 접속하거나 하여 구성된다.

또한, 여기서는, 전력 변환 장치의 대수를 제1∼제3 전력 변환 장치(10_1∼10_3)의 3대로 한다.

지금, 입력 단자(Tin)에 교류 전원이 접속되면, 충전 제어 장치(20)에 있어서 충전 동작 제어 처리가 개시된다. 충전 제어 장치(20)는, 우선 정전류 충전 동작 제어 처리를 실시한다(단계 S100).

여기서, 목표로 하는 정충전 전류를 30[A]로 하여, 충전 제어 장치(20)는, 전류 지령치 Iref(30[A]/3대=10[A]) 및 값 「0」의 구동 지령치 fd를 제1∼제3 전력 변환 장치(10_1∼10_3)에 출력한다.

이에 따라, 제1∼제3 전력 변환 장치(10_1∼10_3)는, 각자의 출력 전류 Io1∼Io3이 전류 지령치 Iref(10[A])와 일치하도록 전력 변환 회로(12)의 인버터 회로를 구동 제어한다. 즉, 3대의 전력 변환 장치의 병렬 동작에 의한 정전류 충전 동작을 실시한다. 따라서, 도 10의 정전류 충전 동작 기간에 나타낸 바와 같이, 배터리(100)가 일정한 전류치(30[A])로 충전된다. 또, 제1∼제3 전력 변환 장치(10_1∼10_3)는, 각자가 공통의 출력 전류(10[A])를 출력하도록 구동 제어되기 때문에, 출력 전류의 밸런스가 맞춰진다.

이와 같이 하여 정전류 충전 동작이 실시되면, 도 10에 나타낸 바와 같이, 충전 전류를 일정(30[A])하게 유지한 채 충전이 행해지고, 출력 전압 Vout이 시간의 경과에 따라 상승해 간다. 그리고, 충전 제어 장치(20)는, 정전류 충전 동작 제어 처리가 종료하면, 다음으로 정전력 충전 동작 제어 처리를 실시한다(단계 S102).

여기서, 목표로 하는 정충전 전력을 3[kW]으로 하여, 충전 제어 장치(20)는, 전력 지령치 Pref(=3[kW]/3대=1[kW]) 및 값 「0」의 구동 지령치 fd를, 제1∼제3 전력 변환 장치(10_1∼10_3)에 출력한다.

이에 따라, 제1∼제3 전력 변환 장치(10_1∼10_3)는, 각자의 출력 전력 Po1∼Po3이 전력 지령치 Pref(1[kW])와 일치하도록 전력 변환 회로(12)의 인버터 회로를 구동 제어한다. 즉, 3대의 전력 변환 장치의 병렬 동작에 의한 정전력 충전 동작을 실시한다.

구체적으로, 제1∼제3 전력 변환 장치(10_1∼10_3)는, 각자의 출력 전력 Po가 전력 지령치 Pref와 일치하도록, 출력 전압 Vout의 상승에 따라서, 각자의 출력 전류 Io1∼Io3을 제어한다. 이에 따라, 배터리(100)가 일정한 충전 전력(3[kW])으로 충전된다. 또, 제1∼제3 전력 변환 장치(10_1∼10_3)는, 각자가 공통의 출력 전압 Vout에 대하여 공통의 전력 지령치 Pref가 되도록 출력 전류를 제어하기 때문에, 출력 전류의 밸런스가 맞춰진다.

이와 같이 하여 정전력 충전 동작이 실시되면, 충전 전력을 일정하게 유지한 채 충전이 행해지고, 도 10에 나타낸 바와 같이, 출력 전압 Vout이 시간의 경과에 따라 상승해 감과 함께, 충전 전류 Iot가 출력 전압 Vout의 상승에 따라 하강해 간다. 그리고, 충전 제어 장치(20)는, 정전력 충전 동작 제어 처리가 종료하면, 다음으로 정전압 충전 동작 제어 처리를 실시한다(단계 S104).

충전 제어 장치(20)는, 정전압 충전 동작 제어 처리가 개시되면, 현재는 정전압 충전 동작으로 단독 동작하고 있는 전력 변환 장치가 없기 때문에(단계 S200의 "아니오"), 메모리(22)로부터 순서 정보 및 동작 정보를 판독한다(단계 S204). 충전 제어 장치(20)는, 동작 정보로부터 전회 정전압 충전 동작을 행한 전력 변환 장치를 판별하고, 순서 정보로부터 이번에 단독 동작시키는 전력 변환 장치를 결정한다. 여기서, 순서 정보는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 1회의 정전압 충전 동작 기간 Tv를 삼등분하여, 최초의 기간 tv1을 제1 전력 변환 장치(10_1)가, 다음 기간 tv2를 제2 전력 변환 장치(10_2)가, 최후의 기간 tv3을 제3 전력 변환 장치(10_3)가 단독 동작을 담당하도록 미리 설정되어 있다.

여기서는, 정전압 충전 동작 기간 Tv를 삼등분했기 때문에, 설정 시간 Ts는 「Ts=tv1=tv2=tv3」이 된다. 또한, 정전압 충전 동작 기간 Tv는, 예컨대 출력 전압 Vout이나 배터리(100)로부터 얻어지는 다른 정보 등으로부터 예측하여 설정한다. 또, 정전압 충전 동작 기간 Tv를 등분할 수 없는 경우는, 어느 1대만 설정 시간을 짧게 또는 길게 한다. 예컨대, 「Ts=tv1=tv2」로 하고, tv3은 충전이 완료하기까지의 시간으로 한다. 이러한 경우에, 예컨대 동작 시간이 상이한 1대에 대해서도 순서대로 로테이션하도록 동작 순서를 설정하는 구성으로 해도 좋다.

이번의 단독 동작은, 정전압 충전 동작 기간 Tv의 최초의 1회째가 되기 때문에, 충전 제어 장치(20)는, 제1 전력 변환 장치(10_1)를 이번에 단독 동작시키는 장치로 결정한다. 그리고, 제1 전력 변환 장치(10_1)에 대하여, 전압 지령치 Vref(예컨대 100[V]) 및 값 「0」의 구동 지령치 fd를 출력한다(단계 S206). 덧붙여, 제2 및 제3 전력 변환 장치(10_2 및 10_3)에 대하여, 값 「1」의 구동 지령치 fd를 출력한다(단계 S208).

또한, 충전 제어 장치(20)는, 제1 전력 변환 장치(10_1)의 동작 시간 Td의 계측을 개시함과 함께, 현재의 동작 정보(여기서는, 단독 동작중인 전력 변환 장치의 식별 정보)를 제1 전력 변환 장치(10_1)의 식별 정보로 갱신한다.

이에 따라, 제1 전력 변환 장치(10_1)는, 출력 전압 Vout이 전압 지령치 Vref(100[V])와 일치하도록 전력 변환 회로(12)의 인버터 회로를 구동 제어한다.

한편, 제2 및 제3 전력 변환 장치(10_2 및 10_3)는, 값 「1」의 구동 지령치 fd가 입력된 것에 따라서, 로우 레벨의 게이트 구동 신호를 전력 변환 회로(12)의 인버터 회로의 모든 전계 효과 트랜지스터에 대하여 출력하여, 인버터 회로의 구동을 정지한다. 덧붙여, 로우 레벨의 게이트 구동 신호를 출력 차단 회로(13)에 대하여 출력하여, 전력 변환 회로(12)와 배터리(100)의 전기적 접속을 차단한다.

이상의 구동 제어에 의해, 제1 전력 변환 장치(10_1)가, 단독으로 정전압 충전 동작을 실시하여 배터리(100)를 충전한다.

이에 따라, 도 10에 나타낸 바와 같이, 출력 전압 Vout을 일정하게 유지한 채 배터리(100)가 충전되고, 충전 전류 Iot가 시간의 경과에 따라서 하강해 간다.

계속해서, 충전 제어 장치(20)는, 제1 전력 변환 장치(10_1)의 동작 시간 Td를 감시하여(단계 S200의 "예"), 동작 시간 Td가, 미리 설정한 설정 시간 Ts 이상이 되었는지 아닌지를 판정한다(단계 S202). 그리고, 동작 시간 Td가 설정 시간 Ts 이상이 되었다고 판정되면(단계 S202의 "예"), 메모리(22)에 기억된 순서 정보 및 동작 정보에 기초하여, 다음에 단독 동작시키는 전력 변환 장치를 결정한다.

충전 제어 장치(20)는, 판독한 동작 정보로부터, 현재 제1 전력 변환 장치(10_1)가 단독 동작하고 있는 것을 알 수 있기 때문에, 도 6에 나타내는 순서 정보로부터, 제2 전력 변환 장치(10_2)를 단독 동작시키는 장치로 결정한다. 그리고, 제2 전력 변환 장치(10_2)에 대하여, 전압 지령치 Vref(예컨대 100[V]) 및 값 「0」의 구동 지령치 fd를 출력한다(단계 S206). 덧붙여, 제1 및 제3 전력 변환 장치(10_1 및 10_3)에 대하여, 값 「1」의 구동 지령치 fd를 출력한다(단계 S208).

즉, 충전 제어 장치(20)는, 새롭게 제1 전력 변환 장치(10_1)에 대하여 값 「1」의 구동 지령치 fd를 출력하고, 제3 전력 변환 장치(10_3)에 대한 값 「1」의 구동 지령치 fd의 출력을 계속한다.

또한, 충전 제어 장치(20)는, 제2 전력 변환 장치(10_2)의 동작 시간 Td의 계측을 개시함과 함께, 현재의 동작 정보(식별 정보)를 제2 전력 변환 장치(10_2)의 식별 정보로 갱신한다.

이에 따라, 제2 전력 변환 장치(10_2)는, 출력 전압 Vout이, 전압 지령치 Vref(100[V])와 일치하도록 전력 변환 회로(12)의 인버터 회로를 구동 제어한다.

한편, 제1 전력 변환 장치(10_1)는, 값 「1」의 구동 지령치 fd가 입력된 것에 따라서, 로우 레벨의 게이트 구동 신호를 전력 변환 회로(12)의 인버터 회로의 모든 전계 효과 트랜지스터에 대하여 출력하여, 인버터 회로의 구동을 정지한다. 덧붙여, 로우 레벨의 게이트 구동 신호를 출력 차단 회로(13)에 대하여 출력하여, 전력 변환 회로(12)와 배터리(100)의 전기적 접속을 차단한다. 또한, 제3 전력 변환 장치(10_3)는, 값 「1」의 구동 지령치 fd가 계속하여 입력됨으로써, 로우 레벨의 게이트 구동 신호를 계속하여 인버터 회로의 모든 전계 효과 트랜지스터 및 출력 차단 회로(13)에 대하여 출력한다.

이에 따라, 제2 전력 변환 장치(10_2)에 의해 정전압 충전 동작이 계승되고, 계속해서 출력 전압 Vout을 일정하게 유지한 채 충전이 행하지고, 충전 전류 Iot가 시간의 경과에 따라 하강해 간다.

계속해서, 충전 제어 장치(20)는, 제2 전력 변환 장치(10_2)의 동작 시간 Td를 감시하여(단계 S200의 "예"), 동작 시간 Td가, 미리 설정한 설정 시간 Ts 이상이 되었는지 아닌지를 판정한다(단계 S202). 그리고, 동작 시간 Td가 설정 시간 Ts 이상이 되었다고 판정되면(단계 S202의 "예"), 충전 제어 장치(20)는, 메모리(22)에 기억된 순서 정보 및 동작 정보에 기초하여, 다음에 단독 동작시키는 전력 변환 장치를 결정한다.

충전 제어 장치(20)는, 판독한 동작 정보로부터, 현재 제2 전력 변환 장치(10_2)가 단독 동작하고 있는 것을 알 수 있기 때문에, 도 6에 나타내는 순서 정보로부터, 제3 전력 변환 장치(10_3)를 단독 동작시키는 장치로 결정한다.

그리고, 제3 전력 변환 장치(10_3)에 대하여, 전압 지령치 Vref(100[V]) 및 값 「0」의 구동 지령치 fd를 출력한다(단계 S206). 덧붙여, 제1 및 제2 전력 변환 장치(10_1 및 10_2)에 대하여, 값 「1」의 구동 지령치 fd를 출력한다(단계 S208).

즉, 새롭게 제2 전력 변환 장치(10_2)에 대하여, 값 「1」의 구동 지령치 fd를 출력하고, 제1 전력 변환 장치(10_1)에 대한 값 「1」의 구동 지령치 fd의 출력을 계속한다.

또한, 충전 제어 장치(20)는, 제3 전력 변환 장치(10_3)가 단독 동작시키는 최후의 1대이기 때문에, 동작 시간의 계측은 행하지 않고, 현재의 동작 정보를 제3 전력 변환 장치(10_3)의 식별 정보로 갱신한다.

이에 따라, 제3 전력 변환 장치(10_3)에 의해 정전압 충전 동작이 계승되고, 계속해서 출력 전압 Vout을 일정하게 유지한 채 충전이 행해지고, 충전 전류 Iot가 시간의 경과에 따라 하강해 간다. 그리고, 충전 제어 장치(20)는, 정전압 충전 제어 처리가 종료하면(단계 S106의 "예"), 충전 종료 처리를 실시한다(단계 S108).

구체적으로, 충전 제어 장치(20)는, 제3 전력 변환 장치(10_3)에 대하여 값 「1」의 구동 지령치 fd를 출력하고, 제1 및 제2 전력 변환 장치(10_1 및 10_2)에 대한 값 「1」의 구동 지령치 fd의 출력을 계속한다.

이상, 제1 실시형태의 배터리 충전 장치(1)는, 정전류 충전 동작 및 정전력 충전 동작의 실시시에는, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)를 병렬 동작시키고, 정전압 충전 동작의 실시시에는, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n) 중 1대의 전력 변환 장치를 단독 동작시키는 것이 가능하다.

이에 따라, 복수대를 병렬 동작시키는 구성과 비교하여, 정전압 충전 동작을 실시할 때의 전력 손실을 저감하는 것이 가능함과 함께, 정전압 충전 동작을 실시할 때의 출력 전류의 밸런스 제어를 필요로 하지 않는 것이 가능해진다.

또한, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)의 각각이, 출력 전류치 Io가 전류 지령치 Iref에 일치하도록 충전 동작을 제어하는 정전류 제어부(110), 출력 전력치 Po가 전력 지령치 Pref에 일치하도록 충전 동작을 제어하는 정전력 제어부(111)를 구비하는 구성으로 했다.

이에 따라, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)는, 정전류 충전 동작 및 정전력 충전 동작의 실시시에, 각자가 다른 출력 전류치의 비교 등을 하지 않고 출력 전류 Io1∼Ion의 밸런스를 맞추는 것이 가능해진다.

덧붙여, 상기와 같이 정전압 충전 동작을 실시할 때의 출력 전류의 밸런스 제어가 불필요하므로, 정전압 충전 동작의 실시시에 출력 전류의 밸런스를 맞추기 위한 전용의 제어 회로나 전용의 제어선을 필요로 하지 않는 것이 가능해져, 비용 상승의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 1회의 충전 기간에 있어서의 정전압 충전 동작의 실시 기간 Tv에 있어서, 단독 동작시키는 전력 변환 장치를, 미리 설정한 설정 시간 Ts가 경과할 때마다 다른 전력 변환 장치로 순서대로 교체하는 것이 가능하다.

이에 따라, 특정한 전력 변환 장치에만 부하가 가해지는 사태를 회피하는 것이 가능해져, 장치 열화의 불균일에 의한 전력 손실 등의 발생을 저감하는 것이 가능해진다.

제1 실시형태에 있어서, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)가 복수의 전력 변환부에 대응하고, 충전 제어 장치(20)가 충전 제어부에 대응한다.

(제2 실시형태)

(구성)

제2 실시형태는, 정전압 충전 동작을 실시시에 단독 동작시키는 전력 변환 장치의 동작 제어 내용이 상기 제1 실시형태와 상이하다. 또한, 제2 실시형태에서는, 정전압 충전 동작을 실시할 때의 전력 변환 장치의 동작 시간 Td를 계측하지 않기 때문에, 충전 제어 장치(20)가 타이머(23)를 구비하지 않은 점도 상기 제1 실시형태와 상이하다. 이들 이외의 구성은, 상기 제1 실시형태와 동일하다.

이하, 상기 제1 실시형태와 동일한 구성부에 관해서는 동일한 부호를 붙여 적절하게 설명을 생략하고, 상이한 부분을 상세히 설명한다.

(충전 제어 장치(20)의 구성)

제2 실시형태의 충전 제어 장치(20)는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 제1 실시형태의 충전 제어 장치(20)로부터 타이머(23)를 제거한 구성이 된다.

제2 실시형태의 충전 제어부(21)는, 충전 개시부터 충전 완료(만충전)까지의 1회의 충전 기간마다, 정전압 충전 동작 기간 Tv에서 단독 동작시키는 전력 변환 장치를, 미리 설정한 순서로 다른 전력 변환 장치와 교대시킨다. 즉, 제2 실시형태에서는, 1회의 충전 기간마다에 있어서의 정전압 충전 동작 기간 Tv의 전체 기간을 동일한 전력 변환 장치에 단독 동작시킨다.

또, 교대하는 순서는, 순서 정보로서, 각 전력 변환 장치의 식별 정보에 대응하여 미리 설정되어 있고, 이 순서 정보는 메모리(22)에 기억되어 있다.

또한, 제2 실시형태에서는, 정전압 충전 동작의 실시시에는, 정전압 충전 동작 기간 Tv마다 단독 동작한 전력 변환 장치의 정보를 동작 이력 정보로서, 메모리(22)의 불휘발성 메모리에 기억한다. 또, 동작 이력 정보는, 교대할 때마다 갱신해도 좋고, 시각 정보를 부여하여 과거의 정보에 추가로 기억하도록 해도 좋다. 또, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)가 일주할 때까지는, 한번 단독 동작한 전력 변환 장치가 다시 선택되지 않도록 일련번호가 설정되어 있다.

제2 실시형태의 메모리(22)는, 충전 제어부(21)에서 실행하는 충전 제어 처리에 필요한 프로그램 및 데이터가 기억된 ROM과, 프로그램의 실행에 필요한 각종 데이터를 일시 기억하는 불휘발성 메모리로 구성된다.

구체적으로, ROM에는, 충전 동작 제어 처리를 위한 프로그램, 전류 지령치 Iref, 전력 지령치 Pref, 전압 지령치 Vref, 순서 정보 등이 기억된다.

또한, 제2 실시형태의 불휘발성 메모리에는, ROM에 기억된 각종 데이터를 판독하여 일시 기억함과 함께, 단독 동작시킨 전력 변환 장치의 정보(동작 이력 정보)를 기억한다.

(정전압 충전 동작 제어 처리)

다음으로, 도 8에 기초하여, 제2 실시형태의 정전압 충전 동작 제어 처리의 처리 순서를 설명한다.

충전 제어부(21)에 있어서, 정전압 충전 동작 제어 처리가 실행되면, 도 8에 나타낸 바와 같이, 우선 단계 S300으로 이행한다.

단계 S300에서는, 충전 제어부(21)에 있어서, 메모리(22)로부터 순서 정보 및 동작 이력 정보를 판독하고, 단계 S302로 이행한다.

단계 S302에서는, 충전 제어부(21)에 있어서, 단계 S300에서 취득한 순서 정보 및 동작 이력 정보에 기초하여, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n) 중에서, 단독 동작시키는 전력 변환 장치를 결정한다. 그리고, 결정한 1대의 전력 변환 장치에 대하여, 전압 지령치 Vref 및 값 「0」의 구동 지령치 fd를 출력한다. 그 후, 단계 S304로 이행한다.

여기서, 충전 제어부(21)는, 순서 정보로 결정된 순서에 있어서의 동작 이력 정보가 나타내는 전력 변환 장치의 다음 순서의 전력 변환 장치를, 단독 동작시키는 전력 변환 장치로 결정한다.

단계 S304에서는, 충전 제어부(21)에 있어서, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)중, 단계 S302에서 결정한 단독 동작시키는 전력 변환 장치 이외의 나머지 전력 변환 장치에 대하여, 값 「1」의 구동 지령치 fd를 출력한다. 그 후, 단계 S306으로 이행한다.

단계 S306에서는, 충전 제어부(21)에 있어서, 메모리(22)에 기억된 동작 이력 정보를 이번에 단독 동작시킨 전력 변환 장치의 식별 정보로 갱신하고, 일련의 처리를 종료하고 원래의 처리로 복귀한다.

(동작)

다음으로, 도 7∼도 8 및 도 10을 참조하면서, 도 9에 기초하여 제2 실시형태의 배터리 충전 장치(1)의 동작을 설명한다.

이하, 정전압 충전 동작 제어 처리의 동작으로부터 설명한다.

충전 제어 장치(20)는, 정전압 충전 동작 제어 처리가 개시되면, 메모리(22)로부터 순서 정보 및 동작 이력 정보를 판독한다(단계 S300). 충전 제어 장치(20)는, 동작 이력 정보로부터 전회 정전압 충전 동작을 행한 전력 변환 장치를 인식하고, 순서 정보로부터 이번에 단독 동작시키는 전력 변환 장치를 결정한다. 여기서, 순서 정보는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 제1 전력 변환 장치(10_1)→제2 전력 변환 장치(10_2)→제3 전력 변환 장치(10_3)의 순서로 설정되어 있고, 제3 전력 변환 장치(10_3)의 다음은, 다시 제1 전력 변환 장치(10_1)로부터의 순서가 된다.

여기서, 동작 이력 정보가, 전회 단독 동작한 전력 변환 장치의 식별 정보로서, 제1 전력 변환 장치(10_1)의 식별 정보를 포함하고 있는 것으로 한다. 이 경우, 충전 제어 장치(20)는, 도 9의 순서 정보로부터, 제2 전력 변환 장치(10_2)를 이번에 단독 동작시키는 장치로 결정한다. 그리고, 제2 전력 변환 장치(10_2)에 대하여, 전압 지령치 Vref(예컨대 100[V]) 및 값 「0」의 구동 지령치 fd를 출력한다(단계 S302). 덧붙여, 제1 및 제3 전력 변환 장치(10_1 및 10_3)에 대하여 값 「1」의 구동 지령치 fd를 출력한다(단계 S304).

한편, 제1 및 제3 전력 변환 장치(10_1 및 10_3)는, 값 「1」의 구동 지령치 fd가 입력된 것에 따라서, 로우 레벨의 게이트 구동 신호를 전력 변환 회로(12)의 인버터 회로의 모든 전계 효과 트랜지스터에 대하여 출력하여, 인버터 회로의 구동을 정지한다. 덧붙여, 로우 레벨의 게이트 구동 신호를 출력 차단 회로(13)에 대하여 출력하여, 전력 변환 회로(12)와 배터리(100)의 전기적 접속을 차단한다.

이상의 구동 제어에 의해, 제2 전력 변환 장치(10_2)가, 단독으로 정전압 충전 동작을 실시하여 배터리(100)를 충전한다.

이에 따라, 도 10에 나타낸 바와 같이, 출력 전압 Vout을 일정하게 유지한 채 배터리(100)가 충전되고, 충전 전류 Iot가 시간의 경과에 따라 하강해 간다. 그리고, 충전 제어 장치(20)는, 정전압 충전 제어 처리가 종료하면(단계 S106의 "예", 충전 종료 처리를 실시한다(단계 S108).

이후는, 새로운 정전압 충전 동작이 실시될 때마다, 제3 전력 변환 장치(10_3)→제1 전력 변환 장치(10_1)→제2 전력 변환 장치(10_2)→ㆍㆍㆍ의 순서로 단독 동작시키는 전력 변환 장치를 교대시켜, 상기와 같은 동작 제어를 실시한다.

이상, 제2 실시형태의 배터리 충전 장치(1)는, 정전류 충전 동작 및 정전력 충전 동작의 실시시에는, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)를 병렬 동작시키고, 정전압 충전 동작의 실시시에는, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n) 중 1대의 전력 변환 장치를 단독 동작시키는 것이 가능하다.

또한, 1회의 충전 기간마다, 단독 동작시키는 전력 변환 장치를, 다른 전력 변환 장치로 순서대로 교체하는 것이 가능하다.

제2 실시형태에 있어서, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)가 복수의 전력 변환부에 대응하고, 충전 제어 장치(20)가 충전 제어부에 대응한다.

(변형예)

(1) 상기 제1 실시형태에서는, 1회의 정전력 충전 기간 Tv에 있어서, 제1∼제n 전력 변환 장치(10_1∼10_n)를 미리 설정한 설정 시간 Ts마다 단독 동작시키는 전력 변환 장치를 순서대로 교대하는 구성으로 했다. 또한, 상기 제2 실시형태에서는, 정전력 충전 기간마다, 단독 동작시키는 전력 변환 장치를 순서대로 교대하는 구성으로 했다. 이러한 구성에 한정되지 않고, 특정한 전력 변환 장치에 단독 동작을 시키는 구성, 열화 상태에 따라서 동작 시간을 바꾸는 구성, 전력 변환 장치의 대수가 많은 경우에, 복수의 그룹으로 나누고, 1회의 정전력 충전 기간에 있어서, 그룹마다 순서대로 교대하는 구성으로 하는 등 다른 구성으로 해도 좋다.

(2) 상기 각 실시형태에서는, 충전 동작으로서, 정전류 충전 동작, 정전력 충전 동작 및 정전압 충전 동작의 3종류의 충전 동작을 실시하는 구성으로 했지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 예컨대, 정전류 충전 동작 및 정전압 충전 동작의 2종류의 충전 동작을 실시하는 구성이나, 정전류 충전 동작의 전에, 돌입 전류를 막기 위해 소프트 스타트 충전 동작(예컨대, 비교적 작은 정전류로 충전하는 동작)을 실시하는 구성 등 다른 구성으로 해도 좋다.

(3) 상기 각 실시형태에서는, 충전 대상의 배터리(100)를 리튬 이온 배터리로 했지만, 이 구성에 한정되지 않고, 적어도 정전류 충전 동작 및 정전압 충전 동작을 실시하여 충전을 행하는 것이 가능한 배터리라면, 다른 종류의 배터리에도 본 발명을 적용 가능하다.

(4) 상기 각 실시형태에서는, 전력 변환 회로(12)와 배터리(100)의 전기적 접속을 차단하기 위한 출력 차단 회로(13)를 구비하는 구성으로 했지만, 이 구성에 한정되지 않고, 전원과 전력 변환 회로(12)의 전기적 접속을 차단하는 전원 차단 회로를 구비하는 구성으로 해도 좋다.

(5) 상기 각 실시형태에서는, 전력 변환 장치의 구동을 정지할 때에, 전력 변환 회로(12)의 인버터 회로의 구동을 정지함과 함께, 출력 차단 회로(13)를 차단하는 구성으로 했지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 예컨대, 출력 차단 회로(13)만을 차단 동작시키는 구성으로 해도 좋고, 출력 차단 회로(13)에 더하여 전원 차단 회로를 구비하고 있는 경우는, 출력 차단 회로(13)와 전원 차단 회로만을 차단하는 구성으로 해도 좋다.

(6) 상기 각 실시형태에서는, 전력 변환 장치의 구동을 정지할 때에, 전력 변환 회로(12)의 인버터 회로의 구동을 정지함과 함께, 출력 차단 회로(13)에 의해, 전력 변환 장치와 배터리(100)의 전기적 접속을 차단하는 구성으로 했지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 예컨대, 전력 변환 회로(12)의 인버터 회로의 구동만을 정지하는 구성으로서, 출력 차단 회로(13)를 필요로 하지 않는 구성으로 해도 좋다.

(7) 상기 각 실시형태에서는, 연산 제어 장치(11)가 마이컴을 포함하며, 프로세서에 의해 프로그램을 실행함으로써 각종 연산 처리를 행하는 구성으로 했지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 예컨대, 마이컴을 포함하지 않고, 각 기능 구성부를 전자 회로로 구성하는 등 다른 구성으로 해도 좋다.

또한, 상기 실시형태는, 본 발명의 바람직한 구체예이며, 기술적으로 바람직한 여러가지 한정이 부여되어 있지만, 본 발명의 범위는, 상기 설명에 있어서 특히 본 발명을 한정하는 취지의 기재가 없는 한, 이러한 형태에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 설명에서 이용하는 도면은, 도시의 편의상, 부재 내지 부분의 종횡의 축척은 실제의 것과는 상이한 모식도이다. 또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위에서의 변형, 개량, 균등물 등은 본 발명에 포함되는 것이다.

1 : 배터리 충전 장치, 10_1∼10_n : 제1∼제n 전력 변환 장치, 11 : 연산 제어 장치, 11a : 마이컴, 11b : 구동 회로, 12 : 전력 변환 회로, 13 : 출력 차단 회로, 20 : 충전 제어 장치, 21 : 충전 제어부, 22 : 메모리, 23 : 타이머, 100 : 배터리, CS1∼CSn : 전류 검출 회로, CtS : 충전 전류 검출 회로, VcS : 전압 검출 회로

Claims

전원으로부터 공급되는 전력을 전력 변환하여 배터리에 공급하는 복수의 전력 변환부와,
충전 전류를 일정하게 유지하는 정전류 충전 동작, 충전 전력을 일정하게 유지하는 정전력 충전 동작, 및 충전 전압을 일정하게 유지하는 정전압 충전 동작 중, 적어도 상기 정전압 충전 동작을 포함하는 2종류 이상의 충전 동작을 상기 전력 변환부에 실시시켜 상기 배터리를 충전하는 충전 제어부를 구비하고,
상기 충전 제어부는, 상기 정전류 충전 동작 및 상기 정전력 충전 동작 중 상기 2종류 이상의 충전 동작에 포함되는 충전 동작의 실시시에는 상기 복수의 전력 변환부를 병렬 동작시키고, 상기 정전압 충전 동작의 실시시에는 상기 복수의 전력 변환부 중의 하나의 전력 변환부를 단독 동작시키는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
제1항에 있어서, 상기 충전 제어부는, 상기 정전류 충전 동작에 대응하는 전류 지령치, 상기 정전력 충전 동작에 대응하는 전력 지령치, 및 상기 정전압 충전 동작에 대응하는 전압 지령치 중, 상기 2종류 이상의 충전 동작에 대응하는 지령치를 상기 전력 변환부에 출력함으로써 상기 복수의 전력 변환부의 충전 동작을 제어하고,
상기 복수의 전력 변환부의 각각은, 상기 충전 제어부로부터의 상기 전류 지령치와 자신의 출력 전류치에 기초하여 상기 출력 전류치가 상기 전류 지령치에 일치하도록 충전 동작을 제어하는 정전류 제어부, 상기 충전 제어부로부터의 상기 전력 지령치와 자신의 출력 전류치 및 출력 전압치에 기초하여 자신의 출력 전력치가 상기 전력 지령치에 일치하도록 충전 동작을 제어하는 정전력 제어부, 및 상기 충전 제어부로부터의 상기 전압 지령치와 자신의 출력 전압치에 기초하여 상기 출력 전압치가 상기 전압 지령치에 일치하도록 충전 동작을 제어하는 정전압 제어부 중, 상기 2종류 이상의 충전 동작에 대응하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 충전 제어부는, 충전 개시부터 완료까지의 1회의 충전 기간에서의 상기 정전압 충전 동작의 실시 기간에 있어서, 상기 단독 동작시키는 전력 변환부를, 미리 설정한 설정 시간이 경과할 때마다 다른 전력 변환부로 순서대로 교체하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 충전 제어부는, 상기 단독 동작시키는 전력 변환부를, 충전 개시부터 완료까지의 1회의 충전 기간이 완료할 때마다 다른 전력 변환부로 순서대로 교체하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리는 리튬 이온 배터리이며,
상기 충전 제어부는, 상기 정전류 충전 동작, 상기 정전압 충전 동작의 순으로, 또는 상기 정전류 충전 동작, 상기 정전력 충전 동작, 상기 정전압 충전 동작의 순으로 상기 전력 변환부를 동작시켜 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.