WO2015181988A1 - 充電器 - Google Patents

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charger
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stop instruction
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修 武井
鳥羽 章夫
八須 康明
政和 鷁頭
西田 廣治
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富士電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a charger for charging a battery, and more particularly to a charger for charging a battery of a vehicle traveling with an electric motor as a power source.
  • this type of vehicle includes electric vehicles and hybrid vehicles.
  • This type of vehicle is equipped with a high-voltage battery that is dangerous to human body as a power source for the motor, and the on-vehicle charger for charging the on-vehicle battery also handles high voltage, so safety is sufficiently considered.
  • ISO26262 As one of the functional safety standards for automobiles, ISO26262 officially issued in 2011 can be mentioned (see Non-Patent Document 1).
  • the purpose of ISO 26 262 is to control the risk to an acceptable level. According to ISO26262, at the time of abnormality detection, it is defined that the function of forcibly stopping all the functions of the on-board charger is provided.
  • This type of car charger generally has a configuration in which an AC / DC converter and a DC / DC converter are connected in series, and has a function to forcibly stop both the AC / DC converter and the DC / DC converter when an abnormality occurs. It is conceivable to provide a charger.
  • the present invention has been made in view of the problems described above, and in a battery charger for charging an on-vehicle battery, a technology that can realize risk reduction at a level corresponding to a required target safety level. Intended to provide.
  • the present invention has an AC / DC converter, a DC / DC converter connected in series to the AC / DC converter, and a safety control unit that performs control for ensuring safety when an abnormality occurs.
  • the safety control unit of the charger execute the following processing. That is, the safety control unit gives priority to a predetermined one of the AC / DC converter and the DC / DC converter, triggered by the reception of an abnormality detection signal notifying that an abnormality has occurred during charging of the on-vehicle battery. Stop it.
  • the target safety level required for the charger is "at least avoid damage to the onboard battery even if something abnormal occurs while charging the onboard battery"
  • the DC / DC converter It is good if it is made to stop preferentially.
  • the breakage of the charger specifically, the breakage of the smoothing capacitor included in the AC / DC converter
  • a controller that performs operation control of the converter and the DC / DC converter is provided.
  • the drive signal output from the converter control unit toward a predetermined one of the AC / DC converter and the DC / DC converter can be used as the active level forcible stop instruction signal.
  • a mask circuit which shuts off upon receipt from the control unit, and the safety control unit is given a forced stop instruction signal of an active level to the mask circuit upon receipt of an abnormality detection signal, and instructs to stop the output of the drive signal.
  • a process of giving a stop instruction to the converter control unit may be executed. According to this aspect, it is possible to realize the required safety level at a low cost as compared to the aspect in which the mask circuit is provided for each of the AC / DC converter and the DC / DC converter.
  • the safety control unit may be made to execute the process of outputting the stop instruction after outputting the forcible stop instruction signal so that the predetermined one of the converters is surely stopped first.
  • the present invention it is possible to efficiently realize the risk reduction at a level corresponding to the required target safety level, in a charger for charging an on-vehicle battery.
  • FIG. 1 is a view showing a configuration example of a charger 1A according to a first embodiment of the present invention.
  • the charger 1A is an on-vehicle charger mounted on a vehicle having an electric motor as a power source such as an electric car or a hybrid car, and is a device for charging the on-vehicle battery 3 for supplying electric power to the electric motor.
  • charger 1A is connected to external AC power supply 2 which is AC power supply for general household use (ie, AC power supply of single phase 100 V) via a power cable etc., and supplied from external AC power supply 2 AC power is converted to DC power to charge the on-vehicle battery 3.
  • FIG. 1 illustrates an on-vehicle battery 3 to be charged by the charger 1A, a charge monitoring unit 4 that monitors the charge state of the on-vehicle battery 3, and an external AC power supply 2.
  • the charge monitoring unit 4 is, for example, a BCU (Battery Control Unit).
  • the charge monitoring unit 4 monitors the charge state (for example, the remaining amount of the battery, etc.) of the in-vehicle battery 3 and provides data representing the monitoring result to the charger 1A via the CAN-BUS. Further, the charge monitoring unit 4 also monitors the presence or absence of any abnormality (abnormal rise in voltage between plate plates of a capacitor included in the on-vehicle battery 3, a power fault, a ground fault, etc.) while the on-vehicle battery 3 is charging. Do.
  • the charge monitoring unit 4 gives the abnormality detection signal AR at the inactive level (for example, Low level) to the charger 1A, and causes some abnormality (excessive
  • the signal level of the abnormality detection signal AR is switched to the active level (High level) in response to detection of application of a high voltage or the like. That is, the charge monitoring unit 4 of the present embodiment monitors the presence or absence of an abnormality during charging of the on-vehicle battery 3 and detects the occurrence of the abnormality when the charger 1A (more accurately, safety control described later) It plays the role of an abnormality detection means for notifying the unit 50).
  • the existing well-known technique may be used suitably.
  • the target safety level for the charger 1A of the present embodiment is "to avoid at least damage to the in-vehicle battery even if some abnormality occurs during charging of the in-vehicle battery".
  • the charger 1A according to the present embodiment is configured to realize risk reduction at a level corresponding to the target safety level at the lowest possible cost.
  • the charger 1A includes an AC / DC converter 10, a DC / DC converter 20, an AC / DC control unit 30, a DC / DC control unit 40, a safety control unit 50, and a mask circuit 60. There is.
  • the AC / DC converter 10 converts AC power supplied from the external AC power supply 2 into DC power and outputs the DC power.
  • AC / DC converter 10 is configured of diodes 110_1 to 110_2, flywheel diodes 110_3 to 110_4, FETs 110_5 to 110_6, smoothing capacitors 110_7, and reactors 110_8 to 110_9.
  • the reactors 110_8 to 110_9 are provided to attenuate harmonics.
  • the diodes 110 _ 1 to 110 _ 2 and the FETs 110 _ 5 to 110 _ 6 constitute a PFC circuit that rectifies the AC voltage supplied from the external AC power supply 2 and supplies the DC voltage to the smoothing capacitor 110 _ 7.
  • Each of the FETs 110_5 to 110_6 is turned on when a drive signal of an active level is applied to the gate, and turned off when a drive signal of an inactive level is applied to the gate.
  • the smoothing capacitor 110_7 is an electrolytic capacitor provided to smooth the DC voltage output from the PFC circuit.
  • the flywheel diodes 110_3 to 110_4 are connected in anti-parallel to the FETs 110_5 to 110_6, and input current power generated by electromagnetic energy stored in the reactors 110_8 to 110_9 when the FETs 110_5 to 110_6 are switched on / off. Then, return to the external AC power supply 2) side.
  • the AC / DC control unit 30 is, for example, a CPU (Central Processing Unit), and performs operation control of the AC / DC converter 10 in accordance with the charge state of the in-vehicle battery 3. More specifically, AC / DC control unit 30 provides the gate of each of FETs 110 _ 5 to 110 _ 6 such that a suitable voltage or current according to the charge state of vehicle battery 3 is output from AC / DC converter 10. The signal levels of the drive signals ga1 to ga2 are switched from the active level (for example, High level) to the inactive level (for example, Low level) or vice versa. Thereby, the operation control of the AC / DC converter 10 is realized.
  • the active level for example, High level
  • the inactive level for example, Low level
  • the DC / DC converter 20 is connected in series to the AC / DC converter 10.
  • the DC / DC converter 20 is configured of an inverter 121 and a rectifier 122.
  • the inverter 121 includes FETs 121_5 to 121_8, flywheel diodes 121_1 to 121_4, and a transformer 121_9.
  • the inverter 121 uses the DC voltage charged in the smoothing capacitor 110_7 of the AC / DC converter 10 as a power supply voltage, and outputs the AC voltage to the primary winding of the transformer 121_9 by switching the power supply voltage by the FETs 121_5 to 121_8. Circuit.
  • Each of the FETs 121_5 to 121_8 is also turned on when a drive signal of an active level is applied to the gate, and turned off when a drive signal of an inactive level is applied to the gate.
  • the transformer 121 _ 9 outputs an AC voltage corresponding to the AC voltage applied to the primary winding from the secondary winding to the rectifier 122.
  • the rectifier 122 rectifies the AC voltage output from the secondary winding of the transformer 121 _ 9 by the diodes 122 _ 1 to 122 _ 4 and supplies the DC voltage to the on-vehicle battery 3.
  • the DC / DC control unit 40 is a CPU like the AC / DC control unit 30.
  • both the AC / DC control unit 30 and the DC / DC control unit 40 may be collectively referred to as a “converter control unit”.
  • the DC / DC control unit 40 outputs drive signals gb1 to gb4 for switching on / off switching elements (FETs 121_5 to 121_8 in this embodiment) included in the inverter 121.
  • FETs 121_5 to 121_8 in this embodiment By adjusting the switching cycle of these switching elements according to the charge condition of the on-vehicle battery 3, a suitable voltage or current according to the charge condition is supplied from the DC / DC converter 20 to the on-vehicle battery 3.
  • the drive signals gb1 to gb4 are applied to the respective switching elements as drive signals Gb1 to Gb4 through the mask circuit 60.
  • the safety control unit 50 is a CPU like the AC / DC control unit 30, and is connected to the AC / DC control unit 30 and the DC / DC control unit 40 via a serial bus (not shown in FIG. 1). .
  • the safety control unit 50 performs control for ensuring safety in response to the reception of the abnormality detection signal AR at the active level from the charge monitoring unit 4. More specifically, the safety control unit 50 outputs a forced stop instruction signal SS of the inactive level to the mask circuit 60 while receiving the abnormality detection signal AR of the inactive level from the charge monitoring unit 4.
  • the safety control unit 50 switches the signal level of the forcible stop instruction signal SS to the active level in response to the reception of the abnormality detection signal AR at the active level, and thereafter, via the serial bus to the AC / DC control unit 30.
  • the stop of the AC / DC converter 10 is instructed, and the stop of the DC / DC converter 20 is instructed to the DC / DC control unit 40 via the serial bus.
  • the reason for causing such safety control to be performed by the safety control unit 50 is in accordance with the above-described target safety level (that is, at least avoiding damage to the in-vehicle battery even if any abnormality occurs during charging of the in-vehicle battery). To achieve the lowest level of risk reduction at the lowest possible cost. The reason why risk reduction at a level corresponding to the target safety level can be realized by causing the safety control unit 50 to execute such safety control will be described in detail later.
  • the mask circuit 60 While receiving the forcible stop instruction signal SS at the inactive level, the mask circuit 60 passes the drive signals gb1 to gb4 output from the DC / DC control unit 40 as the drive signals Gb1 to Gb4 as they are, and the forcible stop instruction signal SS At the active level, the drive signals Gb1 to Gb4 are cut off (ie, the drive signals Gb1 to Gb4 are maintained at the inactive level), and the inverter 121 is forcibly stopped. That is, in the present embodiment, when some abnormality occurs during charging of the on-vehicle battery 3, the stop of the DC / DC converter 20 is prioritized temporally first, and then the AC / DC converter 10 is stopped.
  • FIG. 2A As a specific circuit configuration of the mask circuit 60, various configurations can be considered.
  • Fig.2 (a) the aspect which comprises the mask circuit 60 by the AND gate provided 1 each with respect to each of several switching elements contained in the inverter 121 can be considered.
  • FIG. 2A only the configuration corresponding to the FET 121_5 among the four FETs included in the inverter 121 is illustrated.
  • one input terminal of the AND gate receives a signal obtained by logically inverting the forced stop instruction signal SS by an inverter, and the other input terminal corresponds to the AND gate.
  • a drive signal output from DC / DC control unit 40 is provided for on / off control of the switching element.
  • the drive signal gb1 output from the DC / DC control unit 40 passes through the above-mentioned AND gate and is used as the drive signal Gb1. It is applied to the gate of the FET 121_5.
  • the drive signal gb1 output from the DC / DC control unit 40 is blocked in the mask circuit 60, and the drive signal Gb1 is maintained at the low level. Therefore, the FET 121_5 is maintained in the off state.
  • the FETs 121_6 to 121_8 When all the FETs 121_5 to 121_8 are maintained in the off state, the inverter 121 is stopped.
  • the aspect which comprises the mask circuit 60 by 68 can be considered. 2B, only the configuration corresponding to the FET 121_5 is illustrated as in FIG. 2A.
  • the drive signal gb1 output from the DC / DC control unit 40 is supplied to one end of the primary winding of the pulse transformer 62, and the other end is connected to the power supply 68 through the switching element 66.
  • the on / off of the switching element 66 is switched by a signal obtained by logically inverting the forcible stop instruction signal SS (a signal indicated by a sign / SS in FIG. 2B). That is, when the forced stop instruction signal SS is at the inactive level, the switching element 66 is turned on, and conversely, when the active level, the switching element 66 is turned off.
  • the switching element 66 If the switching element 66 is turned on, the voltage generated in the secondary winding of the pulse transformer 62 is rectified by the rectifier 64 according to the drive signal gb1 output from the DC / DC control unit 40, and the FET 121-5 It is given as a drive signal Gb1 for switching on / off.
  • the switching element 66 when the switching element 66 is off, the power supply to the primary side of the pulse transformer 62 is cut off, and the drive signal Gb1 is also cut off.
  • the mask circuit 60 configured using an AND gate as shown in FIG. 2A, there is a possibility that the supply of the drive signals Gb1 to Gb4 to the inverter 121 can not be interrupted when the AND gate is damaged.
  • the mask circuit 60 having a configuration using a pulse transformer is adopted as shown in FIG. 2B, the supply of the drive signals Gb1 to Gb4 to the inverter 121 is reliably cut off, and the DC / DC converter 20 can be forcibly stopped.
  • FIG. 3 is a timing chart showing an operation example of the charger 1A.
  • the charge monitoring unit 4 deactivates the abnormality detection signal AR. Switch from to the active level.
  • abnormality detection signal AR switches from the inactive level to the active level
  • safety control unit 50 first switches forced stop instruction signal SS from the inactive level to the active level, and thereafter (after a delay of, for example, ⁇ t), AC / A stop instruction is given to the DC control unit 30 and the DC / DC control unit 40.
  • a delay of, for example, ⁇ t AC / A stop instruction is given to the DC control unit 30 and the DC / DC control unit 40.
  • AC / DC control unit 30 and DC / DC control unit 40 continue outputting the drive signal until time ⁇ t elapses from time t0, but forced stop instruction signal SS is not
  • the drive signals gb1 to gb4 are cut off by the mask circuit 60, so the DC / DC converter 20 is immediately stopped, and the AC / DC converter 10 is stopped after a time ⁇ t.
  • the safety control unit 50 prevents the overcharging of the on-vehicle battery 3 reliably and the like because the DC / DC converter 20 is preferentially stopped. Damage to the battery 3 can be reliably avoided.
  • an excessively high voltage may be applied to the smoothing capacitor 110_7 included in the AC / DC converter 10, and damage to the smoothing capacitor 110_7 may be unavoidable. Therefore, even if breakage of the smoothing capacitor 110_7 occurs, it is preferable to make the housing of the charger 1A robust so that the influence does not reach the surroundings.
  • an on-vehicle battery can be realized at a low cost in order to reduce the risk according to the target safety level of “at least avoiding damage to the on-vehicle battery even if some abnormality occurs during charging”.
  • the stop of the DC / DC converter 20 is given priority over the stop of the AC / DC converter 10.
  • the protection of smoothing capacitor 110_7 of AC / DC converter 10 is given priority over the protection of on-vehicle battery 3, that is, even if the target safety level required is that “an abnormality occurs during charging.
  • the stop of the AC / DC converter 10 of the DC / DC converter 20 You should give priority to the stop.
  • the charger 1B shown in FIG. 4 may be used instead of the charger 1A shown in FIG.
  • a point having voltage monitoring unit 70 and drive signals ga 1 to ga 2 output from AC / DC control unit 30 are applied to AC / DC converter 10 as drive signals Ga 1 to Ga 2 through mask circuit 60.
  • the configuration of the charger 1A is that the point that causes the safety control unit 50 to output a forced stop instruction signal SS of the active level triggered by the fact that the abnormality detection signal AR output from the voltage monitoring unit 70 is switched to the active level It is different from As a configuration of the mask circuit 60 in FIG. 4, a configuration in which the drive signal gb1 in FIG. 2A or 2B is read as the drive signal ga1 and the drive signal Gb1 is read as the drive signal Ga1 can be considered.
  • the voltage monitoring unit 70 generates a threshold voltage, which is a voltage sensor that measures the inter-plate voltage of the smoothing capacitor 110 _ 7, a comparator that compares the output voltage of this voltage sensor with a predetermined threshold voltage, And a constant voltage generating circuit (not shown in FIG. 4). For example, the comparator outputs a low level signal if the output voltage of the voltage sensor is less than the threshold voltage, and conversely outputs a high level signal if the output voltage of the voltage sensor is equal to or higher than the threshold voltage. And so on. An output signal of the comparator is given to the safety control unit 50 as an abnormality detection signal AR.
  • the voltage monitoring unit 70 plays the role of an abnormality detection unit that monitors the presence or absence of the occurrence of an abnormality during charging of the on-vehicle battery 3 and notifies the safety control unit 50 when the occurrence of the abnormality is detected.
  • the threshold voltage may be determined in accordance with the withstand voltage of the smoothing capacitor 110_7.
  • the AC / DC converter 10 is preferentially stopped when the abnormality occurs such that the voltage between the plates of the smoothing capacitor 110_7 reaches the threshold voltage during charging of the in-vehicle battery 3, and the smoothing is performed. It is possible to reliably avoid damage to the conversion capacitor 110_7. In this case, while the smoothing capacitor 110 _ 7 of the AC / DC converter 10 can be protected with certainty, the stop of the DC / DC converter 20 is delayed, which may lead to breakage of the on-vehicle battery 3. However, it is considered that replacement of the on-vehicle battery 3 can be performed easily and at low cost as compared with replacement of the entire charger.
  • the mask circuit 60 for forcibly stopping one of the AC / DC converter 10 and the DC / DC converter 20 is provided, and after the one is forcibly stopped by the mask circuit 60 The other is stopped via the DC control unit 30 (or the DC / DC control unit 40). That is, in each of the above embodiments, one of the AC / DC converter 10 and the DC / DC converter 20 is preferentially stopped in terms of hardware configuration and time.
  • the AC / DC control unit 30 (or the DC / DC control unit 40) may be omitted for the one that is determined to be the one to be preferentially stopped among the AC / DC converter 10 and the DC / DC converter 20 with the mask circuit 60 omitted. You may make it stop via).
  • one of AC / DC control unit 30 and DC / DC control unit 40 (that is, operation control of AC / DC converter 10 and DC / DC converter 20 which is preferentially stopped) After giving a stop instruction to the converter control unit performing the operation, and then giving a stop instruction to the converter control unit performing the other operation control, the predetermined one of the AC / DC converter 10 and the DC / DC converter 20 Can be prioritized temporally and stopped.
  • the DC / DC control unit 40 that controls the operation of the DC / DC converter 20 separately from the AC / DC control unit 30 that controls the operation of the AC / DC converter 10 Provided.
  • the AC / DC control unit 30 and the DC / DC control unit 40 have one CPU that has both the role of controlling the operation of the AC / DC converter 10 and the role of performing the operation control of the DC / DC converter 20 as a converter control unit. It may be provided instead of Further, the role of the converter control unit may be combined with the safety control unit.
  • an AC / DC converter that converts AC power supplied from an external AC power supply into DC power and outputs it, and a DC / DC converter that transforms DC power output from the AC / DC converter and supplies it to the on-vehicle battery 3
  • a safety control unit that performs operation control of the AC / DC converter and the DC / DC converter in accordance with the charge condition of the on-vehicle battery, and an abnormality detection signal AR notifying that an abnormality has occurred while the on-vehicle battery 3 is charging.
  • the predetermined one of the AC / DC converter and the DC / DC converter is stopped first, and then the other is stopped (that is, the predetermined converter is preferentially stopped).
  • the vehicle charger may be a combination of a safety control unit and the like.
  • the present invention may of course be applied to a charger installed in a charging stand. Even in the case of a charger installed at a charging station, there is no change in that protection of the on-board battery and smoothing capacitor is required when an abnormality occurs during charging, and risk reduction at a level according to the target safety level is low. It is because there is no change in what can be realized by cost.
  • SYMBOLS 1A, 1B ... Charger, 2 ... External AC power supply, 3 ... Vehicle battery, 4 ... Charge monitoring part, 10 ... AC / DC converter, 20 ... DC / DC converter, 30 ... AC / DC control part, 40 ... DC / DC DC control unit, 50: safety control unit, 60: mask circuit, 70: voltage monitoring unit.

Abstract

車載バッテリを充電する充電器において、要求される安全水準に応じたレベルでのリスク低減を実現することを可能にする。外部交流電源2から供給される交流電力を直流電力に変換して出力するAC/DCコンバータ10と、AC/DCコンバータ10の出力する直流電力を変圧して車載バッテリ3に供給するDC/DCコンバータ20と、車載バッテリの充電中に異常の発生を検知したことを契機としてDC/DCコンバータ20を強制停止させ、その後、AC/DCコンバータ10を通常停止させる安全制御部50とを有する充電器1A、を提供する。

Description

充電器
 この発明は、バッテリを充電する充電器に関し、特に、電動機を動力源として走行する車両のバッテリを充電する充電器に関する。
 この種の車両の具体例としては電気自動車やハイブリッド自動車が挙げられる。この種の車両には、人体にとって危険な高電圧のバッテリが電動機の電源として搭載されており、この車載バッテリを充電するための車載充電器も高電圧を扱うため、安全性に充分に配慮する必要がある。自動車用機能安全規格の一つとして、2011年正式発行のISO26262が挙げられる(非特許文献1参照)。ISO26262の目的は、安心して受け入れられる程度までリスクを抑制することである。ISO26262では、異常検出時に、車載充電器の全機能を強制停止させる機能を持たせることが定められている。この種の車載充電器はAC/DCコンバータとDC/DCコンバータを直列接続してなる構成が一般的であり、異常発生時にAC/DCコンバータとDC/DCコンバータの両方を強制停止させる機能を当該充電器に設けることが考えられる。
インターネット、<URL:http://www.jari.or.jp/tabid/112/Default.aspx>
 ISO26262では、目標安全水準に対応したレベルでのリスク低減策を講じれば良いとされている。これに対して、異常検出時にAC/DCコンバータとDC/DCコンバータの両方を強制停止させる構成では、リスク低減効果は高いものの、高コスト化を招き、また、目標安全水準に比較してオーバースペックとなり兼ねない。
 本発明は以上に説明した課題に鑑みて為されたものであり、車載バッテリを充電する充電器において、要求される目標安全水準に応じたレベルでのリスク低減を実現することを可能にする技術を提供することを目的とする。
 上記課題を解決するため、本発明は、AC/DCコンバータと、このAC/DCコンバータに直列接続されたDC/DCコンバータと、異常発生時に安全確保のための制御を行う安全制御部とを有する充電器の安全制御部に以下の処理を実行させる。すなわち、安全制御部は、車載バッテリの充電中に異常が発生したことを通知する異常検知信号の受信を契機としてAC/DCコンバータとDC/DCコンバータのうちの予め定められた方を優先的に停止させる。
 例えば、充電器に対して要求される目標安全水準が「車載バッテリの充電中に何らかの異常が発生したとしても、少なくとも車載バッテリの破損を回避すること」である場合には、DC/DCコンバータを優先的に停止させるようにすれば良い。これに対して、「車載バッテリの充電中に何らかの異常が発生したとしても、少なくとも充電器の破損(具体的には、AC/DCコンバータに含まれる平滑化コンデンサの破損)を回避すること」が目標安全水準として要求される場合には、AC/DCコンバータを優先的に停止させるようにすれば良い。
 AC/DCコンバータとDC/DCコンバータとを直列接続してなる車載バッテリ用充電器では、充電器全体の作動制御を行う安全制御部とは別個に、車載バッテリの充電状況に応じてAC/DCコンバータおよびDC/DCコンバータの作動制御を行うコントローラ(以下、コンバータ制御部)が設けられていることが一般的である。このような構成の充電器においては、AC/DCコンバータとDC/DCコンバータのうちの予め定められた方に向けてコンバータ制御部から出力された駆動信号を、アクティブレベルの強制停止指示信号を安全制御部から受け取ったことを契機として遮断するマスク回路を設け、安全制御部には、異常検知信号の受信を契機としてマスク回路にアクティブレベルの強制停止指示信号を与え、駆動信号の出力停止を指示する停止指示をコンバータ制御部に与える処理を実行させるようにすれば良い。このような態様によれば、AC/DCコンバータおよびDC/DCコンバータの各々に対してマスク回路を設ける態様に比較して要求される安全水準を低コストで実現することが可能になる。
 一般に、安全制御部とコントローラ制御部との通信はシリアルバスを介して行われる。このため、アクティブレベルの強制停止指示信号の出力と上記停止指示の出力とを同時に安全制御部に行わせたとしても上記予め定められた方のコンバータを先に停止させる(すなわち、時間的に優先させて停止させる)ことができる。なお、予め定められた方のコンバータの停止が確実に先になるように、強制停止指示信号を出力した後に、上記停止指示を出力する処理を安全制御部に実行させても良い。
 本発明によれば、車載バッテリを充電する充電器において、要求される目標安全水準に応じたレベルでのリスク低減を効率的に実現することが可能になる。
本発明の第1実施形態の充電器1Aの構成例を示す図である。 充電器1Aが有するマスク回路60の構成例を示す図である。 充電器1Aの動作例を示すタイミングチャートである。 本発明の第2実施形態の充電器1Bの構成例を示す図である。
 以下、本発明の実施の形態について説明する。
(A:第1実施形態)
 図1は、本発明の第1実施形態の充電器1Aの構成例を示す図である。
 充電器1Aは、電気自動車やハイブリッド自動車など動力源として電動機を有する車両に搭載される車載充電器であり、上記電動機に電力を供給する車載バッテリ3を充電する装置である。より詳細に説明すると、充電器1Aは、一般家庭用の交流電源(すなわち、単相100Vの交流電源)である外部交流電源2に電源ケーブル等を介して接続され、外部交流電源2から供給される交流電力を直流電力に変換して車載バッテリ3を充電する。図1には、充電器1Aの他に、充電器1Aによる充電対象の車載バッテリ3と、車載バッテリ3の充電状況を監視する充電監視部4と、外部交流電源2とが図示されている。
 充電監視部4は、例えばBCU(Battery Control Unit)である。充電監視部4は、車載バッテリ3の充電状態(例えば電池残量等)を監視し、その監視結果を表すデータをCAN-BUS経由で充電器1Aに与える。また、充電監視部4は、車載バッテリ3の充電中に何らかの異常(車載バッテリ3に含まれるコンデンサの極板間電圧の異常な上昇や、天絡、地絡など)の発生の有無の監視も行う。そして、充電監視部4は、車載バッテリ3の充電が正常に行われている間は非アクティブレベル(例えば、Lowレベル)の異常検知信号ARを充電器1Aに与え、何らかの異常の発生(過剰に高い電圧の印加など)を検知したことを契機として異常検知信号ARの信号レベルをアクティブレベル(Highレベル)に切り替える。つまり、本実施形態の充電監視部4は、車載バッテリ3の充電中に異常の発生の有無を監視し、異常の発生を検知した場合には充電器1A(より正確には、後述する安全制御部50)への通知を行う異常検知手段の役割を果たす。なお、車載バッテリ3の充電状態の監視および充電中の異常監視については、既存の周知技術を適宜用いるようにすればよい。
 本実施形態の充電器1Aについての目標安全水準は「車載バッテリの充電中に何らかの異常が発生したとしても、少なくとも車載バッテリの破損を回避すること」である。本実施形態の充電器1Aは、この目標安全水準に応じたレベルでのリスク低減を、できるだけ低コストで実現できるように構成されている。図1に示すように、充電器1Aは、AC/DCコンバータ10、DC/DCコンバータ20、AC/DC制御部30、DC/DC制御部40、安全制御部50、およびマスク回路60を含んでいる。
 AC/DCコンバータ10は、外部交流電源2から供給される交流電力を直流電力に変換して出力する。AC/DCコンバータ10は、ダイオード110_1~110_2、フライホイールダイオード110_3~110_4、FET110_5~110_6、平滑化コンデンサ110_7およびリアクトル110_8~110_9により構成される。リアクトル110_8~110_9は高調波を減衰させるために設けられている。ダイオード110_1~110_2およびFET110_5~110_6は、外部交流電源2から供給される交流電圧を整流して直流電圧を平滑化コンデンサ110_7に供給するPFC回路を構成している。FET110_5~110_6の各々は、アクティブレベルの駆動信号をゲートに与えられるとオンとなり、非アクティブレベルの駆動信号をゲートに与えられるとオフとなる。
 平滑化コンデンサ110_7は、このPFC回路から出力された直流電圧を平滑化するために設けられた電解コンデンサである。フライホイールダイオード110_3~110_4は、FET110_5~110_6に逆並列接続されており、FET110_5~110_6のオン/オフ切り替え時にリアクトル110_8~110_9に蓄積された電磁エネルギーにより発生する電流を、入力電源(本実施形態では、外部交流電源2)側に還流させる。
 AC/DC制御部30は、例えばCPU(Central Processing Unit)であり、車載バッテリ3の充電状態に応じてAC/DCコンバータ10の作動制御を行う。より詳細に説明すると、AC/DC制御部30は、車載バッテリ3の充電状態に応じた好適な電圧または電流がAC/DCコンバータ10から出力されるように、FET110_5~110_6の各々のゲートに与える駆動信号ga1~ga2の信号レベルをアクティブレベル(例えば、Highレベル)から非アクティブレベル(例えば、Lowレベル)に、或いはその逆に切り替える。これにより、AC/DCコンバータ10の作動制御が実現される。
 DC/DCコンバータ20は、AC/DCコンバータ10に直列接続されている。DC/DCコンバータ20は、インバータ121および整流器122により構成される。インバータ121は、FET121_5~121_8、フライホイールダイオード121_1~121_4およびトランス121_9により構成される。インバータ121は、AC/DCコンバータ10の平滑化コンデンサ110_7に充電された直流電圧を電源電圧とし、この電源電圧をFET121_5~121_8によってスイッチングすることにより、トランス121_9の1次巻線に交流電圧を出力する回路である。FET121_5~121_8の各々も、アクティブレベルの駆動信号をゲートに与えられるとオンとなり、非アクティブレベルの駆動信号をゲートに与えられるとオフとなる。
 トランス121_9は、1次巻線に与えられた交流電圧に応じた交流電圧を2次巻線から整流器122に出力する。整流器122は、ダイオード122_1~122_4により、トランス121_9の2次巻線から出力された交流電圧を整流して直流電圧を車載バッテリ3に供給する。
 DC/DC制御部40は、AC/DC制御部30と同様にCPUである。なお、以下では、AC/DC制御部30とDC/DC制御部40の両者を「コンバータ制御部」と総称する場合がある。DC/DC制御部40は、インバータ121に含まれるスイッチング素子(本実施形態では、FET121_5~121_8)のオン/オフを切り替えるための駆動信号gb1~gb4を出力する。これらスイッチング素子のスイッチング周期を車載バッテリ3の充電状態に応じて調整することで、DC/DCコンバータ20から車載バッテリ3へその充電状態に応じた好適な電圧または電流が供給される。図1に示すように、駆動信号gb1~gb4の各々はマスク回路60を介して駆動信号Gb1~Gb4として上記各スイッチング素子に与えられる。
 安全制御部50は、AC/DC制御部30と同様にCPUであり、シリアルバス(図1では図示略)を介してAC/DC制御部30とDC/DC制御部40とに接続されている。 安全制御部50は、充電監視部4からアクティブレベルの異常検知信号ARを受け取ったことを契機として安全確保のための制御を行う。より詳細に説明すると、安全制御部50は、非アクティブレベルの異常検知信号ARを充電監視部4から受け取っている間、非アクティブレベルの強制停止指示信号SSをマスク回路60に出力する。そして、安全制御部50は、アクティブレベルの異常検知信号ARを受け取ったことを契機として強制停止指示信号SSの信号レベルをアクティブレベルに切り替え、その後、AC/DC制御部30に対してシリアルバス経由でAC/DCコンバータ10の停止を指示するとともに、DC/DC制御部40に対してシリアルバス経由でDC/DCコンバータ20の停止を指示する。
 このような安全制御を安全制御部50に行わせる理由は、前述した目標安全水準(すなわち、車載バッテリの充電中に何らかの異常が発生したとしても、少なくとも車載バッテリの破損を回避すること)に応じたレベルのリスク低減をできるだけ低コストで実現するためである。このような安全制御を安全制御部50に実行させることで、上記目標安全水準に応じたレベルのリスク低減を実現できる理由については後に詳細に説明する。
 マスク回路60は、非アクティブレベルの強制停止指示信号SSを受け取っている間はDC/DC制御部40の出力する駆動信号gb1~gb4をそのまま駆動信号Gb1~Gb4として通過させ、強制停止指示信号SSがアクティブレベルとなったことを契機として駆動信号Gb1~Gb4を遮断(すなわち、駆動信号Gb1~Gb4を非アクティブレベルに維持)し、インバータ121を強制停止させる回路である。つまり、本実施形態では、車載バッテリ3の充電中に何らかの異常が発生すると、まず、DC/DCコンバータ20の停止を時間的に優先させ、その後、AC/DCコンバータ10を停止させる。
 マスク回路60の具体的な回路構成としては種々の構成が考えられる。例えば、図2(a)に示すように、インバータ121に含まれる複数のスイッチング素子の各々に対して1つずつ設けられたANDゲートによりマスク回路60を構成する態様が考えられる。なお、図2(a)では、インバータ121に含まれる4つのFETのうちのFET121_5に対応する構成のみが図示されている。図2(a)に示すように、ANDゲートの一方の入力端子には、強制停止指示信号SSを反転器により論理反転させた信号が与えられ、他方の入力端子には当該ANDゲートに対応するスイッチング素子のオン/オフ制御のためにDC/DC制御部40から出力された駆動信号が与えられる。このため、安全制御部50から非アクティブレベルの強制停止指示信号SSが出力されている間は、DC/DC制御部40から出力された駆動信号gb1は上記ANDゲートを通過し、駆動信号Gb1としてFET121_5のゲートに与えられる。そして、強制停止指示信号SSが非アクティブレベルからアクティブレベルに切り替わると、DC/DC制御部40から出力された駆動信号gb1はマスク回路60において遮断され、駆動信号Gb1はLowレベルに維持される。このため、FET121_5はオフ状態に維持される。FET121_6~121_8についても同様である。FET121_5~121_8が全てオフ状態に維持されると、インバータ121は停止する。
 マスク回路60の他の構成例としては、インバータ121に含まれるスイッチング素子に各々対応するパルストランス62、整流器64およびスイッチング素子66と、スイッチング素子66を介してパルストランス62の一次側へ給電する電源68によりマスク回路60を構成する態様が考えられる。なお、図2(b)には、図2(a)と同様に、FET121_5に対応する構成のみが図示されている。パルストランス62の一次巻線の一端にはDC/DC制御部40の出力する駆動信号gb1が与えられ、他端はスイッチング素子66を介して電源68に接続されている。スイッチング素子66のオン/オフは強制停止指示信号SSを論理反転させた信号(図2(b)にて符号/SSで示す信号)によって切り換えられる。すなわち、強制停止指示信号SSが非アクティブレベルであればスイッチング素子66はオンとなり、逆にアクティブレベルであればスイッチング素子66はオフとなる。
 スイッチング素子66がオンとなっていれば、DC/DC制御部40の出力する駆動信号gb1に応じてパルストランス62の二次巻線に発生する電圧が整流器64によって整流され、FET121-5にそのオン/オフを切り替える駆動信号Gb1として与えられる。これに対して、スイッチング素子66がオフであれば、パルストランス62の一次側への給電が遮断され、駆動信号Gb1も遮断される。図2(a)に示すようにANDゲートを用いた構成のマスク回路60では、ANDゲートが破損した場合にインバータ121への駆動信号Gb1~Gb4の供給を遮断できない虞がある。これに対して、図2(b)に示すようにパルストランスを用いた構成のマスク回路60を採用すれば、インバータ121への駆動信号Gb1~Gb4の供給を確実に遮断し、DC/DCコンバータ20を確実に強制停止させることができる。
 図3は、充電器1Aの動作例を示すタイミングチャートである。図3に示すように、車載バッテリ3の充電中に、ある時刻t0において何らかの異常が発生すると、充電監視部4により異常の発生が検知され、充電監視部4は異常検知信号ARを非アクティブレベルからアクティブレベルへ切り替える。異常検知信号ARが非アクティブレベルからアクティブレベルに切り替わると、安全制御部50は、まず、強制停止指示信号SSを非アクティブレベルからアクティブレベルに切り替え、その後(例えば、Δtだけ遅れて)、AC/DC制御部30およびDC/DC制御部40に停止指示を与える。図3に示すように、時刻t0から時間Δtが経過するまでは、AC/DC制御部30およびDC/DC制御部40は駆動信号の出力を継続するのであるが、強制停止指示信号SSが非アクティブレベルからアクティブレベルに切り替わると、駆動信号gb1~gb4はマスク回路60によって遮断されるため、DC/DCコンバータ20は即座に停止し、AC/DCコンバータ10は時間Δtだけ遅れて停止する。
 このように、安全制御部50は、車載バッテリ3の充電中に何らかの異常が発生すると、DC/DCコンバータ20を優先的に停止させるため、車載バッテリ3の過充電等を確実に回避し、車載バッテリ3の破損を確実に回避することができる。もっとも、このような制御を行うとAC/DCコンバータ10に含まれる平滑化コンデンサ110_7に過剰に高い電圧がかかり、平滑化コンデンサ110_7の破損を免れない場合がある。そこで、仮に平滑化コンデンサ110_7の破損が発生したとしても、その影響が周囲に及ばないようにするために、充電器1Aの筐体を堅牢に構成しておくことが好ましい。
 AC/DCコンバータ用とDC/DCコンバータ用の各マスク回路を設けるようにすれば(すなわち、異常発生時にAC/DCコンバータとDC/DCコンバータの両方を同時に強制停止させる構成とすれば)、平滑化コンデンサ110_7の破損を回避しつつ、車載バッテリ3の破損を回避できることは言うまでもない。しかし、このような構成では、充電器1Aに対して要求される目標安全水準に対してオーバースペックとなってしまい、充電器1Aと比較してAC/DCコンバータ用のマスク回路を設ける分だけコストも上昇する。つまり、本実施形態の充電器1Aによれば、「充電中に何らかの異常が発生した場合であっても、少なくとも車載バッテリの破損を回避する」という目標安全水準に応じたレベルでのリスク低減を低コストで実現することが可能になる。
(B:第2実施形態)
 第1実施形態では、「充電中に何らかの異常が発生した場合であっても、少なくとも車載バッテリの破損を回避する」という目標安全水準に応じたリスク低減を低コストで実現するために、車載バッテリ3の充電中に異常が発生した場合には、DC/DCコンバータ20の停止をAC/DCコンバータ10の停止よりも優先させた。しかし、車載バッテリ3の保護よりもAC/DCコンバータ10の平滑化コンデンサ110_7の保護が優先される場合、すなわち、要求される目標安全水準が「充電中に何らかの異常が発生した場合であっても、少なくとも充電器の破損(より正確には、AC/DCコンバータに含まれる平滑化コンデンサの破損)を回避すること」である場合には、AC/DCコンバータ10の停止をDC/DCコンバータ20の停止よりも優先させれば良い。具体的には、図1に示す充電器1Aに代えて図4に示す充電器1Bを用いるようにすれば良い。
 充電器1Bの構成は、電圧監視部70を有する点と、AC/DC制御部30の出力する駆動信号ga1~ga2をマスク回路60を介して駆動信号Ga1~Ga2としてAC/DCコンバータ10に与えるようにした点と、電圧監視部70の出力する異常検知信号ARがアクティブレベルに切り替わったことを契機として安全制御部50にアクティブレベルの強制停止指示信号SSを出力させる点が充電器1Aの構成と異なる。なお、図4におけるマスク回路60の構成として、図2(a)或いは図2(b)における駆動信号gb1を駆動信号ga1と読み替え、駆動信号Gb1を駆動信号Ga1と読み替えた構成が考えられる。
 電圧監視部70は、平滑化コンデンサ110_7の極板間電圧を計測する電圧センサと、この電圧センサの出力電圧を所定の閾値電圧と比較するコンパレータと、この閾値電圧を発生させて上記コンパレータに与える定電圧発生回路とを含んでいる(図4では、何れも図示略)。例えば、上記コンパレータは、電圧センサの出力電圧が上記閾値電圧未満であればLowレベルの信号を出力し、逆に電圧センサの出力電圧が上記閾値電圧以上であればHighレベルの信号を出力する、といった具合である。このコンパレータの出力信号が異常検知信号ARとして安全制御部50に与えられる。つまり、電圧監視部70は、車載バッテリ3の充電中に異常の発生の有無を監視し、異常の発生を検知した場合には安全制御部50への通知を行う異常検知手段の役割を果たす。なお、上記閾値電圧については、平滑化コンデンサ110_7の耐圧に応じて定めておけば良い。
 本実施形態によれば、車載バッテリ3の充電中に平滑化コンデンサ110_7の極板間電圧が上記閾値電圧に達するといった異常が発生した場合に、AC/DCコンバータ10を優先的に停止させ、平滑化コンデンサ110_7の破損を確実に回避することができる。この場合、AC/DCコンバータ10の平滑化コンデンサ110_7を確実に保護することができる一方、DC/DCコンバータ20の停止が遅れるため、車載バッテリ3の破損を招く虞がある。しかし、車載バッテリ3の交換は充電器全体の交換に比較して容易かつ低コストで行えると考えられる。したがって、コスト面などから車載バッテリ3の保護よりも充電器全体の保護が優先される場合には、本実施形態を採用する方が好ましい。本実施形態によっても、AC/DCコンバータとDC/DCコンバータの両方を強制停止させる態様に比較して、要求される目標安全水準に応じたレベルでのリスク低減を低コストで実現することが可能になる。
(C:変形)
 以上本発明の第1および第2実施形態について説明したが、これら実施形態を以下のように変形しても良い。
(1)上記各実施形態では、AC/DCコンバータ10とDC/DCコンバータ20のうちの一方を強制停止させるためのマスク回路60を設け、マスク回路60により当該一方を強制停止させた後に、AC/DC制御部30(或いはDC/DC制御部40)経由で他方を停止させた。すなわち、上記各実施形態では、AC/DCコンバータ10とDC/DCコンバータ20のうちの一方を、ハードウェア構成的および時間的の両面で優先的に停止させた。しかし、安全制御部50とAC/DC制御部30(或いはDC/DC制御部40)の間のデータの授受はシリアルバスを介して行われるため、強制停止指示信号の非アクティブレベルからアクティブレベルへの切り替えと同時にAC/DC制御部30(或いはDC/DC制御部40)に対する停止指示を与えたとしても、前者による強制停止処理の方が先行して実行される。このため、強制停止指示信号の非アクティブレベルからアクティブレベルへの切り替えとAC/DC制御部30(或いはDC/DC制御部40)に対して停止指示を与えることとを同時に安全制御部50に実行させても良い。
 また、マスク回路60を省略し、AC/DCコンバータ10とDC/DCコンバータ20のうち優先的に停止させるものとして定められた方についても、AC/DC制御部30(或いはDC/DC制御部40)経由で停止させるようにしても良い。この様な態様であってもAC/DC制御部30とDC/DC制御部40のうちの一方(すなわち、AC/DCコンバータ10とDC/DCコンバータ20のうち優先的に停止させる方の作動制御を行うコンバータ制御部)に停止指示を与えた後、他方の作動制御を行うコンバータ制御部に停止指示を与えることで、AC/DCコンバータ10とDC/DCコンバータ20のうちの予め定められた方を時間的に優先させて停止させることができるからである。
(2)上記第1および第2実施形態では、AC/DCコンバータ10の作動制御を行うAC/DC制御部30とは別個に、DC/DCコンバータ20の作動制御を行うDC/DC制御部40を設けた。しかし、AC/DCコンバータ10の作動制御を役割とDC/DCコンバータ20の作動制御を行う役割とを兼ね備えた1つのCPUをコンバータ制御部として、AC/DC制御部30およびDC/DC制御部40の代わりに設けても良い。また、上記コンバータ制御部の役割を安全制御部に兼ねさせても良い。要は、外部交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して出力するAC/DCコンバータと、AC/DCコンバータの出力する直流電力を変圧して車載バッテリ3に供給するDC/DCコンバータと、AC/DCコンバータおよびDC/DCコンバータの作動制御を車載バッテリの充電状況に応じて行う安全制御部であって、車載バッテリ3の充電中に異常が発生したことを通知する異常検知信号ARの受信を契機としてAC/DCコンバータとDC/DCコンバータのうちの予め定められた方を先に停止させ、その後、他方を停止させる(すなわち、予め定められた方のコンバータを優先的に停止させる)安全制御部と、を組み合わせた車載充電器であれば良い。
(3)上記各実施形態では、車載充電器への本発明の適用例を説明したが、充電スタンドに設置される充電器に本発明を適用しても勿論良い。充電スタンドに設置される充電器であっても、充電中の異常発生時に車載バッテリや平滑化コンデンサの保護が要請されることに変わりはなく、目標安全水準に応じたレベルでのリスク低減を低コストで実現できることが好ましいことに変わりはないからである。
 1A、1B…充電器、2…外部交流電源、3…車載バッテリ、4…充電監視部、10…AC/DCコンバータ、20…DC/DCコンバータ、30…AC/DC制御部、40…DC/DC制御部、50…安全制御部、60…マスク回路、70…電圧監視部。

Claims (3)

  1.  外部交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して出力するAC/DCコンバータと、
     前記AC/DCコンバータの出力する直流電力を変圧して車載バッテリに供給するDC/DCコンバータと、
     前記車載バッテリの充電中に異常が発生したことを通知する異常検知信号の受信を契機として前記AC/DCコンバータと前記DC/DCコンバータのうちの予め定められた方を優先的に停止させる安全制御部と、
     を有することを特徴とする充電器。
  2.  前記AC/DCコンバータおよび前記DC/DCコンバータの各々を駆動するための駆動信号を前記車載バッテリの充電状況に応じて出力するコンバータ制御部と、
     前記コンバータ制御部から前記AC/DCコンバータと前記DC/DCコンバータのうちの予め定められた方へ出力された駆動信号を、非アクティブレベルの強制停止指示信号を前記安全制御部から受け取っている間は通過させ、アクティブレベルの強制停止指示信号を受け取ったことを契機として遮断するマスク回路と、を含み、
     前記安全制御部は、
     前記異常検知信号の受信を契機として、前記マスク回路に与える強制停止指示信号を非アクティブレベルからアクティブレベルに切り替えるとともに、駆動信号の出力停止を指示する停止指示を前記コンバータ制御部に与えることを特徴とする請求項1に記載の充電器。
  3.  前記安全制御部は、前記強制停止指示信号を非アクティブレベルからアクティブレベルに切り替えた後に前記停止指示を前記コンバータ制御部に与えることを特徴とする請求項2に記載の充電器。
     
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170113219A (ko) * 2016-03-28 2017-10-12 더 보잉 컴파니 GaN계 전력 디바이스들을 기반으로 한 배터리 충전기에 대한 시스템 아키텍처
CN108964229A (zh) * 2018-09-13 2018-12-07 国家电网有限公司 一种适合于风力充足地区的电动汽车移动储能充电装置及控制方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018104914A1 (de) * 2018-03-05 2019-09-05 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Integrierte Power Box
US11353490B2 (en) 2019-09-03 2022-06-07 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Systems and methods for monitoring voltage of vehicle onboard battery charger
WO2023069679A1 (en) * 2021-10-22 2023-04-27 Milwaukee Electric Tool Corporation Systems, methods, and devices for pulse amplitude modulated charging

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10313546A (ja) * 1997-05-09 1998-11-24 Toshiba Corp 無停電電源装置
JP2008269860A (ja) * 2007-04-18 2008-11-06 Mitsubishi Electric Corp 放電灯点灯装置
JP2013158240A (ja) * 2012-01-30 2013-08-15 Ls Industrial Systems Co Ltd 電気自動車充電器のためのdc−リンクキャパシター充電装置
JP2014027854A (ja) * 2012-07-30 2014-02-06 Mitsubishi Electric Corp 充放電装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11112313A (ja) 1997-10-02 1999-04-23 Mitsubishi Electric Corp 半導体回路及びパワートランジスタ保護回路
US6781853B2 (en) * 2002-03-13 2004-08-24 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Method and apparatus for reduction of energy loss due to body diode conduction in synchronous rectifiers
JP4033082B2 (ja) * 2002-11-07 2008-01-16 株式会社村田製作所 Dc−dcコンバータ
CN101926083B (zh) * 2008-01-28 2012-11-21 株式会社村田制作所 Dc-dc转换器
DE102008053702A1 (de) * 2008-10-29 2010-05-06 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Schaltungsanordnung zum Schutz von elektronischen Einrichtungen gegen fehlerhafte Logikspannungen
CN102447270B (zh) * 2010-09-30 2014-01-01 比亚迪股份有限公司 车辆用太阳能供电控制系统及控制方法
JP2014073055A (ja) 2012-10-01 2014-04-21 Denso Corp 電子回路

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10313546A (ja) * 1997-05-09 1998-11-24 Toshiba Corp 無停電電源装置
JP2008269860A (ja) * 2007-04-18 2008-11-06 Mitsubishi Electric Corp 放電灯点灯装置
JP2013158240A (ja) * 2012-01-30 2013-08-15 Ls Industrial Systems Co Ltd 電気自動車充電器のためのdc−リンクキャパシター充電装置
JP2014027854A (ja) * 2012-07-30 2014-02-06 Mitsubishi Electric Corp 充放電装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170113219A (ko) * 2016-03-28 2017-10-12 더 보잉 컴파니 GaN계 전력 디바이스들을 기반으로 한 배터리 충전기에 대한 시스템 아키텍처
KR102163105B1 (ko) 2016-03-28 2020-10-08 더 보잉 컴파니 GaN계 전력 디바이스들을 기반으로 한 배터리 충전기에 대한 시스템 아키텍처
CN108964229A (zh) * 2018-09-13 2018-12-07 国家电网有限公司 一种适合于风力充足地区的电动汽车移动储能充电装置及控制方法

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Publication number Publication date
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