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Description

本発明は、例えば、各種の電気自動車やハイブリッド車等に搭載される蓄電池に充電するための充電器に係り、特に、多段定電流充電方式により充電するものにおいて、小型化と高効率化を図ることができるように工夫したものに関する。   The present invention relates to a charger for charging a storage battery mounted on, for example, various electric vehicles, hybrid vehicles, and the like, and in particular, to a battery that is charged by a multistage constant current charging method, to achieve downsizing and high efficiency. It relates to things devised to be able to

多段定電流充電方式の充電電圧及び充電電流は、図5に示すようなものである。図5中上側に示す線図が充電電圧特性を示す線図であり、横軸に時間(t)をとり縦軸に充電電圧をとって、充電電圧の時間変化を示している。又、図5中下側に示す線図が充電電流を示す線図であり、横軸に時間(t)をとり縦軸に充電電流をとって、充電電流の時間変化を示している。
多段定電流充電方式は、蓄電池の寿命を延ばし、充電の時間を短縮し、充電の効率を高めるための充電方式である。上記の目的のため、各段の定電流値(I、Imax)、充電電圧規制値(Vreg)、最大充電電圧(Vmax)が、蓄電池固有の値として予め設定されている。
尚、最大充電電圧(Vmax)は充電電圧規制値(Vreg)よりも大きな値として設定されている。
The charging voltage and charging current of the multi-stage constant current charging method are as shown in FIG. The diagram shown on the upper side in FIG. 5 is a diagram showing the charge voltage characteristics, and the time (t) is plotted on the horizontal axis and the charge voltage is plotted on the vertical axis, showing the time variation of the charge voltage. Further, the lower diagram in FIG. 5 is a diagram showing the charging current, and the time (t) is plotted on the horizontal axis and the charging current is plotted on the vertical axis, showing the time variation of the charging current.
The multi-stage constant current charging method is a charging method for extending the life of the storage battery, reducing the charging time, and increasing the charging efficiency. For the above purpose, the constant current values (I z , I max ), the charging voltage regulation value (V reg ), and the maximum charging voltage (V max ) of each stage are preset as values specific to the storage battery.
The maximum charging voltage (V max ) is set as a value larger than the charging voltage regulation value (V reg ).

図5に示すように、多段定電流充電方式の充電は、例えば、初段(1段)、中段(2段)、最終段(3段)の3段階で行われ、一例として、初段の充電電流が25A、中段の充電電流が15A、最終段の充電電流が8Aとなっている。又、初段の充電電流25Aが最大充電電流Imaxとなっている。 As shown in FIG. 5, charging in the multi-stage constant current charging method is performed, for example, in three stages, that is, the first stage (1 stage), the middle stage (2 stages), and the last stage (3 stages). Is 25A, the middle stage charging current is 15A, and the last stage charging current is 8A. Also, the first stage of the charging current 25A has become a maximum charging current I max.

一方、充電電圧であるが、初段、中段ともに充電電圧規制値Vreg(28.8V)を超えることはなく、最終段で充電電圧規制値Vreg(28.8V)を超えて35Vに至っている。これが最大充電電圧Vmaxとなる。
尚、定電流充電においては、この充電電圧規制値Vregを目安に定電流値の切換を行っている。
On the other hand, is a charge voltage, the first stage, not exceed the middle both in the charging voltage regulation value V reg (28.8V), has led to 35V beyond the charging at the final stage voltage regulation value V reg (28.8V) . This is the maximum charging voltage V max.
In the constant current charging, the constant current value is switched using the charging voltage regulation value V reg as a guide.

上記したように、最大充電電流Imaxは初段の充電電流であり、最大充電電圧Vmaxは最終段の最大充電電圧である。実際の充電器の直流電圧変換部は最大充電電流Imaxで最大充電電圧Vmaxを出力することはないが、設計としては、最大充電電流Imaxで最大充電電圧Vmaxを出力することが可能な構成となっている。すなわち、トランスの二次巻線の巻数は最大充電電圧Vmaxの出力が可能な巻数となっており、又、線径は最大充電電流Imaxの出力が可能な線径となっている。 As described above, the maximum charging current I max is the first stage charging current, and the maximum charging voltage V max is the last stage maximum charging voltage. The actual DC voltage converter of the charger is not able to output a maximum charge voltage V max in the maximum charging current I max, as the design, can output the maximum charge voltage V max in the maximum charging current I max It has become a structure. That is, the number of turns of the transformer secondary winding has a number of turns which can output the maximum charge voltage V max, also wire diameter has a diameter which can output the maximum charging current I max.

又、最大充電電圧Vmaxを出力できるトランスの巻数比n(二次巻線の巻線数/一次巻線の巻線数)は次の式(I)により算出される。

=Vmax=n・D・Vin――(I)

但し、
:充電器の出力電圧
max:最大充電電圧
:最大充電電圧Vmaxを出力できるトランスの巻数比(二次巻線の巻線数/一次巻線の巻線数)
D :メインスイッチのデューティ(メインスイッチのオン時間/メインスイッチのスイッチング周期)
in :入力電圧
尚、一次側回路のメインスイッチの各素子の損失や二次側回路のダイオードの損失については無視するものとする。
Further, the transformer turns ratio n 0 (number of turns of the secondary winding / number of turns of the primary winding) that can output the maximum charging voltage V max is calculated by the following equation (I).

V 0 = V max = n 0 · D · V in ―― (I)

However,
V 0 : Output voltage V max of charger: Maximum charging voltage n 0 : Turn ratio of transformer capable of outputting maximum charging voltage V max (number of turns of secondary winding / number of turns of primary winding)
D: Duty of main switch (main switch on time / main switch switching cycle)
V in : Input voltage Note that the loss of each element of the main switch of the primary side circuit and the loss of the diode of the secondary side circuit are ignored.

この種の充電器の構成を示すものとして、例えば、特許文献1等があり、又、多段定電流充電方式を記載したものとして、例えば、非特許文献1がある。   As an example of the configuration of this type of charger, there is, for example, Patent Document 1, and as an example of a multistage constant current charging method, there is Non-Patent Document 1, for example.

特開2003−288948号公報JP 2003-288948 A

電力中央研究所報告 電気自動車用シール形鉛電池の多段定電流充電法の開発 研究報告:T97011 平成10年4月 財団法人電力中央研究所発行Report of Central Research Institute of Electric Power Development of multi-stage constant current charging method for sealed lead-acid batteries for electric vehicles Research report: T97011 April 1998, published by Central Research Institute of Electric Power Industry

上記従来の構成によると次のような問題があった。
すなわち、従来の充電器は、設計としては、最大充電電流Imaxで最大充電電圧Vmaxを出力することが可能な構成となっている。つまり、トランスの二次巻線の巻数は最大充電電圧Vmaxの出力が可能な巻数となっており、又、線径は最大充電電流Imaxの出力が可能な線径となっている。その為、トランスひいては充電器が大型化してしまいコストも上昇してしまうという問題があった。
又、二次側の整流ダイオードや転流ダイオードの逆印加電圧が高くなってしまい、その為、順方向降下電圧が大きくて逆方向耐圧が高い整流ダイオードや転流ダイオードを使用しなければならず、効率が悪いという問題もあった。
The conventional configuration has the following problems.
That is, the conventional charger, the design, the maximum capable of outputting a charging voltage V max configured by the maximum charging current I max. In other words, the number of turns of the transformer secondary winding has a number of turns which can output the maximum charge voltage V max, also wire diameter has a diameter which can output the maximum charging current I max. For this reason, there is a problem that the transformer and the charger are enlarged and the cost is increased.
In addition, the reverse applied voltage of the secondary side rectifier diode or commutation diode becomes high, and therefore, a rectifier diode or commutation diode having a large forward voltage drop and a high reverse breakdown voltage must be used. There was also a problem of inefficiency.

本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、小型化と高効率化を図ることが可能な多段定電流充電方式の充電器を提供することにある。   The present invention has been made based on these points, and an object of the present invention is to provide a multistage constant current charging type charger capable of achieving downsizing and high efficiency.

上記目的を達成するべく本願発明の請求項1による充電器は、力率改善部と直流電圧変換部とからなり多段定電流充電方式によって充電する充電器において、上記直流電圧変換部は、メインスイッチを備えた一次側回路と、平滑コイルを備えた二次側回路と、これら一次側回路及び二次側回路の間に介挿され一次巻線と二次巻線とからなるトランスと、から構成されていて、上記トランスの巻数比(n:二次巻線の巻線数/一次巻線の巻線数)は充電電圧規制値(Vreg)を目安に決定され、上記平滑コイルは、最終段の充電電流(I)より大きな電流で臨界状態となり、最終段の充電電流(I)で最大充電電圧(Vmax)以上の電圧を出力できるように、その仕様が決定されているものであることを特徴とするものである。
又、請求項2による充電器は、請求項1記載の充電器において、上記平滑コイルのインダクタンス(L)が次の式を満足するものであることを特徴とするものである。
L≦T・Vreg(Vreg−D・Vmax)/2Vmax・I
L>0
reg−D・Vmax>0
但し、
L :平滑コイルのインダクタンス
T :メインスイッチのスイッチング周期
reg :充電電圧規制値
D :メインスイッチのデューティ(メインスイッチのオン時間/メイン
スイッチのスイッチング周期)
max :最大充電電圧
:最終段充電電流
In order to achieve the above object, a battery charger according to claim 1 of the present invention comprises a power factor improving unit and a DC voltage converter, and is charged by a multi-stage constant current charging method, wherein the DC voltage converter is a main switch. A primary side circuit including a smoothing coil, and a transformer including a primary winding and a secondary winding interposed between the primary side circuit and the secondary side circuit. The transformer turns ratio (n 1 : number of secondary windings / number of primary windings) is determined based on the charging voltage regulation value (V reg ), and the smoothing coil is It becomes critical state at a charge current (I z) current larger than the final stage, as in the last stage of the charging current (I z) can output the maximum charge voltage (V max) or of the voltage, the specification is determined It is characterized by being .
According to a second aspect of the present invention, in the charger according to the first aspect, the inductance (L) of the smoothing coil satisfies the following expression.
L ≦ T · V reg (V reg −D · V max ) / 2V max · I z
L> 0
V reg −D · V max > 0
However,
L: Smoothing coil inductance T: Main switch switching cycle V reg : Charge voltage regulation value D: Main switch duty (main switch on time / main switch switching cycle)
V max : Maximum charging voltage I z : Final stage charging current

以上述べたように本願発明の請求項1による充電器によると、力率改善部と直流電圧変換部とからなり多段定電流充電方式によって充電する充電器において、上記直流電圧変換部は、メインスイッチを備えた一次側回路と、平滑コイルを備えた二次側回路と、これら一次側回路及び二次側回路の間に介挿され一次巻線と二次巻線とからなるトランスと、から構成されていて、上記トランスの巻数比(n:二次巻線の巻線数/一次巻線の巻線数)は充電電圧規制値(Vreg)を目安に決定され、上記平滑コイルは、最終段の充電電流(I)より大きな電流で臨界状態となり、最終段の充電電流(I)で最大充電電圧(Vmax)以上の電圧を出力できるように、その仕様が決定されているものであるので、充電能力を低下させることなく、トランスの二次巻線の巻線数を減少させることができ、それによって、トランス、直流電圧変換部、ひいては充電器の小型化を図ることができる。又、トランスの二次巻線の巻線数を減少させることができるので、損失を低減させて高効率化を図ることができる。
又、請求項2による充電器は、請求項1記載の充電器において、上記平滑コイルのインダクタンス(L)が次の式を満足するように構成されているので、上記効果を確実なものとすることができる。
L≦T・Vreg(Vreg−D・Vmax)/2Vmax・I
L>0
reg−D・Vmax>0
但し、
L :平滑コイルのインダクタンス
T :メインスイッチのスイッチング周期
reg :充電電圧規制値
D :メインスイッチのデューティ(メインスイッチのオン時間/メイン
スイッチのスイッチング周期)
max :最大充電電圧
:最終段充電電流
As described above, according to the charger according to claim 1 of the present invention, in the charger which is constituted by the power factor improving unit and the DC voltage conversion unit and is charged by the multistage constant current charging method, the DC voltage conversion unit includes the main switch. A primary side circuit including a smoothing coil, and a transformer including a primary winding and a secondary winding interposed between the primary side circuit and the secondary side circuit. The transformer turns ratio (n 1 : number of secondary windings / number of primary windings) is determined based on the charging voltage regulation value (V reg ), and the smoothing coil is It becomes critical state at a charge current (I z) current larger than the final stage, as in the last stage of the charging current (I z) can output the maximum charge voltage (V max) or of the voltage, the specification is determined So that the charging capacity is reduced Therefore, the number of windings of the secondary winding of the transformer can be reduced, whereby the transformer, the DC voltage converter, and thus the charger can be reduced in size. In addition, since the number of secondary windings of the transformer can be reduced, loss can be reduced and higher efficiency can be achieved.
According to a second aspect of the present invention, in the charger according to the first aspect, since the inductance (L) of the smoothing coil satisfies the following formula, the above effect is ensured. be able to.
L ≦ T · V reg (V reg −D · V max ) / 2V max · I z
L> 0
V reg −D · V max > 0
However,
L: Smoothing coil inductance T: Main switch switching cycle V reg : Charge voltage regulation value D: Main switch duty (main switch on time / main switch switching cycle)
V max : Maximum charging voltage I z : Final stage charging current

本発明の一実施の形態を示す図で、交流電源、充電器、蓄電池の関係を示すブロック図である。It is a figure which shows one embodiment of this invention, and is a block diagram which shows the relationship between AC power supply, a charger, and a storage battery. 本発明の一実施の形態を示す図で、充電器の直流電圧変換部の構成を示す回路図である。It is a figure which shows one embodiment of this invention, and is a circuit diagram which shows the structure of the DC voltage conversion part of a charger. 本発明の一実施の形態を示す図で、充電器の直流電圧変換部の二次側回路の平滑コイルの電流と一次側回路のメインスイッチの「オン/オフ」、「ターンオン」のタイミングを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of the present invention, and shows the current of the smoothing coil of the secondary side circuit of the DC voltage converter of the charger and the timing of “on / off” and “turn on” of the main switch of the primary side circuit. FIG. 本発明の一実施の形態を示す図で、充電器の出力電流と出力電圧の関係を示す特性図である。It is a figure which shows one embodiment of this invention, and is a characteristic view which shows the relationship between the output current and output voltage of a charger. 従来例の説明に使用した図で、多段定電流充電方式の充電電圧と充電電流を示す図である。It is the figure used for description of a prior art example, and is a figure which shows the charging voltage and charging current of a multistage constant current charging system.

以下、図1乃至図4を参照して本発明の一実施の形態を説明する。まず、本実施の形態による充電器1を使用した充電システムの概略構成を、図1を参照して説明する。
図1に示すように、充電器1は、交流電源3からの電力を蓄電池5に充電するためのものである。又、上記充電器1は、力率改善部7と直流電圧変換部9とから構成されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, a schematic configuration of a charging system using the charger 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the charger 1 is for charging the storage battery 5 with electric power from the AC power supply 3. The charger 1 includes a power factor improving unit 7 and a DC voltage converting unit 9.

上記力率改善部7は、交流電源3からの入力電流の商用交流電源周波数の高調波成分(基本周波数の整数倍の周波数の成分)を低減して入力の力率を改善するための回路である。   The power factor improving unit 7 is a circuit for reducing the harmonic component of the commercial AC power frequency of the input current from the AC power source 3 (a component having a frequency that is an integer multiple of the fundamental frequency) and improving the input power factor. is there.

上記直流電圧変換部9は、図2に示すように、一次側回路11と、二次側回路13と、これら一次側回路11と二次側回路13との間に介挿されたトランス15とから構成されている。上記一次側回路11は、電源17と、メインスイッチ19とから構成されている。
尚、図中電源17による入力電圧を符号Vinで示す。
As shown in FIG. 2, the DC voltage converter 9 includes a primary side circuit 11, a secondary side circuit 13, and a transformer 15 interposed between the primary side circuit 11 and the secondary side circuit 13. It is composed of The primary circuit 11 includes a power source 17 and a main switch 19.
Incidentally, showing the input voltage by drawing power 17 by symbol V in.

上記二次側回路13は、整流ダイオード21と、転流ダイオード23と、平滑コイル25と、コンデンサ27と、抵抗29とから構成されている。又、上記トランス15は、一次巻線31と二次巻線33とから構成されている。   The secondary circuit 13 includes a rectifier diode 21, a commutation diode 23, a smoothing coil 25, a capacitor 27, and a resistor 29. The transformer 15 is composed of a primary winding 31 and a secondary winding 33.

上記トランス15の巻数比nは、充電電圧規制値Vregを目安に設計されており、次の式(II)によって算出される。

=Vreg=n・D・Vin――(II)

但し、
:充電器1の出力電圧
reg:充電電圧規制値
:充電電圧規制値Vregを出力できるトランス15の巻数比(二次巻線
33の巻線数/一次巻線31の巻線数)
D :メインスイッチ19のデューティ(メインスイッチ19のオン時間
/メインスイッチ19のスイッチング周期)
in :電源17による入力電圧
The turn ratio n 1 of the transformer 15 is designed using the charging voltage regulation value V reg as a guide, and is calculated by the following equation (II).

V 0 = V reg = n 1 · D · V in ―― (II)

However,
V 0 : Output voltage V reg of charger 1 : Charge voltage regulation value n 1 : Turn ratio of transformer 15 capable of outputting charge voltage regulation value V reg (number of turns of secondary winding 33 / turn of primary winding 31 Number of lines)
D: Duty of main switch 19 (ON time of main switch 19 / switching cycle of main switch 19)
V in : Input voltage by the power supply 17

又、電源17による入力電圧Vin、トランス15の巻数比n、メインスイッチ19のデューティDが一定でも、出力電流を、ある電流Icrit より小さくして負荷抵抗を大きくすると、出力電圧は次の式(III)によって算出される充電電圧規制値Vregより高くなる。

crit=Vreg(n・Vin−Vreg)・T/n・Vin・2L
―――(III)
但し、
crit:出力電圧がVreg以上になる出力電流の臨界値
reg :充電電圧規制値
:充電電圧規制値Vregを出力できるトランス15の巻数比(二次巻線33の巻線数/一次巻線31の巻線数)
in :電源17による入力電圧
L :平滑コイル25のインダクタンス
T :メインスイッチ19のスイッチング周期
Even if the input voltage V in by the power source 17, the turns ratio n 1 of the transformer 15, and the duty D of the main switch 19 are constant, if the output current is made smaller than a certain current I crit and the load resistance is increased, the output voltage will be It becomes higher than the charging voltage regulation value V reg calculated by the formula (III).

I crit = V reg (n 1 · V in −V reg ) · T / n 1 · V in · 2L
――― (III)
However,
I crit : critical value of output current at which output voltage becomes V reg or higher V reg : charging voltage regulation value n 1 : turn ratio of transformer 15 that can output charging voltage regulation value V reg (number of windings of secondary winding 33 / Number of primary windings 31)
V in : Input voltage L from the power source 17: Inductance T of the smoothing coil 25: Switching cycle of the main switch 19

出力電流Iが出力電流の臨界値Icritに等しい臨界状態では、メインスイッチ19が「オン」のときに平滑コイル25にエネルギが蓄積され、その蓄積された全てのエネルギはメインスイッチ19が「オフ」の時に負荷に放出される。そして、メインスイッチ19のターンオンの時点で、平滑コイル25を流れる電流は「0」Aとなる。その様子を図3に示す。図3は横軸に時間(t)をとり、縦軸に平滑コイル25の電流をとりその時間変化を示した図である。
尚、臨界状態とは、図3に示すように、メインスイッチ19のターンオンの時点で、平滑コイル25を流れる電流が「0」Aとなる状態を意味している。
In a critical state where the output current I 0 is equal to the critical value I crit of the output current, energy is stored in the smoothing coil 25 when the main switch 19 is “ON”. Released to load when “off”. When the main switch 19 is turned on, the current flowing through the smoothing coil 25 becomes “0” A. This is shown in FIG. FIG. 3 is a graph showing the time change with time (t) on the horizontal axis and the current of the smoothing coil 25 on the vertical axis.
The critical state means a state where the current flowing through the smoothing coil 25 becomes “0” A when the main switch 19 is turned on as shown in FIG.

出力電流Iを出力電流の臨界値Icritより小さくしようとしても、メインスイッチ19のデューティDが一定であるので、メインスイッチ19が「オン」のときに、平滑コイル25に蓄積されたエネルギは減少しない。この蓄積したエネルギをメインスイッチ19が「オフ」の間に全て負荷に放出するので、出力電圧が式(II)の充電電圧規制値Vregよりも高くなる。本実施の形態の場合にはこの動作を多段定電流充電の最終段に適用するものである。 Even if the output current I 0 is attempted to be smaller than the critical value I crit of the output current, the duty D of the main switch 19 is constant, so that when the main switch 19 is “ON”, the energy accumulated in the smoothing coil 25 is Does not decrease. Since all the stored energy is discharged to the load while the main switch 19 is “off”, the output voltage becomes higher than the charging voltage regulation value V reg of the formula (II). In the case of the present embodiment, this operation is applied to the final stage of multistage constant current charging.

出力電流Iが出力電流の臨界値Icrit以下のときの出力電圧は次の式(IV)により算出される。

=Vdcm=Vreg /(D・Vreg+2LIo/T)
―――(IV)
但し、
:充電器1の出力電圧
dcm :デューティが一定で、出力電流Iが出力電流の臨界値Icrit以下
のときの出力電圧
reg :充電電圧規制値
D :メインスイッチ19のデューティ(メインスイッチ19のオン時間
/メインスイッチ19のスイッチング周期)
L :平滑コイル25のインダクタンス
o :直流電圧変換部9の出力電流
T :メインスイッチ19のスイッチング周期

したがって、多段定電流充電の最終段に求められる定電流値をI、最大充電電圧をVmaxとしたとき、充電器の出力電流がIのときの出力電圧Vが最大充電電圧Vmax以上であればよく、つまり、次の式(V)が成立すればよい。

max reg /(D・Vreg+2LI/T)
―――(V)
但し、
max :最大充電電圧
reg :充電電圧規制値
D :メインスイッチ19のデューティ(メインスイッチ19のオン時間
/メインスイッチ19のスイッチング周期)
L :平滑コイル25のインダクタンス
:最終段充電電流
T :メインスイッチ19のスイッチング周期

例えば、充電電圧規制値Vreg(入力電圧Vin、トランス15の巻数比n、メインスイッチ19のデューティDから決まる。)とメインスイッチ19のスイッチング周期Tが決まれば、次の式(VI)、(VII)、(VIII)によって、平滑コイル25のインダクタンスLが決定される。

L≦T・Vreg(Vreg−D・Vmax)/2Vmax・I
―――(VI)

L>0 ―――(VII)

reg−D・Vmax>0 ―――(VIII)

但し、
L :平滑コイル25のインダクタンス
T :メインスイッチ19のスイッチング周期
reg :充電電圧規制値
D :メインスイッチ19のデューティ(メインスイッチ19のオン時間
/メインスイッチ19のスイッチング周期)
max :最大充電電圧
:最終段充電電流
The output voltage when the output current I 0 is less than or equal to the critical value I crit of the output current is calculated by the following equation (IV).

V 0 = V dcm = V reg 2 / (D · V reg + 2LI o / T)
――― (IV)
However,
V 0 : Output voltage V dcm of the charger 1: Output voltage V reg : Charge voltage regulation value D: Duty of the main switch 19 when the duty is constant and the output current I 0 is below the critical value I crit of the output current ( ON time of main switch 19 / switching cycle of main switch 19)
L: inductance I o of the smoothing coil 25: switching period of the main switch 19: output current T of the DC voltage converter 9

Therefore, when the constant current value required for the final stage of multi-stage constant current charging is I z and the maximum charging voltage is V max , the output voltage V 0 when the output current of the charger is I z is the maximum charging voltage V max. In other words, the following equation (V) may be satisfied.

V max V reg 2 / (D · V reg + 2LI z / T)
――― (V)
However,
V max : Maximum charging voltage V reg : Charge voltage regulation value D: Duty of the main switch 19 (ON time of the main switch 19 / switching cycle of the main switch 19)
L: inductance I z of the smoothing coil 25: final stage charging current T: switching period of the main switch 19

For example, if the charging voltage regulation value V reg (determined from the input voltage V in , the turn ratio n 1 of the transformer 15 and the duty D of the main switch 19) and the switching cycle T of the main switch 19 are determined, the following equation (VI) , (VII), and (VIII) determine the inductance L of the smoothing coil 25.

L ≦ T · V reg (V reg −D · V max ) / 2V max · I z
――― (VI)

L> 0 ――― (VII)

V reg −D · V max > 0 ――― (VIII)

However,
L: Inductance of smoothing coil 25: Switching period Vreg of main switch 19: Regulating charging voltage D: Duty of main switch 19 (ON time of main switch 19 / switching period of main switch 19)
V max : Maximum charging voltage I z : Final stage charging current

各数値の一例を具体例として挙げる。


:154μS(f=65Hz)
D :0.41
:0.18
in :390V
reg :28.8V
max :35V
:8A
reg−D・Vmax:144V>0

よって、
L< :14.4μH
となる。
An example of each numerical value is given as a specific example.

T
154 μS (f = 65 Hz)
D: 0.41
n 1 : 0.18
V in : 390V
V reg : 28.8V
V max : 35V
Iz : 8A
V reg −D · V max : 144V> 0

Therefore,
L <: 14.4 μH
It becomes.

そして、L=10μHとしたとき、充電器1の出力電流Iに対する出力電圧Vの特性は、図4に示すようなものとなる。図4は、横軸に出力電流Iをとり縦軸に出力電圧Vをとって、両者の変化を示す図である。この図4に示すように、多段定電流最終段の出力電流Iで最大充電電圧Vmax以上の電圧を出力することができる。具体的には、多段定電流最終段の出力電流I(8A)で最大充電電圧Vmax(35V)以上の電圧を出力することができる。
尚、図4に示す場合には、出力電流が13Aのときにのみ臨界状態となる。つまり、Icrit=13Aとなり、出力電流Iをそれより小さな8Aとすることによって、最大充電電圧Vmax(35V)以上の電圧を出力することが可能になったものである。
When L = 10 μH, the characteristics of the output voltage V 0 with respect to the output current I 0 of the charger 1 are as shown in FIG. FIG. 4 is a diagram showing the change between the output current I 0 on the horizontal axis and the output voltage V 0 on the vertical axis. As shown in FIG. 4, it is possible to output the maximum charge voltage V max or voltage at the output current I z multistage constant current last stage. Specifically, it is possible to output a voltage equal to or higher than the maximum charging voltage V max (35V) with the output current I z (8A) of the final stage of the multi-stage constant current.
In the case shown in FIG. 4, the critical state is reached only when the output current is 13A. That is, I crit = 13A, and by setting the output current I z to 8A smaller than that, it becomes possible to output a voltage equal to or higher than the maximum charging voltage V max (35V).

以上本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、充電能力を低下させることなく、直流電圧変換部9ひいては充電器1の小型化と高効率化を図ることができる。すなわち、本実施の形態によるトランス15の巻数比nは、最大充電電圧Vmaxではなく、充電電圧規制値Vregを目安に決定されているので、従来の場合の巻数比nに比べて小さくなり、その結果、トランス15の二次巻線33の巻線数が減少することになる。
又、最大充電電流Imaxは変わらないので二次巻線33の線径は従来と同じである。よって、巻線数が減少した分だけトランス15の小型化、低コスト化を図ることができる。
具体例でみると、一例として、トランス15の二次巻線33の巻線数を19%だけ減少させることができる。
又、その際、平滑コイル25のインダクタンスLを所定の値に設定しているので、多段定電流最終段の出力電流I(8A)で最大充電電圧Vmax(35V)以上の電圧を出力することができる等、充電能力は担保されている。
又、トランス15の二次巻線33の巻線数を減少させたことにより損失を低減させることができる。
又、二次側回路11の整流ダイオード21と転流ダイオード23の逆方向電圧を低くすることができる。
具体例でみると、一例として、整流ダイオード21と転流ダイオード23の逆方向電圧を19%だけ低くすることができる。
又、充電能力についてはこれを何ら低下させることもない。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
First, the DC voltage conversion unit 9 and thus the charger 1 can be reduced in size and efficiency without reducing the charging capacity. That is, the turn ratio n 1 of the transformer 15 according to the present embodiment is determined based on the charge voltage regulation value V reg instead of the maximum charge voltage V max , and therefore compared with the conventional turn ratio n 0. As a result, the number of windings of the secondary winding 33 of the transformer 15 is reduced.
Further, since the maximum charging current I max does not change, the wire diameter of the secondary winding 33 is the same as the conventional one. Therefore, it is possible to reduce the size and cost of the transformer 15 as much as the number of windings is reduced.
As a specific example, as an example, the number of turns of the secondary winding 33 of the transformer 15 can be reduced by 19%.
At that time, since the inductance L of the smoothing coil 25 is set to a predetermined value, the output current I z (8A) of the final stage of the multi-stage constant current outputs a voltage equal to or higher than the maximum charging voltage V max (35V). The charging ability is guaranteed.
Further, the loss can be reduced by reducing the number of windings of the secondary winding 33 of the transformer 15.
Moreover, the reverse voltage of the rectifier diode 21 and the commutation diode 23 of the secondary circuit 11 can be lowered.
As a specific example, as an example, the reverse voltage of the rectifier diode 21 and the commutation diode 23 can be lowered by 19%.
Further, the charging capacity is not reduced at all.

尚、本発明は前記一実施の形態に限定されるものではない。
例えば、直流電圧変換部9の回路構成としては、フォワード方式のものを例に挙げて説明したが、それに限定されず、ブリッジ方式のものでもよい。
又、前記一実施の形態の場合には、多段定電流充電方式の一例として、初段、中段、最終段の3段階の場合を例に挙げて説明したが、それに限定されるものではなく、2段、4段以上の場合も想定される。
その他、図示した構成はあくまで一例である。
The present invention is not limited to the one embodiment.
For example, the circuit configuration of the DC voltage converter 9 has been described by taking the forward type as an example, but is not limited thereto, and may be of the bridge type.
Further, in the case of the above-described embodiment, as an example of the multi-stage constant current charging method, the case of the first stage, the middle stage, and the last stage has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. A case of four or more stages is also assumed.
In addition, the illustrated configuration is merely an example.

本発明は充電器に係り、特に、多段定電流充電方式により充電するものにおいて、小型化と高効率化を図ることができるように工夫したものに関し、例えば、例えば、各種の電気自動車やハイブリッド車等に搭載される蓄電池に充電するための充電器に好適である。 The present invention relates to a charger, and more particularly, to a battery that is charged by a multi-stage constant current charging method, and is devised so that it can be reduced in size and efficiency, for example, various electric vehicles and hybrid vehicles. It is suitable for the charger for charging the storage battery mounted in the etc.

1 充電器
3 交流電源
5 蓄電池
7 力率改善部
9 直流電圧変換部
11 一次側回路
13 二次側回路
19 メインスイッチ
25 平滑コイル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Charger 3 AC power supply 5 Storage battery 7 Power factor improvement part 9 DC voltage conversion part 11 Primary side circuit 13 Secondary side circuit 19 Main switch 25 Smoothing coil

Claims (2)

力率改善部と直流電圧変換部とからなり多段定電流充電方式によって充電する充電器において、
上記直流電圧変換部は、メインスイッチを備えた一次側回路と、平滑コイルを備えた二次側回路と、これら一次側回路及び二次側回路の間に介挿され一次巻線と二次巻線とからなるトランスと、から構成されていて、
上記トランスの巻数比(n:二次巻線の巻線数/一次巻線の巻線数)は充電電圧規制値(Vreg)を目安に決定され、
上記平滑コイルは、最終段の充電電流(I)より大きな電流で臨界状態となり、最終段の充電電流(I)で最大充電電圧(Vmax)以上の電圧を出力できるように、その仕様が決定されているものであることを特徴とする充電器。
In the charger that consists of a power factor improvement part and a DC voltage conversion part and charges by a multistage constant current charging method,
The DC voltage converter includes a primary circuit having a main switch, a secondary circuit having a smoothing coil, a primary winding and a secondary winding interposed between the primary circuit and the secondary circuit. It consists of a transformer that consists of wires,
The transformer turns ratio (n 1 : number of secondary windings / number of primary windings) is determined with reference to the charging voltage regulation value (V reg ),
The smooth coil, the charging current (I z) current larger than the final stage becomes a critical state, the maximum charge voltage at the final stage of the charging current (I z) (V max) so that it can output a voltage equal to or higher than the specification A charger characterized in that is determined.
請求項1記載の充電器において、
上記平滑コイルのインダクタンス(L)が次の式を満足するものであることを特徴とする充電器。
L≦T・Vreg(Vreg−D・Vmax)/2Vmax・I
L>0
reg−D・Vmax>0
但し、
L :平滑コイルのインダクタンス
T :メインスイッチのスイッチング周期
reg :最終段以前の充電電圧規制値
D :メインスイッチのデューティ(メインスイッチのオン時間
/メインスイッチのスイッチング周期)
max :最大充電電圧
:最終段充電電流
The charger according to claim 1, wherein
A charger characterized in that the inductance (L) of the smoothing coil satisfies the following formula.
L ≦ T · V reg (V reg −D · V max ) / 2V max · I z
L> 0
V reg −D · V max > 0
However,
L: inductance of the smoothing coil T: switching cycle of the main switch V reg : charge voltage regulation value D before the final stage D: duty of the main switch (main switch ON time / main switch switching cycle)
V max : Maximum charging voltage I z : Final stage charging current
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