(57)【要約】【課題】適用範囲を広くすることが可能な出力電圧範囲の広い充電器の提供。【解決手段】本発明に係る出力電圧範囲の広い充電器は、電圧出力端と、第１固定電圧出力部と、電圧変調部と、負荷電圧検出部とを含む。第１固定電圧出力部は、第１固定電圧を生成する。負荷電圧検出部は、負荷電圧を検出して電圧変調部に送る。電圧変調部は、負荷電圧及び負荷充電電圧の要求に応じて、変調電圧を生成して第１固定電圧出力部に送る。第１固定電圧出力部は、第１固定電圧及び変調電圧を電圧出力端に送る。変調電圧は、第２固定電圧のｎ倍であり、ｎが正数である。【選択図】図１
2018099011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧出力端と、
前記電圧出力端に電気的に接続され、第１固定電圧を生成する第１固定電圧出力部と、
前記第１固定電圧出力部に電気的に接続される電圧変調部と、
前記電圧出力端、前記第１固定電圧出力部及び前記電圧変調部に電気的に接続され、負荷電圧を検出して前記電圧変調部に送る負荷電圧検出部と、を含み、
前記電圧変調部は、負荷電圧及び負荷充電電圧の要求に応じて、変調電圧を生成して前記第１固定電圧出力部に送り、
前記第１固定電圧出力部は、前記第１固定電圧及び前記変調電圧を前記電圧出力端に送り、
前記変調電圧は、第２固定電圧のｎ倍であり、ｎが正数であることを特徴とする出力電圧範囲の広い充電器。
【請求項２】
前記電圧変調部に電気的に接続されて前記第２固定電圧を供給する第２固定電圧出力部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の出力電圧範囲の広い充電器。
【請求項３】
前記第２固定電圧出力部は、外部から交流電源を供給するＡＣ／ＤＣ電源変換回路、または外部に接続されるＤＣ電源であることを特徴とする請求項２に記載の出力電圧範囲の広い充電器。
【請求項４】
前記第２固定電圧出力部は、内部から交流電源を供給する電源変換回路であることを特徴とする請求項２に記載の出力電圧範囲の広い充電器。
【請求項５】
前記電圧変調部は、昇降圧回路であることを特徴とする請求項１に記載の出力電圧範囲の広い充電器。
【請求項６】
前記負荷電圧検出部は、負荷充電電圧の要求に応じて、前記変調電圧を生成するように前記電圧変調部を制御する制御部を含むことを特徴とする請求項１に記載の出力電圧範囲の広い充電器。
【請求項７】
前記電圧変調部及び前記負荷電圧検出部に電気的に接続される制御部をさらに含み、
負荷は、前記負荷電圧検出部により負荷充電電圧の要求を前記制御部に知らせ、
前記制御部は、負荷充電電圧の要求に応じて、前記変調電圧を生成するように前記電圧変調部を制御することを特徴とする請求項１に記載の出力電圧範囲の広い充電器。
【請求項８】
ｎの範囲は、０．１〜１０であることを特徴とする請求項１に記載の出力電圧範囲の広い充電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電器に関し、特に出力電圧範囲の広い充電器に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は、従来の一実施形態に係る充電器の回路の一部を示す図である。従来の充電器は、負荷２０に充電する。この負荷２０は、例えば、電池モジュールであってもよいが、これに限定されない。上記の充電器は、交流電圧を受けて出力直流電圧２０２に変換し、電圧出力端１０２を介して出力直流電圧２０２を負荷２０に送って充電する。
【０００３】
まず、ブリッジ整流器は、交流電圧を整流する。次に、上記の充電器の出力電力が例えば７５Ｗよりも大きい場合、力率改善回路は、整流された交流電圧を処理する。最後に、主絶縁トランスは、出力直流電圧２０２を負荷２０に出力して充電する。
【０００４】
なお、出力直流電圧２０２の範囲は、電池の最低電圧と設定された固定電圧との間にある。例えば、電池の電圧規格が９Ｖの場合、出力直流電圧２０２の範囲は、６〜９Ｗになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の充電器の欠点としては、出力直流電圧２０２の範囲が狭すぎて、製造された充電器の適用範囲が狭くなることである。例えば、上記の充電器は、低電圧仕様の電池または高電圧仕様の電池に充電することができない。
【０００６】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、出力電圧範囲の広い充電器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した目的を達成するために、本発明に係る出力電圧範囲の広い充電器は、電圧出力端と、前記電圧出力端に電気的に接続され、第１固定電圧を生成する第１固定電圧出力部と、前記第１固定電圧出力部に電気的に接続される電圧変調部と、前記電圧出力端、前記第１固定電圧出力部及び前記電圧変調部に電気的に接続され、負荷電圧を検出して前記電圧変調部に送る負荷電圧検出部と、を含む。前記電圧変調部は、負荷電圧及び負荷充電電圧の要求に応じて、変調電圧を生成して前記第１固定電圧出力部に送る。前記第１固定電圧出力部は、前記第１固定電圧及び前記変調電圧を前記電圧出力端に送る。前記変調電圧は、第２固定電圧のｎ倍であり、ｎが正数である。
【０００８】
また、前記出力電圧範囲の広い充電器は、前記電圧変調部に電気的に接続されて前記第２固定電圧を供給する第２固定電圧出力部をさらに含む。
【０００９】
また、前記第２固定電圧出力部は、外部から交流電源を供給するＡＣ／ＤＣ電源変換回路、または外部に接続されるＤＣ電源である。
【００１０】
また、前記第２固定電圧出力部は、内部から交流電源を供給する電源変換回路である。
【００１１】
また、前記電圧変調部は、昇降圧回路である。
【００１２】
また、前記負荷電圧検出部は、負荷充電電圧の要求に応じて、前記変調電圧を生成するように前記電圧変調部を制御する制御部を含む。
【００１３】
また、前記出力電圧範囲の広い充電器は、前記電圧変調部及び前記負荷電圧検出部に電気的に接続される制御部をさらに含む。負荷は、前記負荷電圧検出部により負荷充電電圧の要求を前記制御部に知らせる。前記制御部は、負荷充電電圧の要求に応じて、前記変調電圧を生成するように前記電圧変調部を制御する。
【００１４】
また、ｎの範囲は、０．１〜１０である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、充電器の出力電圧範囲が広いため、充電器の適用範囲を広くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る出力電圧範囲の広い充電器を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る出力電圧範囲の広い充電器を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る出力電圧範囲の広い充電器の回路の一部を示す概略図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る出力電圧範囲の広い充電器の回路の一部を示すブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態の電圧変調部を示すブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態の制御部及びその周辺の回路図である。
【図７】従来の一実施形態に係る充電器の回路の一部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の詳細な説明及び技術内容は、添付した図面を参照することによって、より明確になる。ただし、図面は、参照および説明用に過ぎず、決して本発明を限定するものではないことを理解されたい。
【００１８】
図１は、本発明の第１実施形態に係る出力電圧範囲の広い充電器を示すブロック図である。本発明に係る出力電圧範囲の広い充電器１０（以下、充電器１０と称する）は、負荷２０に充電し、電圧出力端１０２、第１固定電圧出力部１０４、電圧変調部１０６、第２固定電圧出力部１０５及び負荷電圧検出部１０８を含む。負荷電圧検出部１０８は、制御部１１０を含む。電圧変調部１０６は、第１固定電圧出力部１０４、第２固定電圧出力部１０５、負荷電圧検出部１０８及び制御部１１０に電気的に接続される。電圧出力端１０２は、第１固定電圧出力部１０４、負荷電圧検出部１０８、制御部１１０及び負荷２０に電気的に接続される。負荷２０は、負荷電圧検出部１０８及び制御部１１０にさらに電気的に接続される。図１において、負荷２０と負荷電圧検出部１０８との間の点線は、信号線を表す。
【００１９】
以下、図１に示す本発明に係る充電器１０の主な技術的特徴を説明する。
まず、負荷電圧検出部１０８は、負荷２０の負荷電圧を検出して電圧変調部１０６に送る（すなわち、負荷電圧検出部１０８は、電圧変調部１０６に負荷２０の負荷電圧を知らせる）。また、負荷２０は、負荷電圧検出部１０８により負荷２０の負荷充電電圧の要求を制御部１１０に知らせる。こうすることで、電圧変調部１０６は負荷２０の負荷電圧を知り、制御部１１０は負荷２０が要求する負荷充電電圧を知ることができる。
【００２０】
次に、第２固定電圧出力部１０５は、第２固定電圧１０５０２を電圧変調部１０６に供給する。制御部１１０は、負荷２０の負荷電圧及び負荷２０の負荷充電電圧の要求に応じて、第２固定電圧１０５０２を用いて変調電圧１０６０２を生成して第１固定電圧出力部１０４に送るように電圧変調部１０６を制御する。
【００２１】
また、第１固定電圧出力部１０４は、第１固定電圧１０４０２を生成する。最後に、第１固定電圧出力部１０４は、第１固定電圧１０４０２を変調電圧１０６０２に加えて（すなわち、重ね合わせ原理Ｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｔｈｅｏｒｅｍにより重ね合わせる）電圧出力端１０２に送ることで負荷２０に充電する。
【００２２】
なお、変調電圧１０６０２は、第２固定電圧１０５０２のｎ倍（ｎが正数）である。ｎの範囲は、例えば、０．１〜１０であってもよいが、これに限定される。第２固定電圧出力部１０５は、例えば、外部から交流電源を供給するＡＣ／ＤＣ（交流から直流へ変換する）電源変換回路、外部に接続されるＤＣ（直流）電源または内部から交流電源を供給する電源変換回路であってもよいが、これらに限定されない。電圧変調部１０６は、例えば、昇降圧回路であってもよいが、これに限定されない。負荷２０は、例えば、電池モジュールであってもよいが、これに限定されない。
【００２３】
図２は、本発明の第２実施形態に係る出力電圧範囲の広い充電器を示すブロック図である。本発明に係る出力電圧範囲の広い充電器１０（以下、充電器１０と称する）は、負荷２０に充電し、電圧出力端１０２、第１固定電圧出力部１０４、電圧変調部１０６、第２固定電圧出力部１０５、負荷電圧検出部１０８及び制御部１１０を含む。電圧変調部１０６は、第１固定電圧出力部１０４、第２固定電圧出力部１０５及び制御部１１０に電気的に接続される。電圧出力端１０２は、第１固定電圧出力部１０４、負荷電圧検出部１０８及び負荷２０に電気的に接続される。負荷電圧検出部１０８は、負荷２０及び制御部１１０にさらに電気的に接続される。図２において、負荷２０と負荷電圧検出部１０８との間の点線は、信号線を表す。
【００２４】
図２に示す第２実施形態に係る充電器１０の主な技術的特徴は、図１に示す第１実施形態と類似するため、その詳細な説明を省略する。第２実施形態では、負荷電圧検出部１０８が負荷２０の負荷電圧を検出するとともに、制御部１１０により負荷２０の負荷電圧を電圧変調部１０６に送る（すなわち、負荷電圧検出部１０８が制御部１１０により負荷２０の負荷電圧を電圧変調部１０６に知らせる）ことで第１実施形態と異なる。
【００２５】
図３は、本発明の一実施形態に係る出力電圧範囲の広い充電器の回路の一部を示す概略図である。本発明に係る充電器１０は、図３に示す構成に限定されない。図３に示すように、第１固定電圧出力部１０４は、トランスの１次側第１巻線であり、第２固定電圧出力部１０５は、このトランスの１次側第２巻線である。一実施形態において、第１固定電圧１０４０２が４．５Ｖ、第２固定電圧１０５０２が４．５Ｖ、変調電圧１０６０２が０．４５〜９Ｖ（すなわち、本実施形態において、変調電圧１０６０２が第２固定電圧１０５０２の０．１〜２倍）の場合、電圧出力端１０２における電圧（すなわち、第１固定電圧１０４０２に変調電圧１０６０２を加えた電圧）は４．９５〜１３．５Ｖとなり、上記の従来の充電器の出力電圧（６〜９Ｖ）よりも範囲が広い。
【００２６】
図４は、本発明の一実施形態に係る出力電圧範囲の広い充電器の回路の一部を示すブロック図である。図１〜図４に示すように、充電器１０は、交流電源供給装置３０に接続されて交流電源３２を受ける。充電器１０は、少なくとも、整流回路１２０、力率改善回路１１２、主回路１１４、スイッチングモジュール１２２、第１接点Ｐ１、第２接点Ｐ２及び第３接点Ｐ３をさらに含む。主回路１１４は、少なくとも、フィードバック補償回路１１６、主絶縁トランス１１８、第４接点Ｐ４、第５接点Ｐ５、第６接点Ｐ６及び第７接点Ｐ７をさらに含む。
【００２７】
整流回路１２０は、交流電源３２を整流して直流電源３４を得る。その後、力率改善回路１１２は、直流電源３４の電圧位相及び電流位相を補償する。主絶縁トランス１１８の１次側において、主絶縁トランス１１８は、第４接点Ｐ４を介して補助電源３６を出力し、主回路１１４の集積回路に作動電圧を供給する。一方、主絶縁トランス１１８の２次側において、第１固定電圧出力部１０４は、第１固定電圧１０４０２を出力し、第２固定電圧出力部１０５は、第２固定電圧１０５０２を第７接点Ｐ７（その続きについて図５を参照しながら後述する）に出力する。スイッチングモジュール１２２がオンになると（オンになるタイミングについて後述する）、充電器１０は、第１固定電圧１０４０２に変調電圧１０６０２を加えて負荷２０に充電する。図４に示される主回路１１４は、フライバック（Ｆｌｙｂａｃｋ）回路であるが、充電器１０の出力電力が７５Ｗよりも大きい場合にＬＬＣ共振回路、フルブリッジ回路またはフォワード回路に替えられる。
【００２８】
図５は、本発明の一実施形態の電圧変調部を示すブロック図である。図１〜図５に示すように、電圧変調部１０６は、降圧回路１２４、昇圧回路１２６、第８接点Ｐ８及び第９接点Ｐ９を含む。図４の説明に引き続き、降圧回路１２４は、第７接点Ｐ７を介して第２固定電圧１０５０２を受け、昇圧回路１２６と共に第２固定電圧１０５０２に対して昇降圧処理を行うことで変調電圧１０６０２を得て、第６接点Ｐ６を介して出力する（図４を参照）。
【００２９】
図６は、本発明の一実施形態の制御部及びその周辺の回路図である。図１〜図６に示すように、制御部１１０は、少なくとも、電流検出抵抗Ｒ１、第１０接点Ｐ１０、第１１接点Ｐ１１及び第１２接点Ｐ１２を含む。負荷２０（例えば、電池モジュール）が充電器１０に接続される場合には、まず、制御部１１０が電池モジュールの複数の電池芯部の電圧を個別に読み取る。電池モジュールは、制御部１１０に電圧信号を供給する。こうすることで、制御部１１０は、図４に示す第３接点Ｐ３を介して充電電源を電池モジュールに供給するように制御する。電池モジュールは、内部の集積回路により電池芯部が正常であると検出した後、対応する値を制御部１１０に送信する。これにより、制御部１１０は、図５に示す第８接点Ｐ８及び第９接点Ｐ９を介して降圧回路１２４及び昇圧回路１２６に制御信号をそれぞれ送信して、第２固定電圧１０５０２を変調電圧１０６０２に調整するように降圧回路１２４及び昇圧回路１２６を制御する。制御部１１０及びその周辺回路は、図６に示す第１２接点Ｐ１２を介して電圧出力端１０２の電圧値を検出して制御部１１０に送る。その後、制御部１１０は、図４に示す第２接点Ｐ２を介して図４に示すスイッチングモジュール１２２をオンにさせて、負荷２０に充電するようになる。
【００３０】
なお、制御部１１０は、図６に示す第１０接点Ｐ１０により充電電流の初期値の大きさを制御する。電池モジュールの充電中においては、各電池芯部の電圧値と、図６に示す電流検出抵抗Ｒ１によって検出された充電電流とを制御部１１０にリアルタイムにフィードバックして、充電電流の大きさを制御するとともに電池芯部の状態を監視する。なお、制御部１１０は、図６に示す第１１接点Ｐ１１により、充電電流の大きさを制御するためのパルス幅変調信号を調整する。
【００３１】
本発明によれば、充電器の出力電圧範囲が広いため、充電器の適用範囲を広くすることができる。
【００３２】
本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の明細書および図面による各種の変動および修正は、本発明の保護を求める範囲内に属するものである。また、本発明は他の様々な実施形態を有することが可能である。当業者なら誰でも、本発明の技術的思想と範囲から逸脱しない範囲内で、多種変更や修飾を加えることができるため、本発明の保護範囲は、後の請求の範囲に規定されるものに準ずる。上記をまとめるに、本発明が産業上の利用可能性、新規性および進歩性を備えており、しかも本発明の構造は同類の製品に見られず、公開使用もされていないことから、発明特許の出願要件を完全に満たすため、ここに特許法に基づき特許を出願するものである。
【符号の説明】
【００３３】
１０ 充電器
２０ 負荷
３０ 交流電源供給装置
３２ 交流電源
３４ 直流電源
３６ 補助電源
１０２ 電圧出力端
１０４ 第１固定電圧出力部
１０５ 第２固定電圧出力部
１０６ 電圧変調部
１０８ 負荷電圧検出部
１１０ 制御部
１１２ 力率改善回路
１１４ 主回路
１１６ フィードバック補償回路
１１８ 主絶縁トランス
１２０ 整流回路
１２２ スイッチングモジュール
１２４ 降圧回路
１２６ 昇圧回路
２０２ 出力直流電圧
１０４０２ 第１固定電圧
１０５０２ 第２固定電圧
１０６０２ 変調電圧
Ｐ１〜Ｐ１２ 第１接点〜第１２接点
Ｒ１ 電流検出抵抗
【図１】
2018099011.tif 000003
【図２】
2018099011.tif 000004
【図３】
2018099011.tif 000005
【図４】
2018099011.tif 000006
【図５】
2018099011.tif 000007
【図６】
2018099011.tif 000008
【図７】
2018099011.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月9日(2018.3.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧出力端と、
前記電圧出力端に電気的に接続され、第１固定電圧を生成する第１固定電圧出力部と、
前記第１固定電圧出力部に電気的に接続される電圧変調部と、
前記電圧変調部に電気的に接続されて第２固定電圧を前記電圧変調部に供給する第２固定電圧出力部と、
前記電圧出力端、前記第１固定電圧出力部及び前記電圧変調部に電気的に接続され、負荷の負荷電圧を検出して前記電圧変調部に前記負荷電圧を送るとともに、前記負荷の負荷充電電圧の要求を受ける負荷電圧検出部と、を含み、
前記電圧変調部は、前記負荷電圧及び前記負荷充電電圧の要求に応じて、前記第２固定電圧を変調して変調電圧を生成して前記第１固定電圧出力部に前記変調電圧を送り、
前記第１固定電圧出力部は、前記第１固定電圧を前記変調電圧に加えて前記電圧出力端に送って前記負荷を充電し、
前記変調電圧は、前記第２固定電圧のｎ倍であり、ｎが正数であることを特徴とする出力電圧範囲の広い充電器。
【請求項２】
前記第２固定電圧出力部は、外部から交流電源を供給するＡＣ／ＤＣ電源変換回路、または外部に接続されるＤＣ電源であることを特徴とする請求項１に記載の出力電圧範囲の広い充電器。
【請求項３】
前記第２固定電圧出力部は、内部から交流電源を供給する電源変換回路であることを特徴とする請求項１に記載の出力電圧範囲の広い充電器。
【請求項４】
前記電圧変調部は、昇降圧回路であることを特徴とする請求項１に記載の出力電圧範囲の広い充電器。
【請求項５】
前記負荷電圧検出部は、前記負荷充電電圧の要求に応じて、前記変調電圧を生成するように前記電圧変調部を制御する制御部を含むことを特徴とする請求項１に記載の出力電圧範囲の広い充電器。
【請求項６】
前記電圧変調部及び前記負荷電圧検出部に電気的に接続される制御部をさらに含み、
前記負荷は、前記負荷電圧検出部により前記負荷充電電圧の要求を前記制御部に知らせ、
前記制御部は、前記負荷充電電圧の要求に応じて、前記変調電圧を生成するように前記電圧変調部を制御することを特徴とする請求項１に記載の出力電圧範囲の広い充電器。
【請求項７】
ｎの範囲は、０．１〜１０であることを特徴とする請求項１に記載の出力電圧範囲の広い充電器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上述した目的を達成するために、本発明に係る出力電圧範囲の広い充電器は、電圧出力端と、前記電圧出力端に電気的に接続され、第１固定電圧を生成する第１固定電圧出力部と、前記第１固定電圧出力部に電気的に接続される電圧変調部と、前記電圧変調部に電気的に接続されて第２固定電圧を前記電圧変調部に供給する第２固定電圧出力部と、前記電圧出力端、前記第１固定電圧出力部及び前記電圧変調部に電気的に接続され、負荷の負荷電圧を検出して前記電圧変調部に前記負荷電圧を送るとともに、前記負荷の負荷充電電圧の要求を受ける負荷電圧検出部と、を含む。前記電圧変調部は、前記負荷電圧及び負荷充電電圧の要求に応じて、前記第２固定電圧を変調して変調電圧を生成して前記第１固定電圧出力部に前記変調電圧を送る。前記第１固定電圧出力部は、前記第１固定電圧を前記変調電圧に加えて前記電圧出力端に送って前記負荷を充電する。前記変調電圧は、前記第２固定電圧のｎ倍であり、ｎが正数である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】削除
【補正の内容】