(57)【要約】２つのバッテリーを充電する充電回路であって、１次巻線および２次巻線を含む電源トランスを有し、２次巻線の両方の端子は、それぞれの容量性回路に接続され、それぞれの容量性回路における同一極性の端子は、２次巻線の端子に接続され、容量性回路のそれぞれは、少なくとも１つの高い静電容量値の電解コンデンサ、および逆方向に接続されたダイオードを有し、容量性回路のうちの一方における少なくとももう１つの端子は、互いに直列に接続された２つのダイオードの共通点に接続され、２つのダイオード（Ｄ１、Ｄ２）における残りの未接続の２つの電極は、２つのバッテリー（Ｂ１、Ｂ２）における全体で４つの端子のうち少なくとも２つに結合され、他方の容量性回路における反対の極性を有する２つ目の端子は、４つ目のバッテリー端子に、直接にまたはさらなるダイオード（Ｄ５）を通して接続される。
2010525781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのバッテリー（Ｂ１、Ｂ２）を充電する充電回路であって、
１次巻線（１）および２次巻線（２）を含む電源トランス（Ｔｒ）を有し、
前記２次巻線（２）の両方の端子は、それぞれの容量性回路に接続され、
前記それぞれの容量性回路における同一極性の端子は、前記２次巻線（２）の前記端子に接続され、
前記容量性回路のそれぞれは、少なくとも１つの高い静電容量値の電解コンデンサ（Ｃ１またはＣ２）、および逆方向に接続されたダイオード（Ｄ３またはＤ４）を有し、
前記容量性回路のうちの一方における少なくとももう１つの端子は、互いに直列に接続された２つのダイオード（Ｄ１、Ｄ２）の共通点に接続され、
前記２つのダイオード（Ｄ１、Ｄ２）における残りの未接続の２つの電極は、前記２つのバッテリー（Ｂ１、Ｂ２）における全体で４つの端子のうち少なくとも２つに結合され、他方の容量性回路における反対の極性を有する２つ目の端子は、４つ目のバッテリー端子に、直接にまたはダイオード（Ｄ５）を通して接続された、充電回路。
【請求項２】
前記２つのバッテリー（Ｂ１、Ｂ２）は、実質的に同一の蓄電容量を有し、互いに直列に接続され、
前記直列配列における２つの端子は、前記２つのダイオード（Ｄ１、Ｄ２）における前記未接続の端子に接続され、
前記他方の容量性回路における２つ目の端子は、前記２つのバッテリー（Ｂ１、Ｂ２）における前記相互接続された端子に結合された、請求項１に記載の充電回路。
【請求項３】
さらに、それぞれに調整可能な負荷を前記バッテリー（Ｂ１、Ｂ２）に与える回路であって、前記バッテリー（Ｂ１、Ｂ２）の前記端子電圧間において検知された電圧差を減少させるイコライザ回路（ＥＱ）を有する、請求項２に記載の充電回路。
【請求項４】
前記容量性回路は、実質的に同一の静電容量を有する、請求項２に記載の充電回路。
【請求項５】
前記２つのバッテリーは、独立しており、
前記２つのダイオード（Ｄ１、Ｄ２）における前記未接続の２つの電極は、前記バッテリー（Ｂ１）のうちの１つにおける２つの端子に接続され、
これらの端子のうちの１つは、接地電位にされ、
前記２つ目の容量性回路における前記２つ目の端子は、さらに直列に接続された２つのダイオード（Ｄ５、Ｄ６）の共通点に接続され、
前記さらに２つのダイオード（Ｄ５、Ｄ６）における未接続の２つの端子のうち１つ目の未接続の端子は、前記接地電位に接続され、および２つ目のバッテリー（Ｂ２）における１つ目の端子に接続され、
もう１つの未接続の端子は、前記２つ目のバッテリー（Ｂ２）における前記２つ目の端子に結合された、請求項１に記載の充電回路。
【請求項６】
前記容量性回路における前記少なくとも１つのキャパシタ（Ｃ１）は、少なくとも１００マイクロファラッド、好ましくは大幅に高い静電容量を有し、
少なくともさらに１つの、同様に高い静電容量の電解コンデンサ（Ｃ２またはＣ４）が、制御される各半導体スイッチ（Ｋ３、Ｋ４）によって、前記１つ目のキャパシタ（Ｃ１）と並列に接続されることが可能である、請求項１に記載の充電回路。
【請求項７】
前記トランス（Ｔｒ）の前記巻線（１、２）のうち少なくとも１つは、関連付けられた各スイッチ（Ｋ１、Ｋ２）によって選択可能な複数の中間タップ用巻線端子を有する、請求項１に記載の充電回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つのバッテリーを充電する充電回路に関する。充電回路は、１次および２次巻線を含む電源トランスを有し、２次巻線の両方の端子は、それぞれの容量性回路における同一極性の端子に接続され、容量性回路のそれぞれは、少なくとも１つの高い静電容量値の電解コンデンサ、および逆方向に接続されたダイオードを有し、容量性回路のうちの一方における少なくとももう１つの端子は、互いに直列に接続された２つのダイオードの共通点に接続される。
【背景技術】
【０００２】
国際公開０１／０６６１４号公報において、上述したタイプのバッテリー充電回路が開示されている。ここでの実際の充電電圧は、充電された電解コンデンサと励起されたインダクタンスとの電圧のベクトル和である。励起されたインダクタンスは、電源トランスの２次巻線によって実現される。この回路は、電源電圧の半周期のうち両方を利用し、固有の高電流を有する充電を与える。出力電圧の１つの要素が、充電されるキャパシタの電圧により構成されるという事実により、バッテリー内で発生する可能性のあるいかなる電気的ショートも、充電器にダメージを与えることができず、充電処理自身が実際のバッテリー電圧によって十分に制御されるので、充電においていくらかの柔軟性が与えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開０１／０６６１４号公報
【特許文献２】国際公開２００５／０７８８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この回路は、いくつかの好ましい特性を有するが、しかし１つの不利益は、全波動作のために、多数の構成要素が使用されることである。たとえもっと時間を掛けて充電し、高速充電器として使用されるには不適切であったとしても、別のいくつかの充電アプリケーションにとっては、より簡素な、より安価な、しかし同程度に柔軟性のある充電回路が十分に得られるからである。
【０００５】
この従来の充電器の制御は、別のやり方の中で、使用される電解コンデンサの静電容量値を変更することによって、実現された。動作中に生じる高い電流ピークを考慮するこのようなキャパシタの挿入は、電流ピークを微細に制限することが可能な特別な半導体スイッチの使用を必要とする。このような好ましい半導体スイッチング回路は、国際公開２００５／０７８８８８号公報において開示されている。
【０００６】
プロフェッショナルのユーザにおいては、高い蓄電容量を有するバッテリーを充電することが、一般的に必要となる。このユーザの場合、多数のバッテリーが使用され、バッテリーを充電する効率が、特定のバッテリーを充電するのに必要となる時間およびエネルギーによって決定されるだけでなく、もし１つのバッテリー充電器が同時に２つ以上のバッテリーを充電することができなら、これもさらに考慮に入れられる。この観点において、充電回路は、別の異なるバッテリー充電器と等価物とみなされることが可能であり、もしそのエネルギー消費が、１つ目の充電器と同じであるなら、２つのバッテリーを２倍の時間で完全に充電することが可能である。これら２つのタイプのバッテリー充電回路のうち、より簡素なおよび安価なバージョンが好ましい１つである。
【０００７】
本発明の目的は、２つのバッテリーを充電するバッテリー充電回路であって、上述したように概観的に比較した観点によれば、上述した国際公開０１／０６６１４号公報において説明した充電回路と少なくとも同等のバッテリー充電回路を与えることである。このバッテリー充電回路は、同じ時間で２つのバッテリーを充電することが可能であるので、より多数のユーザにおいて好ましく使用されることが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を解決するために、２つのバッテリーを充電する充電回路は、１次巻線および２次巻線を含む電源トランスを有し、２次巻線の両方の端子は、それぞれの容量性回路における同一極性の端子に接続され、容量性回路のそれぞれは、少なくとも１つの高い静電容量値の電解コンデンサ、および逆方向に接続されたダイオードを有し、容量性回路のうちの一方における少なくとももう１つの端子は、互いに直列に接続された２つのダイオードの共通点に接続され、２つのダイオードにおける残りの未接続の２つの電極は、２つのバッテリーにおける全体で４つの端子のうち少なくとも２つに結合され、他方の容量性回路における反対の極性を有する２つ目の端子は、４つ目のバッテリー端子に、直接にまたはダイオードを通して接続される。
【０００９】
実質的に同一の蓄電容量を充電することができる実施形態において、２つのバッテリーは、互いに直列に接続され、直列配列における２つの端子は、２つのダイオードにおける未接続の端子に接続され、他方の容量性回路における２つ目の端子は、２つのバッテリーにおける相互接続された端子に結合される。
【００１０】
正確な動作のための最適条件を作成する目的で、充電回路は、さらに、それぞれに調整可能な負荷をバッテリーに与える回路であって、バッテリーの端子電圧間において検知された電圧差を減少させるイコライザ回路を有する。
【００１１】
好ましい実施形態において、容量性回路は実質的に同一の静電容量値を有する。
【００１２】
さらに、２つの独立したバッテリーを充電するために設計された実施形態において、２つのダイオードにおける未接続の２つの電極は、バッテリーのうちの１つにおける２つの端子に接続され、これらの端子のうちの１つは、接地電位にされ、２つ目の容量性回路における２つ目の端子は、さらに直列に接続された２つのダイオードの共通点に接続され、さらに２つのダイオードにおける未接続の２つの端子のうち１つ目の未接続の端子は、接地電位に接続され、および２つ目のバッテリーにおける１つ目の端子に接続され、もう１つの未接続の端子は、２つ目のバッテリーにおける２つ目の端子に結合される。
【００１３】
容量性回路において、少なくとも１つのキャパシタは、少なくとも１００マイクロファラッド、好ましくは大幅に高い静電容量を有し、少なくともさらに１つの、同様に高い静電容量の電解コンデンサが、制御される各半導体スイッチによって、１つ目のキャパシタと並列に接続されることが可能である。
【００１４】
電力および出力電圧を調整するために好ましいことは、トランスの巻線のうち少なくとも１つが、関連付けられた各スイッチによって選択可能な複数の中間タップ用巻線端子を有することである。
【発明の効果】
【００１５】
単一の充電回路が、入手可能なエネルギーを全部利用して２つのバッテリーを同時に充電することが可能であり、構成要素の数が、単一の従来のバッテリー充電回路を用いる場合に比較して半分にすぎないので、本発明による充電回路は、ユーザが複数のバッテリーに適用する理想的な解決法である。
【００１６】
さらに有利な点は、充電されるバッテリーに、常に、高い静電容量を有する電解コンデンサが直列に接続されている点であり、この固有性は、充電回路の応用性、充電パルスの形状、および最後に実際のバッテリー電圧の関数としての充電処理の自動制御を含む、相当数の好ましい特性のもとになっている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明によるバッテリー充電回路における第１の実施形態の回路図である。
【図２】２つのバッテリーの充電が、事実上、互いに独立している実施形態の回路図である。
【図３】図２の実施形態の代替版である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、ここにおいて本発明の好ましい実施形態に関連して説明され、添付の図面に参照がなされる。
【００１９】
図１に示されるバッテリー充電回路は電源トランスＴｒを有する。電源トランスＴｒは、多数の中間タップ引き出し端子を有する１次巻線１、およびさらに複数の中間タップ引き出し端子を有する２次巻線２を含む。１次巻線１は、スイッチＫ１によって選択される巻線部分において、単一位相の交流電源ネットワークに接続され、２次巻線２は、さらに、スイッチＫ２によって選択されることができる、アクティブな巻線部分を含む。スイッチＫ２は、電解コンデンサＣ１およびＣ２における１つ目の（正の）端子に結合され、電解コンデンサＣ１およびＣ２は、両方とも高い静電容量（少なくとも１００マイクロファラッド、または好ましくは大幅に高く、さらに１０倍または２０倍高い）を有する。電解コンデンサＣ２は、半導体スイッチＫ３によって、キャパシタＣ１と並列に接続され（およびキャパシタＣ１から分離され）ることが可能である。注目すべきは、さらに類似の半導体スイッチによって、さらに電解コンデンサ（図示されない）が、キャパシタＣ１と並列に接続されることができることである。正確な動作に必要となる静電容量値は、スイッチＫ３およびさらに類似のスイッチによって調整されることが可能である。スイッチＫ３は、好ましくは、上述した国際公開２００５／０７８８８８号公報において説明されるように設計されることが可能である。並列電解コンデンサＣ１およびＣ２におけるもう１つの（負の）端子は、ダイオードＤ１のアノードに接続され、およびダイオードＤ２のカソードに接続される。キャパシタＣ１に並列に、逆極性のダイオードＤ３が接続され、電解コンデンサにおける逆極性の電圧の印加を防止し、逆方向の電流の流れを止めることができる。２次巻線２におけるもう１つの端子には、１つの回路が接続される。この回路は、電解コンデンサＣ３およびＣ４、および保護ダイオードＤ４を有する。電解コンデンサＣ４は、スイッチＫ３と同様に、半導体スイッチＫ４によって接続され、および分離されることが可能である。ダイオードＤ１およびＤ２における２つの外側（すなわち未接続の）電極は、充電される１つまたは複数のバッテリーへの、充電回路の接続端子ＡおよびＢを表す。示される実施形態において、同一のタイプのおよび同一の蓄電容量を有する、２つのバッテリーＢ１およびＢ２が用いられる。バッテリーＢ１およびＢ２において接続された共通線は、バッテリー充電回路における３つ目の接続端子Ｃを形成する。接続端子Ｃは、キャパシタＣ３およびＣ４における、２次巻線２に接続された端子以外の端子に結合される。本発明による充電回路は、２つのバッテリーＢ１およびＢ２につながる３つの接続端子Ａ、ＢおよびＣを有する。
【００２０】
注目すべきは、充電処理の間に、２つのバッテリーＢ１、Ｂ２における充電された状態を、好ましくは同一のレベルに保つことに注意が払われるべきことであり、充電処理の終了領域において、すなわちバッテリーがほとんど十分に充電されたときに、このことはより大きな意味を持つ。この条件を達成するためには、イコライザ回路ＥＱを接続することが望ましい。イコライザ回路ＥＱは、両バッテリーの瞬間電圧をモニターし、１つのバッテリーにおける電圧がもう１つの電圧よりも高い場合に、より高い電圧のバッテリーに負荷を接続する。負荷は、さらに電圧差に依存する。２つのバッテリー電圧が再び等しくなる場合、負荷は分離される。このようなイコライザは、それ自体が既知の回路であり、実際の設計は本発明に属してはいない。
【００２１】
図１において、端子Ａと端子Ｂと端子Ｃとの間の点線は、ダイオードＤ５およびＤ６の１対を示す。ダイオードＤ５およびＤ６の存在は、動作に著しい影響を及ぼさない。
【００２２】
図１における充電回路の動作は、充電されるバッテリーＢ１およびＢ２が同等のタイプで同等の蓄電容量を有し、充電処理の間に同等の充電量を蓄電すると仮定している。端子Ａと端子Ｂとの間の公称電圧は２次電圧の２倍であり、それゆえに端子Ａと端子Ｂとの間に必要となる電圧の約０.３倍から０.５倍の間に調整されることが可能な電圧を供給するように、２次巻線２を設計することが望ましい。１次巻線および２次巻線の有効な巻線部分を適切に選択することによって、充電電圧および充電電力の両方が調整されることが可能であり、そもそもキャパシタにおける全部の静電容量を調整することで、充電電力が変更されることが可能である。
【００２３】
２次巻線２を流れる電流において、回路が切り替えられた後、次の初期的な過渡処理が、電源周波数の各半周期でその方向を逆転させ、電流がダイオードＤ１またはダイオードＤ２のうちいずれか一方を通して流れるなら、図１に示される回路の動作は理解されることができる。電流の流れの条件は、端子Ａと端子Ｂとの間の電圧が、瞬時２次電圧と並列キャパシタにおける電圧との和よりも小さいことである。２次電圧が増加する場合、直列キャパシタに蓄電された電荷は、充電されるバッテリーを通して放電される。この条件は各半周期において変化する。この回路の有利な点は、電源の半周期の両方が充電に利用されることであるが、しかしそれぞれの個別のバッテリーＢ１およびＢ２は、各周期の半周期の間だけ充電され、この処理は、２つのバッテリー間で繰り返し変更される。トランスＴｒによって供給されるエネルギーは、全波充電器の場合のように両方の半周期において十分に利用される。上述した国際公開０１／０６６１４号公報において参照される充電回路では、２つのバッテリーが、それぞれ半分のエネルギーでしか充電されない。使用される電解コンデンサの数は、単一のバッテリーの充電用に設計されたこの引用充電回路で使用される電解コンデンサの数と同じであり、使用されるダイオードの数はより少ない。本発明による回路は、同じ量の構成要素を使用し、２倍のバッテリーを充電することができ、しかし個別の充電処理はいくぶんより長い時間を必要とする。しかしながら、半周期の両方が利用されるので、エネルギーの利用は好ましい。
【００２４】
図１の充電回路を利用する場合の制限は、充電される２つのバッテリーにおいて必要となる同一性にあり、それゆえにこの回路は、あたかも単一の充電器が２つの独立したバッテリーを独立したやり方で充電するのに適切であるようには使用できない。
【００２５】
このように独立して充電する作業にとっては、図１の回路と大きく類似している、図２に示される解決法が、使用されることが可能である。それゆえに対応する構成要素および要素は、同一の参照符号により示される。本回路において、ダイオードＤ５、Ｄ６の使用が常に必要となること、２次巻線２の電圧がバッテリーＢ１、Ｂ２の端子電圧に一致するように（２つのバッテリー電圧の和に一致せずに）設計されること、および各充電半周期において、充電電流の各パスが異なる対のダイオード（Ｄ１−Ｄ６、Ｄ２−Ｄ５）を通して常に流れること、に違いがある。本例においては、２つのバッテリーの充電は相互にオフセットされた半周期で起こり、充電回路はあたかも独立しているのと同様に配置されているので、イコライザ回路は必要ではない。この実施形態のエネルギー利用は、同時に２つのバッテリーが充電される、図１に示される回路の場合とちょうど同程度に好ましい。
【００２６】
この第２の実施形態における回路の変形例が図３に示される。この回路は、バッテリーＢ１およびＢ２の正の端子（すなわちダイオードＤ１およびＤ５のカソード）が、相互接続され、および接地電位に接続され、ダイオードＤ２およびＤ６を相互接続する線、ならびに接地電位への接続は、分断されるように設計されることが可能である。このように、この変形は、図２に示される回路とは、正のバッテリー端子が接地電位にされている点、負の端子が分離されている点で異なるが、その他の点では設計および動作は図２の回路の場合と同様である。
【００２７】
単一の充電回路が、入手可能なエネルギーを全部利用して２つのバッテリーを同時に充電することが可能であり、構成要素の数が、単一の従来のバッテリー充電回路を用いる場合に比較して半分にすぎないので、本発明による充電回路は、ユーザが複数のバッテリーに適用する理想的な解決法である。
【００２８】
さらに有利な点は、充電されるバッテリーに、常に、高い静電容量を有する電解コンデンサが直列に接続されている点であり、この固有性は、充電回路の応用性、充電パルスの形状、および最後に実際のバッテリー電圧の関数としての充電処理の自動制御を含む、相当数の好ましい特性のもとになっている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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