(57)【要約】【課題】蓄電型充電装置内に並列接続された複数の内蔵電池間の還流電流を防止しつつ、ＡＣ／ＤＣコンバータからの出力電流を効率的に供給する蓄電型充電装置を提供する。【解決手段】並列接続された複数の電池と、入力された交流電圧を直流電圧に変換して出力するＡＣ／ＤＣコンバータと、ＡＣ／ＤＣコンバータと複数の電池の内の対応する電池とに夫々接続する第１のダイオードと、複数の電池の内の対応する電池と蓄電型充電装置の出力端とに夫々接続する複数の第２のダイオードと、ＡＣ／ＤＣコンバータと出力端とに接続する第３のダイオードと、複数の電池からの各出力電圧が一致する場合に、ＡＣ／ＤＣコンバータ及び複数の電池からの出力電流が出力端へ夫々出力されるように、電池の電圧の降下に従ってＡＣ／ＤＣコンバータからの出力電圧を降下させる制御ユニットとを備えて蓄電型充電装置を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列接続された複数の電池と、
入力された交流電圧を直流電圧に変換して出力するＡＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータと前記複数の電池の内の対応する電池とに夫々接続する複数の第１のダイオードと、
前記複数の電池夫々の内の対応する電池と蓄電型充電装置の出力端とに夫々接続する複数の第２のダイオードと、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータと前記出力端とに接続する第３のダイオードと、
前記複数の電池からの各出力電圧が一致する場合に、前記ＡＣ／ＤＣコンバータ及び前記複数の電池からの出力電流が前記出力端へ夫々出力されるように、前記電池の電圧の降下に従って前記ＡＣ／ＤＣコンバータからの出力電圧を降下させる制御ユニットと
を含む、蓄電型充電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の蓄電型充電装置であって、
前記制御ユニットは、前記複数の電池の内、低電圧の電池を充電する場合に、前記低電圧の電池を前記ＡＣ／ＤＣコンバータを介して充電しながら高電圧の電池からの出力電流が前記出力端へ出力されるように、前記ＡＣ／ＤＣコンバータからの出力電圧を上昇させる
請求項１に記載の蓄電型充電装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の蓄電型充電装置であって、
前記制御ユニットは、前記複数の電池からの各出力電圧が一致する場合に、前記出力端における電圧に前記第３のダイオードによる降下電圧分を加算した値に従って前記ＡＣ／ＤＣコンバータからの出力電圧を降下させる
蓄電型充電装置。
【請求項４】
請求項１〜３に記載の蓄電型充電装置であって、
前記制御ユニットは、前記電池の電圧の降下に従って前記ＡＣ／ＤＣコンバータからの出力電圧を降下させる前に、前記ＡＣ／ＤＣコンバータからの出力電圧を少なくとも前記第１のダイオードによる降下電圧分降下させる
蓄電型充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電型充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池を急速充電するための充電装置の一類型として蓄電型充電装置がある。蓄電型充電装置では、系統電源から入力された交流電力はＡＣ／ＤＣ（Alternating Current / Direct Current）コンバータにより直流電力に変換され、変換された直流電力は蓄電型充電装置内の二次電池（内蔵電池）に蓄電される。充電対象の二次電池（充電対象電池）が蓄電型充電装置に接続されると、内蔵電池に蓄えられた直流電力は、ＡＣ／ＤＣコンバータからの直流電力と共に充電対象電池に供給され、充電対象電池は急速充電される。こうした蓄電型充電装置内に複数の内蔵電池が並列接続されれば、より大きな電流を充電対象電池に供給できるため、充電対象電池をより急速充電できる。
【０００３】
なお、関連する技術として、特許文献１及び２に記載の技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１５３５４５号公報
【特許文献２】特開平１１−０９８７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、蓄電型充電装置内に並列接続された複数の内蔵電池夫々の出力電圧が異なると、それらの内蔵電池の増設或いは交換時に、複数の内蔵電池間に無用な還流電流が流れる。そこで、還流電流の発生を防止するためにダイオード等の整流素子を設けることが考えられる。しかしながら、整流素子を設けると、回路構成によっては、ＡＣ／ＤＣコンバータからの出力電流を蓄電型充電装置の出力端へ効率的に供給できない虞がある。
【０００６】
本発明の一側面に係る目的は、蓄電型充電装置内に並列接続された複数の内蔵電池間に還流電流が流れることを防止しつつ、ＡＣ／ＤＣコンバータからの出力電流を効率的に供給する蓄電型充電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る一つの形態である蓄電型充電装置は、並列接続された複数の電池と、ＡＣ／ＤＣコンバータと、複数の第１のダイオードと、複数の第２のダイオードと、第３のダイオードと、制御ユニットとを含む。ＡＣ／ＤＣコンバータは、入力された交流電圧を直流電圧に変換して出力する。複数の第１のダイオードは、ＡＣ／ＤＣコンバータと複数の電池の内の対応する電池とに夫々接続する。複数の第２のダイオードは、複数の電池の内の対応する電池と蓄電型充電装置の出力端とに夫々接続する。第３のダイオードは、ＡＣ／ＤＣコンバータと出力端とに接続する。制御ユニットは、複数の電池からの各出力電圧が一致する場合に、ＡＣ／ＤＣコンバータ及び複数の電池からの出力電流が出力端へ夫々出力されるように、電池電圧の降下に従ってＡＣ／ＤＣコンバータからの出力電圧を降下させる。
【発明の効果】
【０００８】
一実施形態に従った蓄電型充電装置によれば、蓄電型充電装置内に並列接続された複数の内蔵電池間に還流電流が流れることを防止しつつ、ＡＣ／ＤＣコンバータからの出力電流を効率的に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に従った蓄電型充電装置の構成例を示す図である。
【図２】実施形態に従った蓄電型充電装置による充放電制御を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、実施形態に従った蓄電型充電装置の構成例を示す図である。図１に示す構成例において、蓄電型充電装置１は、複数の電池１１−１及び１１−２、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２、複数の第１のダイオード１３−１及び１３−２、複数の第２のダイオード１４−１及び１４−２、並びに第３のダイオード１５を含む。また、蓄電型充電装置１は、制御ユニット１６、複数の第１の電圧センサ１７−１及び１７−２、並びに第２の電圧センサ１８を含む。さらに、蓄電型充電装置１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１９を含む。
【００１１】
複数の電池１１−１及び１１−２は、蓄電型充電装置１内に並列接続された二次電池（内蔵電池）であり、例えば、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、又はリチウムイオンキャパシタである。図１には、２つの電池１１−１及び１１−２が示されているが、蓄電型充電装置１内に並列接続される二次電池の数は３つ以上であってもよい。また、図１には、複数の電池１１−１及び１１−２として１つの電池セルが夫々図示されているが、複数の電池１１−１及び１１−２は、任意の形式で相互に接続された複数の電池セルを夫々含んでもよい。
【００１２】
ＡＣ／ＤＣコンバータ１２は、制御ユニット１６による制御に従って、入力された交流電圧を直流電圧に変換して出力する。
複数の第１のダイオード１３−１及び１３−２、複数の第２のダイオード１４−１及び１４−２、並びに第３のダイオード１５は、電流を一定方向にしか流さない整流素子の一例である。複数の第１のダイオード１３−１及び１３−２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２と、複数の電池１１−１及び１１−２の内の対応する電池１１−１又は１１−２とに夫々接続する。複数の第２のダイオード１４−１及び１４−２は、複数の電池１１−１及び１１−２の内の対応する電池１１−１又は１１−２と、蓄電型充電装置１の出力端Ｅとに接続する。第３のダイオード１５は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２と蓄電型充電装置１の出力端Ｅとに接続する。図１に示すように、蓄電型充電装置１の出力端Ｅは、並列接続した第２のダイオード１４−１、第２のダイオード１４−２、及び第３のダイオード１５夫々のカソード側の接点に位置する。
【００１３】
複数の第１のダイオード１３−１及び１３−２、複数の第２のダイオード１４−１及び１４−２、並びに第３のダイオード１５において、順方向に電流が流れると所定値だけ電圧が降下する。以下の説明において、降下する所定電圧を降下電圧Ｖｆと記載する場合がある。複数の第１のダイオード１３−１及び１３−２、複数の第２のダイオード１４−１及び１４−２、並びに第３のダイオード１５での降下電圧Ｖｆの値は、異なる値であってもよいが、同じであることが望ましい。以下の説明では、複数の第１のダイオード１３−１及び１３−２、複数の第２のダイオード１４−１及び１４−２、並びに第３のダイオード１５での降下電圧Ｖｆの値は、同じであるものと仮定する。
【００１４】
制御ユニット１６は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）といったプロセッサ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、又はＰＬＤ（Programmable Logic Device）である。制御ユニット１６は、蓄電型充電装置１の動作全体を制御する。例えば、図２を参照しながら後述するように、制御ユニット１６は、複数の第１の電圧センサ１７−１及び１７−２、並びに第２の電圧センサ１８により測定された電圧に従って、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２からの出力電圧を制御する。また、制御ユニット１６は、第２の電圧センサ１８により測定された電圧に従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ１９からの出力電圧を制御する。
【００１５】
複数の第１の電圧センサ１７−１及び１７−２は、複数の電池１１−１及び１１−２の内の対応する電池からの出力電圧Ｖ１、Ｖ２を夫々測定する。第２の電圧センサ１８は、蓄電型充電装置１の出力端Ｅにおける電圧を測定する。
【００１６】
図１に示すように、蓄電型充電装置１の出力端には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１９が接続してもよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ１９は、蓄電型充電装置１に接続された充電対象電池（図示せず）を充電する場合に、制御ユニット１６による制御に従って、入力された直流電圧を所定の直流電圧に変換し、変換された直流電圧を充電対象電池へ出力する。
【００１７】
実施形態に従った蓄電型充電装置が実行する充放電制御の一例を図２を参照しながら説明する。図２は、実施形態に従った蓄電型充電装置による充放電制御を説明する図である。
【００１８】
まず、出力端Ｅから充電対象電池へ電流を供給しつつ、複数の電池１１−１及び１１−２の内、低電圧の電池を充電する場合の充放電制御の一例を図２（Ａ）を参照しながら説明する。以下の説明において、複数の電池１１−１及び１１−２の内、電池１１−１は相対的に低電圧（例えば、Ｖ１＝４５Ｖ）の電池であり、電池１１−２は相対的に高電圧（例えば、Ｖ２＝４８Ｖ（＝満充電電圧））の電池であると仮定する。
【００１９】
例えば、高電圧の電池１１−２が蓄電型充電装置１に増設又は交換された場合、高電圧の電池１１−２から低電圧の電池１１−１への還流電流は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２と高電圧の電池１１−２との間の第１のダイオード１３−２により防止される。また、高電圧の電池１１−２から低電圧の電池１１−１への還流電流は、低電圧の電池１１−１と出力端Ｅとの間の第２のダイオード１４−１により防止される。したがって、実施形態に従った蓄電型充電装置によれば、複数の内蔵電池間の電圧不一致に起因する還流電流を、例えば、内蔵電池からの出力電圧を監視するといった特別な制御なしに、安価に実現できる。
【００２０】
制御ユニット１６は、低電圧の電池１１−１をＡＣ／ＤＣコンバータ１２を介して充電しながら、高電圧の電池１１−２からの出力電流が出力端Ｅへ出力されるように、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２からの出力電圧を制御する。具体的には、制御ユニット１６は、低電圧の電池１１−１からの出力電圧Ｖ１を第１の電圧センサ１７−１から取得する。制御ユニット１６は、取得した出力電圧Ｖ１に第１のダイオード１３−１による降下電圧Ｖｆを加算した値に従って、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２からの出力電圧ＶＡＣ／ＤＣを上昇させる。なお、図２に示す電圧Ｖαは、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２と低電圧の電池１１−１との間に第１のダイオード１３−１が設けられた場合に、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２からの出力電力により電池１１−１を充電するために設定された所定の電位差である。
【００２１】
出力端Ｅにおいて、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２からの出力電圧ＶＡＣ／ＤＣは、第３のダイオード１５の降下電圧Ｖｆ分降下している。また、出力端Ｅにおいて、低電圧の電池１１−１からの出力電圧Ｖ１は、第２のダイオード１４−１の降下電圧Ｖｆ分降下している。同様に、出力端Ｅにおいて、高電圧の電池１１−２からの出力電圧Ｖ２は、第２のダイオード１４−２の降下電圧Ｖｆ分降下している。このため、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶＡＣ／ＤＣよりも高電圧の電池１１−２の出力電圧Ｖ２が高い時刻ｔ１までは、高電圧の電池１１−２は放電する。すなわち、高電圧の電池１１−２からの出力電流が出力端Ｅに流れ、充電対象電池は充電される。このように、実施形態に従った蓄電型充電装置によれば、内蔵電池から放電する際には高電圧の電池から放電し、内蔵電池が充電する際には低電圧の電池から充電することができる。
【００２２】
低電圧の電池１１−１の充電に従ってＡＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶＡＣ／ＤＣが上昇し、放電により高電圧の電池１１−２の出力電圧Ｖ２が降下した結果、時刻ｔ１において、出力電圧ＶＡＣ／ＤＣと出力電圧Ｖ２とは同電位になる。そして、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電圧ＶＡＣ／ＤＣの上昇によって、高電圧の電池１１−２から出力端Ｅへの放電は停止し、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２から出力端Ｅへの放電が開始される。すなわち、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２からの出力電流は、第１のダイオード１３−２を介して低電圧の電池１１−２に流れ、低電圧の電池１１−２は引き続き充電される。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２からの出力電流は、第３のダイオード１５を介して出力端Ｅに流れ、充電対象電池は引き続き充電される。このように、実施形態に従った蓄電型充電装置によれば、内蔵電池が充電する際には低電圧の電池から充電することができる。
【００２３】
ＡＣ／ＤＣコンバータ１２からの出力電流により低電圧の電池１１−１が更に充電され、時刻ｔ２において複数の電池１１−１及び１１−２が同電位になると、制御ユニット１６は、低電圧の電池１１−１に対する充電を停止する。そして、制御ユニット１６は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２からの出力電圧ＶＡＣ／ＤＣを、電圧Ｖα及び第１のダイオード１３−１による降下電圧Ｖｆ分降下させる。すなわち、制御ユニット１６は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２からの出力電圧ＶＡＣ／ＤＣを、複数の電池１１−１及び１１−２からの出力電圧と同じにする。
【００２４】
制御ユニット１６は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２からの出力電圧ＶＡＣ／ＤＣを、上述のように少なくとも降下電圧Ｖｆ分降下させた後、電池１１−１及び１１−２の電圧の降下に従って更に降下させる。すなわち、時刻ｔ２以降において、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２と複数の電池１１−１及び１１−２とから出力させる際に、電力の出力に伴い電池１１−１及び１１−２の出力電圧が次第に降下していくが、その降下に追従するようにＡＣ／ＤＣコンバータ１２からの出力電圧を降下させる。
【００２５】
例えば、制御ユニット１６は、第１の電圧センサ１７−１又は１７−２により測定された値とＡＣ／ＤＣコンバータ１２からの出力電圧ＶＡＣ／ＤＣとが同じになるようにＡＣ／ＤＣコンバータ１２を制御する。そして、第１の電圧センサ１７−１又は１７−２により測定された値が降下するのに従ってＡＣ／ＤＣコンバータ１２からの出力電圧ＶＡＣ／ＤＣを降下させる。より詳しくは、電池１１−１又は１１−２が電圧降下した値と同じだけＡＣ／ＤＣコンバータ１２からの出力電圧ＶＡＣ／ＤＣを降下させる。制御ユニット１６は、出力端Ｅにおける電圧に第３のダイオード１５による降下電圧Ｖｆ分を加算した値に従ってＡＣ／ＤＣコンバータ１２からの出力電圧ＶＡＣ／ＤＣを降下させてもよい。出力端Ｅにおける電圧として制御ユニット１６が制御に用いる電圧値は、第２の電圧センサ１８により測定された値であってもよい。或いは、該電圧値は、第１の電圧センサ１７−１又は１７−２により測定された値に第２のダイオード１４−１又は１４−２の電圧降下分Ｖｆを減算した値であってもよい。
【００２６】
ＡＣ／ＤＣコンバータ１２からの出力電圧ＶＡＣ／ＤＣが上述のように制御されると、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２からの出力電流と、複数の電池１１−１及び１１−２夫々からの出力電流とが出力端Ｅに流れ、これらの電流によって充電対象電池は充電される。このように、実施形態に従った蓄電型充電装置によれば、ＡＣ／ＤＣコンバータからの出力電圧と複数の内蔵電池夫々からの出力電圧とが同じになるように制御されることで、ＡＣ／ＤＣコンバータからの出力電流を内蔵電池を充電するための経路とは異なる経路を介して出力端に供給できる。したがって、還流電流の防止のために設けられた整流素子に起因する電力損失を抑えることができ、ＡＣ／ＤＣコンバータからの出力電流を蓄電型充電装置の出力端へ効率的に供給することができる。
【００２７】
次に、出力端Ｅから充電対象電池へ電流を供給しつつ、複数の電池１１−１及び１１−２の内、低電圧の電池１１−１を充電する場合の充放電制御の別例を図２（Ｂ）を参照しながら説明する。
【００２８】
図２（Ａ）に示した一例では、時刻ｔ２において、複数の電池１１−１及び１１−２夫々からの出力電圧Ｖ１及びＶ２が同じになると、制御ユニット１６は、低電圧であった電池１１−１に対する充電が停止されるようにＡＣ／ＤＣコンバータ１２を制御する。しかしながら、図２に示す一例のように、時刻ｔ２から時刻ｔ３までにおいて、制御ユニット１６は、複数の電池１１−１及び１１−２が、放電により低下する前の電池１１−２からの出力電圧Ｖ２まで充電されるようにＡＣ／ＤＣコンバータ１２を制御してもよい。前述したように、電池１１−１に対する充電開始時点において、電池１１−２からの出力電圧Ｖ２は、電池１１−１よりも高電圧であり、例えば、満充電電圧である。制御ユニット１６は、電池１１−１又は１１−２からの出力電圧Ｖ１又はＶ２に第１のダイオード１３−１又は１３−２による降下電圧Ｖｆを加算した値に従って、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２からの出力電圧ＶＡＣ／ＤＣを上昇させることで、こうした充電を実現し得る。
【００２９】
図２（Ｂ）に示した一例においても、実施形態に従った蓄電型充電装置によれば、内蔵電池から放電する際には高電圧の電池から放電し、内蔵電池が充電する際には低電圧の電池から充電することができる。また、実施形態に従った蓄電型充電装置によれば、還流電流の防止のために設けられた整流素子に起因する電力損失を抑えることができ、ＡＣ／ＤＣコンバータからの出力電流を蓄電型充電装置の出力端へ効率的に供給することができる。
【００３０】
最後に、出力端Ｅから電流を出力せずに、複数の電池１１−１及び１１−２の内、低電圧の電池１１−１を充電する場合の充放電制御の一例を図２（Ｃ）を参照しながら説明する。
【００３１】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示した一例では、制御ユニット１６は、出力端Ｅから電流を出力しながら、低電圧の電池１１−１が充電されるように、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２からの出力電圧ＶＡＣ／ＤＣを制御する。しかしながら、図２（Ｃ）に示す一例のように、制御ユニット１６は、出力端Ｅから電流を出力せずに、低電圧の電池１１−１が充電されるように、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２からの出力電圧ＶＡＣ／ＤＣを制御してもよい。
【００３２】
図２（Ｃ）に示すように、時刻ｔ４までの間、高電圧の電池１１−２は放電せず、高電圧の電池１１−２からの出力電圧Ｖ２は一定である。一方、時刻ｔ４までの間、制御ユニット１６は、低電圧の電池１１−１からの出力電圧Ｖ１に第１のダイオード１３−１による降下電圧Ｖｆを加算した値に従って、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２からの出力電圧ＶＡＣ／ＤＣを上昇させる。ＡＣ／ＤＣコンバータからの出力電流は、第１のダイオード１３−１を介して低電圧の電池１１−１に流れ、低電圧の電池１１−１は充電される。
【００３３】
時刻ｔ４において複数の電池１１−１及び１１−２が同電位になると、制御ユニット１６は、低電圧の電池１１−１に対する充電を停止する。そして、制御ユニット１６は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２からの出力電圧ＶＡＣ／ＤＣを、電圧Ｖα及び第１のダイオード１３−１による降下電圧Ｖｆ分降下させる。すなわち、制御ユニット１６は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２からの出力電圧ＶＡＣ／ＤＣを、複数の電池１１−１及び１１−２からの出力電圧と同じにする。そして、時刻ｔ４以降において、制御ユニット１６は、出力端Ｅにおける電圧に第３のダイオード１５による降下電圧Ｖｆ分を加算した値に従ってＡＣ／ＤＣコンバータ１２からの出力電圧ＶＡＣ／ＤＣを降下させる。或いは、電池１１−１又は１１−２からの出力電圧に従って、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２からの出力電圧ＶＡＣ／ＤＣを降下させてもよい。
【００３４】
図２（Ｃ）に示した一例においても、実施形態に従った蓄電型充電装置によれば、内蔵電池が充電する際には低電圧の電池から充電することができる。また、実施形態に従った蓄電型充電装置によれば、還流電流の防止のために設けられた整流素子に起因する電力損失を抑えることができ、ＡＣ／ＤＣコンバータからの出力電流を蓄電型充電装置の出力端へ効率的に供給することができる。
【００３５】
本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１    蓄電型充電装置
１１−１、１１−２    電池
１２    ＡＣ／ＤＣコンバータ
１３−１、１３−２    第１のダイオード
１４−１、１４−２    第２のダイオード
１５    第３のダイオード
１６    制御ユニット
１７−１、１７−２    第１の電圧センサ
１８    第２の電圧センサ
１９    ＤＣ／ＤＣコンバータ
Ｅ    出力端
【図１】
2017139853.tif 000003
【図２】
2017139853.tif 000004