JP3120674U - 知的均等充電器 - Google Patents

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Abstract

【課題】 本考案は、均等充電回路を備えた知的均等充電器を提供する。
【解決手段】絶縁型スイッチタイプのDC−DC変換回路20と、マイクロプロセッサ・監視/計算・制御回路30と、蓄電池セット40とから構成し、前記絶縁型スイッチタイプのDC−DC変換回路20は、電源スイッチ回路21、絶縁型変圧器22、整流変換回路23とから成り、前記マイクロプロセッサ・監視/計算・制御回路30は、多数のスイッチ素子31と、充電制御マイクロプロセッサ32を含む構成としたので、蓄電池セット40の個々のバッテリ・セルは、均等に適切に充電されるので、充電器の充電・放電回数を適切に増やせると共に、充電器の使用寿命を効果的に伸ばすことができる。
【選択図】 図2

Description

本考案は蓄電池の充電器に関し、更に具体的に言うと、均等充電回路を備えた知的(インテリジェント)均等充電器に関するものである。
図1は、従来の充電器の回路図であり、従来の充電器の充電回路10は、電源スイッチ回路11、変圧器12、整流変換回路13、蓄電器セット14から構成されている。
この従来の充電器では、交流電力が電源スイッチ回路11の電源入力側から供給され、ブリッジ整流回路111、フィルタリング・コンデンサ112、スイッチ回路113を流れて行く。そして、電源は変圧器12を介して切り替えられて、整流変換回路13の整流ダイオード131に給電して、出力インダクタ132とフィルタリング・コンデンサ133を通過する直流電源を産出して、蓄電池セット14に要求される充電電圧を提供する、という構成になっている。
しかし、上述のような従来の充電回路構成にはいささか欠点がある。とりわけ、様々に異なる度合いの内部電気抵抗ということに特徴づけられる個々のバッテリ・セルには、それぞれに異なる充電電圧が必要となるのであるが、充電工程において、総電圧よりも高い充電電圧が直列に配列された蓄電池セット14に供給されるので、その結果、充電用に直列配列された蓄電池セット14が過充電されたり充電不足になったりして、蓄電池セット14内に電位差を増すことになり、これにより、使用中の電池の寿命を短くしてしまうこととなる。
本考案は、従来技術の欠点を改善して、絶縁型スイッチタイプのDC−DC変換回路と、マイクロプロセッサ・監視/計算・制御回路と、蓄電池セットとから構成され、充電するために蓄電池セットを据え付けた後で、マイクロプロセッサ制御回路が、全充電工程中に充電電圧を監視し、充電電流を制御することで、蓄電池セットの各々のセルが均等に充分に充電され、これにより最良の充電/放電状態を達成することができると共に、蓄電池セット内の電位差の増加を回避することができ、蓄電池セットの過充電や充電不足をおこさず、使用中の電池の寿命を効果的に伸ばすことができる、均等充電回路を有する知的均等充電器を提供することを第1の目的とする。
また、本考案は、 マイクロプロセッサ・監視/計算・制御回路が逆接続に対する保護策が備えられているので、間違った電極を据え付けるといった手違いで生ずるトラブルを回避できるようになっており、蓄電池セットの充電時間も制御できるので、規定時間を超えて蓄電池セットが充電されるような場合には電源の供給が強制的に停止されるようになっているので、充電器の充電/放電の回数を効率的に増やすことができ、これによっても、電池の寿命を伸ばすことができる、均等充電回路を有する知的均等充電器を提供することを第2の目的とする。
また更に、本考案は、マイクロプロセッサ・監視/計算・制御回路によって蓄電池セットに連結された複数個のスイッチ素子を制御することができるので、蓄電池セットのセルが、個々別々にでも、直列にまとめてでも、選択的に充電できるようになっていて、これにより均等充電効果を実現でき、最高の使用状態を達成することのできる、均等充電回路を有する知的均等充電器を提供することを第3の目的とする。
本考案の均等充電回路を有する知的(インテリゲント)均等充電器は、前記知的均等充電器が、 充電用の電源を供給するため1組の絶縁型DC−DC変換器と、直列に配列された蓄電池セットの状態を監視し且つ前記蓄電池セットの個々のバッテリ・セルの充電状態を制御するために計算する1組のマイクロプロセッサ制御回路とから構成され、前記均等充電回路が、1組の絶縁型DC−DC変換回路、1組のマイクロプロセッサ・監視/計算・制御回路と、蓄電池セットを含んでいることを特徴とするものである。
本考案の知的均等充電器では、充電処理工程中に充電電圧を監視することができ、充電制御マイクロプロセッサが常に蓄電池セットの電圧を探知して、充電電流を制御し、適時に電圧変動範囲に備えることにより、充電器の個々のセルを均等に充分に充電するので、これにより最良の充電/放電状態を達成することができると共に、蓄電池セット内の電位差の増加を回避することができ、蓄電池セットの過充電や充電不足をおこさず、使用中の電池の寿命を効果的に伸ばすことができる。
また、本考案の蓄電池セットには逆接続に対する保護策が備えられているので、間違った電極を据え付けるといった手違いで生ずるトラブルを回避できるようになっており、蓄電池セットの充電時間も制御できるので、規定時間を超えて蓄電池セットが充電されるような場合には電源の供給が強制的に停止されるようになっているので、充電器の充電/放電の回数を効率的に増やすことができ、これによっても、電池の寿命を伸ばすことができる。
以下、添付図面を参照して本考案の好適な実施の形態を詳細に説明する。
図2は本考案の知的均等充電器の充電回路構成を示す概略図、図3はマイクロプロセッサ・監視/計算・制御回路(microprocessor monitoring/calculating control circuit)に対する絶縁型DC−DC変換回路の関係を示す概略図、図4は絶縁型DC−DC変換回路を示す図、図5はマイクロプロセッサ・監視/計算・制御回路のフローチャート、図6は、変形例の絶縁型DC−DC変換回路を示す本考案の第2実施例の図、図7は、更に別の変形例になる絶縁型DC−DC変換回路を示す本考案の第3実施例の図、図8は、更に別の変形例になる絶縁型DC−DC変換回路を示す本考案の第4実施例の図である。
図2及び図3に本考案の知的均等充電器の回路構成を示す。本考案は、充電電源に給電するための絶縁型DC−DC変換器と、直列配列された蓄電池セットの状態を監視し且つ前記蓄電池セットの個々のセルの充電状態を制御するために計算するマイクロプロセッサ制御回路と、から構成されている均等充電回路を備えた知的均等充電器に関するものである。
前記均等充電回路は、絶縁型DC−DC変換回路20と、マイクロプロセッサ・監視/計算・制御回路30と、蓄電池セット40とから構成されている。
絶縁型DC−DC変換回路20は、電源スイッチ回路21と、絶縁型変圧器22と、整流変換回路23とから構成されている。
マイクロプロセッサ・監視/計算・制御回路30には、複数のスイッチ素子31と充電制御マイクロプロセッサ32とが配備されており、これらスイッチ素子31は、一側で、直列配列された蓄電池セット40に接続されている。
図4に示されている電源スイッチ回路21は、入力端部からDC電源が給電される。そして、一次コイルに接続されているスイッチ213(トランジスタ、MOS、SSR等々を含む)がDC電源を通電するために接続されると、DC電力が、フィルタリング・コンデンサ211を通過して、一次コイルへ給電されるようになる。
次に、絶縁型DC−DC変換回路20は、絶縁型変圧器22を介して変換され、中央にタップが付いている型の、二次コイルの巻線を通過して、二次コイルに接続された整流変換回路23へ電源を提供する。
それから、DC電源は、整流ダイオード231、連結インダクタ233、フィルタリング・コンデンサ234を通して通電されて、マイクロプロセッサ・監視/計算・制御回路30に要求されるDC電源を提供する。
また、蓄電池セット40の充電状態を監視するために、信号線が、蓄電池セット40の個々のセルの正極から充電制御マイクロプロセッサ32へ接続されている。
充電制御マイクロプロセッサ32は、図5のフローチャートにあるように、まず、蓄電池セット40の個々のセルが適切に配置されているのか、逆につなげられたりしてないで正しく接続されているのか、を判定する。正しく接続されている場合には、充電信号が発射されて、スイッチ素子31(トランジスタ、MOS、SSR等々を含む)をオンにして、電源を通電する。
次に、蓄電池セット40のセル41,42を例に、充電処理工程を説明する。
一列になるセル41,42をまとめて充電するには、充電制御マイクロプロセッサ32がスイッチ素子311,315をオンにしてから、電源がそこを通過して通電されるようにすると共に、スイッチ素子312,313,314を電源から閉じて、これにより、セル41,42を直列に接続して、充電回路を形成する。
個別充電モードを選択した場合には、充電制御マイクロプロセッサ32はスイッチ素子312,314を接続して、電力の通電を行い、スイッチ素子311,313,315を閉じるようにすると、セル41及び42が別々に個別充電回路を形成するようになる。
バッテリ・セルの実際の数に合わせて、例えば図2に示すように、バッテリ・セル43がある場合には、それと協働するスイッチ素子、例えば素子316を同様に増やすようにすることができる。
充電処理工程を閉じるための信号を提供するために、充電制御マイクロプロセッサ32と整流変換回路23とを接続するように信号線が用いられる。一次コイルに接続されたスイッチ213が電源を閉ざされた場合、二次コイルの側に接続された連結インダクタ233が、フリーホイール・ダイオード323を介してフィルタリング・コンデンサ234へ電力を供給するようになり、一次コイルが高速ダイオードを介して変圧器の磁束の開放を開始する。
故に、充電処理工程中に、充電制御マイクロプロセッサ32が常に蓄電池セット40の電圧を検知して、充電電流を制御し、適時に電圧変動範囲に備えることにより、均等充電目的を達成することができる。
更に、蓄電池セット40には逆接続に対する保護策も備えられていて、間違った電極を据え付けるといった手違いで生ずるトラブルを回避できるようになっており、また、蓄電池セット40の充電時間も制御できるので、規定時間を超えて蓄電池セット40が充電されるような場合には電源の供給が強制的に停止されるようになっているので、充電器の充電/放電の回数を効率的に増やすことができ、これにより電池の寿命を伸ばすことができる。
図6は、本考案の別の実施態様になる絶縁型DC−DC変換回路の電源スイッチ回路図である。
絶縁型DC−DC変換回路50の電源スイッチ回路図51は、一次コイルに接続されていて、同時にスイッチ・オンできるスイッチ513,514が付いているので、DC電源は、フィルタリング・コンデンサ511を通過してから絶縁変圧器52を通って変換され、二次コイルに接続された整流変換回路53へ給電できるようになる。
通電された電源は、それから、整流ダイオード531、連結インダクタ533、フィルタリング・コンデンサ534を通過して、マイクロプロセッサ・監視/計算・制御回路に必要とされる電源を供給する。
一次コイルへ接続されているスイッチ513,514が電源を閉ざされた場合、二次コイルに接続された連結インダクタ533が、フリーホイール・ダイオード532を介してフィルタリング・コンデンサ534へ電力を供給するようになり、一次コイルが高速ダイオード512,515を介して変圧器52の磁束の開放を開始する。
図7は、本考案の更に別の第3の実施例になる絶縁型DC−DC変換回路の電源スイッチ回路図である。
絶縁型DC−DC変換回路60の電源スイッチ回路図61は一次コイルに接続されていて、同時にスイッチ・オンできるようになるスイッチ612が付いているので、DC電源は、フィルタリング・コンデンサ611を通過してから絶縁変圧器62を通って変換され、二次コイルに接続された整流変換回路63へ給電できるようになる。
通電された電源は、それから、整流ダイオード631、フィルタリング・コンデンサ632を通過して、マイクロプロセッサ・監視/計算・制御回路に必要とされる電源を供給する。
一次コイルへ接続されているスイッチ612が電源を閉ざされた場合、二次コイルが、フィルタリング・コンデンサ632へ電力を供給するようになる。
図8は、本考案の更に別の第4実施例になる絶縁型DC−DC変換回路の電源スイッチ回路図である。
絶縁型DC−DC変換回路70の電源スイッチ回路図71は一次コイルに接続されていて、電力通電に対し同時にスイッチ・オンできるようになるスイッチ713,714が付いているので、DC電源は、フィルタリング・コンデンサ711を通過してから絶縁変圧器72を通って変換され、二次コイルに接続された整流変換回路33へ給電できるようになる。
通電された電源は、それから、整流ダイオード731、連結インダクタ733、フィルタリング・コンデンサ734を通過して、マイクロプロセッサ・監視/計算・制御回路30に必要とされる電源を供給する。
一次コイルへ接続されているスイッチ713,714が電源を閉ざされた場合、二次コイルに接続された連結インダクタ733が、別の整流ダイオード732を介してフィルタリング・コンデンサ534へ電力を供給するようになり、そして、一次コイルが、高速ダイオード715,716を介して変圧器72の磁束の開放を開始する。
加えて、共振コンデンサ717も一次コイルに接続されていることで、絶縁変圧器72のvolt-secバランスを保つことができるようになっている。
また更に、中央にタップが付いている型の、絶縁型変圧器22の二次コイルの巻線、整流変換回路23、マイクロプロセッサ・監視/計算・制御回路30のスイッチ素子31は、回路の範囲内で許されるような蓄電池セット40のセルの数に協働して対応するよう、柔軟に増やすこともできるができるようになっている。
以上のように、本考案の好適な実施例を説明したが、本考案は、上記実施例に限定されることなく、実用新案登録請求の範囲を逸脱しない範囲における各種の変形,改良は本考案の請求範囲に包含されることは言うまでもない。
従来の充電器の充電回路の概略図。 本考案の知的均等充電器の充電回路構成を示す概略図。 本考案の知的均等充電器のマイクロプロセッサ・監視/計算・制御回路 (microprocessor monitoring/calculating control circuit)に対する絶縁型DC−DC変換回路の関係を示す概略図。 本考案の知的均等充電器の絶縁型DC−DC変換回路を示す図。 本考案の知的均等充電器のマイクロプロセッサ・監視/計算・制御回路のフローチャート。 本考案の知的均等充電器の変形例の絶縁型DC−DC変換回路を示す本考案の別の第2実施例の図。 本考案の知的均等充電器の更に別の変形例になる絶縁型DC−DC変換回路を示す本考案の第3実施例の図。 本考案の知的均等充電器の更に別の変形例になる絶縁型DC−DC変換回路を示す本考案の第4実施例の図である。
符号の説明
20 絶縁型DC−DC変換回路
21 電源スイッチ回路
211 フィルタリング・コンデンサ
213 一次コイルに接続されているスイッチ
22 絶縁型変圧器
23 整流変換回路
231 整流ダイオード
233 連結インダクタ
234 フィルタリング・コンデンサ
30 マイクロプロセッサ・監視/計算・制御回路
31 スイッチ素子
311,312,313,314,315,316 スイッチ素子
32 充電制御マイクロプロセッサ
323 フリーホイール・ダイオード
40 蓄電池セット
41,42 充電器のセル

Claims (29)

  1. 均等充電回路を有する知的均等充電器であって、前記知的均等充電器が、 充電用の電源を供給するため1組の絶縁型DC−DC変換器と、直列に配列された蓄電池セットの状態を監視し且つ前記蓄電池セットの個々のバッテリ・セルの充電状態を制御するために計算する1組のマイクロプロセッサ制御回路とから構成され、
    前記均等充電回路が、1組の絶縁型DC−DC変換回路、1組のマイクロプロセッサ・監視/計算・制御回路と、蓄電池セットを含んでいることを特徴とする知的均等充電器。
  2. 絶縁スイッチ型DC−DC変換回路が、電源スイッチ回路と、絶縁型変圧器と、整流変換回路とを含んでいることを特徴とする請求項1記載の均等充電回路を有する知的均等充電器。
  3. 前記スイッチ型DC−DC変換回路の絶縁変圧器は、一次コイル・セットと、前記一次コイルに連結された誘導磁束開放コイル・セットと、中央にタップが付いている型の二次コイルとから構成され、DC電源が、一次コイル・セットに連結された電源スイッチ回路を通過して通電されてから、二次コイルの中央にタップが付いている型の巻線全体に変換され、そして、整流変換回路を通過して、直列になる蓄電池セットの対応するセルに供給されることを特徴とする請求項2記載の均等充電回路を備えた知的均等充電器。
  4. 一次コイルに連結された電源スイッチ回路には、DC電源を整流するために整流コンデンサと、スイッチをオン/オフする機能を有するスイッチとが接続されており、二次コイルに連結された整流変換回路には、整流ダイオード、フリーホイール・ダイオード、連結インダクタ、フィルタリング・コンデンサが接続されていることを特徴とする請求項2記載の均等充電回路を備えた知的均等充電器。
  5. 一次コイルに連結された電源スイッチ回路は、電力を通電するためにスイッチ・オンされると、DC電源が供給されて、フィルタリング・コンデンサを通過し、絶縁変圧器を通過して変換され、二次コイルに連結された整流変換回路へ供給され、その後、電源は整流ダイオード、連結インダクタ、フィルタリング・コンデンサを通って流れ、マイクロプロセッサ・監視/計算・制御回路に対して要求されるDC電源を提供し、二次コイルに連結されたスイッチが電源から遮断された場合、二次コイルに連結された連結インダクタがフリーホイール・ダイオードを介してフィルタリング・コンデンサに電力供給をし、一次コイル・セットが高速ダイオードを介して変圧器の磁束の開放を開始することを特徴とする請求項4記載の均等充電回路を備えた知的均等充電器。
  6. 前記一次コイルに連結された電源スイッチは、DC電源を整流するためのフィルタリング・コンデンサと、オン/オフ切替え機能を有する2個のスイッチと、蓄電池セットに対応して整流変換回路にそれぞれ組み合わされた2個の高速ダイオードとを含み、二次コイルに連結された整流変換回路には、整流ダイオード、フリーホイール・ダイオード、連結インダクタ、フィルタリング・コンデンサが接続されていることを特徴とする請求項2記載の均等充電回路を備えた知的均等充電器。
  7. 一次コイルに連結された電源スイッチ回路のスイッチが同時にスイッチ・オンされて、DC電源がフィルタリング・コンデンサを通過し、絶縁変圧器を通過して変換され、二次コイルに連結された整流変換回路に電力供給し、その後、電源は、整流ダイオードと、連結インダクタと、フルタリング・コンデンサを通って流れ、マイクロプロセッサ・監視/計算・制御回路に対して要求されるDC電力を提供し、一次側のスイッチが電源から遮断された場合、二次コイルに連結された連結インダクタが、フリーホイール・ダイオードを通ってフィルタリング・コンデンサに電力を提供し、一次コイル・セットが、高速ダイオードを介して変圧器の磁束の開放を開始することを特徴とする請求項1記載の均等充電回路を備えた知的均等充電器。
  8. 一次コイルに連結された電源スイッチ回路は、DC電源を整流するためのフィルタリング・コンデンサと、蓄電池セットに対応して整流変換回路に組み合わされたスイッチのオン・オフ切替え機能を有するスイッチとを有し、二次コイルに連結された整流変換回路が、整流ダイオードと、フィルタリング・コンデンサを有することを特徴とする請求項2記載の均等充電回路を備えた知的均等充電器。
  9. 一次コイルに連結されたスイッチがスイッチ・オンされると、DC電源がフィルタリング・コンデンサを通過して絶縁変圧器を通過して変換され、二次コイルに連結された整流変換回路に電力供給し、その後、電源は、整流ダイオードとフィルタリング・コンデンサを通って流れ、マイクロプロセッサ・監視/計算・制御回路に要求されるDC電源を提供し、一次コイルに連結されたスイッチが電源から遮断された場合、二次コイルがフィルタリング・コンデンサへ電力供給するようにしたことを特徴とする請求項8記載の均等充電回路を備えた知的均等充電器。
  10. 一次コイルに連結された電源スイッチ回路が、DC電源を整流するためのフィルタリング・コンデンサと、スイッチのオン・オフ切替え機能を有する2個のスイッチと、2つの高速ダイオードと、蓄電池セットに対応してそれぞれ整流変換回路に組み合わされた共振コンデンサとを有し、二次コイルに連結された整流変換回路が、2つの整流ダイオードと、連結コンダクタと、フィルタリング・コンデンサとを有することを特徴とする請求項2記載の均等充電回路を備えた知的均等充電器。
  11. 一次コイルに連結されたスイッチが同時にスイッチ・オンされると、DC電源がフィルタリング・コンデンサを通過して、二次コイルに連結された整流変換回路に電力を供給し、その後、電源は、1つの整流ダイオードと、連結インダクタ、フィルタリング・コンデンサを通って流れ、マイクロプロセッサ・監視/計算・制御回路に要求されるDC電源を提供し、一次コイルに連結されたスイッチが電源を遮断された場合、二次コイルに連結された連結インダクタが別の整流ダイオードを介してフィルタリング・コンデンサへ電力を供給して、一次コイル・セットが高速ダイオードを介して変圧器の磁束の開放を開始し、共振コンデンサがセットされて、絶縁変圧器のvolt-secバランスを維持するようにすることを特徴とする請求項10記載の均等充電回路を備えた知的均等充電器。
  12. 電源スイッチ回路のスイッチは単数のトランジスタから成ることを特徴とする請求項4記載の均等充電回路を備えた知的均等充電器。
  13. 電源スイッチ回路のスイッチは複数個のトランジスタから成ることを特徴とする請求項6記載の均等充電回路を備えた知的均等充電器。
  14. 電源スイッチ回路のスイッチは単数のトランジスタから成ることを特徴とする請求項8記載の均等充電回路を備えた知的均等充電器。
  15. 電源スイッチ回路のスイッチは複数個のトランジスタから成ることであることを特徴とする請求項10記載の均等充電回路を備えた知的均等充電器。
  16. 電源スイッチ回路の単数のスイッチはMOSから成ることしたことを特徴とする請求項4記載の均等充電回路を備えた知的均等充電器。
  17. 電源スイッチ回路の複数個のスイッチはMOSから成ることを特徴とする請求項6記載の均等充電回路を備えた知的均等充電器。
  18. 電源スイッチ回路の単数のスイッチはMOSから成ることしたことを特徴とする請求項8記載の均等充電回路を備えた知的均等充電器。
  19. 電源スイッチ回路の複数個のスイッチはMOSから成ることを特徴とする請求項10記載の均等充電回路を備えた知的均等充電器
  20. 電源スイッチ回路の単数のスイッチはSSRから成ることしたことを特徴とする請求項4記載の均等充電回路を備えた知的均等充電器。
  21. 電源スイッチ回路の複数個のスイッチはSSRから成ることを特徴とする請求項6記載の均等充電回路を備えた知的均等充電器。
  22. 電源スイッチ回路の単数のスイッチはSSRから成ることしたことを特徴とする請求項8記載の均等充電回路を備えた知的均等充電器。
  23. 電源スイッチ回路の複数個のスイッチはSSRから成ることを特徴とする請求項10記載の均等充電回路を備えた知的均等充電器
  24. マイクロプロセッサ・監視/計算・制御回路は、多数のスイッチ素子と、協調的に蓄電池セットに組み合わされた充電制御マイクロプロセッサと、から構成されていることを特徴とする請求項1記載の均等充電回路を備えた知的均等充電器。
  25. 前記スイッチ素子はトランジスタから成ることを特徴とする請求項24記載の均等充電回路を備えた知的均等充電器。
  26. 前記スイッチ素子はMOSから成ることを特徴とする請求項24記載の均等充電回路を備えた知的均等充電器。
  27. 前記スイッチ素子はSSRから成ることを特徴とする請求項24記載の均等充電回路を備えた知的均等充電器。
  28. マイクロプロセッサ・監視/計算・制御回路のスイッチ素子は、蓄電池セットのセルの数に対応して合うように、回路の範囲内でできるだけ柔軟に拡張されることができることを特徴とする請求項24記載の均等充電回路を備えた知的均等充電器。
  29. 絶縁変圧器の、中央にタップが付いている型の二次コイルの巻線と、整流変換回路とは、蓄電池セットのセルの数に対応して合うように、回路の範囲内でできるだけ柔軟に拡張されることができることを特徴とする請求項3記載の均等充電回路を備えた知的均等充電器。
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