充电装置
阅读：992发布：2020-07-02
专利汇可以提供充电装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且在充电装置中设置：整流 电路 (2)，其对交流电源(1)的交流进行整流，将其作为脉动 电流 而输出；功率因数改善机构(15)，其提高从该整流电路(2)所输出的脉动电流的功率因数；输出电路(6)。输出电路(6)具有与充电对象设备(3)的充电 端子 连接的输出端子(5)，在不进行 电压 的平滑处理的情况下，输出从上述功率因数改善机构(15)所输出的功率因数改善脉动电流。另外，设置充电程度检测机构(7)，其监视上述充电对象设备(3)的 电池 (4)的端子电压，通过由脉动电流而产生的上述端子电压的 波动 电压的波动幅度检测充电程度。，下面是充电装置专利的具体信息内容。
1.一种充电装置，该充电装置包括：
整流电路，该整流电路对交流电源的交流进行整流，将其作为脉动电流而输出；
功率因数改善机构，该功率因数改善机构提高从上述整流电路所输出的脉动电流的功率因数；
输出电路，该输出电路具有与充电对象设备的充电端子连接的输出端子，在不进行电压的平滑处理的情况下，输出从上述功率因数改善机构所输出的功率因数改善脉动电流。
2.根据权利要求1所述的充电装置，其中，上述功率因数改善机构对从上述整流电路所输出的脉动电流的电流波形进行矩形化处理，使各波峰之间的宽度变窄，形成上述功率因数脉动电流。
3.根据权利要求1或2所述的充电装置，其中，还包括充电程度检测机构，该充电程度检测机构监视上述充电对象设备的电池的端子电压，通过由上述脉动电流而产生的上述端子电压的波动电压的波动幅度检测充电程度。
充电装置
[0001] 相关申请
[0002] 本发明要求申请日为2014年9月18日、申请号为JP特愿2014—189665的申请的优先权，通过参照其整体，将其作为构成本申请的一部分的内容而进行引用。
技术领域
背景技术
[0004] 在过去，在电池的充电中，通过采用经过整流并且进行平滑处理的直流电源，确认电池的端子电压，由此确认电池的满充电等的蓄电状态。另外，作为针对研究、实验用途而设计，计量电池的内部电阻等的非常小的电阻值的设备，在市场上销售有采用交流4端子法的电池测试仪、内部电阻计量器(非专利文献1)。
[0005] 已有技术文献
[0006] 非专利文献
[0007] 非专利文献1：交流4端子法バッテリスタ·内部抵抗計測器(東京デバイセズIW7807)、東京デバイセズ、http：//tokyodevices.jp/categories/battery-testers(2014年6月13日检索)
发明内容
[0008] 发明要解决的课题
[0009] 过去的充电装置采用上述经过整流并且进行平滑处理的直流电源。但是，人们知道，即使在将没有经过平滑处理而进行整流的脉动电流原样地连接到电池以进行充电的情况下，在电池的寿命的降低的方面仍没有问题。另外，人们知道，通过充电程度的检测机构的设计，通过脉动电流而进行充电的方式对于充电程度的检测是有利的。
[0010] 即，在通过过去的电池的端子电压而确认蓄电状态的方法中，难以把握正确的蓄电状态，由此，具有特别是在急速充电时产生过充电，缩短电池的寿命的课题。
[0011] 于是，本发明人考虑着眼于电池的内部电阻和充电程度成比例的关系，检测内部电阻，检测充电程度。对于电池的内部电阻，如果采用内部电阻计量器，则能以良好的精度而进行检测。对于该内部电阻的测定，过去的内部电阻计量器为研究·实验用途的装置，其价格高，难以用于普通用途，此外，因端子的冲击的电阻值的变动等，计量值变动，普通人难以正确地计量。
[0012] 人们知道，相对该情况，如果通过脉冲流而进行充电，则通过该脉冲流而产生的电池的端子电压的波动电压的波动幅度，检测充电程度。
[0013] 像这样，在通过脉动电流而进行充电的场合，对于充电程度的检测是有利的，对于避免过充电，谋求电池的长寿命来说是有利的。
[0014] 但是，对于仅仅从商用电源等的交流而整流的脉动电流，电压波形为正弦波，但是由于电流波形呈宽度窄的脉冲状，所充电的电力为电流与电压的乘积，在电流波形的脉冲之间的电流值为零时，电力也为零，故具有充电的效率差的问题。
[0015] 本发明的目的在于消除上述课题，提供在进行对于充电程度的检测有利的脉动电流的充电的同时，提高充电的效率的充电装置。
[0016] 用于解决课题的技术方案
[0017] 本发明的充电装置包括：整流电路2，该整流电路2对交流电源的交流进行整流，将其作为脉动电流而输出；功率因数改善机构15，该功率因数改善机构15提高从上述整流电路2所输出的脉动电流的功率因数；输出电路6，该输出电路6具有与充电对象设备3的充电端子连接的输出端子5，在不进行电压的平滑处理的情况下，输出从上述功率因数改善机构15所输出的功率因数改善脉动电流。
[0018] 按照该方案，由于通过设置功率因数改善机构15，提高从整流电路2所输出的脉动电流的功率因数，采用该功率因数改善脉动电流进行充电，故在通过脉动电流而进行充电的同时，能进行效率良好的充电。另外，由于通过脉动电流而进行充电，故可像下述这样，充电程度的检测以良好的精度而进行，防止过充电，可提高电池的寿命。即，如果通过脉动电流而进行充电，则使电池的端子电压产生波动电压。该波动电压的波动幅度，即振幅与电池的内部电阻成比例。另外，电池的内部电阻伴随充电的进行而变小。由此，可通过测定电池的端子电压的变动幅度，正确地检测电池的充电的程度。借此，可以良好的精度而检测满充电，可避免急速充电等的过充电，可防止电池的寿命的降低。另外，虽然通过脉动电流而充电，但是即使在具有电压变化的情况下，仍不产生过充电的场合那样的电池的寿命的降低。
[0019] 还可在本发明的一个实施方式中，形成下述方案，其中，上述功率因数改善机构15对从上述整流电路而输出的脉动电流的电流波形进行矩形化处理，使各波峰之间的宽度变窄，形成上述功率因数脉动电流。按照该方案，对脉动电流的电流波形进行矩形化处理，使各波峰之间的宽度变窄，由此，上述脉动电流的功率因数提高，施加于电池上的电力变大。
[0020] 也可在本发明的一个实施方式中，包括充电程度检测机构7，该充电程度检测机构7监视上述充电对象设备3的电池4的端子电压，通过由上述脉动电流而产生的上述端子电压的波动电压的波动幅度检测充电程度。如果像上述那样，在没有进行整流后的电压的平滑处理的脉动电流的状态而进行充电，则电池4的端子电压产生波动电压。该波动电压的波动幅度，即振幅与电池4的内部电阻成比例。另外，电池4的内部电阻伴随充电的进行而变小。由此，可通过借助上述充电程度检测机构7测定电池4的端子电压的变动幅度，正确地检测电池4的充电的程度。由此，可以良好的精度而检测满充电，可避免急速充电等的过充电，可防止电池4的寿命的降低。
[0021] 另外，“波动电压”指与直流成分叠加、周期性地变动的电压。
附图说明
[0023] 根据参照附图的下面的优选的实施形式的说明，会更清楚地理解本发明。但是，实施形式和附图用于单纯的图示和说明，不应用于确定本发明的范围。本发明的范围由权利要求书确定。在附图中，多个附图中的同一部件标号表示同一或相应部分。
[0024] 图1为本发明的一个实施方式的充电装置的电路图；
[0025] 图2为表示该充电装置中的功率因数改善机构的改善前后的电压、电流与电力的波形例子的概况的说明图；
[0026] 图3为本发明的另一实施方式的充电装置的电路图；
[0027] 图4为表示功率因数改善机构的一个例子的电路图。
具体实施方式
[0028] 根据附图，对本发明的一个实施方式进行说明。该充电装置包括：整流电路2，该整流电路2对交流电源1的交流进行整流，将其作为脉冲流而输出；功率因数改善机构15，该功率因数改善机构15提高从整流电路2所输出的脉冲流的功率因数；输出电路6，该输出电路6具有与充电对象设备3的充电端子(在图中未示出)连接的输出端子5，在不进行电压的平滑处理的情况下，输出从功率因数改善机构15所输出的功率因数改善脉冲电流。该充电装置还包括充电程度检测机构7，该充电程度检测机构7监视上述充电对象设备3的电池4的端子电压，根据通过上述脉动电流而产生的上述端子电压的波动电压的变动幅度，检测充电程度。该充电装置还包括充电停止机构11和充电程度通报机构13。
[0029] 上述交流电源1为比如100V或200V的单相的交流商用电源，在整流电路2的上游侧设置插头等的输入端子8，该输入端子8插入上述交流电源1的布线的插座(在图中未示出)中。整流电路2为全波整流电路，该整流电路2由半导体开关元件2a的桥接电路等构成。整流电路2也可为半波整流电路。
[0030] 如果充电对象设备3为具有可充电的电池4的设备，则也可为任意的设备，比如为电动车、智能手机、个人计算机、DIY电动工具、充电式干电池的充电用插座等。
[0031] 上述功率因数改善机构15由功率因数改善电路等构成。功率因数改善电路为使电源的功率因数(power factor)接近1的电路，其多称为PFC(功率因数校正，Power Factor Correction)电路。另外，对于功率因数，如果通过以φ表示交流电的电压和电流的相位差，则其通过功率因数＝cosφ而求出。功率因数改善机构15采用比如回描行方式的功率因数改善电路。功率因数改善机构15在这里，具体来说进行上述功率因数的改善处理，对像图2那样而输入的脉动电流a的电流波形进行矩形化处理，使各波峰之间的幅度变窄，形成上述功率因数改善脉动电流b。
[0032] 图4表示功率因数改善机构15的电路例子。简单来说，如果切换元件21打开，则电流流到变压器22的初级侧，积蓄能量。如果切换元件21关闭，则已积蓄的能量从变压器22的次级侧，通过二极管23而输出。
[0033] 在图1中，输出电路6可为将从上述功率因数改善机构15而输出的功率因数改善脉动电流施加给上述输出端子5的结构。在图示的例子中，于整流电路2的后级设置电流限制用的电阻9，并且按照与正负的输出端子5、5并联的方式连接用于不使电池的直流电压通过的电容器10。另外，还可在输出电路6中的输出端子5的这一侧，设置逆流防止用的二极管(在图中未示出)。
[0034] 充电程度检测机构7在本例子中，由连接于输出电路6的正负的端子5、5之间的通过电压计形成的电压检测部7a与判断部7b构成。判断部7b为下述机构，该机构在通过电压检测部7a而检测的上述端子电压的变动幅度小于等于设定变动幅度时，判定充电完成。上述设定变动幅度可为满充电时的波动电压的波动幅度，但是也可不一定为与满充电相对应的值，而为可剩余充电的量具有富裕的值。比如，在电动汽车的电池中，通过使可剩余充电的量具有富裕，获得再生制动的充电的余地。上述设定变动幅度对应于充电对象的电池4的种类等而设定，但是也可按照与多种的电池4相对应的方式通过模式开关(在图中未示出)而进行切换。
[0035] 具体来说，电压检测部7a为由比如运算放大器、滤波器与逻辑电路等构成的数字电压计，监视而检测上述端子电压，以给予的信号形式而输出该已检测的电压值。另外，判断部7b采用通过软件或硬件而实现的LUT(查询表，Look Up Table)、或接纳于软件的数据库(Library)中的规定的变换函数或比较函数、与其等效的硬件等，由接收上述端子电压的波动幅度、与上述设定波动幅度的输入，可输出作为上述端子电压的波动幅度与上述设定波动幅度的比较结果的标志，即上述充电完成的判断信号的硬件电路或软件函数构成。另外，软件存储于ROM(只读存储器，Read Only Memory)中，处理器进行读取、处理和运行，驱动比如送到外部的电信号。
[0036] 充电停止机构11为在充电程度检测机构判定充电完成时，停止充电的机构，其比如通过打开设置于输出电路6上的开闭开关12而停止充电。开闭开关12也可为半导体开关元件，还可为继电器等的有触点的开关。充电停止机构11为下述硬件电路，该硬件电路包括接收比如充电程度检测机构7的充电完成的判断信号的输入，输出使开闭开关12开闭的信号的驱动电路。
[0037] 充电程度通报机构13为让人们知晓通过充电程度检测机构7而检测的充电的程度的机构，由比如液晶面板或通报灯等构成。充电程度通报机构13既可为通过灯的开(on)、关(off)、亮灭等而分阶段地让人们知晓充电的程度的结构，还可为百分比表示、指针、图表等显示于液晶画面这样的屏幕中的结构。
[0038] 按照上述结构的充电装置，通过整流电路2而进行全波整流的脉动电流a为通过功率因数改善机构15而改善功率因数，电流波形像图2那样进行矩形化处理的脉动电流b。输出电路6通过在功率因数改善后没有进行平滑处理的脉动电流b而充电。
[0039] 根据图2而进行说明，对于通过整流电路2而进行全波整流的脉动电流a，像该图左列上层所示的那样，电压波形为正弦波状，像左列中层所示的那样，电流波形为幅度窄的脉冲状，各脉冲之间的间隔较大。在电流波形的电流值为零的期间，电力也为零。由此，像左列下层所示的那样，电力波形与电流波形相同，为幅度窄的脉冲状，如果原样地用于充电，则充电效率差。但是，在本实施方式中，通过功率因数改善机构15，像该图右列所示的那样，对已输入的脉动电流a的电流波形进行矩形化处理，使波峰之间的幅度变窄。由此，改善功率因数，电力波形为幅度宽的矩形，电流波形的相邻的脉冲之间的幅度窄。由此，通过该功率因数改善后的脉动电流b而进行充电，在形成脉动电流的同时，可尽可能地以良好的效率，短时间地进行充电。
[0040] 虽然像上述那样进行功率因数改善，但是由于为脉动电流，故在电池4的端子电压中产生与作为充电电压的脉动电流b相对应的波动电压c。该波动电压c的波动幅度，即振幅与电池4的内部电阻r成比例。另外，电池4的内部电阻r伴随充电的进行而变小。由此，伴随充电的进行，波动电压c像通过符号“c’”而表示波形的那样而变小，通过充电程度检测机构7测定电池4的端子电压的波动幅度，由此可正确地检测电池4的充电的程度。
[0041] 通过充电程度检测机构7而检测的充电的程度通过充电程度通报机构13而分阶段地或通过百分比表示等而表示。如果通过充电程度检测机构7，波动电压c的变动幅度小于等于设定变动幅度，则充电程度检测机构7判定充电完成，对应于该判断，充电停止机构11打开开闭开关12，停止充电。
[0042] 在许多场合，智能手机等的许多的充电对象设备3在与充电装置连接的状态放置，但是通过设置上述充电停止机构11，不必要求特别是人的操作，可防止过充电，可避免电池4的寿命的降低。
[0043] 像这样，如果采用本结构的充电装置，由于在整流后，于没有进行平滑处理的脉动电流的状态下进行充电，故能正确地检测满充电等的充电状态，防止过充电，可避免电池的寿命的降低。另外，由于不是通过仅仅借助整流而输出的脉动电流，而是通过在此后进行了功率因数改善的脉动电流而进行充电，故可以良好的效率而充电，在短时间而进行充电，还可应对急速充电。
[0044] 图3表示本发明的另一实施方式。在本例子中，针对图1所示的第1实施方式，设置变换电压的电压变换电路14。电压变换电路14为由比如调节器、半导体元件等构成的硬件电路。在图示的例子中，电压变换电路14设置于整流电路2的后级，但是电压变换电路14也可设置于整流电路2的前级。其它的结构与第1实施方式相同。
[0045] 由于具有上述交流电源1的电压与电池4的电压很大不同的情况，故通过设置电压变换电路14，相对输入侧的整流电路2的输出电压，将连接电池4的输出侧的充电电压变换为适合于充电的电压，然后进行充电，由此能良好地进行充电。在该场合，由于在该充电装置中，通过脉动电流而进行充电，故最好施加给电池4的充电端子的充电电压以高于通过通常的经过平滑处理的直流而充电的场合的程度而设定。由此，可避免通过借助脉动电流而充电产生的直流的充电时间的延长。
[0046] 如上面所述，在参照附图的同时，对优选的实施形式进行了说明，但是，如果是本领域的技术人员，在阅读本说明书后，会在显然的范围内容易想到各种变更和修正方式。于是，这样的变更和修正方式应被解释为属于根据权利要求书确定的本发明的范围内的方式。
[0047] 标号的说明：
[0048] 标号1表示交流电源；
[0049] 标号2表示整流电路；
[0050] 标号3表示充电对象设备；
[0051] 标号4表示电池；
[0052] 标号5表示输出端子；
[0053] 标号6表示输出电路；
[0054] 标号7表示充电程度检测机构；
[0055] 标号11表示充电停止机构；
[0056] 标号13表示充电程度通报机构；
[0057] 标号14表示电压变换电路；
[0058] 标号15表示功率因数改善机构。
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