JP2007221872A - 二次電池の充電回路、二次電池の充電回路における電源切換方法及び電源装置 - Google Patents

二次電池の充電回路、二次電池の充電回路における電源切換方法及び電源装置 Download PDF

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Abstract

【課題】燃料電池や太陽電池等の電圧の低い直流電源を主電源とした場合でも、二次電池への充電制御が可能であり、いかなる状況でも、負荷である機器を使用可能な状態に維持し、エネルギーが有限な直流電源からの電力供給を最小限にして高効率化を図ることができる、一次電源とする二次電池の充電回路、該充電回路における電源切換方法及び二次電池の充電回路を有する電源装置を得る。
【解決手段】電源切換回路部12によって、燃料電池や太陽電池等の第1直流電源2で発電することにより生成された第1電圧V1、ACアダプタ等の第2直流電源3で外部から供給された電源を基にして生成された第2電圧V2、及び二次電池4の電圧である二次電池電圧Vbの各電圧値の検出を行い、最も大きい電圧値の電圧を充電回路部11に電源として出力し、充電回路部11は、電源切換回路部12から入力された電圧を電源にして作動するようにした。
【選択図】図1

Description

本発明は、携帯電話やノートパソコン等の小型携帯電子機器に使用する二次電池の充電回路、二次電池の充電回路における電源切換方法及び電源装置に関し、特に、燃料電池や太陽電池等の電圧の低い直流電源を一次電源として使用し、該直流電源から出力される電圧を昇圧して二次電池の充電を行う二次電池の充電回路、二次電池の充電回路における電源切換方法及び電源装置に関する。
近年、地球環境とエネルギーに対する関心が高まっており、このような状況の下で、携帯機器の電源として環境負荷の低い燃料電池や太陽電池を採用するようになってきている。また、特に携帯電話においては、地上波デジタル放送の導入や次世代通信規格の導入により、これまで以上に機器の消費電力が増化する傾向にあり、携帯電話の待ち受け時間が短くなることが容易に予測することができる。更に、ノートパソコンにおいても連続動作時間の延長が望まれており、機器の低消費電力化と同時にエネルギー密度の高い電池の採用が必要になってきている。
太陽電池や燃料電池は、リチウムイオン電池と比較するとエネルギー密度は高いが、1セルあたりの発電電圧は一般的に0.3V〜1.23Vと低く、このような低い電圧で負荷を駆動することはできなかった。更に、太陽電池や燃料電池は、出力密度が非常に低いため、発電電圧を昇圧回路で昇圧し、負荷と並列に接続された出力密度の高い二次電池に蓄電して、該二次電池から負荷に電力を供給する、いわゆるハイブリッド構成がとられていた。しかし、このような低い電圧で昇圧回路とその制御回路を駆動することは非常に難しかった。
そこで、昇圧コンバータの制御回路を駆動する電圧の供給手段として蓄電手段を備え、昇圧コンバータを起動するときに該蓄電手段の電力を制御回路に供給し、起動後は昇圧コンバータの出力で制御回路を駆動し、スイッチと逆流防止手段を用いて前記蓄電手段を負荷及び制御回路と切り離すことで、電圧の低い直流電源を主電源として負荷を駆動することができ、蓄電手段の容量を小さくできるという、発電電圧が昇圧回路の起動電圧よりも低い場合でも負荷を駆動することを可能にする技術があった(例えば、特許文献1参照。)。
特開2004−147409号公報
しかし、前記のような技術を使用した場合、主電源の出力電圧がない状態で携帯機器を長時間放置しておくと、逆流防止手段やスイッチの微小な漏れ電流、又は蓄電手段の自然放電によって、蓄電手段の電圧が制御回路を起動できない電圧まで低下する可能性があった。このような状態になると、昇圧コンバータを起動することができなくなり、主電源から負荷への電力供給もできないため、永久に機器を使用することができなくなるという問題があった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、充電回路の駆動電圧よりも低い電圧の直流電源を主電源とした場合でも、二次電池への充電制御が可能であり、いかなる状況においても負荷である機器を使用可能な状態に維持し、エネルギーが有限な直流電源からの電力供給を最小限にして高効率化を図ることができる、燃料電池や太陽電池等の電圧の低い直流電源を一次電源とする二次電池の充電回路、該充電回路における電源切換方法及び二次電池の充電回路を有する電源装置を得ることを目的とする。
この発明に係る二次電池の充電回路は、燃料電池や太陽電池といったような発電した第1電圧を出力する第1直流電源を電源にして二次電池の充電を行う二次電池の充電回路において、
前記第1直流電源から供給された第1電圧を用いて前記二次電池の充電を行う充電回路部と、
前記第1直流電源からの第1電圧、前記二次電池の電圧、及び外部から供給された電源を基にして生成された第2電圧がそれぞれ入力され、該入力された各電圧の内、最も大きい電圧を前記充電回路部に電源として供給する電源切換回路部と、
を備えるものである。
具体的には、前記電源切換回路部は、
前記第1電圧の電圧検出を行い、該検出結果を示す信号を生成して出力する第1電圧検出回路と、
前記第2電圧の電圧検出を行い、該検出結果を示す信号を生成して出力する第2電圧検出回路と、
前記二次電池の電圧検出を行い、該検出結果を示す信号を生成して出力する二次電池電圧検出回路と、
入力された制御信号に応じて、前記第1電圧、前記二次電池の電圧又は前記第2電圧のいずれか1つを選択して前記充電回路部に電源として供給する切換スイッチと、
前記第1電圧検出回路、第2電圧検出回路及び二次電池電圧検出回路から入力された各信号に応じて前記切換スイッチの切換制御を行う電源切換制御回路と、
を備え、
前記電源切換制御回路は、前記第1電圧検出回路からの信号より前記第1電圧を、前記第2電圧検出回路からの信号より前記第2電圧を、前記二次電池電圧検出回路からの信号より前記二次電池の電圧をそれぞれ検出し、前記第1電圧、前記二次電池の電圧及び前記第2電圧の内、最も大きい電圧を選択し、前記切換スイッチに対して、該選択した電圧を前記充電回路部に出力させるようにした。
また、この発明に係る二次電池の充電回路は、燃料電池や太陽電池といったような発電した第1電圧を出力する第1直流電源を電源にして二次電池の充電を行う二次電池の充電回路において、
前記第1直流電源から供給された第1電圧を用いて前記二次電池の充電を行う充電回路部と、
前記第1電圧を所定の昇圧比で昇圧して第3電圧を生成し出力する昇圧回路部と、
前記第1直流電源からの第1電圧、前記二次電池の電圧、及び該昇圧回路部からの第3電圧がそれぞれ入力され、該入力された各電圧の内、最も大きい電圧を前記充電回路部に電源として供給する電源切換回路部と、
を備えるものである。
具体的には、前記電源切換回路部は、
前記第1電圧の電圧検出を行い、該検出結果を示す信号を生成して出力する第1電圧検出回路と、
前記二次電池の電圧検出を行い、該検出結果を示す信号を生成して出力する二次電池電圧検出回路と、
入力された制御信号に応じて、前記第1電圧、前記二次電池の電圧又は前記第3電圧のいずれか1つを選択して前記充電回路部に電源として供給する切換スイッチと、
前記第1電圧検出回路及び二次電池電圧検出回路から入力された各信号に応じて前記切換スイッチの切換制御を行う電源切換制御回路と、
を備え、
前記電源切換制御回路は、前記第1電圧検出回路からの信号より前記第1電圧及び第3電圧をそれぞれ検出すると共に、二次電池電圧検出回路からの信号より前記二次電池の電圧を検出し、前記第1電圧、前記二次電池の電圧及び前記第3電圧の内、最も大きい電圧を選択し、前記切換スイッチに対して、該選択した電圧を前記充電回路部に出力させるようにした。
また、この発明に係る二次電池の充電回路は、燃料電池や太陽電池といったような発電した第1電圧を出力する第1直流電源を電源にして二次電池の充電を行う二次電池の充電回路において、
前記第1直流電源から供給された第1電圧を用いて前記二次電池の充電を行う充電回路部と、
前記第1電圧を所定の昇圧比で昇圧して第3電圧を生成し出力する昇圧回路部と、
前記第1直流電源からの第1電圧、前記二次電池の電圧、外部から供給された電源を基にして生成された第2電圧、及び前記昇圧回路部からの第3電圧がそれぞれ入力され、該入力された各電圧の内、最も大きい電圧を前記充電回路部に電源として供給する電源切換回路部と、
を備えるものである。
具体的には、前記電源切換回路部は、
前記第1電圧の電圧検出を行い、該検出結果を示す信号を生成して出力する第1電圧検出回路と、
前記第2電圧の電圧検出を行い、該検出結果を示す信号を生成して出力する第2電圧検出回路と、
前記二次電池の電圧検出を行い、該検出結果を示す信号を生成して出力する二次電池電圧検出回路と、
入力された制御信号に応じて、前記第1電圧、前記二次電池の電圧、前記第2電圧又は前記第3電圧のいずれか1つを選択して前記充電回路部に電源として供給する切換スイッチと、
前記第1電圧検出回路、第2電圧検出回路及び二次電池電圧検出回路から入力された各信号に応じて前記切換スイッチの切換制御を行う電源切換制御回路と、
を備え、
前記電源切換制御回路は、前記第1電圧検出回路からの信号より前記第1電圧及び第3電圧を、前記第2電圧検出回路からの信号より前記第2電圧を、二次電池電圧検出回路からの信号より前記二次電池の電圧をそれぞれ検出し、前記第1電圧、第2電圧、前記二次電池の電圧及び前記第3電圧の内、最も大きい電圧を選択し、前記切換スイッチに対して、該選択した電圧を前記充電回路部に出力させるようにした。
また、前記充電回路部は、前記第1電圧を昇圧し該昇圧した電圧を電源にし、前記二次電池に対して、定電流充電又は定電圧充電を行うようにした。
また、前記充電回路部は、
一端に前記第1電圧が入力されたインダクタと、
該インダクタの他端と接地電圧との間に接続され、制御電極に入力された制御信号に応じてスイッチングするスイッチング素子と、
前記インダクタの他端に接続され、制御電極に入力された制御信号に応じて前記スイッチング素子と相反するスイッチングを行い、前記二次電池への充電電流供給制御を行う同期整流用スイッチング素子と、
前記二次電池に供給される充電電流の検出を行い、該検出した電流値を示す信号を生成して出力する電流検出回路部と、
前記二次電池の電圧と該電流検出回路部からの信号に応じて、前記スイッチング素子及び該同期整流用スイッチング素子の動作制御を行う制御回路部と、
を備えるようにした。
また、前記制御回路部は、
所定の基準電圧を生成して出力する基準電圧源回路部と、
所定の基準電流を生成して出力する基準電流源回路部と、
前記二次電池の電圧に比例した電圧が前記基準電圧になるように前記スイッチング素子及び同期整流用スイッチング素子のスイッチング制御を行い、前記二次電池に対して定電圧充電を行う充電電圧制御回路部と、
前記電流検出回路部で検出された電流が前記基準電流になるように前記スイッチング素子及び同期整流用スイッチング素子のスイッチング制御を行い、前記二次電池に対して定電流充電を行う充電電流制御回路部と、
所定のシーケンスに従って、前記充電電圧制御回路部又は該充電電流制御回路部のいずれか一方を使用して前記二次電池の充電を行わせるように、前記充電電圧制御回路部及び充電電流制御回路部の動作制御をそれぞれ行う充電動作選択回路部と、
を備えるようにした。
また、前記電流検出回路部は、
前記二次電池への充電電流を電圧に変換する抵抗と、
該抵抗の両端電圧から該充電電流の電流値を示す信号を生成して出力する電流検出回路部と、
を備え、
前記昇圧回路部、スイッチング素子、同期整流用スイッチング素子、電流検出回路部、制御回路部及び電源切換回路部は、1つのICに集積されるようにした。
また、この発明に係る二次電池の充電回路は、燃料電池や太陽電池といったような発電した第1電圧を出力する第1直流電源を電源にして二次電池の充電を行う二次電池の充電回路において、
前記第1直流電源から供給された第1電圧を用いて前記二次電池の充電を行う充電回路部と、
前記第1直流電源からの第1電圧、及び前記二次電池の電圧がそれぞれ入力され、該入力された各電圧の内、最も大きい電圧を前記充電回路部に電源として供給する電源切換回路部と、
を備えるものである。
具体的には、前記電源切換回路部は、
前記第1電圧の電圧検出を行い、該検出結果を示す信号を生成して出力する第1電圧検出回路と、
前記二次電池の電圧検出を行い、該検出結果を示す信号を生成して出力する二次電池電圧検出回路と、
入力された制御信号に応じて、前記第1電圧又は前記二次電池の電圧のいずれか1つを選択して前記充電回路部に電源として供給する切換スイッチと、
前記第1電圧検出回路及び二次電池電圧検出回路から入力された各信号に応じて前記切換スイッチの切換制御を行う電源切換制御回路と、
を備え、
前記電源切換制御回路は、前記第1電圧検出回路からの信号より前記第1電圧を、前記二次電池電圧検出回路からの信号より前記二次電池の電圧をそれぞれ検出し、前記第1電圧及び前記二次電池の電圧の内、最も大きい電圧を選択し、前記切換スイッチに対して、該選択した電圧を前記充電回路部に出力させるようにした。
また、前記充電回路部は、前記第1電圧を昇圧し該昇圧した電圧を電源にし、前記二次電池に対して、定電流充電又は定電圧充電を行うようにした。
また、前記充電回路部は、
一端に前記第1電圧が入力されたインダクタと、
該インダクタの他端と接地電圧との間に接続され、制御電極に入力された制御信号に応じてスイッチングするスイッチング素子と、
前記インダクタの他端に接続され、制御電極に入力された制御信号に応じて前記スイッチング素子と相反するスイッチングを行い、前記二次電池への充電電流供給制御を行う同期整流用スイッチング素子と、
前記二次電池に供給される充電電流の検出を行い、該検出した電流値を示す信号を生成して出力する電流検出回路部と、
前記二次電池の電圧と該電流検出回路部からの信号に応じて、前記スイッチング素子及び該同期整流用スイッチング素子の動作制御を行う制御回路部と、
を備えるようにした。
また、前記制御回路部は、
所定の基準電圧を生成して出力する基準電圧源回路部と、
所定の基準電流を生成して出力する基準電流源回路部と、
前記二次電池の電圧に比例した電圧が前記基準電圧になるように前記スイッチング素子及び同期整流用スイッチング素子のスイッチング制御を行い、前記二次電池に対して定電圧充電を行う充電電圧制御回路部と、
前記電流検出回路部で検出された電流が前記基準電流になるように前記スイッチング素子及び同期整流用スイッチング素子のスイッチング制御を行い、前記二次電池に対して定電流充電を行う充電電流制御回路部と、
所定のシーケンスに従って、前記充電電圧制御回路部又は該充電電流制御回路部のいずれか一方を使用して前記二次電池の充電を行わせるように、前記充電電圧制御回路部及び充電電流制御回路部の動作制御をそれぞれ行う充電動作選択回路部と、
を備えるようにした。
また、前記電流検出回路部は、
前記二次電池への充電電流を電圧に変換する抵抗と、
該抵抗の両端電圧から該充電電流の電流値を示す信号を生成して出力する電流検出回路部と、
を備え、
前記スイッチング素子、同期整流用スイッチング素子、電流検出回路部、制御回路部及び電源切換回路部は、1つのICに集積されるようにした。
具体的には、前記切換スイッチは、少なくともスイッチ素子と、逆流を防止するダイオードとを有するようにした。
具体的には、前記二次電池は、リチウムイオン電池又は電気二重層コンデンサであるようにした。
また、この発明に係る二次電池の充電回路における電源切換方法は、燃料電池や太陽電池といったような発電した電圧を出力する第1直流電源から供給された第1電圧を用いて二次電池の充電を行う二次電池の充電回路における電源切換方法において、
前記第1直流電源からの第1電圧、前記二次電池の電圧、及び外部から供給された電源を基にして生成された第2電圧の内、最も大きい電圧を前記充電回路に電源として供給するようにした。
また、この発明に係る二次電池の充電回路における電源切換方法は、燃料電池や太陽電池といったような発電した電圧を出力する第1直流電源から供給された第1電圧を用いて二次電池の充電を行う二次電池の充電回路における電源切換方法において、
前記第1直流電源からの第1電圧、前記二次電池の電圧、及び該第1電圧を昇圧した第3電圧の内、最も電圧の大きい電圧を前記充電回路に電源として供給するようにした。
また、この発明に係る二次電池の充電回路における電源切換方法は、燃料電池や太陽電池といったような発電した電圧を出力する第1直流電源から供給された第1電圧を用いて二次電池の充電を行う二次電池の充電回路における電源切換方法において、
前記第1直流電源からの第1電圧、前記二次電池の電圧、外部から供給された電源を基にして生成された第2電圧、及び該第1電圧を昇圧した第3電圧の内、最も大きい電圧を前記充電回路に電源として供給するようにした。
また、この発明に係る二次電池の充電回路における電源切換方法は、燃料電池や太陽電池といったような発電した電圧を出力する第1直流電源から供給された第1電圧を用いて二次電池の充電を行う二次電池の充電回路における電源切換方法において、
前記第1直流電源からの第1電圧及び前記二次電池の電圧の内、最も大きい電圧を前記充電回路に電源として供給するようにした。
また、この発明に係る電源装置は、二次電池の充電を行うと共に、該二次電池の電圧を負荷に供給する電源装置において、
燃料電池や太陽電池といったような発電した第1電圧を出力する第1直流電源と、
該第1直流電源を電源にして前記二次電池の充電を行う充電回路と、
外部から供給された電源を基にして第2電圧を生成し出力する第2直流電源と、
を備え、
前記充電回路は、
前記第1直流電源から供給された第1電圧を用いて前記二次電池の充電を行う充電回路部と、
前記第1直流電源からの第1電圧、前記二次電池の電圧、及び前記第2直流電源からの第2電圧がそれぞれ入力され、該入力された各電圧の内、最も大きい電圧を前記充電回路部に電源として供給する電源切換回路部と、
を有するものである。
また、この発明に係る電源装置は、二次電池の充電を行うと共に、該二次電池の電圧を負荷に供給する電源装置において、
燃料電池や太陽電池といったような発電した第1電圧を出力する第1直流電源と、
該第1直流電源を電源にして前記二次電池の充電を行う充電回路と、
を備え、
前記充電回路は、
前記第1直流電源から供給された第1電圧を用いて前記二次電池の充電を行う充電回路部と、
前記第1電圧を所定の昇圧比で昇圧した第3電圧を生成して出力する昇圧回路部と、
前記第1直流電源からの第1電圧、前記二次電池の電圧、及び該昇圧回路部からの第3電圧がそれぞれ入力され、該入力された各電圧の内、最も大きい電圧を前記充電回路部に電源として供給する電源切換回路部と、
を有するものである。
また、この発明に係る電源装置は、二次電池の充電を行うと共に、該二次電池の電圧を負荷に供給する電源装置において、
燃料電池や太陽電池といったような発電した第1電圧を出力する第1直流電源と、
該第1直流電源を電源にして前記二次電池の充電を行う充電回路と、
外部から供給された電源を基にして第2電圧を生成し出力する第2直流電源と、
を備え、
前記充電回路は、
前記第1直流電源から供給された第1電圧を用いて前記二次電池の充電を行う充電回路部と、
前記第1電圧を所定の昇圧比で昇圧した第3電圧を生成して出力する昇圧回路部と、
前記第1直流電源からの第1電圧、前記二次電池の電圧、外部から供給された電源を基にして生成された第2電圧、及び前記昇圧回路部からの第3電圧がそれぞれ入力され、該入力された各電圧の内、最も大きい電圧を前記充電回路部に電源として供給する電源切換回路部と、
を有するものである。
また、この発明に係る電源装置は、二次電池の充電を行うと共に、該二次電池の電圧を負荷に供給する電源装置において、
燃料電池や太陽電池といったような発電した第1電圧を出力する第1直流電源と、
該第1直流電源を電源にして前記二次電池の充電を行う充電回路と、
を備え、
前記充電回路は、
前記第1直流電源から供給された第1電圧を用いて前記二次電池の充電を行う充電回路部と、
前記第1直流電源からの第1電圧及び前記二次電池の電圧がそれぞれ入力され、該入力された各電圧の内、最も大きい電圧を前記充電回路部に電源として供給する電源切換回路部と、
を有するものである。
本発明の二次電池の充電回路、二次電池の充電回路における電源切換方法及び電源装置によれば、前記第1直流電源からの第1電圧、前記二次電池の電圧、及び外部から供給された電源を基にして生成された第2電圧がそれぞれ入力され、該入力された各電圧の内、最も大きい電圧を、二次電池の充電を行う回路の電源にするようにした。このことから、燃料電池や太陽電池といった充電回路の駆動電圧よりも低い電圧の直流電源を主電源とした場合でも、二次電池への充電制御が可能であり、いかなる状況においても負荷である機器を使用可能な状態に維持し、エネルギーが有限な直流電源からの電力供給を最小限にして高効率化を図ることができる。
また、本発明の二次電池の充電回路、二次電池の充電回路における電源切換方法及び電源装置によれば、前記第1直流電源からの第1電圧、前記二次電池の電圧、及び該第1電圧を昇圧した第3電圧がそれぞれ入力され、該入力された各電圧の内、最も大きい電圧を、二次電池の充電を行う回路の電源にするようにした。このことから、前記と同様の効果を得ることができる。
また、本発明の二次電池の充電回路、二次電池の充電回路における電源切換方法及び電源装置によれば、前記第1直流電源からの第1電圧、前記二次電池の電圧、外部から供給された電源を基にして生成された第2電圧、及び前記第1電圧を昇圧した第3電圧がそれぞれ入力され、該入力された各電圧の内、最も大きい電圧を、二次電池の充電を行う回路の電源にするようにした。このことから、前記と同様の効果を得ることができる。
また、本発明の二次電池の充電回路、二次電池の充電回路における電源切換方法及び電源装置によれば、前記第1直流電源からの第1電圧、及び前記二次電池の電圧がそれぞれ入力され、該入力された各電圧の内、最も大きい電圧を、二次電池の充電を行う回路の電源にするようにした。このことから、前記と同様の効果を得ることができる。
次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
第1の実施の形態.
図1は、本発明の第1の実施の形態における二次電池の充電回路を有する電源装置の構成例を示したブロック図である。
図1において、電源装置1は、発電した第1電圧V1を出力する燃料電池や太陽電池からなる第1直流電源2と、ACアダプタ等のように外部から供給された電源を基にして所定の第2電圧V2を生成し出力する第2直流電源3と、リチウムイオン電池からなる二次電池4と、第1直流電源2からの第1電圧V1を昇圧した電圧で二次電池4の充電を行う充電回路5とを備えている。
充電回路5は、第1直流電源2から出力された第1電圧V1を昇圧した電圧で二次電池4の充電を行う充電回路部11と、第1電圧V1、第2電圧V2及び二次電池4の電池電圧である二次電池電圧Vbをそれぞれ検出し、前記第1電圧V1、第2電圧V2又は二次電池電圧Vbのいずれか1つを選択して充電回路部11の電源として供給する電源切換回路部12とを備えている。電源切換回路部12は、第1直流電源2、第2直流電源3及び二次電池4からそれぞれ電圧が入力されており、該入力された第1電圧V1、第2電圧V2及び二次電池電圧Vbの各電圧値の検出を行い、最も大きい電圧値の電圧を充電回路部11に電源として出力する。充電回路部11は、電源切換回路部12から入力された電圧を電源にして作動する。
このような構成において、主電源である第1直流電源2に燃料電池を、二次電池4にリチウムイオン電池をそれぞれ使用した場合を例にして説明する。
第2直流電源3から第2電圧V2が入力されている場合、通常は、該第2電圧V2の電圧値が最も大きく、電源切換回路部12は、該第2電圧V2を充電回路部11に電源として出力する。一方、何らかの原因で、第2直流電源3から第2電圧V2が、燃料電池2からの第1電圧V1及び二次電池電圧Vbよりも小さい場合は、入力されている第1電圧V1又は二次電池電圧Vbの内、電圧値の大きい方の電圧を充電回路部11に電源として出力する。充電されたリチウムイオン電池4の二次電池電圧Vbは一般的にその放電特性によると3.2Vから4.4Vの間にあり、通常は、第1電圧V1よりも二次電池電圧Vbが大きく、電源切換回路部12は、二次電池電圧Vbを充電回路部11に電源として供給する。
次に、図2は、図1の充電回路部11及び電源切換回路部12の内部構成例を示した図である。
図2において、充電回路部11は、インダクタL1、コンデンサC1、抵抗R1,R2及び充電制御回路13で構成され、充電制御回路13は、燃料電池2からの第1電圧V1の出力制御を行うためのスイッチング動作を行うNMOSトランジスタからなるスイッチング素子M1と、PMOSトランジスタからなる同期整流用スイッチング素子M2とを備えている。更に、充電制御回路13は、充電電流検出用の抵抗R1の両端電圧からリチウムイオン電池4への充電電流の検出を行い、該検出した電流値を示す信号Siを生成して出力する電流検出回路21と、該電流検出回路21からの信号Si及び二次電池電圧Vbに応じてスイッチング素子M1及び同期整流用スイッチング素子M2のスイッチング制御を行う制御回路22とを備えている。
また、電源切換回路部12は、燃料電池2からの第1電圧V1の電圧検出を行い該検出結果を示した信号S1を生成して出力する第1電圧検出回路31と、リチウムイオン電池4の電圧検出を行い該検出結果を示した信号Sbを生成して出力する二次電池電圧検出回路33と、入力された制御信号に応じて第1電圧V1、第2電圧V2又は二次電池電圧Vbのいずれか1つを排他的に出力する切換スイッチ34と、該切換スイッチ34に対して、第1電圧検出回路31、第2電圧検出回路32及び二次電池電圧検出回路33から入力された各信号から、第1電圧V1、第2電圧V2及び二次電池電圧Vbの内、最も電圧値の大きい電圧を、制御回路22を含む充電回路部11を構成する素子の一部又はすべてに出力させる電源切換制御回路35とを備えている。電源切換回路部12及び充電制御回路13は1つのICに集積され、該ICは端子T1〜T6を備えている。
第1電圧V1は、端子T1を介して、切換スイッチ34の端子b及び第1電圧検出回路31にそれぞれ入力されている。端子T1と端子T2との間にはインダクタL1が外付けされており、端子T3と接地電圧との間には、抵抗R2及びコンデンサC1の直列回路が外付けされている。端子T2と接地電圧との間にはスイッチング素子M1が接続され、端子T2と端子T3との間には同期整流用スイッチング素子M2が接続されている。スイッチング素子M1及び同期整流用スイッチング素子M2のゲートは、それぞれ制御回路22に接続され、スイッチング素子M1及び同期整流用スイッチング素子M2は、制御回路22によってスイッチング制御される。
端子T3と端子T4は外部で接続されており、端子T4と端子T5との間には抵抗R1が接続され、端子T4及びT5は電流検出回路21にそれぞれ接続されている。また、二次電池電圧Vbは、端子T5を介して、制御回路22、切換スイッチ34の端子c及び二次電池電圧検出回路33にそれぞれ入力され、負荷10は、端子T5に接続されて電源が供給されている。制御回路22は、切換スイッチ34の共通端子comに接続され、該共通端子comから電源供給を受けている。切換スイッチ34は、電源切換制御回路35からの制御信号Scによって切換制御が行われる。第2電圧V2は、端子T6を介して、切換スイッチ34の端子a及び第2電圧検出回路32にそれぞれ入力されている。
このような構成において、制御回路22は、リチウムイオン電池4に対して定電流充電又は定電圧充電のいずれかを行い、定電流充電を行う場合は、電流検出回路21から入力された信号Siからリチウムイオン電池4への充電電流を検出し、該検出した充電電流が所定値で一定になるように、スイッチング素子M1に対してPWM制御又はPFM制御を行ってスイッチングさせる。同時に、制御回路22は、同期整流用スイッチング素子M2に対してスイッチング素子M1と相反するスイッチング動作を行わせる。スイッチング素子M1がオンして導通状態になると共に同期整流用スイッチング素子M2がオフして遮断状態になると、インダクタL1にエネルギーが蓄えられる。
この後、スイッチング素子M1がオフして遮断状態になると共に同期整流用スイッチング素子M2がオンして導通状態になると、インダクタL1に蓄えられた該エネルギーが第1電圧V1に加算されて端子T3に出力され、更に抵抗R2及びコンデンサC1で平滑されて第1電圧V1を昇圧しリチウムイオン電池4に供給される。
図3は、制御回路22の内部構成例を示した概略のブロック図である。
図3において、制御回路22は、リチウムイオン電池4に対して定電流充電を行うようにスイッチング素子M1及び同期整流用スイッチング素子M2のスイッチング制御を行う充電電流制御回路部41と、リチウムイオン電池4に対して定電圧充電を行うようにスイッチング素子M1及び同期整流用スイッチング素子M2のスイッチング制御を行う充電電圧制御回路部42とを備えている。また、制御回路22は、所定の充電制御フローに沿うように充電電流制御回路部41及び充電電圧制御回路部42の動作制御を行うデジタル制御回路部43と、充電電流制御回路部41及び充電電圧制御回路部42に所定の基準電圧を供給する基準電圧源回路部44と、充電電流制御回路部41及び充電電圧制御回路部42に所定の基準電流を供給する基準電流源回路部45とを備えている。
デジタル制御回路部43は、燃料電池2の第1電圧V1をモニタし、燃料電池2から電力が供給可能か否かの判定を行っており、例えば、燃料電池2からの電力供給が不可能と判定した場合は、充電電圧制御回路部42及び充電電流制御回路部43に対して、スイッチング素子M1及び同期整流用スイッチング素子M2を共にオフさせてリチウムイオン電池4に対する充電を停止させる。また、デジタル制御回路部43には、リチウムイオン電池4の温度検出を行う温度センサ等(図示せず)からの温度検出信号Stが入力されており、デジタル制御回路部43は、該温度検出信号Stからリチウムイオン電池4の温度が異常、例えば所定値以上になった場合、充電電圧制御回路部42及び充電電流制御回路部43に対して、スイッチング素子M1及び同期整流用スイッチング素子M2を共にオフさせてリチウムイオン電池4に対する充電を停止させるようにする。
次に、電源切換回路部12の動作について説明する。
電源切換制御回路35は、第1電圧検出回路31より入力された信号S1、第2電圧検出回路32から入力された信号S2及び二次電池電圧検出回路33から入力された信号Sbから、第1電圧V1、第2電圧V2及び二次電池電圧Vbの内、最も大きい電圧値の電圧を、制御回路22を含む充電回路部11を構成する素子の一部又はすべてに供給するように切換スイッチ34の切換制御を行う。例えば、第2電圧V2が最も大きい電圧値である場合、電源切換制御回路35は、切換スイッチ34に対して、共通端子comを端子aに接続させる。なお、切換スイッチ34は、スイッチ素子と共にダイオード素子を含み、異なる電源間の意図しない電流経路を遮断するようにし、また、MOSトランジスタで構成した場合は、ダイオードをMOSトランジスタの寄生ダイオードで代用するようにしてもよい。
このように、本第1の実施の形態における二次電池の充電回路は、電源切換回路部12によって、燃料電池や太陽電池といったように発電することによって第1直流電源2で生成された第1電圧V1、ACアダプタ等といったように外部から供給された電源を基にして第2直流電源3で生成された第2電圧V2、及び二次電池4の電圧である二次電池電圧Vbの各電圧値の検出を行い、最も大きい電圧値の電圧を充電回路部11に電源として出力し、充電回路部11は、電源切換回路部12から入力された電圧を電源にして作動するようにした。このことから、充電回路の駆動電圧よりも低い電圧の燃料電池や太陽電池といった直流電源を用いて二次電池の充電を行った場合でも、二次電池への充電制御が可能であり、いかなる状況においても負荷である機器を使用可能な状態に維持することができ、エネルギーが有限な直流電源からの電力供給を最小限にして高効率化を図ることができる。
第2の実施の形態.
前記第1の実施の形態では、ACアダプタ等といったように外部から供給された電源を基にして第2電圧V2を生成する第2直流電源を使用した場合を例にして説明したが、該第2直流電源の代わりに、第1直流電源からの第1電圧を昇圧して出力する昇圧回路を設けるようにしてもよく、このようにしたものを本発明の第2の実施の形態とする。
図4は、本発明の第2の実施の形態における二次電池の充電回路を有する電源装置の構成例を示したブロック図であり、図4では、図1と同じもの又は同様のものは同じ符号で示し、ここではその説明を省略すると共に図1との相違点のみ説明する。
図4における図1との相違点は、図1の第2直流電源3の代わりに昇圧回路7を設けたことにあり、これに伴って、図1の電源切換回路部12を電源切換回路部12aにし、図1の充電回路5を充電回路5aにし、図1の電源装置1を電源装置1aにした。
図4において、電源装置1aは、第1直流電源2と、該第1直流電源2から出力された第1電圧V1を昇圧して第3電圧V3を生成し出力する昇圧回路7と、二次電池4と、充電回路5aとを備えている。昇圧回路7は、キャパシタタイプの昇圧回路であり、低い入力電圧でも動作することができる。
充電回路5aは、充電回路部11と、前記第1電圧V1及び前記二次電池4の電圧である二次電池電圧Vbをそれぞれ検出し、前記第1電圧V1、第3電圧V3又は二次電池電圧Vbのいずれか1つを選択して充電回路部11の電源として供給する電源切換回路部12aとを備えている。
電源切換回路部12aは、記憶手段を用いる等して、あらかじめ昇圧回路7に設定された昇圧比が分かっており、第1電圧V1の電圧検出を行うことによって第3電圧V3の電圧検出を行うことができ、第3電圧V3の検出を行う回路が不要になり小型化を図ることができる。電源切換回路部12aは、第1直流電源2、昇圧回路7及び二次電池4からそれぞれ電圧が入力されており、第1電圧V1、第3電圧V3及び二次電池電圧Vbの内、最も大きい電圧値の電圧を充電回路部11に電源として出力する。充電回路部11は、電源切換回路部12aから入力された電圧を電源にして作動する。
このような構成において、主電源である第1直流電源2に燃料電池を、二次電池4にリチウムイオン電池をそれぞれ使用した場合を例にして説明する。
充電されたリチウムイオン電池4の電圧Vbは、一般的にその放電特性によると3.2Vから4.4Vの間にあり、充電回路部11を駆動するのに十分な電圧を供給することができるため、電源切換回路部12aはリチウムイオン電池4が最適であると判断し、リチウムイオン電池4が充電回路部11の電源として使用される。
次に、燃料電池2のエネルギーは有限であるため、燃料を補充しなければ出力電圧は低下していき、電力を供給することができない状態になる。仮に燃料を補充せずに燃料電池2がリチウムイオン電池4に電力を供給することができない状態になると、リチウムイオン電池4の電圧も低下していき、負荷10をなす機器を駆動することができない状態になる。
このような状態になると、該機器からユーザーに燃料が不足している情報が伝わり、燃料電池2への燃料の補給が行われる。このとき、燃料電池2は燃料が補給されて電力を供給することができる状態になるが、一方で、リチウムイオン電池4は、過放電状態にあり、充電回路部11を駆動するのに十分な電圧を供給することができない。このような状態では、電源切換回路部12aは、昇圧回路7が最適であると判断し、昇圧回路7が充電回路部11の電源として使用される。例えば、燃料電池2が、複数のセルを直列にスタック状に配列された構成をとっており、充電回路部11を駆動するのに十分な電圧を供給できる場合、電源切換回路部12aは、燃料電池2が最適であると判断し、燃料電池2を充電回路部11の電源として使用するようにしてもよい。
携帯機器の小型化を図るために燃料電池2をスタック状に配列できず、燃料電池2が、充電回路部11を駆動するために必要な電圧を供給することができない場合、電源切換回路部12aは、昇圧回路7が最適であると判断し、昇圧回路7が充電回路部11の電源として使用される。
なお、電源切換回路部12aは、昇圧回路7からの第3電圧V3を、前記したように、昇圧比と昇圧回路7の入力電圧である第1電圧V1とから予測することができるため、通常は、昇圧回路7の動作を停止して、電源切換回路部12aが昇圧回路7を選択した場合のみ昇圧回路7を作動させるようにすることで、電源装置1aの無効電力を大幅に低減させることができる。
次に、図5は、図4の充電回路部11及び電源切換回路部12aの内部構成例を示した図であり、図5では、図2と同じもの又は同様のものは同じ符号で示している。なお、図5における充電回路部11の構成及び動作は、図2の場合と同様であるのでその説明を省略する。
図5において、電源切換回路部12aは、燃料電池2からの第1電圧V1の電圧検出を行い該検出結果を示した信号S1を生成して出力する第1電圧検出回路31と、二次電池電圧Vbの検出を行い該検出結果を示した信号Sbを生成して出力する二次電池電圧検出回路33とを備えている。
更に、電源切換回路部12aは、入力された制御信号に応じて第1電圧V1、第3電圧V3又は二次電池電圧Vbのいずれか1つを排他的に出力する切換スイッチ34と、該切換スイッチ34に対して、第1電圧検出回路31及び二次電池電圧検出回路33から入力された各信号から、第1電圧V1、第3電圧V3及び二次電池電圧Vbの内、最も電圧値の大きい電圧を、制御回路22を含む充電回路部11を構成する素子の一部又はすべてに出力させる電源切換制御回路35とを備えている。昇圧回路7、充電回路部11におけるスイッチング素子M1、同期整流用スイッチング素子M2、電流検出回路21及び制御回路22、並びに電源切換回路部12aは1つのICに集積され、該ICは端子T1〜T5を備えている。
端子T3と端子T4は外部で接続されており、端子T4と端子T5との間には抵抗R1が接続され、端子T4及びT5は電流検出回路21にそれぞれ接続されている。また、二次電池電圧Vbは、端子T5を介して、制御回路22、切換スイッチ34の端子c及び二次電池電圧検出回路33にそれぞれ入力され、負荷10は、端子T5に接続されて電源が供給されている。制御回路22は、切換スイッチ34の共通端子comに接続され、該共通端子comから電源供給を受けている。切換スイッチ34は、電源切換制御回路35からの制御信号Scによって切換制御が行われる。昇圧回路7は、電源切換制御回路35からの制御信号Scに応じて駆動制御され、第3電圧V3は、切換スイッチ34の端子aに入力されている。
このような構成において、第1電圧検出回路31と二次電池電圧検出回路33により、それぞれ燃料電池2とリチウムイオン電池4の接続状態及び出力電圧を検出し該検出結果を示す信号S1及びSbが電源切換制御回路35にそれぞれ出力される。電源切換制御回路35は、該信号S1及びSbに応じて切換スイッチ回路34を切り換えることにより、制御回路22を含む充電回路部11を構成する素子の一部又はすべての電源を、切換スイッチ回路34を介して燃料電池2、リチウムイオン電池4又は昇圧回路7のいずれか最適な電源から電源供給が行われるようにする。
また、電源切換制御回路35は、切換スイッチ34に対して電源を昇圧回路7以外から供給させるようにしたときは、昇圧回路7の動作を停止させるようにする。
昇圧回路7は、入力電圧から出力電圧への昇圧比が任意に設定されており、入力電圧である燃料電池2の第1電圧V1を検出すれば、昇圧回路7からの第3電圧V3も前記昇圧比とから同時に検出することができる。このため、昇圧回路7の第3電圧V3を検出する回路は不要であるが、第3電圧V3を検出する回路を設けて、電源切換制御回路35を簡略化するようにしてもよい。
このように、本第2の実施の形態における二次電池の充電回路は、電源切換回路部12aによって、燃料電池や太陽電池といったように発電することにより第1直流電源2で生成された第1電圧V1、該第1電圧V1を昇圧回路7で昇圧して生成された第3電圧V3、及び二次電池4の電圧である二次電池電圧Vbの各電圧値の検出を行い、最も大きい電圧値の電圧を充電回路部11に電源として出力し、充電回路部11は、電源切換回路部12aから入力された電圧を電源にして作動するようにした。このことから、前記第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。更に、不要なときは昇圧回路7の動作を停止させるようにしたことから、燃料電池からの無効な電力消費を低減させることができ、機器の連続動作時間を大幅に向上させることができる。
第3の実施の形態.
前記第1の実施の形態の充電回路に前記第2の実施の形態の昇圧回路を備えるようにしてもよく、このようにしたものを本発明の第3の実施の形態とする。
図6は、本発明の第3の実施の形態における二次電池の充電回路を有する電源装置の構成例を示したブロック図であり、図6では、図1若しくは図4と同じもの又は同様のものは同じ符号で示し、ここではその説明を省略すると共に図1との相違点のみ説明する。
図6における図1との相違点は、図1の電源装置1に図4の昇圧回路7を設けたことにあり、これに伴って、図1の電源切換回路部12を電源切換回路部12bにし、図1の電源装置1を電源装置1bにした。
図6において、電源装置1bは、第1直流電源2と、第2直流電源3と、二次電池4と、充電回路5bと、昇圧回路7とを備えている。
充電回路5bは、充電回路部11と、前記第1電圧V1、第2電圧V2、第3電圧V3及び二次電池電圧Vbをそれぞれ検出し、前記第1電圧V1、第2電圧V2、第3電圧V3又は二次電池電圧Vbのいずれか1つを選択して充電回路部11の電源として供給する電源切換回路部12bとを備えている。
電源切換回路部12bは、記憶手段を用いる等して、あらかじめ昇圧回路7に設定された昇圧比が分かっており、第1電圧V1の電圧検出を行うことによって第3電圧V3の電圧検出を行うことができ、第3電圧V3の検出を行う回路が不要になり小型化を図ることができる。電源切換回路部12bは、第1直流電源2、第2直流電源3、昇圧回路7及び二次電池4からそれぞれ電圧が入力されており、第1電圧V1、第2電圧V2、第3電圧V3及び二次電池電圧Vbの内、最も大きい電圧値の電圧を充電回路部11に電源として出力する。充電回路部11は、電源切換回路部12bから入力された電圧を電源にして作動する。
このような構成において、主電源である第1直流電源2に燃料電池を、二次電池4をリチウムイオン電池をそれぞれ使用した場合を例にして説明する。
第2直流電源3から第2電圧V2が入力されている場合、通常は、該第2電圧V2の電圧値が最も大きく、電源切換回路部12bは、該第2電圧V2を充電回路部11に電源として出力する。一方、何らかの原因で、第2直流電源3から第2電圧V2が、燃料電池2からの第1電圧V1及び二次電池電圧Vbよりも小さい場合は、入力されている第1電圧V1、第3電圧V3又は二次電池電圧Vbの内、電圧値の大きい方の電圧を充電回路部11に電源として出力する。
充電されたリチウムイオン電池4の電圧Vbは、一般的にその放電特性によると3.2Vから4.4Vの間にあり、充電回路部11を駆動するのに十分な電圧を供給することができるため、電源切換回路部12bはリチウムイオン電池4が最適であると判断し、リチウムイオン電池4が充電回路部11の電源として使用される。
次に、燃料電池2のエネルギーは有限であるため、燃料を補充しなければ出力電圧は低下していき、電力を供給することができない状態になる。仮に燃料を補充せずに燃料電池2がリチウムイオン電池4に電力を供給することができない状態になると、リチウムイオン電池4の電圧も低下していき、負荷10をなす機器を駆動することができない状態になる。
このような状態になると、該機器からユーザーに燃料が不足している情報が伝わり、燃料電池2への燃料の補給が行われる。このとき、燃料電池2は燃料が補給されて電力を供給することができる状態になるが、一方で、リチウムイオン電池4は、過放電状態にあり、充電回路部11を駆動するのに十分な電圧を供給することができない。このような状態では、電源切換回路部12bは、昇圧回路7が最適であると判断し、昇圧回路7が充電回路部11の電源として使用される。例えば、燃料電池2が、複数のセルを直列にスタック状に配列された構成をとっており、充電回路部11を駆動するのに十分な電圧を供給できる場合、電源切換回路部12bは、燃料電池2が最適であると判断し、燃料電池2を充電回路部11の電源として使用するようにしてもよい。
携帯機器の小型化を図るために燃料電池2をスタック状に配列できず、燃料電池2が、充電回路部11を駆動するために必要な電圧を供給することができない場合、電源切換回路部12bは、昇圧回路7が最適であると判断し、昇圧回路7が充電回路部11の電源として使用される。
なお、電源切換回路部12bは、昇圧回路7からの第3電圧V3は、前記したように、昇圧比と昇圧回路7の入力電圧である第1電圧V1とから予測することができるため、通常は、昇圧回路7の動作を停止して、電源切換回路部12bが昇圧回路7を選択した場合のみ昇圧回路7を作動させるようにすることで、電源装置1bの無効電力を大幅に低減させることができる。
次に、図7は、図6の充電回路部11及び電源切換回路部12bの内部構成例を示した図であり、図7では、図2若しくは図4と同じもの又は同様のものは同じ符号で示している。なお、図7における充電回路部11の構成及び動作は、図2の場合と同様であるのでその説明を省略する。
図7において、電源切換回路部12bは、燃料電池2からの第1電圧V1の電圧検出を行い該検出結果を示した信号S1を生成して出力する第1電圧検出回路31と、第2直流電源3からの第2電圧V2の電圧検出を行い該検出結果を示した信号S2を生成して出力する第2電圧検出回路32と、二次電池電圧Vbの検出を行い該検出結果を示した信号Sbを生成して出力する二次電池電圧検出回路33とを備えている。
更に、電源切換回路部12bは、入力された制御信号に応じて第1電圧V1、第2電圧V2、第3電圧V3又は二次電池電圧Vbのいずれか1つを排他的に出力する切換スイッチ34bと、該切換スイッチ34bに対して、第1電圧検出回路31、第2電圧検出回路32及び二次電池電圧検出回路33から入力された各信号から、第1電圧V1、第2電圧V2、第3電圧V3及び二次電池電圧Vbの内、最も電圧値の大きい電圧を、制御回路22を含む充電回路部11を構成する素子の一部又はすべてに出力させる電源切換制御回路35bとを備えている。昇圧回路7、充電回路部11におけるスイッチング素子M1、同期整流用スイッチング素子M2、電流検出回路21及び制御回路22、並びに電源切換回路部12bは1つのICに集積され、該ICは端子T1〜T6を備えている。
切換スイッチ34bは、電源切換制御回路35bからの制御信号Scによって切換制御が行われる。切換スイッチ34bにおいて、端子aには第2電圧V2が、端子bには第1電圧V1が、端子cには二次電池電圧Vbが、端子dには昇圧回路7からの第3電圧V3がそれぞれ入力されている。制御回路22は、切換スイッチ34bの共通端子comに接続され、該共通端子comから電源供給を受けている。
このような構成において、第1電圧検出回路31、第2電圧検出回路32及び二次電池電圧検出回路33により、燃料電池2、第2直流電源3及びリチウムイオン電池4の各接続状態並びに出力電圧を検出し該検出結果を示す信号S1、S2及びSbが電源切換制御回路35bにそれぞれ出力される。電源切換制御回路35bは、該信号S1、S2及びSbに応じて切換スイッチ回路34bを切り換えることにより、制御回路22を含む充電回路部11を構成する素子の一部又はすべての電源を、切換スイッチ回路34bを介して燃料電池2、第2直流電源3、リチウムイオン電池4又は昇圧回路7のいずれか最適な電源から電源供給が行われるようにする。
また、電源切換制御回路35bは、切換スイッチ34bに対して、制御回路22の電源を昇圧回路7以外から供給させるようにしたときは、昇圧回路7の動作を停止させるようにする。
昇圧回路7は、入力電圧から出力電圧への昇圧比が任意に設定されており、入力電圧である燃料電池2の第1電圧V1を検出すれば、昇圧回路7からの第3電圧V3も前記昇圧比とから同時に検出することができる。このため、昇圧回路7の第3電圧V3を検出する回路は不要であるが、第3電圧V3を検出する回路を設けて、電源切換制御回路35を簡略化するようにしてもよい。
このように、本第3の実施の形態における二次電池の充電回路は、電源切換回路部12bによって、燃料電池や太陽電池といったように発電することにより第1直流電源2で生成された第1電圧V1、ACアダプタ等のように外部から供給された電源を基にして第2直流電源で生成された第2電圧V2、第1電圧V1を昇圧回路7で昇圧して生成された第3電圧V3、及び二次電池4の電圧である二次電池電圧Vbの各電圧値の検出を行い、最も大きい電圧値の電圧を充電回路部11に電源として出力し、充電回路部11は、電源切換回路部12から入力された電圧を電源にして作動するようにした。このことから、前記第1及び第2の各実施の形態と同様の効果を得ることができる。
第4実施の形態.
前記第1の実施の形態では、ACアダプタ等といったように外部から供給された電源を基にして第2電圧V2を生成する第2直流電源を使用した場合を例にして説明したが、第2直流電源がなく第1直流電源のみである場合においても本発明は適用することができ、このようにしたものを本発明の第4の実施の形態とする。
図8は、本発明の第4の実施の形態における二次電池の充電回路を有する電源装置の構成例を示したブロック図であり、図8では、図1と同じもの又は同様のものは同じ符号で示し、ここではその説明を省略すると共に図1との相違点のみ説明する。
図8における図1との相違点は、図1の第2直流電源3がなく、これに伴って、図1の電源切換回路部12を電源切換回路部12cにし、図1の充電回路5を充電回路5cにし、図1の電源装置1を電源装置1cにした。
図8において、電源装置1cは、第1直流電源2と、二次電池4と、充電回路5cとを備えている。
充電回路5cは、充電回路部11と、前記第1電圧V1及び前記二次電池4の電圧である二次電池電圧Vbをそれぞれ検出し、前記第1電圧V1又は二次電池電圧Vbのいずれか1つを選択して充電回路部11の電源として供給する電源切換回路部12cとを備えている。
電源切換回路部12cは、第1直流電源2及び二次電池4からそれぞれ電圧が入力されており、第1電圧V1及び二次電池電圧Vbの内、最も大きい電圧値の電圧を充電回路部11に電源として出力する。充電回路部11は、電源切換回路部12cから入力された電圧を電源にして作動する。
このような構成において、主電源である第1直流電源2に燃料電池を、二次電池4にリチウムイオン電池をそれぞれ使用した場合を例にして説明する。
充電されたリチウムイオン電池4の電圧Vbは、一般的にその放電特性によると3.2Vから4.4Vの間にあり、充電回路部11を駆動するのに十分な電圧を供給することができるため、電源切換回路部12cはリチウムイオン電池4が最適であると判断し、リチウムイオン電池4が充電回路部11の電源として使用される。
次に、燃料電池2のエネルギーは有限であるため、燃料を補充しなければ出力電圧は低下していき、電力を供給することができない状態になる。
仮に燃料を補充せずに燃料電池2がリチウムイオン電池4に電力を供給することができない状態になると、リチウムイオン電池4の電圧も低下していき、負荷10をなす機器を駆動することができない状態になる。このような状態になると、該機器からユーザーに燃料が不足している情報が伝わり、燃料電池2への燃料の補給が行われる。このとき、燃料電池2は燃料が補給されて電力を供給することができる状態になるが、一方で、リチウムイオン電池4は、過放電状態にあり、充電回路部11を駆動するのに十分な電圧を供給することができない。このような状態では、電源切換回路部12cは、燃料電池2が最適であると判断し、燃料電池2が充電回路部11の電源として使用される。
次に、図9は、図8の充電回路部11及び電源切換回路部12cの内部構成例を示した図であり、図9では、図2と同じもの又は同様のものは同じ符号で示している。なお、図9における充電回路部11の構成及び動作は、図2の場合と同様であるのでその説明を省略する。
図9において、電源切換回路部12cは、燃料電池2からの第1電圧V1の電圧検出を行い該検出結果を示した信号S1を生成して出力する第1電圧検出回路31と、二次電池電圧Vbの検出を行い該検出結果を示した信号Sbを生成して出力する二次電池電圧検出回路33とを備えている。
更に、電源切換回路部12cは、入力された制御信号に応じて第1電圧V1又は二次電池電圧Vbのいずれか1つを排他的に出力する切換スイッチ34cと、該切換スイッチ34cに対して、第1電圧検出回路31及び二次電池電圧検出回路33から入力された各信号から、第1電圧V1及び二次電池電圧Vbの内、最も電圧値の大きい電圧を、制御回路22を含む充電回路部11を構成する素子の一部又はすべてに出力させる電源切換制御回路35とを備えている。充電回路部11におけるスイッチング素子M1、同期整流用スイッチング素子M2、電流検出回路21及び制御回路22、並びに電源切換回路部12cは1つのICに集積され、該ICは端子T1〜T5を備えている。
端子T3と端子T4は外部で接続されており、端子T4と端子T5との間には抵抗R1が接続され、端子T4及びT5は電流検出回路21にそれぞれ接続されている。また、二次電池電圧Vbは、端子T5を介して、制御回路22、切換スイッチ34cの端子b及び二次電池電圧検出回路33にそれぞれ入力され、負荷10は、端子T5に接続されて電源が供給されている。制御回路22は、切換スイッチ34cの共通端子comに接続され、該共通端子comから電源供給を受けている。切換スイッチ34cは、電源切換制御回路35からの制御信号Scによって切換制御が行われ、第1電圧V1は、切換スイッチ34cの端子aに入力されている。
このような構成において、第1電圧検出回路31と二次電池電圧検出回路33により、それぞれ燃料電池2とリチウムイオン電池4の接続状態及び出力電圧を検出し該検出結果を示す信号S1及びSbが電源切換制御回路35にそれぞれ出力される。電源切換制御回路35は、該信号S1及びSbに応じて切換スイッチ回路34cを切り換えることにより、制御回路22を含む充電回路部11を構成する素子の一部又はすべての電源を、切換スイッチ回路34cを介して燃料電池2又はリチウムイオン電池4のいずれか最適な電源から電源供給が行われるようにする。
このように、本第4の実施の形態における二次電池の充電回路は、電源切換回路部12cによって、燃料電池や太陽電池といったように発電することにより第1直流電源2で生成された第1電圧V1、及び二次電池4の電圧である二次電池電圧Vbの各電圧値の検出を行い、最も大きい電圧値の電圧を充電回路部11に電源として出力し、充電回路部11は、電源切換回路部12cから入力された電圧を電源にして作動するようにした。このことから、前記第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
本発明の第1の実施の形態における二次電池の充電回路を有する電源装置の構成例を示したブロック図である。 図1の充電回路部11及び電源切換回路部12の内部構成例を示した図である。 制御回路22の内部構成例を示した概略のブロック図である。 本発明の第2の実施の形態における二次電池の充電回路を有する電源装置の構成例を示したブロック図である。 図4の充電回路部11及び電源切換回路部12aの内部構成例を示した図である。 本発明の第3の実施の形態における二次電池の充電回路を有する電源装置の構成例を示したブロック図である。 図6の充電回路部11及び電源切換回路部12bの内部構成例を示した図である。 本発明の第4の実施の形態における二次電池の充電回路を有する電源装置の構成例を示したブロック図である。 図8の充電回路部11及び電源切換回路部12cの内部構成例を示した図である。
符号の説明
1,1a,1b,1c 電源装置
2 第1直流電源
3 第2直流電源
4 二次電池
5,5a,5b,5c 充電回路
7 昇圧回路
10 負荷
11 充電回路部
12,12a,12b,12c 電源切換回路部
13 充電制御回路
21 電流検出回路
22 制御回路
31 第1電圧検出回路
32 第2電圧検出回路
33 二次電池電圧検出回路
34,34b,34c 切換スイッチ
35 電源切換制御回路
M1 スイッチング素子
M2 同期整流用スイッチング素子
L1 インダクタ
R1,R2 抵抗
C1 コンデンサ

Claims (27)

  1. 燃料電池や太陽電池といったような発電した第1電圧を出力する第1直流電源を電源にして二次電池の充電を行う二次電池の充電回路において、
    前記第1直流電源から供給された第1電圧を用いて前記二次電池の充電を行う充電回路部と、
    前記第1直流電源からの第1電圧、前記二次電池の電圧、及び外部から供給された電源を基にして生成された第2電圧がそれぞれ入力され、該入力された各電圧の内、最も大きい電圧を前記充電回路部に電源として供給する電源切換回路部と、
    を備えることを特徴とする二次電池の充電回路。
  2. 前記電源切換回路部は、
    前記第1電圧の電圧検出を行い、該検出結果を示す信号を生成して出力する第1電圧検出回路と、
    前記第2電圧の電圧検出を行い、該検出結果を示す信号を生成して出力する第2電圧検出回路と、
    前記二次電池の電圧検出を行い、該検出結果を示す信号を生成して出力する二次電池電圧検出回路と、
    入力された制御信号に応じて、前記第1電圧、前記二次電池の電圧又は前記第2電圧のいずれか1つを選択して前記充電回路部に電源として供給する切換スイッチと、
    前記第1電圧検出回路、第2電圧検出回路及び二次電池電圧検出回路から入力された各信号に応じて前記切換スイッチの切換制御を行う電源切換制御回路と、
    を備え、
    前記電源切換制御回路は、前記第1電圧検出回路からの信号より前記第1電圧を、前記第2電圧検出回路からの信号より前記第2電圧を、前記二次電池電圧検出回路からの信号より前記二次電池の電圧をそれぞれ検出し、前記第1電圧、前記二次電池の電圧及び前記第2電圧の内、最も大きい電圧を選択し、前記切換スイッチに対して、該選択した電圧を前記充電回路部に出力させることを特徴とする請求項1記載の二次電池の充電回路。
  3. 燃料電池や太陽電池といったような発電した第1電圧を出力する第1直流電源を電源にして二次電池の充電を行う二次電池の充電回路において、
    前記第1直流電源から供給された第1電圧を用いて前記二次電池の充電を行う充電回路部と、
    前記第1電圧を所定の昇圧比で昇圧して第3電圧を生成し出力する昇圧回路部と、
    前記第1直流電源からの第1電圧、前記二次電池の電圧、及び該昇圧回路部からの第3電圧がそれぞれ入力され、該入力された各電圧の内、最も大きい電圧を前記充電回路部に電源として供給する電源切換回路部と、
    を備えることを特徴とする二次電池の充電回路。
  4. 前記電源切換回路部は、
    前記第1電圧の電圧検出を行い、該検出結果を示す信号を生成して出力する第1電圧検出回路と、
    前記二次電池の電圧検出を行い、該検出結果を示す信号を生成して出力する二次電池電圧検出回路と、
    入力された制御信号に応じて、前記第1電圧、前記二次電池の電圧又は前記第3電圧のいずれか1つを選択して前記充電回路部に電源として供給する切換スイッチと、
    前記第1電圧検出回路及び二次電池電圧検出回路から入力された各信号に応じて前記切換スイッチの切換制御を行う電源切換制御回路と、
    を備え、
    前記電源切換制御回路は、前記第1電圧検出回路からの信号より前記第1電圧及び第3電圧をそれぞれ検出すると共に、二次電池電圧検出回路からの信号より前記二次電池の電圧を検出し、前記第1電圧、前記二次電池の電圧及び前記第3電圧の内、最も大きい電圧を選択し、前記切換スイッチに対して、該選択した電圧を前記充電回路部に出力させることを特徴とする請求項3記載の二次電池の充電回路。
  5. 燃料電池や太陽電池といったような発電した第1電圧を出力する第1直流電源を電源にして二次電池の充電を行う二次電池の充電回路において、
    前記第1直流電源から供給された第1電圧を用いて前記二次電池の充電を行う充電回路部と、
    前記第1電圧を所定の昇圧比で昇圧して第3電圧を生成し出力する昇圧回路部と、
    前記第1直流電源からの第1電圧、前記二次電池の電圧、外部から供給された電源を基にして生成された第2電圧、及び前記昇圧回路部からの第3電圧がそれぞれ入力され、該入力された各電圧の内、最も大きい電圧を前記充電回路部に電源として供給する電源切換回路部と、
    を備えることを特徴とする二次電池の充電回路。
  6. 前記電源切換回路部は、
    前記第1電圧の電圧検出を行い、該検出結果を示す信号を生成して出力する第1電圧検出回路と、
    前記第2電圧の電圧検出を行い、該検出結果を示す信号を生成して出力する第2電圧検出回路と、
    前記二次電池の電圧検出を行い、該検出結果を示す信号を生成して出力する二次電池電圧検出回路と、
    入力された制御信号に応じて、前記第1電圧、前記二次電池の電圧、前記第2電圧又は前記第3電圧のいずれか1つを選択して前記充電回路部に電源として供給する切換スイッチと、
    前記第1電圧検出回路、第2電圧検出回路及び二次電池電圧検出回路から入力された各信号に応じて前記切換スイッチの切換制御を行う電源切換制御回路と、
    を備え、
    前記電源切換制御回路は、前記第1電圧検出回路からの信号より前記第1電圧及び第3電圧を、前記第2電圧検出回路からの信号より前記第2電圧を、二次電池電圧検出回路からの信号より前記二次電池の電圧をそれぞれ検出し、前記第1電圧、第2電圧、前記二次電池の電圧及び前記第3電圧の内、最も大きい電圧を選択し、前記切換スイッチに対して、該選択した電圧を前記充電回路部に出力させることを特徴とする請求項5記載の二次電池の充電回路。
  7. 前記充電回路部は、前記第1電圧を昇圧し該昇圧した電圧を電源にし、前記二次電池に対して、定電流充電又は定電圧充電を行うことを特徴とする請求項3、4、5又は6記載の二次電池の充電回路。
  8. 前記充電回路部は、
    一端に前記第1電圧が入力されたインダクタと、
    該インダクタの他端と接地電圧との間に接続され、制御電極に入力された制御信号に応じてスイッチングするスイッチング素子と、
    前記インダクタの他端に接続され、制御電極に入力された制御信号に応じて前記スイッチング素子と相反するスイッチングを行い、前記二次電池への充電電流供給制御を行う同期整流用スイッチング素子と、
    前記二次電池に供給される充電電流の検出を行い、該検出した電流値を示す信号を生成して出力する電流検出回路部と、
    前記二次電池の電圧と該電流検出回路部からの信号に応じて、前記スイッチング素子及び該同期整流用スイッチング素子の動作制御を行う制御回路部と、
    を備えることを特徴とする請求項7記載の二次電池の充電回路。
  9. 前記制御回路部は、
    所定の基準電圧を生成して出力する基準電圧源回路部と、
    所定の基準電流を生成して出力する基準電流源回路部と、
    前記二次電池の電圧に比例した電圧が前記基準電圧になるように前記スイッチング素子及び同期整流用スイッチング素子のスイッチング制御を行い、前記二次電池に対して定電圧充電を行う充電電圧制御回路部と、
    前記電流検出回路部で検出された電流が前記基準電流になるように前記スイッチング素子及び同期整流用スイッチング素子のスイッチング制御を行い、前記二次電池に対して定電流充電を行う充電電流制御回路部と、
    所定のシーケンスに従って、前記充電電圧制御回路部又は該充電電流制御回路部のいずれか一方を使用して前記二次電池の充電を行わせるように、前記充電電圧制御回路部及び充電電流制御回路部の動作制御をそれぞれ行う充電動作選択回路部と、
    を備えることを特徴とする請求項8記載の二次電池の充電回路。
  10. 前記電流検出回路部は、
    前記二次電池への充電電流を電圧に変換する抵抗と、
    該抵抗の両端電圧から該充電電流の電流値を示す信号を生成して出力する電流検出回路部と、
    を備え、
    前記昇圧回路部、スイッチング素子、同期整流用スイッチング素子、電流検出回路部、制御回路部及び電源切換回路部は、1つのICに集積されることを特徴とする請求項9記載の二次電池の充電回路。
  11. 燃料電池や太陽電池といったような発電した第1電圧を出力する第1直流電源を電源にして二次電池の充電を行う二次電池の充電回路において、
    前記第1直流電源から供給された第1電圧を用いて前記二次電池の充電を行う充電回路部と、
    前記第1直流電源からの第1電圧、及び前記二次電池の電圧がそれぞれ入力され、該入力された各電圧の内、最も大きい電圧を前記充電回路部に電源として供給する電源切換回路部と、
    を備えることを特徴とする二次電池の充電回路。
  12. 前記電源切換回路部は、
    前記第1電圧の電圧検出を行い、該検出結果を示す信号を生成して出力する第1電圧検出回路と、
    前記二次電池の電圧検出を行い、該検出結果を示す信号を生成して出力する二次電池電圧検出回路と、
    入力された制御信号に応じて、前記第1電圧又は前記二次電池の電圧のいずれか1つを選択して前記充電回路部に電源として供給する切換スイッチと、
    前記第1電圧検出回路及び二次電池電圧検出回路から入力された各信号に応じて前記切換スイッチの切換制御を行う電源切換制御回路と、
    を備え、
    前記電源切換制御回路は、前記第1電圧検出回路からの信号より前記第1電圧を、前記二次電池電圧検出回路からの信号より前記二次電池の電圧をそれぞれ検出し、前記第1電圧及び前記二次電池の電圧の内、最も大きい電圧を選択し、前記切換スイッチに対して、該選択した電圧を前記充電回路部に出力させることを特徴とする請求項11記載の二次電池の充電回路。
  13. 前記充電回路部は、前記第1電圧を昇圧し該昇圧した電圧を電源にし、前記二次電池に対して、定電流充電又は定電圧充電を行うことを特徴とする請求項1、2、11又は12記載の二次電池の充電回路。
  14. 前記充電回路部は、
    一端に前記第1電圧が入力されたインダクタと、
    該インダクタの他端と接地電圧との間に接続され、制御電極に入力された制御信号に応じてスイッチングするスイッチング素子と、
    前記インダクタの他端に接続され、制御電極に入力された制御信号に応じて前記スイッチング素子と相反するスイッチングを行い、前記二次電池への充電電流供給制御を行う同期整流用スイッチング素子と、
    前記二次電池に供給される充電電流の検出を行い、該検出した電流値を示す信号を生成して出力する電流検出回路部と、
    前記二次電池の電圧と該電流検出回路部からの信号に応じて、前記スイッチング素子及び該同期整流用スイッチング素子の動作制御を行う制御回路部と、
    を備えることを特徴とする請求項13記載の二次電池の充電回路。
  15. 前記制御回路部は、
    所定の基準電圧を生成して出力する基準電圧源回路部と、
    所定の基準電流を生成して出力する基準電流源回路部と、
    前記二次電池の電圧に比例した電圧が前記基準電圧になるように前記スイッチング素子及び同期整流用スイッチング素子のスイッチング制御を行い、前記二次電池に対して定電圧充電を行う充電電圧制御回路部と、
    前記電流検出回路部で検出された電流が前記基準電流になるように前記スイッチング素子及び同期整流用スイッチング素子のスイッチング制御を行い、前記二次電池に対して定電流充電を行う充電電流制御回路部と、
    所定のシーケンスに従って、前記充電電圧制御回路部又は該充電電流制御回路部のいずれか一方を使用して前記二次電池の充電を行わせるように、前記充電電圧制御回路部及び充電電流制御回路部の動作制御をそれぞれ行う充電動作選択回路部と、
    を備えることを特徴とする請求項14記載の二次電池の充電回路。
  16. 前記電流検出回路部は、
    前記二次電池への充電電流を電圧に変換する抵抗と、
    該抵抗の両端電圧から該充電電流の電流値を示す信号を生成して出力する電流検出回路部と、
    を備え、
    前記スイッチング素子、同期整流用スイッチング素子、電流検出回路部、制御回路部及び電源切換回路部は、1つのICに集積されることを特徴とする請求項15記載の二次電池の充電回路。
  17. 前記切換スイッチは、少なくともスイッチ素子と、逆流を防止するダイオードとを有することを特徴とする請求項2、4、6又は12記載の二次電池の充電回路。
  18. 前記二次電池は、リチウムイオン電池であることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16又は17記載の二次電池の充電回路。
  19. 前記二次電池は、電気二重層コンデンサであることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16又は17記載の二次電池の充電回路。
  20. 燃料電池や太陽電池といったような発電した電圧を出力する第1直流電源から供給された第1電圧を用いて二次電池の充電を行う二次電池の充電回路における電源切換方法において、
    前記第1直流電源からの第1電圧、前記二次電池の電圧、及び外部から供給された電源を基にして生成された第2電圧の内、最も大きい電圧を前記充電回路に電源として供給することを特徴とする二次電池の充電回路における電源切換方法。
  21. 燃料電池や太陽電池といったような発電した電圧を出力する第1直流電源から供給された第1電圧を用いて二次電池の充電を行う二次電池の充電回路における電源切換方法において、
    前記第1直流電源からの第1電圧、前記二次電池の電圧、及び該第1電圧を昇圧した第3電圧の内、最も電圧の大きい電圧を前記充電回路に電源として供給することを特徴とする二次電池の充電回路における電源切換方法。
  22. 燃料電池や太陽電池といったような発電した電圧を出力する第1直流電源から供給された第1電圧を用いて二次電池の充電を行う二次電池の充電回路における電源切換方法において、
    前記第1直流電源からの第1電圧、前記二次電池の電圧、外部から供給された電源を基にして生成された第2電圧、及び該第1電圧を昇圧した第3電圧の内、最も大きい電圧を前記充電回路に電源として供給することを特徴とする二次電池の充電回路における電源切換方法。
  23. 燃料電池や太陽電池といったような発電した電圧を出力する第1直流電源から供給された第1電圧を用いて二次電池の充電を行う二次電池の充電回路における電源切換方法において、
    前記第1直流電源からの第1電圧及び前記二次電池の電圧の内、最も大きい電圧を前記充電回路に電源として供給することを特徴とする二次電池の充電回路における電源切換方法。
  24. 二次電池の充電を行うと共に、該二次電池の電圧を負荷に供給する電源装置において、
    燃料電池や太陽電池といったような発電した第1電圧を出力する第1直流電源と、
    該第1直流電源を電源にして前記二次電池の充電を行う充電回路と、
    外部から供給された電源を基にして第2電圧を生成し出力する第2直流電源と、
    を備え、
    前記充電回路は、
    前記第1直流電源から供給された第1電圧を用いて前記二次電池の充電を行う充電回路部と、
    前記第1直流電源からの第1電圧、前記二次電池の電圧、及び前記第2直流電源からの第2電圧がそれぞれ入力され、該入力された各電圧の内、最も大きい電圧を前記充電回路部に電源として供給する電源切換回路部と、
    を有することを特徴とする電源装置。
  25. 二次電池の充電を行うと共に、該二次電池の電圧を負荷に供給する電源装置において、
    燃料電池や太陽電池といったような発電した第1電圧を出力する第1直流電源と、
    該第1直流電源を電源にして前記二次電池の充電を行う充電回路と、
    を備え、
    前記充電回路は、
    前記第1直流電源から供給された第1電圧を用いて前記二次電池の充電を行う充電回路部と、
    前記第1電圧を所定の昇圧比で昇圧した第3電圧を生成して出力する昇圧回路部と、
    前記第1直流電源からの第1電圧、前記二次電池の電圧、及び該昇圧回路部からの第3電圧がそれぞれ入力され、該入力された各電圧の内、最も大きい電圧を前記充電回路部に電源として供給する電源切換回路部と、
    を有することを特徴とする電源装置。
  26. 二次電池の充電を行うと共に、該二次電池の電圧を負荷に供給する電源装置において、
    燃料電池や太陽電池といったような発電した第1電圧を出力する第1直流電源と、
    該第1直流電源を電源にして前記二次電池の充電を行う充電回路と、
    外部から供給された電源を基にして第2電圧を生成し出力する第2直流電源と、
    を備え、
    前記充電回路は、
    前記第1直流電源から供給された第1電圧を用いて前記二次電池の充電を行う充電回路部と、
    前記第1電圧を所定の昇圧比で昇圧した第3電圧を生成して出力する昇圧回路部と、
    前記第1直流電源からの第1電圧、前記二次電池の電圧、外部から供給された電源を基にして生成された第2電圧、及び前記昇圧回路部からの第3電圧がそれぞれ入力され、該入力された各電圧の内、最も大きい電圧を前記充電回路部に電源として供給する電源切換回路部と、
    を有することを特徴とする電源装置。
  27. 二次電池の充電を行うと共に、該二次電池の電圧を負荷に供給する電源装置において、
    燃料電池や太陽電池といったような発電した第1電圧を出力する第1直流電源と、
    該第1直流電源を電源にして前記二次電池の充電を行う充電回路と、
    を備え、
    前記充電回路は、
    前記第1直流電源から供給された第1電圧を用いて前記二次電池の充電を行う充電回路部と、
    前記第1直流電源からの第1電圧及び前記二次電池の電圧がそれぞれ入力され、該入力された各電圧の内、最も大きい電圧を前記充電回路部に電源として供給する電源切換回路部と、
    を有することを特徴とする電源装置。
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