JP2004304983A - 汎用型充電器 - Google Patents
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Abstract
【課題】汎用性の高い充電器を提供することを課題とする。
【解決手段】AC電源を整流・安定化してDC出力を得る手段と、大容量コンデンサ(電気2重層コンデンサ)と2次電池を内蔵し、前述のDC出力から大容量コンデンサと2次電池を充電する機能と、出力電圧を外部から出力電圧を制御することができる機能を有するDC−DCコンバーターを内蔵し、DC−DCコンバーターの入力電圧は前述のDC出力と大容量コンデンサと2次電池出力の内、最大電圧のものを自動的に選択する手段を有することを特徴とした汎用型充電器。
【選択図】 図2
【解決手段】AC電源を整流・安定化してDC出力を得る手段と、大容量コンデンサ(電気2重層コンデンサ)と2次電池を内蔵し、前述のDC出力から大容量コンデンサと2次電池を充電する機能と、出力電圧を外部から出力電圧を制御することができる機能を有するDC−DCコンバーターを内蔵し、DC−DCコンバーターの入力電圧は前述のDC出力と大容量コンデンサと2次電池出力の内、最大電圧のものを自動的に選択する手段を有することを特徴とした汎用型充電器。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、AC電源を用い、急速充電が可能で、接続した機器が所望する電圧を出力できるDC−DCコンバータを内蔵した汎用性の高い充電器あるいは電源に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
長期出張に出かける際に、携帯電話・デジタルカメラ・ノートパソコンを所持することが多くなった。だが、これらの機器が要求する電圧や使われているコネクタの形状はメーカーごとに違う。たとえば、デジタルカメラの供給電圧は3.5V〜6V、携帯電話は9V、ノートパソコンは15Vといった具合である。このため、上記機器以外にも、機器を動かすための携帯電話用充電器・デジタルカメラ用クレイドルとACアダプタ・ノートパソコン用ACアダプタも持参しなければならない。また、ACコンセントの少ない会議場でノートパソコンを長時間動かさなければならないこともあり、会場に一番乗りしてACコンセントの近くの席を確保する人を見かけるようになった。1つで全ての機器に対応でき、場合によっては、ACコンセントを使用しなくてもすむ汎用型電源アダプタあるいは充電器が望まれる。
【0003】
これらの問題を解決する製品として(株)太陽工房から太陽電池を用いた汎用充電器バイオレットギア(商品名)が発売されている。また、AC電源を用いた汎用ACアダプタも各社から発売されている。しかしながら、太陽電池の出力は日照レベルによって変動し、出力電流も小さいことから、2次電池をフル受電するにはかなりの時間を要する欠点がある。また後者は、AC電源の無い場所では緊急避難的に機器を動作させることができない。
【0004】
大容量コンデンサ(電気2重層コンデンサ)を採用した汎用充電器や電源アダプタに関する特許はいくつか存在する。たとえば、竹田技術研究所の特開平7−135025では、電気2重層コンデンサを機器側に持たせ、共通の充電器で充電する提案がなされている。電気2重層コンデンサは急速充電が可能な反面、2次電池に比べて体積が大きく、保持する電気容量も小さい。このため、常に電力を消費する機器に2次電池の代わりに電気2重層コンデンサを持たせた場合、2次電池を積んでいた場合に比べ、使用できる時間が短くなり、頻繁に充電を繰り返さなければならないという欠点が出てくる。
【0005】
太陽電池により電気2重層コンデンサと2次電池を充電し、DC−DCコンバーターで所望する電圧を出力する特許提案が(株)インテグレイテットビジネスから、特開2002−78230(携帯電源装置)として出願されている。この特許の、太陽電池をAC電源に置き換えると本発明とほぼ同じ構成になる。しかしながら、この発明にはDC−DCコンバータの出力電圧設定方法に関する詳細説明や外部機器と通信を行い出力電圧を自動設定できる機能はない。また、使い勝手を考慮して、DC−DCコンバータ出力に、AC電源→電気2重層コンデンサ→2次電池の順に優勢順位を付けて使用していく順序付け機能もない。さらに、[0003]で説明したように、太陽電池のパワーでは、電気2重層コンデンサと2次電池を充電させるには時間がかかりすぎる欠点がある。このため、特開2002−78230の[0012]に使用できる用途が記載されているが、携帯電話のような低消費電力の機器には使えても、15V1Aという電力を消費するノートパソコンや7.4V0.5Aの電力を消費するPDAに使おうとした場合、充電のため数十時間待たなくてはならない。
【0006】
現在、燃料電池の開発が行われており、将来的には、携帯機器に燃料電池が搭載される可能性がある。しかしながら、たとえ燃料電池を搭載した機器であっても、近くにACコンセントがあった場合は、こちらを優先して使い、本体に組み込まれた燃料電池の消耗をなるべく減らそうと考えるのが普通である。透明な窓から見えるエタノールの残量を気にしながら機器を駆動するような状態は、接続時間を気にしながらダイヤルアップでインターネットサーフィンを楽しむ場合と同じように、精神的に落ち着かないからである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はAC電源を最大限に利用する。すなわち、使用している大容量コンデンサ(電気2重層コンデンサ)と2次電池の長所を生かし、短所を補う構成にして、急速充電を可能にした、使い勝手の良い汎用型充電器を提供する。また、制御機能を有する外部機器と接続した場合に、接続する機器に合わせた出力電圧を自動的に設定することができる。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、AC電源を整流・安定化してDC出力を得る手段と、大容量コンデンサ(電気2重層コンデンサ)と2次電池を内蔵し、前述のDC出力から大容量コンデンサと2次電池を充電する機能と、出力電圧を外部から出力電圧を制御することができる機能を有するDC−DCコンバーターを内蔵し、DC−DCコンバーターの入力電圧は前述のDC出力と大容量コンデンサと2次電池出力の内、最大電圧のものを自動的に選択する手段を有することを特徴とした汎用型充電器を提供する。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1に本発明の概念を説明する。本機の電圧設定ダイヤルで出力電圧を可変できるので、デジタルカメラ・携帯電話あるいはノートパソコンなどに対応できる。また、AC電源がない場合でも大容量コンデンサあるいはニッケル水素電池等に代表される2次電池に蓄えられた電力をDC−DCコンバーターを使って所望する電圧まで高めて電力を供給し続けることができる。
【0010】
図2に本発明の回路構成を示す。ACコンセントを有し、AC入力を20整流手段にてDCに変換し、21と23の安定化電源手段で安定化したDCを出力する。21安定化電源手段1の出力は22の大容量コンデンサを短時間で充電する。23安定化電源2は24の2次電池を時間をかけて充電していく。大容量コンデンサは、化学反応で電荷を蓄える2次電池と構造が根本的に異なるため、短時間で充電ができるという特徴がある。しかしながら、2次電池に比べ、充電できる電力容量は少なく、また体積も2次電池よりはるかに大きいという欠点を有する。一方、2次電池は化学反応を利用して電荷を貯える構造になっているので、急速充電でも90分くらいの期間がかかる。また通常充電では、8時間くらい時間がかかるが、貯えられる電力は、大容量コンデンサの容量にもよるが、数百倍ほどである。このため、AC電源を使用している時はAC電源を優先して使用し、その間に短時間で大容量コンデンサを充電すると共に時間をかけて2次電池を充電していくのが合理的な方法である。
【0011】
また、大容量コンデンサと2次電池は構造が根本的に違うため、それぞれに最適な充電ができるよう、大容量コンデンサを充電する21安定化電源1と2次電池を充電を充電する23安定化電源2の2つの独立した安定化電源手段を採用した。
【0012】
AC電源から得られたDC出力と、大容量コンデンサ出力と2次電池の出力は25のDC−DCコンバータに入力され、接続した機器に電力を供給する。25のDC−DCコンバータには、26の出力電圧設定手段が接続され、図1で示したようにユーザーがダイヤル等を回して電圧を設定することで、機器の仕様にあったDCを出力する。図6に26出力電圧設定手段の詳細回路図を説明する。25のDC−DCコンバーターの出力電圧を設定する回路において、DC出力に抵抗R3とツエナーダイオードZDが接続され基準電圧が作られる。エナーダイオードZDによって作られた基準電圧はトランジスタTRのエミッターに接続されている。また、DC出力は抵抗R1と抵抗R2で分割されトランジスタTRのベースに接続され、安定したDC出力が作られる。26出力電圧設定手段はR4,R5,R6とSW1から構成され、SW1を動かすことで、R2の値を変化させ、所望の電圧を出力させる。
【0013】
図3で25のDC−DCコンバーター以前の回路図の詳細を説明する。AC電源は30のトランスで減圧され、20の整流手段でDCに変換される。変換されたDC出力は3系統に別れる。1つめは、21の安定化電源手段を構成する3端子レギュレータに入り、安定した出力に変換された後、31の突入電流防止抵抗と32のダイオードを経由して、22の大容量コンデンサを充電する。なお、21と23の安定化電源手段を構成するものとして本発明では3端子レギュレータを用いて説明したが、定電流回路でも動作することが知られている。たとえば、岡村研究所・エルナー・旭硝子が共同で出願した特開平7−57978(電気二重層コンデンサの充電方法)では、定電流電源にて電気二重層コンデンサを充電する方法が記載されている。
【0014】
2つめのDC出力は、23の安定化電源手段を構成する3端子レギュレータに入り、31の電流制限抵抗と32のダイオードを経由して、22の2次電池を充電する。32と35のダイオードはAC電源が利用できない場合に、貯えられた電荷が21と23の3端子レギュレータに逆流して電力の消耗を押さえるために設けた。3つめのDC出力は37のダイオードを経由して25のDC−DCコンバーターに入る。
【0015】
充電時間のことを考えた場合、AC電源を使用している場合は、AC電源を優先して利用するほうが良い。また、AC電源が使用できない場合は、急速充電が可能な大容量コンデンサから電力が供給され、大容量コンデンサの出力が下がってきた場合は2次電池出力から供給するようにして、充電に時間のかかる2次電池の消耗を最小限に押さえる仕組みが必要である。これを実現するのが、33、36、37のダイオードである。20の整流手段によって得られた出力と21の3端子レギュレータ出力と23の3端子レギュレータ出力はこの順に電圧が低くなるように設計する。AC電源が接続されている場合は、37のダイオードを経由して供給する電圧が最も高いので、AC電源が選択される。AC電源が接続されない場合は、22の大容量コンデンサ出力が最も高いので、33のダイオードの働きにより、電気2重層コンデンサから電力が供給される。22の大容量コンデンサの出力が36のダイオードを経由して供給される24の2次電池出力よりも低くなると、36のダイオードの働きにより、2次電池の出力が選択される。2次電池の特徴として、電荷が少なくなるまで出力電圧は、電池1個あたりニッケル水素電池で約1.2Vの一定電圧を保つという特性を利用している。
【0016】
上記切り替え手段をトランジスタスイッチやリレーを用いて行う方法も考えられるが、この場合、整流出力・大容量コンデンサ・2次電池の電圧を計測して比較して切り替える手段と、パワーラインの切り替えを行うため低抵抗型のパワーFET等を3個を使用する必要が生じコストアップになる。また、大容量コンデンサと2次電池を並列に接続して1つの安定化電源で充電を行う方法も考えられるが、この場合、大容量コンデンサの充電電圧特性と2次電池の充電特性が違うため、大容量コンデンサの充電電圧が2次電池に足を引っ張られることになってしまう(2次電池に並列して低容量(数百μF程度)のコンデンサが接続された場合なら問題にならない程度である)。これでは、電気2重層コンデンサの急速充電特性を生かせない。もし充電する時間がなくて、充電途中でAC電源を抜いてしまった場合、大容量コンデンサと2次電池両方共、フル充電されない状態になってしまう恐れがある。本発明では、AC電源に接続する時間が短くても、大容量コンデンサだけはフル充電される回路構成を取っている。
【0017】
38スイッチは、出力電圧が不要な際に、22電気2重層コンデンサあるいは24の2次電池が25DC−DCコンバーターに接続されたときの電力ロスを減らすために挿入したメカニカルスイッチである。ロスの発生を考慮しない場合はこのSWを省略することは可能である。
【0018】
図4に他の実施の形態1を示す。本発明に接続する機器には、供給してほしい電圧値に対応した抵抗が挿入されている。この抵抗が接続ケーブルで25のDC−DCコンバーターの出力電圧設定回路と接続され、25のDC−DCコンバーター出力が所望する電圧に設定され、機器側の41の2次電池に供給される。この方法により自動電圧設定手段を構築できる。
【0019】
図5に他の実施の形態1における実施図を示す。図1にあった出力電圧設定ダイヤルが省略されている。
【0020】
図6は本実施の形態における26出力電圧設定手段の回路構成を詳細に説明した図である。25のDC−DCコンバーターの出力電圧設定抵抗R2に抵抗R4,R5,R6が直列に並列され、スイッチSW1を切り替えることでR2に並列に接続される抵抗値を変化させ、25のDC−DCコンバーター出力電圧の設定を変更する。
【0021】
図7は他の実施の形態1において、出力電圧設定ダイヤル等を省略する手段を説明した図である。あらかじめ25のDC−DCコンバーターの出力電圧設定抵抗R2に並列に接続する40抵抗の値を決めておいて、外部機器がケーブルで接続された場合は、上記R2と40抵抗が並列に接続されることで、外部機器が所望するDC電圧を外部機器が保有する41の2次電池に供給する。
【0022】
図8に他の実施の形態2を示す。接続した外部機器が電源管理手段を有し、急速充電等の高度な電源管理を実現するものである。80の電源管理手段は、41の2次電池の電圧情報を受け取り、25のDC−DCコンバーターの出力電圧を管理する。
【0023】
図9に他の実施の形態2における、80の電源管理手段の動作手順を説明する。90で2次電池の電圧を確認する。91の比較手段で充電が必要かどうかを判断する。必要ない場合はNoに飛び、98でDC−DCコンバーターを動作させないようにコントロールし、99で充電不要表示あるいはバッテリー残量表示を行う。91の比較手段で充電が必要と判断した場合はYesに飛び、92でDC−DCコンバーターの出力電圧を設定し、93で充電中の表示を行う。94で再度二次電池の電圧を確認し、95の比較手段で、充電電圧まで充電されたかどうかを確認する。充電が完了していない場合はNoに飛び、94の二次電池の電圧確認に戻る。充電が完了した場合はYesに飛び、96でD−DCコンバーターを停止させ、97で充電完了表示を行う。
【0024】
【発明の効果】
本発明により、出力電圧が設定できる汎用性の高い充電器あるいは直流電源ユニットが実現できる。また、接続する機器に電圧設定手段を持たせることで、出力電圧の自動設定機能を有する汎用性の高い充電器あるいは直流電源ユニットが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】全体構成を説明する図である。
【図2】回路構成を説明する図である。
【図3】回路構成を詳細に説明する図である。
【図4】他の回路構成を説明する図である。
【図5】他の実施の形態を説明する図である。
【図6】出力電圧設定回路の動作を説明する図である。
【図7】他の出力電圧設定回路の動作を説明する図である。
【図8】他の実施の形態を説明する図である。
【図9】他の電源管理手段の動作を説明する図である。
【符号の説明】
20 整流手段
21,23 安定化電源手段
22 電気二重層コンデンサ
24 2次電池
25 DC−DCコンバーター
26 出力電圧設定確認手段
30 トランス
31,34,40 抵抗
32,33,35,36,37 ダイオード
38 スイッチ
41 2次電池
80 電源管理手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、AC電源を用い、急速充電が可能で、接続した機器が所望する電圧を出力できるDC−DCコンバータを内蔵した汎用性の高い充電器あるいは電源に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
長期出張に出かける際に、携帯電話・デジタルカメラ・ノートパソコンを所持することが多くなった。だが、これらの機器が要求する電圧や使われているコネクタの形状はメーカーごとに違う。たとえば、デジタルカメラの供給電圧は3.5V〜6V、携帯電話は9V、ノートパソコンは15Vといった具合である。このため、上記機器以外にも、機器を動かすための携帯電話用充電器・デジタルカメラ用クレイドルとACアダプタ・ノートパソコン用ACアダプタも持参しなければならない。また、ACコンセントの少ない会議場でノートパソコンを長時間動かさなければならないこともあり、会場に一番乗りしてACコンセントの近くの席を確保する人を見かけるようになった。1つで全ての機器に対応でき、場合によっては、ACコンセントを使用しなくてもすむ汎用型電源アダプタあるいは充電器が望まれる。
【0003】
これらの問題を解決する製品として(株)太陽工房から太陽電池を用いた汎用充電器バイオレットギア(商品名)が発売されている。また、AC電源を用いた汎用ACアダプタも各社から発売されている。しかしながら、太陽電池の出力は日照レベルによって変動し、出力電流も小さいことから、2次電池をフル受電するにはかなりの時間を要する欠点がある。また後者は、AC電源の無い場所では緊急避難的に機器を動作させることができない。
【0004】
大容量コンデンサ(電気2重層コンデンサ)を採用した汎用充電器や電源アダプタに関する特許はいくつか存在する。たとえば、竹田技術研究所の特開平7−135025では、電気2重層コンデンサを機器側に持たせ、共通の充電器で充電する提案がなされている。電気2重層コンデンサは急速充電が可能な反面、2次電池に比べて体積が大きく、保持する電気容量も小さい。このため、常に電力を消費する機器に2次電池の代わりに電気2重層コンデンサを持たせた場合、2次電池を積んでいた場合に比べ、使用できる時間が短くなり、頻繁に充電を繰り返さなければならないという欠点が出てくる。
【0005】
太陽電池により電気2重層コンデンサと2次電池を充電し、DC−DCコンバーターで所望する電圧を出力する特許提案が(株)インテグレイテットビジネスから、特開2002−78230(携帯電源装置)として出願されている。この特許の、太陽電池をAC電源に置き換えると本発明とほぼ同じ構成になる。しかしながら、この発明にはDC−DCコンバータの出力電圧設定方法に関する詳細説明や外部機器と通信を行い出力電圧を自動設定できる機能はない。また、使い勝手を考慮して、DC−DCコンバータ出力に、AC電源→電気2重層コンデンサ→2次電池の順に優勢順位を付けて使用していく順序付け機能もない。さらに、[0003]で説明したように、太陽電池のパワーでは、電気2重層コンデンサと2次電池を充電させるには時間がかかりすぎる欠点がある。このため、特開2002−78230の[0012]に使用できる用途が記載されているが、携帯電話のような低消費電力の機器には使えても、15V1Aという電力を消費するノートパソコンや7.4V0.5Aの電力を消費するPDAに使おうとした場合、充電のため数十時間待たなくてはならない。
【0006】
現在、燃料電池の開発が行われており、将来的には、携帯機器に燃料電池が搭載される可能性がある。しかしながら、たとえ燃料電池を搭載した機器であっても、近くにACコンセントがあった場合は、こちらを優先して使い、本体に組み込まれた燃料電池の消耗をなるべく減らそうと考えるのが普通である。透明な窓から見えるエタノールの残量を気にしながら機器を駆動するような状態は、接続時間を気にしながらダイヤルアップでインターネットサーフィンを楽しむ場合と同じように、精神的に落ち着かないからである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はAC電源を最大限に利用する。すなわち、使用している大容量コンデンサ(電気2重層コンデンサ)と2次電池の長所を生かし、短所を補う構成にして、急速充電を可能にした、使い勝手の良い汎用型充電器を提供する。また、制御機能を有する外部機器と接続した場合に、接続する機器に合わせた出力電圧を自動的に設定することができる。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、AC電源を整流・安定化してDC出力を得る手段と、大容量コンデンサ(電気2重層コンデンサ)と2次電池を内蔵し、前述のDC出力から大容量コンデンサと2次電池を充電する機能と、出力電圧を外部から出力電圧を制御することができる機能を有するDC−DCコンバーターを内蔵し、DC−DCコンバーターの入力電圧は前述のDC出力と大容量コンデンサと2次電池出力の内、最大電圧のものを自動的に選択する手段を有することを特徴とした汎用型充電器を提供する。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1に本発明の概念を説明する。本機の電圧設定ダイヤルで出力電圧を可変できるので、デジタルカメラ・携帯電話あるいはノートパソコンなどに対応できる。また、AC電源がない場合でも大容量コンデンサあるいはニッケル水素電池等に代表される2次電池に蓄えられた電力をDC−DCコンバーターを使って所望する電圧まで高めて電力を供給し続けることができる。
【0010】
図2に本発明の回路構成を示す。ACコンセントを有し、AC入力を20整流手段にてDCに変換し、21と23の安定化電源手段で安定化したDCを出力する。21安定化電源手段1の出力は22の大容量コンデンサを短時間で充電する。23安定化電源2は24の2次電池を時間をかけて充電していく。大容量コンデンサは、化学反応で電荷を蓄える2次電池と構造が根本的に異なるため、短時間で充電ができるという特徴がある。しかしながら、2次電池に比べ、充電できる電力容量は少なく、また体積も2次電池よりはるかに大きいという欠点を有する。一方、2次電池は化学反応を利用して電荷を貯える構造になっているので、急速充電でも90分くらいの期間がかかる。また通常充電では、8時間くらい時間がかかるが、貯えられる電力は、大容量コンデンサの容量にもよるが、数百倍ほどである。このため、AC電源を使用している時はAC電源を優先して使用し、その間に短時間で大容量コンデンサを充電すると共に時間をかけて2次電池を充電していくのが合理的な方法である。
【0011】
また、大容量コンデンサと2次電池は構造が根本的に違うため、それぞれに最適な充電ができるよう、大容量コンデンサを充電する21安定化電源1と2次電池を充電を充電する23安定化電源2の2つの独立した安定化電源手段を採用した。
【0012】
AC電源から得られたDC出力と、大容量コンデンサ出力と2次電池の出力は25のDC−DCコンバータに入力され、接続した機器に電力を供給する。25のDC−DCコンバータには、26の出力電圧設定手段が接続され、図1で示したようにユーザーがダイヤル等を回して電圧を設定することで、機器の仕様にあったDCを出力する。図6に26出力電圧設定手段の詳細回路図を説明する。25のDC−DCコンバーターの出力電圧を設定する回路において、DC出力に抵抗R3とツエナーダイオードZDが接続され基準電圧が作られる。エナーダイオードZDによって作られた基準電圧はトランジスタTRのエミッターに接続されている。また、DC出力は抵抗R1と抵抗R2で分割されトランジスタTRのベースに接続され、安定したDC出力が作られる。26出力電圧設定手段はR4,R5,R6とSW1から構成され、SW1を動かすことで、R2の値を変化させ、所望の電圧を出力させる。
【0013】
図3で25のDC−DCコンバーター以前の回路図の詳細を説明する。AC電源は30のトランスで減圧され、20の整流手段でDCに変換される。変換されたDC出力は3系統に別れる。1つめは、21の安定化電源手段を構成する3端子レギュレータに入り、安定した出力に変換された後、31の突入電流防止抵抗と32のダイオードを経由して、22の大容量コンデンサを充電する。なお、21と23の安定化電源手段を構成するものとして本発明では3端子レギュレータを用いて説明したが、定電流回路でも動作することが知られている。たとえば、岡村研究所・エルナー・旭硝子が共同で出願した特開平7−57978(電気二重層コンデンサの充電方法)では、定電流電源にて電気二重層コンデンサを充電する方法が記載されている。
【0014】
2つめのDC出力は、23の安定化電源手段を構成する3端子レギュレータに入り、31の電流制限抵抗と32のダイオードを経由して、22の2次電池を充電する。32と35のダイオードはAC電源が利用できない場合に、貯えられた電荷が21と23の3端子レギュレータに逆流して電力の消耗を押さえるために設けた。3つめのDC出力は37のダイオードを経由して25のDC−DCコンバーターに入る。
【0015】
充電時間のことを考えた場合、AC電源を使用している場合は、AC電源を優先して利用するほうが良い。また、AC電源が使用できない場合は、急速充電が可能な大容量コンデンサから電力が供給され、大容量コンデンサの出力が下がってきた場合は2次電池出力から供給するようにして、充電に時間のかかる2次電池の消耗を最小限に押さえる仕組みが必要である。これを実現するのが、33、36、37のダイオードである。20の整流手段によって得られた出力と21の3端子レギュレータ出力と23の3端子レギュレータ出力はこの順に電圧が低くなるように設計する。AC電源が接続されている場合は、37のダイオードを経由して供給する電圧が最も高いので、AC電源が選択される。AC電源が接続されない場合は、22の大容量コンデンサ出力が最も高いので、33のダイオードの働きにより、電気2重層コンデンサから電力が供給される。22の大容量コンデンサの出力が36のダイオードを経由して供給される24の2次電池出力よりも低くなると、36のダイオードの働きにより、2次電池の出力が選択される。2次電池の特徴として、電荷が少なくなるまで出力電圧は、電池1個あたりニッケル水素電池で約1.2Vの一定電圧を保つという特性を利用している。
【0016】
上記切り替え手段をトランジスタスイッチやリレーを用いて行う方法も考えられるが、この場合、整流出力・大容量コンデンサ・2次電池の電圧を計測して比較して切り替える手段と、パワーラインの切り替えを行うため低抵抗型のパワーFET等を3個を使用する必要が生じコストアップになる。また、大容量コンデンサと2次電池を並列に接続して1つの安定化電源で充電を行う方法も考えられるが、この場合、大容量コンデンサの充電電圧特性と2次電池の充電特性が違うため、大容量コンデンサの充電電圧が2次電池に足を引っ張られることになってしまう(2次電池に並列して低容量(数百μF程度)のコンデンサが接続された場合なら問題にならない程度である)。これでは、電気2重層コンデンサの急速充電特性を生かせない。もし充電する時間がなくて、充電途中でAC電源を抜いてしまった場合、大容量コンデンサと2次電池両方共、フル充電されない状態になってしまう恐れがある。本発明では、AC電源に接続する時間が短くても、大容量コンデンサだけはフル充電される回路構成を取っている。
【0017】
38スイッチは、出力電圧が不要な際に、22電気2重層コンデンサあるいは24の2次電池が25DC−DCコンバーターに接続されたときの電力ロスを減らすために挿入したメカニカルスイッチである。ロスの発生を考慮しない場合はこのSWを省略することは可能である。
【0018】
図4に他の実施の形態1を示す。本発明に接続する機器には、供給してほしい電圧値に対応した抵抗が挿入されている。この抵抗が接続ケーブルで25のDC−DCコンバーターの出力電圧設定回路と接続され、25のDC−DCコンバーター出力が所望する電圧に設定され、機器側の41の2次電池に供給される。この方法により自動電圧設定手段を構築できる。
【0019】
図5に他の実施の形態1における実施図を示す。図1にあった出力電圧設定ダイヤルが省略されている。
【0020】
図6は本実施の形態における26出力電圧設定手段の回路構成を詳細に説明した図である。25のDC−DCコンバーターの出力電圧設定抵抗R2に抵抗R4,R5,R6が直列に並列され、スイッチSW1を切り替えることでR2に並列に接続される抵抗値を変化させ、25のDC−DCコンバーター出力電圧の設定を変更する。
【0021】
図7は他の実施の形態1において、出力電圧設定ダイヤル等を省略する手段を説明した図である。あらかじめ25のDC−DCコンバーターの出力電圧設定抵抗R2に並列に接続する40抵抗の値を決めておいて、外部機器がケーブルで接続された場合は、上記R2と40抵抗が並列に接続されることで、外部機器が所望するDC電圧を外部機器が保有する41の2次電池に供給する。
【0022】
図8に他の実施の形態2を示す。接続した外部機器が電源管理手段を有し、急速充電等の高度な電源管理を実現するものである。80の電源管理手段は、41の2次電池の電圧情報を受け取り、25のDC−DCコンバーターの出力電圧を管理する。
【0023】
図9に他の実施の形態2における、80の電源管理手段の動作手順を説明する。90で2次電池の電圧を確認する。91の比較手段で充電が必要かどうかを判断する。必要ない場合はNoに飛び、98でDC−DCコンバーターを動作させないようにコントロールし、99で充電不要表示あるいはバッテリー残量表示を行う。91の比較手段で充電が必要と判断した場合はYesに飛び、92でDC−DCコンバーターの出力電圧を設定し、93で充電中の表示を行う。94で再度二次電池の電圧を確認し、95の比較手段で、充電電圧まで充電されたかどうかを確認する。充電が完了していない場合はNoに飛び、94の二次電池の電圧確認に戻る。充電が完了した場合はYesに飛び、96でD−DCコンバーターを停止させ、97で充電完了表示を行う。
【0024】
【発明の効果】
本発明により、出力電圧が設定できる汎用性の高い充電器あるいは直流電源ユニットが実現できる。また、接続する機器に電圧設定手段を持たせることで、出力電圧の自動設定機能を有する汎用性の高い充電器あるいは直流電源ユニットが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】全体構成を説明する図である。
【図2】回路構成を説明する図である。
【図3】回路構成を詳細に説明する図である。
【図4】他の回路構成を説明する図である。
【図5】他の実施の形態を説明する図である。
【図6】出力電圧設定回路の動作を説明する図である。
【図7】他の出力電圧設定回路の動作を説明する図である。
【図8】他の実施の形態を説明する図である。
【図9】他の電源管理手段の動作を説明する図である。
【符号の説明】
20 整流手段
21,23 安定化電源手段
22 電気二重層コンデンサ
24 2次電池
25 DC−DCコンバーター
26 出力電圧設定確認手段
30 トランス
31,34,40 抵抗
32,33,35,36,37 ダイオード
38 スイッチ
41 2次電池
80 電源管理手段
Claims (4)
- AC電源を整流・安定化してDC出力を得る手段と、大容量コンデンサ(電気2重層コンデンサ)と2次電池を内蔵し、前述のDC出力から大容量コンデンサと2次電池を充電する機能と、出力電圧を外部から出力電圧を制御することができる機能を有するDC−DCコンバーターを内蔵し、DC−DCコンバーターの入力電圧は前述のDC出力と大容量コンデンサと2次電池出力の内、最大電圧のものを自動的に選択する手段を有することを特徴とした汎用型充電器。
- 請求項1の汎用型充電器において、電力の供給を受ける外部機器を接続した際、前述の外部機器が所望する電圧に対応した抵抗あるいは、自身の電池を制御する電源管理手段を内蔵し、前述の抵抗あるいは電源管理手段が本汎用型充電器内部のDC−DCコンバーターの出力電圧をコントロールする機能を有し、外部機器が所望する出力電圧を自動設定することを特徴とする汎用型充電器。
- 請求項1の汎用型充電器において、前述のDC出力から大容量コンデンサと2次電池出力の特徴に合わせて独立した最適な充電を行う手段を有することを特徴とする汎用型充電器。
- 請求項1のDC−DCコンバーターにおいて、DC−DCコンバーターの出力電圧を所望する値に設定するキーあるいはダイヤルを有することを特徴とすることを特徴とする汎用型充電器。
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- 2003-04-01 JP JP2003098081A patent/JP2004304983A/ja not_active Withdrawn
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