JP2007329997A

JP2007329997A - 充電回路、充電回路の動作制御方法及び電源装置

Info

Publication number: JP2007329997A
Application number: JP2006157435A
Authority: JP
Inventors: Ippei Noda; 一平野田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2006-06-06
Filing date: 2006-06-06
Publication date: 2007-12-20
Anticipated expiration: 2026-06-06
Also published as: KR100849646B1; KR20070116737A; CN101087032A; US20080007227A1; US7928687B2; CN100544098C; JP4486618B2

Abstract

【課題】電力効率を大幅に改善させることができる、燃料電池を電源にして二次電池の充電を行う充電回路、充電回路の動作制御方法及び電源装置を得る。
【解決手段】二次電池３への充電電流は、二次電池電圧Ｖｂがあらかじめ設定された一定電圧に近づくと減少し、該充電電流が、満充電になったか否かを判定するための基準となる充電完了電流値ｉ３未満になると、充電制御シーケンス回路１５は、二次電池３への充電が完了したと判定して第１低消費電流モードに移行し、第１スイッチＳＷ１をオフさせて遮断状態にして充電制御回路１４の動作を停止させて、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が共にオフして遮断状態にし、充電電流が０ｍＡになるようにした。
【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、充電回路における動作制御方法及び電源装置に関し、特に、エネルギーが有限な燃料電池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、充電回路における動作制御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、携帯機器の電源として環境負荷の低い燃料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加することによって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共に、エネルギー密度の高い電池の採用が必須になっている。
燃料電池は、エネルギー密度が高いが、１セル当たりの発電電圧が一般的に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。また、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おり、燃料電池から二次電池への蓄電は、充電回路を介して行われていた。

図１０は、ＡＣアダプタを使用してリチウムイオン電池に充電を行う従来の充電回路における充電制御方法の例を示したフローチャートであり、図１０を用いて、従来の充電回路の充電制御方法について説明する。
図１０において、リチウムイオン電池が装着された状態でＡＣアダプタが接続されると、スタンバイから予備充電に移行し、リチウムイオン電池の電圧が上昇すると予備充電から急速充電に移行する。一般的に、該急速充電では、一定の電流値で充電するように制御され、更に、リチウムイオン電池の定格電圧を超えないように一定の電圧で充電するように制御される、いわゆる定電流定電圧充電を行う。

リチウムイオン電池の電圧があらかじめ設定された一定電圧に近づくと、充電電流が減少し、該充電電流が、満充電を検出するための所定の充電完了電流値ｉ３未満になると、充電完了と判定して充電電流が０ｍＡになるよう制御される。充電完了の状態では、機器の動作によってリチウムイオン電池が放電され、リチウムイオン電池の電圧が低下すると、再度前記急速充電を開始する。このとき、再充電に備えて充電回路内の充電制御回路はリチウムイオン電池の電圧を監視しており、充電回路を構成する機能も動作している。

なお、本発明とは異なるが、燃料を補給するまでの使用可能時間を長くすることができると共に、突然の燃料切れに対して、機器及び使用者にダメージを与えないようにすることができる燃料電池を使用した電源装置を有する携帯用電子機器があった（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−２２７８０５号公報

図１０で示した従来の方法では、充電動作を行っていない充電完了状態においても、充電回路内の充電制御回路は作動しており、無効な電流を消費していたが、ＡＣアダプタはほぼ無限の電力を供給することができるため、充電制御回路を停止させる必要はなかった。しかし、ＡＣアダプタの代わりに燃料電池を使用した場合、燃料電池はエネルギーが有限であるため、充電動作をしていない間も充電制御回路が作動していると該充電制御回路への無効な電流供給が行われて燃料電池の使用可能時間が短くなり、携帯機器に使用した場合は、待ち受け時間が短くなるという問題があった。

本発明は、二次電池への充電完了時に無効な消費電流を低減させる低消費電流モードに移行するようにして、電力効率を大幅に改善することができる、燃料電池を電源にして二次電池の充電を行う充電回路、充電回路の動作制御方法及び電源装置を得ることを目的とする。

この発明に係る充電回路は、燃料電池を電源にして二次電池の充電を行う充電回路において、
入力された制御信号に応じて、前記燃料電池を電源にして前記二次電池へ充電電流の供給を行う充電電流供給回路部と、
該充電電流供給回路部から出力された充電電流値の検出を行い、該検出した充電電流値を示す信号を生成して出力する充電電流検出回路部と、
前記二次電池の電圧検出を行い、該検出した二次電池電圧の電圧値を示す信号を生成して出力する二次電池電圧検出回路部と、
前記充電電流検出回路部及び該二次電池電圧検出回路部から出力された各出力信号に基づいて、前記充電電流供給回路部に対して、所定の充電電流を出力させる定電流充電、又は前記二次電池電圧が所定値で一定になるように充電電流を出力させる定電圧充電を行わせる充電制御回路部と、
を備え、
前記充電制御回路部は、前記充電電流検出回路部から出力された前記出力信号から、前記二次電池の充電が完了したと判定すると、前記充電電流供給回路部の動作制御を行う内部回路への電源供給を遮断するものである。

また、前記充電制御回路部は、二次電池電圧検出回路部からの前記出力信号から前記二次電池への充電を再開する判定を行うと、前記充電電流供給回路部の動作制御を行う内部回路への電源供給を開始するようにした。

具体的には、前記充電制御回路部は、
入力された制御信号に応じて、前記充電電流供給回路部を用いて前記二次電池への前記定電流充電又は前記定電圧充電を行わせる、前記内部回路をなす充電制御回路と、
入力された制御信号に応じて、該充電制御回路への電源供給制御を行う第１スイッチ回路と、
前記充電電流検出回路部及び該二次電池電圧検出回路部から出力された各出力信号に基づいて、前記充電制御回路及び該第１スイッチ回路の動作制御を行う制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、前記充電電流検出回路部から出力された前記出力信号から、前記充電電流値が所定の充電完了電流値未満になったことを検出すると、前記二次電池の充電が完了したと判定し、前記第１スイッチ回路に対して、前記充電制御回路への電源供給を遮断させるようにした。

また、前記制御回路は、二次電池電圧検出回路部からの前記出力信号から二次電池電圧が所定の電圧値未満になったことを検出すると、前記二次電池への充電を開始する判定を行い、前記第１スイッチ回路に対して、前記充電制御回路への電源供給を行わせるようにした。

更に、前記燃料電池の電圧である燃料電池電圧の電圧検出を行う燃料電池電圧検出回路部と、
入力された制御信号に応じて、前記充電電流検出回路部への電源供給制御を行う第２スイッチ回路と、
を備え、
前記燃料電池電圧検出回路部は、燃料電池電圧が所定の規定電圧値未満であることを検出すると、前記第１スイッチ回路に対して前記充電制御回路への電源供給を遮断させると共に、前記第２スイッチ回路に対して前記充電電流検出回路部への電源供給を遮断させるようにした。

また、前記燃料電池電圧検出回路部は、燃料電池電圧が前記規定電圧値以上であることを検出すると、前記第１スイッチ回路に対して前記充電制御回路への電源供給を行わせると共に、前記第２スイッチ回路に対して前記充電電流検出回路部への電源供給を行わせるようにした。

更に、前記燃料電池の温度検出を行う温度検出回路部を備え、該温度検出回路部は、燃料電池の温度が所定値以上であることを検出すると、前記第１スイッチ回路に対して前記充電制御回路への電源供給を遮断させると共に、前記第２スイッチ回路に対して前記充電電流検出回路部への電源供給を遮断させるようにした。

また、前記燃料電池の温度検出を行う温度検出回路部と、
入力された制御信号に応じて、前記充電電流検出回路部への電源供給制御を行う第２スイッチ回路と、
を備え、
前記温度検出回路部は、燃料電池の温度が所定値以上であることを検出すると、前記第１スイッチ回路に対して前記充電制御回路への電源供給を遮断させると共に、前記第２スイッチ回路に対して前記充電電流検出回路部への電源供給を遮断させるようにしてもよい。

この場合、前記温度検出回路部は、燃料電池の温度が前記所定値未満であることを検出すると、前記第１スイッチ回路に対して前記充電制御回路への電源供給を行わせると共に、前記第２スイッチ回路に対して前記充電電流検出回路部への電源供給を行わせるようにした。

具体的には、前記充電電流供給回路部は、充電制御回路からの制御信号に応じて、前記燃料電池の電圧である燃料電池電圧を昇圧して前記二次電池に印加するようにした。

また、前記充電電流供給回路部は、充電制御回路からの制御信号に応じて、前記燃料電池の電圧である燃料電池電圧を降圧して前記二次電池に印加するようにしてもよい。

また、前記充電電流供給回路部は、充電制御回路からの制御信号に応じて、前記燃料電池から前記二次電池へ充電電流を供給するためのスイッチング動作を行うトランジスタ回路を備え、該トランジスタ回路、充電電流検出回路部、二次電池電圧検出回路部及び充電制御回路部は１つのＩＣに集積されるようにしてもよい。

また、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、この発明に係る充電回路の動作制御方法は、燃料電池を電源にして二次電池の充電を行う充電回路の動作制御方法において、
前記二次電池の充電が完了すると、該二次電池への充電電流の供給を行う回路を駆動制御する回路への電源供給を遮断して、該二次電池への充電電流の供給を停止させるようにした。

具体的には、前記二次電池へ流れる充電電流が、前記二次電池の充電が完了したことを判断するためにあらかじめ設定された充電完了電流値未満になったことを検出すると、前記二次電池の充電が完了したと判定するようにした。

また、前記燃料電池の電圧である燃料電池電圧が所定の規定電圧値未満であることを検出すると、前記充電電流の検出を行う回路、及び該充電電流の供給を行う回路を駆動制御する回路への電源供給をそれぞれ遮断するようにした。

また、前記燃料電池の温度が所定値以上であることを検出すると、前記充電電流の検出を行う回路、及び該充電電流の供給を行う回路を駆動制御する回路への電源供給をそれぞれ遮断するようにした。

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、
燃料電池と、
該燃料電池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、
入力された制御信号に応じて、前記燃料電池を電源にして前記二次電池へ充電電流の供給を行う充電電流供給回路部と、
該充電電流供給回路部から出力された充電電流値の検出を行い、該検出した充電電流値を示す信号を生成して出力する充電電流検出回路部と、
前記二次電池の電圧検出を行い、該検出した二次電池電圧の電圧値を示す信号を生成して出力する二次電池電圧検出回路部と、
前記充電電流検出回路部及び該二次電池電圧検出回路部から出力された各出力信号に基づいて、前記充電電流供給回路部に対して、所定の充電電流を出力させる定電流充電、又は前記二次電池電圧が所定値で一定になるように充電電流を出力させる定電圧充電を行わせる充電制御回路部と、
を備え、
前記充電制御回路部は、前記充電電流検出回路部から出力された前記出力信号から、前記二次電池の充電が完了したと判定すると、前記充電電流供給回路部の動作制御を行う内部回路への電源供給を遮断するものである。

更に、前記燃料電池の温度検出を行う温度検出回路部を備え、該温度検出回路部は、燃料電池の温度が所定値以上であることを検出すると、前記第１スイッチ回路に対して前記充電制御回路への電源供給を遮断させると共に、前記第２スイッチ回路に対して前記充電電流検出回路部への電源供給を遮断させるようにしてもよい。

また、前記燃料電池の温度検出を行う温度検出回路部と、
入力された制御信号に応じて、前記充電電流検出回路部への電源供給制御を行う第２スイッチ回路と、
を備え、
前記温度検出回路部は、燃料電池の温度が所定値以上であることを検出すると、前記第１スイッチ回路に対して前記充電制御回路への電源供給を遮断させると共に、前記第２スイッチ回路に対して前記充電電流検出回路部への電源供給を遮断させるようにした。

本発明の充電回路、充電回路の動作制御方法及び電源装置によれば、燃料電池からの電力供給ができないときや、充電完了時等、充電電流が流れないように制御するときに、二次電池への充電電流の供給を行う回路を動作制御する回路への電源供給を遮断して、該二次電池への充電電流の供給を停止させることにより無効な消費電流を低減させることができる低消費電流モードに移行するようにしたことから、エネルギーが有限な燃料電池を用いて二次電池の充電を行う携帯機器の電力効率を大幅に改善させることができる。

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、発電した電圧Ｖｐを出力する燃料電池２と、リチウムイオン電池からなる二次電池３と、燃料電池２の電池電圧である燃料電池電圧Ｖｐを昇圧した電圧で二次電池３の充電を行う充電回路４とを備えている。

充電回路４は、燃料電池電圧Ｖｐ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、インダクタＬ１と、コンデンサＣ１と、抵抗Ｒ１，Ｒ２と、第１スイッチＳＷ１とを備えている。また、充電回路４は、充電電流検出用の抵抗Ｒ１の両端電圧から二次電池３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充電電流検出回路１１と、二次電池３の電圧である二次電池電圧Ｖｂ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１２と、燃料電池電圧Ｖｐの電圧検出を行い該検出結果を示した信号Ｓｐを生成して出力する燃料電池電圧検出回路１３とを備えている。

更に、充電回路４は、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制御回路１４と、充電電流検出回路１１からの出力信号Ｓｉ、二次電池電圧検出回路１２からの出力信号Ｓｂ及び燃料電池電圧検出回路１３からの出力信号Ｓｐに応じて生成した制御信号Ｓｃ１を用いて、充電制御回路１４の動作制御を行う充電制御シーケンス回路１５とを備えている。スイッチング素子Ｍ１、同期整流用スイッチング素子Ｍ２、第１スイッチＳＷ１、充電電流検出回路１１、二次電池電圧検出回路１２、燃料電池電圧検出回路１３、充電制御回路１４及び充電制御シーケンス回路１５は１つのＩＣに集積され、該ＩＣは端子Ｔ１〜Ｔ５を備えている。

なお、スイッチング素子Ｍ１、同期整流用スイッチング素子Ｍ２、インダクタＬ１、コンデンサＣ１及びＲ２は充電電流供給回路部をなし、充電電流検出回路１１は充電電流検出回路部を、二次電池電圧検出回路１２は二次電池電圧検出回路部をそれぞれなす。また、充電制御回路１４及び充電制御シーケンス回路１５は充電制御回路部を、充電制御シーケンス回路１５は制御回路をそれぞれなし、第１スイッチＳＷ１は第１スイッチ回路を、第２スイッチＳＷ２は第２スイッチ回路をそれぞれなす。また、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はトランジスタ回路をなす。

燃料電池電圧Ｖｐは、端子Ｔ１を介して前記ＩＣに入力されており、端子Ｔ１に入力された燃料電池電圧Ｖｐは、第１スイッチＳＷ１を介して充電制御回路１４に電源として入力されると共に燃料電池電圧検出回路１３に入力されている。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、それぞれ充電制御回路１４に接続され、充電制御回路１４は、充電制御シーケンス回路１５からの制御信号Ｓｃ１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のスイッチングを制御する。

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は充電電流検出回路１１にそれぞれ接続されている。また、抵抗Ｒ１と端子Ｔ５との接続部に二次電池３が接続され、二次電池３の電圧である二次電池電圧Ｖｂは、端子Ｔ５を介して二次電池電圧検出回路１２に入力され、充電電流検出回路１１からの出力信号Ｓｉ、二次電池電圧検出回路１２からの出力信号Ｓｂ及び燃料電池電圧検出回路１３からの出力信号Ｓｐは、充電制御シーケンス回路１５にそれぞれ入力されている。充電制御回路１４は、第１スイッチＳＷ１を介して燃料電池２から電源供給を受けており、第１スイッチＳＷ１は、充電制御シーケンス回路１５からの制御信号Ｓｃ２によってスイッチング制御が行われる。負荷１０は、端子Ｔ５に接続されて電源が供給されている。なお、図１では、電源供給ラインを省略しているが、充電電流検出回路１１、二次電池電圧検出回路１２及び充電制御シーケンス回路１５は常時電源供給されて作動している。

このような構成において、充電制御シーケンス回路１５は、充電制御回路１４に対して、二次電池３への定電流充電又は定電圧充電のいずれかを行わせる。定電流充電を行う場合、充電制御シーケンス回路１５は、充電電流検出回路１１から入力された信号Ｓｉから二次電池３に流れる充電電流を検出し、該検出した充電電流が所定値で一定になるように、充電制御回路１４を介してスイッチング素子Ｍ１に対してＰＷＭ制御又はＰＦＭ制御を行わせてスイッチングさせる。同時に、充電制御シーケンス回路１５は、充電制御回路１４を介して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。

定電圧充電を行う場合、充電制御シーケンス回路１５は、二次電池電圧検出回路１２から入力された信号Ｓｂから二次電池電圧Ｖｂを検出し、二次電池電圧Ｖｂが定格電圧を超えずに所定値で一定になるように、充電制御回路１４を介してスイッチング素子Ｍ１に対してＰＷＭ制御又はＰＦＭ制御を行わせてスイッチングさせる。同時に、充電制御シーケンス回路１５は、充電制御回路１４を介して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に蓄えられた前記エネルギーが燃料電池電圧Ｖｐ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で平滑されて燃料電池電圧Ｖｐが昇圧され、該昇圧された電圧が二次電池３に印加される。

一方、二次電池３への充電電流は、二次電池電圧Ｖｂがあらかじめ設定された一定電圧に近づくと減少し、該充電電流が、満充電になったか否かを判定するための基準となる充電完了電流値未満になると、充電制御シーケンス回路１５は、二次電池３への充電が完了したと判定して第１低消費電流モードに移行し、第１スイッチＳＷ１をオフさせて遮断状態にして充電制御回路１４の動作を停止させて、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を共にオフさせて遮断状態にし、充電電流が０ｍＡになるようにする。なお、充電制御シーケンス回路１５は、第１低消費電流モードの動作を行わないときは、第１スイッチＳＷ１をオンさせて導通状態にしている。

第１低消費電流モードでは、例えば充電制御回路１４が充電電流をスイッチングコンバータで制御する構成である場合は、充電制御回路１４を構成する誤差増幅回路、発振回路及び基準電圧源回路等がそれぞれ動作を停止する。また、充電制御シーケンス回路１５が再充電の開始を判定することができるように二次電池電圧検出回路１２を常時作動させておくことによって、二次電池３が放電して二次電池電圧Ｖｂが低下すると、充電制御シーケンス回路１５は、第１スイッチＳＷ１をオンさせて導通状態にし、動作を停止させていた充電制御回路１４を起動させて二次電池３への充電を行わせることができる。

ここで、図２は、図１の充電回路４の動作例を示したフローチャートであり、図２を用いて充電回路４の動作フローについて説明する。
図２において、まず最初に、充電制御シーケンス回路１５は、第１スイッチＳＷ１をオンさせて導通状態にすると共に、充電制御回路１４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をそれぞれオフさせて遮断状態にしスタンバイ状態になるようにする（ステップＳ１）。次に、充電制御シーケンス回路１５は、燃料電池電圧検出回路１３からの信号Ｓｐを用いて燃料電池電圧Ｖｐの電圧検出を行い（ステップＳ２）、燃料電池電圧Ｖｐが所定の規定電圧値Ｖａ未満のときは、ステップＳ１に戻ってスタンバイ状態を維持する。

また、充電制御シーケンス回路１５は、ステップＳ２で、燃料電池電圧Ｖｐが規定電圧値Ｖａ以上である場合は、二次電池電圧検出回路１２からの信号Ｓｂを用いて二次電池電圧Ｖｂの電圧検出を行う（ステップＳ３）。ステップＳ３において、二次電池電圧Ｖｂが所定の第１電圧値Ｖ１未満であるときは、ステップＳ１に戻り、二次電池電圧Ｖｂが第１電圧値Ｖ１以上であると共に第１電圧値Ｖ１よりも大きい所定の第２電圧値Ｖ２未満であるときは、充電制御シーケンス回路１５は、充電制御回路１４に対して予備充電動作を行わせる（ステップＳ４）。予備充電とは、過放電状態の二次電池３にいきなり大電流で充電を行うと、発熱・発火の恐れがあることから、充電制御シーケンス回路１５が、充電制御回路１４に対して、二次電池電圧Ｖｂが第２電圧値Ｖ２以上になるまでは例えば数十ｍＡという少ない第１電流値ｉ１で充電を行わせる充電モードである。また、充電制御シーケンス回路１５は、ステップＳ３で、二次電池電圧Ｖｂが第２電圧値Ｖ２以上である場合は、後述するステップＳ６の急速充電モードに移行する。

充電制御シーケンス回路１５は、ステップＳ４の予備充電が行われている間、二次電池電圧Ｖｂのチェックを常時行っており（ステップＳ５）、二次電池電圧Ｖｂが第２電圧値Ｖ２未満である場合は、ステップＳ４に戻って、充電制御回路１４に対して引き続き予備充電を行わせる。また、充電制御シーケンス回路１５は、ステップＳ５で、二次電池電圧Ｖｂが第２電圧値Ｖ２以上である場合は、予備充電から急速充電に移行する（ステップＳ６）。急速充電とは、充電制御シーケンス回路１５が、充電制御回路１４に対して、例えば、最初に、二次電池３を短時間に充電するため大電流による定電流充電を行わせ、二次電池電圧Ｖｂが第２電圧値Ｖ２よりも大きい所定の第３電圧値Ｖ３になると、二次電池３に対して定電圧充電を行わせる充電モードである。以下、急速充電時の充電電流値を第２電流値ｉ２とする。

次に、充電制御シーケンス回路１５は、ステップＳ６の急速充電が行われている間、充電電流のチェックを常時行っており（ステップＳ７）、充電電流の電流値が、第２電流値ｉ２未満であり予備充電時の第１電流値ｉ１以上である所定の充電完了電流値ｉ３以上である場合は、充電制御回路１４に対して引き続きステップＳ６の急速充電を行わせる。また、充電制御シーケンス回路１５は、ステップＳ７で、充電電流が充電完了電流値ｉ３未満である場合は、充電が完了したと判定して、充電制御回路１４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をそれぞれオフして遮断状態にさせる充電完了動作を行わせる（ステップＳ８）。

次に、充電制御シーケンス回路１５は、第１低消費電流モードに移行し、第１スイッチＳＷ１をオフさせて遮断状態にして充電制御回路１４への電源供給を遮断させる（ステップＳ９）。充電制御シーケンス回路１５は、ステップＳ９の第１低消費電流モード中においても、二次電池電圧検出回路１２から入力される信号Ｓｂから二次電池電圧Ｖｂのチェックを常時行っており（ステップＳ１０）、二次電池電圧Ｖｂが第３電圧値Ｖ３以上である場合は、ステップＳ８に戻り、二次電池電圧Ｖｂが第３電圧値Ｖ３未満である場合は、ステップＳ６に戻る。
このように、充電が完了して二次電池３に充電電流が流れないときには、第１スイッチＳＷ１をオフさせて充電制御回路１４への電源供給を遮断するようにした。

ここで、図１では、燃料電池電圧Ｖｐを昇圧した電圧で二次電池３の充電を行う場合を例にして示したが、燃料電池電圧Ｖｐを降圧した電圧で二次電池３の充電を行うようにしてもよく、このようにした場合、図１は、図３のようになる。なお、図３では、図１と同じもの又は同様のものは同じ符号で示しており、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３における図１との相違点は、スイッチング素子Ｍ１がＰＭＯＳトランジスタからなり、同期整流用スイッチング素子Ｍ２がＮＭＯＳトランジスタからなり、図１の充電回路４が、燃料電池電圧Ｖｐを降圧した電圧で二次電池３の充電を行うようにしたことにある。

図３において、端子Ｔ１と端子Ｔ２は外部で接続されており、端子Ｔ３と端子Ｔ４との間にはインダクタＬ１が外付けされている。端子Ｔ４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と端子Ｔ３との間にはスイッチング素子Ｍ１が接続され、端子Ｔ３と接地電圧との間に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、それぞれ充電制御回路１４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、充電制御回路１４によってＰＷＭ制御又はＰＦＭ制御が行われてスイッチングされる。この際、充電制御回路１４は、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に対して、同時にオンしないように相反するスイッチング動作を行わせる。その他の各部の動作については、図１の場合と同様であるのでその説明を省略する。

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、二次電池３への充電が完了すると第１スイッチＳＷ１をオフさせて充電制御回路１４への電源供給を遮断するようにしたことから、充電が完了して二次電池への充電電流が流れないときに、充電制御回路１４に流れる無効な電流が最小限になるように低減させることができ、電力効率を大幅に改善させることができる。

第２の実施の形態．
前記第１の実施の形態において、更に、充電電流検出回路１１への電源供給が第２スイッチＳＷ２を介して行われるようにし、燃料電池電圧Ｖｐが規定電圧値Ｖａ未満に低下すると、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をそれぞれオフさせて遮断状態にし、充電電流検出回路１１及び充電制御回路１４への電源供給をそれぞれ遮断す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。なお、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の充電回路４に、充電電流検出回路１１への電源供給を行うための第２スイッチＳＷ２を備え、燃料電池電圧検出回路１３によって第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２のスイッチング制御が行われるようにしたことにあり、これに伴って、図１の燃料電池電圧検出回路１３を燃料電池電圧検出回路１３ａに、図１の充電回路４を充電回路４ａに、図１の電源装置１を電源装置１ａにそれぞれした。
図４において、電源装置１ａは、燃料電池２と、二次電池３と、燃料電池電圧Ｖｐを昇圧した電圧で二次電池３の充電を行う充電回路４ａとを備えている。

充電回路４ａは、スイッチング素子Ｍ１と、同期整流用スイッチング素子Ｍ２と、インダクタＬ１と、コンデンサＣ１と、抵抗Ｒ１，Ｒ２と、第１スイッチＳＷ１と、第２スイッチＳＷ２と、充電電流検出回路１１と、二次電池電圧検出回路１２と、燃料電池電圧検出回路１３ａと、充電制御回路１４と、充電制御シーケンス回路１５とを備えている。スイッチング素子Ｍ１、同期整流用スイッチング素子Ｍ２、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、充電電流検出回路１１、二次電池電圧検出回路１２、燃料電池電圧検出回路１３ａ、充電制御回路１４及び充電制御シーケンス回路１５は１つのＩＣに集積され、該ＩＣは端子Ｔ１〜Ｔ５を備えている。なお、燃料電池電圧検出回路１３ａは燃料電池電圧検出回路部をなす。

端子Ｔ１に入力された燃料電池電圧Ｖｐは、第２スイッチＳＷ２を介して充電電流検出回路１１に電源として入力されると共に燃料電池電圧検出回路１３ａに入力されている。充電電流検出回路１１は、第２スイッチＳＷ２を介して燃料電池２から電源供給を受けており、第２スイッチＳＷ２は、燃料電池電圧検出回路１３ａによってスイッチング制御が行われる。また、燃料電池電圧検出回路１３ａは、第１スイッチＳＷ１のスイッチング制御も行うことから、第１スイッチＳＷ１は、燃料電池電圧検出回路１３ａ及び充電制御シーケンス回路１５によってそれぞれスイッチング制御される。

このような構成において、燃料電池電圧検出回路１３ａは、燃料電池電圧Ｖｐの電圧検出を行い、燃料電池電圧Ｖｐが規定電圧値Ｖａ未満に低下して、二次電池３の充電に必要な充電電流を得ることができなくなると、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をそれぞれオフさせて遮断状態にして充電電流検出回路１１及び充電制御回路１４への電源供給を停止させる第２低消費電流モードの動作を行う。また、燃料電池電圧検出回路１３ａは、燃料電池電圧Ｖｐが規定電圧値Ｖａ以上であると、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をそれぞれオンさせて導通状態にし、充電電流検出回路１１及び充電制御回路１４への電源供給を行わせて第２低消費電流モードの動作を解除する。

第１低消費電流モード及び第２低消費電流モードでは、例えば充電制御回路１４が充電電流をスイッチングコンバータで制御する構成である場合は、充電制御回路１４を構成する誤差増幅回路、発振回路及び基準電圧源回路等がそれぞれ動作を停止する。また、図４では、電源供給ラインを省略しているが、二次電池電圧検出回路１２及び充電制御シーケンス回路１５は常時電源供給されて作動している。二次電池電圧検出回路１２及び燃料電池電圧検出回路１３ａを常時作動させておくことにより、二次電池３が放電して二次電池電圧Ｖｂが低下すると、充電制御シーケンス回路１５は、第１スイッチＳＷ１をオンさせて導通状態にし、動作を停止させていた充電制御回路１４を起動させて二次電池３への充電を行わせることができると共に、燃料電池電圧Ｖｐが規定電圧値Ｖａ以上になると、燃料電池電圧検出回路１３ａは、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をそれぞれオンさせて導通状態にし、動作を停止させていた充電電流検出回路１１及び充電制御回路１４を起動させて二次電池３への充電を行わせることができる。

ここで、図５は、図４の充電回路４ａの動作例を示したフローチャートであり、図５を用いて充電回路４ａの動作フローについて説明する。なお、図５では、図２と同じ処理又は同様の処理を行うフローは同じ符号で示し、ここではその説明を省略すると共に図２との相違点のみ説明する。
図５における図２との相違点は、図２のステップＳ４とステップＳ５との間にステップＳ１１の処理を、図２のステップＳ６とステップＳ７との間にステップＳ１２の処理をそれぞれ追加し、ステップＳ１３〜Ｓ１６の処理を追加したことにある。

図５において、燃料電池電圧検出回路１３ａは、ステップＳ４で予備充電が行われている間、燃料電池電圧Ｖｐの電圧検出を常時行っており（ステップＳ１１）、燃料電池電圧Ｖｐが規定電圧値Ｖａ以上である場合は、ステップＳ５に進む。また、燃料電池電圧検出回路１３ａは、ステップＳ１１で、燃料電池電圧Ｖｐが規定電圧値Ｖａ未満である場合は、第２低消費電流モードに移行し（ステップＳ１３）、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をそれぞれオフさせて遮断状態にして、充電電流検出回路１１及び充電制御回路１４への電源供給を遮断させる。燃料電池電圧検出回路１３ａは、ステップＳ１３の第２低消費電流モード中においても、燃料電池電圧Ｖｐの電圧検出を常時行っており（ステップＳ１４）、燃料電池電圧Ｖｐが規定電圧値Ｖａ未満である場合は、ステップＳ１３に戻り、燃料電池電圧Ｖｐが規定電圧値Ｖａ以上である場合は、ステップＳ４に戻る。

また、燃料電池電圧検出回路１３ａは、ステップＳ６で急速充電が行われている間、燃料電池電圧Ｖｐの電圧検出を常時行っており（ステップＳ１２）、燃料電池電圧Ｖｐが規定電圧値Ｖａ以上である場合は、ステップＳ７に進む。また、燃料電池電圧検出回路１３ａは、ステップＳ１２で、燃料電池電圧Ｖｐが規定電圧値Ｖａ未満である場合は、第２低消費電流モードに移行し（ステップＳ１５）、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をそれぞれオフさせて遮断状態にし、充電電流検出回路１１及び充電制御回路１４への電源供給を遮断させる。

燃料電池電圧検出回路１３ａは、ステップＳ１５の第２低消費電流モード中においても、燃料電池電圧Ｖｐの電圧検出を常時行っており（ステップＳ１６）、燃料電池電圧Ｖｐが規定電圧値Ｖａ未満である場合は、ステップＳ１５に戻り、燃料電池電圧Ｖｐが規定電圧値Ｖａ以上である場合は、ステップＳ４に戻る。
このように、燃料電池電圧Ｖｐが規定電圧値Ｖａ未満になって二次電池３の充電ができなくなったときは、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をそれぞれオフさせて、充電電流検出回路１１及び充電制御回路１４への電源供給をそれぞれ遮断するようにした。

ここで、図４では、燃料電池電圧Ｖｐを昇圧した電圧で二次電池３の充電を行う場合を例にして示したが、燃料電池電圧Ｖｐを降圧した電圧で二次電池３の充電を行うようにしてもよい。このようにした場合、図４のスイッチング素子Ｍ１、同期整流用スイッチング素子Ｍ２及びインダクタＬ１は、図３と同様であることからその説明を省略する。

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、燃料電池電圧Ｖｐが規定電圧値Ｖａ未満になって二次電池３の充電ができなくなったときは、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をそれぞれオフさせて、充電電流検出回路１１及び充電制御回路１４への電源供給をそれぞれ遮断し、二次電池３への充電が完了すると第１スイッチＳＷ１をオフさせて充電制御回路１４への電源供給を遮断するようにした。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と共に、燃料電池から電力を供給できないときには、充電電流検出回路１１及び充電制御回路１４に流れる無効な電流が最小限になるように低減させることができ、電力効率を更に改善させることができる。

第３の実施の形態．
前記第２の実施の形態では、燃料電池電圧Ｖｐが規定電圧値Ｖａ未満になると充電電流検出回路１１及び充電制御回路１４への電源供給をそれぞれ遮断するようにしたが、燃料電池２の温度を検出する温度検出回路を設け、燃料電池２の温度が所定値以上になると充電電流検出回路１１及び充電制御回路１４への電源供給をそれぞれ遮断す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。なお、図６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６における図１との相違点は、図１の充電回路４に、燃料電池２の温度検出を行う温度検出回路２１を備え、温度検出回路２１によって第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２のスイッチング制御が行われるようにしたことにあり、これに伴って、図１の充電回路４を充電回路４ｂに、図１の電源装置１を電源装置１ｂにそれぞれした。
図６において、電源装置１ｂは、燃料電池２と、二次電池３と、燃料電池電圧Ｖｐを昇圧した電圧で二次電池３の充電を行う充電回路４ｂとを備えている。

充電回路４ｂは、スイッチング素子Ｍ１と、同期整流用スイッチング素子Ｍ２と、インダクタＬ１と、コンデンサＣ１と、抵抗Ｒ１，Ｒ２と、第１スイッチＳＷ１と、第２スイッチＳＷ２と、充電電流検出回路１１と、二次電池電圧検出回路１２と、燃料電池電圧検出回路１３と、充電制御回路１４と、充電制御シーケンス回路１５と、温度検出回路２１とを備えている。スイッチング素子Ｍ１、同期整流用スイッチング素子Ｍ２、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、充電電流検出回路１１、二次電池電圧検出回路１２、燃料電池電圧検出回路１３、充電制御回路１４、充電制御シーケンス回路１５及び温度検出回路２１は１つのＩＣに集積され、該ＩＣは端子Ｔ１〜Ｔ６を備えている。なお、温度検出回路２１は温度検出回路部をなす。

例えば、燃料電池２内、又は燃料電池２の近傍に温度センサ（図示せず）が設けられており、該温度センサによって検出された燃料電池２の温度を示す信号が、端子Ｔ６を介して温度検出回路２１に入力されている。第２スイッチＳＷ２は、温度検出回路２１によってスイッチング制御が行われ、温度検出回路２１は、第１スイッチＳＷ１のスイッチング制御も行うことから、第１スイッチＳＷ１は、充電制御シーケンス回路１５及び温度検出回路２１によってそれぞれスイッチング制御される。

このような構成において、温度検出回路２１は、燃料電池２の温度検出を行い、燃料電池２の温度が所定値Ｔａ以上に上昇すると、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をそれぞれオフさせて遮断状態にして充電電流検出回路１１及び充電制御回路１４への電源供給を停止させる第２低消費電流モードの動作を行う。また、温度検出回路２１は、燃料電池２の温度が所定値Ｔａ未満であると、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をそれぞれオンさせて導通状態にし、充電電流検出回路１１及び充電制御回路１４への電源供給を行わせて第２低消費電流モードの動作を解除する。

第１低消費電流モード及び第２低消費電流モードでは、例えば充電制御回路１４が充電電流をスイッチングコンバータで制御する構成である場合は、充電制御回路１４を構成する誤差増幅回路、発振回路及び基準電圧源回路等がそれぞれ動作を停止する。また、図６では、電源供給ラインを省略しているが、二次電池電圧検出回路１２及び充電制御シーケンス回路１５は常時電源供給されて作動している。二次電池電圧検出回路１２及び温度検出回路２１を常時作動させておくことにより、二次電池３が放電して二次電池電圧Ｖｂが低下すると、充電制御シーケンス回路１５は、第１スイッチＳＷ１をオンさせて導通状態にし、動作を停止させていた充電制御回路１４を起動させて二次電池３への充電を行わせることができると共に、燃料電池２の温度が所定値Ｔａ未満になると、温度検出回路２１は、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をそれぞれオンさせて導通状態にし、動作を停止させていた充電電流検出回路１１及び充電制御回路１４を起動させて二次電池３への充電を行わせることができる。

ここで、図７は、図６の充電回路４ｂの動作例を示したフローチャートであり、図７を用いて充電回路４ｂの動作フローについて説明する。なお、図７では、図５と同じ処理又は同様の処理を行うフローは同じ符号で示し、ここではその説明を省略すると共に図５との相違点のみ説明する。
図７における図５との相違点は、図５のステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１４及びＳ１６の処理を、ステップＳ２１〜Ｓ２４の処理に置き換えたことにある。

図７において、温度検出回路２１は、ステップＳ４で予備充電が行われている間、燃料電池２の温度検出を常時行っており（ステップＳ２１）、燃料電池２の温度が所定値Ｔａ未満である場合は、ステップＳ５に進む。また、温度検出回路２１は、ステップＳ２１で、燃料電池２の温度が所定値Ｔａ以上である場合は、第２低消費電流モードに移行し（ステップＳ１３）、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をそれぞれオフさせて遮断状態にして、充電電流検出回路１１及び充電制御回路１４への電源供給をそれぞれ遮断させる。温度検出回路２１は、ステップＳ１３の第２低消費電流モード中においても、燃料電池２の温度検出を常時行っており（ステップＳ２３）、燃料電池２の温度が所定値Ｔａ以上である場合は、ステップＳ１３に戻り、燃料電池２の温度が所定値Ｔａ未満である場合は、ステップＳ４に戻る。

また、温度検出回路２１は、ステップＳ６で急速充電が行われている間、燃料電池２の温度検出を常時行っており（ステップＳ２２）、燃料電池２の温度が所定値Ｔａ未満である場合は、ステップＳ７に進む。また、温度検出回路２１は、ステップＳ２２で、燃料電池２の温度が所定値Ｔａ以上である場合は、第２低消費電流モードに移行し（ステップＳ１５）、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をそれぞれオフさせて遮断状態にし、充電電流検出回路１１及び充電制御回路１４への電源供給をそれぞれ遮断させる。

温度検出回路２１は、ステップＳ１５の第２低消費電流モード中においても、燃料電池２の温度検出を常時行っており（ステップＳ２４）、燃料電池２の温度が所定値Ｔａ以上である場合は、ステップＳ１５に戻り、燃料電池２の温度が所定値Ｔａ未満である場合は、ステップＳ４に戻る。
このように、燃料電池２の温度が所定値Ｔａ以上になったときは、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をそれぞれオフさせて、充電電流検出回路１１及び充電制御回路１４への電源供給をそれぞれ遮断するようにした。

ここで、図６では、燃料電池電圧Ｖｐを昇圧した電圧で二次電池３の充電を行う場合を例にして示したが、燃料電池電圧Ｖｐを降圧した電圧で二次電池３の充電を行うようにしてもよい。このようにした場合、図６のスイッチング素子Ｍ１、同期整流用スイッチング素子Ｍ２及びインダクタＬ１は、図３と同様であることからその説明を省略する。

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、燃料電池２の温度が所定値Ｔａ以上になったときは、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をそれぞれオフさせて、充電電流検出回路１１及び充電制御回路１４への電源供給をそれぞれ遮断し、二次電池３への充電が完了すると第１スイッチＳＷ１をオフさせて充電制御回路１４への電源供給を遮断するようにした。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と共に、燃料電池２の温度が異常に上昇して二次電池３への充電が行えなくなったときには、充電電流検出回路１１及び充電制御回路１４に流れる無効な電流が最小限になるように低減させることができ、電力効率を更に改善させることができる。

第４の実施の形態．
前記第３の実施の形態では、燃料電池２の温度が所定値Ｔａ以上になると充電電流検出回路１１及び充電制御回路１４への電源供給をそれぞれ遮断するようにしたが、燃料電池電圧Ｖｐが規定電圧値Ｖａ未満に低下するか、及び／又は燃料電池２の温度が所定値以上になると充電電流検出回路１１及び充電制御回路１４への電源供給をそれぞれ遮断するようにしてもよく、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。なお、図８では、図６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６との相違点のみ説明する。

図８における図６との相違点は、図６の燃料電池電圧検出回路１３を図４の燃料電池電圧検出回路１３ａに置き換えて、燃料電池電圧Ｖｐに応じて、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２のスイッチング制御を行うようにしたことにあり、これに伴って、図６の充電回路４ｂを充電回路４ｃに、図６の電源装置１ｂを電源装置１ｃにそれぞれした。
図８において、電源装置１ｃは、燃料電池２と、二次電池３と、燃料電池電圧Ｖｐを昇圧した電圧で二次電池３の充電を行う充電回路４ｃとを備えている。

充電回路４ｃは、スイッチング素子Ｍ１と、同期整流用スイッチング素子Ｍ２と、インダクタＬ１と、コンデンサＣ１と、抵抗Ｒ１，Ｒ２と、第１スイッチＳＷ１と、第２スイッチＳＷ２と、充電電流検出回路１１と、二次電池電圧検出回路１２と、燃料電池電圧検出回路１３ａと、充電制御回路１４と、充電制御シーケンス回路１５と、温度検出回路２１とを備えている。スイッチング素子Ｍ１、同期整流用スイッチング素子Ｍ２、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、充電電流検出回路１１、二次電池電圧検出回路１２、燃料電池電圧検出回路１３ａ、充電制御回路１４、充電制御シーケンス回路１５及び温度検出回路２１は１つのＩＣに集積され、該ＩＣは端子Ｔ１〜Ｔ６を備えている。

端子Ｔ１に入力された燃料電池電圧Ｖｐは、第２スイッチＳＷ２を介して充電電流検出回路１１に電源として入力されると共に燃料電池電圧検出回路１３ａに入力されている。充電電流検出回路１１は、第２スイッチＳＷ２を介して燃料電池２から電源供給を受けており、第２スイッチＳＷ２は、燃料電池電圧検出回路１３ａ及び温度検出回路２１によってそれぞれスイッチング制御が行われる。また、燃料電池電圧検出回路１３ａ及び温度検出回路２１は、第１スイッチＳＷ１のスイッチング制御も行うことから、第１スイッチＳＷ１は、燃料電池電圧検出回路１３ａ、充電制御シーケンス回路１５及び温度検出回路２１によってそれぞれスイッチング制御される。

温度検出回路２１は、燃料電池２の温度検出を行い、燃料電池２の温度が所定値Ｔａ以上に上昇すると、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をそれぞれオフさせて遮断状態にして充電電流検出回路１１及び充電制御回路１４への電源供給を停止させる第２低消費電流モードの動作を行う。また、温度検出回路２１は、燃料電池２の温度が所定値Ｔａ未満であると、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をそれぞれオンさせて導通状態にし、充電電流検出回路１１及び充電制御回路１４への電源供給を行わせて第２低消費電流モードの動作を解除する。

第１低消費電流モード及び第２低消費電流モードでは、例えば充電制御回路１４が充電電流をスイッチングコンバータで制御する構成である場合は、充電制御回路１４を構成する誤差増幅回路、発振回路及び基準電圧源回路等がそれぞれ動作を停止する。また、図８では、電源供給ラインを省略しているが、二次電池電圧検出回路１２及び充電制御シーケンス回路１５は常時電源供給されて作動している。二次電池電圧検出回路１２、燃料電池電圧検出回路１３ａ及び温度検出回路２１を常時作動させておくことにより、二次電池３が放電して二次電池電圧Ｖｂが低下すると、充電制御シーケンス回路１５は、第１スイッチＳＷ１をオンさせて導通状態にし、動作を停止させていた充電制御回路１４を起動させて二次電池３への充電を行わせることができ、燃料電池電圧Ｖｐが規定電圧値Ｖａ以上になると共に燃料電池２の温度が所定値Ｔａ未満になると、燃料電池電圧検出回路１３ａ及び温度検出回路２１は、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をそれぞれオンさせて導通状態にし、動作を停止させていた充電電流検出回路１１及び充電制御回路１４を起動させて二次電池３への充電を行わせることができる。

ここで、図９は、図８の充電回路４ｃの動作例を示したフローチャートであり、図９を用いて充電回路４ｃの動作フローについて説明する。なお、図９では、図５若しくは図７と同じ処理又は同様の処理を行うフローは同じ符号で示し、ここではその説明を省略すると共に図７との相違点のみ説明する。
図９における図７との相違点は、図７のステップＳ２１とステップＳ５との間に図５のステップＳ１１の処理を、図７のステップＳ２２とステップＳ７との間に図５のステップＳ１２の処理を、図７のステップＳ２３とステップＳ４との間に図５のステップＳ１４の処理を、図７のステップＳ２４とステップＳ４の間に図５のステップＳ１６の処理をそれぞれ追加したことにある。

図９において、ステップＳ２１で、燃料電池２の温度が所定値Ｔａ未満である場合は、ステップＳ１１に進む。燃料電池電圧検出回路１３ａは、ステップＳ４で予備充電が行われている間、燃料電池電圧Ｖｐの電圧検出を常時行っており（ステップＳ１１）、燃料電池電圧Ｖｐが規定電圧値Ｖａ以上である場合は、ステップＳ５に進む。ステップＳ１１で、燃料電池電圧Ｖｐが規定電圧値Ｖａ未満である場合は、ステップＳ１３に進む。また、ステップＳ２２で、燃料電池２の温度が所定値Ｔａ未満である場合は、ステップＳ１２に進む。燃料電池電圧検出回路１３ａは、ステップＳ６で急速充電が行われている間、燃料電池電圧Ｖｐの電圧検出を常時行っており（ステップＳ１２）、燃料電池電圧Ｖｐが規定電圧値Ｖａ以上である場合は、ステップＳ７に進む。また、ステップＳ１２で、燃料電池電圧Ｖｐが規定電圧値Ｖａ未満である場合は、ステップＳ１５に進む。

また、ステップＳ２３で、燃料電池２の温度が所定値Ｔａ未満である場合は、ステップＳ１４に進む。燃料電池電圧検出回路１３ａは、ステップＳ１３の第２低消費電流モード中においても、燃料電池電圧Ｖｐの電圧検出を常時行っており（ステップＳ１４）、燃料電池電圧Ｖｐが規定電圧値Ｖａ以上である場合は、ステップＳ４に戻る。ステップＳ１４で、燃料電池電圧Ｖｐが規定電圧値Ｖａ未満である場合は、ステップＳ１３に戻る。また、ステップＳ２４で、燃料電池２の温度が所定値Ｔａ未満である場合は、ステップＳ１６に進む。燃料電池電圧検出回路１３ａは、ステップＳ１５の第２低消費電流モード中においても、燃料電池電圧Ｖｐの電圧検出を常時行っており（ステップＳ１６）、燃料電池電圧Ｖｐが規定電圧値Ｖａ以上である場合は、ステップＳ４に戻る。また、ステップＳ１６で、燃料電池電圧Ｖｐが規定電圧値Ｖａ未満である場合は、ステップＳ１５に戻る。

ここで、図８では、燃料電池電圧Ｖｐを昇圧した電圧で二次電池３の充電を行う場合を例にして示したが、燃料電池電圧Ｖｐを降圧した電圧で二次電池３の充電を行うようにしてもよい。このようにした場合、図８のスイッチング素子Ｍ１、同期整流用スイッチング素子Ｍ２及びインダクタＬ１は、図３と同様であることからその説明を省略する。

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、燃料電池電圧Ｖｐが規定電圧値Ｖａ未満になって二次電池３の充電ができなくなったとき、及び／又は燃料電池２の温度が所定値Ｔａ以上になったときは、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をそれぞれオフさせて、充電電流検出回路１１及び充電制御回路１４への電源供給をそれぞれ遮断し、二次電池３への充電が完了すると第１スイッチＳＷ１をオフさせて充電制御回路１４への電源供給を遮断するようにした。このことから、前記第２及び第３の各実施の形態におけるそれぞれの効果を得ることができ、電力効率を更に一層改善させることができる。

なお、前記第１から第４の各実施の形態では、二次電池３がリチウムイオン電池である場合を例にして示したが、これは一例であり、二次電池３として電気二重層コンデンサ等を使用するようにしてもよい。また、前記第１から第４の各実施の形態では、燃料電池電圧Ｖｐを昇圧又は降圧するいずれかの回路構成をなす場合を例にして示したが、燃料電池電圧Ｖｐを昇降圧する昇降圧回路構成をなすようにしてもよい。

本発明の第１の実施の形態における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４の動作例を示したフローチャートである。本発明の第１の実施の形態における充電回路を有する電源装置の他の構成例を示したブロック図である。本発明の第２の実施の形態における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４ａの動作例を示したフローチャートである。本発明の第３の実施の形態における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４ｂの動作例を示したフローチャートである。本発明の第４の実施の形態における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４ｃの動作例を示したフローチャートである。従来の充電回路における充電制御方法の例を示したフローチャートである。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｃ電源装置
２燃料電池
３二次電池
４，４ａ，４ｂ，４ｃ充電回路
１０負荷
１１充電電流検出回路
１２二次電池電圧検出回路
１３，１３ａ燃料電池電圧検出回路
１４充電制御回路
１５充電制御シーケンス回路
２１温度検出回路
Ｍ１スイッチング素子
Ｍ２同期整流用スイッチング素子
ＳＷ１第１スイッチ
ＳＷ２第２スイッチ
Ｌ１インダクタ
Ｒ１，Ｒ２抵抗
Ｃ１コンデンサ

Claims

燃料電池を電源にして二次電池の充電を行う充電回路において、
入力された制御信号に応じて、前記燃料電池を電源にして前記二次電池へ充電電流の供給を行う充電電流供給回路部と、
該充電電流供給回路部から出力された充電電流値の検出を行い、該検出した充電電流値を示す信号を生成して出力する充電電流検出回路部と、
前記二次電池の電圧検出を行い、該検出した二次電池電圧の電圧値を示す信号を生成して出力する二次電池電圧検出回路部と、
前記充電電流検出回路部及び該二次電池電圧検出回路部から出力された各出力信号に基づいて、前記充電電流供給回路部に対して、所定の充電電流を出力させる定電流充電、又は前記二次電池電圧が所定値で一定になるように充電電流を出力させる定電圧充電を行わせる充電制御回路部と、
を備え、
前記充電制御回路部は、前記充電電流検出回路部から出力された前記出力信号から、前記二次電池の充電が完了したと判定すると、前記充電電流供給回路部の動作制御を行う内部回路への電源供給を遮断することを特徴とする充電回路。
前記充電制御回路部は、二次電池電圧検出回路部からの前記出力信号から前記二次電池への充電を再開する判定を行うと、前記充電電流供給回路部の動作制御を行う内部回路への電源供給を開始することを特徴とする請求項１記載の充電回路。
前記充電制御回路部は、
入力された制御信号に応じて、前記充電電流供給回路部を用いて前記二次電池への前記定電流充電又は前記定電圧充電を行わせる、前記内部回路をなす充電制御回路と、
入力された制御信号に応じて、該充電制御回路への電源供給制御を行う第１スイッチ回路と、
前記充電電流検出回路部及び該二次電池電圧検出回路部から出力された各出力信号に基づいて、前記充電制御回路及び該第１スイッチ回路の動作制御を行う制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、前記充電電流検出回路部から出力された前記出力信号から、前記充電電流値が所定の充電完了電流値未満になったことを検出すると、前記二次電池の充電が完了したと判定し、前記第１スイッチ回路に対して、前記充電制御回路への電源供給を遮断させることを特徴とする請求項１又は２記載の充電回路。
前記制御回路は、二次電池電圧検出回路部からの前記出力信号から二次電池電圧が所定の電圧値未満になったことを検出すると、前記二次電池への充電を開始する判定を行い、前記第１スイッチ回路に対して、前記充電制御回路への電源供給を行わせることを特徴とする請求項３記載の充電回路。
前記燃料電池の電圧である燃料電池電圧の電圧検出を行う燃料電池電圧検出回路部と、
入力された制御信号に応じて、前記充電電流検出回路部への電源供給制御を行う第２スイッチ回路と、
を備え、
前記燃料電池電圧検出回路部は、燃料電池電圧が所定の規定電圧値未満であることを検出すると、前記第１スイッチ回路に対して前記充電制御回路への電源供給を遮断させると共に、前記第２スイッチ回路に対して前記充電電流検出回路部への電源供給を遮断させることを特徴とする請求項３又は４記載の充電回路。
前記燃料電池電圧検出回路部は、燃料電池電圧が前記規定電圧値以上であることを検出すると、前記第１スイッチ回路に対して前記充電制御回路への電源供給を行わせると共に、前記第２スイッチ回路に対して前記充電電流検出回路部への電源供給を行わせることを特徴とする請求項５記載の充電回路。
前記燃料電池の温度検出を行う温度検出回路部を備え、該温度検出回路部は、燃料電池の温度が所定値以上であることを検出すると、前記第１スイッチ回路に対して前記充電制御回路への電源供給を遮断させると共に、前記第２スイッチ回路に対して前記充電電流検出回路部への電源供給を遮断させることを特徴とする請求項５又は６記載の充電回路。
前記燃料電池の温度検出を行う温度検出回路部と、
入力された制御信号に応じて、前記充電電流検出回路部への電源供給制御を行う第２スイッチ回路と、
を備え、
前記温度検出回路部は、燃料電池の温度が所定値以上であることを検出すると、前記第１スイッチ回路に対して前記充電制御回路への電源供給を遮断させると共に、前記第２スイッチ回路に対して前記充電電流検出回路部への電源供給を遮断させることを特徴とする請求項３又は４記載の充電回路。
前記温度検出回路部は、燃料電池の温度が前記所定値未満であることを検出すると、前記第１スイッチ回路に対して前記充電制御回路への電源供給を行わせると共に、前記第２スイッチ回路に対して前記充電電流検出回路部への電源供給を行わせることを特徴とする請求項８記載の充電回路。
前記充電電流供給回路部は、充電制御回路からの制御信号に応じて、前記燃料電池の電圧である燃料電池電圧を昇圧して前記二次電池に印加することを特徴とする請求項３、４、５、６、７、８又は９記載の充電回路。
前記充電電流供給回路部は、充電制御回路からの制御信号に応じて、前記燃料電池の電圧である燃料電池電圧を降圧して前記二次電池に印加することを特徴とする請求項３、４、５、６、７、８、９又は１０記載の充電回路。
前記充電電流供給回路部は、充電制御回路からの制御信号に応じて、前記燃料電池から前記二次電池へ充電電流を供給するためのスイッチング動作を行うトランジスタ回路を備え、該トランジスタ回路、充電電流検出回路部、二次電池電圧検出回路部及び充電制御回路部は１つのＩＣに集積されることを特徴とする請求項１０又は１１記載の充電回路。
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又は１２記載の充電回路。
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又は１２記載の充電回路。
燃料電池を電源にして二次電池の充電を行う充電回路の動作制御方法において、
前記二次電池の充電が完了すると、該二次電池への充電電流の供給を行う回路を駆動制御する回路への電源供給を遮断して、該二次電池への充電電流の供給を停止させることを特徴とする充電回路の動作制御方法。
前記二次電池へ流れる充電電流が、前記二次電池の充電が完了したことを判断するためにあらかじめ設定された充電完了電流値未満になったことを検出すると、前記二次電池の充電が完了したと判定することを特徴とする請求項１５記載の充電回路の動作制御方法。
前記燃料電池の電圧である燃料電池電圧が所定の規定電圧値未満であることを検出すると、前記充電電流の検出を行う回路、及び該充電電流の供給を行う回路を駆動制御する回路への電源供給をそれぞれ遮断することを特徴とする請求項１５又は１６記載の充電回路の動作制御方法。
前記燃料電池の温度が所定値以上であることを検出すると、前記充電電流の検出を行う回路、及び該充電電流の供給を行う回路を駆動制御する回路への電源供給をそれぞれ遮断することを特徴とする請求項１５、１６又は１７記載の充電回路の動作制御方法。
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、
燃料電池と、
該燃料電池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、
入力された制御信号に応じて、前記燃料電池を電源にして前記二次電池へ充電電流の供給を行う充電電流供給回路部と、
該充電電流供給回路部から出力された充電電流値の検出を行い、該検出した充電電流値を示す信号を生成して出力する充電電流検出回路部と、
前記二次電池の電圧検出を行い、該検出した二次電池電圧の電圧値を示す信号を生成して出力する二次電池電圧検出回路部と、
前記充電電流検出回路部及び該二次電池電圧検出回路部から出力された各出力信号に基づいて、前記充電電流供給回路部に対して、所定の充電電流を出力させる定電流充電、又は前記二次電池電圧が所定値で一定になるように充電電流を出力させる定電圧充電を行わせる充電制御回路部と、
を備え、
前記充電制御回路部は、前記充電電流検出回路部から出力された前記出力信号から、前記二次電池の充電が完了したと判定すると、前記充電電流供給回路部の動作制御を行う内部回路への電源供給を遮断することを特徴とする電源装置。
前記充電制御回路部は、
入力された制御信号に応じて、前記充電電流供給回路部を用いて前記二次電池への前記定電流充電又は前記定電圧充電を行わせる、前記内部回路をなす充電制御回路と、
入力された制御信号に応じて、該充電制御回路への電源供給制御を行う第１スイッチ回路と、
前記充電電流検出回路部及び該二次電池電圧検出回路部から出力された各出力信号に基づいて、前記充電制御回路及び該第１スイッチ回路の動作制御を行う制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、前記充電電流検出回路部から出力された前記出力信号から、前記充電電流値が所定の充電完了電流値未満になったことを検出すると、前記二次電池の充電が完了したと判定し、前記第１スイッチ回路に対して、前記充電制御回路への電源供給を遮断させることを特徴とする請求項１９記載の電源装置。
前記制御回路は、二次電池電圧検出回路部からの前記出力信号から二次電池電圧が所定の電圧値未満になったことを検出すると、前記二次電池への充電を開始する判定を行い、前記第１スイッチ回路に対して、前記充電制御回路への電源供給を行わせることを特徴とする請求項２０記載の電源装置。
前記燃料電池の電圧である燃料電池電圧の電圧検出を行う燃料電池電圧検出回路部と、
入力された制御信号に応じて、前記充電電流検出回路部への電源供給制御を行う第２スイッチ回路と、
を備え、
前記燃料電池電圧検出回路部は、燃料電池電圧が所定の規定電圧値未満であることを検出すると、前記第１スイッチ回路に対して前記充電制御回路への電源供給を遮断させると共に、前記第２スイッチ回路に対して前記充電電流検出回路部への電源供給を遮断させることを特徴とする請求項２０又は２１記載の電源装置。
前記燃料電池の温度検出を行う温度検出回路部を備え、該温度検出回路部は、燃料電池の温度が所定値以上であることを検出すると、前記第１スイッチ回路に対して前記充電制御回路への電源供給を遮断させると共に、前記第２スイッチ回路に対して前記充電電流検出回路部への電源供給を遮断させることを特徴とする請求項２２記載の電源装置。
前記燃料電池の温度検出を行う温度検出回路部と、
入力された制御信号に応じて、前記充電電流検出回路部への電源供給制御を行う第２スイッチ回路と、
を備え、
前記温度検出回路部は、燃料電池の温度が所定値以上であることを検出すると、前記第１スイッチ回路に対して前記充電制御回路への電源供給を遮断させると共に、前記第２スイッチ回路に対して前記充電電流検出回路部への電源供給を遮断させることを特徴とする請求項２０又は２１記載の電源装置。