JP2009112097A

JP2009112097A - 充電装置

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Publication number: JP2009112097A
Application number: JP2007280736A
Authority: JP
Inventors: Hidenobu Sato; 秀信佐藤; Masayoshi Nakajima; 匡良中島
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2007-10-29
Filing date: 2007-10-29
Publication date: 2009-05-21
Anticipated expiration: 2027-10-29
Also published as: JP5203672B2

Abstract

【課題】充電池に対する充電動作を安定的に行うことができる充電装置を提供すること。
【解決手段】電源回路部８２は、チャージポンプ９０と、チャージポンプ９０からの出力電圧で駆動し、発電部材３０により発電された電圧を昇圧する昇圧回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ）９１と、昇圧回路９１から供給される電流を制限する電流制限回路９２と、を備える。電流制限回路９２は、トランジスタ９２ａと、ＦＥＴ９２ｂとを備え、トランジスタ９２ａのコレクタ端子と、ＦＥＴ９２ｂのゲート端子が電気的に接続されている。トランジスタ９２ａは、発電部材３０から印加される電圧値に応じてＦＥＴ９２ｂのスイッチング動作が制御され、当該スイッチング動作に応じてＦＥＴ９２ｂのソース−ドレイン間に流れる電流が制御される。
【選択図】図４

Description

本発明は、発電部材を有する充電装置に関する。

携帯電子機器は、様々な機能が付加されるようになり、消費電力が高くなる傾向にある。また、携帯電子機器では、充電池の充電容量がなくなる前に外部の充電装置により充電を行うか、新たな充電池に交換する必要があった。

ここで、外部の充電装置を利用する場合には、携帯電子機器と一緒に充電装置を携行する必要があり、また、充電装置は、コンセント等を必要とするので、コンセントがある場所で行わなくてはならない。

一方、新たな充電池に交換する場合には、新たな充電池を購入するためのコストがかかってしまう。

そこで、携帯電子機器に、充電池とは別に一定の電力を発電する発電部材を備えさせ、当該発電部材により充電池に充電を行わせる技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
特開２００４−１４０５２１号公報

ところで、携帯電子機器へ備えさせる発電部材（例えば、多結晶Ｓｉ太陽電池）の表面積を
４［ｃｍ］×７［ｃｍ］
にした場合、多結晶Ｓｉ太陽電池（以下、太陽電池という。）の発電電力は、
４［ｃｍ］×７［ｃｍ］×１００［ｍＷ／ｃｍ^２］×０．１７＝４７６≒５００［ｍＷ］
になる。

また、限られた表面積内において、出力電流を最大にした場合、電圧が下がってしまう。ここで、太陽電池の出力電圧を０．５［Ｖ］であるとすると、太陽電池の１段構成による最大出力電流は、
５００［ｍＷ］÷０．５［Ｖ］＝１０００［ｍＡ］
になる。

また、充電池がＬｉイオン電池（定格４．０［Ｖ］）の場合、太陽電池により出力される電圧（０．５［Ｖ］）を４．０［Ｖ］以上に昇圧する回路が必要になる。また、一般的に、昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータの効率は、８０〜８５％程度であることから、最大充電電流は、
１０００［ｍＡ］×（０．５÷４．０）×０．８＝１００［ｍＡ］
になる。

なお、一般的には、充電回路２００は、図７に示すように、太陽電池２０１と、太陽電池２０１から供給される電圧を一定の電圧まで上昇させるチャージポンプ２０２と、チャージポンプ２０２から供給される電圧で駆動され、太陽電池２０１で発電された電圧を一定の電圧まで昇圧する昇圧回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ）２０３と、Ｌｉイオン電池２０４と、を備える。なお、チャージポンプ２０２が必要な理由は、太陽電池２０１からの出力電圧が低いため、昇圧回路２０３を直接的に起動できないからである。

ここで、図７に示す充電回路２００の問題点について説明する。充電回路２００においては、Ｌｉイオン電池２０４のインピーダンスが低く、特に電圧が低い場合（例えば、３．６Ｖ）、太陽電池２０１の電圧がドロップしてしまい、チャージポンプ２０２が起動できず、昇圧回路２０３も動作を停止してしまう。また、昇圧回路２０３からＬｉイオン電池２０４に電流が流れなくなると、再び、太陽電池２０１の電圧が上昇し、チャージポンプ２０２が起動し、昇圧回路２０３が動作し、Ｌｉイオン電池２０４に電流が流れ出す。そして、昇圧回路２０３からＬｉイオン電池２０４に電流が流れ出すと、太陽電池２０１の電圧がドロップしてしまい、昇圧回路２０３からＬｉイオン電池２０４に電流が流れなくなる。

充電回路２００では、図８に示すように、昇圧回路２０３からＬｉイオン電池２０４に対して電圧が印加されたり、印加されなかったりという現象を周期的に繰り返しながら、少しずつＬｉイオン電池２０４に充電を行ってゆくが、充電効率が悪い問題点がある。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、充電池の他に発電部材を備え、発電部材から昇圧回路を用いて充電池に充電する際、簡易な構成により、充電池に対する充電動作を安定的に行うことができる充電装置を提供することにある。

本発明に係る充電装置は、上記課題を解決するために、周囲の環境状況に応じて発電量が変動する発電部材と、前記発電部材にて発電された電力の電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路にて昇圧された電力に基づき充電される二次電池と、前記昇圧回路と前記二次電池との間に、前記二次電池へ供給される電流を制限する電流制限回路とを備えることを特徴とする。

また、上記充電装置では、前記電流制限回路は、外部から供給される信号に基づいて、前記二次電池へ供給する電流量を変化させることが好ましい。

また、上記充電装置では、前記電流制限回路は、前記発電部材での発電状態に基づいて、前記二次電池へ供給する電流量を変化させることが好ましい。

また、上記充電装置では、前記電流制限回路は、前記発電部材により発電された電力の電圧値に基づいて、前記二次電池へ供給する電流量を変化させることが好ましい。

また、上記充電装置では、前記電流制限回路は、前記二次電池に電流を供給するか否かの切り替え動作を行う切替部と、前記切替部による切り替え動作を駆動する切替駆動部とを備え、前記切替駆動部は、前記発電部材から供給される電力に基づいて前記切替部による切り替え動作を駆動することが好ましい。

また、上記充電装置では、前記発電部材は、周囲の環境状況である受光量に応じて発電量が変動する部材により構成されていることが好ましい。

本発明によれば、充電池に対する充電動作を安定的に行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明に係る充電装置を備える携帯電話装置１の外観斜視図を示す。なお、以下では、携帯電話装置について説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、撮像機能及び通信機能を有するものであれば良く、例えば、ＰＨＳ（登録商標）、ＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔ）、ポータブルナビゲーション装置、ノートパソコン等であっても良い。

携帯電話装置１は、操作部側筐体部２と、表示部側筐体部３と、を備えて構成される。操作部側筐体部２は、表面部１０に、操作キー群１１と、携帯電話装置１の使用者が通話時に発した音声が入力されるマイク１２と、を備えて構成される。操作キー群１１は、各種設定や電話帳機能やメール機能等の各種機能を動作させるための機能設定操作ボタン１３と、電話番号の数字やメール等の文字等を入力するための入力操作ボタン１４と、各種操作における決定やスクロール等を行う決定操作ボタン１５と、から構成されている。

また、表示部側筐体部３は、表面部２０に、各種情報を表示するためのディスプレイ２１と、通話の相手側の音声を出力する音声出力部２２と、被写体を撮像するＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）カメラ等により構成される撮像部２３と、音楽等を外部に出力するスピーカ２４と、を備えて構成されている。

また、撮像部２３は、撮像方向が表面部２０の表示面と垂直の方向になっているので、この携帯電話装置１を保持して操作する者がディスプレイ２１を正面から見たときに、撮像方向がその者の顔が位置する方向に向くようになっている。なお、撮像部２３は、表示部側筐体部３に設ける代わりに、操作部側筐体部２の表面部１０に設けるようにしても良く、このような場合にも撮像部２３の撮像方向は、この携帯電話装置１を保持して操作する者の顔が位置する方向に向くようしても良い。

また、操作部側筐体部２の上端部と表示部側筐体部３の下端部とは、ヒンジ機構４を介して連結されている。また、携帯電話装置１は、ヒンジ機構４を介して連結された操作部側筐体部２と表示部側筐体部３とを相対的に回転することにより、操作部側筐体部２と表示部側筐体部３とが互いに開いた状態（開放状態）にしたり、操作部側筐体部２と表示部側筐体部３とが折り畳まれた状態（折畳み状態）にしたりできる。

なお、図１は、いわゆる折り畳み型の携帯電話装置の形態を示しているが、本発明に係る携帯電話装置の形態としては特にこれに限られず、操作部側筐体部２と表示部側筐体部３とを重ね合わせた状態から一方の筐体を一方向にスライドさせるようにしたスライド式や、操作部側筐体部２と表示部側筐体部３との重ね合せ方向に沿う軸線を中心に一方の筐体を回転させるようにした回転式（ターンタイプ）や、操作部側筐体部２と表示部側筐体部３とが一つの筐体に配置され連結部を有さない型式（ストレートタイプ）等であっても良い。

また、図２は、携帯電話装置１を折畳んだ状態の斜視図を示している。表示部側筐体部３は、外平面部に、周囲の環境状況に応じて発電量が変動する発電部材３０が備えられている。発電部材３０は、例えば、周囲の環境状況である受光量に応じて発電量が変動する部材（一段構造の多結晶Ｓｉ太陽電池）により構成されており、発電により生じた電力を後述する電源回路部に供給する。

また、図３は、携帯電話装置１の機能を示す機能ブロック図である。携帯電話装置１は、図３に示すように、外部の端末と通信を行う通信部６０と、所定の処理を行う処理部７０と、通信部６０や処理部７０等に電源を供給する電源部８０と、を備えている。

通信部６０は、所定の使用周波数帯により外部装置と通信を行うメインアンテナ６１と、変調処理又は復調処理等の信号処理を行う通信処理部６２と、を備える。

メインアンテナ６１は、所定の使用周波数帯（例えば、８００ＭＨｚ）で外部装置（基地局）と通信を行う。なお、本実施の形態では、所定の使用周波数帯として、８００ＭＨｚとしたが、これ以外の周波数帯であっても良い。また、メインアンテナ６１は、所定の使用周波数帯の他に、第２の使用周波数帯（例えば、２ＧＨｚ）に対応できる、いわゆるデュアルバンド対応型による構成であっても良いし、さらに、第３の使用周波数帯にも対応できる複数バンド対応型により構成されていても良い。

通信処理部６２は、メインアンテナ６１によって受信した信号を復調処理し、処理後の信号を処理部７０に供給し、一方、処理部７０から供給された信号を変調処理し、メインアンテナ６１を介して外部装置（基地局）に送信する。

電源部８０は、所定容量を有する充電池８１と、所定の電力を発電する発電部材３０と、電源回路部８２とを備える。なお、充電池８１は、例えば、リチウムイオン二次電池である。

電源回路部８２は、充電池８１から供給される電源電圧を所定の電圧に変換し、変換後の電圧を通信部６０や処理部７０等に供給し、また、充電池８１に対して充電動作を実行する。

ここで、充電動作について説明する。電源回路部８２は、充電池８１が放電状態から充電を開始する場合には、当初電圧は低いため、定電流により充電を行う。そして、電源回路部８２は、次第に充電容量が増加し、電圧値が所定値に達したことを検知した場合、定電圧による充電に切り替え、電圧値が所定値（例えば、定格電圧）を超えないように電流量を絞る制御を行う。

また、電源回路部８２は、図４に示すように、チャージポンプ９０と、チャージポンプ９０からの出力電圧で駆動し、発電部材３０により発電された電圧を昇圧する昇圧回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ）９１と、昇圧回路９１を介して充電池８１側に供給される電流を制限する電流制限回路９２と、を備える。また、電源回路部８２は、ステップアップコイル９３と、逆流防止のショットキーダイオード９４と、一定容量を有するコンデンサ９５とを備える。

チャージポンプ９０は、発電部材３０から供給される電圧を上昇させ、上昇後の電圧Ｖ_ＤＤを昇圧回路９１に供給する。

昇圧回路９１は、チャージポンプ９０から供給される電圧Ｖ_ＤＤに基づいて起動されて、発電部材３０から供給される電圧を一定電圧まで昇圧し、昇圧後の電圧を電流制限回路９２に印加し、一定の電流を供給する。

電流制限回路９２は、トランジスタ９２ａと、ＦＥＴ９２ｂとを備え、トランジスタ９２ａのコレクタ端子と、ＦＥＴ９２ｂのゲート端子が電気的に接続されている。トランジスタ９２ａは、発電部材３０から印加される電圧値（ＳＬＲ＿ＥＮ）に応じてＦＥＴ９２ｂのスイッチング動作を制御し、当該スイッチング動作に応じてＦＥＴ９２ｂのソース−ドレイン間に流れる電流が制御される。なお、電流制限回路９２は、発電部材３０から印加される電圧値（ＳＬＲ＿ＥＮ）に応じて、昇圧回路９１から充電池８１に供給される電流量を制限する構成であれば良く、上述以外の構成であっても良い。

ここで、充電池８１に対する充電動作時の電流制限回路９２の制御について図５に示すフローチャートを参照しながら説明する。

ステップＳ１において、発電部材３０は、一定の光量が照射されたときに、所定の電力を発電する。

ステップＳ２において、チャージポンプ９０は、発電部材３０からの出力電圧が供給され、一定量の電圧を充電する。チャージポンプ９０は、一定量の電圧が充電されたときに、昇圧回路９１に一定電圧Ｖ_ＤＤを供給する。

ステップＳ３において、昇圧回路９１は、チャージポンプ９０から一定電圧Ｖ_ＤＤが供給されたときに起動され、所定電圧まで昇圧し、昇圧された電圧を電流制限回路９２に出力する。

ステップＳ４において、電流制限回路９２は、ステップＳ１の工程において、発電部材３０から供給される電圧値（ＳＬＲ＿ＥＮ）に応じてトランジスタ９２ａのスイッチング動作が制御され、当該スイッチング動作に応じてＦＥＴ９２ｂのソース−ドレイン間に流れる電流量が制御される。

このようにして、本発明に係る携帯電話装置１は、発電部材３０での発電状態に応じて、具体的には発電部材３０により発電される電力量に応じて、昇圧回路９１を介して充電池８１に供給される電流値が制御される。

例えば、充電池８１の電圧が低い場合（例えば、３．６Ｖ）には、一般的には、急激に充電池８１よりに電流が供給されてしまうため、発電部材３０の電圧がドロップしてしまうが、本発明では、発電部材３０の電圧（発電電圧）が落ち始めたら、そのときの電圧値（ＳＬＲ＿ＥＮ）に応じて、ＦＥＴ９２ｂに流れる電流量（ＦＥＴ９２ｂにおけるスイッチング動作）が制御されるので、充電池８１側への急激な電流供給が抑制されて、発電部材３０の出力電圧がドロップしてしまうことはない。

したがって、本発明にかる携帯電話装置１は、発電部材３０での発電状態（発電される電力）に応じて、電流制限回路９２から充電池８１に供給される電流量が制御されるため、図６に示すように、発電部材３０の出力電圧が安定化し、充電池８１に対して安定した充電動作を行うことができる。

なお、発電部材３０は、充電池８１を充電するだけでなく、電源回路部８２を介して負荷（処理部７０等）に電源電圧を供給するように構成されても良い。

また、本実施例においては、チャージポンプ９０を昇圧回路９１の前段部に配置するものとしたが、一段構造の発電部材３０による出力電力（約０．５Ｖ）によって駆動する昇圧回路９１であれば、チャージポンプ９０を省略しても良い。

また、本実施例においては、発電部材３０として、多結晶Ｓｉ太陽電池としたが、これに限られず、燃料電池等であっても良い。

本発明に係る携帯電話装置の外観を示す斜視図である。図１に示す携帯電話装置を折畳んだ状態の斜視図である。図１に示す携帯電話装置の機能を示すブロック図である。図３に示す携帯電話装置の電源回路部の機能を示すブロック図である。充電動作時の電流制限回路の制御についての説明に供するフローチャートである。本発明に係る発電部材の出力電圧波形を示す図である。従来の電源回路部の機能を示すブロック図である。従来の発電部材の出力電圧波形を示す図である。

符号の説明

１携帯電話装置
３０発電部材
６０通信部
６２通信処理部
７０処理部
８０電源部
８１充電池
８２電源回路部

Claims

周囲の環境状況に応じて発電量が変動する発電部材と、
前記発電部材にて発電された電力の電圧を昇圧する昇圧回路と、
前記昇圧回路にて昇圧された電力に基づき充電される二次電池と、
前記昇圧回路と前記二次電池との間に、前記二次電池へ供給される電流を制限する電流制限回路とを備えることを特徴とする充電装置。
前記電流制限回路は、外部から供給される信号に基づいて、前記二次電池へ供給する電流量を変化させることを特徴とする請求項１記載の充電装置。
前記電流制限回路は、前記発電部材での発電状態に基づいて、前記二次電池へ供給する電流量を変化させることを特徴とする請求項１又は２記載の充電装置。
前記電流制限回路は、前記発電部材により発電された電力の電圧値に基づいて、前記二次電池へ供給する電流量を変化させることを特徴とする請求項３記載の充電装置。
前記電流制限回路は、
前記二次電池に電流を供給するか否かの切り替え動作を行う切替部と、
前記切替部による切り替え動作を駆動する切替駆動部とを備え、
前記切替駆動部は、前記発電部材から供給される電力に基づいて前記切替部による切り替え動作を駆動することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の充電装置。
前記発電部材は、周囲の環境状況である受光量に応じて発電量が変動する部材により構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の充電装置。