JP2011205825A - Charging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、供給電力に基づいて二次電池を充電する充電装置に関する。 The present invention relates to a charging device that charges a secondary battery based on supplied power.
供給電力に基づいてリチウムイオン電池等の二次電池を充電する充電装置においては、高精度に充電電圧を制御するために、LDO(ロードロップアウトレギュレータ)等のリニアレギュレータを用いることが知られている(例えば特許文献1参照)。 In a charging device that charges a secondary battery such as a lithium ion battery based on supplied power, it is known to use a linear regulator such as an LDO (low dropout regulator) in order to control the charging voltage with high accuracy. (For example, refer to Patent Document 1).
上記特許文献1の構成においては、供給電力による電圧を予め定められた電圧値に定電圧化し、当該電圧を充電電圧として二次電池を充電することにより安定した充電を行うこととしている。
In the configuration of
しかし、上記のような構成においては、以下のような問題がある。まず、特許文献1のようなリニアレギュレータを用いて充電電圧を制御すると、リニアレギュレータの入力電圧(例えば10V)と出力電圧(例えば5V)との電圧差により電力損失が生じてしまう問題がある。さらに、特許文献1のように、充電電圧を一定の電圧(5V)とすると、二次電池の電池電圧が低い場合(例えば3Vである場合)に、充電電圧と電池電圧との電圧差により電力損失が生じてしまう問題がある。
However, the above configuration has the following problems. First, when the charging voltage is controlled using a linear regulator as in
特に、1次側コイルと2次側コイルとの間で電力を非接触で伝送する非接触給電システムにおいては、高効率な電力利用が求められるため、電力損失の低減は重要な課題である。 In particular, in a non-contact power feeding system that transmits power in a non-contact manner between a primary side coil and a secondary side coil, high-efficiency power use is required, and thus reducing power loss is an important issue.
本発明は、以上のような課題を解決すべくなされたものであり、電力損失を低減して高い充電効率を得ることができる充電装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a charging device that can reduce power loss and obtain high charging efficiency.
本発明に係る充電装置は、供給電力から二次電池を充電するための充電電圧を生成する充電電圧生成回路と、前記充電電圧生成回路で生成された充電電圧に基づいて前記二次電池を充電するための電流制御を行う充電制御回路とを備え、前記充電電圧生成回路は、スイッチングレギュレータを含み、前記二次電池の電池電圧に応じて前記充電電圧を変化させるよう構成されている。 A charging device according to the present invention charges a secondary battery based on a charging voltage generation circuit that generates a charging voltage for charging a secondary battery from supplied power, and a charging voltage generated by the charging voltage generation circuit. And a charging control circuit that performs current control for performing the control, and the charging voltage generation circuit includes a switching regulator, and is configured to change the charging voltage according to a battery voltage of the secondary battery.
上記構成によれば、二次電池の電池電圧に応じて当該二次電池を充電する充電電圧を変化させるため、二次電池の電池電圧と充電電圧との電圧差を少なくすることができ、電力損失を低減させることができる。しかも、リニアレギュレータよりも電力変換効率の高いスイッチングレギュレータを用いて供給電力から充電電圧が生成されるため、充電電圧生成回路の入力電圧と出力電圧との電圧差による電力損失を低減させることができる。従って、電力損失を低減して高い充電効率を得ることができる。 According to the above configuration, since the charging voltage for charging the secondary battery is changed according to the battery voltage of the secondary battery, the voltage difference between the battery voltage and the charging voltage of the secondary battery can be reduced, and the power Loss can be reduced. In addition, since the charging voltage is generated from the supplied power using a switching regulator having higher power conversion efficiency than the linear regulator, power loss due to the voltage difference between the input voltage and the output voltage of the charging voltage generation circuit can be reduced. . Accordingly, it is possible to reduce power loss and obtain high charging efficiency.
前記供給電力は、送電部と受電部との間で電力を伝送する非接触給電装置を介して前記送電部から前記受電部へ送られた電力であってもよい。これにより、高効率な電力利用が求められる非接触給電システムにおいて、電力損失を低減して高い充電効率を得ることができる。 The supplied power may be power transmitted from the power transmission unit to the power reception unit via a non-contact power supply device that transmits power between the power transmission unit and the power reception unit. As a result, in a non-contact power feeding system that requires highly efficient power use, it is possible to reduce power loss and obtain high charging efficiency.
前記充電電圧生成回路は、前記二次電池の電池電圧に予め定められた電圧値を有するオフセット電圧を足し合わせた電圧を前記充電電圧として生成するよう構成されてもよい。これにより、充電電圧が二次電池の電池電圧よりオフセット電圧分高い電圧となるため、充電制御回路等に含まれる素子や温度変化による電圧のばらつきにより実際に二次電池に印加される電圧が充電電圧生成回路で生成された充電電圧より低下しても当該二次電池に印加される電圧が二次電池の電池電圧より低くなることを防止することができる。従って、電圧低下による充電不良を防止することができる。 The charging voltage generation circuit may be configured to generate a voltage obtained by adding an offset voltage having a predetermined voltage value to the battery voltage of the secondary battery as the charging voltage. As a result, the charging voltage becomes higher than the battery voltage of the secondary battery by an offset voltage, so the voltage actually applied to the secondary battery is charged due to the variation in the voltage due to the elements included in the charge control circuit and the temperature change. Even when the voltage is lower than the charging voltage generated by the voltage generation circuit, the voltage applied to the secondary battery can be prevented from becoming lower than the battery voltage of the secondary battery. Therefore, it is possible to prevent a charging failure due to a voltage drop.
前記オフセット電圧は、100mV以上600mV以下であってもよい。 The offset voltage may be 100 mV or more and 600 mV or less.
前記充電電圧生成回路は、前記二次電池の電圧が前記充電制御回路の最低動作電圧以下である場合に、前記最低動作電圧を前記充電電圧として生成するよう構成されてもよい。これにより、二次電池の電池電圧が充電制御回路が動作しない電圧である場合には、充電電圧を充電制御回路の最低動作電圧とすることにより、充電制御回路の最低限の動作を確保しつつ電力損失を極力抑えることができる。 The charge voltage generation circuit may be configured to generate the minimum operation voltage as the charge voltage when the voltage of the secondary battery is equal to or lower than the minimum operation voltage of the charge control circuit. Thus, when the battery voltage of the secondary battery is a voltage at which the charge control circuit does not operate, the minimum operation of the charge control circuit is ensured by setting the charge voltage as the minimum operation voltage of the charge control circuit. Power loss can be minimized.
前記充電装置は、前記充電電圧生成回路と前記二次電池との間に設けられた逆流防止回路をさらに備えてもよい。これにより、二次電池から充電電圧生成回路へ逆流電流が流れることを防止することができる。従って、二次電池の充電後、電池電圧が充電電圧生成回路の電圧より高くなっても、充電電圧生成回路へ逆流電流が流れることを防止することができる。 The charging device may further include a backflow prevention circuit provided between the charging voltage generation circuit and the secondary battery. Thereby, it is possible to prevent a reverse current from flowing from the secondary battery to the charging voltage generation circuit. Therefore, even if the battery voltage becomes higher than the voltage of the charging voltage generation circuit after charging the secondary battery, it is possible to prevent a backflow current from flowing to the charging voltage generation circuit.
前記逆流防止回路は、充電電圧生成回路から二次電池へ向かう方向を順方向とする整流素子と、前記整流素子と並列に接続されたスイッチング素子とを有し、前記充電装置は、前記二次電池の充電開始後に前記スイッチング素子を導通状態にし、前記二次電池の充電後は前記逆流防止回路を非導通状態にする逆流防止制御回路を有していてもよい。これにより、二次電池の充電開始後は、充電電圧生成回路の出力電圧が高くなり充電電圧生成回路に逆流電流が流れることはないため、スイッチング素子を導通状態にすることにより二次電池への電力供給を促進させるように動作する一方、充電終了後、二次電池の電池電圧より充電電圧生成回路の出力電圧が低くなると充電電圧生成回路に逆流電流が流れるおそれがあるため、スイッチング素子を非導通状態にすることにより充電電圧生成回路へ逆流電流が流れることを有効に防止することができる。 The backflow prevention circuit includes a rectifying element whose forward direction is a direction from the charging voltage generation circuit to the secondary battery, and a switching element connected in parallel with the rectifying element, and the charging device includes the secondary battery There may be provided a backflow prevention control circuit for bringing the switching element into a conducting state after the start of charging of the battery and for bringing the backflow preventing circuit into a non-conducting state after the secondary battery is charged. As a result, after the secondary battery starts charging, the output voltage of the charging voltage generation circuit becomes high and no backflow current flows through the charging voltage generation circuit. While operating to promote power supply, if the output voltage of the charging voltage generation circuit becomes lower than the battery voltage of the secondary battery after charging, a reverse current may flow through the charging voltage generation circuit. By making the conductive state, it is possible to effectively prevent a reverse current from flowing to the charging voltage generation circuit.
本発明は以上に説明したように構成され、電力損失を低減して高い充電効率を得ることができるという効果を奏する。 The present invention is configured as described above, and has an effect that power loss can be reduced and high charging efficiency can be obtained.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding elements are denoted by the same reference symbols throughout the drawings, and redundant description thereof is omitted.
<第1実施形態>
まず、本発明の第1実施形態に係る充電装置が適用された非接触給電システムについて説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る充電装置が適用された非接触給電システムの概略構成を示す回路図である。
<First Embodiment>
First, a non-contact power feeding system to which the charging device according to the first embodiment of the present invention is applied will be described. FIG. 1 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a non-contact power feeding system to which a charging device according to a first embodiment of the present invention is applied.
図1に示されるように、本実施形態の非接触給電システム1は、電源制御装置として機能する1次側制御ユニット6と、充電装置として機能する2次側制御ユニット7とを有している。1次側制御ユニット6には交流電源11が接続されている。1次側制御ユニット6は、交流電源11からの供給電力を2次側制御ユニット7へ送電するための送電部8と、交流電源11からの供給電力の給電電圧を制御する送電制御装置5とを備えている。
As shown in FIG. 1, the non-contact
2次側制御ユニット7には、2次側制御ユニット7を含む機器(図示せず)の電源となる二次電池4が接続されている。2次側制御ユニット7は、1次側制御ユニット6の送電部8からの供給電力を非接触で受電する受電部9と、供給電力から二次電池4を充電するための充電電圧Vchを生成する充電電圧生成回路2と、充電電圧生成回路2で生成された充電電圧Vchに基づいて二次電池4を充電するための電流制御を行う充電制御回路(充電器)3とを備えている。
The secondary control unit 7 is connected to a secondary battery 4 serving as a power source for a device (not shown) including the secondary control unit 7. The secondary-side control unit 7 generates a charging voltage Vch for charging the secondary battery 4 from the
1次側制御ユニット6の送電部8と2次側制御ユニット7の受電部9とは、電力を1次側である送電部8から2次側である受電部9へ伝送する非接触給電装置10を構成している。送電部8には、1次側コイルが設けられ、受電部9には、1次側コイルに相互誘導可能な2次側コイルが設けられており、送電部8から受電部9へ相互誘導作用により電力を非接触で伝送する。また、受電部9には、送電部8から受電された交流電力を直流電力に変換するAC−DC変換器(図示せず)が設けられている。受電部9は、直流電力の直流電圧(Vin)を出力している。この直流電圧が充電電圧生成回路2の入力電圧Vinとなる。
The
ここで、充電電圧生成回路2は、受電部9から入力される入力電圧Vinを所望の充電電圧Vchに変換するスイッチングレギュレータを含み、二次電池4の電池電圧Vbattに応じて充電電圧Vchを変化させるよう構成される。具体的には、充電電圧生成回路2は、スイッチングレギュレータとして、例えば、受電部9からの入力電圧Vinを二次電池4の電池電圧Vbattに基づいた電圧に昇圧又は降圧して充電電圧Vchとして出力するDC−DCコンバータ21を有している。
Here, the charging
図2は、図1に示される充電電圧生成回路を示す概略回路図である。図2に示されるように、充電電圧生成回路2は、上記のDC−DCコンバータ21と、DC−DCコンバータ21の出力電圧(本実施形態においては充電電圧Vchに等しい)を制御する制御回路25を有している。制御回路25は、二次電池4の電池電圧Vbattに基づいてDC−DCコンバータ21の出力電圧を制御するよう構成されている。このために、充電電圧生成回路2は、DC−DCコンバータ21の出力電圧(すなわち充電電圧生成回路2の出力電圧である充電電圧Vch)に後述するオフセット電圧Voが加算された電圧を第1基準電圧である二次電池4の電池電圧Vbattと比較する比較器23を有している。制御回路25は、比較器23の出力電圧に応じて、加算電圧(Vch+Vo)が第1基準電圧となるようにDC−DCコンバータ21の出力電圧(充電電圧Vch)を調整する。なお、本実施形態においては、図2に示すように、比較器23の−側入力端子にオフセット加算器22の出力電圧(すなわち、加算電圧(Vch+Vo))が入力され、比較器23の+側入力端子に二次電池4の電池電圧Vbattが入力されているが、+側入力端子に加算電圧(Vch+Vo)が入力され、−側入力端子に電池電圧Vbattが入力されてもよい。
FIG. 2 is a schematic circuit diagram showing the charging voltage generation circuit shown in FIG. As shown in FIG. 2, the charge
上記構成によれば、二次電池4の電池電圧Vbattに応じて当該二次電池4を充電する充電電圧Vchを変化させるため、二次電池4の電池電圧Vbattと充電電圧Vchとの電圧差を小さくすることができ、電力損失を低減させることができる。しかも、リニアレギュレータよりも電力変換効率の高いスイッチングレギュレータを用いて供給電力から充電電圧が生成されるため、充電電圧生成回路2の入力電圧Vinと出力電圧Vchとの電圧差による電力損失を低減させることができる。従って、電力損失を低減して高い充電効率を得ることができる。また、本実施形態のように、高効率な電力利用が求められる非接触給電システム1においても、上記構成の充電装置を適用することにより、電力損失を低減して高い充電効率を得ることができる。
According to the above configuration, since the charging voltage Vch for charging the secondary battery 4 is changed according to the battery voltage Vbatt of the secondary battery 4, the voltage difference between the battery voltage Vbatt and the charging voltage Vch of the secondary battery 4 is The power loss can be reduced. In addition, since the charging voltage is generated from the supplied power using a switching regulator having higher power conversion efficiency than the linear regulator, power loss due to the voltage difference between the input voltage Vin and the output voltage Vch of the charging
ここで、充電装置の充電電圧生成回路2が出力する充電電圧Vchと二次電池4の電池電圧Vbattとの関係について説明する。図3は、図1に示す充電装置の充電電圧と二次電池の電池電圧との関係を示す図である。図3(a)は本実施形態のグラフを示し、図3(b)は比較例として従来の一定電圧を印加して充電する構成におけるグラフを示している。
Here, the relationship between the charging voltage Vch output from the charging
図3(b)に示すように、従来の充電装置においては、二次電池4の電池電圧Vbattに関係なく、二次電池4を満充電まで充電し得る所定の一定電圧を充電電圧Vchとして二次電池4に印加していた。図3(b)においては、5.0Vの充電電圧を印加している様子が示されている。ところが、二次電池4の電池電圧Vbattが低い場合(例えば3.0Vの場合)、充電電圧Vchと電池電圧Vbattとの差が大きくなり、電力損失が発生していた。図3(b)に示す斜線部分の面積が電力損失の大きさを表している。図3(b)に示すように、この電力損失は充電が進み電池電圧Vbattが高くなってくると少なくなってくるが、充電期間全体の電力損失はかなり多くなる。 As shown in FIG. 3 (b), in the conventional charging device, a predetermined constant voltage that can charge the secondary battery 4 until full charge is used as the charging voltage Vch regardless of the battery voltage Vbatt of the secondary battery 4. The secondary battery 4 was applied. FIG. 3B shows a state in which a charging voltage of 5.0 V is applied. However, when the battery voltage Vbatt of the secondary battery 4 is low (for example, 3.0 V), the difference between the charging voltage Vch and the battery voltage Vbatt is large, resulting in power loss. The area of the shaded portion shown in FIG. 3B represents the magnitude of power loss. As shown in FIG. 3 (b), this power loss decreases as charging progresses and the battery voltage Vbatt increases, but the power loss over the entire charging period increases considerably.
これに対し、図3(a)に示すように、本実施形態の充電装置によれば、二次電池4の電池電圧Vbattに応じて二次電池4の充電電圧Vchを追従させるように変化させるため、電池電圧Vbattと充電電圧Vchとの間の電圧差を小さくすることができ、電力損失(図3(a)の斜線部分の面積)を図3(a)のような従来の構成に比べて少なくすることができる。 On the other hand, as shown in FIG. 3A, according to the charging device of this embodiment, the charging voltage Vch of the secondary battery 4 is changed to follow the battery voltage Vbatt of the secondary battery 4. Therefore, the voltage difference between the battery voltage Vbatt and the charging voltage Vch can be reduced, and the power loss (area of the hatched portion in FIG. 3A) is compared with the conventional configuration as shown in FIG. Can be reduced.
また、図3(a)に示すように、本実施形態における充電電圧生成回路2は、二次電池4の電池電圧Vbattに数100mV(図3(a)においては300mV)のオフセット電圧Voを足し合わせた電圧を充電電圧として生成するよう構成されている。例えば、二次電池4の電池電圧Vbattが3.0Vのときは、充電電圧生成回路2は充電電圧Vchとして3.3V(Vch=Vbatt+Vo)を出力し、二次電池4の電池電圧Vbattが3.5Vのときは、充電電圧生成回路2は充電電圧Vchとして3.8Vを出力し、二次電池4の電池電圧Vbattが4.2Vのときは、充電電圧生成回路2は充電電圧Vchとして4.5Vを出力する。
In addition, as shown in FIG. 3A, the charging
このため、充電電圧生成回路2は、充電電圧Vchに予め定められた電圧値を有するオフセット電圧Voを加算するオフセット加算器22を有しており、比較器23の−側入力端子に加算電圧(Vch+Vo)が入力されるよう構成されている。これにより、DC−DCコンバータ21の出力電圧である充電電圧Vchが第1基準電圧である二次電池4の電池電圧Vbattよりオフセット電圧Voだけ高い電圧となるようにフィードバック制御される。
For this reason, the charging
このように、充電電圧Vchが二次電池4の電池電圧Vbattよりオフセット電圧Voだけ高い電圧となるため、充電制御回路3等に含まれる素子や温度変化による電圧のばらつきにより実際に二次電池4に印加される電圧が充電電圧生成回路2で生成された充電電圧Vchより低下しても当該二次電池4に印加される電圧が二次電池4の電池電圧Vbattより低くなることを防止することができる。従って、電圧低下による充電不良を防止することができる。
Thus, since the charging voltage Vch is higher than the battery voltage Vbatt of the secondary battery 4 by the offset voltage Vo, the secondary battery 4 is actually caused by variations in the elements included in the charging
なお、オフセット電圧Voは、充電制御回路3等に含まれる素子や使用温度環境により想定される電圧のばらつきを許容できる程度の電圧であれば特に限定されないが100mV以上600mV以下が好ましい範囲と想定される。
The offset voltage Vo is not particularly limited as long as it is a voltage that can tolerate variations in the voltage assumed depending on elements included in the
また、図3(a)に示すように、本実施形態における充電電圧生成回路1は、二次電池4の電池電圧Vbattが充電制御回路3の最低動作電圧VL(3.3V)以下である場合に、当該最低動作電圧VLを充電電圧Vchとして生成するよう構成されている。
In addition, as shown in FIG. 3A, the charging
具体的には図2に示すように、充電電圧生成回路2は、第2基準電圧である最低動作電圧VLよりオフセット電圧Voだけ低い電圧(VL−Vo:3.0V)を生成する電圧源26と、第1基準電圧である二次電池4の電池電圧Vbattと電圧源26により生成される第2基準電圧とが入力され、第1基準電圧及び第2基準電圧のうち何れか高い方の電圧を比較器23の基準電圧Vrefとして出力する最大値選択回路24とを有している。
Specifically, as illustrated in FIG. 2, the charging
これにより、二次電池4の電池電圧Vbattが電圧源26により生成される第2基準電圧(VL−Vo)より高い電圧であれば、比較器23において、加算電圧(Vch+Vo)は電池電圧Vbattと比較され、二次電池4の電池電圧Vbattが電圧源26により生成される第2基準電圧(VL−Vo)以下の電圧であれば、比較器23において、加算電圧(Vch+Vo)は第2基準電圧(VL−Vo)と比較される。従って、二次電池4の電池電圧Vbattが第2基準電圧(VL−Vo)より高い電圧であれば、DC−DCコンバータ21は、充電電圧Vchが電池電圧Vbattよりオフセット電圧Voだけ高い電圧(図3の例ではVbatt+0.3V)となるように制御され、二次電池4の電池電圧Vbattが第2基準電圧(VL−Vo)以下の電圧であれば、DC−DCコンバータ21は、充電電圧Vchが充電制御回路3の最低動作電圧VL(図3の例では3.3V)となるように制御される。
As a result, if the battery voltage Vbatt of the secondary battery 4 is higher than the second reference voltage (VL−Vo) generated by the
以上より、二次電池4の電池電圧Vbattが充電制御回路3が動作しない電圧である場合には、充電電圧Vchを充電制御回路3の最低動作電圧VLとすることにより、充電制御回路3の最低限の動作を確保しつつ電力損失を極力抑えることができる。図3(b)に示すような従来の構成では、充電電圧Vchが一定(5.0V)であるため、二次電池4の電池電圧Vbattと充電制御回路3の最低動作電圧VLとは何らの関係性をも有しておらず、充電制御回路3を動作させるために無駄な電圧が印加されていた。これに対し、図3(a)に示すような本実施形態の構成では、充電時に充電制御回路3の動作を考慮しながら最低限の電圧を印加することにより電力損失を少なくすることができる。
As described above, when the battery voltage Vbatt of the secondary battery 4 is a voltage at which the charging
最大値選択回路24の構成は特に限定されないが、例えば以下のように例示できる。図4は、図2に示される最大値選択回路を示す回路図である。図4に示すように、本実施形態において、最大値選択回路24は、比較器23に第1基準電圧(電池電圧Vbatt)又は第2基準電圧(VL−Vo)のいずれか一方を選択的に接続するスイッチング回路241と、第1基準電圧(電池電圧Vbatt)と第2基準電圧(VL−Vo)とを比較する比較器242とを有している。スイッチング回路241は、比較器242において比較された第1及び第2基準電圧のうち電圧が高い方を比較器23と接続するように構成されている。
The configuration of the maximum
なお、本実施形態において電圧源26が第2基準電圧(VL−Vo)を有するものとして説明したが、例えば電圧源26としてバンドギャップ電圧(約1.2V)のような電圧源を第2基準電圧(VL−Vo)まで昇圧又は降圧して制御対象である加算電圧(Vch+Vo)と比較してもよい。また、この場合、制御対象である加算電圧(Vch+Vo)を対応する電圧まで降圧又は昇圧した上で電圧源26により生成される第2基準電圧(バンドギャップ電圧)と比較してもよい。
Although the
<第1実施形態の変形例>
続いて、本発明の第1実施形態の充電装置における充電電圧生成回路の他の例について説明する。図5は、本発明の第1実施形態の変形例における充電装置の充電電圧生成回路の概略構成を示す回路図である。本変形例において第1実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
<Modification of First Embodiment>
Next, another example of the charging voltage generation circuit in the charging device according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a charging voltage generation circuit of the charging device according to a modification of the first embodiment of the present invention. In this modification, the same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.
図5に示されるように、本変形例における充電装置(2次側制御ユニット7B)が第1実施形態と異なる点は、充電電圧生成回路32において、オフセット加算器22が二次電池4の電池電圧Vbattにオフセット電圧Voを加算した加算電圧(Vbatt+Vo)を出力するよう構成されていること、及び、比較器23がDC−DCコンバータ21の出力電圧(すなわち充電電圧生成回路2の出力電圧である充電電圧Vch)を上記加算電圧(Vbatt+Vo)と比較することである。すなわち、第1基準電圧が上記加算電圧(Vbatt+Vo)となる。制御回路25は、比較器23の出力電圧に応じて、充電電圧Vchが第1基準電圧である加算電圧(Vbatt+Vo)となるようにDC−DCコンバータ21の出力電圧(充電電圧Vch)を調整する。
As shown in FIG. 5, the charging device (
このような構成においても、第1実施形態と同様に、DC−DCコンバータ21の出力電圧である充電電圧Vchが第1基準電圧である二次電池4の電池電圧Vbattとオフセット電圧Voとの加算電圧(Vbatt+Vo)となるようにフィードバック制御される。
Also in such a configuration, as in the first embodiment, the charging voltage Vch, which is the output voltage of the DC-
このように、本変形例においても充電電圧Vchが二次電池4の電池電圧Vbattよりオフセット電圧Voだけ高い電圧となるため、充電制御回路3等に含まれる素子や温度変化による電圧のばらつきにより実際に二次電池4に印加される電圧が充電電圧生成回路2で生成された充電電圧Vchより低下しても当該二次電池4に印加される電圧が二次電池4の電池電圧Vbattより低くなることを防止することができる。従って、電圧低下による充電不良を防止することができる。
As described above, also in this modification, the charging voltage Vch is higher than the battery voltage Vbatt of the secondary battery 4 by the offset voltage Vo. Therefore, the charging voltage Vch is actually caused by variations in the elements included in the charging
さらに、充電電圧生成回路32は、第2基準電圧である最低動作電圧VL(3.3V)を生成する電圧源34と、第1基準電圧である加算電圧(Vbatt+Vo)と電圧源34により生成される第2基準電圧とが入力され、第1基準電圧及び第2基準電圧のうち何れか高い方の電圧を比較器23の基準電圧Vrefとして出力する最大値選択回路33とを有している。
Further, the charging
これにより、二次電池4の電池電圧Vbattとオフセット電圧Voとの加算電圧(Vbatt+Vo)が電圧源34により生成される充電制御回路3の最低動作電圧VLより高い電圧であれば、比較器23において、充電電圧Vchは加算電圧(Vbatt+Voと比較され、加算電圧(Vbatt+Vo)が電圧源34により生成される充電制御回路3の最低動作電圧VL以下の電圧であれば、比較器23において、充電電圧Vchは最低動作電圧VLと比較される。従って、加算電圧(Vbatt+Vo)が最低動作電圧VLより高い電圧であれば、DC−DCコンバータ21は、充電電圧Vchが電池電圧Vbattよりオフセット電圧Voだけ高い電圧(図3の例ではVbatt+0.3V)となるように制御され、加算電圧(Vbatt+Vo)が最低動作電圧VL以下の電圧であれば、DC−DCコンバータ21は、充電電圧Vchが充電制御回路3の最低動作電圧VL(図3の例では3.3V)となるように制御される。
Thus, if the voltage (Vbatt + Vo) of the battery voltage Vbatt and the offset voltage Vo of the secondary battery 4 is higher than the minimum operating voltage VL of the
このように、本変形例の構成においても第1実施形態と同様に、二次電池4の電池電圧Vbattが充電制御回路3が動作しない電圧である場合には、充電電圧Vchを充電制御回路3の最低動作電圧VLとすることにより、充電制御回路3の最低限の動作を確保しつつ電力損失を極力抑えることができる。
As described above, also in the configuration of this modification, as in the first embodiment, when the battery voltage Vbatt of the secondary battery 4 is a voltage at which the
ここでも、最大値選択回路33の構成は特に限定されないが、例えば以下のように例示できる。図6は、図5に示される最大値選択回路を示す回路図である。図6に示すように、本変形例において、最大値選択回路33は、比較器23に第1基準電圧(Vbatt+Vo)又は第2基準電圧(VL)のいずれか一方を選択的に接続するスイッチング回路331と、二次電池4の電池電圧Vbattと最低動作電圧VLとを比較する比較器332とを有している。スイッチング回路331は、比較器332において比較された電池電圧Vbatt及び最低動作電圧VLのうち電池電圧Vbattの方が高ければ第1基準電圧(Vbatt+Vo)を比較器23と接続し、最低動作電圧VLの方が高ければ第2基準電圧VL(電圧源34)を比較器23と接続するように構成されている。
Here, the configuration of the maximum
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について説明する。図7は、本発明の第2実施形態における充電装置が適用された非接触給電システムの概略構成を示す回路図である。なお、図7においては非接触給電システムの送電部は第1実施形態と同様であるため、図示を省略し受電部のみ示している。本実施形態において第1実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a schematic configuration of a non-contact power feeding system to which the charging device according to the second embodiment of the present invention is applied. In FIG. 7, the power transmission unit of the non-contact power feeding system is the same as that of the first embodiment, and therefore, illustration is omitted and only the power reception unit is shown. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
図7に示されるように、本実施形態における非接触給電システム40が第1実施形態と異なる点は、充電装置(2次側制御ユニット7C)が、充電電圧生成回路42と二次電池4との間に設けられた逆流防止回路43を備えていることである。具体的には、逆流防止回路43は、充電電圧生成回路2から二次電池4へ向かう方向を順方向とする整流素子432と、整流素子432と並列に接続されたスイッチング素子431と、二次電池4の充電開始後にスイッチング素子431を導通状態にし、二次電池4の充電後は逆流防止回路43を非導通状態にする逆流防止制御回路44とを有している。さらに、充電装置は、二次電池4の充電中に逆流防止回路43を導通状態にし、二次電池4の充電後は逆流防止回路43を非導通状態にする逆流防止制御回路44とをさらに有している。
As shown in FIG. 7, the non-contact
本実施形態におけるスイッチング素子431は、充電電圧生成回路42の出力側と充電制御回路3の入力側との間に2つの主端子(ドレイン端子及びソース端子)が接続されたMOSトランジスタにより構成される(以下、MOSトランジスタ431と表記する)。整流素子432は、MOSトランジスタ431の主端子間に接続され、充電電圧生成回路42から充電制御回路3へ向かう方向を順方向とするダイオードにより構成される。また、逆流防止回路43は、MOSトランジスタ431の充電制御回路3の入力側の主端子(ソース端子)と制御端子(ゲート端子)との間に接続された抵抗433を有している。
The switching
逆流防止制御回路44は、出力側がMOSトランジスタ431の制御端子(ゲート端子)に接続されており、逆流防止制御回路44から出力される制御電圧Vcontに応じてMOSトランジスタ431がON又はOFFされ、逆流防止回路43の動作が制御される。逆流防止制御回路44は論理回路により構成されており、充電電圧生成回路42の充電時又は非充電時に応じて出力される充電状況電圧Venに応じて動作する。なお、図7においてはMOSトランジスタ431はP型のMOSFETを用いた例を示しているがN型であってもよいし、他の種類のFETであってもよい。
The output side of the backflow
本実施形態の逆流防止回路43の具体的な動作について説明する。図8は、図7に示される充電装置の各部の電圧の時間変化を示すグラフである。図8に示されるように、非接触給電装置10の受電部9に電力が供給されると、充電電圧生成回路42への入力電圧Vinが上昇する。入力電圧Vinが所定の電圧(図8においては4.0V)に達すると、充電電圧生成回路42は、二次電池4への充電を開始するべく1次側制御ユニット6から供給電力とともに伝送されたデータの認証処理等の制御シーケンスを実行する。この間、充電電圧生成回路42は充電を開始することなく待機する(図8のVenにおける待機時間参照)。
A specific operation of the
所定の制御シーケンスの終了後(又は所定の待機時間経過後)、充電電圧生成回路42は、DC−DCコンバータ21の出力電圧Voutを上昇させ、二次電池4への充電を開始する。このとき、充電状況電圧Venは、第1の電圧(Lレベルの電圧)から第1の電圧とは異なる第2の電圧(Lレベルより高いHレベルの電圧)へと状態遷移する。これにより、充電電圧生成回路42から逆流防止制御回路44に充電開始が伝えられる。充電開始直後はMOSトランジスタ431はOFFのままであるため、充電電圧生成回路42から出力された電力は、整流素子432を通じて充電制御回路3へ伝送される。MOSトランジスタ431を導通状態とした際に充電電圧生成回路2の出力電圧Voutが二次電池4の電池電圧Vbattより低い状態であった場合、二次電池4から充電電圧生成回路42へ逆流電流が流れるおそれがある。これを防止するために、MOSトランジスタ431を非導通状態とすることにより逆流電流を防止しつつ整流素子432を通じて充電を開始することができる。このとき、整流素子432の抵抗分により充電電圧Vchは充電電圧生成回路42の出力電圧Voutより抵抗分だけ低い電圧までしか達しない。
After the predetermined control sequence ends (or after a predetermined standby time elapses), the charging
充電電圧生成回路42から逆流防止制御回路44に充電開始が伝えられた後、所定のタイミングで逆流防止制御回路44は、制御電圧Vcontを第1の電圧(Lレベルの電圧)から第1の電圧Lとは異なる第2の電圧(Lレベルより高いHレベルの電圧)へと状態遷移させる。所定のタイミングは、例えば逆流防止制御回路44の制御シーケンスが終了した段階又は所定の待機時間経過後(例えば、制御シーケンスが終了する、及び/又は充電電圧生成回路42の出力電圧Voutが立ち上がるのに十分な時間経過後)である。
After the charging start is transmitted from the charging
制御電圧Vcontが第2の電圧Hに状態遷移することにより、MOSトランジスタ431はONされる。これにより、MOSトランジスタ431の主端子間は導通状態となり、MOSトランジスタ431の内部抵抗はダイオード432の抵抗分に比較して十分小さいため、充電電圧生成回路42の出力電圧Vout及び充電電圧Vchは略同じ電圧となる。なお、充電中は、充電電圧生成回路42のDC−DCコンバータ21から二次電池4の電池電圧Vbattより高い電圧が印加されているので、充電電圧生成回路42へ二次電池4から逆流電流が流れることはない。
As the control voltage Vcont makes a state transition to the second voltage H, the
充電終了後、充電電圧生成回路42の入力電圧Vinが立ち下がり、所定の電圧以下(図8においては3.5V)となると、充電電圧生成回路42は、充電状況電圧Venを第2の電圧Hから第1の電圧Lへと状態遷移させるとともに、電圧出力を停止する(Vout=Vch=0)。充電状況電圧Venの第1の電圧Lへの状態遷移に応じて逆流防止制御回路44は、制御電圧Vcontを第2の電圧Hから第1の電圧Lへと状態遷移させ、MOSトランジスタ431をOFFする。これにより、MOSトランジスタ431の主端子間は非導通状態となるとともに、抵抗433により接続されている充電制御回路3側の主端子(ソース端子)と制御端子(ゲート端子)とが同じ電圧となるため、充電終了後において、二次電池4の電池電圧Vbattが充電電圧生成回路42の電圧より高くなっても、二次電池4から充電電圧生成回路42のDC−DCコンバータ21へ逆流電流が流れることを防止することができる。
After the end of charging, when the input voltage Vin of the charging
このように、二次電池4の充電開始後は、充電電圧生成回路2の出力電圧Voutが高くなり充電電圧生成回路2に逆流電流が流れることはないため、スイッチング素子であるMOSトランジスタ431を導通状態にすることにより二次電池4への電力供給を促進させるように動作する一方、充電終了後、二次電池4の電池電圧Vbattより充電電圧生成回路2の出力電圧Voutが低くなると充電電圧生成回路2に逆流電流が流れるおそれがあるため、MOSトランジスタ431を非導通状態にすることにより充電電圧生成回路2へ逆流電流が流れることを有効に防止することができる。
As described above, after charging of the secondary battery 4 is started, the output voltage Vout of the charging
なお、本実施形態においては、逆流防止回路43がスイッチング素子であるMOSトランジスタ431と整流素子432とを有する構成について説明したが、整流素子432のない構成(逆流防止回路43がスイッチング素子を有し、充電装置がスイッチング素子のON又はOFFを制御する逆流防止制御回路44を備えている構成)としてもよいし、単に整流素子432のみを有する構成(スイッチング素子及び逆流防止制御回路44のない構成)としてもよい。
In the present embodiment, the configuration in which the
<第3実施形態>
続いて、本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態と同様の充電装置を他のシステムに適用した例を示すものである。図9は、本発明の第3実施形態における充電装置が適用された充電システムの概略構成を示す回路図である。本実施形態において第1実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
<Third Embodiment>
Subsequently, a third embodiment of the present invention will be described. The present embodiment shows an example in which the same charging device as that of the first embodiment is applied to another system. FIG. 9 is a circuit diagram illustrating a schematic configuration of a charging system to which the charging device according to the third embodiment of the present invention is applied. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
図9に示されるように、本実施形態における充電システム50が第1実施形態と異なる点は、充電装置7Dが、交流電源11に接続され、充電装置7Dの充電電圧生成回路2への供給電力が交流電源11から出力される電力であることである。具体的には、充電システム50の充電装置7Dは、交流電源11の交流電力を直流電力に変換するAC−DC変換器51を有している。AC−DC変換器51は、直流電力に基づく直流電圧(Vin)を出力している。この直流電圧が充電電圧生成回路2の入力電圧Vinとなる。このように、本発明の充電装置は、供給される電力に拘わらず、二次電池4を充電するための充電装置として広く適用できる。なお、本実施形態においては交流電源11が接続された構成について説明したが、直流電源を接続することとしてもよい。この場合、充電装置内にAC−DC変換器51を設ける必要がなくなる。
As shown in FIG. 9, the charging
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。例えば、複数の上記実施形態及び変形例における各構成要素を任意に組み合わせることとしてもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various improvements, changes, and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, it is good also as combining each component in several said embodiment and modification arbitrarily.
本発明の充電装置は、電力損失を低減して高い充電効率を得るために有用である。特に、高効率な電力利用が求められる非接触給電システムにおいて、電力損失を低減して高い充電効率を得るために有用である。 The charging device of the present invention is useful for reducing power loss and obtaining high charging efficiency. In particular, in a non-contact power supply system that requires highly efficient power use, it is useful for reducing power loss and obtaining high charging efficiency.
1,40 非接触給電システム
2,32,42 充電電圧生成回路
3 充電制御回路
4 二次電池
5 送電制御装置
6 1次側制御ユニット
7,7B,7C,7D 2次側制御ユニット(充電装置)
8 送電部
9 受電部
10 非接触給電装置
11 交流電源
21 DC−DCコンバータ
22 オフセット加算器
23 比較器
24,33 最大値選択回路
25 制御回路
26,34 電圧源
43 逆流防止回路
44 逆流防止制御回路
50 充電システム
51 AC−DC変換器
241,331 スイッチング回路
242,332 最大値選択回路の比較器
431 MOSトランジスタ(スイッチング素子)
432 整流素子
433 抵抗
Vbatt 電池電圧
Vch 充電電圧
Vcont 逆流防止回路の制御電圧
Ven 充電電圧生成回路の充電状況電圧
Vin 充電電圧生成回路への入力電圧
VL 充電制御回路の最低動作電圧
Vo オフセット電圧
Vout 充電電圧生成回路の出力電圧
Vref 基準電圧
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
432
Claims (7)
前記充電電圧生成回路で生成された充電電圧に基づいて前記二次電池を充電するための電流制御を行う充電制御回路とを備え、
前記充電電圧生成回路は、スイッチングレギュレータを含み、前記二次電池の電池電圧に応じて前記充電電圧を変化させる、充電装置。 A charging voltage generation circuit that generates a charging voltage for charging the secondary battery from the supplied power; and
A charge control circuit that performs current control for charging the secondary battery based on the charge voltage generated by the charge voltage generation circuit;
The charging voltage generation circuit includes a switching regulator, and changes the charging voltage according to a battery voltage of the secondary battery.
前記充電装置は、前記二次電池の充電開始後に前記スイッチング素子を導通状態にし、前記二次電池の充電後は前記逆流防止回路を非導通状態にする逆流防止制御回路とを有している、請求項6に記載の充電装置。
The backflow prevention circuit has a rectifying element whose forward direction is a direction from the charging voltage generation circuit to the secondary battery, and a switching element connected in parallel with the rectifying element,
The charging device includes a backflow prevention control circuit that brings the switching element into a conductive state after starting the charging of the secondary battery and turns the backflow prevention circuit into a non-conductive state after the secondary battery is charged. The charging device according to claim 6.
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