JP2012196057A - 充電装置及び充電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電源装置からの供給電流により二次電池を充電する充電装置及び充電方法において、電源装置の電力供給能力（供給電流）が低下した場合でも、充電装置の充電動作が停止したり、誤動作をおこしたりするのを防止し、もって太陽光発電器の発電電力を効率的に充電に利用可能とする。
【解決手段】充電装置１０は、電源装置２０からの供給電力により二次電池３０の充電を行う。充電装置１０は、電源装置２０から入力される電流の値を検出する入力電流検出手段１５と、電源装置２０から入力される電流の制限値を設定する入力電流制限値設定手段１４と、電源装置か２０ら入力される電流を入力電流制限値に制限する入力電流制限手段１１とを備える。入力電流制限値設定手段１４は、入力電流検出手段１５で検出された入力電流値が所定値未満のときは、入力電流検出手段１５で検出された入力電流値に応じて入力電流制限値を設定する。
【選択図】図１

Description

電源装置からの供給電力により二次電池を充電する充電装置及び充電方法に関する。

携帯端末等の電子装置においては電源としてニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池が広範に利用されている。

このような二次電池をＡＣアダプタや太陽光発電器からの供給電力により充電することが知られている。例えば太陽光発電器を利用する場合、特許文献１にも開示されているように、太陽光発電器で発電された電力を効率的に充電に利用することが重要である。

太陽光発電器は発電した電力を充電装置に供給し、充電装置はこの電力を受けて二次電池を充電する。太陽光発電器の電力供給能力（すなわち電流供給能力）は太陽光の強度に応じて変動する。

二次電池を太陽光発電器の電力により充電する場合に、許容充電電流以上の電流で充電を行うと、二次電池の劣化を招く。そのため、二次電池の充電電流は、許容充電電流以内とする必要がある。一方、太陽光発電器を利用して二次電池を充電する場合において、太陽光発電器の供給可能最大電流値（電力最大供給能力）が二次電池の許容充電電流値以上に設定される場合があり、この場合、二次電池に許容充電電流値以上の電流が流れないように、充電装置において充電電流を制限している。この制限は、太陽光発電器から充電装置に入力される電流を制限することにより行う。具体的には、充電装置は、太陽光発電器から入力される電流が、供給可能最大電流値と等しい電流（以下、適宜「入力制限電流」という）となるように、内部のＦＥＴ等を制御する。

太陽光発電器は、太陽光の強度に応じた電力供給能力（すなわち電流供給能力）が上記許容最大充電電流値（入力制限電流値）以上であるときは、一定の出力電圧で直流電流を供給可能である。しかし、電力供給能力（すなわち電流供給能力）が上記許容充電電流値（入力制限電流値）未満のときには、電力供給能力が不足しているにもかかわらず、充電装置が上記許容充電電流値（入力制限電流値）分の電流を入力しようとするため、太陽光発電器の出力電圧が低下してしまう。

太陽光発電器の出力電圧（電力供給能力）が低下した場合、充電装置に入力される電圧が低下し、充電装置の充電動作が停止したり、誤動作をおこしたりする場合がある。つまり、太陽光発電器は微少ながらも発電を行っているにもかかわらず、二次電池を充電できない、すなわち太陽光発電器の発電電力を効率的に充電に利用できないという問題がある。この問題は、ＡＣアダプタの電力供給能力が小さい場合や変動しやすい場合にも生じる。

本発明は、電源装置からの供給電流により二次電池を充電する充電装置及び充電方法において、電源装置の電力供給能力（供給電流）が低下した場合でも、充電装置の充電動作が停止したり、誤動作をおこしたりするのを防止し、もって太陽光発電器の発電電力を効率的に充電に利用可能とすることを目的とする。

本発明の第１の態様において、電源装置からの供給電力により二次電池の充電を行う充電装置が提供される。この充電装置は、電源装置から入力される電流の値を検出する入力電流検出手段と、電源装置から入力される電流の制限値を設定する入力電流制限値設定手段と、電源装置から入力される電流を入力電流制限値に制限する入力電流制限手段とを備え、入力電流制限値設定手段は、入力電流検出手段で検出された入力電流値が所定値未満のときは、入力電流検出手段で検出された入力電流値に応じて入力電流制限値を設定する。

本発明の第２の態様において、電源装置からの供給電力により二次電池の充電を行う充電方法が提供される。この充電方法は、電源装置から入力される電流の制限値を設定する入力電流制限値設定ステップと、電源装置から入力される電流を入力電流制限値に制限する入力電流制限ステップとを含み、入力電流制限値設定ステップでは、入力電流検出ステップで検出された入力電流値が所定値未満のときは、入力電流検出ステップで検出された入力電流値に応じて入力電流制限値を設定する。

本発明によれば、電源装置から入力される電流の値が検出され、電源装置から入力される電流の制限値が設定され、電源装置から入力される電流が入力電流制限値に制限される。検出された入力電流値が所定値未満のときは、この検出された入力電流値が入力電流制限値として設定される。これにより、太陽光発電器の電力供給能力が低下した場合でも、太陽光発電器からの出力電流を制限できるため、太陽光発電器の出力電圧の低下を防止できる。したがって、電源装置から供給される電圧が低下して充電装置の充電動作が停止したり、誤動作をおこしたりするのが防止される。よって、太陽光発電器の発電電力を効率的に充電に利用することができる。

本発明の実施形態の充電システムの構成図である。 本発明の実施形態の充電システム（充電方法）による充電制御の一例を説明するための図である。 本発明の実施形態の充電システムによる充電制御（充電方法）の他の例を説明するための図である。

本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

１．構成
図１は、本発明の実施形態の充電装置システムの構成図である。充電装置システムは、充電装置１０、太陽光発電器２０、及び二次電池３０を有する。充電装置１０は、太陽光発電器２０から直流電力の供給を受けて二次電池３０を充電する。

太陽光発電器２０は、太陽光を受けて直流電力を生成する。太陽光発電器２０の電力供給能力（電流供給能力）は太陽光の強度に応じて変動する。太陽光発電器２０は、電力供給能力（電流供給能力）以内の電力（電流）が充電装置１０から要求されているときは、一定の出力電圧で直流電流を供給可能であるが、充電装置１０から電力供給能力（電流供給能力）を超えた電力（電流）が要求されたときは、出力電圧が低下する特性を有する。

二次電池３０は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の繰り返し充電可能な電池である。

充電装置１０は、ＦＥＴ１１、オペアンプ１２、基準電圧生成部１３、基準電圧制御部１４、及び入力電流検出部１５を有する。

ＦＥＴ１１は、例えばＰ型電界効果トランジスタにより構成される。ＦＥＴ１１のゲートには、オペアンプ１１の出力が入力される。

オペアンプ１２は、−端子に基準電圧生成部１３からの基準電圧が入力され、＋端子に太陽光発電器２０の出力電圧、つまり充電装置１０に入力される電圧が入力され、基準電圧と太陽光発電器２０の出力電圧との差分に応じた電圧を出力する。

入力電流検出回路１５は、太陽光発電器２０から出力される電流、つまり充電装置１０に入力される電流の大きさを検出する。入力電流検出回路１５は、カレントミラー回路により構成されている。

基準電圧生成部１３は、基準電圧制御部１４から出力された基準電圧生成信号に基づいて基準電圧を生成する。

基準電圧制御部１４は、入力電流検出回路１５で検出された入力電流の大きさ（値）に基づいて、オペアンプ１２の＋端子に入力されるべき基準電圧を決定し、決定した基準電圧を制御するための基準電圧生成信号を出力する。本実施形態においては、基準電圧制御部１４は、入力電流検出回路１５で検出された入力電流の値が所定値Ｉｏよりも大きいときは、入力電流制限値としてこの所定値Ｉｏを設定し、この所定値Ｉｏに対応する基準電圧を基準電圧生成部１３に生成させるための基準電圧生成信号を出力する。入力電流制限値とは、充電装置１０が太陽光発電器２０に対して要求する電流の値である。これに対し、入力電流検出回路１５で検出された入力電流の値が所定値Ｉｏよりも大きくないときは、入力電流制限値として入力電流検出回路１５で検出された入力電流の値を設定し、この入力電流値に対応する基準電圧を基準電圧生成部１３に生成させるための基準電圧生成信号を出力する。ここで、所定値Ｉｏは、二次電池３０の許容充電電流値である。二次電池３０を許容充電電流値以上で充電すると、二次電池３０が劣化するので、これを防止するために設定されている。つまり、本実施形態の充電装置１０は、入力電流制限値を入力電流の値に応じて変化させる。これにより、太陽光発電器２０の電力供給能力が低下した場合でも、太陽光発電器２０からの出力電流を制限できるため、太陽光発電器２０の出力電圧の低下を防止できる。
太陽光発電器２０からの入力電流の最大値を所定値Ｉｏに制限している。また、充電装置１０は、太陽光発電器２０から入力される電流が、入力制限値と等しい電流となるように、内部のＦＥＴ１１等を制御する。

２．動作
本発明の実施形態の充電装置１０の動作を説明する。充電装置１０は、太陽光発電器２０から電力の供給を受けて二次電池３０を充電する。具体的には、入力電流検出部１５で太陽光発電器２０からの供給電流値が検出される。基準電圧制御部１４は、入力電流検出部１５で検出された入力電流の値が所定値Ｉｏよりも大きいときは、入力電流制限値としてこの所定値Ｉｏを設定し、この所定値Ｉｏに対応する基準電圧を基準電圧生成部１３に生成させるための基準電圧生成信号を出力する。入力電流制限値とは、充電装置１０が太陽光発電器２０に対して要求する電流の値である。これに対し、入力電流検出回路１５で検出された入力電流の値が所定値Ｉｏよりも大きくないときは、入力電流制限値として入力電流検出回路１５で検出された入力電流の値を設定し、この入力電流値に対応する基準電圧を基準電圧生成部１３に生成させるための基準電圧生成信号を出力する。基準電圧生成部１３は、基準電圧制御部１４から出力された基準電圧生成信号に基づいて基準電圧を生成する。オペアンプ１２は、基準電圧生成部１３で生成された基準電圧と充電装置１０への入力電圧との差分に応じた電圧を出力する。ＦＥＴ１１は、オペアンプ１２からの出力に基づいて入力電流（充電電流）を制御する。これにより、太陽光発電器２０が電流供給能力以上に電流を供給することがなくなる。

図２は本発明の実施形態の充電装置１０による充電制御の一例を説明するための図である。図２（ａ）は太陽光発電器２０の供給可能電流値（電力供給能力）を示し、図２（ｂ）は充電装置１０の入力電流制限値を示し、図２（ｃ）は充電装置１０の入力電流値を示し、図２（ｄ）は充電装置１０の入力電圧値を示す。

時刻ｔ０からｔ１の間は、図２（ａ）に示すように、太陽光発電器２０からの供給可能電流値（電力供給能力）が所定値Ｉｏ以上に維持されている。このとき、図２（ｂ）に示すように、入力電流制限値は所定値Ｉｏに設定される。これにより、図２に示すように、入力電流は、入力電流制限値として設定された所定値Ｉｏに制限される。太陽光発電器２０は、電力供給能力以内で電流を供給することとなるので、図２（ｄ）に示すように、入力電圧は限界電圧Ｖｆよりも高い所定電圧ＶＬで維持される。ここで、限界電圧Ｖｆとは、太陽光発電器２０の出力電圧がこの電圧Ｖｆ以下に低下すると、充電装置１０が、例えばその内部回路の正常な動作を維持できなくなり、充電動作を停止してしまう電圧である。

時刻ｔ１からｔ２の間は、図２（ａ）に示すように、太陽光発電器２０からの供給可能電流値が所定値Ｉｏ未満となっている。ここで、従来技術の問題点を説明する。従来の技術においては、入力電流制限値は、図２（ｂ）の破線に示すように、所定値Ｉｏのままである。このとき、入力電流は図２（ｃ）の破線に示すように変化する。このため、入力電流（図２（ａ））の破線）が太陽光発電器２０の電力供給能力（電流供給能力）（図２（ａ）の実線）以上となり、その結果、図２（ｄ）に示すように、太陽光発電器２０の出力電圧が一転鎖線で示すように低下する。そのため、二次電池３０の充電を適正に行えなくなる。さらに、太陽光発電器２０の出力電圧が限界電圧Ｖｆ以下に低下すると、充電装置１０の充電動作が停止してしまう。

これに対して、本実施形態では、太陽光発電器２０からの供給電流値が所定値Ｉｏ未満の場合、図２（ｂ）の実線に示すように、入力電流制限値を、太陽光発電器２０からの供給電流（入力電流）の値に応じて所定値Ｉｏよりも小さな値に低下させる（制限する）。これにより、入力電流が太陽光発電器２０の電力供給能力（電流供給能力）内となるため、太陽光発電器２０が電力供給能力（電流供給能力）以上に電流を供給しようとして、太陽光発電器２０の出力電圧が低下するのが防止される。したがって、図２（ｄ）に示すように、充電装置１０の入力電圧が限界電圧Ｖｆ（入力電圧がこの電圧以下に低下すると、充電装置１０が充電動作を停止する電圧）以下に低下するのが防止される。したがって、充電装置１０の充電動作が停止するのが防止される。

時刻ｔ２以後は、図２（ａ）に示すように、太陽光発電器２０からの供給可能電流値が所定値Ｉｏ以上に復帰している。したがって、図２（ｂ）に示すように、入力電流制限値は所定値Ｉｏに設定される。これにより、入力電流は、図２（ｃ）に示すように、入力電流制限値として設定された所定値Ｉｏに制限される。太陽光発電器２０は、電流供給能力以内で電流を供給していることとなるので、図２（ｄ）に示すように、入力電圧は限界電圧Ｖｆよりも高い所定電圧ＶＬで維持される。

図３は本発明の実施形態の充電装置１０による充電制御の他の動作例を説明するための図である。図３（ａ）は太陽光発電器２０の供給可能電流値（電力供給能力）を示し、図３（ｂ）は充電装置１０の入力電流制限値を示し、図３（ｃ）は充電装置１０の入力電流値を示し、図３（ｄ）は充電装置１０の入力電圧値を示す。

この例では、図３（ａ）に示すように、太陽光発電器２０からの供給電流値が連続的に所定値Ｉｏ未満となっている。そのため、図３（ｂ）に示すように、入力電流制限値は、太陽光発電器２０からの供給電流の値に応じて所定値Ｉｏよりも小さな値に低下される（制限される）。これにより、図３（ｃ）に示すように、入力電流が、入力電流制限値として設定された前記所定値Ｉｏよりも小さな値に制限される。これにより、太陽光発電器２０が電力供給能力（電流供給能力）以上に電流を供給しようとして、太陽光発電器２０の出力電圧が低下するのが防止される。つまり、この例においても、図３（ｄ）に示すように、入力電圧は限界電圧Ｖｆよりも高い所定電圧ＶＬで維持される。したがって、充電装置１０の充電動作が停止するのが防止される。

３．まとめ
以上説明したように、実施形態の充電装置１０は、太陽光発電器２０から入力される電流の値を検出する入力電流検出部１０と、太陽光発電器２０から入力される電流の制限値を設定する基準電圧設定部１４と、太陽光発電器２０から入力される電流を基準電圧設定部１４で設定された入力電流制限値に制限するＦＥＴ１１を備える。基準電圧設定部１４は、入力電流検出部１０で検出された入力電流値が所定値Ｉｏ未満のときは、入力電流検出部１０で検出された入力電流値にしたがい入力電流制限値を設定する。

ここで、太陽光発電器２０の電力供給能力がある値のとき、この電力供給能力の値は出力電圧と出力電流の積で定まる。したがって、電力供給能力がある値のときに、出力電流を増加させると、出力電圧は低下してしまう。つまり、出力電圧がある所望の値のときに上記関係にしたがって定まる出力電流よりも大きな電流を充電装置が入力しようとすると、太陽光発電器２０の出力電圧が低下してしまう。

しかし、本実施形態では、上記のような構成としたことにより、太陽光発電器２０の電力供給能力が低下した場合でも、太陽光発電器２０からの出力電流を制限できるため、太陽光発電器２０の出力電圧の低下を防止できる。したがって、太陽光発電器２０から供給される電圧が低下して充電装置１０の充電動作が停止したり、誤動作をおこしたりするのが防止され、もって太陽光発電器２０の発電電力を効率的に充電に利用することができる。

また、本実施形態では、充電装置１０は、入力電流検出部１１で検出された太陽光発電器２０からの入力電流の値が前記所定値Ｉｏ以上のときは、前記所定値Ｉｏを入力電流制限値として設定する、ここで、所定値Ｉｏは、二次電池３０の許容充電電流値である。これにより、二次電池３０が許容充電電流値以上で充電されるのが防止される。したがって、二次電池３０が充電により劣化するのが防止される。

なお、本実施形態では、二次電池３０の電力最大供給能力が所定値Ｉｏよりも大きい場合について説明したが、二次電池３０の許容充電電流値が二次電池３０の電力最大供給能力よりも大きい場合、所定値Ｉｏも二次電池３０の電力最大供給能力よりも大きくできる。その場合、天候により太陽光発電器２０の電力供給能力が変動した場合でも、太陽光発電器２０の出力電圧の低下を防止しつつ、つまり充電装置１０の充電装置の充電動作の停止を防止しつつ、太陽光発電器２０の電力供給能力を最大限に活用して、二次電池３０の充電を行うことができる。

本実施形態では、電源装置が太陽光発電器２０の場合について説明したが、これに限られない。本発明の思想は、電源装置の電力供給能力（電流供給能力）が変動したり、小さいものである場合に特に有効である。例えば、本発明の思想は、電源装置が交流電力から直流電力を生成するＡＣアダプタの場合に適用できる。ＡＣアダプタの電力供給能力が小さい場合、前述の図３のようにＡＣアダプタの供給電流値が制限電流値よりも常時小さくなることが考えられる。しかし、本実施形態の充電装置によれば、そのような場合でも、二次電池に対して一定電圧で充電電流を供給することができる。

本実施形態では、入力電流制限値を二次電池３０の許容充電電流に基づいて定めたが、例えば充電装置１０の構成部品の許容電流等に基づいて定めてもよい。

本実施形態で説明した充電装置は、携帯電話、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant)、情報端末等の種々の電子機器に適用することができる。例えば、電子機器は、電子機器の機能を実現する回路と、この回路に電力を供給する太陽光発電器と、この二次電池を充電し及び／または回路に電力を供給する充電装置とを有している。電子機器の充電装置は、このような電子機器の二次電池を、太陽光発電器から電力の供給を受けて充電する。

本発明は、電源装置からの供給電力により二次電池を充電する充電装置及び充電方法において、電源装置の電力供給能力（供給電流）が低下した場合でも、充電装置の充電動作が停止したり、誤動作をおこしたりするのを防止し、もって太陽光発電器の発電電力を効率的に充電に利用することができる可能とする。本発明は、電源装置からの供給電力により二次電池を充電する充電装置及び充電方法において広く利用することができる。

１０ 充電装置
１１ ＦＥＴ
１２ オペアンプ
１３ 基準電圧生成部
１４ 基準電圧制御部
１５ 入力電流検出部
２０ 太陽光発電器
３０ 二次電池

特開平０３−２０３５２８号公報

Claims (10)

1. 電源装置からの供給電力により二次電池の充電を行う充電装置であって、
   前記電源装置から入力される電流の値を検出する入力電流検出手段と、
   前記電源装置から入力される電流の制限値を設定する入力電流制限値設定手段と、
   前記電源装置から入力される電流を前記入力電流制限値に制限する入力電流制限手段とを備え、
   前記入力電流制限値設定手段は、前記入力電流検出手段で検出された入力電流値が所定値未満のときは、前記入力電流検出手段で検出された入力電流値に応じて入力電流制限値を設定することを特徴とする充電装置。
2. 前記入力電流制限値設定手段は、前記入力電流検出手段で検出された入力電流の値が所定値以上のときは、前記所定値を入力電流制限値として設定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
3. 前記所定値は、前記二次電池の許容充電電流値であることを特徴とする請求項２に記載の充電装置。
4. 前記電源装置は、太陽光発電器であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の充電装置。
5. 前記電源装置は、ＡＣアダプタであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の充電装置。
6. 電源装置からの供給電力により二次電池の充電を行う充電方法であって、
   前記電源装置から入力される電流の値を検出する入力電流検出ステップと、
   前記電源装置から入力される電流の制限値を設定する入力電流制限値設定ステップと、
   前記電源装置から入力される電流を前記入力電流制限値に制限する入力電流制限ステップとを含み、
   前記入力電流制限値設定ステップでは、前記入力電流検出ステップで検出された入力電流値が所定値未満のときは、前記入力電流検出ステップで検出された入力電流値に応じて入力電流制限値を設定することを特徴とする充電方法。
7. 入力電流制限値設定ステップでは、前記入力電流検出ステップで検出された入力電流の値が所定値以上のときは、前記所定値を入力電流制限値として設定する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の充電方法。
8. 前記所定値は、前記二次電池の許容充電電流値であることを特徴とする請求項７に記載の充電方法。
9. 前記電源装置は、太陽光発電器であることを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の充電方法。
10. 前記電源装置は、ＡＣアダプタであることを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の充電方法。

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