JP4207886B2

JP4207886B2 - 電源装置

Info

Publication number: JP4207886B2
Application number: JP2004357848A
Authority: JP
Inventors: 俊彦市瀬; 雅弘高田; 克巳高津
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2024-12-10
Also published as: JP2006166670A

Description

本発明は、携帯用電子機器等の電源装置に関し、特に外部電源入力端子へ複数の電源を接続する電源装置に関する。

従来、ノート型パソコン等の携帯用電子機器の外部電源入力端子へは商用電源を直流変換したＡＣアダプターが接続されるように設計されており内蔵の二次電池の充電と本体への電力供給を同時に行えるような構成がとられていた。

図４に、一般的な従来例をブロック図で示す。

１は商用電源を直流に変換し供給するＡＣアダプター、２はノートＰＣ、３は逆流防止、逆接続防止用ダイオード、４はスイッチ、５はスイッチ、６はノート型パソコンの負荷でＣＰＵや液晶パネル、記憶装置への電力供給を総称している。

ＡＣアダプター１から負荷６までダイオード３を含み、主電源ライン２３が設置されている。

７はチャージャー（充電制御回路）で通常ＡＣアダプターが接続された状態では電池パックへ充電するための適切な電圧、電流に変換する機能を有する。８は電池パックでＡＣアダプターから電力が供給されない場合はスイッチ５がＯＮして、主電源ライン２３と接続され電池の電力を放出する。ＡＣアダプターがつながっている状態ではチャージャを介して充電されて満充電状態を保つ。

また、携帯電話の電池へ充電する為の装置が提案されている。（特許文献１参照）
さらに、電源の種類を示す端子を備えた電池パックが提案されている。（特許文献２参照）
特開平１０−３２９３４号公報特開平１１−２６０４２２号公報

近年、小型の燃料電池が開発され商用電源のない場所でも１０から２０Ｗの電力を供給することが可能になった。

しかし、従来の携帯用電子機器の外部電源入力端子は前述のとおりＡＣアダプタ専用に設計されておりここへこの燃料電池出力を接続してもパワーが足らずシステムがとまってしまう。

なお、ここで、「携帯用電子機器」とは、例えば、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話機といった携帯型の電子機器の他、ノート型パソコンやデジタルカメラといった可搬型の電子機器の意である。

本体の最大電力（たとえば４０Ｗ）供給と二次電池への充分な充電電力（たとえば２０Ｗ）供給が同時にできるだけ（６０Ｗ以上）の電力がこの端子から供給されることを前提に設計されているため１０から２０Ｗ出力の燃料電池をこの端子へ接続して使用することはできなかった。

本発明の目的は、上記課題を解決し、出力の足りない燃料電池であっても外部電源入力端子につなげば、良好なシステム駆動がおこなえる電源装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、商用電源から直流変換された電源または燃料電池パックの両方ともがそれぞれ接続可能であり種別判定入力端子を兼ねた外部電源端子と、前記外部電源端子と負荷をつなぐ主電源ラインと、二次電池パックと、充電制御回路と、前記種別判定入力端子により前記外部電源端子に接続されたものを判定する機種判定回路と、前記二次電池パックと前記主電源ラインをつなぐ電池パックカットスイッチと、前記充電制御回路と前記二次電池パックをつなぐ充電カットスイッチとから構成される電源装置であって、前記燃料電池パックには、燃料電池と、前記燃料電池の出力電圧を変換し前記二次電池への充電を可能とする電源回路と、種別判定出力端子とが内蔵され、前記二次電池パックには、二次電池と、前記二次電池の電池容量を計測する手段と、前記二次電池が満充電状態に達したとき充電入力をカットするスイッチ機能と、このスイッチ機能と並列に接続されスイッチ機能がＯＦＦであっても前記二次電池の放電を可能とする寄生ダイオード素子とが内蔵され、前記機種判定回路は、判定した機種により、前記電池パックカットスイッチおよび前記充電カットスイッチを制御する機能をもつものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項1に記載の電源装置において、前記電源装置には、さらに逆流防止ダイオードとダイオードバイパススイッチが備わっており、前記逆流防止ダイオードは、携帯用電子機器の外部電源入力端子から携帯用電子機器に内蔵された二次電池パックの電力が機器の外部へ流失することを防止する方向に取り付けられ、前記ダイオードバイパススイッチは、前記逆流防止ダイオードの両端をショートするように取り付けられ、さらに前記機種判定回路の出力により制御されるものである。

この請求項１に記載の発明によれば、ＡＣアダプターをつなぐ為の外部電源入力端子へパワーの小さい燃料電池を接続することができ内臓の二次電池を充電しながら本体の消費電力は二次電池を介して供給するため本体の最大消費電力にも対応できる。

内蔵の二次電池が満充電状態になった場合には電池パック内部の回路がこれを判断し充電をとめることができる。また、充電をとめた状態でも二次電池の電力を本体の電力消費によって放電する機能を有する。

請求項２に記載の発明によれば逆流防止ダイオードをダイオードバイパススイッチを用いて短絡することにより二次電池から燃料電池へ起動用の電源を供給することが可能となる。

以下、本発明を適用した電源装置の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

〔第１の実施の形態〕
図１は、第１の実施の形態に係る電源装置を搭載した携帯機器（同図においては、ノートパソコン）が示されている。

ここで先に説明した図４に示した従来例と同じ機能を有する部品には同じ番号を付し説明を省略する。

燃料電池パック９は１０〜２０Ｗの出力を出すことが可能でノートパソコン２の負荷６は主にＣＰＵの消費と液晶パネルの消費、記憶装置の消費であり最大４０Ｗ、通常は１５Ｗの電力を必要とする。

電池パック８は最大４０Ｗの出力が可能でノートパソコンの最大負荷にも対応可能である。そして、図４の従来例で説明したようにＡＣアダプター接続時には電池パック８からの放電は行わずスイッチ５はＯＦＦである。

また、ＡＣアダプター接続時には電池パック８へはチャージャ７を介して充電を行う。図１ではＡＣアダプターは接続されておらず外部電源入力端子には燃料電池パック９が接続されている。

この外部電源入力端子２２と並列に機種判定端子１１が設けられており、機種判定回路２０は、外部電源入力端子２２に接続された機種が、ＡＣアダプター１ではなく燃料電池であることを知ることができる。

燃料電池パック９が外部電源入力端子２２に接続されると、機種判定回路２０により充電カットスイッチ４がＯＦＦになり、チャージャ７は停止する。

燃料電池パック９の発電が開始すると外部電源端子から１０〜２０Ｗの電力が供給される。ノートパソコン２の負荷６の消費電力は前述のように通常１５Ｗ最大で４０Ｗであるから燃料電池パック９が２０Ｗ発電していてノートパソコン２の負荷が２０Ｗ以下のときは内蔵の電池パック８は放電することなく燃料電池９の電力だけで充分である。余った電力は電池パック８へ充電される。

また、ノートパソコン２の消費電力がゼロの場合には燃料電池９の出力はすべて電池パック８へ充電される。

二次電池パック８の構成は電池３本が直列に接続されそれぞれの電圧が電池ＥＣＵ１２によって監視されている。

二次電池２４が充電されてそれぞれの端子電圧が上昇すると電池ＥＣＵ１２が電圧を判断し、最初の電池の端子電圧が規定の電圧以上になった段階でスイッチ１３をＯＦＦにする。
これによって充電をとめることができる。

この充電停止のスイッチは通常ＰチャンネルのＦＥＴで構成され、このＦＥＴがＯＦＦの場合も寄生ダイオード２１によって放電は可能である。

したがってノートパソコン２の負荷が急に大きくなっても瞬時に電池パック８から寄生ダイオード２１を介して放電して対応することができる。

この放電によって二次電池８の端子電圧がわずかに低下し満充電状態が回避されるとスイッチ１３がＯＮになる。

これによって二次電池で動作させる場合の寄生ダイオード２１の順方向電圧によるロスをなくすることができる。
〔第２の実施の形態〕
図２は、第２の実施の形態に係る電源装置を搭載した携帯機器（同図においては、ノー
トパソコン）が示されている。

ここで先に説明した図４に示した従来例および図１に示した第1の実施の形態と同じ機能を有する部品には同じ番号を付し説明を省略する。

燃料電池９が接続されると機種判定端子１１により燃料電池と判定された場合、主電源ライン２３に配置された電池カットスイッチ５、ダイオードバイパススイッチ１０がＯＮされて電池パック８と燃料電池パック９および負荷６が直結される。

燃料電池パック９は、燃料電池本体を起動するために燃料ポンプを作動させたり、空気ポンプを作動させることが必要でありこのための起動用電池を内蔵している場合もある。

本実施の形態ではノートパソコン内部の電池パック８からスイッチ５を介して起動用の電力を供給している。

燃料電池パック９の構成を図３で詳細に説明する。

燃料電池ＥＣＵ１７はノートパソコン２から電源を供給されて起動し、機種判定端子１１がノートパソコンに接続されていることを判断し、さらにノートパソコン２が燃料電池１４からの電力を要求していることを判断する。

この機種判定端子１１の信号は双方向のシリアル通信であってもよいしノートパソコン１側で半導体素子によって電源もしくは接地端子へ接続されることにより前記のノートパソコン１が燃料電池１７からの電力を要求していることを知らしめることもできる。

燃料電池ＥＣＵ１７はポンプ１５を駆動し燃料電池１４へ燃料を供給する。燃料電池１４が発電を開始すると徐徐に温度が上昇し出力が増加する。電力変性手段１６は燃料電池の電圧を変換するＤＣ−ＤＣコンバータであるがこの回路の出力形態は定電圧ではなくたとえば定電流出力のように負荷の電圧に依存することなく電流もしくは電力を供給できる。

以上述べたとおり、本発明の第一の実施例によれば、負荷の最大消費電力より小さい出力しか出せない小型の燃料電池を通常の外部電源入力端子から接続することができ、内臓の二次電池を充放電しながら電子機器を駆動することができる。

また、実施の形態２の構成によれば電子機器が内蔵する二次電池を使って燃料電池を起動することができる。このため、燃料電池自体に起動用の電池を内蔵しておく必要がない。

本発明の電源装置は、ノートパソコン等の携帯用電子機器用の電源装置として有用で有る。

第１の実施の形態に係る電源装置の構成を示すブロック図第２の実施の形態に係る電源装置の構成を示すブロック図燃料電池パックの構成を示す模式図従来の電源装置の構成例を示すブロック図

符号の説明

１ＡＣアダプター
２ノートパソコン
３ダイオード
４、５、１０、１３スイッチ
６負荷
７チャージャー
８電池パック
９燃料電池パック
１１機種判定端子
１２電池ＥＣＵ
１３スイッチ
１４燃料電池
１５ポンプ
１６電力変性手段
１７燃料電池ＥＣＵ
２０機種判定回路
２１寄生ダイオード
２２外部電源入力端子
２３主電源ライン
２４二次電池

Claims

商用電源から直流変換された電源または燃料電池パックの両方ともがそれぞれ接続可能であり種別判定入力端子を兼ねた外部電源端子と、前記外部電源端子と負荷をつなぐ主電源ラインと、二次電池パックと、充電制御回路と、前記種別判定入力端子により前記外部電源端子に接続されたものを判定する機種判定回路と、前記二次電池パックと前記主電源ラインをつなぐ電池パックカットスイッチと、前記充電制御回路と前記二次電池パックをつなぐ充電カットスイッチとから構成される電源装置であって、
前記燃料電池パックには、燃料電池と、前記燃料電池の出力電圧を変換し前記二次電池への充電を可能とする電源回路と、種別判定出力端子とが内蔵され、
前記二次電池パックには、二次電池と、前記二次電池の電池容量を計測する手段と、前記二次電池が満充電状態に達したとき充電入力をカットするスイッチ機能と、前記スイッチ機能と並列に接続されスイッチ機能がＯＦＦであっても前記二次電池の放電を可能とする寄生ダイオード素子とが内蔵され、
前記機種判定回路は、判定した機種により、前記電池パックカットスイッチおよび前記充電カットスイッチを制御する機能をもつ電源装置。
前記電源装置には、さらに逆流防止ダイオードとダイオードバイパススイッチが備わっており、
前記逆流防止ダイオードは、携帯用電子機器の外部電源入力端子から携帯用電子機器に内蔵された二次電池パックの電力が機器の外部へ流失することを防止する方向に取り付けられ、
前記ダイオードバイパススイッチは、前記逆流防止ダイオードの両端をショートするように取り付けられ、さらに前記機種判定回路の出力により制御されることを特徴とする請求項１記載の電源装置。