JP7246832B2

JP7246832B2 - 充電装置

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Publication number: JP7246832B2
Application number: JP2019107113A
Authority: JP
Inventors: 亮介立見
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2019-06-07
Filing date: 2019-06-07
Publication date: 2023-03-28
Anticipated expiration: 2039-06-07
Also published as: JP2020202639A

Description

本発明は、複数のデバイスに対して並行して充電を行う充電装置に関する。

従来から、複数の携帯機器に対して、優先順位が高い携帯機器に対して本充電を行い、他の携帯機器に対して本充電よりも低い充電値で低レート充電を行うようにした非接触電力伝送装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この非接触電力伝送装置では、充電器の載置ポイントに複数の携帯機器が載置された状態で充電器がオンされると、例えば、電池残量が小さい携帯機器の優先順位を高くして、この携帯機器に対して優先的に本充電を実施することが可能となる。

特開２０１１－２０５７６６号公報

ところで、上述した特許文献１に開示された非接触電力伝送装置では、優先順位が高い携帯機器に対して優先的に本充電を実施するものであり、複数の携帯機器について電池残量のばらつきを解消することができないという問題があった。例えば、十分な充電時間がある場合には、最も電池残量が小さい携帯機器に対して本充電を行い、この本充電が完了すると、次に電池残量が小さい携帯機器に対して本充電が行われるため、十分な充電時間がある場合には、全ての携帯機器に対して本充電を完了させることができ、電池残量のばらつきを解消することができる。しかし、このように十分な充電時間が確保できない場合には、いずれかの携帯機器における本充電が途中で中断されてしまい、複数の携帯機器のそれぞれの電池残量にばらつきが残ることになる。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、充電対象となる複数の電子機器の電池残量のばらつきを抑制することができる充電装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の充電装置は、車両に搭載され、二次電池を内蔵して動作する複数の電子機器が接続された状態で、これら複数の電子機器に内蔵された二次電池に対して並行して充電を行う充電装置であって、複数の電子機器を、電力供給が可能な状態で接続する接続手段と、複数の電子機器に内蔵された二次電池を、所定の充電時間、充電する充電手段と、充電時間に基づいて、充電時間が経過した時点における複数の電子機器のそれぞれに内蔵された二次電池の電池残量が同じになるように、充電手段から複数の電子機器のそれぞれに供給する電力量を設定する供給電力設定手段とを備え、充電時間は、前記車両が目的地に到着するまでの時間である。充電時間経過時の各電子機器の電池残量を考慮して充電量を設定しているため、充電対象となる複数の電子機器の電池残量のばらつきを抑制することが可能となる。

また、上述した供給電力設定手段は、充電時間が経過する前に、複数の電子機器のそれぞれに内蔵された二次電池の電池残量が同じになり、その後充電時間が経過するまで、この関係を維持するように電力量を設定することが望ましい。これにより、早期に電池残量のばらつきを解消することが可能となる。

また、上述した供給電力設定手段は、充電時間が経過するまで、充電手段から複数の電子機器のそれぞれに供給する電力量が一定になるように設定することが望ましい。これにより、充電開始時に充電電力を設定するだけで複雑な制御を行うことなく、電池残量のばらつきを解消することが可能となる。

また、上述した充電時間を、車両が目的地に到着するまでの時間とすることにより、車両が目的地に到着して搭乗者が降車する時点における電池残量のばらつきを解消することが可能となる。

また、上述した充電手段から複数の電子機器に供給可能な電力の合計値は、複数の電子機器のそれぞれの最大充電電流の合計値よりも少ないことが望ましい。これにより、十分な電力供給ができない場合であっても、電池残量のばらつきを抑制することが可能となる。

また、上述した複数の電子機器の少なくとも一部は、充電中に、電力消費を伴う動作を行っており、供給電力設定手段は、動作継続に必要な消費電力を考慮して電力量を設定することが望ましい。これにより、各電子機器が動作中でその動作電力が必要な場合であっても、確実に電池残量のばらつきを抑制することが可能となる。

一実施形態の車載装置の全体構成を示す図である。メモリに格納された充電制御プログラムをＣＰＵによって実行することで動作する充電制御部の機能ブロックの構成図である。２台の携帯端末装置に対して充電動作を行う動作手順を示す流れ図である。ケース１に対応する供給電力の具体例を示す図である。ケース２に対応する供給電力の具体例を示す図である。

以下、本発明の充電装置を適用した一実施形態の車載装置について、図面を参照しながら説明する。

図１は、一実施形態の車載装置の全体構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の車載装置１００は、ナビゲーション処理部１０、操作部２０、入力処理部２２、表示処理部３０、表示装置３２、ＣＰＵ４０、メモリ５０、ＵＳＢインタインタフェース部（ＵＳＢＩＦ）６０、電源回路７０、充電回路８０を備えている。この車載装置１００は、例えば車両に搭載されたヘッドユニットであり、ナビゲーション装置等として動作するとともに、最大で２台のＵＳＢ機器（図１に示す例では携帯端末装置９０、９２）が接続可能なＵＳＢポートを備えている。

ナビゲーション処理部１０は、メモリ５０に記憶されている地図データを用いて車載装置１００が搭載された車両の走行を案内するナビゲーション動作を行う。このナビゲーション動作には、ＧＰＳ装置１２を用いた自車位置検出や、自車位置周辺の地図表示、目的地までの走行経路を計算する経路探索、計算した走行経路に沿って目的地までの走行を案内する経路誘導などの各動作が含まれる。なお、ナビゲーション動作に必要な地図データは、メモリ５０に格納されているものとしたが、ハードディスク装置などその他の記憶装置に格納したり、外部の地図配信サーバ（図示せず）などから無線通信によって取得するようにしてもよい。

操作部２０は、車載装置１００に対する利用者による操作を受け付けるためのものであり、表示装置３２の周囲に配置された各種の操作キー、操作スイッチ、操作つまみ等を含んで構成されている。また、表示装置３２に各種の操作画面や入力画面が表示された時点で、これらの操作画面や入力画面の一部を利用者が指などで直接指し示すことにより、操作画面や入力画面の表示項目を選択することができるようになっており、このような操作画面や入力画面を用いた操作を可能とするために、指し示された指などの位置を検出するタッチパネルが操作部２０の一部として備わっている。なお、タッチパネルを用いる代わりに、リモートコントロールユニット等を用いて操作画面や入力画面の一部を利用者の指示に応じて選択するようにしてもよい。入力処理部２２は、操作部２０を監視しており、利用者による操作内容を決定する。

表示処理部３０は、各種の操作画面や入力画面等を表示する映像信号を出力して表示装置３２にこれらの画面を表示するとともに、ナビゲーション処理部１０によって作成した地図画面や交差点案内画面等を表示する映像信号を出力して表示装置３２にこれらの画面を表示する。表示装置３２は、運転席と助手席の中央前方に設置されており、例えば液晶表示装置（ＬＣＤ）を用いて構成されている。

ＣＰＵ４０は、メモリ５０に格納された所定のプログラムを実行することにより、車載装置１００の全体を制御するとともに、２台の携帯端末装置９０、９２に対して適切な供給電力を設定してこれらに内蔵された二次電池の充電を行う動作を行う。充電に関する動作については後述する。

メモリ５０は、ＣＰＵ４０の動作プログラムを格納するとともに、ＣＰＵ４０の動作に必要な各種データを格納する作業領域として用いられる。ＣＰＵ４０によって実行される動作プログラムには、車載装置１００が携帯端末装置９０、９２に内蔵された二次電池の充電を行う充電装置として動作するための充電制御プログラムが含まれている。メモリ５０は、例えば、ＲＯＭやＲＡＭ等の半導体メモリによって構成されており、これら以外にハードディスク装置などを含むようにしてもよい。

ＵＳＢインタフェース部６０は、ＵＳＢケーブルを介して、携帯端末装置９０、９２などのＵＳＢ機器との間で、信号の入出力や動作電力や充電電力の供給を行うためのものである。このＵＳＢインタフェース部６０には、２つのＵＳＢポート６２、６４やＵＳＢホストコントローラが含まれる。

電源回路７０は、車両に搭載されたバッテリ（図示せず）に接続されており、車載装置１００の各部の動作に必要な電圧や、ＵＳＢポート６２、６４に接続された携帯端末装置９０、９２の動作や充電に必要な電圧を生成する。

充電回路８０は、ＵＳＢポート６２、６４に接続された携帯端末装置９０、９２に内蔵された二次電池に対して並行して充電を行う。本実施形態では、２台の携帯端末装置９０、９２に供給可能な電力の合計値が、これら２台の携帯端末装置９０、９２のそれぞれの最大充電電流の合計値よりも少ない場合を想定している。例えば、携帯端末装置９０、９２のそれぞれは、最大２７Ｗで急速充電を行うことが可能であるが、充電回路８０は、２台の携帯端末装置９０、９２の合計で最大３０Ｗの電力しか供給できず、この３０Ｗまでの範囲で２台の携帯端末装置９０、９２に対して供給電力を分配するものとする。

図２は、メモリ５０に格納された充電制御プログラムをＣＰＵ４０によって実行することで動作する充電制御部１４０の機能ブロックの構成図である。図２に示すように、充電制御部１４０は、電池残量判定部１４２、充電時間設定部１４４、供給電力設定部１４６、消費電力判定部１４８を含んで構成されている。

電池残量判定部１４２は、ＵＳＢポート６２、６４に接続された携帯端末装置９０、９２のそれぞれの電池残量を、それぞれの電池容量とともに判定する。具体的には、一方の携帯端末装置９０の電池容量Ａ、電池残量ａと、他方の携帯端末装置９２の電池容量Ｂ、電池残量ｂが検出される。

充電時間設定部１４４は、携帯端末装置９０、９２に内蔵された二次電池を充電する充電時間を設定する。本実施形態では、ナビゲーション処理部１０による経路誘導動作中であって目的地が設定されており、この目的地に到達するまでの所要時間が充電時間として設定される。なお、目的地までの所要時間を充電時間として設定するのではなく、利用者が操作部２０を操作して充電時間を指定するようにしてもよい。

供給電力設定部１４６は、設定された充電時間に基づいて、この充電時間が経過した時点における２台の携帯端末装置９０、９２のそれぞれに内蔵された二次電池の電池残量が所定の関係となるように、充電回路８０から２台の携帯端末装置９０、９２のそれぞれに供給する電力量を設定する。

消費電力判定部１４８は、ＵＳＢポート６２、６４に接続された携帯端末装置９０、９２のそれぞれが充電中に消費する電力を判定する。例えば、消費電力は、充電動作と並行して携帯端末装置９０、９２のそれぞれが動作させているアプリケーションの種類に応じて決まるため、動作中のアプリケーションの種類を検出することにより、消費電力の大小を判定する場合が考えられる。一般には、テザリング、ネット動画視聴、テレビ視聴などのアプリケーションを実行中の場合に消費電力が多くなる。また、携帯端末装置９０、９２のそれぞれに自装置の消費電力を検出して監視するアプリケーションが備わっている場合には、この検出した消費電力を取得してもよい。

上述したＵＳＢインタインタフェース部６０が接続手段に、充電回路８０が充電手段に、電池残量判定部１４２、供給電力設定部１４６が供給電力設定手段に、消費電力判定部１４８が消費電力判定手段にそれぞれ対応する。

本実施形態の車載装置１００および充電制御部１４０はこのような構成を有しており、次に、その動作を説明する。

図３は、２台の携帯端末装置９０、９２に対して充電動作を行う動作手順を示す流れ図である。例えば、目的地に到達する時点で、２台の携帯端末装置９０、９２の電池残量の割合（電池容量に対する電池残量の割合）が同じになるように充電動作を行う場合の動作手順が示されている。

電池残量判定部１４２は、２つのＵＳＢポート６２、６４に２台の携帯端末装置９０、９２が接続されたか否かを判定している（ステップ１００）。携帯端末装置９０、９２の一方しか接続されていない場合やどちらも接続されていない場合には否定判断が行われ、この判定が繰り返される。

また、２台の形態端末装置９０、９２が接続されると、ステップ１００の判定において肯定判断が行われる。次に、電池残量判定部１４２は、これら２台の携帯端末装置９０、９２のそれぞれについて、電池容量と電池残量を検出する（ステップ１０２）。また、充電時間設定部１４４は、その時点における目的地までの所要時間を充電時間として設定する（ステップ１０４）。

次に、供給電力設定部１４６は、設定された充電時間内に、２台の携帯端末装置９０、９２の両方の充電が完了するか（両方が満充電状態になるか）否かを判定する（ステップ１０６）。この判定は、２台の携帯端末装置９０、９２のそれぞれを満充電状態にするために必要な電力量と、充電回路８０による供給電力の最大値を充電時間の間維持した場合の合計の電力量とを比較することで行うことができる。

充電時間内に２台の携帯端末装置９０、９２に対する充電が完了しない場合（満充電状態にするために必要な電力量の方が多い場合）にはステップ１０６の判定において否定判断が行われる。この場合には、供給電力設定部１４６は、充電時間経過時に２台の携帯端末装置９０、９２が同じ電池残量（電池容量に対する電池残量の割合）が同じになるように、２台の携帯端末装置９０、９２のそれぞれに対する供給電力を設定する（ステップ１０８）。

一方、充電時間内に２台の携帯端末装置９０、９２に対する充電が完了する場合（満充電状態にするために必要な電力量の方が少ない場合）にはステップ１０６の判定において肯定判断が行われる。この場合には、供給電力設定部１４６は、設定された充電時間経過時よりも早い時点で同時に２台の携帯端末装置９０、９２が満充電状態になるように、２台の携帯端末装置９０、９２のそれぞれに対する供給電力を設定する（ステップ１１０）。

次に、充電回路８０は、このようにして設定された供給電力で２台の携帯端末装置９０、９２に対する並行した充電動作を開始する（ステップ１１２）。

ところで、充電時間経過時（目的地到着時）の電池残量を同じにするために供給電力を設定する方法としては、いくつかのケースが考えられる。

（ケース１）設定された充電時間が経過する前に、２台の携帯端末装置９０、９２のそれぞれの電池残量（電池容量に対する電池残量の割合）を同じにし、その後、設定された充電時間が経過するまで、電池残量が同じとなる関係を維持しながら充電を継続する。

図４は、ケース１に対応する供給電力の具体例を示す図である。図４において、端末Ａが携帯端末装置９０を、端末Ｂが携帯端末装置９２を示している。また、２台の携帯端末装置９０、９２を充電するために充電回路８０から供給可能な電力の最大値が３０Ｗであり、この範囲内で２台の携帯端末装置９０、９２を充電するための電力が分配される。これらは、後述する図５においても同様である。

図４に示す例では、目的地までの所要時間「６０分」が充電時間として設定されて充電が開始される。また、充電開始から４０分が経過した時点で２台の携帯端末装置９０、９２の電池残量が同じになるように各供給電力が設定されて充電が行われる。その後、充電が終了するまで（６０分に達するまで）、２台の携帯端末装置９０、９２の電池残量が互いに同じになるように充電が行われる。

（ケース２）設定された充電時間が経過するまで、２台の携帯端末装置９０、９２のそれぞれに供給する電力を一定にする。

図５は、ケース２に対応する供給電力の具体例を示す図である。図５に示す例では、目的地までの所要時間「６０分」が充電時間として設定されて充電が開始されてから充電が終了するまでの間、一方の携帯端末装置９０への供給電力（２０Ｗ）と、他方の携帯端末装置９２への供給電力（１０Ｗ）が維持される。

このように、本実施形態の車載装置１００では、充電時間経過時の２台の携帯端末装置９０、９２のそれぞれに内蔵された二次電池の電池残量を考慮して充電量を設定しているため、充電対象となるこれら２台の携帯端末装置９０、９２の間の電池残量のばらつきを抑制することが可能となる。

特に、充電時間が経過した時点における２台の携帯端末装置９０、９２のそれぞれに内蔵された二次電池の電池残量の割合が同じになるように電力量を設定することにより、確実に充電時間経過後の２台の携帯端末装置９０、９２の電池残量のばらつきをなくすことができる。

また、設定された充電時間が経過する前に、２台の携帯端末装置９０、９２の電池残量が同じになり、その後充電時間が経過するまで、この関係を維持するように供給する電力量を設定することにより（ケース１の場合）、早期に電池残量のばらつきを解消することが可能となる。

また、設定された充電時間が経過するまで、２台の携帯端末装置９０、９２のそれぞれに供給する電力が一定になるように電力量を設定することにより、充電開始時に充電電力を設定するだけで複雑な制御を行うことなく、電池残量のばらつきを解消することが可能となる。

また、車両が目的地に到着するまでの所要時間を充電時間とすることにより、車両が目的地に到着して搭乗者が降車する時点における電池残量のばらつきを解消することが可能となる。

また、充電回路８０から２台の携帯端末装置９０、９２に供給可能な電力の合計値が、これら２台の携帯端末装置９０、９２のそれぞれの最大充電電流の合計値よりも少なく、十分な電力供給ができない場合であっても、電池残量のばらつきを抑制することが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、２台の携帯端末装置９０、９２の充電時間が同じであるものとしたが、異なる場合であっても本発明を適用することができる。例えば、一方の携帯端末装置９０の充電時間をＴ１（例えば、目的地までの所要時間）、他方の携帯端末装置９２の充電時間をＴ２（例えば、途中で同乗者が降車するまでの時間であって、手動操作で入力する場合や、普段の乗車履歴から推定する場合などが考えられる）としたときに、これらの充電時間Ｔ１、Ｔ２が経過した時点における２台の携帯端末装置９０、９２の電池残量が同じになるように各供給電力を設定すればよい。この場合には、充電時間が短い携帯端末装置９２を優先的に充電する供給電力の設定が行われることになる。このように、２台の携帯端末装置９０、９２のそれぞれの充電時間が異なる場合であっても、それぞれの充電終了時における電池残量のばらつきを抑制することが可能となる。

また、上述した実施形態では、２台の携帯端末装置９０、９２のそれぞれの電池残量と充電時間とに基づいて、それぞれに供給する電力量を設定したが、供給電力設定部１４６はさらに、２台の携帯端末装置９０、９２のそれぞれの充電中の消費電力（消費電力判定部１４８によって判定される）を加味して電力量の設定を行うようにしてもよい。具体的には、供給電力設定部１４６は、２台の携帯端末装置９０、９２のそれぞれの消費電力を、供給可能な電力の合計値から差し引いて充電用電力値とし、この充電用電力値を用いることにより、上述した図３のステップ１０６の判定やステップ１０８、１１０の設定を行うようにすればよい。これにより、各携帯端末装置９０、９２が動作中でその動作電力が必要な場合であっても、確実に電池残量のばらつきを抑制することが可能となる。

また、上述した実施形態では、目的地までの所要時間を充電時間として設定したが、このような設定をしない場合であっても本発明を適用することができる。例えば、２台の携帯端末装置９０、９２のそれぞれの電池残量と、それぞれに供給可能な電力の合計値とに基づいて、２台の携帯端末装置９０、９２の両方を同時に満充電状態にすることができる最短の時間を算出することが可能であり、充電時間設定部１４４は、このようにして算出した時間を充電時間に設定する。これにより、図３に示した動作手順にしたがった充電制御を行うことが可能となる。

また、上述した実施形態では、設定した充電時間において２台の携帯端末装置９０、９２のそれぞれの電池残量が同じになるようにしたが、単に電池残量のばらつきを抑制する目的を達成するために処理を簡略化してもよい。

例えば、供給電力設定部１４６は、電池残量判定部１４２によって検出された２台の携帯端末装置９０、９２のそれぞれの電池残量と、消費電力判定部１４８によって判定された２台の携帯端末装置９０、９２のそれぞれの消費電力とに基づいて、それぞれに供給する電力を設定してもよい。具体的には、電池残量が少ない一方の携帯端末装置において充電に用いられる電力（供給電力から消費電力を差し引いた電力）が、電池残量が多い他方の携帯端末装置において充電に用いられる電力よりも多くなるように各供給電力を設定すればよい。このような設定とすることにより、消費電力の大小にかかわらず、充電中の時間経過とともに電池残量のばらつきが少なくなるように充電制御を行うことが可能となる。

また、上述した実施形態では、２台の携帯端末装置９０、９２を充電する場合について説明したが、その他の電子機器を充電する場合や、３台以上の電子機器を充電する場合についても本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態では、車載装置１００について本発明を適用したが、車載以外の充電装置について本発明を適用することができる。

上述したように、本発明によれば、充電時間経過時の各電子機器の電池残量を考慮して充電量を設定しているため、充電対象となる複数の電子機器の電池残量のばらつきを抑制することが可能となる。

４０ＣＰＵ
５０メモリ
６０ＵＳＢインタインタフェース部（ＵＳＢＩＦ）
６０、６２ＵＳＢポート
７０電源回路
８０充電回路
９０、９２携帯端末装置
１００車載装置
１４０充電制御部
１４２電池残量判定部
１４４充電時間設定部
１４６供給電力設定部
１４８消費電力判定部

Claims

車両に搭載され、二次電池を内蔵して動作する複数の電子機器が接続された状態で、これら複数の電子機器に内蔵された前記二次電池に対して並行して充電を行う充電装置であって、
前記複数の電子機器を、電力供給が可能な状態で接続する接続手段と、
前記複数の電子機器に内蔵された前記二次電池を、所定の充電時間、充電する充電手段と、
前記充電時間に基づいて、前記充電時間が経過した時点における前記複数の電子機器のそれぞれに内蔵された前記二次電池の電池残量が同じになるように、前記充電手段から前記複数の電子機器のそれぞれに供給する電力量を設定する供給電力設定手段と、
を備え、前記充電時間は、前記車両が目的地に到着するまでの時間であることを特徴とする充電装置。
前記供給電力設定手段は、前記充電時間が経過する前に、前記複数の電子機器のそれぞれに内蔵された前記二次電池の電池残量が同じになり、その後前記充電時間が経過するまで、この関係を維持するように前記電力量を設定することを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
前記供給電力設定手段は、前記充電時間が経過するまで、前記充電手段から前記複数の電子機器のそれぞれに供給する前記電力量が一定になるように設定することを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
前記充電手段から前記複数の電子機器に供給可能な電力の合計値は、前記複数の電子機器のそれぞれの最大充電電流の合計値よりも少ないことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の充電装置。
前記複数の電子機器の少なくとも一部は、充電中に、電力消費を伴う動作を行っており、
前記供給電力設定手段は、動作継続に必要な消費電力を考慮して前記電力量を設定することを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の充電装置。