JPH1189103A

JPH1189103A - 非接触型充電装置

Info

Publication number: JPH1189103A
Application number: JP9247175A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Kounofuji; 正明甲野藤; Masahiko Hashimoto; 昌彦橋本; Keiji Kishimoto; 圭司岸本
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1997-09-11
Filing date: 1997-09-11
Publication date: 1999-03-30

Abstract

(57)【要約】【課題】発熱及び大型化の問題がある電流制限用の抵
抗を用いることなく２次側回路にて充電電流を制御でき
る非接触型充電装置を提供することを目的とする。【解決手段】１次コイル２を有する１次側回路１と、
その１次コイル２に近接配置することによって１次コイ
ル２と電磁結合する２次コイル５にバッテリ７を接続し
てなる２次側回路４と、からなる非接触型充電装置の２
次側回路４に、バッテリ７の電圧値を測定する電圧測定
回路８１と、その測定電圧値と基準電圧とを比較する比
較回路８２とを設け、その比較回路８２の出力に基づい
て、機能する２次コイル５の巻数を減少させることによ
って、１次コイル２から２次コイル５に伝達される電力
を減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源に接続された
１次側回路から、非接触で２次側回路に電力を供給する
ことにより、２次側回路に接続されたバッテリの充電を
行う非接触型充電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、バッテリを搭載した機器は多様化
しており、携帯電話を始めとする携帯情報端末装置、シ
ェーバ等の小型で消費電力の小さいものから、電動自転
車等の比較的大型で消費電力の大きいものにまでバッテ
リが搭載されている。そして、これらのバッテリを充電
するには、一般に接触型充電装置が多く用いられてい
る。

【０００３】しかしながら、接触型充電装置は、充電端
子を外部に露出させる必要があるため、錆び、酸化、腐
食等が発生して接触不良を招く虞がある。このため、電
源に接続された１次側回路から、バッテリが接続された
２次側回路へ非接触で電力を伝達する非接触型充電装置
が提案されている。

【０００４】一方、充電中のバッテリ搭載製品は、その
間携帯もしくは使用できない等の制約を受けるため、充
電時間の短縮が望まれている。これに対し、大きな充電
電流を用いてバッテリの充電を行うことによって、充電
時間を短縮することが試みられているが、定電流で充電
を行った場合、バッテリは、図２のグラフにおいて破線
で示した電圧曲線Ｂのように、満充電（Ｖd）付近で急
激にバッテリの充電電圧が上昇し、これを過ぎて過充電
状態になると、バッテリ容量が低下してまう。この過充
電による悪影響は、充電電流が大きい程大きくなる。

【０００５】そこで、図２のグラフにおいて実線で示し
た電流曲線Ａのように、ある程度まで大きな充電電流で
充電を行った後、充電電流を小さく切り替えて、過充電
によるバッテリ容量の低下を防止するような充電制御が
行われている。

【０００６】このような充電制御構成を備えた従来の非
接触型充電装置の回路構成を図８を用いて説明する。同
図に示すように、１次側回路１０は、電源回路３０と、
その電源回路３０に接続された１次コイル２０とから構
成されている。電源回路３０は、直流電源３８と、その
直流電源３８を制御するスイッチング回路３９とから構
成されている。スイッチング回路３９は、所定の周期
で、直流電源３８から１次コイル２０に供給される電圧
をオンオフ制御している。これにより、１次コイル２０
には、所定間隔の矩形波電圧が供給される。

【０００７】２次側回路４０は、２次コイル５０と、そ
の２次コイル５０に整流用ダイオード４７を介して接続
された電流制限部４９と、その電流制限部４９に逆流防
止用ダイオード４８を介して接続されたバッテリ７０と
を備えている。電流制限部４９は、電流制限用の抵抗９
０と切替回路６０とが並列に接続されており、切替回路
６０の開閉によって選択的に電路が切り替わるようにな
っている。即ち、切替回路６０が閉じた状態では、切替
回路６０側の電路に電流が流れ、切替回路６０が開放さ
れた状態では、抵抗９０側に電流が流れる。切替回路６
０は、最初閉じた状態にあり、その後、バッテリの充電
状況に応じて開放されるように制御される。

【０００８】このような充電制御構成を備えた非接触型
充電装置を用いて充電した場合、図２のグラフにおいて
実線で示した電圧曲線Ａのように充電電圧を変化させる
ことができる。これによると、切替回路６０の閉成によ
り比較的大きな充電電流を用いてバッテリ７０の充電を
行った後、満充電（Ｖd）に至る前に切替回路６０を開
放させて充電電流を小さく切り替えることによって、充
電電流を小さく切り替えない場合の電圧曲線Ｂと比較し
て、満充電付近の傾斜が緩やかになっていることがわか
る。従って、過充電が生じたとしても、その影響が軽減
される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の非接触型充電装置では、２次側回路４０に設け
られた抵抗９０によって充電電流を制限しているため、
その抵抗９０の負担が大きくなり、抵抗９０の発熱を抑
えるための冷却用用ファンが必要となったり、また、抵
抗９０自体の大型化に伴って装置が大型化したりしてし
まうという問題があった。

【００１０】そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてな
されたものであって、発熱及び大型化の問題がある電流
制限用の抵抗を用いることなく、２次側回路にて充電電
流を制限できる非接触型充電装置を提供することを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の非接触型充電装
置は、１次コイルを有する１次側回路と、その１次コイ
ルに近接配置することによって１次コイルと電磁結合す
る２次コイルにバッテリを接続してなる２次側回路と、
からなる非接触型充電装置において、２次側回路にバッ
テリの充電状況に応じて１次コイルから２次コイルに伝
達される電力を減少させるための制御手段を設けたもの
である。このような構成において、バッテリの充電量が
所定量に至ると、制御手段が２次側回路に入力される電
力を減少させることによって、バッテリに入力される充
電電流が制限される。

【００１２】また、２次コイルは、１次コイルに対して
所定の巻数比を有する大巻数部と、その大巻数部より小
さい巻数比を有する小巻数部と、を備えている。このよ
うな構成において、制御手段が小巻数部を選択すると、
１次コイルから２次コイルに伝達される電力が減少す
る。

【００１３】また、制御手段は、２次コイルに接続さ
れ、小巻数部と大巻数部を選択するために２次コイルと
バッテリとの間の回路を切り替える切替回路と、バッテ
リの充電状況に応じて切替回路を制御する制御回路と、
を備えている。このような構成とすることによって、２
次コイルの小巻数部と大巻数部とが、制御回路からの制
御信号に基づいて制御される切替回路によって切り替え
られる。

【００１４】また、制御回路は、バッテリに接続され、
そのバッテリの電圧値を測定する電圧測定回路、そのバ
ッテリの電流値を測定する電流測定回路、または、その
バッテリの温度を測定する温度測定回路のうち少なくと
も１つを備えている。このような構成とすることによっ
て、バッテリの充電状況を、バッテリの電圧値、バッテ
リの電流値、または、バッテリの温度によって検出する
ことができる。

【００１５】更に、制御回路は、測定回路にて測定され
た測定値の変化率を演算する演算回路を備えている。こ
のような構成とすることによって、バッテリの充電状況
を、バッテリの電圧値の変化率、バッテリの電流値の変
化率、または、バッテリの温度の変化率によって検出す
ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）以下、本発明の実施の形態につ
き、図面に沿って具体的に説明する。

【００１７】図１は、本発明の第１の実施の形態におけ
る非接触型充電装置の構成を表すブロック図である。同
図に示すように、１次側回路１は、電源回路３と、その
電源回路３に接続された１次コイル２とから構成され、
電源回路３は、１００Ｖの電圧が得られる直流電源３１
と、その直流電源３１を１００ｋＨｚの周波数でオンオ
フ制御するスイッチング回路３２とから構成されてい
る。これにより１次コイル２には、周波数１００ＫＨｚ
の矩形波電圧が供給される。

【００１８】２次側回路４は、第１タップ５１及び第２
タップ５２を備えた２次コイル５と、その第１タップ５
１に、整流用ダイオード４１ａ、切替回路６及び逆流防
止用ダイオード４２を介して接続されると共に、第２タ
ップに整流用ダイオード４１ｂ及び逆流防止用ダイオー
ド４２を介して接続されるバッテリ７と、そのバッテリ
７に接続され、切替回路６を制御する制御回路８とから
構成されている。

【００１９】２次コイル５は、１次コイル２と同様に、
円柱形状のフェライトコアに同軸巻で巻線を施したもの
である。切替回路６は、整流用ダイオード４１ａと逆流
防止用ダイオード４２との間に設けられ、その切替回路
６の開閉によって選択的に第１タップ５１と第２タップ
５２とが切り替わるように構成されている。即ち、切替
回路６が閉じた状態では、第１タップ５１側の電路が導
通して、２次コイル５が大巻数である巻数１１のコイル
として機能し、また、切替回路６を開放した状態では、
第２タップ５２側の電路が導通して、２次コイル５が小
巻数である巻数５のコイルとして機能する。切替回路６
は、最初閉じた状態にあり、その後、後述する制御回路
８によってバッテリ７の充電状況に応じて開放状態に切
り替えられるように制御される。

【００２０】制御回路８は、バッテリに接続された電圧
測定回路８１と、その電圧測定回路８１に接続された比
較回路８２とから構成されている。比較回路８２は、電
圧測定回路８１にて測定された測定電圧値と、予め定め
た基準電圧Ｖrefとを比較して、測定電圧値が基準電圧
Ｖrefを超えたときに、切替回路６に対して制御信号を
送るように構成されている。この制御信号を受けた切替
回路６は、開放状態となり、第１タップ５１側の電路が
遮断されると同時に、第２タップ５２側の電路が導通す
る。これにより、実質的に機能する２次コイル５の巻数
が１１から５に減少するため、１次側回路１から２次側
回路４に伝達される電力は減少し、それに伴ってバッテ
リ７に供給される充電電流も減少する。尚、１次側回路
１から２次側回路４に伝達される電力は、第１タップ５
１側の電路が導通している間略一定であり、また、第２
タップ５２側に電路が切り替わった後も、その切り替え
以前の電力より小さくなるが、略一定である。

【００２１】この様子を、図２のグラフを用いて説明す
る。同図に示すように、バッテリ７の充電を開始する
と、電圧曲線Ａに示すように、バッテリ７の充電電圧
が、区間Ｖａ−Ｖｂにおいて急激に上昇した後、区間Ｖ
ｂ−Ｖｃにおいて緩やかな上昇に変わり、やがて、Ｖｃ
点から再び急激に上昇し始める。このＶｃ点とタップの
切り替えを行わない場合の電圧曲線Ｂの満充電点Ｖｄと
の間に、基準電圧Ｖrefを設定することによって、充電
電圧は、満充電点Ｖｅに向かって緩やかな上昇に変わ
る。

【００２２】例えば、基準電圧Ｖrefを２９Ｖに設定し
て、バッテリ７が時刻ｔ0において充電電圧が２９Ｖと
なったとき、電圧測定回路８１と比較回路８２の作用に
より第１タップ５１側の電路から第２タップ５２側の電
路へ切り替えることによって、充電電流が１Ａから３０
０ｍＡに制限される場合は、以下の通りである。

【００２３】第１タップ５１側から第２タップ５２側へ
電路を切り替える直前において、２次側回路に必要な電
圧は、整流用及び逆流防止用のダイオード４１ａ、４２
の電圧降下を１Ｖとすると、３０Ｖである。そして、充
電電流が１Ａであるから、２次側回路４に必要な電力は
３０Ｗとなる。

【００２４】また、第１タップ５１側から第２タップ５
２側へ電路を切り替えた直後において、バッテリ７の充
電に必要な電力が８．７Ｗ（＝２９Ｖ＊３００ｍＡ）、
整流用及び逆流防止用のダイオード４１ｂ、４２に必要
な電力が０．３Ｗ（＝１Ｖ＊３００ｍＡ）であるから、
２次側回路４で消費される電力は９Ｗに減少する。従っ
て、図３のグラフに示すように、タップを切り替えるこ
とによって、２次側回路４の負荷が３０Ｗから９Ｗに減
少するため、それに応じて１次側回路１の消費電力も減
少する。これにより、タップの切り替えを行ってから以
後の省電力化を図ることができる。

【００２５】上述した充電電流の制限を、先に図８を用
いて説明した非接触型充電装置のように抵抗９０を用い
て行った場合、図３の破線で示すように２次側回路４の
負荷は３０Ｗと一定である。従って、抵抗９０が負担す
べき負荷は２１Ｗとなり、略２３３Ω（＝２１Ｗ／(３
００ｍＡ)²）という大きな抵抗値が必要となる。尚、こ
の２１Ｗの負荷に用いる電流制限用の抵抗は、その発熱
を考慮して、通常その負荷の３倍から５倍程度の負荷を
許容するものが使用される。そのため、例えば、抵抗値
２００オーム、許容負荷１００Ｗの電流制限用の抵抗を
用いた場合、３０mm＊３０mm＊１４０mm程度の角柱形状
となる。（第２の実施の形態）一方、タップの切り替え前におい
て、電力が略一定であるから、バッテリ７の充電電流
は、充電電圧と逆の変位をする。従って、急激に充電電
流が減少し始めるＩｃ点とタップの切り替えを行わない
場合の電流曲線Ｂの満充電点Ｉｄとの間に、基準電流Ｉ
refを設定することによって、タップの切り替えを行う
ことができる。

【００２６】このとき、制御回路８の構成は、図４に示
すように、バッテリ７に接続され、バッテリ７の充電電
流を測定する電流測定回路８３と、その電流測定回路８
３に接続され、電流測定回路８３にて測定された電流値
と基準電流Ｉrefとを比較する比較回路８４とから構成
される。この比較回路８４は、測定された電流値が基準
電流Ｉrefを下まわったとき、切替回路６へ制御信号を
送るように構成されている。（第３の実施の形態）また、一般に、一定の電力でバッ
テリの充電を行うと、図５に示すように、満充電の手前
で、急激にバッテリ温度が上昇し始める特性があるた
め、この特性に基づいて、基準温度Ｔrefを設定して、
タップを切り替えることができる。

【００２７】このとき、制御回路８は、図６に示すよう
に、バッテリ７に接続され、バッテリ７の温度を測定す
る温度測定回路８５と、その温度測定回路８５に接続さ
れ、温度測定回路８５にて測定された温度と基準温度Ｔ
refとを比較する比較回路８６とから構成される。この
比較回路８６は、測定された温度が基準温度Ｔrefをこ
えたとき、切替回路６へ制御信号を送るように構成され
ている。（第４の実施の形態）更に、上述した各測定回路８１、
８３、８５は、外気温によって測定値が上下する傾向が
あるため、各測定回路８１、８３、８５の測定値の変化
率を用いてタップを切り替えることによって、タップを
切り替えるポイントを安定させることができる。

【００２８】例えば、バッテリ温度の変化率ΔＴに基づ
いてタップを切り替える場合の制御回路８の構成を図７
に示す。同図に示すように、制御回路８は、バッテリ７
に接続され、所定時間毎にバッテリ７の温度を測定する
温度測定回路８５と、温度測定回路８５に接続され、現
在測定したバッテリの現在温度Ｔnの直前のバッテリ直
前温度Ｔn-1を記憶するメモリ８７と、温度測定回路８
５及びメモリ８７に接続され、変化率として単位時間あ
たりの変化量である現在温度Ｔnと直前温度Ｔn-1との差
ΔＴを計算する減算回路８８と、その減算回路８８に接
続され、差ΔＴと基準温度変化率ΔＴrefとを比較する
比較回路８９とから構成されている。そして、比較回路
８９は、差ΔＴが基準温度変化率ΔＴrefをこえたとき
に、切替回路６に対して制御信号を送るように構成され
ている。このとき、基準温度変化率ΔＴrefとして、例
えば、図５の基準温度Ｔrefにおける変化率を用いれ
ば、外気温によって温度曲線が上下にシフトしても、安
定してタップの切り替えを行うことができる。（他の実施の形態）なお、第４の実施の形態では、バッ
テリ温度の変化率ΔＴに基づいてタップの切り替えを行
う場合について説明したが、充電電圧及び充電電流にお
いても、同様に変化率に基づいて切替回路６の制御を行
うことによって、外気温に左右されることなく、安定し
てタップの切り替えを行うことができる。

【００２９】また、上述した各実施の形態においては、
電圧測定回路８１、電流測定回路８３、または、温度測
定回路８５のいずれか一つを用いて切替回路６を制御す
る場合について説明したが、電圧測定回路８１と温度測
定回路８５、電圧回路８１と電流測定回路８３、電流測
定回路８３と温度測定回路８５、または、電圧回路８１
と電流測定回路８３と温度測定回路８５のように、２つ
以上の測定回路を組み合わせて使用することもできる。
その場合、各測定回路のうち１つでもタップを切り替え
る基準値をこえたときに、２次コイル５のタップを切り
替えるように制御すればよい。このように制御すること
によって、満充電に至る前に、確実にタップを切り換え
ることができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、２次側回路における負
荷容量を大きくすることなく充電電流を制限することが
できるため、発熱、大型化の原因となる電流制限用の抵
抗素子が不要となると共に、充電電流を制限している間
の電力が少なくて済むため、省電力化を図ることができ
る。

【００３１】また、電圧測定回路にて測定した測定電圧
値に基づいて切替回路を制御する場合には、簡単な回路
構成とすることができ、電流測定回路にて測定した測定
電流値に基づいて行う場合には、ノイズに強い構成とす
ることがき、温度測定回路にて測定した測定温度に基づ
いて行う場合には、周囲の温度に影響されにくいため、
正確に測定することができる。

【００３２】更に、電圧測定回路、電流測定回路、また
は、温度測定回路のうち２つ以上の測定回路に基づいて
切替回路の制御を行う場合には、過充電に至る前に充電
電流を確実に切りかえることができるため、信頼性を向
上させることができる。

【００３３】また、測定回路にて測定された測定値の変
化率に基づいて切替回路の制御を行う場合には、外気温
による測定値の変化に影響されることがないため、正確
に切替回路の制御を行うことができる

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における非接触型
充電装置の回路構成を表すブロック図である。

【図２】図１で示した非接触型充電装置の充電電流と
充電電圧の変化を表すグラフである。

【図３】図１で示した非接触型充電装置の２次側回路
における消費電力の変化を表すグラフである。

【図４】本発明の第２の実施の形態における非接触型
充電装置の回路構成を表すブロック図である。

【図５】一般的な非接触型充電装置のバッテリ温度の
変化を表すグラフである。

【図６】本発明の第３の実施の形態における非接触型
充電装置の回路構成を表すブロック図である。

【図７】本発明の第４の実施の形態における非接触型
充電装置の回路構成を表すブロック図である。

【図８】従来の非接触型充電装置の回路構成を表すブ
ロック図である。

【符号の説明】

１：１次側回路２：１次コイル３：電源回路４：２次側回路５：２次コイル６：切替回路７：バッテリ８：制御回路８１：電圧測定回路８３：電流測定回路８５：温度測定回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１次コイルを有する１次側回路と、当該
１次コイルに近接配置することによって１次コイルと電
磁結合する２次コイルにバッテリを接続してなる２次側
回路と、からなる非接触型充電装置において、前記２次側回路に前記バッテリの充電状況に応じて前記
１次コイルから前記２次コイルに伝達される電力を減少
させるための制御手段を設けたことを特徴とする非接触
型充電装置。
【請求項２】前記２次コイルは、前記１次コイルに対
して所定の巻数比を有する大巻数部と、当該大巻数部よ
り小さい巻数比を有する小巻数部と、を備え、前記制御手段は、前記小巻数部を選択することによって
前記１次コイルから前記２次コイルに伝達される電力を
減少させることを特徴とする請求項１記載の非接触型充
電装置。
【請求項３】前記制御手段は、前記２次コイルに接続
され、前記小巻数部または前記大巻数部を選択するため
に前記２次コイルと前記バッテリとの間の回路を切り替
える切替回路と、前記バッテリの充電状況に応じて前記
切替回路を制御する制御回路と、を備えていることを特
徴とする請求項２記載の非接触型充電装置。
【請求項４】前記制御回路は、前記バッテリに接続さ
れ、当該バッテリの電圧値を測定する電圧測定回路、当
該バッテリの電流値を測定する電流測定回路、または、
当該バッテリの温度を測定する温度測定回路のうち少な
くとも１つを備え、前記測定回路にて測定された測定値に基づいて前記切替
回路を制御することを特徴とする請求項３記載の非接触
型充電装置。
【請求項５】前記制御回路は、前記測定回路にて測定
された測定値の変化率を演算する演算回路を備え、前記測定値の変化率に基づいて前記切替回路を制御する
ことを特徴とする請求項４記載の非接触型充電装置。