(57)【要約】【課題】二次電池を急速充電することができる充電システムを得る。【解決手段】充電システムは、チタン酸リチウムを用いたリチウムイオン電池、半固体電池および全固体電池の少なくとも１つである二次電池と、家庭用または事業所のＡＣ１００Ｖ以上２４０Ｖ以下の電源コンセントと、電源コンセントから供給される交流電圧を降圧するとともに、直流電圧に変換して出力するＡＣ／ＤＣコンバータと、ＡＣ／ＤＣコンバータから供給される電力を、予め定められた充電電圧および充電電流に変換して二次電池を充電するＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、ＤＣ／ＤＣコンバータは、並列接続された複数の電圧変換ユニットを有し、複数の電圧変換ユニットのそれぞれは、スイッチング素子を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電システムであって、
チタン酸リチウムを用いたリチウムイオン電池、半固体電池および全固体電池の少なくとも１つである二次電池と、
家庭用または事業所のＡＣ１００Ｖ以上２４０Ｖ以下の電源コンセントと、
前記電源コンセントから供給される交流電圧を降圧するとともに、直流電圧に変換して出力するＡＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータから供給される電力を、予め定められた充電電圧および充電電流に変換して前記二次電池を充電するＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、並列接続された複数の電圧変換ユニットを有し、前記複数の電圧変換ユニットのそれぞれは、スイッチング素子を有する
充電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の充電システムであって、
前記充電電流は、前記二次電池の単セルあたり２０Ａ以上１６００Ａ以下である
充電システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の充電システムであって、
前記二次電池の容量は、１０００ｍＡｈ以上５０００００ｍＡｈ以下である
充電システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の充電システムであって、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧は、５Ｖ以上６０Ｖ以下である
充電システム。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の充電システムであって、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータおよび前記ＤＣ／ＤＣコンバータの少なくとも一方のキャリア周波数は、１０ｋＨｚ以上１３．５６ＭＨｚ以下である
充電システム。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の充電システムであって、
前記二次電池は、ワイヤレス充電可能であり、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータに接続され、前記二次電池をワイヤレス充電するワイヤレス充電部をさらに備える
充電システム。
【請求項７】
請求項６に記載の充電システムであって、
前記ワイヤレス充電部の伝送周波数は、５０Ｈｚ以上２７．１２ＭＨｚ以下である
充電システム。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の充電システムであって、
前記充電電圧は、１．０Ｖ以上５．０Ｖ以下である
充電システム。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の充電システムであって、
前記二次電池は、モバイルデバイスに用いられる
充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、１０Ｃ以上で急速充電可能な第１の二次電池と、この二次電池に比べて高容量の第２の二次電池と、急速充電可能な第１の二次電池を優先的に放電して電気を取り出し、かつ第１の二次電池を優先的に充電する充電・放電制御器とを備えた充電式電源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１６６６９８号公報
【非特許文献１】小杉伸一郎、ほか２名、「安全性に優れた新型二次電池  ＳＣｉＢ（登録商標）」、東芝レビュー、株式会社東芝、２００８年、第６３巻、第２号、ｐ．５４−５７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の充電式電源装置では、充電・放電制御器が、１０Ｃ以上で急速充電可能な第１の二次電池を優先的に充電している。しかしながら、引用文献１には、充電・放電制御器の具体的な構成が開示されておらず、充電・放電制御器に定格を超える大きな負荷がかかる場合には、第１の二次電池を急速充電することができない。
【０００５】
本発明は、上記のような課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、例えば、以下の形態として実現することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願の第１の形態によれば、充電システムが提供される。この充電システムは、チタン酸リチウムを用いたリチウムイオン電池、半固体電池および全固体電池の少なくとも１つである二次電池と、家庭用または事業所のＡＣ１００Ｖ以上２４０Ｖ以下の電源コンセントと、電源コンセントから供給される交流電圧を降圧するとともに、直流電圧に変換して出力するＡＣ／ＤＣコンバータと、ＡＣ／ＤＣコンバータから供給される電力を、予め定められた充電電圧および充電電流に変換して二次電池を充電するＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、ＤＣ／ＤＣコンバータは、並列接続された複数の電圧変換ユニットを有し、複数の電圧変換ユニットのそれぞれは、スイッチング素子を有する。これによれば、ＤＣ／ＤＣコンバータに大きな負荷がかかる場合であっても、複数の電圧変換ユニットを選択使用することで、負荷を分散し、二次電池を急速充電することができる。
【０００７】
本発明の第２の形態によれば、充電電流は、二次電池の単セルあたり５Ａ以上１６００Ａ以下である。これによれば、二次電池を単セルあたり５Ａ以上１６００Ａ以下の大電流で充電することができる。
【０００８】
本発明の第３の形態によれば、ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電圧は、５Ｖ以上６０Ｖ以下である。これによれば、ＡＣ／ＤＣコンバータに接続されたＤＣ／ＤＣコンバータの定格電圧を低く設定することができる。
【０００９】
本発明の第４の形態によれば、ＡＣ／ＤＣコンバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータの少
なくとも一方のキャリア周波数は、１０ｋＨｚ以上１３．５６ＭＨｚ以下である。これによれば、キャリア周波数を高くすることにより、コンバータを小型化することができる。
【００１０】
本発明の第５の形態によれば、二次電池は、ワイヤレス充電可能であり、ＤＣ／ＤＣコンバータに接続され、二次電池をワイヤレス充電するワイヤレス充電部をさらに備える。これによれば、充電のたびに二次電池をＤＣ／ＤＣコンバータに接続する必要がなくなるので、効率的に二次電池を充電することができる。
【００１１】
本発明の第６の形態によれば、ワイヤレス充電部の伝送周波数は、５０Ｈｚ以上２７．１２ＭＨｚ以下である。これによれば、使用者が使用に当たり免許不要な出力と周波数帯域の範囲内で二次電池をワイヤレス充電することができる。
【００１２】
本発明の第７の形態によれば、充電電圧は、１．０Ｖ以上５．０Ｖ以下である。これによれば、低電圧大電流で二次電池を充電することができる。
【００１３】
本発明の第８の形態によれば、二次電池は、モバイルデバイスに用いられる。これによれば、携帯電話やタブレット型コンピュータ、ノートブック型コンピュータ等に使用される二次電池を急速充電することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態による充電システムを示すブロック図である。
【図２】図１に示したＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明による充電システムの好適な実施形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態による充電システムを示すブロック図である。図１において、充電システム１００は、電源コンセント１０、ＡＣアダプタ２０、コンデンサ３０、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０および二次電池５０を備えている。
【００１７】
電源コンセント１０は、家庭用または事業所に設けられたコンセントであり、例えば１００Ｖ以上２４０Ｖ以下の単相交流電圧を供給する電源である。ＡＣアダプタ２０は、ＡＣ／ＤＣコンバータの一種であって、例えばノートブック型コンピュータに使用される市販のＡＣアダプタである。ＡＣアダプタ２０は、電源コンセント１０から供給される１００Ｖ以上２４０Ｖ以下の単相交流電圧を降圧するとともに、所定の直流電圧に変換して出力する。なお、ＡＣアダプタ２０のキャリア周波数は、１０ｋＨｚ以上１３．５６ＭＨｚ以下であってもよい。
【００１８】
ここで、ＡＣアダプタ２０から出力される直流電圧は、例えば直流電圧１６Ｖ、直流電流４Ａの６４Ｗである。なお、ＡＣアダプタ２０から出力される直流電圧は、例えば５Ｖ以上６０Ｖ以下の範囲内であってもよい。コンデンサ３０は、ＡＣアダプタ２０から出力された直流電圧を平滑化する。
【００１９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、非絶縁型のコンバータである。ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、ＡＣアダプタ２０から供給される電力を、予め定められた充電電圧および充電電流に変換して二次電池５０を充電する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０のキャリア周波数は、１０ｋＨｚ以上１３．５６ＭＨｚ以下であってもよい。また、ＤＣ／ＤＣコンバータは、絶縁型であってもよい。
【００２０】
このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、ＡＣアダプタ２０から供給される電力の範囲内において、二次電池５０の単セルあたり例えば１．０Ｖ以上５．０Ｖ以下の充電電圧、および例えば５Ａ以上１６００Ａ以下の充電電流で二次電池５０を充電する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４０の詳細な構成および機能については、後述する。
【００２１】
二次電池５０は、負極の活物質としてチタン酸リチウム（ＬＴＯ）を含むリチウムイオン電池であり、容量は、１０００ｍＡｈ以上５０００００ｍＡｈ以下であって、搭載される機器の主電源として用いることができ、長時間駆動を実現することができる。負極の活物質としてチタン酸リチウムを含む二次電池５０は、大電流による急速充電が可能である。具体的には、負極にＬＴＯを用いた容量４．２Ａｈのリチウムイオン電池を、５０Ａの大電流により、５分間で急速充電できることが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。
【００２２】
また、二次電池５０は、携帯電話や、タブレット型コンピュータ、ノートブック型コンピュータ等のモバイルデバイスに用いられる電池である。なお、二次電池５０は、負極の活物質としてチタン酸リチウムを含むリチウムイオン電池に限定されず、半固体電池または全固体電池であってもよい。
【００２３】
図２は、図１に示したＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。図２において、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、６個のスイッチング素子４１〜４６、インダクタ４７およびコンデンサ４８を有している。スイッチング素子４１、４２、スイッチング素子４３、４４、およびスイッチング素子４５、４６は、それぞれ互いに直列に接続され、３つの電圧変換ユニット６１〜６３を構成している。また、電圧変換ユニット６１〜６３は、それぞれ互いに並列に接続されている。なお、電圧変換ユニットは、２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。
【００２４】
スイッチング素子４１〜４６は、それぞれＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を有している。ここで、ＭＯＳＦＥＴに代えて、トランジスタおよびトランジスタに並列接続されたダイオード等が用いられてもよい。
【００２５】
スイッチング素子４１〜４６は、図示しない制御部から出力される、所定のデューティ比を有するＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号に従ってそれぞれオンまたはオフし、ＡＣアダプタ２０から出力された直流電圧を時分割する。インダクタ４７およびコンデンサ４８は、時分割された直流電圧を平滑化し、予め定められた充電電圧および充電電流を出力する。
【００２６】
このとき、制御部は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０にかかる負荷を電圧変換ユニット６１〜６３のそれぞれに分散して、電圧変換ユニット６１〜６３を同時に駆動してもよい。また、制御部は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０にかかる負荷に応じて、電圧変換ユニット６１〜６３を切り替えながら駆動してもよい。
【００２７】
ここで、制御部は、予め定められた充電電圧および充電電流が、例えば１．０Ｖ以上５．０Ｖ以下の充電電圧、および例えば５Ａ以上１６００Ａ以下、好ましくは、２０Ａ以上１６００Ａ以下、より好ましくは５０Ａ以上１６００Ａ以下、さらに好ましくは２００Ａ以上１６００Ａ以下の充電電流となるように、ＰＷＭ信号を出力するように構成されている。これにより、搭載される機器の主電源として用いることができる二次電池５０が、５Ａ以上の大電流で急速充電される。
【００２８】
また、上記実施形態において、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０が、ワイヤレス充電により二次電池５０を充電してもよい。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０には、給電コイルが設けられた図示しないワイヤレス充電部が接続され、二次電池５０には、受電コイルが設
けられて、ワイヤレス充電部に二次電池５０を近接させること、例えば載せることにより、二次電池５０が充電される。なお、ワイヤレス充電部の伝送周波数は、５０Ｈｚ以上２７．１２ＭＨｚ以下であってもよい。
【００２９】
以上のように、充電システム１００は、チタン酸リチウムを用いたリチウムイオン電池、半固体電池および全固体電池の少なくとも１つである二次電池５０と、家庭用または事業所のＡＣ１００Ｖ以上２４０Ｖ以下の電源コンセント１０と、電源コンセント１０から供給される交流電圧を降圧するとともに、直流電圧に変換して出力するＡＣアダプタ２０と、ＡＣアダプタ２０から供給される電力を、予め定められた充電電圧および充電電流に変換して二次電池５０を充電するＤＣ／ＤＣコンバータ４０と、を備え、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、並列接続された複数の電圧変換ユニット６１〜６３を有し、複数の電圧変換ユニット６１〜６３のそれぞれは、スイッチング素子４１〜４６を有する。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０に大きな負荷がかかる場合であっても、複数の電圧変換ユニット６１〜６３を選択使用することで、負荷を分散し、二次電池５０を急速充電することができる。
【００３０】
また、充電電流は、二次電池５０の単セルあたり５Ａ以上１６００Ａ以下であり、好ましくは５０Ａ以上１６００Ａ以下であり、より好ましくは２００Ａ以上１６００Ａ以下である。そのため、二次電池５０を単セルあたり５Ａ以上１６００Ａ以下の大電流で充電することができる。
【００３１】
また、ＡＣアダプタ２０の出力電圧は、５Ｖ以上６０Ｖ以下である。そのため、ＡＣアダプタ２０に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ４０の定格電圧を低く設定することができる。
【００３２】
また、ＡＣアダプタ２０およびＤＣ／ＤＣコンバータ４０の少なくとも一方のキャリア周波数は、１０ｋＨｚ以上１３．５６ＭＨｚ以下である。そのため、キャリア周波数を高くすることにより、コンバータを小型化することができる。
【００３３】
また、二次電池５０は、ワイヤレス充電可能であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０に接続され、二次電池５０をワイヤレス充電するワイヤレス充電部をさらに備える。そのため、充電のたびに二次電池５０をＤＣ／ＤＣコンバータ４０に接続する必要がなくなるので、効率的に二次電池５０を充電することができる。
【００３４】
また、ワイヤレス充電部の伝送周波数は、５０Ｈｚ以上２７．１２ＭＨｚ以下である。そのため、使用者が使用に当たり免許不要な出力と周波数帯域の範囲内で二次電池５０をワイヤレス充電することができる。
【００３５】
また、充電電圧は、１．０Ｖ以上５．０Ｖ以下である。これによれば、低電圧大電流で二次電池５０を充電することができる。
【００３６】
また、二次電池５０は、モバイルデバイスに用いられる。これによれば、携帯電話やタブレット型コンピュータ、ノートブック型コンピュータ等に使用される二次電池５０を急速充電することができる。
【００３７】
以上、本発明の一実施形態について説明してきたが、上記した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその均等物が含まれる。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の組
み合わせ、または、省略が可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１０…電源コンセント
２０…ＡＣアダプタ
３０…コンデンサ
４０…ＤＣ／ＤＣコンバータ
４１〜４６…スイッチング素子
４７…インダクタ
４８…コンデンサ
５０…二次電池
６１〜６３…電圧変換ユニット
１００…充電システム
【図１】
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【図２】
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