(57)【要約】【課題】  電力損失を低減して高い充電効率を得ることができる充電装置を提供する。【解決手段】  充電装置７は、供給電力から二次電池４を充電するための充電電圧Ｖｃｈを生成する充電電圧生成回路２と、充電電圧生成回路２で生成された充電電圧Ｖｃｈに基づいて二次電池４を充電するための電流制御を行う充電制御回路３とを備えている。充電電圧生成回路２は、スイッチングレギュレータ２１を含み、二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔに応じて充電電圧Ｖｃｈを変化させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給電力から二次電池を充電するための充電電圧を生成する充電電圧生成回路と、
前記充電電圧生成回路で生成された充電電圧に基づいて前記二次電池を充電するための電流制御を行う充電制御回路とを備え、
前記充電電圧生成回路は、スイッチングレギュレータを含み、前記二次電池の電池電圧に応じて前記充電電圧を変化させる、充電装置。
【請求項２】
前記供給電力は、送電部と受電部との間で電力を伝送する非接触給電装置を介して前記送電部から前記受電部へ送られた電力である、請求項１に記載の充電装置。
【請求項３】
前記充電電圧生成回路は、前記二次電池の電池電圧に予め定められた電圧値を有するオフセット電圧を足し合わせた電圧を前記充電電圧として生成する、請求項１に記載の充電装置。
【請求項４】
前記オフセット電圧は、１００ｍＶ以上６００ｍＶ以下である、請求項３に記載の充電装置。
【請求項５】
前記充電電圧生成回路は、前記二次電池の電圧が前記充電制御回路の最低動作電圧以下である場合に、前記最低動作電圧を前記充電電圧として生成する、請求項１に記載の充電装置。
【請求項６】
前記充電電圧生成回路と前記二次電池との間に設けられた逆流防止回路を備えている、請求項１に記載の充電装置。
【請求項７】
前記逆流防止回路は、充電電圧生成回路から二次電池へ向かう方向を順方向とする整流素子と、前記整流素子と並列に接続されたスイッチング素子とを有し、
前記充電装置は、前記二次電池の充電開始後に前記スイッチング素子を導通状態にし、前記二次電池の充電後は前記逆流防止回路を非導通状態にする逆流防止制御回路とを有している、請求項６に記載の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、供給電力に基づいて二次電池を充電する充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
供給電力に基づいてリチウムイオン電池等の二次電池を充電する充電装置においては、高精度に充電電圧を制御するために、ＬＤＯ（ロードロップアウトレギュレータ）等のリニアレギュレータを用いることが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１の構成においては、供給電力による電圧を予め定められた電圧値に定電圧化し、当該電圧を充電電圧として二次電池を充電することにより安定した充電を行うこととしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１７８１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記のような構成においては、以下のような問題がある。まず、特許文献１のようなリニアレギュレータを用いて充電電圧を制御すると、リニアレギュレータの入力電圧（例えば１０Ｖ）と出力電圧（例えば５Ｖ）との電圧差により電力損失が生じてしまう問題がある。さらに、特許文献１のように、充電電圧を一定の電圧（５Ｖ）とすると、二次電池の電池電圧が低い場合（例えば３Ｖである場合）に、充電電圧と電池電圧との電圧差により電力損失が生じてしまう問題がある。
【０００６】
特に、１次側コイルと２次側コイルとの間で電力を非接触で伝送する非接触給電システムにおいては、高効率な電力利用が求められるため、電力損失の低減は重要な課題である。
【０００７】
本発明は、以上のような課題を解決すべくなされたものであり、電力損失を低減して高い充電効率を得ることができる充電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る充電装置は、供給電力から二次電池を充電するための充電電圧を生成する充電電圧生成回路と、前記充電電圧生成回路で生成された充電電圧に基づいて前記二次電池を充電するための電流制御を行う充電制御回路とを備え、前記充電電圧生成回路は、スイッチングレギュレータを含み、前記二次電池の電池電圧に応じて前記充電電圧を変化させるよう構成されている。
【０００９】
上記構成によれば、二次電池の電池電圧に応じて当該二次電池を充電する充電電圧を変化させるため、二次電池の電池電圧と充電電圧との電圧差を少なくすることができ、電力損失を低減させることができる。しかも、リニアレギュレータよりも電力変換効率の高いスイッチングレギュレータを用いて供給電力から充電電圧が生成されるため、充電電圧生成回路の入力電圧と出力電圧との電圧差による電力損失を低減させることができる。従って、電力損失を低減して高い充電効率を得ることができる。
【００１０】
前記供給電力は、送電部と受電部との間で電力を伝送する非接触給電装置を介して前記送電部から前記受電部へ送られた電力であってもよい。これにより、高効率な電力利用が求められる非接触給電システムにおいて、電力損失を低減して高い充電効率を得ることができる。
【００１１】
前記充電電圧生成回路は、前記二次電池の電池電圧に予め定められた電圧値を有するオフセット電圧を足し合わせた電圧を前記充電電圧として生成するよう構成されてもよい。これにより、充電電圧が二次電池の電池電圧よりオフセット電圧分高い電圧となるため、充電制御回路等に含まれる素子や温度変化による電圧のばらつきにより実際に二次電池に印加される電圧が充電電圧生成回路で生成された充電電圧より低下しても当該二次電池に印加される電圧が二次電池の電池電圧より低くなることを防止することができる。従って、電圧低下による充電不良を防止することができる。
【００１２】
前記オフセット電圧は、１００ｍＶ以上６００ｍＶ以下であってもよい。
【００１３】
前記充電電圧生成回路は、前記二次電池の電圧が前記充電制御回路の最低動作電圧以下である場合に、前記最低動作電圧を前記充電電圧として生成するよう構成されてもよい。これにより、二次電池の電池電圧が充電制御回路が動作しない電圧である場合には、充電電圧を充電制御回路の最低動作電圧とすることにより、充電制御回路の最低限の動作を確保しつつ電力損失を極力抑えることができる。
【００１４】
前記充電装置は、前記充電電圧生成回路と前記二次電池との間に設けられた逆流防止回路をさらに備えてもよい。これにより、二次電池から充電電圧生成回路へ逆流電流が流れることを防止することができる。従って、二次電池の充電後、電池電圧が充電電圧生成回路の電圧より高くなっても、充電電圧生成回路へ逆流電流が流れることを防止することができる。
【００１５】
前記逆流防止回路は、充電電圧生成回路から二次電池へ向かう方向を順方向とする整流素子と、前記整流素子と並列に接続されたスイッチング素子とを有し、前記充電装置は、前記二次電池の充電開始後に前記スイッチング素子を導通状態にし、前記二次電池の充電後は前記逆流防止回路を非導通状態にする逆流防止制御回路を有していてもよい。これにより、二次電池の充電開始後は、充電電圧生成回路の出力電圧が高くなり充電電圧生成回路に逆流電流が流れることはないため、スイッチング素子を導通状態にすることにより二次電池への電力供給を促進させるように動作する一方、充電終了後、二次電池の電池電圧より充電電圧生成回路の出力電圧が低くなると充電電圧生成回路に逆流電流が流れるおそれがあるため、スイッチング素子を非導通状態にすることにより充電電圧生成回路へ逆流電流が流れることを有効に防止することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は以上に説明したように構成され、電力損失を低減して高い充電効率を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る充電装置が適用された非接触給電システムの概略構成を示す回路図である。
【図２】図２は、図１に示される充電電圧生成回路を示す概略回路図である。
【図３】図３は、図１に示す充電装置の充電電圧と二次電池の電池電圧との関係を示す図である。
【図４】図４は、図２に示される最大値選択回路を示す回路図である。
【図５】図５は、本発明の第１実施形態の変形例における充電装置の充電電圧生成回路の概略構成を示す回路図である。
【図６】図６は、図５に示される最大値選択回路を示す回路図である。
【図７】図７は、本発明の第２実施形態における充電装置が適用された非接触給電システムの概略構成を示す回路図である。
【図８】図８は、図７に示される充電装置の各部の電圧の時間変化を示すグラフである。
【図９】図９は、本発明の第３実施形態における充電装置が適用された充電システムの概略構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００１９】
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係る充電装置が適用された非接触給電システムについて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る充電装置が適用された非接触給電システムの概略構成を示す回路図である。
【００２０】
図１に示されるように、本実施形態の非接触給電システム１は、電源制御装置として機能する１次側制御ユニット６と、充電装置として機能する２次側制御ユニット７とを有している。１次側制御ユニット６には交流電源１１が接続されている。１次側制御ユニット６は、交流電源１１からの供給電力を２次側制御ユニット７へ送電するための送電部８と、交流電源１１からの供給電力の給電電圧を制御する送電制御装置５とを備えている。
【００２１】
２次側制御ユニット７には、２次側制御ユニット７を含む機器（図示せず）の電源となる二次電池４が接続されている。２次側制御ユニット７は、１次側制御ユニット６の送電部８からの供給電力を非接触で受電する受電部９と、供給電力から二次電池４を充電するための充電電圧Ｖｃｈを生成する充電電圧生成回路２と、充電電圧生成回路２で生成された充電電圧Ｖｃｈに基づいて二次電池４を充電するための電流制御を行う充電制御回路（充電器）３とを備えている。
【００２２】
１次側制御ユニット６の送電部８と２次側制御ユニット７の受電部９とは、電力を１次側である送電部８から２次側である受電部９へ伝送する非接触給電装置１０を構成している。送電部８には、１次側コイルが設けられ、受電部９には、１次側コイルに相互誘導可能な２次側コイルが設けられており、送電部８から受電部９へ相互誘導作用により電力を非接触で伝送する。また、受電部９には、送電部８から受電された交流電力を直流電力に変換するＡＣ−ＤＣ変換器（図示せず）が設けられている。受電部９は、直流電力の直流電圧（Ｖｉｎ）を出力している。この直流電圧が充電電圧生成回路２の入力電圧Ｖｉｎとなる。
【００２３】
ここで、充電電圧生成回路２は、受電部９から入力される入力電圧Ｖｉｎを所望の充電電圧Ｖｃｈに変換するスイッチングレギュレータを含み、二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔに応じて充電電圧Ｖｃｈを変化させるよう構成される。具体的には、充電電圧生成回路２は、スイッチングレギュレータとして、例えば、受電部９からの入力電圧Ｖｉｎを二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔに基づいた電圧に昇圧又は降圧して充電電圧Ｖｃｈとして出力するＤＣ−ＤＣコンバータ２１を有している。
【００２４】
図２は、図１に示される充電電圧生成回路を示す概略回路図である。図２に示されるように、充電電圧生成回路２は、上記のＤＣ−ＤＣコンバータ２１と、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力電圧（本実施形態においては充電電圧Ｖｃｈに等しい）を制御する制御回路２５を有している。制御回路２５は、二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔに基づいてＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力電圧を制御するよう構成されている。このために、充電電圧生成回路２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力電圧（すなわち充電電圧生成回路２の出力電圧である充電電圧Ｖｃｈ）に後述するオフセット電圧Ｖｏが加算された電圧を第１基準電圧である二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔと比較する比較器２３を有している。制御回路２５は、比較器２３の出力電圧に応じて、加算電圧（Ｖｃｈ＋Ｖｏ）が第１基準電圧となるようにＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力電圧（充電電圧Ｖｃｈ）を調整する。なお、本実施形態においては、図２に示すように、比較器２３の−側入力端子にオフセット加算器２２の出力電圧（すなわち、加算電圧（Ｖｃｈ＋Ｖｏ））が入力され、比較器２３の＋側入力端子に二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔが入力されているが、＋側入力端子に加算電圧（Ｖｃｈ＋Ｖｏ）が入力され、−側入力端子に電池電圧Ｖｂａｔｔが入力されてもよい。
【００２５】
上記構成によれば、二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔに応じて当該二次電池４を充電する充電電圧Ｖｃｈを変化させるため、二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔと充電電圧Ｖｃｈとの電圧差を小さくすることができ、電力損失を低減させることができる。しかも、リニアレギュレータよりも電力変換効率の高いスイッチングレギュレータを用いて供給電力から充電電圧が生成されるため、充電電圧生成回路２の入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｃｈとの電圧差による電力損失を低減させることができる。従って、電力損失を低減して高い充電効率を得ることができる。また、本実施形態のように、高効率な電力利用が求められる非接触給電システム１においても、上記構成の充電装置を適用することにより、電力損失を低減して高い充電効率を得ることができる。
【００２６】
ここで、充電装置の充電電圧生成回路２が出力する充電電圧Ｖｃｈと二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔとの関係について説明する。図３は、図１に示す充電装置の充電電圧と二次電池の電池電圧との関係を示す図である。図３（ａ）は本実施形態のグラフを示し、図３（ｂ）は比較例として従来の一定電圧を印加して充電する構成におけるグラフを示している。
【００２７】
図３（ｂ）に示すように、従来の充電装置においては、二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔに関係なく、二次電池４を満充電まで充電し得る所定の一定電圧を充電電圧Ｖｃｈとして二次電池４に印加していた。図３（ｂ）においては、５．０Ｖの充電電圧を印加している様子が示されている。ところが、二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔが低い場合（例えば３．０Ｖの場合）、充電電圧Ｖｃｈと電池電圧Ｖｂａｔｔとの差が大きくなり、電力損失が発生していた。図３（ｂ）に示す斜線部分の面積が電力損失の大きさを表している。図３（ｂ）に示すように、この電力損失は充電が進み電池電圧Ｖｂａｔｔが高くなってくると少なくなってくるが、充電期間全体の電力損失はかなり多くなる。
【００２８】
これに対し、図３（ａ）に示すように、本実施形態の充電装置によれば、二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔに応じて二次電池４の充電電圧Ｖｃｈを追従させるように変化させるため、電池電圧Ｖｂａｔｔと充電電圧Ｖｃｈとの間の電圧差を小さくすることができ、電力損失（図３（ａ）の斜線部分の面積）を図３（ａ）のような従来の構成に比べて少なくすることができる。
【００２９】
また、図３（ａ）に示すように、本実施形態における充電電圧生成回路２は、二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔに数１００ｍＶ（図３（ａ）においては３００ｍＶ）のオフセット電圧Ｖｏを足し合わせた電圧を充電電圧として生成するよう構成されている。例えば、二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔが３．０Ｖのときは、充電電圧生成回路２は充電電圧Ｖｃｈとして３．３Ｖ（Ｖｃｈ＝Ｖｂａｔｔ＋Ｖｏ）を出力し、二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔが３．５Ｖのときは、充電電圧生成回路２は充電電圧Ｖｃｈとして３．８Ｖを出力し、二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔが４．２Ｖのときは、充電電圧生成回路２は充電電圧Ｖｃｈとして４．５Ｖを出力する。
【００３０】
このため、充電電圧生成回路２は、充電電圧Ｖｃｈに予め定められた電圧値を有するオフセット電圧Ｖｏを加算するオフセット加算器２２を有しており、比較器２３の−側入力端子に加算電圧（Ｖｃｈ＋Ｖｏ）が入力されるよう構成されている。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力電圧である充電電圧Ｖｃｈが第１基準電圧である二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔよりオフセット電圧Ｖｏだけ高い電圧となるようにフィードバック制御される。
【００３１】
このように、充電電圧Ｖｃｈが二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔよりオフセット電圧Ｖｏだけ高い電圧となるため、充電制御回路３等に含まれる素子や温度変化による電圧のばらつきにより実際に二次電池４に印加される電圧が充電電圧生成回路２で生成された充電電圧Ｖｃｈより低下しても当該二次電池４に印加される電圧が二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔより低くなることを防止することができる。従って、電圧低下による充電不良を防止することができる。
【００３２】
なお、オフセット電圧Ｖｏは、充電制御回路３等に含まれる素子や使用温度環境により想定される電圧のばらつきを許容できる程度の電圧であれば特に限定されないが１００ｍＶ以上６００ｍＶ以下が好ましい範囲と想定される。
【００３３】
また、図３（ａ）に示すように、本実施形態における充電電圧生成回路１は、二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔが充電制御回路３の最低動作電圧ＶＬ（３．３Ｖ）以下である場合に、当該最低動作電圧ＶＬを充電電圧Ｖｃｈとして生成するよう構成されている。
【００３４】
具体的には図２に示すように、充電電圧生成回路２は、第２基準電圧である最低動作電圧ＶＬよりオフセット電圧Ｖｏだけ低い電圧（ＶＬ−Ｖｏ：３．０Ｖ）を生成する電圧源２６と、第１基準電圧である二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔと電圧源２６により生成される第２基準電圧とが入力され、第１基準電圧及び第２基準電圧のうち何れか高い方の電圧を比較器２３の基準電圧Ｖｒｅｆとして出力する最大値選択回路２４とを有している。
【００３５】
これにより、二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔが電圧源２６により生成される第２基準電圧（ＶＬ−Ｖｏ）より高い電圧であれば、比較器２３において、加算電圧（Ｖｃｈ＋Ｖｏ）は電池電圧Ｖｂａｔｔと比較され、二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔが電圧源２６により生成される第２基準電圧（ＶＬ−Ｖｏ）以下の電圧であれば、比較器２３において、加算電圧（Ｖｃｈ＋Ｖｏ）は第２基準電圧（ＶＬ−Ｖｏ）と比較される。従って、二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔが第２基準電圧（ＶＬ−Ｖｏ）より高い電圧であれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は、充電電圧Ｖｃｈが電池電圧Ｖｂａｔｔよりオフセット電圧Ｖｏだけ高い電圧（図３の例ではＶｂａｔｔ＋０．３Ｖ）となるように制御され、二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔが第２基準電圧（ＶＬ−Ｖｏ）以下の電圧であれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は、充電電圧Ｖｃｈが充電制御回路３の最低動作電圧ＶＬ（図３の例では３．３Ｖ）となるように制御される。
【００３６】
以上より、二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔが充電制御回路３が動作しない電圧である場合には、充電電圧Ｖｃｈを充電制御回路３の最低動作電圧ＶＬとすることにより、充電制御回路３の最低限の動作を確保しつつ電力損失を極力抑えることができる。図３（ｂ）に示すような従来の構成では、充電電圧Ｖｃｈが一定（５．０Ｖ）であるため、二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔと充電制御回路３の最低動作電圧ＶＬとは何らの関係性をも有しておらず、充電制御回路３を動作させるために無駄な電圧が印加されていた。これに対し、図３（ａ）に示すような本実施形態の構成では、充電時に充電制御回路３の動作を考慮しながら最低限の電圧を印加することにより電力損失を少なくすることができる。
【００３７】
最大値選択回路２４の構成は特に限定されないが、例えば以下のように例示できる。図４は、図２に示される最大値選択回路を示す回路図である。図４に示すように、本実施形態において、最大値選択回路２４は、比較器２３に第１基準電圧（電池電圧Ｖｂａｔｔ）又は第２基準電圧（ＶＬ−Ｖｏ）のいずれか一方を選択的に接続するスイッチング回路２４１と、第１基準電圧（電池電圧Ｖｂａｔｔ）と第２基準電圧（ＶＬ−Ｖｏ）とを比較する比較器２４２とを有している。スイッチング回路２４１は、比較器２４２において比較された第１及び第２基準電圧のうち電圧が高い方を比較器２３と接続するように構成されている。
【００３８】
なお、本実施形態において電圧源２６が第２基準電圧（ＶＬ−Ｖｏ）を有するものとして説明したが、例えば電圧源２６としてバンドギャップ電圧（約１．２Ｖ）のような電圧源を第２基準電圧（ＶＬ−Ｖｏ）まで昇圧又は降圧して制御対象である加算電圧（Ｖｃｈ＋Ｖｏ）と比較してもよい。また、この場合、制御対象である加算電圧（Ｖｃｈ＋Ｖｏ）を対応する電圧まで降圧又は昇圧した上で電圧源２６により生成される第２基準電圧（バンドギャップ電圧）と比較してもよい。
【００３９】
＜第１実施形態の変形例＞
続いて、本発明の第１実施形態の充電装置における充電電圧生成回路の他の例について説明する。図５は、本発明の第１実施形態の変形例における充電装置の充電電圧生成回路の概略構成を示す回路図である。本変形例において第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００４０】
図５に示されるように、本変形例における充電装置（２次側制御ユニット７Ｂ）が第１実施形態と異なる点は、充電電圧生成回路３２において、オフセット加算器２２が二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔにオフセット電圧Ｖｏを加算した加算電圧（Ｖｂａｔｔ＋Ｖｏ）を出力するよう構成されていること、及び、比較器２３がＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力電圧（すなわち充電電圧生成回路２の出力電圧である充電電圧Ｖｃｈ）を上記加算電圧（Ｖｂａｔｔ＋Ｖｏ）と比較することである。すなわち、第１基準電圧が上記加算電圧（Ｖｂａｔｔ＋Ｖｏ）となる。制御回路２５は、比較器２３の出力電圧に応じて、充電電圧Ｖｃｈが第１基準電圧である加算電圧（Ｖｂａｔｔ＋Ｖｏ）となるようにＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力電圧（充電電圧Ｖｃｈ）を調整する。
【００４１】
このような構成においても、第１実施形態と同様に、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力電圧である充電電圧Ｖｃｈが第１基準電圧である二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔとオフセット電圧Ｖｏとの加算電圧（Ｖｂａｔｔ＋Ｖｏ）となるようにフィードバック制御される。
【００４２】
このように、本変形例においても充電電圧Ｖｃｈが二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔよりオフセット電圧Ｖｏだけ高い電圧となるため、充電制御回路３等に含まれる素子や温度変化による電圧のばらつきにより実際に二次電池４に印加される電圧が充電電圧生成回路２で生成された充電電圧Ｖｃｈより低下しても当該二次電池４に印加される電圧が二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔより低くなることを防止することができる。従って、電圧低下による充電不良を防止することができる。
【００４３】
さらに、充電電圧生成回路３２は、第２基準電圧である最低動作電圧ＶＬ（３．３Ｖ）を生成する電圧源３４と、第１基準電圧である加算電圧（Ｖｂａｔｔ＋Ｖｏ）と電圧源３４により生成される第２基準電圧とが入力され、第１基準電圧及び第２基準電圧のうち何れか高い方の電圧を比較器２３の基準電圧Ｖｒｅｆとして出力する最大値選択回路３３とを有している。
【００４４】
これにより、二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔとオフセット電圧Ｖｏとの加算電圧（Ｖｂａｔｔ＋Ｖｏ）が電圧源３４により生成される充電制御回路３の最低動作電圧ＶＬより高い電圧であれば、比較器２３において、充電電圧Ｖｃｈは加算電圧（Ｖｂａｔｔ＋Ｖｏと比較され、加算電圧（Ｖｂａｔｔ＋Ｖｏ）が電圧源３４により生成される充電制御回路３の最低動作電圧ＶＬ以下の電圧であれば、比較器２３において、充電電圧Ｖｃｈは最低動作電圧ＶＬと比較される。従って、加算電圧（Ｖｂａｔｔ＋Ｖｏ）が最低動作電圧ＶＬより高い電圧であれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は、充電電圧Ｖｃｈが電池電圧Ｖｂａｔｔよりオフセット電圧Ｖｏだけ高い電圧（図３の例ではＶｂａｔｔ＋０．３Ｖ）となるように制御され、加算電圧（Ｖｂａｔｔ＋Ｖｏ）が最低動作電圧ＶＬ以下の電圧であれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は、充電電圧Ｖｃｈが充電制御回路３の最低動作電圧ＶＬ（図３の例では３．３Ｖ）となるように制御される。
【００４５】
このように、本変形例の構成においても第１実施形態と同様に、二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔが充電制御回路３が動作しない電圧である場合には、充電電圧Ｖｃｈを充電制御回路３の最低動作電圧ＶＬとすることにより、充電制御回路３の最低限の動作を確保しつつ電力損失を極力抑えることができる。
【００４６】
ここでも、最大値選択回路３３の構成は特に限定されないが、例えば以下のように例示できる。図６は、図５に示される最大値選択回路を示す回路図である。図６に示すように、本変形例において、最大値選択回路３３は、比較器２３に第１基準電圧（Ｖｂａｔｔ＋Ｖｏ）又は第２基準電圧（ＶＬ）のいずれか一方を選択的に接続するスイッチング回路３３１と、二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔと最低動作電圧ＶＬとを比較する比較器３３２とを有している。スイッチング回路３３１は、比較器３３２において比較された電池電圧Ｖｂａｔｔ及び最低動作電圧ＶＬのうち電池電圧Ｖｂａｔｔの方が高ければ第１基準電圧（Ｖｂａｔｔ＋Ｖｏ）を比較器２３と接続し、最低動作電圧ＶＬの方が高ければ第２基準電圧ＶＬ（電圧源３４）を比較器２３と接続するように構成されている。
【００４７】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図７は、本発明の第２実施形態における充電装置が適用された非接触給電システムの概略構成を示す回路図である。なお、図７においては非接触給電システムの送電部は第１実施形態と同様であるため、図示を省略し受電部のみ示している。本実施形態において第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００４８】
図７に示されるように、本実施形態における非接触給電システム４０が第１実施形態と異なる点は、充電装置（２次側制御ユニット７Ｃ）が、充電電圧生成回路４２と二次電池４との間に設けられた逆流防止回路４３を備えていることである。具体的には、逆流防止回路４３は、充電電圧生成回路２から二次電池４へ向かう方向を順方向とする整流素子４３２と、整流素子４３２と並列に接続されたスイッチング素子４３１と、二次電池４の充電開始後にスイッチング素子４３１を導通状態にし、二次電池４の充電後は逆流防止回路４３を非導通状態にする逆流防止制御回路４４とを有している。さらに、充電装置は、二次電池４の充電中に逆流防止回路４３を導通状態にし、二次電池４の充電後は逆流防止回路４３を非導通状態にする逆流防止制御回路４４とをさらに有している。
【００４９】
本実施形態におけるスイッチング素子４３１は、充電電圧生成回路４２の出力側と充電制御回路３の入力側との間に２つの主端子（ドレイン端子及びソース端子）が接続されたＭＯＳトランジスタにより構成される（以下、ＭＯＳトランジスタ４３１と表記する）。整流素子４３２は、ＭＯＳトランジスタ４３１の主端子間に接続され、充電電圧生成回路４２から充電制御回路３へ向かう方向を順方向とするダイオードにより構成される。また、逆流防止回路４３は、ＭＯＳトランジスタ４３１の充電制御回路３の入力側の主端子（ソース端子）と制御端子（ゲート端子）との間に接続された抵抗４３３を有している。
【００５０】
逆流防止制御回路４４は、出力側がＭＯＳトランジスタ４３１の制御端子（ゲート端子）に接続されており、逆流防止制御回路４４から出力される制御電圧Ｖｃｏｎｔに応じてＭＯＳトランジスタ４３１がＯＮ又はＯＦＦされ、逆流防止回路４３の動作が制御される。逆流防止制御回路４４は論理回路により構成されており、充電電圧生成回路４２の充電時又は非充電時に応じて出力される充電状況電圧Ｖｅｎに応じて動作する。なお、図７においてはＭＯＳトランジスタ４３１はＰ型のＭＯＳＦＥＴを用いた例を示しているがＮ型であってもよいし、他の種類のＦＥＴであってもよい。
【００５１】
本実施形態の逆流防止回路４３の具体的な動作について説明する。図８は、図７に示される充電装置の各部の電圧の時間変化を示すグラフである。図８に示されるように、非接触給電装置１０の受電部９に電力が供給されると、充電電圧生成回路４２への入力電圧Ｖｉｎが上昇する。入力電圧Ｖｉｎが所定の電圧（図８においては４．０Ｖ）に達すると、充電電圧生成回路４２は、二次電池４への充電を開始するべく１次側制御ユニット６から供給電力とともに伝送されたデータの認証処理等の制御シーケンスを実行する。この間、充電電圧生成回路４２は充電を開始することなく待機する（図８のＶｅｎにおける待機時間参照）。
【００５２】
所定の制御シーケンスの終了後（又は所定の待機時間経過後）、充電電圧生成回路４２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力電圧Ｖｏｕｔを上昇させ、二次電池４への充電を開始する。このとき、充電状況電圧Ｖｅｎは、第１の電圧（Ｌレベルの電圧）から第１の電圧とは異なる第２の電圧（Ｌレベルより高いＨレベルの電圧）へと状態遷移する。これにより、充電電圧生成回路４２から逆流防止制御回路４４に充電開始が伝えられる。充電開始直後はＭＯＳトランジスタ４３１はＯＦＦのままであるため、充電電圧生成回路４２から出力された電力は、整流素子４３２を通じて充電制御回路３へ伝送される。ＭＯＳトランジスタ４３１を導通状態とした際に充電電圧生成回路２の出力電圧Ｖｏｕｔが二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔより低い状態であった場合、二次電池４から充電電圧生成回路４２へ逆流電流が流れるおそれがある。これを防止するために、ＭＯＳトランジスタ４３１を非導通状態とすることにより逆流電流を防止しつつ整流素子４３２を通じて充電を開始することができる。このとき、整流素子４３２の抵抗分により充電電圧Ｖｃｈは充電電圧生成回路４２の出力電圧Ｖｏｕｔより抵抗分だけ低い電圧までしか達しない。
【００５３】
充電電圧生成回路４２から逆流防止制御回路４４に充電開始が伝えられた後、所定のタイミングで逆流防止制御回路４４は、制御電圧Ｖｃｏｎｔを第１の電圧（Ｌレベルの電圧）から第１の電圧Ｌとは異なる第２の電圧（Ｌレベルより高いＨレベルの電圧）へと状態遷移させる。所定のタイミングは、例えば逆流防止制御回路４４の制御シーケンスが終了した段階又は所定の待機時間経過後（例えば、制御シーケンスが終了する、及び／又は充電電圧生成回路４２の出力電圧Ｖｏｕｔが立ち上がるのに十分な時間経過後）である。
【００５４】
制御電圧Ｖｃｏｎｔが第２の電圧Ｈに状態遷移することにより、ＭＯＳトランジスタ４３１はＯＮされる。これにより、ＭＯＳトランジスタ４３１の主端子間は導通状態となり、ＭＯＳトランジスタ４３１の内部抵抗はダイオード４３２の抵抗分に比較して十分小さいため、充電電圧生成回路４２の出力電圧Ｖｏｕｔ及び充電電圧Ｖｃｈは略同じ電圧となる。なお、充電中は、充電電圧生成回路４２のＤＣ−ＤＣコンバータ２１から二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔより高い電圧が印加されているので、充電電圧生成回路４２へ二次電池４から逆流電流が流れることはない。
【００５５】
充電終了後、充電電圧生成回路４２の入力電圧Ｖｉｎが立ち下がり、所定の電圧以下（図８においては３．５Ｖ）となると、充電電圧生成回路４２は、充電状況電圧Ｖｅｎを第２の電圧Ｈから第１の電圧Ｌへと状態遷移させるとともに、電圧出力を停止する（Ｖｏｕｔ＝Ｖｃｈ＝０）。充電状況電圧Ｖｅｎの第１の電圧Ｌへの状態遷移に応じて逆流防止制御回路４４は、制御電圧Ｖｃｏｎｔを第２の電圧Ｈから第１の電圧Ｌへと状態遷移させ、ＭＯＳトランジスタ４３１をＯＦＦする。これにより、ＭＯＳトランジスタ４３１の主端子間は非導通状態となるとともに、抵抗４３３により接続されている充電制御回路３側の主端子（ソース端子）と制御端子（ゲート端子）とが同じ電圧となるため、充電終了後において、二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔが充電電圧生成回路４２の電圧より高くなっても、二次電池４から充電電圧生成回路４２のＤＣ−ＤＣコンバータ２１へ逆流電流が流れることを防止することができる。
【００５６】
このように、二次電池４の充電開始後は、充電電圧生成回路２の出力電圧Ｖｏｕｔが高くなり充電電圧生成回路２に逆流電流が流れることはないため、スイッチング素子であるＭＯＳトランジスタ４３１を導通状態にすることにより二次電池４への電力供給を促進させるように動作する一方、充電終了後、二次電池４の電池電圧Ｖｂａｔｔより充電電圧生成回路２の出力電圧Ｖｏｕｔが低くなると充電電圧生成回路２に逆流電流が流れるおそれがあるため、ＭＯＳトランジスタ４３１を非導通状態にすることにより充電電圧生成回路２へ逆流電流が流れることを有効に防止することができる。
【００５７】
なお、本実施形態においては、逆流防止回路４３がスイッチング素子であるＭＯＳトランジスタ４３１と整流素子４３２とを有する構成について説明したが、整流素子４３２のない構成（逆流防止回路４３がスイッチング素子を有し、充電装置がスイッチング素子のＯＮ又はＯＦＦを制御する逆流防止制御回路４４を備えている構成）としてもよいし、単に整流素子４３２のみを有する構成（スイッチング素子及び逆流防止制御回路４４のない構成）としてもよい。
【００５８】
＜第３実施形態＞
続いて、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態と同様の充電装置を他のシステムに適用した例を示すものである。図９は、本発明の第３実施形態における充電装置が適用された充電システムの概略構成を示す回路図である。本実施形態において第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００５９】
図９に示されるように、本実施形態における充電システム５０が第１実施形態と異なる点は、充電装置７Ｄが、交流電源１１に接続され、充電装置７Ｄの充電電圧生成回路２への供給電力が交流電源１１から出力される電力であることである。具体的には、充電システム５０の充電装置７Ｄは、交流電源１１の交流電力を直流電力に変換するＡＣ−ＤＣ変換器５１を有している。ＡＣ−ＤＣ変換器５１は、直流電力に基づく直流電圧（Ｖｉｎ）を出力している。この直流電圧が充電電圧生成回路２の入力電圧Ｖｉｎとなる。このように、本発明の充電装置は、供給される電力に拘わらず、二次電池４を充電するための充電装置として広く適用できる。なお、本実施形態においては交流電源１１が接続された構成について説明したが、直流電源を接続することとしてもよい。この場合、充電装置内にＡＣ−ＤＣ変換器５１を設ける必要がなくなる。
【００６０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。例えば、複数の上記実施形態及び変形例における各構成要素を任意に組み合わせることとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の充電装置は、電力損失を低減して高い充電効率を得るために有用である。特に、高効率な電力利用が求められる非接触給電システムにおいて、電力損失を低減して高い充電効率を得るために有用である。
【符号の説明】
【００６２】
１，４０  非接触給電システム
２，３２，４２  充電電圧生成回路
３  充電制御回路
４  二次電池
５  送電制御装置
６  １次側制御ユニット
７，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ  ２次側制御ユニット（充電装置）
８  送電部
９  受電部
１０  非接触給電装置
１１  交流電源
２１  ＤＣ−ＤＣコンバータ
２２  オフセット加算器
２３  比較器
２４，３３  最大値選択回路
２５  制御回路
２６，３４  電圧源
４３  逆流防止回路
４４  逆流防止制御回路
５０  充電システム
５１  ＡＣ−ＤＣ変換器
２４１，３３１  スイッチング回路
２４２，３３２  最大値選択回路の比較器
４３１  ＭＯＳトランジスタ（スイッチング素子）
４３２  整流素子
４３３  抵抗
Ｖｂａｔｔ  電池電圧
Ｖｃｈ  充電電圧
Ｖｃｏｎｔ  逆流防止回路の制御電圧
Ｖｅｎ  充電電圧生成回路の充電状況電圧
Ｖｉｎ  充電電圧生成回路への入力電圧
ＶＬ  充電制御回路の最低動作電圧
Ｖｏ  オフセット電圧
Ｖｏｕｔ  充電電圧生成回路の出力電圧
Ｖｒｅｆ  基準電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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