(57)【要約】【課題】二次電池と受電モジュールを一体化した二次電池パックを構成し、受電、送電モジュール間で交換される情報に基づいて、受電モジュールにより二次電池の特性に最適な充放電制御を行う。【解決手段】交流磁界を送電コイル２から放出する送電モジュール１と、送電コイルと電磁誘導する受電コイル４により非接触で受電し直流電力に変換して二次電池１２を充電する受電モジュール３と、二次電池から電源供給されるセットシステム１４とを備える。送電モジュールは送電制御部７を有し、受電モジュールは二次電池の充放電管理及び安全制御を行う受電制御部１１を有する。受電モジュールと二次電池を一体化した二次電池パック１３が構成され、送電制御部及び受電制御部は、送電コイルと受電コイルの電磁誘導を介して非接触で双方向通信を行う。受電制御部は、双方向通信により交換される情報に基づいて、二次電池の充放電制御を行うように構成される。【選択図】図１
2015053754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流磁界を送電コイルから放出して送電する送電モジュールと、
前記送電コイルと電磁誘導する受電コイルにより非接触で交流電力を受電し、直流電力に変換して二次電池を充電する受電モジュールと、
前記二次電池から電源供給されるセットシステムとを備え、
前記送電モジュールは前記送電を制御する送電制御部を有し、前記受電モジュールは前記二次電池の充放電管理及び安全制御を行う受電制御部を有する非接触充電システムにおいて、
前記受電モジュールと前記二次電池を一体化した二次電池パックが構成され、
前記送電制御部及び前記受電制御部は各々、前記送電コイルと前記受電コイルの電磁誘導を介して非接触で双方向の通信を行う送電通信部及び受電通信部を備え、
前記受電制御部は、前記送電制御部との間での双方向通信により交換される情報に基づいて、前記二次電池の充放電制御を行うように構成されたことを特徴とする非接触充電システム。
【請求項２】
前記送電モジュールは、外部のホスト装置と接続されて双方向通信可能であり、
前記送電通信部と前記受電通信部の通信を介して、前記ホスト装置は前記受電制御部との間で双方向通信可能である請求項１に記載の非接触充電システム。
【請求項３】
前記ホスト装置は、前記送電モジュールの仕様及び状態の情報を前記受電制御部に伝達し、前記受電制御部は前記二次電池の種類及び状態の情報を前記ホスト装置に伝達し、
前記ホスト装置及び前記受電制御部は、前記伝達される情報に基づいて前記二次電池の充放電の安全制御を行う請求項２に記載の非接触充電システム。
【請求項４】
前記ホスト装置及び前記受電制御部は、前記伝達される情報に基づいて、前記送電モジュールまたは前記受電モジュールの認証を行う請求項２に記載の非接触充電システム。
【請求項５】
前記ホスト装置は、前記受電制御部との通信を介して、前記二次電池パックのファームウェアの書き換えを行うことが可能なように構成された請求項２に記載の非接触充電システム。
【請求項６】
前記セットシステムは、前記受電制御部との間で通信を行うセット通信部を備え、
前記セット通信部による前記受電制御部との通信を介して、前記セットシステムは前記受電制御部との間で双方向通信可能である請求項１に記載の非接触充電システム。
【請求項７】
前記セットシステムは、前記セット通信部による前記受電制御部との通信を介して前記二次電池パックの状態を管理するように構成された請求項６に記載の非接触充電システム。
【請求項８】
前記送電モジュールは、外部のホスト装置と接続されて双方向通信可能であり、
前記セット通信部と前記受電制御部間の通信、前記送電通信部と前記受電通信部間の通信、及び前記送電モジュールと前記ホスト装置間の通信を介して、前記セットシステムと前記ホスト装置との間で通信可能であり、
前記ホスト装置により、前記セットシステムの状態管理、または前記セットシステムのパラメータの管理及び調整のうち、少なくとも一方を行うことが可能なように構成された請求項６に記載の非接触充電システム。
【請求項９】
二次電池と、
受電コイルにより受電した交流電力を直流電力に変換して前記二次電池を充電する受電モジュールとを備え、
前記受電コイルは、交流磁界を放出する送電モジュールの送電コイルと電磁誘導して非接触で交流電力を受電し、
前記受電モジュールは、前記二次電池の充放電管理及び安全制御を行う受電制御部を有し、前記二次電池と一体的に組み合わされ、
前記受電モジュールは、前記送電コイルと前記受電コイルの電磁誘導を介して非接触で双方向の通信を行う受電通信部を備え、
前記受電制御部は、前記受電モジュールと前記送電モジュール間の双方向通信により交換される情報に基づいて、前記二次電池の充放電制御を行うように構成されたことを特徴とする二次電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導、電磁共鳴等を利用して非接触で電力を伝送し受電側に内蔵された二次電池を充電する非接触充電システムに関し、特に、送電モジュールと受電モジュールの間での双方向通信により、二次電池の充電制御の安全性を向上させる機能を備えた非接触充電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話をはじめとする小型の電子セット機器に対して、非接触（ワイヤレス）で給電する電力伝送システムが採用されつつある。セット機器に内蔵された二次電池を充電するために、非接触電力伝送を用いた非接触充電システムを採用すれば、充電操作の煩雑さが大幅に改善される。
【０００３】
一方、小型のセット機器の場合、使用環境を考慮して、防水構造とすることが望ましい場合が多い。例えば補聴器の場合、耳の中の湿気や外界の水気の影響で故障する惧れがあるため、防水構造が望まれている。しかし、補聴器のようなコイン型の電池で動作する小型のセット機器の場合、電池交換を頻繁に行う必要があるため、防水構造にすることが困難になっていた。何故ならば、電池交換を可能とするためには、ケーシングを開放可能とする必要があり、防水構造の採用の障害となるからである。
【０００４】
これに対して、コイン型の二次電池を用いれば、電池交換が不要になり、防水構造を採用し易くなる。但し、防水構造を採用すると、充電用の外部端子を設けることはできない。この問題については、コイン型の二次電池の充電に非接触充電システムを採用することが、一つの有力な解決手段となる。
【０００５】
非接触充電システムは、例えば充電器に組み込まれた送電モジュールと、セット機器に電力供給するための二次電池を含む受電モジュールにより構成される。送電モジュールの送電コイルと受電モジュールの受電コイルの間の電磁誘導等を介して、送電モジュールから受電モジュールへ電力が伝送される。受電モジュールでは、受電コイルが受電した高周波電力を直流電力に変換し、充電電圧に電圧変換して、二次電池に対する充電が行われる。
【０００６】
非接触充電システムでは、電力伝送のための送電コイルと受電コイル間の結合を利用して非接触で通信を行い、電力伝送とともにデータ伝送も可能な構成とすることができる。
【０００７】
例えば、特許文献１及び２には、ＰＤＡ、携帯電話、携帯型音楽プレーヤ等の携帯型電子機器に受電モジュールを設けた非接触充電システムが開示されている。充電器を構成するクレードルは送電モジュールを備え、携帯型電子機器をクレードル上に載置することで、コイル間の結合を介して、非接触で電力を供給する。同時に、携帯型電子機器とクレードルの間では、コイル間の結合を介してデータ通信も可能な構成となっている。さらに、クレードルはＰＣとデータ通信が可能であり、クレードル上に載置された携帯型電子機器と、ＰＣとの間でデータ伝送を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１４１１７０号公報
【特許文献２】特開２００７−３２５３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
小型のセット機器に二次電池を用いた場合、非接触電力伝送を用いた二次電池の充放電の制御を、適切かつ安全に行うことは極めて重要である。そのためには、受電モジュールの制御部により、二次電池と送電モジュールに関する情報を収集し、その情報に基づいて二次電池の特性に最適な充放電制御を行う構成とすることが望ましい。さらに、各種の構成の相違するセット機器に広く使用される二次電池に対して、最適な充放電制御を確実に実現するためには、二次電池と受電モジュールを一体化した電池パックを構成することが望ましい。
【００１０】
これに対して、特許文献１及び２に開示されたシステムでは、受電モジュールは携帯型電子機器と一体化しており、二次電池及び受電モジュールを一体化した電池パックの構成についての開示はない。そのため、二次電池の充放電管理及び安全制御は、携帯型電子機器の本来の機能の一部として行われ、必ずしも、用いられる二次電池の特性に最適化されたものではない。
【００１１】
また、補聴器の場合、個々の使用者の聴力に合わせた調整が必要である。他の小型のセット機器においても、何等かの調整が必要である場合が多い。しかし、補聴器のような小型のセット機器に、手動の調整機能を設けることは、構成上困難である。また、非接触充電システムを前提として防水構造を採用すると、調整用の外部端子を設けることはできず、外部装置と接続して調整操作を可能とすることもできない。
【００１２】
これに対して、特許文献１及び２に開示されたシステムのように、携帯型電子機器とクレードルの間での、非接触の電力伝送を介したデータ伝送を利用することが考えられる。しかし、特許文献１及び２のシステムにおけるデータ伝送は、ＰＣから携帯型電子機器にデータを提供する機能に用いられるだけである。そのため、携帯型電子機器の調整を外部から行うことを可能とした構成を有するものではない。
【００１３】
従って本発明は、二次電池と受電モジュールを一体化した電池パックを構成し、受電モジュールと送電モジュール間の双方向通信により交換される情報に基づいて、受電モジュールにより二次電池の特性に最適な充放電制御を行うように構成された非接触充電システムを提供することを目的とする。
【００１４】
また、本発明は、小型のセット機器に手動調整部あるいは外部端子を設けることなく、非接触電力伝送の機能を利用してセット機器の調整操作を可能とした非接触充電システム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】
【００１５】
本発明の非接触充電システムは、交流磁界を送電コイルから放出して送電する送電モジュールと、前記送電コイルと電磁誘導する受電コイルにより非接触で交流電力を受電し、直流電力に変換して二次電池を充電する受電モジュールと、前記二次電池から電源供給されるセットシステムとを備え、前記送電モジュールは前記送電を制御する送電制御部を有し、前記受電モジュールは前記二次電池の充放電管理及び安全制御を行う受電制御部を有する。
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明の非接触充電システムは、前記受電モジュールと前記二次電池を一体化した二次電池パックが構成され、前記送電制御部及び前記受電制御部は各々、前記送電コイルと前記受電コイルの電磁誘導を介して非接触で双方向の通信を行う送電通信部及び受電通信部を備え、前記受電制御部は、前記送電制御部との間での双方向通信により交換される情報に基づいて、前記二次電池の充放電制御を行うように構成されたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の二次電池パックは、二次電池と、受電コイルにより受電した交流電力を直流電力に変換して前記二次電池を充電する受電モジュールとを備え、前記受電コイルは、交流磁界を放出する送電モジュールの送電コイルと電磁誘導して非接触で交流電力を受電し、前記受電モジュールは、前記二次電池の充放電管理及び安全制御を行う受電制御部を有し、前記二次電池と一体的に組み合わされ、前記受電モジュールは、前記送電コイルと前記受電コイルの電磁誘導を介して非接触で双方向の通信を行う受電通信部を備え、前記受電制御部は、前記受電モジュールと前記送電モジュール間の双方向通信により交換される情報に基づいて、前記二次電池の充放電制御を行うように構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
上記構成によれば、受電モジュールと二次電池を一体化した二次電池パックが構成され、非接触電力伝送の経路を使用して送電モジュールと受電モジュールが双方向通信可能であるため、双方向通信により交換される情報に基づいて、二次電池の特性に最適な充放電制御を行うことができる。これにより、各種のセット機器の構成の相違に関わらず、広く供用可能な二次電池パックを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態における非接触充電システムを示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の非接触充電システムは、上記構成を基本として、以下のような態様をとることができる。
【００２１】
すなわち、前記送電モジュールは、外部のホスト装置と接続されて双方向通信可能であり、前記送電通信部と前記受電通信部の通信を介して、前記ホスト装置は前記受電制御部との間で双方向通信可能である構成とすることができる。
【００２２】
また、前記ホスト装置は、前記送電モジュールの仕様及び状態の情報を前記受電制御部に伝達し、前記受電制御部は前記二次電池の種類及び状態の情報を前記ホスト装置に伝達し、前記ホスト装置及び前記受電制御部は、前記伝達される情報に基づいて前記二次電池の充放電の安全制御を行う構成とすることができる。
【００２３】
また、前記ホスト装置及び前記受電制御部は、前記伝達される情報に基づいて、前記送電モジュールまたは前記受電モジュールの認証を行う構成とすることができる。
【００２４】
また、前記ホスト装置は、前記受電制御部との通信を介して、前記二次電池パックのファームウェアの書き換えを行うことが可能なように構成することができる。
【００２５】
また、前記セットシステムは、前記受電制御部との間で通信を行うセット通信部を備え、前記セット通信部による前記受電制御部との通信を介して、前記セットシステムは前記受電制御部との間で双方向通信可能である構成することができる。
【００２６】
また、前記セットシステムは、前記セット通信部による前記受電制御部との通信を介して前記二次電池パックの状態を管理するように構成することができる。
【００２７】
また、前記送電モジュールは、外部のホスト装置と接続されて双方向通信可能であり、前記セット通信部と前記受電制御部間の通信、前記送電通信部と前記受電通信部間の通信、及び前記送電モジュールと前記ホスト装置間の通信を介して、前記セットシステムと前記ホスト装置との間で通信可能であり、前記ホスト装置により、前記セットシステムの状態管理、または前記セットシステムのパラメータの管理及び調整のうち、少なくとも一方を行うことが可能なように構成することができる。
【００２８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
＜実施の形態＞
本発明の一実施の形態における非接触充電システムについて、図１に示すブロック図を参照して説明する。このシステムは、送電モジュール１の送電コイル２と、受電モジュール３の受電コイル４の間で、電磁誘導を介して電力を伝送するように構成されている。送電モジュール１は、通常、充電器の形態で構成される。
【００３０】
送電コイル２と共振コンデンサ５からなる共振回路に対し、コイルドライバ６から高周波電力が供給されて、送電コイル２からの送電が行われる。コイルドライバ６の動作は、送電制御部７により制御される。受電モジュール３では、受電コイル４と共振コンデンサ８からなる共振回路によって高周波電力を受電する。共振コンデンサ８の両端の交流電圧は、整流回路９に供給されて直流電圧に変換される。
【００３１】
整流回路９の出力電圧はレギュレータ１０により一定電圧に制御されて、受電制御部１１を介して二次電池１２に供給される。この二次電池１２と受電モジュール３は一体化されており、二次電池パック１３を構成している。二次電池１２の放電電力は、受電制御部１１を介して、例えば補聴器や携帯電話等のセット装置（不図示）の要部であるセットシステム１４の電源部に供給される。なお、二次電池パック１３は、セット装置のケーシング内に内蔵される。セットシステム１４は、セット通信部１５を含む。セットシステム１４と受電制御部１１の接続部１６は、Ｉ2Ｃバスなどのシリアル通信回線を含み、セット通信部１５と受電制御部１１の間の双方向通信を可能としている。
【００３２】
送電モジュール１の送電制御部７は、ＰＣ等のホスト装置１７とＵＳＢ１８で接続され、双方向通信が可能である。送電制御部７は、コイルドライバ６に高周波電力キャリアを供給するキャリア生成部１９を備えるとともに、通信制御部２０が設けられている。ＣＰＵ２１は、キャリア生成部１９及び通信制御部２０を含む送電制御部７の機能を制御・管理する。
【００３３】
受電モジュール３の受電制御部１１は、レギュレータ１０の出力による二次電池１２の充電を制御する充電制御部２２、及び二次電池１２を充放電電流から保護する機能を有する周知の保護回路２３を備えるとともに、通信制御部２４が設けられている。受電モジュール３に設けられた送信回路２５は負荷変調回路として構成され、通信制御部２４が出力する送信信号に基づき負荷変調信号を生成する。
【００３４】
送信回路２５の出力は、受電コイル４と共振コンデンサ８からなる共振回路に供給され、負荷変調信号により受電電力が変調される。変調された信号は、送電コイル２と受電コイル４の結合を介して送電モジュール１に送信される。送電モジュール１には受信回路２６が設けられ、負荷変調信号の検波回路を構成している。送電コイル２に発生する負荷変調信号は、受信回路２６において検波される。復調された信号は、通信制御部２０から送電制御部７内での使用のために供給されるか、または、ＵＳＢ１８を介してホスト装置１７に伝送される。送信回路２５と受信回路２６の間の負荷変調による通信は一例であり、他の通信方法を用いることもできる。
【００３５】
送電制御部７に含まれる通信制御部２０は、受信回路２６から受信信号を受け取ってＣＰＵ２１に供給する。通信制御部２０はまた、ＣＰＵ２１が出力する送信信号に基づき負荷変調信号を生成する機能を有する。生成された負荷変調信号は、コイルドライバ６が出力する高周波電力のキャリアを変調し、送電コイル２と受電コイル４の結合を介して送信される。受電コイル４に発生する負荷変調信号は、整流回路９の出力端に接続されたＬＰＦ（ローパスフィルタ）２７を介して、受電制御部１１の通信制御部２４に供給される。通信制御部２４は、負荷変調信号を検波する機能を有し、復調された信号は、受電制御部１１で用いられるか、または、接続部１６におけるシリアル通信回線を通してセットシステム１４のセット通信部１５に伝送される。
【００３６】
以上のように、通信制御部２０と受信回路２６により「送電通信部」が構成され、通信制御部２４と送信回路２５により「受電通信部」が構成されて、送電通信部（２０、２６）と受電通信部（２４、２５）の間で非接触で双方向の通信が可能である。通信制御部２０、２４に供給される送信信号は各々、送電制御部７、受電制御部１１の機能に基づいて発生する信号である。また、ホスト装置１７からも、送電制御部７に対して送信信号が供給され、通信制御部２０によって受電制御部１１に送信される。セットシステム１４からも、受電制御部１１に対して送信信号が供給され、通信制御部２４によって送電制御部７に送信される。
【００３７】
以上の説明から明らかなように、本実施の形態において、二次電池パック１３は、二次電池１２と受電モジュール３とを一体的に組み合わせて構成され、受電コイル４により受電した交流電力を直流電力に変換して二次電池１２を充電するとともに、送電コイル２と受電コイル４の電磁誘導を介して非接触で双方向の通信を行う受電通信部（２４、２５）を備える。受電モジュール３は、二次電池１２の充放電管理及び安全制御を行う受電制御部１１を有し、受電モジュール３と送電モジュール１間の双方向通信により交換される情報に基づいて、二次電池１２の充放電制御を行う。
【００３８】
以上のような非接触充電システムは、次のように機能する。すなわち、充電器である送電モジュール１の上に、受電モジュール３が組み込まれた小型機器を載置すると、受電コイル４が送電コイル２に接近して配置され、所定の位置関係に設定される。その状態で、送電制御部７はコイルドライバ６を駆動し、送電コイル２に対して高周波電力を供給する。送電コイル２の高周波電力は、電磁誘導を介して、受電コイル４により効率的に受け取られて非接触で電力伝送が行われ、上述のような充電制御に基づき二次電池１２に対する充電が行われる。
【００３９】
この非接触の電力伝送と同時に、送電通信部と受電通信部間での非接触の双方向通信も可能であることにより、ホスト装置１７から、送電通信部、受電通信部を介してセットシステム１４との間でも、双方向通信が可能である。このような通信に基づき、本実施の形態の非接触充電システムは、以下のような機能を持つように構成される。なお、外部のホスト装置１７を用いることなく、送電モジュール１内に調整管理部を設けて、ホスト装置１７と同様に機能させることにより、以下の機能を持つことも可能である。
【００４０】
［送電制御部７と受電制御部１１間の通信に基づく機能の例］
受電制御部１１は、送電制御部７との間での双方向通信により交換される情報に基づいて、二次電池の特性に最適な充放電制御を行うように構成される。例えば、電力伝送開始時に、送電モジュール１から受電モジュール３に対し、送電モジュール１の仕様を伝達し、受電モジュール３はどのような仕様であるか尋ねる。受電モジュール３は自分の仕様、二次電池１２の状態を送電モジュール１に伝達する。お互いに電力伝送が可能な仕様であることを確認すれば電力伝送を開始する。具体的には、送電モジュール１がスタンドアロンの状態であっても受電モジュール３側の電池残量や電池の種別（Ｌｉ−ＩＯＮ、ＳＲ、ニッケル水素等）を確認することで、二次電池１２に適合したプロファイルで電力伝送を行うことができる。
【００４１】
また、電力伝送時、送電モジュール１で知りたい情報（受電電力・電池の充電量等）を尋ね、受電モジュール３は送電モジュール１から尋ねられた情報を伝達する。
【００４２】
［ホスト装置１７と送電モジュール１間の通信に基づく機能の例］
ホスト装置１７は、送電モジュール１の仕様及び状態の情報を受電制御部１１に伝達し、受電制御部１１は二次電池１２の種類及び状態の情報をホスト装置１７に伝達する。ホスト装置１７及び受電制御部１１は、伝達される情報に基づいて二次電池１２の充放電の安全制御を行う。
【００４３】
また、ホスト装置１７は、セットシステム１４と情報通信を行う。具体的には、セットシステム１４のアプリケーションや機器設定（時計、個人情報、セキュア情報の更新など）を双方向通信で行う。また、充電仕様の初期設定（電池仕様、充電仕様等）を、製品出荷時の状態（防水筺体においても）で行うことが可能である。
【００４４】
送電モジュール１をＰＣ等のホスト装置に接続する場合、例えば充電開始・停止の制御をＰＣから行うこともできる。また、送電モジュール１が二次電池１２の状態の情報（電池の充電量等）を受電モジュール３から受取り、これをＰＣに伝達することにより、ＰＣから満充電までに必要な時間などの情報を表示できる。
【００４５】
また、ホスト装置１７と受電制御部１１は、伝達される情報に基づいて、送電モジュール１または受電モジュール３の認証を行う構成とすることができる。さらに、ホスト装置１７は、受電制御部１１との通信を介して、二次電池パック１３のファームウェアの書き換えを行うことが可能な構成とすることができる。
【００４６】
［セットシステム１４と受電モジュール３間の通信に基づく機能の例］
セット通信部１５による受電制御部１１との通信を介して、セットシステム１４により二次電池パック１３の状態を管理するように構成することができる。
【００４７】
また、セットシステム１４とホスト１７装置との間での通信を介して、ホスト装置１７により、セットシステム１４の状態管理、またはセットシステム１４のパラメータの管理及び調整のうち、少なくとも一方を行うことを可能とする。
【００４８】
例えば、補聴器の使用者にとって、よく聞こえる周波数、聞き取りづらい周波数は人によって異なる。そのため、補聴器は、使用者に適合した周波数特性になるよう、個々に調整される。この調整のために、補聴器のシステムから現在の情報を受電モジュール及び送電モジュール経由でＰＣに伝達し、逆に調整の制御情報をＰＣから送電モジュール及び送電モジュール経由で補聴器のシステムに伝達する。これにより、外部に端子を持たない防水型の補聴器であっても、ＰＣなどからの調整が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の非接触充電システムによれば、二次電池と受電モジュールを一体化した二次電池パックが構成され、受電、送電モジュール間で交換される情報に基づいて、受電モジュールにより二次電池の特性に最適な充放電制御が行われるので、携帯電話や補聴器等の小型の電気機器に有用である。
【符号の説明】
【００５０】
１  送電モジュール
２  送電コイル
３  受電モジュール
４  受電コイル
５、８  共振コンデンサ
６  コイルドライバ
７  送電制御部
９  整流回路
１０  レギュレータ
１１  受電制御部
１２  二次電池
１３  二次電池パック
１４  セットシステム
１５  セット通信部
１６  接続部
１７  ホスト装置
１８  ＵＳＢ
１９  キャリア生成部
２０、２４  通信制御部
２１  ＣＰＵ
２２  充電制御部
２３  保護回路
２５  送信回路
２６  受信回路
２７  ＬＰＦ
【図１】
2015053754.tif 000003