(57)【要約】【課題】昇圧による電力損失を減少させることができる電力供給装置および電力供給方法を提供する。【解決手段】電力源から供給される電力を、負荷に対して電力供給可能な２次電池の電圧を基準とした目標電圧に昇圧して負荷に供給する昇圧回路を備える電力供給装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力源から供給される電力を、負荷に対して電力供給可能な２次電池の電圧を基準とした目標電圧に昇圧して前記負荷に供給する昇圧回路
を備える電力供給装置。
【請求項２】
前記目標電圧は、前記２次電池の現在の電圧値以上の値である
請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項３】
前記２次電池は、２以上の電池を直列に接続して構成されており、
前記目標電圧は、前記２次電池の最大電圧と該２次電池の直列接続の個数の乗算値以下の値である
請求項２に記載の電力供給装置。
【請求項４】
前記２次電池の現在の電圧値を取得して前記昇圧回路に通知する制御部をさらに備える
請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項５】
前記昇圧回路は、前記電力を、前記２次電池の電圧値の瞬時値に基づいて設定された前記目標電圧に昇圧する
請求項４に記載の電力供給装置。
【請求項６】
前記昇圧回路は、前記電力を、前記２次電池の電圧値の時間平均値に基づいて設定された目標電圧に昇圧する
請求項４に記載の電力供給装置。
【請求項７】
前記目標電圧の前記２次電池の電圧からの増加分は、４０ｍＶの近似値から４００ｍＶ近似値の範囲内である
請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項８】
前記昇圧回路から供給された電力で前記２次電池への充電を行う充電回路をさらに備える
請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項９】
前記充電回路は、定電流充電で前記２次電池を充電する
請求項８に記載の電力供給装置。
【請求項１０】
一定の値である第１の電流値で前記２次電池への充電を開始し、前記２次電池の電圧が所定の値に至った後、前記第１の電流値よりも大きな値である第２の電流値で前記２次電池への充電を行なう
請求項９に記載の電力供給装置。
【請求項１１】
前記充電回路による前記２次電池への充電において、前記昇圧回路による昇圧の下限の電圧を設定し、該下限の電圧以上の電圧で充電が行なわれる
請求項１０に記載の電力供給装置。
【請求項１２】
前記昇圧の下限電圧は、前記第１の電流値で充電を行なう期間における前記２次電池の電圧以上の値である
請求項１１に記載の電力供給装置。
【請求項１３】
前記昇圧回路で昇圧された電力を前記負荷が要求する電圧に降圧して前記負荷に供給する降圧回路を更に備える
請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項１４】
前記昇圧回路から供給された電力を前記２次電池に供給するか、前記２次電池からの電力を前記負荷に供給するかを切り替える切替回路を更に備える
請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項１５】
前記昇圧回路は、前記２次電池の電圧を元にした目標電圧の情報を取得する
請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項１６】
前記電力源からの電力を前記昇圧回路に供給する、ＵＳＢ規格に準拠する受電端子を備える
請求項１に記載の電力供給装置。
【請求項１７】
電力源から供給される電力を、負荷に対して電力供給可能な２次電池の電圧を基準とした目標電圧に昇圧して前記負荷に供給する
電力供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、電力供給装置および電力供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、入力電圧を２次電池の充電に必要な充電電圧に昇圧する昇圧部を備える２次電池充電装置が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２８８５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そのような昇圧部を備え、電池を用いて電力供給を行う装置においては通常、電力供給を受ける負荷側の要求する電圧に関わらず一度昇圧部で昇圧した後に負荷が要求する電圧に降圧することになる。したがって、昇圧する際および降圧する際に電圧の変換による電力損失が生じることになる。
【０００５】
本技術はこのような問題点に鑑みなされたものであり、昇圧による電力損失を減少させることができる電力供給装置および電力供給方法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】
【０００６】
上述した課題を解決するために、第１の技術は、電力源から供給される電力を、負荷に対して電力供給可能な２次電池の電圧を基準とした目標電圧に昇圧して負荷に供給する昇圧回路を備える電力供給装置である。
【０００７】
また、第２の技術は、電力源から供給される電力を、負荷に対して電力供給可能な２次電池の電圧を基準とした目標電圧に昇圧して負荷に供給する電力供給方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本技術によれば、昇圧による電力損失を減少させることができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、明細書中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本技術に係る電力供給装置の構成を示すブロック図である。
【図２】２次電池の放電特性を示すグラフである。
【図３】初期充電および急速充電を説明するグラフである。
【図４】電池電圧、昇圧下限電圧および昇圧上限電圧を説明するグラフである。
【図５】電池電圧と目標電圧を説明するグラフである。
【図６】負荷における消費電力の変動による電圧変化を説明する図である。
【図７】電池電圧、昇圧下限電圧および電力損失を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本技術の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
＜１．実施の形態＞
［１−１．電力供給装置の構成］
［１−２．電力供給動作］
［１−２−１．電力源から負荷への電力供給］
［１−２−２．電力源から２次電池への電力供給］
［１−２−３．２次電池から負荷への電力供給］
＜２．変形例＞
【００１１】
＜１．実施の形態＞
［１−１．電力供給装置の構成］
図１は、本技術に係る電力供給装置１０の構成を示すブロック図である。電力供給装置１０は、入力電流制限回路１１および昇圧コンバータ１２からなる昇圧回路１３、電力配線１４、切替回路１５、制御回路１６、初期充電回路１７、降圧回路１８によって構成されている。この電力供給装置１０に受電端子２１、２次電池２２および負荷２３が接続されている。なお、図１において、各ブロックを接続する実線は電力伝送のための電力伝送線を示す。また、各ブロックを接続する破線は制御信号を伝送するための制御線を示す。
【００１２】
受電端子２１は、電力系統などの電力源と接続されており、受電端子２１を介して電力源からの電力が電力供給装置１０に供給される。受電端子２１としては例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）Ｖｂｕｓがある。ＵＳＢＶｂｕｓとはＵＳＢが有する４本の信号線のうちの１つであり、＋５Ｖの電力を供給する電力線である。ただし、受電端子２１はＵＳＢＶｂｕｓに限られず、直流電源入力からの電力供給を行なう方式に対応するものであればどのようなものでもよい。また、電力源としては、負荷２３に電力を供給するために昇圧の必要があるものであればどのようなものでもよい。
【００１３】
受電端子２１は昇圧回路１３の入力電流制限回路１１に接続されており、電力源からの電力は受電端子２１を介して入力電流制限回路１１に供給される。入力電流制限回路１１は電力源から電力供給装置１０に供給される電流量を制御するための回路である。受電端子２１としてＵＳＢＶｂｕｓが用いられている場合、入力電流制限回路１１はＵＳＢ規格に定められた上限電流値を超えないように電流を制限して受電する。入力電流制限回路１１としては例えば、電流を制限するための抵抗を直列に接続したもの、トランジスタおよび抵抗を組み合わせた定電流回路、トランジスタ、抵抗およびオペアンプを組み合わせた定電流回路などを用いることができる。
【００１４】
昇圧コンバータ１２は、昇圧の目標として設定された目標電圧に向けて入力電流制限回路１１から供給された電力を昇圧する。目標電圧とは２次電池２２の現在の電池電圧よりも高い電圧であり、かつ、２次電池２２を構成するために直列に繋がれた２次電池の１セルあたりの最大電圧とその直列に繋がれた２次電池の個数の乗算から得られる値（以下、乗算電圧値と称する。）以下の値である。２次電池２２が直列に繋がれた２つのリチウムイオン２次電池で構成されている場合、乗算電圧値は、リチウムイオン２次電池の１セルあたりの最大電圧４．２Ｖの２倍の値である８．４Ｖとなる。
【００１５】
このように昇圧回路１３は、例えばＵＳＢＶｂｕｓに対してのホスト側や、ＵＳＢ型のＡＣ（Alternating Current）アダプタのような電力源からの電力を制限するために、規格等で定められた上限電流値を超えないように電力を受電することができる。もし、昇圧回路１３からの供給電力を負荷２３の消費電力が超える場合には昇圧回路１３の出力電圧は急激に低下する。従って、定められた入力電流制限規格を守りながら昇圧コンバータ１２が動作することにより、電力供給側に対して過剰な電力要求を行わない回路が実現されている。
【００１６】
２次電池２２は、本実施の形態においてはリチウムイオン２次電池を直列に２個接続して構成されている。２次電池２２は昇圧回路１３から供給された電力源の電力により充電可能であり、また、負荷２３に対して電力を供給することが可能である。リチウムイオン２次電池は１セル当たりの最大電圧が４．２Ｖとなっている。図２に示すようにリチウムイオン２次電池は１セル辺りの放電特性として、殆どの放電期間で定格電圧３．７Ｖ付近を維持する特性となっている。直列で２個接続したリチウムイオン２次電池は、電圧を２倍した特性を持っているため、同様に定格電圧７．４Ｖ付近で電圧を維持する特性を有している。
【００１７】
昇圧コンバータ１２で昇圧された電力は電力配線１４および切替回路１５または初期充電回路１７を介して２次電池２２に供給される。切替回路１５は、理想ダイオード回路を用いて構成されており、電力配線１４と２次電池２２との間に介在するように設けられている。切替回路１５は制御回路１６の制御のもと、昇圧回路１３からの電力を２次電池２２に供給するか、２次電池２２からの電力を電力配線１４を通じて負荷２３に供給するかの切替を行なうものである。
【００１８】
切替回路１５においては、ダイオードとしての順方向バイアスは２次電池２２から電力配線１４へ向かう方向とされている。昇圧回路１３の目標電圧が２次電池２２の電圧より高い場合、切替回路１５には逆方向バイアスが印加されることになり、昇圧回路１３から電力配線１４を経由した２次電池２２への電力供給および２次電池２２から電力配線１４を経由した負荷２３への電力供給のいずれも行われないこととなる。
【００１９】
また、電力配線１４の電圧が急激に低下した場合、電力配線１４の電圧より２次電池２２の電圧が高くなると切替回路１５には順方向バイアスが印加されることになり、２次電池２２から負荷２３への電力供給が開始される。これにより、電力配線１４の電圧は２次電池２２の電圧より大幅に下がることはなく、負荷２３の動作が正常に維持されることになる。このような構成により２次電池２２の劣化を最小限にとどめながら負荷２３の動作を正常に保つことが可能になっている。
【００２０】
制御回路１６は、例えば、マイクロコンピュータや、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）などから構成され、昇圧回路１３、２次電池２２、切替回路１５および初期充電回路１７に接続されている。制御回路１６は２次電池２２の電圧値を監視して昇圧回路１３の昇圧コンバータ１２に通知する。
【００２１】
昇圧コンバータ１２は、制御回路１６から通知された２次電池２２の電圧に基づいて目標電圧を設定し、電力源からの供給電力の電圧がその目標電圧に達するように昇圧を行なう。ただし、制御回路１６が目標電圧を設定して昇圧コンバータ１２の動作を制御するように構成してもよい。また、制御回路１６が入力電流制限回路１１の入力電流制限値を設定して、入力電流制限回路１１の動作を制御するようにしてもよい。また制御回路１６は切替回路１５の切替制御も行なう。
【００２２】
このような、２次電池２２の電圧に応じて目標電圧を設定することは、目標電圧が２次電池２２の電圧にトラッキングするような回路によって実現することができる。トラッキングとは、ある値を他の値に追従するように変化させることである。トラッキングの方法として、アナログ回路を用いて直接的に目標電圧を昇圧コンバータ１２が備えるフィードバック回路に入力して基準電圧を生成することでトラッキングを行う方法を採用してもよい。また、外部のマイクロコントローラを用いて、そのマイクロコントローラのＡ／Ｄ変換器で検出した２次電池２２の電圧を元に、例えばＩ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）通信のような通信手段を用いて離散的な目標電圧の情報を昇圧回路１３が取得し、昇圧回路１３の制御レジスタに設定する。そして、その目標電圧情報を目標電圧とすることで２次電池２２の電圧にトラッキングする方法を採用してもよい。トラッキング電圧の基準電圧となる２次電池２２の電圧の検出方法は、２次電池２２近傍の電気配線の電圧を昇圧コンバータ１２のフィードバック回路に入力することで実現できる。また、外部のマイクロコントローラを用いて基準電圧を決定する場合には、マイクロコントローラのＡ／Ｄ変換器で検出する方法だけでなく、２次電池２２に内蔵されたマイクロコントローラを経由して、２次電池２２と制御回路１６の間の通信によって基準電圧を取得する方法を用いてもよい。
【００２３】
上述した２つのトラッキング方法の両方を採用し、どちらかの手段を用いてトラッキングを実現してもよい。また，両者を同時に併用してより詳細な目標電圧の設定および昇圧を行なうようにしてもよい。上述のようなトラッキングを行なう場合、目標電圧として瞬時値をそのまま用いて目標電圧を設定してもよい。また、目標電圧として一定期間での時間平均値を取り、その値を用いて目標電圧を設定してもよい。この方式の場合、２次電池２２の電圧の変動が大きい場合でも目標電圧をある程度一定とすることができるので、昇圧回路１３はより安定した昇圧動作を行うことが可能となる。
【００２４】
なお、目標電圧は、あらかじめ定められた複数の値の中から最も２次電池２２の電圧に近い値を選択して設定できるようにしてもよい。
【００２５】
電力供給装置１０は、負荷２３への電力供給に加え、２次電池２２への充電も行なうことが可能である。初期充電回路１７は電力配線１４と２次電池２２に接続されており、昇圧回路１３から供給された電力を２次電池２２に供給し、図３に示すように初期充電と呼ばれる、充電電流を一定の小さい値に抑制した充電を行うものである。
【００２６】
初期充電回路１７は、電流を抑制しながら充電を行うため、ＬＤＯ（Low Drop Out）レギュレータのような定電流回路を用いて構成されている。初期充電を行い、充電電圧が初期充電から急速充電へ遷移する所定の閾値を超えた場合、充電電流制限値を初期充電電流値から急速充電電流値へ変化させて、充電が所望の時間で終わるように充電を継続させる。
【００２７】
詳しくは後述するが、初期充電回路１７による２次電池２２の充電において、昇圧回路１３は、図４に示すように、２次電池２２の電圧以上の値である昇圧の下限（以下、昇圧下限電圧と称する。）と昇圧の上限（以下、昇圧上限電圧と称する。）を設定する。そして、初期充電回路１７が初期充電を行う期間において、昇圧回路１３は昇圧下限電圧まで供給電力を昇圧する。さらに、初期充電から急速充電に遷移した場合、２次電池２２の電圧の増加に比例させて供給電力の電圧を上げていき、最終的に２次電池２２の満充電時の電圧に等しい昇圧上限電圧まで昇圧する。
【００２８】
充電電圧が所定の電圧まで達すると充電は定電圧充電となり、２次電池２２のインピーダンスに依存して充電電流が流れ込む定電圧充電となる。定電圧充電が続くと充電電流は一様に減っていき、充電電流がある閾値以下になると充電完了に向かう。充電には充電電流が閾値以下になったことを検出したら即時に充電を停止する電流検出方式と、ある一定時間充電を継続してから充電を停止するタイマー充電方式とがある。このような充電フローで充電を行うことにより、２次電池２２を安全かつ最適に充電することが可能となる。
【００２９】
図１の電力供給装置１０の説明に戻る。降圧回路１８は電力配線１４を通じて供給された電力源または２次電池２２からの電力を負荷２３が要求する電圧に降圧して負荷２３に供給するものである。降圧回路１８は例えばスイッチングレギュレータ、ＤＣ−ＤＣコンバータなどで構成されている。
【００３０】
負荷２３は降圧回路１８を通じて供給された電力を消費する電気機器、電子機器、電気機器または電子機器を構成する部品などである。そのような機器としてはカメラなどがある。また、部品としてはカメラの手ぶれ補正用モータ、フォーカス用モータなどがある。なお、負荷２３はそれらの電子機器、電気機器または電子機器を構成する部品に限られず、電力で動作するものであればどのようなものでもよい。
【００３１】
本実施の形態に係る電力供給装置１０は以上のようにして構成されている。
【００３２】
［１−２．電力供給動作］
昇圧回路を備える従来の電力供給装置においては、リチウムイオン２次電池を直列に２個接続して２次電池を構成した場合、図５中の一点鎖線で示すように、昇圧回路の目標電圧を降圧回路の状態や負荷の要求電圧に関わらず固定値である目標電圧８．４Ｖとして昇圧する。この目標電圧８．４Ｖはリチウムイオン２次電池の１セルあたりの最大電圧４．２Ｖの２倍として設定されている。そして負荷に電力を供給する際は降圧回路を用いて電力の電圧を負荷が要求する電圧に降圧させて供給する。よって、２次電池がリチウムイオン２次電池の２個直列で構成され、定格電圧が７．４Ｖの場合、一旦８．４Ｖまで昇圧することによる電力損失と、８．４Ｖから降圧することによる電力損失とが発生し、さらに、発熱によって電力供給装置内の温度が上昇してしまう。
【００３３】
また、目標電圧が８．４Ｖ固定である場合、電力配線の電圧は図６中の一点鎖線で示すように負荷が消費する電力が昇圧回路の供給能力以下の場合は８．４Ｖを維持する。しかし、負荷が消費する電力が昇圧回路の供給能力を超えた場合、電池電圧まで降下するという現象が負荷変動量次第で発生する。そして、この電圧変動が負荷の動作に対して影響を及ぼす場合がある。例えば、電力配線の後段側に接続された降圧回路の入力電圧変動特性の許容する電圧変動よりも大きくなった場合、降圧回路の出力電圧に影響を及ぼすことが起こる。
【００３４】
［１−２−１．電力源から負荷への電力供給］
本実施の形態に係る電力供給装置１０による負荷２３への電力供給について説明する。なお、本実施の形態においては、２次電池２２がリチウムイオン２次電池を直列に２つ繋いで構成されている場合を例にして説明を行なう。
【００３５】
まず受電端子２１を介して供給される電力源からの電力を入力電流制限回路１１で所定の電流値に制限して受電する。そして、入力電流制限回路１１から昇圧コンバータ１２に電力が供給される。
【００３６】
次に昇圧コンバータ１２で供給電力の電圧を目標電圧まで昇圧する。この目標電圧は、制御回路１６が昇圧回路１３に通知する２次電池２２の現在の電池電圧に基づいて設定される。図５中の点線で示すように目標電圧は２次電池２２の現在の電池電圧以上であり、かつ、乗算電圧値以下の値である。そして、昇圧コンバータ１２は昇圧した電力を電力配線１４に供給する。
【００３７】
２次電池２２がリチウムイオン２次電池を直列に２つ繋いで構成されている場合、目標電圧は、２次電池２２の現在の電圧以上であり、かつ、リチウムイオン２次電池の１セルあたりの最大電圧４．２Ｖと、直列の個数である２つとの乗算から得られる値（乗算電圧値）すなわち、「４．２Ｖ×２＝８．４Ｖ」以下の値となる。以下の説明において、２次電池２２の現在の電池電圧以上かつ、乗算電圧値以下の値である目標電圧まで昇圧した電圧を「電池電圧＋α」と称する。αは２次電池２２の電圧と目標電圧の差分である。
【００３８】
昇圧コンバータ１２の出力電圧と電力配線１４の電圧は等しくなり、昇圧回路１３の目標電圧が２次電池２２の電圧より高い場合、切替回路１５には逆バイアスが印加されることになり、２次電池２２側から電力配線１４への電力供給は行われない。同時に、電力配線１４から２次電池２２への電力供給、即ち２次電池２２への充電動作も行われない。よって、昇圧コンバータ１２から出力された電力は電力配線１４を介して降圧回路１８に供給される。
【００３９】
そして降圧回路１８で負荷２３が要求する電圧まで降圧された後、負荷２３に電力が供給される。上述したように昇圧コンバータ１２における目標電圧は、乗算電圧値以下の値に抑えられている。よって、リチウムイオン２次電池の１セルあたりの最大電圧４．２Ｖの２倍である８．４Ｖまで昇圧する場合と比較して、昇圧による電力損失および降圧による電力損失を少なくすることができる。
【００４０】
これにより、昇圧による電力損失および降圧による電力損失の合計が２次電池２２から直接電力を供給する場合より大幅に大きくなることを抑制し、発生した損失が熱に変換されることで電力供給装置１０内の温度が上昇することを抑制できる。
【００４１】
また、負荷２３における消費電力が大きくなった場合、従来の装置においては目標電圧と電池電圧間での大きな電圧変動が発生する。しかし、本実施の形態においては図５の点線で示すようにその電圧の変動を「電池電圧＋α」のα分にのみ抑制することで後段の負荷２３に対しての影響を最小限にすることができる。
【００４２】
本技術では、供給電力の電圧を目標電圧へ昇圧して、２次電池２２の電圧より僅かに高い電圧にする。これにより、負荷２３が２次電池２２からの電力だけで動作している場合に対して追加で発生する電力損失を、目標電圧へ昇圧した時の昇圧損失のみに抑制することできる。よって、従来技術と比較して、発生する電力損失を大幅に削減することができる。
【００４３】
この点について、電力源からの電力としてＵＳＢＶｂｕｓから５．０Ｖの電力が供給される場合を例として具体的な値を用いて説明する。なお、２次電池２２はリチウムイオン２次電池を直列で２つ繋いで構成されている。
【００４４】
上述したように、図２に示すようにリチウムイオン２次電池は１セル辺りの放電特性として、殆どの放電期間で定格電圧３．７Ｖ付近を維持する特性となっている。２直のリチウムイオン２次電池は電圧を２倍した特性を持っているため、同様に定格電圧７．４Ｖ付近で電圧を維持する特性を有している。
【００４５】
目標電圧である「電池電圧＋α」のα（２次電池２２の電圧と目標電圧の差分）を５０ｍＶに設定した場合、昇圧回路１３により５．０Ｖから７．４５Ｖに昇圧し、その後降圧回路１８により降圧して負荷２３に供給することになる。一方、従来技術では、昇圧回路１３により５．０Ｖから８．４Ｖに昇圧し、その後降圧回路１８により降圧して負荷２３に電力を供給する。したがって、本実施の形態においては、従来技術の方法に比べて０．９５Ｖ分だけ昇圧および降圧による電力損失を削減することができる。
【００４６】
さらに、本技術では電力供給のための出力電流の増加も実現することができる。例えばＵＳＢＶｂｕｓのような直流電源入力から電力供給を行う場合、ＵＳＢ規格で定められた電流定格を守らなければならない。例えば、５Ｖ入力電圧で最大１．５Ａの入力電流制限を受電側で掛けることでＵＳＢ規格を遵守した電力供給を受けることが可能となる。この場合、最大で「５Ｖ×１．５Ａ＝７．５Ｗ」の電力を受電することができる。この電力を昇圧回路１３を通して降圧回路１８に供給する場合、昇圧回路１３の目標電圧が低いほど昇圧回路１３から出力される電流値は増えることになる。
【００４７】
例えば、入力電力が７．５Ｗだった場合、目標電圧を８．４Ｖとし、昇圧回路１３の昇圧効率が８４％とすると、出力電流値は「７．５Ｗ×０．８４／８．４Ｖ＝０．７５Ａ」となる。これに対し、目標電圧が７．４Ｖの場合、昇圧効率を同様に８４％とすると、出力電流値は「７．５Ｗ×０．８４／７．４Ｖ＝０．８５Ａ」となり、出力電流値を増加させることができる。昇圧効率は入力電圧と出力電圧の差が小さいほど改善されるため、このように出力電流値を増やすことができる。これにより、負荷２３の中で電流を必要とする回路、例えば電気モータやアクチュエータのような負荷２３がある場合には、出力電流値の増加により、これらの負荷２３の動作に余裕ができることになる。
【００４８】
従来の装置においては、２次電池には内部インピーダンスがあるため、２次電池から電流を外部に供給すると電圧降下が発生する。２次電池の電圧が装置の最低動作電圧以下になると装置の動作は停止する。このような電圧降下に対しては、負荷に電力を供給する降圧回路の許容できる電圧範囲を下回らないように、２次電池の電圧に最低動作電圧を設定する必要がある。電流を要求する負荷がある場合には、それら負荷が要求する電流を考慮して高めの最低動作電圧を設定しなければならない。
【００４９】
それに対して、本技術に係る電力供給装置１０の昇圧回路１３では、２次電池２２の電圧が最低動作電圧に近づいた場合にも、昇圧回路１３から供給できる電流が増えるために、最低動作電圧を低めに設定することが可能になる。また、昇圧回路１３から供給できる電流が増えるため２次電池２２から供給する電流を減らすことができ、２次電池２２の電圧降下を抑制することができる。
【００５０】
［１−２−２．電力源から２次電池への電力供給］
次に２次電池２２の充電について説明する。昇圧回路１３によって供給電力の電圧が２次電池２２の電圧より高い目標電圧まで昇圧された場合には、切替回路１５には逆方向バイアスが印加されることになり、２次電池２２から電力配線１４への電力供給は行われない。
【００５１】
２次電池２２の電圧が所定の閾値よりも低くなったことを制御回路１６が検知した場合、制御回路１６は初期充電回路１７を動作させて２次電池２２に昇圧回路１３からの電力を供給することにより２次電池２２の充電を行なう。
【００５２】
２次電池２２の安全な充電を実現するためには、図３に示すように、２次電池２２の電圧が所定の電圧以下である場合、充電電流を低く抑えた定電流充電により初期充電を行う。そして、２次電池２２の電圧が所定の閾値を超えた場合、初期充電から急速充電へ遷移させるために充電電流制限値を初期充電電流値から急速充電電流値へ変化させる。急速充電電流値は初期充電電流値よりも大きな値である。
【００５３】
急速充電を行うために切替回路１５を適切に制御することで、初期充電電流より大きな充電電流を２次電池２２に供給することができる。
【００５４】
しかし、昇圧回路１３の目標電圧が従来技術のようにリチウムイオン２次電池の１セルあたりの最大電圧４．２Ｖの２倍である８．４Ｖである場合に初期充電を初期充電回路１７（定電流回路）で行うと、図７中の一点鎖線で示すように降圧による電力損失が発生する。その電力損失は最大で「(８．４Ｖ−０Ｖ)×初期充電電流値」となる。例えば、初期充電電流が１００ｍＶの場合、初期充電回路１７（定電流回路）だけで０．８４Ｗの電力損失が発生する。これは全て初期充電回路１７（定電流回路）内で熱になるため、１００ｍＶの電流を流すためだけに大きな損失が発生することになる。
【００５５】
また、一般的に容量の大きな電池では初期充電電流を大きくすることで初期充電期間を短縮する。ところが、上述したように降圧による電力損失が原因で初期充電電流を増やせないとすると、より大きな容量の２次電池２２を導入したい場合でも、初期充電電流を最適値まで増やすことができない、その結果、初期充電期間が長くなり、充電時間全体が長くなる。
【００５６】
そこで、２次電池２２への充電の際には、昇圧回路１３における昇圧を安定的に行わせながら初期充電回路１７における電力損失を減らすために、図７中の点線で示すように目標電圧の下限である昇圧下限電圧を設定する。
【００５７】
図７に示すように、初期充電期間である２次電池２２の電圧が所定の値に達するまでの間は昇圧回路１３による目標電圧は昇圧下限電圧に留める。そして、２次電池２２の電圧が所定の値を超えて急速充電期間に至ると目標電圧を電池電圧の上昇に比例して上げていき、最終的に２次電池２２の満充電時の電圧と等しい値である昇圧上限電圧まで昇圧させる。
【００５８】
これにより、図７に示すように、電力源からの電力を充電開始時から２次電池２２の満充電時の電池電圧と等しい値にまで昇圧して２次電池２２に供給する場合と比べて、電池電圧と目標電圧との差による電力損失が小さくなる。
【００５９】
昇圧下限電圧を設定することで、初期充電回路１７で発生する電力損失を「(２次電池２２の満充電時の電圧−昇圧下限電圧)×初期充電電流」分抑制することができる。これにより、その電力損失分を初期充電電流を増やすことに振り分けることができる。従って、電力損失量を従来の方式並みに維持しながら初期充電電流を増やすことができるので充電時間を短縮することができる。
【００６０】
電力損失量は、「(２次電池２２の満充電時の電圧−昇圧下限電圧)×初期充電電流」であるため、同じ量の電力損失量を許容できるとすると、初期充電電流は、（昇圧上限電圧／昇圧下限電圧）倍となる。
【００６１】
具体的な値を用いて例示すると、初期充電電流が１００ｍＡであり、２次電池２２の満充電電圧が８．４Ｖの場合、電力損失量は最大で「（８．４−０）×０．１＝０．８４Ｗ」となる。昇圧回路１３の目標電圧である「電池電圧＋α」を６Ｖとし、０．８４Ｗと同じ量の電力損失量を許容できるとすると、充電電流は「（８．４／６．０）×０．１＝０．１４」となり、初期充電電流を１４０ｍＡまで増加させることができる。その結果、初期充電電流が１００ｍＶの場合と比較して初期充電時間を０．７倍に短縮させることができ、初期充電の時間を１．４倍の容量を持つ２次電池２２を充電する場合と同じにすることができる。
【００６２】
このように初期充電電流を増やすことが可能となると、電力供給装置１０は単一の大容量２次電池への充電だけでなく、単一の直流電源入力端子から分岐して複数の２次電池を並列に充電する場合にも適用することができる。複数の２次電池の各々に対して初期充電電流を最大にすることができるため、より良好な特性の複数電池充電器を実現することができる。
【００６３】
昇圧下限電圧については、複数の値をあらかじめ有しておき、その中から最も２次電池２２の電圧に近い値のものを選択して設定できるようにしてもよい。これにより２次電池２２の電圧が非常に低い場合には目標電圧の下限値も低く設定して、初期充電回路１７での電力損失を減らすことも可能である。また、２次電池２２の電圧が上がってきた場合には昇圧回路１３の目標電圧も上げることで２次電池２２の充電特性に合わせた充電を行うこともできる。
【００６４】
初期充電回路１７と急速充電を行う回路が異なっている充電方式の場合、初期充電と急速充電の間で電流変化が大きくなるため、安定した充電モードの切替を実現する必要がある。充電モードの切替が不安定であると、予期せぬ充電停止等の異常状態を引き起こす原因となりうる。
【００６５】
一方、本技術の場合では初期充電から急速充電への切替時に初期充電と急速充電の双方を同時に使用することで安定的な充電モード切替を実現することができる。なお、このような動作を実現するためには、初期充電回路１７には逆方向バイアスで逆流防止特性を持たせる必要がある。
【００６６】
また、電力供給装置１０に２次電池２２が接続されておらず、２次電池２２の接続を検出するために昇圧回路１３を動作させる場合にも、昇圧下限電圧を設定して昇圧動作を行うことで昇圧による電力損失を減らすことが可能である。これにより、２次電池２２の接続待ちのような待機状態での消費電力を減らすことが可能となり、昨今各国で行われている省エネルギー規制強化に対しても対応可能となる。
【００６７】
［１−２−３．２次電池から負荷への電力供給］
次に、２次電池２２から負荷２３への電力供給について説明する。本実施の形態における電力供給装置１０では、昇圧コンバータ１２の目標電圧は２次電池２２の電圧よりも高くなるように設定されている。よって、通常、昇圧コンバータ１２の出力電圧、即ち電力配線１４の電圧は２次電池２２の電圧より必ず高いことが保証されている。この関係により理想ダイオード回路で構成されている切替回路１５は負荷２３で消費される電力が昇圧回路１３が供給する電力を超えない限りにおいて２次電池２２から電力配線１４への電力供給は行わない。これにより、常に昇圧回路１３が供給する電力だけが負荷２３に供給され、２次電池２２の電力が負荷２３で消費されることはない。
【００６８】
ただし、負荷２３の消費電力が昇圧回路１３からの供給電力を超えると電力配線１４の電圧が急激に低下することになり負荷２３を正常に動作させることができなくなる。そこで、負荷２３の消費電力が昇圧回路１３からの供給電力を超えた場合、制御回路１６は切替回路１５を制御して順方向バイアスとし、切替回路１５および電力配線１４を介して２次電池２２からの電力を負荷２３に供給する。これにより、電力配線１４の電圧が２次電池２２の電圧より大幅に下がらないように下支えすることが可能になる。
【００６９】
切替回路１５の順方向バイアス状態が成立後即時に２次電池２２から電力配線１４を通じて負荷２３に電力供給を行うため、負荷２３に対して連続的に電力を供給することが可能となる。これにより、電力が不足して負荷２３の動作を維持できないことによる、意図しない負荷２３のシャットダウンが発生してしまうことがない。さらに、負荷２３の消費電力が減れば昇圧回路１３の電圧が復帰し、電力配線１４と２次電池２２は切替回路１５が逆バイアスされることによって分離され、２次電池２２からの電力供給を行わなくなる。よって、必要なとき以外は２次電池２２の電力を消費せずに、２次電池２２の電力を有効活用することができる電力供給装置１０を実現することができる。
【００７０】
本実施の形態においては、昇圧回路１３における目標電圧を２次電池２２の電圧以上であり、かつ、２次電池２２を構成するために直列に繋がれた２次電池の１セルあたりの最大電圧とその直列に繋がれた２次電池の個数の乗算から得られる値（乗算電圧値）以下の値にすることによりさらなる効果を奏することができる。
【００７１】
それは、昇圧回路１３の目標電圧と２次電池２２の電圧間の電位差分により発生する、電力配線１４の電圧変動を抑制する効果である。目標電圧が乗算電圧値固定である場合、電力配線１４の電圧は、負荷２３の消費電力が昇圧回路１３の供給能力以下の場合、乗算電圧値を維持する。しかし、負荷２３の消費電力が昇圧回路１３の供給能力以上となると電池電圧まで降下するという現象が負荷２３量次第で発生する。この電圧の変動が負荷２３の動作に対して影響を及ぼす場合がある。
【００７２】
例えば、電力配線１４の後段側に接続された降圧回路１８の入力電圧変動特性の許容する電圧変動よりも大きくなった場合、降圧回路１８の出力電圧に影響を及ぼすことが起こる。それに対して本技術においては、この電圧変動をα分だけに抑制することができる。
【００７３】
定格電圧が例えば７．４Ｖのリチウムイオン２次電池の場合、２次電池２２の電圧が７．４Ｖになっているとすると、従来の方法では「８．４Ｖ−７．４Ｖ＝１．０Ｖ」の電圧変動が負荷２３の消費電力に応じて発生してしまう。一方、目標電圧を乗算電圧値以下とし、例えば、電池電圧＋５０ｍＶとすると、電圧変動は０．０５Ｖとなり、変動量を−３４ｄＢ抑制することができ、変動の影響がほぼ無視できることになる。よって、負荷２３の消費電力が昇圧回路１３の供給電力を超えて電圧変動が起こっても負荷２３への影響を小さくすることができる。
【００７４】
なお、目標電圧「２次電池２２の電圧＋α」のαを４０ｍＶの近似値から４００ｍＶ近似値の範囲に設定することが可能な場合で電力の損失を小さくすることを優先する場合は、αを４０ｍＶ若しくは４０ｍＶの近似値に設定して瞬時値を用いてトラッキングすればよい。
【００７５】
また、電力供給装置１０としての供給能力安定性を優先する場合は、αを４００ｍＶ若しくは４００ｍＶの近似値に設定すれば、電力配線１４の電圧はより安定して一定の値を維持することができる。この４０ｍＶおよび４００ｍＶは実験により得られた値である。
【００７６】
本技術の適用により、例えばＵＳＢＶｂｕｓのような直流電源出力から負荷２３に電力を供給するようなシステムにおいて、昇圧による電力損失と、負荷２３に電力を供給するための降圧による電力損失の双方を同時に減らすことができる。これにより、発熱を抑制しながら電力供給を行なうことができる。
【００７７】
特に電池電圧が低い場合に損失が減るため、より多くの電力の供給が可能となる。また、初期充電回路１７による充電時間を短縮することで全体の充電時間も短縮することができる。
【００７８】
電池電圧が低い場合、通常、同一の電力を要求する負荷２３に対しては２次電池２２から供給する電流が多くなってしまうが、電力源から供給する電流が増やすことができるため、２次電池２２から供給する電流を減らすことができ、２次電池２２の能力を最大限に引き出すことができる。従って、エンド電圧に対してのマージンを増やすことができる。
【００７９】
特に、リチウムイオン２次電池使用時における最も動作時間の長い定格電圧付近での動作時に、効率よく電力が供給される時間が長くなることで本技術の効果が長時間維持されることとなる。
【００８０】
負荷２３が要求する電力が昇圧回路１３の供給能力を超えても降圧回路１８への供給電圧が電池電圧に近いため、電圧変動幅が小さくなる。これにより、他の回路への電圧変動の影響を抑制することができる。また、２次電池２２への初期充電電流を増やすことが可能なため、初期充電時間を短縮することができる。さらに、複数の電池を並列に充電することを特徴とする充電器において並列化された電池は倍容量の電池と同等となることから、複数の電池を並列に充電する場合にも大容量の２次電池２２の充電と同様に初期充電電流を増やすことができる。
【００８１】
＜２．変形例＞
以上、本技術の実施の形態について具体的に説明したが、本技術は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本技術の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【００８２】
実施の形態では２次電池２２がリチウムイオン２次電池を直列に２個接続して構成されている例を用いて説明を行ったが、リチウムイオン２次電池は１つでもよいし、３つ以上を接続してもよい。２次電池２２はリチウムイオン２次電池に限られず、リチウムイオンポリマー２次電池、ナトリウム硫黄２次電池、ナトリウムイオン２次電池などを用いて構成してもよい。
【００８３】
本技術は、供給される電力の電圧よりも高い電池電圧を有する装置、すなわち、電力供給のために昇圧が必要な装置であればどのようなものにも適用することができる。
【００８４】
なお、降圧回路１８は電力供給装置１０に含めずに、負荷２３側のシステムが降圧回路を備えるようにしてもよい。
【００８５】
例えば、タブレット端末、ノートパソコン、カメラ、ポータブルスピーカなどの電子機器が２次電池を２つ以上接続する電池構成を採用した場合、それらの電子機器に本技術を適用することができる。また、２次電池が１つであってもその１つの２次電池が２つ以上の２次電池を接続した場合に匹敵する電池電圧を有する場合にもそれらの電子機器に本技術を適用することができる。
【００８６】
本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
電力源から供給される電力を、負荷に対して電力供給可能な２次電池の電圧を基準とした目標電圧に昇圧して前記負荷に供給する昇圧回路
を備える電力供給装置。
（２）
前記目標電圧は、前記２次電池の現在の電圧値以上の値である（１）に記載の電力供給装置。
（３）
前記２次電池は、２以上の電池を直列に接続して構成されており、
前記目標電圧は、前記２次電池の最大電圧と該２次電池の直列接続の個数の乗算値以下の値である（１）または（２）に記載の電力供給装置。
（４）
前記２次電池の現在の電圧値を取得して前記昇圧回路に通知する制御部をさらに備える（１）から（３）のいずれかに記載の電力供給装置。
（５）
前記昇圧回路は、前記電力を、前記２次電池の電圧値の瞬時値に基づいて設定された前記目標電圧に昇圧する（４）に記載の電力供給装置。
（６）
前記昇圧回路は、前記電力を、前記２次電池の電圧値の時間平均値に基づいて設定された目標電圧に昇圧する（４）に記載の電力供給装置。
（７）
前記目標電圧の前記２次電池の電圧からの増加分は、４０ｍＶの近似値から４００ｍＶ近似値の範囲内である（１）から（６）のいずれかに記載の電力供給装置。
（８）
前記昇圧回路から供給された電力で前記２次電池への充電を行う充電回路をさらに備える（１）から（７）のいずれかに記載の電力供給装置。
（９）
前記充電回路は、定電流充電で前記２次電池を充電する（８）に記載の電力供給装置。
（１０）
一定の値である第１の電流値で前記２次電池への充電を開始し、前記２次電池の電圧が所定の値に至った後、前記第１の電流値よりも大きな値である第２の電流値で前記２次電池への充電を行なう（８）または（９）に記載の電力供給装置。
（１１）
前記充電回路による前記２次電池への充電において、前記昇圧回路による昇圧の下限の電圧を設定し、該下限の電圧以上の電圧で充電が行なわれる（８）から（１０）のいずれかに記載の電力供給装置。
（１２）
前記昇圧の下限電圧は、前記第１の電流値で充電を行なう期間における前記２次電池の電圧以上の値である（１１）に記載の電力供給装置。
（１３）
前記昇圧回路で昇圧された電力を前記負荷が要求する電圧に降圧して前記負荷に供給する降圧回路を更に備える（１）から（１２）のいずれかに記載の電力供給装置。
（１４）
前記昇圧回路から供給された電力を前記２次電池に供給するか、前記２次電池からの電力を前記負荷に供給するかを切り替える切替回路を更に備える（１）から（１３）のいずれかに記載の電力供給装置。
（１５）
前記昇圧回路は、前記２次電池の電圧を元にした目標電圧の情報を取得する（１）から（１４）のいずれかに記載の電力供給装置。
（１６）
前記電力源からの電力を前記昇圧回路に供給する、ＵＳＢ規格に準拠する受電端子を備える（１）から（１５）のいずれかに記載の電力供給装置。
（１７）
電力源から供給される電力を、負荷に対して電力供給可能な２次電池の電圧を基準とした目標電圧に昇圧して前記負荷に供給する
電力供給方法。
【符号の説明】
【００８７】
１０・・・電力供給装置。
１３・・・昇圧回路
１５・・・切替回路
１６・・・制御部
１７・・・初期充電回路
１８・・・降圧回路
２３・・・負荷
２２・・・２次電池
【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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