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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024125584
(43)【公開日】2024-09-19
(54)【発明の名称】受電回路および電池パック
(51)【国際特許分類】
H02J 50/12 20160101AFI20240911BHJP
H02J 7/00 20060101ALI20240911BHJP
【ＦＩ】
H02J50/12
H02J7/00 301D
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023033497
(22)【出願日】2023-03-06
(71)【出願人】
【識別番号】000006231
【氏名又は名称】株式会社村田製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110001357
【氏名又は名称】弁理士法人つばさ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山本 幹雄
【テーマコード（参考）】
5G503
【Ｆターム（参考）】
5G503AA01
5G503BA01
5G503BB01
5G503CB02
5G503GB08
(57)【要約】
【課題】発熱を効果的に抑制することができる受電回路を得る。
【解決手段】本開示の一実施の形態に係る受電回路は、給電アンテナから磁界共鳴方式により供給された交流電力を受電可能な受電アンテナと、受電アンテナに接続され、温度により容量値が変化可能な第１のキャパシタを有し、受電アンテナと共振回路を構成するキャパシタ部と、交流電力を直流電力に変換可能な変換回路と、変換回路から前記第１のキャパシタに熱を伝えることが可能な熱伝導部材とを備える。
【選択図】図１
【解決手段】本開示の一実施の形態に係る受電回路は、給電アンテナから磁界共鳴方式により供給された交流電力を受電可能な受電アンテナと、受電アンテナに接続され、温度により容量値が変化可能な第１のキャパシタを有し、受電アンテナと共振回路を構成するキャパシタ部と、交流電力を直流電力に変換可能な変換回路と、変換回路から前記第１のキャパシタに熱を伝えることが可能な熱伝導部材とを備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
給電アンテナから磁界共鳴方式により供給された交流電力を受電可能な受電アンテナと、
前記受電アンテナに接続され、温度により容量値が変化可能な第１のキャパシタを有し、前記受電アンテナと共振回路を構成するキャパシタ部と、
前記交流電力を直流電力に変換可能な変換回路と、
前記変換回路から前記第１のキャパシタに熱を伝えることが可能な熱伝導部材と
を備えた受電回路。
前記受電アンテナに接続され、温度により容量値が変化可能な第１のキャパシタを有し、前記受電アンテナと共振回路を構成するキャパシタ部と、
前記交流電力を直流電力に変換可能な変換回路と、
前記変換回路から前記第１のキャパシタに熱を伝えることが可能な熱伝導部材と
を備えた受電回路。
【請求項2】
前記変換回路は、発熱体を有し、
前記熱伝導部材は、前記発熱体および前記第１のキャパシタを熱的に接続可能であり、
前記発熱体は、前記変換回路を構成する部品のうちの最も発熱し得る部品である
請求項１に記載の受電回路。
前記熱伝導部材は、前記発熱体および前記第１のキャパシタを熱的に接続可能であり、
前記発熱体は、前記変換回路を構成する部品のうちの最も発熱し得る部品である
請求項１に記載の受電回路。
【請求項3】
前記変換回路は、
前記受電アンテナから供給された前記交流電力を整流可能な整流回路と、
前記整流回路の出力信号に基づいて前記直流電力を生成可能なレギュレータと
を有し、
前記発熱体は、前記整流回路または前記レギュレータを含む
請求項２に記載の受電回路。
前記受電アンテナから供給された前記交流電力を整流可能な整流回路と、
前記整流回路の出力信号に基づいて前記直流電力を生成可能なレギュレータと
を有し、
前記発熱体は、前記整流回路または前記レギュレータを含む
請求項２に記載の受電回路。
【請求項4】
前記熱伝導部材は、前記発熱体および前記第１のキャパシタを覆う、熱伝導性を有する樹脂部材である
請求項２に記載の受電回路。
請求項２に記載の受電回路。
【請求項5】
前記発熱体および前記第１のキャパシタは、互いに隣り合う位置に設けられた
請求項２に記載の受電回路。
請求項２に記載の受電回路。
【請求項6】
前記熱伝導部材は、前記変換回路および前記第１のキャパシタを覆う、熱伝導性を有する樹脂部材である
請求項１に記載の受電回路。
請求項１に記載の受電回路。
【請求項7】
前記変換回路および前記第１のキャパシタは、互いに隣り合う位置に設けられた
請求項１に記載の受電回路。
請求項１に記載の受電回路。
【請求項8】
前記第１のキャパシタの容量値は、温度が所定の温度以上になると低下する
請求項１に記載の受電回路。
請求項１に記載の受電回路。
【請求項9】
前記キャパシタ部は、前記第１のキャパシタの容量値の温度特性とは異なる容量値の温度特性を有する第２のキャパシタをさらに有し、
前記第１のキャパシタおよび前記第２のキャパシタは、互いに直列または並列に接続された
請求項１に記載の受電回路。
前記第１のキャパシタおよび前記第２のキャパシタは、互いに直列または並列に接続された
請求項１に記載の受電回路。
【請求項10】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の受電回路と、
蓄電池と、
前記受電回路の前記変換回路から供給された前記直流電力に基づいて、前記蓄電池を充電可能な充電回路と
を備えた電池パック。
蓄電池と、
前記受電回路の前記変換回路から供給された前記直流電力に基づいて、前記蓄電池を充電可能な充電回路と
を備えた電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ワイヤレスにより供給された電力を受け取る受電回路、およびそのような受電回路を備えた電池パックに関する。
【背景技術】
【0002】
給電システムには、ワイヤレスで電力を供給できるものがある。例えば、特許文献１には、給電装置および受電装置を備えたワイヤレス給電システムが開示されている。このシステムでは、受電装置は、給電装置に対して、送信すべき電力を指示する情報を送信する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１４－８２８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
電子機器では、一般に発熱を抑制することが望まれており、受電回路においても、発熱を効果的に抑制することが期待されている。
【0005】
発熱を効果的に抑制することができる受電回路および電池パックを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一実施の形態における受電回路は、受電アンテナと、キャパシタ部と、変換回路と、熱伝導部材とを備える。受電アンテナは、給電アンテナから磁界共鳴方式により供給された交流電力を受電可能なものである。キャパシタ部は、受電アンテナに接続され、温度により容量値が変化可能な第１のキャパシタを有し、受電アンテナと共振回路を構成するものである。変換回路は、交流電力を直流電力に変換可能なものである。熱伝導部材は、変換回路から前記第１のキャパシタに熱を伝えることが可能なものである。
【0007】
本開示の一実施の形態における電池パックは、上記受電回路と、蓄電池と、充電回路とを備える。充電回路は、受電回路の変換回路から供給された直流電力に基づいて、蓄電池を充電可能なものである。
【0008】
本開示の一実施の形態における受電回路および電池パックによれば、発熱を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0011】
＜実施の形態＞
［構成例］
図１は、一実施の形態に係る受電回路を備えた給電システム１の一構成例を表すものである。給電システム１は、磁界共鳴方式の給電システムであり、蓄電池に対してワイヤレスで電力を供給し、その蓄電池を充電するように構成される。給電システム１は、給電装置１０と、電池パック２０とを備えている。
［構成例］
図１は、一実施の形態に係る受電回路を備えた給電システム１の一構成例を表すものである。給電システム１は、磁界共鳴方式の給電システムであり、蓄電池に対してワイヤレスで電力を供給し、その蓄電池を充電するように構成される。給電システム１は、給電装置１０と、電池パック２０とを備えている。
【0012】
給電装置１０は、直流電源ＰＤＣから供給された電力に基づいて交流電力を生成し、生成した交流電力を電池パック２０に供給するように構成される。給電装置１０は、給電回路１１と、キャパシタ１２と、給電アンテナ１３とを有している。
【0013】
給電回路１１は、直流電源ＰＤＣから供給された電力に基づいて交流電力を生成するように構成される。この交流電力の周波数は、所定の周波数ｆsigに設定される。この周波数ｆsigの値は、給電装置１０における共振回路１４（後述）の共振周波数ｆ０Ｔ、および後述する電池パック２０における共振回路２３（後述）の共振周波数ｆ０Ｒと同じ値に設定される。給電回路１１は、生成した交流電力を、出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２の端子間の電力として出力するようになっている。
【0014】
キャパシタ１２の一端は給電回路１１の出力端子ＯＵＴ１に接続され、他端は給電アンテナ１３の一端に接続される。キャパシタ１２は、給電アンテナ１３とともに、共振回路１４を構成する。この共振回路１４の共振周波数ｆ０Ｔの値は、給電回路１１が生成する交流電力の周波数ｆsig、および電池パック２０における共振回路２３（後述）の共振周波数ｆ０Ｒと同じ値に設定される。
【0015】
給電アンテナ１３は、供給された電力に基づいて電磁界を生成するように構成される。給電アンテナ１３の一端はキャパシタ１２の他端に接続され、他端は給電回路１１の出力端子ＯＵＴ２に接続される。給電アンテナ１３は、キャパシタ１２とともに、共振回路１４を構成する。
【0016】
電池パック２０は、給電装置１０からワイヤレスで供給された交流電力に基づいて直流電力を生成し、この直流電力に基づいて充電動作を行うように構成される。電池パック２０は、受電アンテナ２１と、キャパシタ２２と、変換回路２４と、充電回路２５と、保護回路２６と、蓄電池２７と、端子ＶＯＵＴ，ＧＮＤとを有している。
【0017】
受電アンテナ２１は、給電アンテナ１３が生成した電磁界に基づいて交流電力を生成するように構成される。受電アンテナ２１の一端はキャパシタ２２の一端および変換回路２４の入力端子ＩＮ１に接続され、他端はキャパシタ２２の他端および変換回路２４の入力端子ＩＮ２に接続される。受電アンテナ２１は、キャパシタ２２とともに、共振回路２３を構成する。この共振回路２３の共振周波数ｆ０Ｒの値は、給電回路１１が生成する交流電力の周波数ｆsig、および共振回路１４の共振周波数ｆ０Ｔと同じ値に設定される。
【0018】
キャパシタ２２の一端は受電アンテナ２１の一端および変換回路２４の入力端子ＩＮ１に接続され、他端は受電アンテナ２１の他端および変換回路２４の入力端子ＩＮ２に接続される。キャパシタ２２は、受電アンテナ２１とともに、共振回路２３を構成する。
【0019】
この構成により、給電システム１では、磁界共鳴方式により、給電装置１０から電池パック２０に対して、ワイヤレスで電力を供給することができるようになっている。
【0020】
図２は、共振回路における共振周波数特性の一例を表すものである。共振周波数ｆ０は、図２に示したように、インダクタンスＬおよびキャパシタンスＣにより定まる。具体的には、共振回路１４の共振周波数ｆ０Ｔは、例えば、給電アンテナ１３のインダクタンスＬおよびキャパシタ１２のキャパシタンスＣにより定まる。なお、この共振周波数ｆ０Ｔは、実際には、給電アンテナ１３と受電アンテナ２１との相互インダクタンスＭなどにより変化し得る。同様に、共振回路２３の共振周波数ｆ０Ｒは、例えば、受電アンテナ２１のインダクタンスＬおよびキャパシタ２２のキャパシタンスＣにより定まる。なお、この共振周波数ｆ０Ｒは、実際には、給電アンテナ１３と受電アンテナ２１との相互インダクタンスＭなどにより変化し得る。共振回路では、共振周波数ｆｏにおいて共振し、交流電力の振幅が大きくなる。
【0021】
図３は、磁界共鳴方式のワイヤレス給電の一例を表すものである。給電装置１０は、交流電力である給電電力ＰＴを電池パック２０に対して供給する。給電電力ＰＴの周波数ｆＴおよび共振回路１４の共振周波数ｆ０Ｔは、互いに一致するように設定される。電池パック２０は、給電装置１０から供給された交流電力を受電電力ＰＲとして受け取る。この受電電力ＰＲの周波数ｆＲは、給電電力ＰＴの周波数ｆＴと同じであり、共振回路２３の共振周波数ｆ０Ｒと一致するように設定される。
【0022】
このように、磁界共鳴方式のワイヤレス給電では、給電回路１１が生成する交流電力の周波数ｆsig、共振回路１４の共振周波数ｆ０Ｔ、および共振回路２３の共振周波数ｆ０Ｒを互いに一致させることにより、効率的にワイヤレス給電を行うことができるようになっている。
【0023】
この給電システム１では、電池パック２０におけるキャパシタ２２は、温度に応じてキャパシタンスＣが変化するように構成される。
【0024】
図４は、キャパシタ２２におけるキャパシタンスＣの温度特性の一例を表すものである。キャパシタ２２におけるキャパシタンスＣは、温度に応じて変化する。この例では、室温付近で傾斜がほぼゼロであり、温度が室温から高くなると、キャパシタンスＣは温度に応じて低下する。このような温度特性には、Ｂ特性とも呼ばれる特性がある。後述するように、このキャパシタ２２は、変換回路２４と熱的に接続される。よって、例えば、変換回路２４が発熱すると、変換回路２４において生じた熱がキャパシタ２２に伝わり、キャパシタ２２におけるキャパシタンスＣは、この例では低下するようになっている。
【0025】
キャパシタ２２は、１つのキャパシタを用いて構成してもよいし、複数のキャパシタを用いて構成してもよい。
【0026】
図５は、２つのキャパシタ２２Ａ，２２Ｂを用いてキャパシタ２２を構成する場合の例を表すものであり、（Ａ）は２つのキャパシタ２２Ａ，２２Ｂを並列接続する場合を示し、（Ｂ）は２つのキャパシタ２２Ａ，２２Ｂを直列接続する場合示す。
【0027】
２つのキャパシタ２２Ａ，２２Ｂを並列接続した場合（図５（Ａ））には、キャパシタ２２のキャパシタンスＣは、２つのキャパシタ２２Ａ，２２ＢのキャパシタンスＣＡ，ＣＢを用いて、以下の式を用いて表される。
Ｃ ＝ ＣＡ＋ＣＢ
また、２つのキャパシタ２２Ａ，２２Ｂを直列接続した場合（図５（Ｂ））には、キャパシタ２２のキャパシタンスＣは、２つのキャパシタ２２Ａ，２２ＢのキャパシタンスＣＡ，ＣＢを用いて、以下の式を用いて表される。
Ｃ ＝ ＣＡ・ＣＢ／（ＣＡ＋ＣＢ）
Ｃ ＝ ＣＡ＋ＣＢ
また、２つのキャパシタ２２Ａ，２２Ｂを直列接続した場合（図５（Ｂ））には、キャパシタ２２のキャパシタンスＣは、２つのキャパシタ２２Ａ，２２ＢのキャパシタンスＣＡ，ＣＢを用いて、以下の式を用いて表される。
Ｃ ＝ ＣＡ・ＣＢ／（ＣＡ＋ＣＢ）
【0028】
キャパシタには、様々な温度特性を有するものがある。よって、互いに異なる温度特性を有する２つのキャパシタ２２Ａ，２２Ｂを用いて、キャパシタ２２を構成することができる。
【0029】
図６は、キャパシタの温度特性の例を表すものであり、（Ａ）はいわゆるＢ特性を示し、（Ｂ）はいわゆるＣＨ特性を示し、（Ｃ）はいわゆるＳＬ特性を示す。例えばＢ特性（図６（Ａ））では、室温付近で傾斜がほぼゼロであり、温度が室温から高くなると、キャパシタンスは温度に応じて低下する。例えばＣＨ特性（図６（Ｂ））では、幅広い温度範囲において、キャパシタンスはほぼ一定に保たれる。例えばＳＬ特性（図６（Ｃ））では、温度が高くなるにつれて、キャパシタンスはほぼ１次関数的に低下する。
【0030】
互いに異なる温度特性を有する２つのキャパシタ２２Ａ，２２Ｂを用いることにより、これらの２つのキャパシタ２２Ａ，２２Ｂのそれぞれの温度特性が混ざり合った温度特性を有するキャパシタ２２を実現することができる。その結果、キャパシタ２２の温度特性の設定自由度を高めることができる。なお、この例では、２つのキャパシタ２２Ａ，２２Ｂを接続したが、これに限定されるものではなく、３つ以上のキャパシタを接続してもよい。また、直列接続や並列接続に限定されるものではなく、例えばより多くのキャパシタを用いて、直列接続および並列接続を組み合わせたより複雑な接続を行ってもよい。これにより、例えば、キャパシタ２２の温度特性の設定自由度をさらに高めることができる。
【0031】
変換回路２４（図１）は、受電アンテナ２１が生成した交流電力を直流電力に変換するように構成される。
【0032】
図７は、変換回路２４の一構成例を表すものである。変換回路２４は、整流回路３１と、レギュレータ３２とを有している。
【0033】
整流回路３１は、受電アンテナ２１が生成した交流電力に基づいて整流動作を行うように構成される。整流回路３１は、ダイオードＤ１～Ｄ４を有している。ダイオードＤ１のアノードは変換回路２４の入力端子ＩＮ１に接続され、カソードはノードＮ１に接続される。ダイオードＤ２のアノードは変換回路２４の入力端子ＩＮ２に接続され、カソードはノードＮ１に接続される。ダイオードＤ３のアノードは基準電圧線ＬＧに導かれたノードＮ２に接続され、カソードは入力端子ＩＮ１に接続される。ダイオードＤ４のアノードはノードＮ２に接続され、カソードは入力端子ＩＮ１に接続される。ダイオードＤ１～Ｄ４は、全波整流を行うブリッジダイオードを構成する。この構成により、整流回路３１は、整流された電圧をノードＮ１およびノードＮ２のノード間の電圧として出力するようになっている。
【0034】
レギュレータ３２は、整流回路３１により整流された電力に基づいて直流電力を生成するように構成される。レギュレータ３２は、ノードＮ１およびノードＮ２のノード間の電圧に基づいて動作する。レギュレータ３２は、例えば、ＬＤＯ（Low Dropout）リニアレギュレータを用いることができる。
【0035】
この構成により、変換回路２４は、受電アンテナ２１が生成した交流電力を直流電力に変換するようになっている。
【0036】
充電回路２５（図１）は、変換回路２４から供給された直流電力に基づいて、蓄電池２７を充電する充電動作を行うように構成される。
【0037】
図８は、充電回路２５による充電動作の一動作例を表すものであり、（Ａ）は蓄電池２７における陽極および陰極の間の電圧（充電電圧Ｖ）の波形を示し、（Ｂ）は蓄電池２７における陽極から陰極に流れる電流（充電電流Ｉ）の波形を示す。
【0038】
蓄電池２７を充電する際、充電回路２５は、まず、タイミングｔ０～ｔ１の期間においてＣＣ（Constant Current）充電動作ＯＰ１を行う。ＣＣ充電動作ＯＰ１では、充電回路２５は、充電電流Ｉが一定になるように制御しつつ、蓄電池２７を充電する。蓄電池２７への充電が進むにつれて、充電電圧Ｖが徐々に増加していく。そして、例えば充電電圧Ｖが所定の電圧レベルに到達したタイミングｔ１において、充電回路２５はＣＶ（Constant Voltage）充電動作ＯＰ２を行う。このＣＶ充電動作ＯＰ２では、充電回路２５は、充電電圧Ｖが一定になるように制御しつつ、蓄電池２７を充電する。蓄電池２７への充電が進むにつれて、充電電流Ｉは低下していく。そして、この例では、タイミングｔ２において、充電回路２５は、蓄電池２７への充電を終了する。
【0039】
このようにして、充電回路２５は、ＣＣ充電動作ＯＰ１およびＣＶ充電動作ＯＰ２をこの順に行うことにより、蓄電池２７を充電するようになっている。
【0040】
保護回路２６は、蓄電池２７における陽極および陰極の間の電圧や、蓄電池２７に流れる電流を監視することにより、蓄電池２７を保護する保護動作を行うように構成される。具体的には、保護回路２６は、蓄電池２７を監視することにより、例えば、蓄電池２７の動作状態が過充電状態や過放電状態にならないように、蓄電池２７を保護する。また、保護回路２６は、保護回路２６内に流れる電流を監視することにより、例えば、蓄電池２７に過電流が流れないように、蓄電池２７を保護するようになっている。
【0041】
蓄電池２７は、電力を蓄えるように構成される。この例では、蓄電池２７は、コイン型のリチウムイオン二次電池である。蓄電池２７は、この例では、１つの蓄電池セルにより構成される。蓄電池２７の陽極は、充電回路２５に接続されるとともに端子ＶＯＵＴに接続され、陰極は保護回路２６を介して基準電圧線ＬＧに接続される。
【0042】
端子ＶＯＵＴ，ＧＮＤは、電池パック２０に蓄えられた電力を図示しない負荷回路に供給する出力端子である。端子ＶＯＵＴは蓄電池２７の陽極に接続される。端子ＧＮＤは基準電圧線ＬＧに接続される。
【0043】
図９Ａ，９Ｂは、電池パック２０の外観構成の一例を表すものである。この例では、電池パック２０は、電池パック２０における様々な素子が実装されたフレキシブル基板１００（ＦＰＣ：Flexible printed circuits）を用いて、コイン型の蓄電池２７を包むことにより構成される。この例では、変換回路２４は、１つの半導体チップで構成され、パッケージングされている。また、この例では、キャパシタ２２は、６つのチップキャパシタにより構成される。この変換回路２４および６つのチップキャパシタは、隣り合う位置に設けられている。そして、この変換回路２４および６つのチップキャパシタは、接着剤２９により覆われている。この接着剤２９は、熱伝導性を有する樹脂により構成される。これにより、変換回路２４は、キャパシタ２２における６つのチップキャパシタと熱的に接続される。その結果、電池パック２０では、変換回路２４により生じた熱が、６つのチップキャパシタに対して、より効率的に伝わるようになっている。
【0044】
この構成により、電池パック２０では、給電装置１０から供給された電力に基づいて、蓄電池２７が充電される。蓄電池２７は、まずＣＣ充電動作ＯＰ１により充電され、その後にＣＶ充電動作ＯＰ２により充電される。ＣＶ充電動作ＯＰ２では、充電電流Ｉが少なくなるので、充電電圧Ｖおよび充電電流Ｉの積である充電電力は低下する。このように、電池パック２０では、充電電力が低下するので、給電装置１０から供給された電力と、充電電力とのバランスがとれなくなり、変換回路２４における消費電力が増加し、変換回路２４が発熱する。変換回路２４により生じた熱は、キャパシタ２２に効率的に伝わり、キャパシタ２２におけるキャパシタンスＣは、温度の上昇により低下し、共振回路２３の共振周波数ｆ０Ｒが上昇する。これにより、この共振周波数ｆ０Ｒの値は、給電回路１１が生成する交流電力の周波数ｆsigや共振回路１４の共振周波数ｆ０Ｔの値からずれる。その結果、給電システム１では、給電装置１０から電池パック２０への給電効率が低下し、電池パック２０が給電装置１０から受け取る電力を低減することができるので、電池パック２０における発熱を効果的に抑制することができるようになっている。
【0045】
ここで、受電アンテナ２１は、本開示の一実施の形態における「受電アンテナ」の一具体例に対応する。キャパシタ２２は、本開示の一実施の形態における「キャパシタ部」の一具体例に対応する。変換回路２４は、本開示の一実施の形態における「変換回路」の一具体例に対応する。接着剤２９は、本開示の一実施の形態における「熱伝導部材」の一具体例に対応する。
【0046】
［動作および作用］
続いて、本実施の形態の給電システム１の動作および作用について説明する。
続いて、本実施の形態の給電システム１の動作および作用について説明する。
【0047】
（全体動作概要）
まず、図１を参照して、給電システム１の全体動作概要を説明する。給電装置１０の給電回路１１は、直流電源ＰＤＣから供給された電力に基づいて交流電力を生成する。共振回路１４は、交流電力を共振周波数ｆ０Ｔで共振させる。給電アンテナ１３は、供給された電力に基づいて電磁界を生成する。電池パック２０の受電アンテナ２１は、給電アンテナ１３が生成した電磁界に基づいて交流電力を生成する。共振回路２３は、この交流電力を共振周波数ｆ０Ｒで共振させる。変換回路２４は、受電アンテナ２１が生成した交流電力を直流電力に変換する。充電回路２５は、変換回路２４から供給された直流電力に基づいて、蓄電池２７を充電する充電動作を行う。保護回路２６は、蓄電池２７における陽極および陰極の間の電圧や、蓄電池２７に流れる電流を監視することにより、蓄電池２７を保護する保護動作を行う。蓄電池２７は、電力を蓄える。
まず、図１を参照して、給電システム１の全体動作概要を説明する。給電装置１０の給電回路１１は、直流電源ＰＤＣから供給された電力に基づいて交流電力を生成する。共振回路１４は、交流電力を共振周波数ｆ０Ｔで共振させる。給電アンテナ１３は、供給された電力に基づいて電磁界を生成する。電池パック２０の受電アンテナ２１は、給電アンテナ１３が生成した電磁界に基づいて交流電力を生成する。共振回路２３は、この交流電力を共振周波数ｆ０Ｒで共振させる。変換回路２４は、受電アンテナ２１が生成した交流電力を直流電力に変換する。充電回路２５は、変換回路２４から供給された直流電力に基づいて、蓄電池２７を充電する充電動作を行う。保護回路２６は、蓄電池２７における陽極および陰極の間の電圧や、蓄電池２７に流れる電流を監視することにより、蓄電池２７を保護する保護動作を行う。蓄電池２７は、電力を蓄える。
【0048】
（詳細動作）
電池パック２０では、充電回路２５は、図８に示したように、まずＣＣ充電動作ＯＰ１を行い、その後にＣＶ充電動作ＯＰ２を行う。ＣＶ充電動作ＯＰ２では、充電電流Ｉが少なくなるので、充電電圧Ｖおよび充電電流Ｉの積である充電電力は低下する。このように、電池パック２０では、充電電力が低下するので、給電装置１０から供給された電力と、充電電力とのバランスがとれなくなり、変換回路２４における消費電力が増加し、変換回路２４が発熱する。
電池パック２０では、充電回路２５は、図８に示したように、まずＣＣ充電動作ＯＰ１を行い、その後にＣＶ充電動作ＯＰ２を行う。ＣＶ充電動作ＯＰ２では、充電電流Ｉが少なくなるので、充電電圧Ｖおよび充電電流Ｉの積である充電電力は低下する。このように、電池パック２０では、充電電力が低下するので、給電装置１０から供給された電力と、充電電力とのバランスがとれなくなり、変換回路２４における消費電力が増加し、変換回路２４が発熱する。
【0049】
電池パック２０では、変換回路２４およびキャパシタ２２は、熱伝導性を有する接着剤２９により、熱的に接続される。よって、変換回路２４により生じた熱は、キャパシタ２２に対して、より効率的に伝わる。これにより、キャパシタ２２の温度は上昇する。
【0050】
キャパシタ２２のキャパシタンスＣは、図４に示したように、温度が室温から高くなると、温度に応じて低下する。キャパシタ２２におけるキャパシタンスＣが低下すると、共振回路２３の共振周波数ｆ０Ｒは上昇する。
【0051】
図１０は、受電電力ＰＲを模式的に表すものであり、（Ａ）は共振回路２３における共振周波数特性を示し、（Ｂ）は受電電力ＰＲの波形を示す。上述したように、キャパシタ２２のキャパシタンスＣが低下すると、共振回路２３の共振周波数ｆ０Ｒは上昇する。受電電力ＰＲの周波数ｆＲは、給電装置１０の給電電力ＰＴの周波数ｆＴと同じであり変化しない。よって、図１０（Ａ）に示したように、共振回路２３の共振周波数ｆ０Ｒがずれた分だけ、受電電力ＰＲが小さくなる。具体的には、図１０（Ｂ）に示したように、受電電力ＰＲの振幅が小さくなる。
【0052】
このように受電電力ＰＲが小さくなると、電池パック２０において、給電装置１０から供給された電力と、充電電力とのバランスが改善し、変換回路２４における消費電力が減少し、変換回路２４における発熱量が低下する。このようにして、電池パック２０では、発熱を効果的に抑制することができる。
【0053】
このように、電池パック２０では、給電アンテナ１３から磁界共鳴方式により供給された交流電力を受電可能な受電アンテナ２１と、受電アンテナ２１に接続され、温度により容量値が変化可能であり、受電アンテナ２１と共振回路を構成するキャパシタ２２と、交流電力を直流電力に変換可能な変換回路２４と、変換回路２４からキャパシタ２２に熱を伝えることが可能な接着剤２９とを備えるようにした。これにより、電池パック２０では、変換回路２４が発熱した場合に、変換回路２４により生じた熱が、キャパシタ２２に効率的に伝わり、キャパシタ２２を含む共振回路２３の共振周波数ｆ０Ｒが変化し、給電装置１０から電池パック２０への給電効率が低下する。その結果、電池パック２０では、発熱を効果的に抑制することができる。
【0054】
すなわち、例えば、特許文献１に記載の技術のように、給電装置から供給された電力が過剰である場合には、受電装置は、給電装置に対して電力を低減するように指示する。この場合には、回路構成が複雑になり、また、動作も複雑になる。一方、本実施の形態に係る電池パック２０では、温度特性を有するキャパシタ２２と変換回路２４とを熱的に接続するだけで済むので、回路構成や動作をシンプルにすることができる。その結果、電池パック２０では、シンプルな回路構成および動作で、発熱を効果的に抑制することができる。
【0055】
電池パック２０では、熱伝導性を有する樹脂部材である接着剤２９が、変換回路２４およびキャパシタ２２を覆うようにしたので、変換回路２４により生じた熱を、キャパシタ２２に効率的に伝えることができる。特に、接着剤２９を用いることにより、例えばヒートパイプなどを用いる場合に比べて部材を少なくすることができ、より容易に、変換回路２４およびキャパシタ２２を熱的に結合することができる。これにより、変換回路２４における温度に対する感度を高めることができ、温度に基づいて、キャパシタ２２のキャパシタンスＣを高い感度で変化させることができる。その結果、電池パック２０では、発熱を効果的に抑制することができる。
【0056】
電池パック２０では、図９Ａ，９Ｂに示したように、変換回路２４およびキャパシタ２２を、互いに隣り合う位置に設けるようにした。これにより、これにより、変換回路２４における温度に対する感度を高めることができ、温度に基づいて、キャパシタ２２のキャパシタンスＣを高い感度で変化させることができる。その結果、電池パック２０では、発熱を効果的に抑制することができる。
【0057】
［効果］
以上のように本実施の形態では、給電アンテナから磁界共鳴方式により供給された交流電力を受電可能な受電アンテナと、受電アンテナに接続され、温度により容量値が変化可能であり、受電アンテナと共振回路を構成するキャパシタと、交流電力を直流電力に変換可能な変換回路と、変換回路からキャパシタに熱を伝えることが可能な接着剤とを備えるようにしたので、発熱を効果的に抑制することができる。
以上のように本実施の形態では、給電アンテナから磁界共鳴方式により供給された交流電力を受電可能な受電アンテナと、受電アンテナに接続され、温度により容量値が変化可能であり、受電アンテナと共振回路を構成するキャパシタと、交流電力を直流電力に変換可能な変換回路と、変換回路からキャパシタに熱を伝えることが可能な接着剤とを備えるようにしたので、発熱を効果的に抑制することができる。
【0058】
本実施の形態では、熱伝導性を有する樹脂部材である接着剤が、変換回路およびキャパシタを覆うようにしたので、発熱を効果的に抑制することができる。
【0059】
本実施の形態では、変換回路およびキャパシタを、互いに隣り合う位置に設けるようにしたので、発熱を効果的に抑制することができる。
【0060】
［変形例１］
上記実施の形態では、図４に示したように、温度が室温から高くなると、キャパシタ２２のキャパシタンスＣは温度に応じて低下するようにしたが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、温度が室温から高くなると、キャパシタ２２のキャパシタンスＣは温度に応じて上昇してもよい。この場合でも、温度が高くなると共振回路２３の共振周波数ｆ０Ｒが共振回路１４の共振周波数ｆ０Ｔからずれて、給電効率が低下するので、電池パック２０における発熱を効果的に抑制することができる。
上記実施の形態では、図４に示したように、温度が室温から高くなると、キャパシタ２２のキャパシタンスＣは温度に応じて低下するようにしたが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、温度が室温から高くなると、キャパシタ２２のキャパシタンスＣは温度に応じて上昇してもよい。この場合でも、温度が高くなると共振回路２３の共振周波数ｆ０Ｒが共振回路１４の共振周波数ｆ０Ｔからずれて、給電効率が低下するので、電池パック２０における発熱を効果的に抑制することができる。
【0061】
［変形例２］
上記実施の形態では、本技術をコイン型の二次電池に適用したが、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば、本技術を、より大きな二次電池に適用してもよい。この場合、上記実施の形態の場合（図９Ａ，９Ｂ）とは異なり、電池パック２０の各素子の配置の自由度が高くなるが、この場合でも、変換回路２４およびキャパシタ２２を、互いに隣り合う位置に配置することにより、変換回路２４により生じた熱をキャパシタ２２に効率的に伝えることができる。これにより、変換回路２４における温度に対する感度を高めることができ、温度に基づいて、キャパシタ２２のキャパシタンスＣを高い感度で変化させることができる。
上記実施の形態では、本技術をコイン型の二次電池に適用したが、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば、本技術を、より大きな二次電池に適用してもよい。この場合、上記実施の形態の場合（図９Ａ，９Ｂ）とは異なり、電池パック２０の各素子の配置の自由度が高くなるが、この場合でも、変換回路２４およびキャパシタ２２を、互いに隣り合う位置に配置することにより、変換回路２４により生じた熱をキャパシタ２２に効率的に伝えることができる。これにより、変換回路２４における温度に対する感度を高めることができ、温度に基づいて、キャパシタ２２のキャパシタンスＣを高い感度で変化させることができる。
【0062】
［変形例３］
上記実施の形態では、本技術をリチウムイオン二次電池に適用したが、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば、本技術を、ニッケル水素二次電池などに適用してもよい。この場合には、保護回路２６は設けなくてもよい。
上記実施の形態では、本技術をリチウムイオン二次電池に適用したが、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば、本技術を、ニッケル水素二次電池などに適用してもよい。この場合には、保護回路２６は設けなくてもよい。
【0063】
［変形例４］
上記実施の形態では、図９Ａ，９Ｂに示したように、変換回路２４を１つの半導体チップで構成したが、これに限定されるものではない。これに代えて、変換回路２４を個別部品で構成してもよい。この場合には、変換回路２４を構成する部品のうちの最も発熱しやすい部品およびキャパシタ２２を熱的に接続することができる。以下に、本変形例について、いくつか例を挙げて詳細に説明する。
上記実施の形態では、図９Ａ，９Ｂに示したように、変換回路２４を１つの半導体チップで構成したが、これに限定されるものではない。これに代えて、変換回路２４を個別部品で構成してもよい。この場合には、変換回路２４を構成する部品のうちの最も発熱しやすい部品およびキャパシタ２２を熱的に接続することができる。以下に、本変形例について、いくつか例を挙げて詳細に説明する。
【0064】
図１１は、本変形例に係る変換回路２４Ａの一構成例を表すものである。この変換回路２４Ａは、整流回路３１と、レギュレータ３２とを有している。この例では、整流回路３１およびレギュレータ３２のそれぞれは、個別部品である。この例では、レギュレータ３２は、変換回路２４を構成する部品のうちの最も発熱し得る。具体的には、充電回路２５がＣＶ充電動作ＯＰ２を行うことにより変換回路２４が発熱する際、レギュレータ３２が最も発熱し得る。よって、この例では、レギュレータ３２およびキャパシタ２２が、互いに隣り合う位置に設けられ、接着剤２９により覆われる。これにより、レギュレータ３２は、キャパシタ２２と熱的に接続される。その結果、本変形例に係る電池パック２０では、レギュレータ３２により生じた熱がキャパシタ２２に対して効率的に伝わる。
【0065】
図１２は、本変形例に係る他の変換回路２４Ｂの一構成例を表すものである。この変換回路２４Ｂは、整流回路３１と、レギュレータ３２とを有している。整流回路３１およびレギュレータ３２のそれぞれは、個別部品である。この例では、整流回路３１は、変換回路２４を構成する部品のうちの最も発熱し得る。具体的には、充電回路２５がＣＶ充電動作ＯＰ２を行うことにより変換回路２４が発熱する際、整流回路３１の温度が最も発熱し得る。よって、この例では、整流回路３１およびキャパシタ２２が、互いに隣り合う位置に設けられ、接着剤２９により覆われる。これにより、整流回路３１は、キャパシタ２２と熱的に接続される。その結果、本変形例に係る電池パック２０では、整流回路３１により生じた熱がキャパシタ２２に対して効率的に伝わる。
【0066】
最も発熱し得る部品は、実際に、各部品の温度を測定することにより確認することができる。具体的には、例えば、給電装置１０が電池パック２０に対して電力を供給している期間には、電池パック２０のうちの、例えば整流回路３１の温度およびレギュレータ３２の温度は変化する。充電回路２５は、図８に示したように、ＣＣ充電動作ＯＰ１およびＣＶ充電動作ＯＰ２を行うので、蓄電池２７への充電が進むにつれて、整流回路３１の温度およびレギュレータ３２の温度は変化する。例えば、充電回路２５がＣＶ充電動作ＯＰ２を行う期間において、部品の温度が最も高くなり得る。このような一連の給電動作において、例えば、温度が最も高くなる部品が、最も発熱し得る部品である。
【0067】
［変形例５］
上記実施の形態では、整流回路３１およびレギュレータ３２を用いて変換回路２４を構成したが、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば、整流回路３１およびＤＣ／ＤＣコンバータを用いて変換回路を構成してもよいし、ＡＣ／ＤＣコンバータを用いて変換回路を構成してもよい。
上記実施の形態では、整流回路３１およびレギュレータ３２を用いて変換回路２４を構成したが、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば、整流回路３１およびＤＣ／ＤＣコンバータを用いて変換回路を構成してもよいし、ＡＣ／ＤＣコンバータを用いて変換回路を構成してもよい。
【0068】
［変形例６］
上記実施の形態では、熱伝導性を有する樹脂により構成された接着剤２９を用いて、変換回路２４およびキャパシタ２２を熱的に接続したが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、ヒートパイプを用いて、変換回路２４およびキャパシタ２２を熱的に接続してもよい。
上記実施の形態では、熱伝導性を有する樹脂により構成された接着剤２９を用いて、変換回路２４およびキャパシタ２２を熱的に接続したが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、ヒートパイプを用いて、変換回路２４およびキャパシタ２２を熱的に接続してもよい。
【0069】
［その他の変形例］
また、これらの変形例のうちの２以上を組み合わせてもよい。
また、これらの変形例のうちの２以上を組み合わせてもよい。
【0070】
以上、実施の形態を挙げて本技術を説明したが、本技術はこれらの実施の形態等には限定されず、種々の変形が可能である。
【0071】
例えば、上記の実施の形態等では、図１に示した回路構成を有する共振回路１４，２３を用いたが、これに限定されるものではなく、共振回路であれば、どのような回路構成であってもよい。
【0072】
本明細書中に記載された効果はあくまで例示であり、本開示の効果は、本明細書中に記載された効果に限定されない。よって、本開示に関して、他の効果が得られてもよい。
【0073】
さらに、本開示は、以下の態様を取り得る。
＜１＞
給電アンテナから磁界共鳴方式により供給された交流電力を受電可能な受電アンテナと、
前記受電アンテナに接続され、温度により容量値が変化可能な第１のキャパシタを有し、前記受電アンテナと共振回路を構成するキャパシタ部と、
前記交流電力を直流電力に変換可能な変換回路と、
前記変換回路から前記第１のキャパシタに熱を伝えることが可能な熱伝導部材と
を備えた受電回路。
＜２＞
前記変換回路は、発熱体を有し、
前記熱伝導部材は、前記発熱体および前記第１のキャパシタを熱的に接続可能であり、
前記発熱体は、前記変換回路を構成する部品のうちの最も発熱し得る部品である
＜１＞記載の受電回路。
＜３＞
前記変換回路は、
前記受電アンテナから供給された前記交流電力を整流可能な整流回路と、
前記整流回路の出力信号に基づいて前記直流電力を生成可能なレギュレータと
を有し、
前記発熱体は、前記整流回路または前記レギュレータを含む
＜２＞記載の受電回路。
＜４＞
前記熱伝導部材は、前記発熱体および前記第１のキャパシタを覆う、熱伝導性を有する樹脂部材である
＜２＞または＜３＞記載の受電回路。
＜５＞
前記発熱体および前記第１のキャパシタは、互いに隣り合う位置に設けられた
＜２＞から＜４＞のいずれか１つに記載の受電回路。
＜６＞
前記熱伝導部材は、前記変換回路および前記第１のキャパシタを覆う、熱伝導性を有する樹脂部材である
＜１＞記載の受電回路。
＜７＞
前記変換回路および前記第１のキャパシタは、互いに隣り合う位置に設けられた
＜１＞または＜２＞記載の受電回路。
＜８＞
前記第１のキャパシタの容量値は、温度が所定の温度以上になると低下する
＜１＞から＜７＞のいずれか１つに記載の受電回路。
＜９＞
前記キャパシタ部は、前記第１のキャパシタの容量値の温度特性とは異なる容量値の温度特性を有する第２のキャパシタをさらに有し、
前記第１のキャパシタおよび前記第２のキャパシタは、互いに直列または並列に接続された
＜１＞から＜８＞のいずれか１つに記載の受電回路。
＜１０＞
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の受電回路と、
蓄電池と、
前記受電回路の前記変換回路から供給された前記直流電力に基づいて、前記蓄電池を充電可能な充電回路と
を備えた電池パック。
＜１＞
給電アンテナから磁界共鳴方式により供給された交流電力を受電可能な受電アンテナと、
前記受電アンテナに接続され、温度により容量値が変化可能な第１のキャパシタを有し、前記受電アンテナと共振回路を構成するキャパシタ部と、
前記交流電力を直流電力に変換可能な変換回路と、
前記変換回路から前記第１のキャパシタに熱を伝えることが可能な熱伝導部材と
を備えた受電回路。
＜２＞
前記変換回路は、発熱体を有し、
前記熱伝導部材は、前記発熱体および前記第１のキャパシタを熱的に接続可能であり、
前記発熱体は、前記変換回路を構成する部品のうちの最も発熱し得る部品である
＜１＞記載の受電回路。
＜３＞
前記変換回路は、
前記受電アンテナから供給された前記交流電力を整流可能な整流回路と、
前記整流回路の出力信号に基づいて前記直流電力を生成可能なレギュレータと
を有し、
前記発熱体は、前記整流回路または前記レギュレータを含む
＜２＞記載の受電回路。
＜４＞
前記熱伝導部材は、前記発熱体および前記第１のキャパシタを覆う、熱伝導性を有する樹脂部材である
＜２＞または＜３＞記載の受電回路。
＜５＞
前記発熱体および前記第１のキャパシタは、互いに隣り合う位置に設けられた
＜２＞から＜４＞のいずれか１つに記載の受電回路。
＜６＞
前記熱伝導部材は、前記変換回路および前記第１のキャパシタを覆う、熱伝導性を有する樹脂部材である
＜１＞記載の受電回路。
＜７＞
前記変換回路および前記第１のキャパシタは、互いに隣り合う位置に設けられた
＜１＞または＜２＞記載の受電回路。
＜８＞
前記第１のキャパシタの容量値は、温度が所定の温度以上になると低下する
＜１＞から＜７＞のいずれか１つに記載の受電回路。
＜９＞
前記キャパシタ部は、前記第１のキャパシタの容量値の温度特性とは異なる容量値の温度特性を有する第２のキャパシタをさらに有し、
前記第１のキャパシタおよび前記第２のキャパシタは、互いに直列または並列に接続された
＜１＞から＜８＞のいずれか１つに記載の受電回路。
＜１０＞
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の受電回路と、
蓄電池と、
前記受電回路の前記変換回路から供給された前記直流電力に基づいて、前記蓄電池を充電可能な充電回路と
を備えた電池パック。
【符号の説明】
【0074】
１…給電システム、１０…給電装置、１１…給電回路、１２…キャパシタ、１３…給電アンテナ、１４…共振回路、２０…電池パック、２１…受電アンテナ、２２…キャパシタ、２３…共振回路、２４，２４Ａ，２４Ｂ…変換回路、２５…充電回路、２６…保護回路、２７…蓄電池、２９…接着剤、３１…整流回路、３２…レギュレータ、１００…フレキシブル基板、Ｉ…充電電流、ＯＰ１…ＣＣ充電動作、ＯＰ２…ＣＶ充電動作、ＰＴ…給電電力、ＰＲ…受電電力、Ｖ…充電電圧。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11】
【図12】