JP2002343448A - 電源装置及び電源装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、電源装置及び電源装置の制御方法
に関し、例えば２次電池を使用したＰＤＡ等の情報端末
機器、移動体通信機器等に適用して、著しく環境温度変
化の激しい屋外等で使用される場合であっても、容量の
変化を緩和することができるようにする。 【解決手段】 ２次電池２の温度を検出し、温度検出結
果に応じて２次電池２の温度を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源装置及び電源
装置の制御方法に関し、例えば２次電池を使用したＰＤ
Ａ（Personal Digital Assistants ）等の情報端末機
器、移動体通信機器等に適用することができる。本発明
は、２次電池の温度を検出し、温度検出結果に応じて２
次電池の温度を制御することにより、著しく環境温度変
化の激しい屋外等で使用される場合であっても、容量の
変化を緩和することができるようにする。

【０００２】

【従来の技術】従来、リチウムイオン２次電池等におい
ては、軽量で、寿命が長く、かつエネルギー密度が高い
ことにより、ノート型パーソナルコンピュータ、各種モ
バイバル機器等に適用して、移動時の電源として使用さ
れるようになされている。なおこのような機器において
は、例えば負荷電流と使用時間の積算により２次電池の
使用量を計算し、この計算結果より２次電池の残量を検
出してユーザーに通知することにより、ユーザーの使い
勝手を向上するようになされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところでこのような２
次電池の使用においては、屋外で使用される場合も考え
られ、このような使用環境においては、地域、季節、天
候で環境が大きく異なり、多大な環境負荷が年、日、時
単位で加わることが考えられる。２次電池における充放
電機構は、化学反応であることから、このような環境の
変化の中でも、低温時における反応速度の低下が著しく
性能に現れる。具体的に、２次電池においては、温度の
低下により内部抵抗が上昇し、充放電可能な容量が著し
く低下することになる。

【０００４】このように充放電可能な容量が著しく低下
すると、残量を正しく検出することが困難になり、２次
電池が満充電になっていないとの検出結果が得られてい
るにもかかわらず、充電することが困難になったりす
る。またこれとは逆に２次電池に残量が残っているとの
検出結果が得られているにもかかわらず、実際には２次
電池を使用することが困難であったり、さらには残量の
検出結果では２次電池を使い切っているにもかかわら
ず、２次電池に使用可能な容量が残っている場合があっ
た。

【０００５】因みに、図５は、温度２５度を基準にし
て、リチウムイオン２次電池の内部抵抗の相対的な変化
を示す特性曲線図である。この特性曲線図によれば、温
度の低下による著しい内部抵抗の増大を確認することが
できる。

【０００６】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、著しく環境温度変化の激しい屋外等で使用される場
合であっても、容量の変化を緩和することができる電源
装置及び電源装置の制御方法を提案しようとするもので
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め請求項１の発明においては、電源装置に適用して、２
次電池の温度を検出して温度検出結果を出力する温度検
出手段と、温度検出結果に応じて、少なくとも充放電
時、２次電池の温度を制御する温度制御手段と、温度制
御手段による温度制御を表示する表示手段とを備えるよ
うにする。

【０００８】また請求項４の発明においては、電源装置
の制御方法に適用して、２次電池の温度を検出して温度
検出結果を出力する温度検出のステップと、温度検出結
果に応じて、少なくとも充放電時、２次電池の温度を制
御する温度制御のステップと、温度検出結果を表示する
表示のステップとを有するようにする。

【０００９】請求項１の構成によれば、電源装置に適用
して、２次電池の温度を検出して温度検出結果を出力す
る温度検出手段と、温度検出結果に応じて、少なくとも
充放電時、２次電池の温度を制御する温度制御手段と、
温度制御手段による温度制御を表示する表示手段とを備
えることにより、ユーザーにおいて確認可能にして、２
次電池の温度を一定温度以上に保持することができ、こ
れにより温度が低下して内部抵抗が増大することによる
容量の変化を緩和することができる。

【００１０】これにより請求項４の構成によれば、著し
く環境温度変化の激しい屋外等で使用される場合であっ
ても、容量の変化を緩和することができる電源装置の制
御方法を提供することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、適宜図面を参照しながら本
発明の実施の形態を詳述する。

【００１２】（１）実施の形態の構成 図１は、本発明の実施の形態に係る電源装置を示すブロ
ック図である。この電源装置１は、情報携帯機器に接続
される電源装置であり、商用電源等の電力により２次電
池ユニット２を充電し、またこの２次電池ユニット２の
電力を所定の機器に出力する。

【００１３】ここで２次電池ユニット２は、１組のリチ
ウムイオン型電池による２次電池４を並列接続して１つ
のブロックが構成され、このブロックが所定個数だけ直
列に接続されて構成される。２次電池ユニット２は、こ
のようにして接続された２次電池４が絶縁テープにより
絶縁された後、所定の抵抗値による抵抗電線が全体に巻
き付けられて各２次電池４を効率良く加熱できるように
ヒータ６が配置されようになされている。またそれぞれ
サーミスター等による温度検出センサー７が配置され、
２次電池４の温度を検出できるようになされている。２
次電池ユニット２は、所定の回路素子を介してそれぞれ
正極及び負極の電極がコネクタ８に接続され、このコネ
クタ８を介して供給される電力により充電され、さらに
は充電した電力を出力できるようになされている。

【００１４】ＦＥＴ９及び１０は、このコネクタ８と２
次電池ユニット２の正極電極との間の充放電経路に配置
され、充放電制御回路１１の制御によりオンオフ動作す
る。これにより電源装置１は、コネクタ８より２次電池
ユニット２に充電用の電力を供給し、またこれとは逆に
２次電池ユニット２の電力をコネクタ８に出力する。

【００１５】充放電制御回路１１は、上位のコントロー
ラからの通知による温度制御回路１５の指示により動作
を開始し、コネクタ８の端子電圧、電圧検出回路１４で
検出される２次電池ユニット２全体の端子電圧に応じ
て、これらＦＥＴ９、１０、の動作を制御し、２次電池
ユニット２の電力をコネクタ８より外部に供給し、また
これとは逆に、コネクタ８より入力される電力により２
次電池ユニット２を充電する。充放電制御回路１１は、
この充電の処理の際に、例えば定電圧、定電流、さらに
はこれらの組み合わせ等の所定の特性により２次電池ユ
ニット２を充電する。また充放電制御回路１１は、これ
ら充放電電流の制御において、後述する電圧検出回路１
４で検出される各種電圧により２次電池の異常を監視
し、２次電池の異常を検出すると、充放電の処理を中止
する。

【００１６】電圧検出回路１４は、２次電池４による各
ブロックの端子電圧、２次電池ユニット２全体の端子電
圧を検出して充放電制御回路１１に出力する。

【００１７】温度検出回路１９は、各２次電池４に配置
された温度検出センサー７により各２次電池４の温度を
検出し、この検出結果を温度制御回路１５に出力する。

【００１８】温度制御回路１５は、この電源装置１の動
作を制御するコントローラであり、コネクタ８を介して
この電源装置１が接続されてなる機器より動作の開始が
指示されると、動作を立ち上げ、各回路ブロックに動作
の開始を指示する。さらにこの処理において、図３に示
す処理手順を実行し、コネクタ８を介してこの機器より
入力される制御信号ＥＮに応じて、ヒータ６を駆動して
２次電池ユニット２の温度を制御する。

【００１９】すなわち温度制御回路１５は、上位の機器
の指示による動作を開始すると、ステップＳＰ１からス
テップＳＰ２に移り、制御信号ＥＮの信号レベルを判定
することにより、この機器より２次電池ユニット２の温
度制御が指示されているか否か判断する。ここで否定結
果が得られると、温度制御回路１５は、ステップＳＰ３
に移り、通常の動作モードにより充放電の処理を実行す
るように、全体の動作を制御する。なおここで通常の動
作モードは、何らヒータ６により２次電池ユニットを加
熱しないで充放電する動作モードである。

【００２０】このようにして動作モードを設定すると、
温度制御回路１５は、ステップＳＰ４に移り、上位の機
器より動作の終了が指示されたか否か判断する。ここで
否定結果が得られると、温度制御回路１５は、ステップ
ＳＰ５に移り、内蔵のタイマーにより制御信号ＥＮの信
号レベルを判定した後、所定時間経過したか否か判断す
る。ここで否定結果が得られると、温度制御回路１５
は、ステップＳＰ４に戻り、これにより所定時間の経過
を待機する。さらに所定時間経過すると、ステップＳＰ
５で肯定結果が得られることにより、ステップＳＰ２に
戻り、改めて制御信号ＥＮの信号レベルを判定する。こ
れにより温度制御回路１５は、一定の時間間隔により上
位の機器より２次電池ユニット２の温度制御が指示され
るか否か監視して充放電の処理を実行するようになされ
ている。

【００２１】これに対してステップＳＰ４で肯定結果が
得られると、温度制御回路１５は、ステップＳＰ６に移
り、この処理手順を終了する。

【００２２】これに対して上位の機器より２次電池ユニ
ット２の温度制御が指示されると、温度制御回路１５に
おいては、ステップＳＰ２で肯定結果が得られ、ステッ
プＳＰ７に移る。ここで温度制御回路１５は、温度検出
回路１９から２次電池４の現在温度Ｔｎｏｗを取得す
る。なお温度制御回路１５は、複数の２次電池４より得
られる温度検出結果の平均値を２次電池４の現在温度Ｔ
ｎｏｗとして取得する。

【００２３】このようにして現在温度Ｔｎｏｗを取得す
ると、温度制御回路１５は、ステップＳＰ８に移り、こ
こで制御データテーブルの記録を参照して、現在温度Ｔ
ｎｏｗが所定の判定基準温度Ｔ０より高いか否か判断す
る。ここでこの判定基準温度Ｔ０は、２次電池ユニット
２における内部抵抗の増大により充放電可能な容量の変
化が外部の機器において無視できなくなると考えられる
温度である。

【００２４】このステップＳＰ８において、肯定結果が
得られると、この場合、２次電池ユニット２が十分に温
まった状態であることにより、温度制御回路１５は、ス
テップＳＰ９に移る。ここで温度制御回路１５は、それ
まで発光ダイオードによる警告灯２０を点灯している場
合には、この警告灯２０の点灯を中止した後、ステップ
ＳＰ３に移る。これにより温度制御回路１５は、２次電
池ユニット２の温度が所定温度以上の場合、何ら２次電
池ユニット２を加熱することなく充放電の処理を実行す
るようになされている。

【００２５】これに対してステップＳＰ８で否定結果が
得られると、温度制御回路１５は、ステップＳＰ１０に
移る。ここで温度制御回路１５は、警告灯２０を点灯し
てユーザーに警告を発する。ここでこの場合、電源装置
１では、２次電池ユニット２の温度が著しく低下してい
る場合であることにより、内部抵抗の増大により充放電
容量が少なくなっている場合である。これにより温度制
御回路１５は、警告灯２０の点灯により、残容量の検出
等に誤差の発生する可能性をユーザーに通知するように
なされている。

【００２６】かくするにつきこのようにして警告灯２０
を点灯すると、温度制御回路１５は、ステップＳＰ１１
に移り、温度データテーブルを参照して、小さな発熱量
により２次電池ユニット２を加熱するようにヒータ６の
動作を制御し、これにより動作モードを加温モードに設
定した後、ステップＳＰ３に移る。

【００２７】これらにより温度制御回路１５は、２次電
池ユニット２の温度変化を緩和し、その分、著しく環境
温度変化の激しい屋外等で使用される場合であっても、
容量の変化を緩和するようになされている。

【００２８】さらに温度制御回路１５は、このような制
御において、ユーザーにより操作子２１が押圧操作され
ると、割り込みの処理により、２次電池ユニット２の温
度を制御する。すなわち温度制御回路１５は、図４に示
すように、操作子２１が押圧操作されると、ステップＳ
Ｐ２１からステップＳＰ２２に移り、上述したステップ
ＳＰ７と同様にして、２次電池４の現在温度Ｔｎｏｗを
取得する。

【００２９】さらに温度制御回路１５は、ステップＳＰ
２３に移り、ここで制御データテーブルの記録を参照し
て、現在温度Ｔｎｏｗが判定基準温度Ｔ０より高いか否
か判断する。ここで否定結果が得られると、温度制御回
路１５は、ステップＳＰ２７に移り、元の処理に戻る。

【００３０】これに対してステップＳＰ２３で肯定結果
が得られると、温度制御回路１５は、ステップＳＰ２４
に移り、ここで警告灯２０を点灯する。さらに続くステ
ップＳＰ２５において、温度データテーブルを参照し
て、大きな発熱量により２次電池ユニット２を加熱する
ようにヒータ６の動作を制御し、これにより動作モード
を加温モードに設定する。温度制御回路１５は、このよ
うにして２次電池の加熱を開始すると、ステップＳＰ２
６に移り、ここで内蔵のタイマーによりこの割り込みの
処理を開始して所定時間経過したか否か判断する。ここ
で否定結果が得られると、温度制御回路１５は、ステッ
プＳＰ２６を繰り返し、これにより所定時間の経過を待
機する。さらに所定時間経過すると、ステップＳＰ２６
で肯定結果が得られることにより、ステップＳＰ２７に
移って、元の処理に戻る。

【００３１】これによりこの温度制御回路１５は、操作
子２１が操作された場合も、２次電池ユニット２の温度
変化を緩和し、その分、著しく環境温度変化の激しい屋
外等で使用される場合であっても、容量の変化を緩和す
るようになされている。またこのように操作子２１が操
作された場合には、上位の機器からの制御信号ＥＮによ
り温度制御が指示された場合に比して、大きな発熱量に
より２次電池ユニット２を加熱して短時間で２次電池ユ
ニット２を所定温度以上に暖めるようになされ、これに
よりこの操作子２１を操作してユーザーの使い勝手を向
上するようになされている。

【００３２】（２）実施の形態の動作 以上の構成において、この電源装置１は（図１）、接続
された機器より動作の開始が指示されると、充放電制御
回路１１の制御により、コネクタ８に充電用の電源が供
給されている場合には、この電力により２次電池ユニッ
ト２を充電し、またコネクタ８に負荷が接続されている
場合には、２次電池ユニット２の電力をこの負荷に供給
する。またこのような電力がコネクタ８に供給されてい
ない場合であって、負荷がコネクタ８に接続されていな
い場合、待機の状態に保持される。

【００３３】電源装置１では、このような充電の状態、
放電の状態、待機の状態において、接続された機器より
制御信号ＥＮが出力されると、制御データテーブルの記
録に従って、温度検出回路１９で検出される２次電池ユ
ニット２の温度Ｔｎｏｗが所定温度Ｔ０以上か否か判断
され、温度Ｔ０以上の場合、何らヒータ６により２次電
池ユニット２を加熱することなく、充放電の処理が実行
される。これに対して温度Ｔ０より現在の温度Ｔｎｏｗ
が低い場合、電源装置１では、温度制御回路１５の制御
によりヒータ６が駆動され、このヒータ６の発熱により
２次電池ユニット２の温度が上昇される。

【００３４】また充電の状態、放電の状態、待機の状態
において、ユーザーが操作子２１を操作すると、同様
に、制御データテーブルの記録に従って、温度検出回路
１９で検出される２次電池ユニット２の温度Ｔｎｏｗが
所定温度Ｔ０以上か否か判断され、温度Ｔ０以上の場
合、何らヒータ６により２次電池ユニット２を加熱する
ことなく、充放電の処理が実行される。これに対して温
度Ｔ０より低い場合、電源装置１では、温度制御回路１
５の制御によりヒータ６が駆動され、このヒータ６の発
熱により２次電池ユニット２の温度が上昇される。

【００３５】これによりこの電源装置１では、機器の制
御により、又は操作子の操作に応動して、２次電池ユニ
ット２の温度を制御し、これにより著しく環境温度変化
の激しい屋外等で使用される場合であっても、容量の変
化を緩和することができる。またこのようにして温度制
御することにより、２次電池の性能を最大限に引き出す
効果も得ることができる。

【００３６】電源装置１では、このようにして温度制御
するにつき、ユーザーにより操作子２１が操作された場
合には、高い発熱量により発熱するようにヒータ６を駆
動し、これにより速やかに温度が立ち上げるられる。こ
れにより電源装置１では、例えば機器の運用を開始する
前に、この操作子２１を操作して短い待ち時間により十
分に２次電池ユニット２の温度を立ち上げることができ
る。

【００３７】またこのように機器からの制御信号により
温度制御を実行することにより、この電源装置１が種々
の装置に装着されて使用される場合に、例えば外部に携
帯して使用する機器においては、このような温度制御の
処理を機器側より指示することができ、これにより必要
に応じて適切に温度制御の処理を実行することができ
る。

【００３８】因みに、図５について上述したように、２
次電池セルを１度以上の温度で放電させる場合、日常の
使用温度と考えられる０度〜４０度近傍でも、内部抵抗
が変動し、大電流により放電する場合には、使用可能時
間が大きく変化することになる。また出力電圧に関し
て、電圧値はセルの直列接続数により決まるが、装置全
体を軽量化、小型化する場合には、セルの直列接続数を
少なくし、セル単体で見たとき大電流により使用するこ
とが望まれる。

【００３９】この実施の形態においては、必要に応じて
適切に温度制御の処理を実行できることにより、所望の
放電電圧、放電電流を少ない直列接続数により確保する
ことができる。

【００４０】かくするにつき電源装置１では、このよう
にして２次電池ユニット２の温度が所定温度Ｔ０以下で
あり、ヒータ６を駆動している場合には、警告灯２０が
点灯され、これによりユーザーへの注意が喚起される。

【００４１】（３）実施の形態の効果 以上の構成によれば、２次電池の温度を検出し、その温
度検出結果に応じて２次電池の温度を制御することによ
り、著しく環境温度変化の激しい屋外等で使用される場
合であっても、容量の変化を緩和することができる。

【００４２】また所定の操作子の操作により、２次電池
を加熱することにより、ユーザーの指示により温度制御
を実行して使い勝手を向上することができる。

【００４３】また２次電池の電力を送受する機器からの
制御により、２次電池の温度を制御することにより、必
要に応じて適切に温度制御の処理を実行することができ
る。

【００４４】（４）他の実施の形態 なお上述の実施の形態においては、操作子の操作に応じ
て、又は機器からの制御信号に応じて、２次電池を温度
制御する場合について述べたが、本発明はこれに限ら
ず、必要に応じて常時、温度制御の処理を実行するよう
にしてもよい。また操作子と制御信号との論理和による
制御に代えて、排他的論理和、論理積等により制御する
ようにしてもよい。

【００４５】また上述の実施の形態においては、ヒータ
の駆動を２段階で切り換える場合について述べたが、本
発明はこれに限らず、種々の駆動方法により２次電池を
加熱する場合に広く適用することができる。

【００４６】また上述の実施の形態においては、情報形
態機器の電源に本発明を適用する場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、種々の電源に広く適用する
ことができ、特に、緊急時の異常警報、異常信号、救助
用無線等の電源、さらには人目に付かない箇所に設置す
る防犯用装置の電源等に適用して、小型軽量で、簡易な
構成による電源を提供することができる。

【００４７】因みに、このような防犯用装置において
は、例えばバイクの盗難防止警報装置に適用することが
考えられ、この場合、第３者には発見できないような箇
所に電源を配置し、通常のバイクに保持された鉛蓄電池
によりこの電源を充電し、また温度を制御するように
し、車体の異常な傾き、鉛蓄電池の取り外し等を検出し
たときに、この電源により盗難の警報を発生し、また以
後、位置情報を無線通信手段により通知することが考え
られる。またこのような緊急時の電源としては、海難事
故、登山等の防災グッズである緊急無線装置等が考えら
れる。

【００４８】また上述の実施の形態においては、リチウ
ムイオン電池による電源装置に本発明を適用する場合に
ついて述べたが、本発明はこれに限らず、種々の２次電
池による電源装置に広く適用することができる。

【００４９】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、２次電池
の温度を検出し、その温度検出結果に応じて２次電池の
温度を制御することにより、著しく環境温度変化の激し
い屋外等で使用される場合であっても、容量の変化を緩
和することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る電源装置を示すブロ
ック図である。

【図２】図１の電源装置において制御データテーブルを
示す図表である。

【図３】図１の電源装置における温度制御回路の処理手
順を示すフローチャートである。

【図４】図３の温度制御回路の割り込み処理手順を示す
フローチャートである。

【図５】２次電池の内部抵抗の温度特性を示す特性曲線
図である。

【符号の説明】 １……電源装置、２……２次電池ユニット、６……ヒー
タ、９、１０……ＦＥＴ、１１……充放電制御回路、１
５……温度制御回路、１９……温度検出回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5G003 BA03 BA04 CA11 CB01 5H030 AA01 AS11 BB01 BB14 BB21 FF24 5H031 CC05 CC09 KK04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２次電池の温度を検出して温度検出結果を
   出力する温度検出手段と、 前記温度検出結果に応じて、少なくとも充放電時、前記
   ２次電池の温度を制御する温度制御手段と、 前記温度検出結果を表示する表示手段とを備えることを
   特徴とする電源装置。
2. 【請求項２】前記温度制御手段は、 所定の操作子の操作により、前記２次電池の温度を制御
   する、 ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 【請求項３】前記温度制御手段は、 前記２次電池の電力を送受する機器からの制御により、
   前記２次電池の温度を制御することを特徴とする請求項
   １に記載の電源装置。
4. 【請求項４】２次電池の温度を検出して温度検出結果を
   出力する温度検出のステップと、 前記温度検出結果に応じて、少なくとも充放電時、前記
   ２次電池の温度を制御する温度制御のステップと、 前記温度検出結果による温度制御を表示する表示のステ
   ップとを有することを特徴とする電源装置の制御方法。