JP2004311240A

JP2004311240A - 電源装置

Info

Publication number: JP2004311240A
Application number: JP2003104054A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Ishii; 章弘石井
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2003-04-08
Filing date: 2003-04-08
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】端子数の増加を招くことなく充電温度及び電池種別を把握するための情報を外部に出力することのできる電源装置を得る。
【解決手段】充電可能な電池１２と、電池１２の温度を検出するためのサーミスタ１４と、電池１２の種別を検出するための識別部１６と、サーミスタ１４及び識別部１６の何れか一方を選択的に適用するように切り替えるスイッチ部１８と、を備えると共に、制御部２０により、電池の充放電状態を判定し、充電状態であると判定されたときにサーミスタ１４を適用し、放電状態であると判定されたときに識別部１６を適用するようにスイッチ部１８を制御する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源装置に係り、特に、充電可能な電池を内蔵した電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リチウムイオン二次電池は、充電容量が大きく長時間使用できるという利点がある反面、電池の温度に応じた充電を行う必要があるため、当該温度を検出する必要がある。このため、リチウムイオン電池を内蔵した電源装置は、一般に、電池の充電温度を検出して温度信号を出力するサーミスタと、当該温度信号を充電装置に出力するための信号端子と、電池の陽極と電気的に接続された正極端子と、電池の陰極と電気的に接続された負極端子と、を備えている。
【０００３】
なお、この場合、充電装置には、温度信号により示される充電温度に応じて充電電流を最適にする回路が組み込まれている。
【０００４】
ところで、この種の電源装置において、端子数の増加を招くことなく電池電力量の情報出力機能を付加することを目的として、従来、温度信号を外部に出力する出力端子と、電池電力量を示す情報を外部に出力する出力端子とを共用する技術があった（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−２８４６６５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電池によって作動する装置（以下、「負荷装置」という。）において、電池を最後まで使い切ることは作動時間を延ばす上で非常に重要である。そのため、使用している電池の種別を負荷装置が把握することは非常に重要である。
【０００７】
しかしながら、上記の出力端子を共用する従来の技術では、内蔵されている電池の種別を外部に出力する点については考慮されておらず、使用している電池の種別を負荷装置が把握できない、という問題点があった。
【０００８】
本発明は上記問題点を解消するためになされたものであり、端子数の増加を招くことなく充電温度及び電池種別を把握するための情報を外部に出力することのできる電源装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の電源装置は、充電可能な電池と、前記電池の温度を検出するための温度検出手段と、前記電池の種別を検出するための種別検出手段と、前記温度検出手段及び前記種別検出手段の何れか一方を選択的に適用するように切り替える切替手段と、前記電池の充放電状態を判定する判定手段と、前記判定手段により充電状態であると判定されたときに前記温度検出手段を適用し、放電状態であると判定されたときに前記種別検出手段を適用するように前記切替手段を制御する制御手段と、を備えている。
【００１０】
請求項１に記載の電源装置は、充電可能な電池の温度が温度検出手段によって検出され、当該電池の種別が種別検出手段によって検出されるものとして構成されており、切替手段によって温度検出手段及び種別検出手段の何れか一方が選択的に適用されるように切り替えられる。
【００１１】
なお、上記電池には、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等の全ての二次電池を含めることができる。また、上記温度検出手段には、ＰＴＣサーミスタ、ＮＴＣサーミスタ、ＣＴＲサーミスタ等のサーミスタや、サーモスタット等を含めることができる。更に、上記切替手段には、バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタ等の半導体のスイッチング素子や、リレースイッチ等のメカ構成のスイッチ等を含めることができる。
【００１２】
ここで、本発明では、上記電池の充放電状態が判定手段によって判定され、制御手段により、判定手段によって充電状態であると判定されたときに温度検出手段が適用され、放電状態であると判定されたときに種別検出手段が適用されるように切替手段が制御される。
【００１３】
すなわち、本発明では、電池の充電時には充電温度が必要である反面、放電時には電池の種別を把握することが必要であり、これら両方を同時には必要としない点に着目し、充電状態であるときに温度検出手段を適用し、放電状態であるときに種別検出手段を適用するようにしており、これによって、これらの手段により検出される充電温度及び電池種別を示す情報を外部に出力するための端子を共通化することができ、この結果として端子数の増加を招くことなく充電温度及び電池種別を把握するための情報を外部に出力することができるようにしている。
【００１４】
このように、請求項１に記載の電源装置によれば、充電状態であると判定されたときに電池の温度を検出するための温度検出手段を適用し、放電状態であると判定されたときに電池の種別を検出するための種別検出手段を適用するように切り替えているので、端子数の増加を招くことなく充電温度及び電池種別を把握するための情報を外部に出力することができる。
【００１５】
そして本発明では、端子数の増加を招かないので、当該端子における接点不良の発生する確率を低減することができ、信頼性を高めることができると共に、電源装置の小型化及びコストダウンに寄与することができる。
【００１６】
なお、本発明の電源装置の前記種別検出手段を、請求項２に記載の発明のように、前記電池の種別毎に異なる抵抗値とされた抵抗器とすることが好ましい。これによって、電源装置の外部では、当該抵抗器の抵抗値を検出することにより、容易に電池の種別を特定することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。まず、図１を参照して、本実施の形態に係る電源装置１０の構成を説明する。
【００１８】
同図に示されるように、本実施の形態に係る電源装置１０は、リチウムイオン電池により構成された電池１２と、サーミスタ１４と、識別部１６と、スイッチ部１８と、制御部２０と、各々電源装置１０の外部に設けられた正極端子３０Ｐ、負極端子３０Ｎ及び信号端子３０Ｔと、を備えている。
【００１９】
電池１２の陽極は正極端子３０Ｐに、陰極は制御部２０を介して負極端子３０Ｎに、各々接続されている。従って、正極端子３０Ｐ及び負極端子３０Ｎは、電池１２に対する充電時の充電電流の入力端子と、電池１２の放電時における放電電流の出力端子と、の双方の役割を有している。また、サーミスタ１４は、一方の端子が信号端子３０Ｔに接続され、他方の端子がスイッチ部１８の一方の入力端に接続されると共に、電池１２の近傍に設けられており、電池１２の温度を検出する役割を有している。
【００２０】
一方、識別部１６は、一方の端子が信号端子３０Ｔに接続され、他方の端子がスイッチ部１８の他方の入力端に接続されており、電池の種別を識別可能とする役割を有している。また、スイッチ部１８の出力端は負極端子３０Ｎに接続されており、サーミスタ１４及び識別部１６の何れか一方を選択的に適用する役割を有している。更に、制御部２０は、電池１２の陽極及び陰極と、スイッチ部１８の制御端と、負極端子３０Ｎと、に接続されており、電池１２の充放電状態を判定して当該判定結果に基づいてスイッチ部１８の切り替え状態を制御する役割を有している。
【００２１】
電池１２が本発明の電池に、サーミスタ１４が本発明の温度検出手段に、識別部１６が本発明の種別検出手段に、スイッチ部１８が本発明の切替手段に、制御部２０が本発明の判定手段及び制御手段に、各々相当する。
【００２２】
図２には、電源装置１０の具体的な回路構成が示されている。なお、図２の図１と同一の構成要素には図１と同一の符号を付している。
【００２３】
同図に示されるように、本実施の形態に係る識別部１６は予め定められた抵抗値の抵抗器により構成されており、スイッチ部１８は２つのバイポーラトランジスタ（以下、単に「トランジスタ」という。）１８Ａ、１８Ｂにより構成されている。なお、以下では、識別部１６を抵抗器１６として説明する。
【００２４】
ここで、抵抗器１６の抵抗値は内蔵されている電池の種別毎に予め定められており、この抵抗値に応じて当該電池の種別を特定することができる。なお、本実施の形態に係る電源装置１０では、抵抗器１６の抵抗値として１０（ｋΩ）が適用されている。
【００２５】
一方、本実施の形態に係る制御部２０は、電池制御回路２０Ａと、抵抗器２０Ｂと、２つの電界効果トランジスタ（以下、「ＦＥＴ」という。）２０Ｃ、２０Ｄと、を含んで構成されている。
【００２６】
抵抗器１６及びサーミスタ１４の一方の端子は信号端子３０Ｔに共通に接続されており、他方の端子は各々トランジスタ１８Ａ及びトランジスタ１８Ｂのコレクタに接続されている。また、トランジスタ１８Ａ及びトランジスタ１８Ｂのエミッタは負極端子３０Ｎに共通に接続されている。
【００２７】
また、トランジスタ１８Ａ及びトランジスタ１８Ｂのベースは電池制御回路２０Ａに接続されている。従って、トランジスタ１８Ａ、１８Ｂは、電池制御回路２０Ａによってオン／オフ状態の切り替えを行うことができる。
【００２８】
一方、負極端子３０Ｎには、抵抗器２０Ｂと、ＦＥＴ２０Ｃ及びＦＥＴ２０Ｄと、を直列に介して電池１２の陰極が接続されている。
【００２９】
ここで、ＦＥＴ２０Ｃ及びＦＥＴ２０Ｄのゲートには電池制御回路２０Ａが接続されており、ＦＥＴ２０Ｃ、２０Ｄのオン／オフ状態の切り替えは電池制御回路２０Ａにより行われる。すなわち、ＦＥＴ２０Ｃ及びＦＥＴ２０Ｄは、各々のボディーダイオードを利用して過充電保護、過放電保護、及び過電流保護が行われる保護素子の役割を有するものであり、これらの保護の制御は、電池制御回路２０Ａによって行われる。
【００３０】
また、抵抗器２０Ｂの両端子には電池制御回路２０Ａが接続されており、電池制御回路２０Ａは、抵抗器２０Ｂにおける両端子間（図２における点Ａと点Ｂとの間）の電位の状態を把握することができる。
【００３１】
次に、図３を参照して、本実施の形態に係る電源装置１０を利用可能な負荷装置の構成例を説明する。
【００３２】
同図に示される負荷装置５０は、電源充電制御部５２と、負荷５４と、予め定められた抵抗値（本実施の形態では、１０（ｋΩ））の抵抗器５６と、各々負荷装置５０の外部に設けられた正極端子６０Ｐ、負極端子６０Ｎ及び信号端子６０Ｔと、を備えている。ここで、正極端子６０Ｐ、負極端子６０Ｎ及び信号端子６０Ｔは、電源装置１０が装着された状態で、各々電源装置１０の正極端子３０Ｐ、負極端子３０Ｎ及び信号端子３０Ｔと接続される端子である。
【００３３】
正極端子６０Ｐ、負極端子６０Ｎ及び信号端子６０Ｔは電源充電制御部５２に接続されており、電源充電制御部５２は、装着された電源装置１０に内蔵されている電池１２の陽極及び陰極に接続可能となると共に、電源装置１０の信号端子３０Ｔに接続される。また、電源充電制御部５２の所定電圧レベル（本実施の形態では、１（Ｖ））の参照電圧Ｖｒｅｆが印加される出力端子は抵抗器５６を介して信号端子６０Ｔに接続されている。
【００３４】
一方、電源充電制御部５２は負荷５４にも接続されており、負荷５４に対する電源装置１０からの電力供給は電源充電制御部５２を介して行われる。
【００３５】
なお、電源充電制御部５２は、充電時における電池１２の温度（充電温度）に応じて充電電流を最適にする役割と、電池１２の放電時において電池１２の種別を判断し、当該種別に応じて負荷装置５０における電力モードを最適化する役割を有している。
【００３６】
次に、本実施の形態に係る電源装置１０の作用を、図４を参照しつつ説明する。なお、図４は、負荷装置に接続されているときに電源装置１０の制御部２０における電池制御回路２０Ａにて実行される電池制御処理の流れを示すフローチャートである。また、ここでは、錯綜を回避するために、保護素子（ＦＥＴ２０Ｃ、２０Ｄ）による保護の動作については説明を省略する。
【００３７】
同図のステップ１００では、点Ａを基準とした点Ｂの電位Ｘを検出し、次のステップ１０２では、電位Ｘが正の値であるか否かを判定して肯定判定となった場合はステップ１０４に移行する。
【００３８】
ステップ１０４では、トランジスタ１８Ａをオン状態にすると共にトランジスタ１８Ｂをオフ状態にすることのできる電圧のトランジスタ１８Ａ、１８Ｂの各ベースへの印加を開始し、その後に上記ステップ１００に戻る。
【００３９】
一方、上記ステップ１０２において否定判定となった場合はステップ１０６に移行し、電位Ｘが負の値であるか否かを判定して肯定判定となった場合はステップ１０８に移行する。
【００４０】
ステップ１０８では、トランジスタ１８Ａをオフ状態にすると共にトランジスタ１８Ｂをオン状態にすることのできる電圧のトランジスタ１８Ａ、１８Ｂの各ベースへの印加を開始し、その後に上記ステップ１００に戻る。
【００４１】
一方、上記ステップ１０６において否定判定となった場合はステップ１０８の処理を実行することなく上記ステップ１００に戻る。
【００４２】
すなわち、図４に示される処理では、点Ａを基準とした点Ｂの電位Ｘは、放電時には正の値となり、充電時には負の値となることを利用して、電位Ｘが正の値である場合は放電動作時であるものと見なして電池の種別を識別する役割を有する抵抗器１６を信号端子３０Ｔと負極端子３０Ｎとの間に接続すると共に、電池１２の充電温度を検出する役割を有するサーミスタ１４を信号端子３０Ｔと負極端子３０Ｎとの間から切断し、電位Ｘが負の値である場合は充電動作時であるものと見なして抵抗器１６を信号端子３０Ｔと負極端子３０Ｎとの間から切断すると共に、サーミスタ１４を信号端子３０Ｔと負極端子３０Ｎとの間に接続している。
【００４３】
この処理により、放電時には抵抗器１６の両端子が、信号端子３０Ｔ及び６０Ｔと負極端子３０Ｎ及び６０Ｎとを介して負荷装置５０の電源充電制御部５２に接続された状態となる。図５には、このときの電源充電制御部５２と抵抗器１６との接続状態が示されている。
【００４４】
同図に示されるように、このとき、抵抗器５６と抵抗器１６は、参照電圧Ｖｒｅｆに対する分圧抵抗を構成することになる。従って、信号端子６０Ｔ及び負極端子６０Ｎの端子間電圧レベルは、抵抗器５６及び抵抗器１６の各々の抵抗値と、参照電圧Ｖｒｅｆの電圧レベルと、によって電池の種別毎に一意に定められるので、電源充電制御部５２では、当該端子間電圧レベルに基づいて、装着された電源装置の電池の種別を特定することができる。
【００４５】
負荷装置５０に装着された電源装置が電源装置１０である場合、抵抗器５６及び抵抗器１６の抵抗値は共に１０（ｋΩ）であるため、これらによる参照電圧Ｖｒｅｆの分圧比は１：１となる。従って、上記端子間電圧レベルは１（Ｖ）とされた参照電圧Ｖｒｅｆの半分である０．５（Ｖ）となる。そこで、電源充電制御部５２は、上記端子間電圧レベルが０．５（Ｖ）である場合には、装着されている電源装置１０に内蔵されている電池１２がリチウムイオン電池であるものと特定する。
【００４６】
なお、本実施の形態に係る電源充電制御部５２では、適用対象とする電源装置の種類毎に上記端子間電圧レベルと、内蔵されている電池の種別を示す情報とを関連付けて不図示のメモリに予め記憶しており、これを参照することにより、電池の種別を特定するようにしている。
【００４７】
そして、電源充電制御部５２では、以上のようにして特定された電池の種別に応じて、負荷装置５０の電力モードを最適化する。これによって、装着されている電源装置に内蔵された電池からの電力を効率よく使用できるため、負荷装置５０を長時間作動させることができる。
【００４８】
一方、図４に示した処理により、充電時にはサーミスタ１４の両端子が、信号端子３０Ｔ及び６０Ｔと負極端子３０Ｎ及び６０Ｎとを介して負荷装置５０の電源充電制御部５２に接続された状態となる。
【００４９】
従って、この場合、電源充電制御部５２では、信号端子６０Ｔと負極端子６０Ｎとの間の抵抗値に基づいて電池１２における充電温度を把握することができる。
【００５０】
すなわち、一例として図６に示されるように、サーミスタの温度−抵抗特性は温度が低下するに従って抵抗値が徐々に低下するものとされており、当該特性はサーミスタ毎に予め判明している。従って、電源充電制御部５２は、当該特性を示す情報を予め記憶しておき、信号端子６０Ｔと負極端子６０Ｎとの間の抵抗値を逐次検出して当該抵抗値に対応する温度を参照することにより、充電温度を連続的にリアルタイムで把握することができる。
【００５１】
そして、電源充電制御部５２では、以上のようにして把握した充電温度に応じて充電電流を最適化する。
【００５２】
図４におけるステップ１００、ステップ１０２及びステップ１０６の処理が本発明の判定手段に、ステップ１０４及びステップ１０８の処理が本発明の制御手段に、各々相当する。
【００５３】
以上詳細に説明したように、本実施の形態に係る電源装置１０では、充電状態であると判定されたときにサーミスタ１４を適用し、放電状態であると判定されたときに抵抗器１６を適用するように切り替えているので、端子数の増加を招くことなく充電温度及び電池種別を把握するための情報を外部に出力することができる。
【００５４】
また、本実施の形態に係る電源装置１０では、識別部１６として電池１２の種別毎に異なる抵抗値とされた抵抗器１６を適用しているので、電源装置１０の外部では、当該抵抗器１６の抵抗値を検出することにより、容易に電池１２の種別を特定することができる。
【００５５】
なお、本実施の形態では、本発明の電池としてリチウムイオン電池を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等、他の二次電池を適用する形態とすることもできる。この場合も、本実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００５６】
また、本実施の形態では、本発明の切替手段としてバイポーラトランジスタを適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ＦＥＴ等の他の半導体スイッチング素子や、リレースイッチ等のメカ構成のスイッチ等を適用する形態とすることもできる。この場合も、本実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００５７】
また、本実施の形態で説明した電源装置１０の構成（図１及び図２参照）や、負荷装置５０の構成（図３参照）は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。
【００５８】
更に、本実施の形態において図４を参照して説明した電池制御処理の流れも一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。
【００５９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の電源装置によれば、充電状態であると判定されたときに電池の温度を検出するための温度検出手段を適用し、放電状態であると判定されたときに電池の種別を検出するための種別検出手段を適用するように切り替えているので、端子数の増加を招くことなく充電温度及び電池種別を把握するための情報を外部に出力することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る電源装置１０の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態に係る電源装置１０の具体的な構成を示す回路図である。
【図３】実施の形態に係る負荷装置５０の構成を示すブロック図である。
【図４】実施の形態に係る電池制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】実施の形態における放電時の電源充電制御部５２と抵抗器１６との接続状態を示す回路図である。
【図６】サーミスタの温度−抵抗特性の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１０電源装置
１２電池
１４サーミスタ（温度検出手段）
１６識別部（種別検出手段）
１８スイッチ部（切替手段）
２０制御部（判定手段、制御手段）

Claims

充電可能な電池と、
前記電池の温度を検出するための温度検出手段と、
前記電池の種別を検出するための種別検出手段と、
前記温度検出手段及び前記種別検出手段の何れか一方を選択的に適用するように切り替える切替手段と、
前記電池の充放電状態を判定する判定手段と、
前記判定手段により充電状態であると判定されたときに前記温度検出手段を適用し、放電状態であると判定されたときに前記種別検出手段を適用するように前記切替手段を制御する制御手段と、
を備えた電源装置。
前記種別検出手段を、前記電池の種別毎に異なる抵抗値とされた抵抗器とした
請求項１記載の電源装置。