JP2005176550A - バッテリーパック - Google Patents
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Abstract
【課題】 密閉構造のバッテリーパックにおいて、ポータブル型電子機器にバッテリーの充電状態を通知することができるバッテリーパックを提供する。
【解決手段】 ニッケルカドニウムバッテリーパック1は、入出力コイル2と、インバータ回路16と、放電スイッチ15,18と、マイクロコンピュータ22とを内蔵する。マイクロコンピュータ22は、放電パルスを受信している場合において、バッテリー電圧が所定値以上であるときは、放電スイッチ15,18をONにしてハンディターミナル60へ放電を開始し、ニッケルカドミウムバッテリー14の電圧をサンプリングして電圧データを出力された交流電力の周波数としてハンディターミナル60に送出する。
【選択図】 図2
【解決手段】 ニッケルカドニウムバッテリーパック1は、入出力コイル2と、インバータ回路16と、放電スイッチ15,18と、マイクロコンピュータ22とを内蔵する。マイクロコンピュータ22は、放電パルスを受信している場合において、バッテリー電圧が所定値以上であるときは、放電スイッチ15,18をONにしてハンディターミナル60へ放電を開始し、ニッケルカドミウムバッテリー14の電圧をサンプリングして電圧データを出力された交流電力の周波数としてハンディターミナル60に送出する。
【選択図】 図2
Description
本発明は、バッテリーパックに関し、特に、ポータブル型電子機器等に用いられる着脱可能なバッテリーパックに関する。
従来のポータブル型電子機器等に用いられる着脱可能なバッテリーパックは、バッテリーパックの表面に設けられたバッテリー端子を、ポータブル型電子機器や充電器の接触子又はコネクタ等に接続して充放電を行うように構成されている(例えば、特許文献1)。
例えば、図9に示すように、定格電圧6V、定格電流700mAhのニッケルカドミウムバッテリーパック101は、ポータブル型電子機器又は充電器に接続される充放電のためのバッテリー端子102を備える。
ニッケルカドミウムバッテリーパック101は、さらに、図10に示すように、充電可能なニッケルカドミウム電池103と、所定設定値以上の温度又は電流によって作動する自動復帰型のブレーカ104とを備える。
また、図11に示すように、定格電圧7.2V、定格電流1500mAhのリチウムイオンバッテリーパック110は、充電可能なリチウムイオン電池113と、ポータブル型電子機器又は充電器に接続される充放電のためのバッテリー端子111と、所定設定値以上の温度または電流によって作動する自動復帰型のブレーカ112と、充放電の保護のための保護回路114とを備える。
特開平6−20665号公報
しかしながら、上記従来のバッテリーパックは、図9に示すように、バッテリー端子102がニッケルカドミウムバッテリーパック101の外部に露出しているので、密閉が困難であり、防滴構造又は防水構造を採ることができない。また、端子間のショートの危険性があり、防爆構造を採ることができない。
そのため、交流磁界を入出力するコイルを内蔵する非接触方式のバッテリーパックが提案されているが、該バッテリーパックでは、バッテリーの電圧の変化を検出してポータブル型電子機器に通知することができない。
本発明の目的は、密閉構造のバッテリーパックにおいて、ポータブル型電子機器にバッテリーの充電状態を通知することができるバッテリーパックを提供することにある。
上述の目的を達成するために、請求項1記載のバッテリーパックは、直流電力を蓄積し、当該蓄積された直流電力を、赤外線パルスを発生する赤外線パルス発生手段、及び交流磁界を受容する交流磁界受容手段を有する携帯機器へ出力するバッテリーパックにおいて、前記バッテリーパックが前記携帯機器に装着されたときに前記赤外線パルス発生手段が発生する赤外線パルスにより前記バッテリーパックの回路を閉じるスイッチと、前記蓄積された直流電力を交流電力に変換する変換手段と、前記バッテリーパックが前記携帯機器に装着されたときに前記携帯機器の交流磁界受容手段に対向するように配され、前記変換された交流電力により交流磁界を発生する交流磁界発生手段とを内蔵することを特徴とする。
請求項2記載のバッテリーパックは、請求項1記載のバッテリーパックにおいて、前記変換手段は、前記バッテリーパックの電圧に応じて、前記変換された交流電力の周波数を変更することを特徴とする。
請求項3記載のバッテリーパックは、請求項1又は2記載のバッテリーパックにおいて、前記変換手段は、前記蓄積された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を備えることを特徴とする。
請求項4記載のバッテリーパックは、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のバッテリーパックにおいて、前記交流磁界発生手段はコイルを備えることを特徴とする。
請求項1記載のバッテリーパックは、バッテリーパックが携帯機器に装着されたときに赤外線パルス発生手段が発生する赤外線パルスによりバッテリーパックの回路を閉じるスイッチと、蓄積された直流電力を交流電力に変換する変換手段と、バッテリーパックが携帯機器に装着されたときに携帯機器の交流磁界受容手段に対向するように配され、変換された交流電力により交流磁界を発生する交流磁界発生手段とを内蔵するので、密閉構造を採ることができる。
請求項2記載のバッテリーパックは、変換手段は、前記バッテリーパックの電圧に応じて、前記変換された交流電力の周波数を変更するので、ポータブル型電子機器にバッテリーの充電状態を通知することができる。
請求項3記載のバッテリーパックは、変換手段は、蓄積された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を備えるので、蓄積された直流電力を効率よく交流電力に変換することができる。
請求項4記載のバッテリーパックは、交流磁界発生手段はコイルを備えるので、変換された交流電力により交流磁界を確実に発生することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係るバッテリーパックの外観を示す斜視図である。
図1において、ニッケルカドミウムバッテリーパック1は、後述する図3の充電器50により充電し、及び後述する図4のハンディターミナル60(携帯機器)に装着して使用するように構成されている。ニッケルカドミウムバッテリーパック1の充電方式は−ΔV方式である。
ニッケルカドミウムバッテリーパック1は、樹脂モールドによって密閉されており、電流の入出力を行う入出力コイル2を内臓する。また、ニッケルカドミウムバッテリーパック1は、充電を制御するための赤外線パルス(以下、「充電パルス」という)を充電器50から受信する充電パルス受信窓4と、放電を制御するための赤外線パルス(以下、「放電パルス」という)をハンディターミナル60から受信する放電パルス受信窓5とを備える。
図2は、図1のニッケルカドミウムバッテリーパック1の回路構成を示す図である。
図2において、ニッケルカドニウムバッテリーパック1は、所定の設定値以上の温度又は電流によって作動する保護回路としての自動復帰型ブレーカ29を介して接地されたニッケルカドミウムバッテリー14と、ニッケルカドニウムバッテリーパック1が充電器50又はハンディターミナル60に装着されたときに、充電器50に内蔵された出力コイル52又はハンディターミナル60に内蔵された入力コイル65と対向するように配された入出力コイル2(交流磁界発生手段)と、入出力コイル2に接続され、出力コイル52が発生する交流磁界により入出力コイル2に発生する交流電力を直流電力に変換する整流回路11と、整流回路11に接続され、整流回路11で発生した直流電力を一定にする定電流回路12と、定電流回路12とニッケルカドミウムバッテリー14の間に接続され、定電流回路12からニッケルカドミウムバッテリー14へ電流を流すダイオード13と、整流回路11と定電流回路12の間に接続され、入出力コイル2からの入力を有効にする充電スイッチ10と、整流回路11とニッケルカドミウムバッテリー14の間に接続され、ニッケルカドミウムバッテリー14が放電状態のときにニッケルカドニウムバッテリーパック1の内部回路を動作するために最小限の充電を行うためのバイパス充電回路30とを内蔵する。
整流回路11は、交流電力を直流電力に変換するための整流用ダイオードブリッジと、変換した直流電力を安定化するコンデンサとから構成されている。
また、ニッケルカドニウムバッテリーパック1は、ニッケルカドミウムバッテリー14に接続され、ニッケルカドミウムバッテリー14の出力電流をニッケルカドミウムバッテリー14の状態に応じた直流電力として流す定電流回路17と、定電流回路17と入出力コイル2の間に接続され、定電流回路17で発生した直流電力を交流電力に変換するインバータ回路16(変換手段)と、インバータ回路16と入出力コイル2の間、ニッケルカドミウムバッテリー14と定電流回路17の間に夫々接続され、ニッケルカドミウムバッテリー14の放電を有効にするための放電スイッチ15,18とを内蔵する。
さらに、ニッケルカドニウムバッテリーパック1は、充電スイッチ10、放電スイッチ15,18、及びインバータ回路16に接続されるマイクロコンピュータ22と、ニッケルカドミウムバッテリー14とマイクロコンピュータ22の間に接続され、ニッケルカドミウムバッテリー14の電圧の安定化を行いマイクロコンピュータ22の駆動電圧のVCCを作り出すレギュレータ23と、ニッケルカドミウムバッテリー14とマイクロコンピュータ22の間に接続され、ニッケルカドミウムバッテリー14の電圧を電圧変換して、マイクロコンピュータ22の不図示のADコンバータへ入力するアンプ24とを備える。
マイクロコンピュータ22は、ニッケルカドミウムバッテリーパック1の全体を制御するワンチップから成るマイクロプロセッサであり、ROM、RAM、タイマー、割り込みコントローラ、ADコンバータ、IOポート、及びシリアルポート等の機能を内蔵しており、充電スイッチ10、及び放電スイッチ15,18の制御や、ニッケルカドミウムバッテリー14の満充電検出を行う。
また、マイクロコンピュータ22は、不図示のタイマーにより、インバータ回路16を制御して出力電流の周波数を変更する。
さらに、ニッケルカドニウムバッテリーパック1は、充電パルス受信窓4から充電パルスを入力するフォトトランジスタ6と、フォトトランジスタ6に接続され、フォトトランジスタ6から入力された充電パルスをバイアスによって電圧へ変換する抵抗19と、抵抗19に接続され、微小信号を増幅するアンプ20と、アンプ20とマイクロコンピュータ22の間に接続され、アンプ20で増幅されたアナログ信号をデジタル化するコンパレータ21とを内蔵する。
さらに、ニッケルカドニウムバッテリーパック1は、放電パルス受信窓5から放電パルスを入力するフォトトランジスタ7と、フォトトランジスタ7に接続され、フォトトランジスタ7から入力された放電パルスをバイアスによって電圧へ変換する抵抗31と、抵抗31に接続され、微小信号を増幅するアンプ25と、アンプ25とマイクロコンピュータ22の間に接続され、アンプ25で増幅されたアナログ信号をデジタル化するコンパレータ26とを内蔵する。
さらに、ニッケルカドニウムバッテリーパック1は、マイクロコンピュータ22に接続され、所定電圧以上になると「H」を出力して、マイクロコンピュータ22のリセットを解除する電圧検出のためのボルテージディテクタ32と、ボルテージディテクタ32に接続される抵抗27と、抵抗27に接続され、マイクロコンピュータ22のパワーオンリセットを行うための時定数を構成しているコンデンサ28とを内蔵する。
ニッケルカドミウムバッテリー14は、単セル=1.2Vの電池を5本組み合わせたもので、定格電圧は6Vである。
本実施の形態によれば、ニッケルカドミウムバッテリーパック1は、樹脂モールドによって密閉されており、放電スイッチ15,18、入出力コイル2、インバータ回路16、及びマイクロコンピュータ22を内蔵するので、密閉構造のバッテリーパックにおいて、ポータブル型電子機器にバッテリーの充電状態を通知することができる。
図3は、図1のニッケルカドミウムバッテリーパック1を充電する充電器50の外観を示す斜視図である。
図3において、充電器50は、ニッケルカドミウムバッテリーパック1を装着するための凹部54と、ニッケルカドミウムバッテリーパック1へ交流磁界を出力する出力コイル52と、後述する図5の充電パルスをニッケルカドミウムバッテリーパック1の充電パルス受信窓4に送信する充電パルス送信窓51と、ACコンセントへ差し込まれ、充電器本体へ電力を供給する電源プラグ53とを備える。
電源プラグ53がACコンセントへ差し込まれると、出力コイル52へ電流の供給が開始される。ただし、充電器50は、不図示の検出回路によって、ニッケルカドミウムバッテリーパック1が接続されていないときは、出力コイル52へ電流を流さないように構成されており、ニッケルカドミウムバッテリーパック1が接続されたことを検出して、出力コイル52へ電力を供給する。出力コイル52の交流磁界の出力は、充電器50内部の不図示のインバータによって所定の周波数の交流に変換した電流を流すことにより行われる。
ニッケルカドミウムバッテリーパック1は、充電器50により以下のように充電する。
ニッケルカドミウムバッテリーパック1が充電器50に装着されると、充電パルス受信窓4は充電器50の充電パルス送信窓51と対向し、充電パルスを送受信できる状態になる。また、出入力コイル2は、充電器50の出力コイル52と対向する。
次いで、充電器50の充電パルス送信窓51から送信された充電パルスは、充電パルス受信窓4からフォトトランジスタ6へ入力され、フォトトランジスタ6から入力された充電パルスは抵抗19のバイアスによって電圧へ変換され、変換された電圧はアンプ20で増幅され、コンパレータ21で所定の電圧でデジタル化されて、マイクロコンピュータ22へ入力される。マイクロコンピュータ22は、充電パルスを検知すると、充電スイッチ10をOFFからONにする。
充電スイッチがONになると、充電器50の出力コイル52が発生した交流磁界により出入力コイル2に交流磁界が発生し、整流回路11により入力コイル2に発生する交流電力を直流電力に変換し、定電流回路12によりダイオード回路11で発生した直流電力を、ニッケルカドミウムバッテリー14の電圧である4Vから8Vの範囲において800mAの電流としてダイオード13を介してニッケルカドミウムバッテリー14に流し、その結果ニッケルカドミウムバッテリー14に直流電力を充電する。
マイクロコンピュータ22は、一定間隔でアンプ24から入力したニッケルカドミウムバッテリー14の電圧をサンプリングして、−ΔVの検出を行う。−ΔVの検出は、サンプリングした電圧の値の最大値を記憶して、記憶している電圧の値から次にサンプリングした電圧の値を差し引いた値が100mV以上であるか否かを判別することにより行う。満充電である−ΔVが検出されると、マイクロコンピュータ22は充電スイッチ10をOFFにして充電を終了する。
図4は、図1のニッケルカドミウムバッテリーパック1から交流電力が供給されるハンディターミナルの外観を示す斜視図である。
図4において、ハンディターミナル60は、ニッケルカドミウムバッテリーパック1を装着するための凹部66と、ニッケルカドミウムバッテリーパック1からの交流磁界が入力される入力コイル65と、後述する図5の放電パルスをニッケルカドミウムバッテリーパック1の放電パルス受信窓5に送信する放電パルス送信窓64とを備える。
ニッケルカドミウムバッテリーパック1は、ハンディターミナル60へ以下のように交流電力を供給する。
ニッケルカドミウムバッテリーパック1がハンディターミナル60に装着されると、放電パルス受信窓5はハンディターミナル60の放電パルス送信窓64と対向し、放電パルスを送受信できる状態になる。また、出入力コイル2は、ハンディターミナル60の入力コイル65と対向する。
次いで、ハンディターミナル60の放電パルス送信窓64から送信された放電パルスは、放電パルス受信窓5からフォトトランジスタ7へ入力され、フォトトランジスタ7から入力された充電パルスは抵抗31のバイアスによって電圧へ変換され、変換された電圧はアンプ25で増幅され、コンパレータ26で所定の電圧でデジタル化されて、マイクロコンピュータ22へ入力される。マイクロコンピュータ22は、放電パルスを検知すると、放電スイッチ15,18をOFFからONにする。
放電スイッチ15,18がONになると、定電流回路17によりニッケルカドミウムバッテリー14の出力電流をニッケルカドミウムバッテリー14の状態に応じた電流として出力コイル2に流し、インバータ回路16により定電流回路17で発生した直流電力を交流電力に変換し、出入力コイル2が発生した交流磁界により入力コイル65に交流磁界が発生し、その結果ハンディターミナル60内に交流電力、ひいては適宜なAD変換器により直流電力を供給する。
マイクロコンピュータ22は、一定間隔でアンプ24から入力したニッケルカドミウムバッテリー14の電圧をサンプリングして、サンプリングした電圧の値に応じたパルスを電圧データとしてマイクロコンピュータ22のタイマーからインバータ回路16へ送出する。このパルスは、ニッケルカドミウムバッテリーパック1の電圧が高い時には周波数が高く、電圧が低いときには周波数が低くなるように設定される。インバータ回路16は、このパルスに基づいて、変換した交流電力の周波数を変更する。これにより、ニッケルカドミウムバッテリーパック1の電圧データは、ニッケルカドミウムバッテリーパック1から出力された交流電力の周波数として、ハンディターミナル60に送信され、ハンディターミナル60は、その周波数を検出することにより、不図示の表示装置にバッテリー残量を表示することができる。
また、マイクロコンピュータ22は、一定間隔でアンプ24から入力したニッケルカドミウムバッテリー14の電圧をサンプリングして、ニッケルカドミウムバッテリー14の電圧が一定値以下であるときは、マイクロコンピュータ22は放電スイッチ15,18をOFFにして放電を終了する。
図5は、図3の充電器50が送信する充電パルス、又はハンディターミナル60が送信する放電パルスのタイミングチャートである。
ニッケルカドミウムバッテリーパック1が充電器50に装着されると、充電器50から500ms間隔の充電パルスが送出され、ニッケルカドミウムバッテリーパック1は充電が可能になる。
ニッケルカドミウムバッテリーパック1が充電器50から外されたときや、充電器50の状態により赤外線パルスが送出されないときは、ニッケルカドミウムバッテリーパック1は初期状態に戻って待機する。
一方、ニッケルカドミウムバッテリーパック1がハンディターミナル60に装着されると、ハンディターミナル60から500ms間隔の赤外線パルスが送出され、ニッケルカドミウムバッテリーパック1は放電が可能になる。
ニッケルカドミウムバッテリーパック1がハンディターミナル60から外されたときや、ハンディターミナル60の状態により赤外線パルスが送出されないときは、ニッケルカドミウムバッテリーパック1は初期状態に戻って待機する。
図6は、図2におけるマイクロコンピュータ22によって実行される充放電処理のフローチャートである。
図6において、マイクロコンピュータ22は、マイクロコンピュータ22が備える不図示の周辺機器のADコンバータ、DAコンバータ、タイマー等の初期化処理を行い(ステップS101)、ハンディターミナル60から放電パルスを受信しているか否かを判別し(ステップS102)、放電パルスを受信していないときは、充電器50から充電パルスを受信しているか否かを判別し(ステップS103)、充電パルスを受信していないときは、S102に戻って放電パルスを監視し、一方、充電のための赤外線パルスを受信しているときは、後述する図6の充電処理を行って充電器50から充電し(ステップS104)、本処理を終了する。
ステップS102の判別の結果、放電パルスを受信しているときは、バッテリー電圧が所定値以上であるか否かを判別し(ステップS105)、バッテリー電圧が所定値以上でないときは、放電ができないので、S102に戻って放電パルスを監視し、一方、バッテリー電圧が所定値以上であるときは、放電が可能であるので、後述する図7の放電処理を行ってハンディターミナル60に放電し(ステップS106)、本処理を終了する。
図6の処理によれば、充電パルスを受信しているときは、充電器50から充電し(ステップS104)、放電パルスを受信している場合において、バッテリー電圧が所定値以上であるときは、ハンディターミナル60に放電する(ステップS106)ので、赤外線通信によって充電又は放電を開始することができ、もって密閉構造を採ることができる。
図7は、図6のステップS104の充電処理のフローチャートである。
図7において、マイクロコンピュータ22は、充電スイッチ10をONにして充電器50から充電を開始し(ステップS201)、充電の状態を監視して、満充電であることを示す−ΔVの検出を行い(ステップS202)、−ΔVが検出されないときは、充電器50から充電を続け、ニッケルカドミウムバッテリー14の電圧データをマイクロコンピュータ22の内部メモリに記憶し(ステップS203)、ニッケルカドミウムバッテリーパック1が充電器50から外されたか否かを確認するために、充電パルスを受信しているか否かを判別し(ステップS204)、充電パルスを受信しているときは、ステップS202に戻り、充電パルスを受信していないときは、充電スイッチ10をOFFにして充電を終了し(ステップS205)、本処理を終了する。
ステップS202の判別の結果、−ΔVが検出されたときは、満充電状態であるので、充電スイッチ10をOFFにして充電を終了し(ステップS206)、ニッケルカドミウムバッテリーパック1が充電器50から外されたか否かを確認するために、充電パルスを受信しているか否かを判別し(ステップS207)、充電パルスを受信していないときは、本処理を終了する。
図8は、図6のステップS106の放電処理のフローチャートである。
図8において、マイクロコンピュータ22は、放電スイッチ15,18をONにしてハンディターミナル60へ放電を開始し(ステップS301)、バッテリー電圧が所定値以上であるか否かを判別し(ステップS302)、バッテリー電圧が所定値以上であるときは、ハンディターミナル60へ放電を続け、ニッケルカドミウムバッテリー14の電圧をサンプリングして電圧データを出力された交流電力の周波数としてハンディターミナル60に送出する(ステップS303)。ステップS303の電圧データの送出は、サンプリングした電圧の値に応じたパルスを電圧データとしてマイクロコンピュータ22のタイマーからインバータ回路16へ送出し、インバータ回路16がこのパルスに基づいて、変換した交流電力の周波数を変更することによって行われる。
次いで、ニッケルカドミウムバッテリーパック1がハンディターミナル60から外されたか否かを確認するために、放電パルスを受信しているか否かを判別し(ステップS304)、放電パルスを受信しているときは、ステップS302に戻り、放電パルスを受信していないときは、放電スイッチ15,18をOFFにして放電を終了し(ステップS305)、本処理を終了する。
ステップS302の判別の結果、バッテリー電圧が所定値以上でないときは、放電スイッチ15,18をOFFにして放電を終了し(ステップS306)、ニッケルカドミウムバッテリーパック1がハンディターミナル60から外されたか否かを確認するために、放電パルスを受信しているか否かを判別し(ステップ307)、放電パルスを受信していないときは、本処理を終了する。
図8の処理によれば、ニッケルカドミウムバッテリー14の電圧をサンプリングして電圧データを出力された交流電力の周波数としてハンディターミナル60に送出する(ステップS303)ので、ポータブル型電子機器にバッテリーの充電状態を通知することができる。
1 ニッケルカドミウムバッテリーパック
2 入出力コイル
16 インバータ回路
17 定電流回路
22 マイクロコンピュータ
2 入出力コイル
16 インバータ回路
17 定電流回路
22 マイクロコンピュータ
Claims (4)
- 直流電力を蓄積し、当該蓄積された直流電力を、赤外線パルスを発生する赤外線パルス発生手段、及び交流磁界を受容する交流磁界受容手段を有する携帯機器へ出力するバッテリーパックにおいて、
前記バッテリーパックが前記携帯機器に装着されたときに前記赤外線パルス発生手段が発生する赤外線パルスにより前記バッテリーパックの回路を閉じるスイッチと、前記蓄積された直流電力を交流電力に変換する変換手段と、前記バッテリーパックが前記携帯機器に装着されたときに前記携帯機器の交流磁界受容手段に対向するように配され、前記変換された交流電力により交流磁界を発生する交流磁界発生手段とを内蔵することを特徴とするバッテリーパック。 - 前記変換手段は、前記バッテリーパックの電圧に応じて、前記変換された交流電力の周波数を変更することを特徴とする請求項1記載のバッテリーパック。
- 前記変換手段は、前記蓄積された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を備えることを特徴とする請求項1又は2記載のバッテリーパック。
- 前記交流磁界発生手段はコイルを備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のバッテリーパック。
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