JP2007220494A - 電子機器及びその充電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２次電池の劣化をより効果的に防止する。
【解決手段】筐体と、筐体の内部に収納される２次電池と、外部電源の電力を入力する外部電源入力部と、外部電源入力部に入力された電力を２次電池に供給する電力供給手段とを備え、電力供給手段は、２次電池の電池電圧を検出する電圧検出手段と、２次電池への電力供給を抑制可能な電力供給抑制手段とを備え、電圧検出手段にて検出される電池電圧が満充電判定電圧値以上となると電力供給抑制手段により２次電池への電力供給を抑制する電子機器において、筐体の内部に設けられ、筐体内部の温度を検出する温度検出手段を有し、電力供給手段は、電圧検出手段にて検出される電池電圧が満充電判定電圧値よりも低く設定される所定電圧値以上であり、且つ温度検出手段で検出される筐体内部の温度が所定温度以上であるときに、電力供給抑制手段により２次電池への電力供給を抑制する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子機器及びその充電方法に関する。

例えば、下記特許文献１には、バッテリ自体で温度に応じて充電電圧を変えることができ、寿命を伸ばして内部ショートを防ぐことができるバッテリとそのバッテリを有する電子機器が開示されている。この技術は、２次電池セルの温度又は当該２次電池セル付近の温度を測定する温度センサ及び２次電池セルに充電する際に充電電圧を制御する電圧制御部等を備えたバッテリであり、電圧制御部が温度センサの検出温度に応じて２次電池セルの充電電圧を制御することにより内部ショートを防ぐものである。
より詳細には、上記電圧制御部は、２次電池セルの電池電圧が目標の充電電圧を超えると、充電用の半導体スイッチング素子のオン／オフのデューティ比を変えることにより、電池電圧をなだらかに目標の充電電圧に収束させると共に温度センサの検出温度が高い程に目標の充電電圧を低く設定し、以って２次電池セルの内部ショートを防止する。
特開平１１−１１１３５０号公報

しかしながら、上記従来技術では、温度センサの検出温度に応じて目標の充電電圧を可変させる内容なので、バッテリの劣化を効果的に防止することができない。すなわち、２次電池セルの充電電圧が目標の充電電圧を超える程に高くなった状態は、既に２次電池セルの劣化が発生し易い状態であり、この目標の充電電圧を温度センサの検出温度に応じて低下させてもバッテリ内における劣化を効果的に防止することができない。
また、このような２次電池を筐体内に収納する電子機器においては、２次電池セルの温度又は２次電池セル付近の温度に応じて目標の充電電圧を可変させても、２次電池セルの電池電圧が充電電圧を超える程に高くなった状態では、筐体内部の温度上昇を効果的に抑制することが難しく、筐体内部の温度上昇により筐体内部の電子部品などに与える影響を抑制することができない。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、筐体内部の温度上昇を効果的に抑制できる電子機器及びその充電方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明では、電子機器に係る第１の解決手段として、筐体と、前記筐体の内部に収納される２次電池と、外部電源から出力される電力を入力する外部電源入力部と、前記外部電源入力部にて入力された電力を前記２次電池に供給する電力供給手段とを備え、前記電力供給手段は、前記２次電池の電池電圧を検出する電圧検出手段と、前記２次電池への電力供給を抑制可能な電力供給抑制手段とを備えて、前記電圧検出手段にて検出される前記電池電圧が満充電判定電圧値以上となると前記電力供給抑制手段により前記２次電池への電力供給を抑制するように構成された電子機器において、前記筐体の内部に設けられて、筐体内部の温度を検出する温度検出手段を有し、前記電力供給手段は、前記電圧検出手段にて検出される前記電池電圧が前記満充電判定電圧値よりも低く設定される所定電圧値以上であり、且つ前記温度検出手段で検出される前記筐体内部の温度が所定温度以上であるときに、前記電力供給抑制手段により前記２次電池への電力供給を抑制する、という手段を採用する。

また、電子機器に係る第２の解決手段として、第１の解決手段において、前記温度検出手段は、前記筐体内部での前記２次電池の周囲環境温度を検出する、という解決手段を採用する。

電子機器に係る第３の解決手段として、第１または第２の解決手段において、前記電力供給手段は、前記電圧検出手段にて検出される前記電池電圧が前記所定電圧値以上であり、且つ前記温度検出手段で検出される前記筐体内部の温度が所定温度以上であるときに、前記電力供給抑制手段により電力の供給と供給停止とを交互に行って前記２次電池へ電力を間欠的に供給することで前記２次電池への電力供給を抑制するとともに、当該間欠供給を開始する際には、前記電力の供給を先に行う、という解決手段を採用する。

電子機器に係る第４の解決手段として、第１〜第３いずれかの解決手段において、前記満充電判定電圧値は、前記温度検出手段で検出される前記筐体内部の温度が前記所定温度以上となると低下される、という解決手段を採用する。

電子機器に係る第５の解決手段として、第１〜第４いずれかの解決手段において、前記電力供給手段は、前記電圧検出手段にて検出される前記電池電圧が前記満充電判定電圧値以上となると、前記電力供給抑制手段により前記２次電池への充電電流を低下させるとともに前記充電電流が所定電流値以下となると前記２次電池への電力供給を停止し、前記所定電流値は、前記温度検出手段で検出される前記筐体内部の温度が所定温度以上となると増大される、という解決手段を採用する。

一方、本発明では、電子機器の充電方法に係る解決手段として、外部電源からの電力を筐体の内部に収納された２次電池に供給するとともに、２次電池の電池電圧が満充電判定電圧値以上となると前記２次電池への電力供給を抑制する電子機器の充電方法において、筐体内部の温度を検出し、前記電池電圧が前記満充電判定電圧値よりも低く設定される所定電圧値以上であり、かつ検出される前記筐体内部の温度が所定温度以上であるときに前記２次電池への電力供給を抑制する、という解決手段を採用する。

本発明によれば、２次電池の電池電圧が満充電判定電圧値以上となる２次電池への電力供給が抑制されるとともに、この２次電池が収納されている筐体の内部の温度が所定温度以上である場合、この電池電圧が当該満充電判定電圧値よりも小さく設定された所定電圧値以上のときに２次電池への電力供給が抑制されるため、筐体内部の温度上昇を抑制して、この筐体内部の温度上昇に伴う影響を好適に軽減することができる。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。

図１は、本実施形態に係る電子機器としての携帯電話器の要部構成を示すブロック図である。この図において、符号１は充電端子（外部電源入力部）、２は充電電流検出用の抵抗器、３は充電トランジスタ、４はシステム電源ＩＣ（Integrated Circuit）、５は２次電池、６は制御部、また７は温度センサ（温度検出手段）である。充電端子１は、携帯電話器の筐体の一部に露出するように設けられた金属片であり、外部電源に接続されるＡＣアダプタの出力端子から充電電流が供給される。このような充電端子１には抵抗器２の一端が接続されている。抵抗器２は、上記充電端子１と充電トランジスタ３との間に設けられており、他端が充電トランジスタ３のエミッタ端子に接続されている。

充電トランジスタ３は、図示するようにＰＮＰ型バイポーラトランジスタであり、上記抵抗器２と２次電池５との間に設けられている。この充電トランジスタ３は、コレクタ端子が２次電池５及び当該２次電池５に対する電源負荷である音源ＩＣ（Integrated Circuit），ＬＥＤ（Light Emitting Diode）コントローラ及びＲＦ（Radio Frequency）用電源ＩＣ（Integrated Circuit）に接続され、ベース端子がシステム電源ＩＣ４に接続されている。また、この充電トランジスタ３は、システム電源ＩＣ４によって設定されるベース端子の電圧（ベース電圧）に応じて、エミッタ端子とコレクタ端子とが導通するＯＮ（オン）状態とエミッタ端子とコレクタ端子とが非導通状態となるＯＦＦ（オフ）状態とに状態遷移する。このように２次電池５は、これら抵抗器２、充電トランジスタ３及びシステム電源ＩＣ４を有して構成される電力供給手段によって外部電源からの電力が供給される。

また、システム電源ＩＣ４は、制御部６による制御の下にＬＣＤモジュールやカメラモジュール等の電源負荷に対する２次電池５からの電源供給を制御すると共に、充電トランジスタ３を制御することにより充電電流の２次電池５への供給、つまり２次電池５の充電を制御する。図示するように、システム電源ＩＣ４には２次電池５の＋端子が接続されており、システム電源ＩＣ４は、これによって２次電池５の＋端子電圧（電池電圧）及び充電電流等を検知して充電情報として制御部６に供給する。なお、システム電源ＩＣ４は、２次電池５の電力のＬＣＤモジュールやカメラモジュールへの供給をも制御する。２次電池５は、例えばリチウムイオン電池であり、携帯電話器の主電源として上記音源ＩＣ，ＬＥＤコントローラ及びＲＦ用電源ＩＣ等に電力を供給する。

制御部６は、メモリ、ＣＰＵ及び各種インタフェース回路から構成されており、メモリに予め記憶された所定の充電制御プログラム、温度センサ７から入力された温度情報及びシステム電源ＩＣ４から入力される充電情報（電池電圧及び充電電流等）に基づいて所定の充電処理を実行することによりシステム電源ＩＣ４を制御する。すなわち、制御部６は、システム電源ＩＣ４を介して充電トランジスタ３を間接的に制御することにより２次電池５の充電を制御する。

温度センサ７は、携帯電話器の筐体内における高温部位から比較的離れた位置に設けられており、当該筐体内部の温度（筐体内温度）を検出し、上記温度情報として制御部６に出力する。

ここで、携帯電話器の筐体内には２次電池５の他に、上記音源ＩＣ，ＬＥＤコントローラ、ＲＦ用電源ＩＣ、受信回路及び送信回路等の各種電子回路が実装された電子基板、また上記ＬＣＤモジュールやカメラモジュール等が収納されているが、携帯電話器が使用状態にある場合における２次電池５の温度は、２次電池５の周囲に配置された電子部品などの温度に依存する。すなわち、携帯電話器が使用状態にある場合、電子部品などが主な熱源となって、これら電子部品などから発生した熱が２次電池５によって吸収されることにより２次電池５の温度が左右される。このような事情から、本携帯電話器における温度センサ７は、使用状態にある場合の高温部位に相当する電子部品から比較的離れた位置であって、２次電池５の周囲（２次電池５の近傍）に設けられており、この温度センサ７によって、筐体内温度を好適に検出することができる。なお、高温部位に相当する電子部品とは、例えばＲＦ受信機や信号増幅器である。

次に、このように構成された携帯電話器の充電動作について、図２に示すフローチャート及び図３に示す特性図を参照して詳しく説明する。なお、このフローチャートは、携帯電話器が使用されている状態で２次電池５を充電する場合における制御部６の充電処理を示すものである。

制御部６は、ＡＣアダプタの出力端子が充電端子１に接続されると、当該接続を例えば充電端子１の電圧をモニタすることによって検知し、上記充電処理を開始する。この充電処理において、制御部６は、最初に充電終了時の目標電池電圧（満充電判定電圧値）である満充電電圧Ｖm（図３参照）及び充電終了時の充電電流（所定電流値）である満充電電流Ｉm（図３参照）を制御目標値として初期設定する（ステップＳ1）。

図３は、満充電電圧Ｖmが約４．３に設定され、また満充電電流Ｉmが約１００ｍＡに設定された状態を示している。このように制御目標値が初期設定されると、制御部６によって充電トランジスタ３がＯＮ状態に設定されることにより（ステップＳ2）、図３にも示すように、ＡＣアダプタによって定電流制御された一定の充電電流が抵抗器２及び充電トランジスタ３を介して２次電池５に順次供給される。そして、上記充電電流に基づく電荷が２次電池５に順次蓄積（蓄電）されることにより電池電圧は順次上昇する。

制御部６は、このように順次上昇する電池電圧が上記満充電電圧Ｖmに到達したか、かつ、充電電流が満充電電流Ｉmまで低下したかを上記充電情報に基づいて判定することにより満充電か否かを判定し（ステップＳ3）、この判定が「Ｙｅｓ」の場合は充電トランジスタ３がＯＦＦ状態に設定して（ステップＳ4）充電処理を終了し、当該判定が「Ｎｏ」の場合には、温度情報に基づいて筐体内温度が所定温度値である４５°Ｃを超えたか否かを判定する（ステップＳ5）。

充電開始直後では、上記ステップＳ3における判定は「Ｎｏ」となるので、当該ステップＳ3に引き続いて上記ステップＳ5の判定処理が行われるが、制御部６は、この判定が「Ｎｏ」の場合、つまり携帯電話器が長時間使用状態になく筐体内温度が４５°Ｃを超える程に上昇していない場合は、処理をステップＳ2に戻して充電トランジスタ３のＯＮ状態を維持する。一方、制御部６は、上記ステップＳ5の判定が「Ｙｅｓ」の場合には、ステップＳ1において制御目標値として設定された満充電電圧Ｖmを０．１Ｖ下げ（ステップＳ6）、また同じくステップＳ1において制御目標値として設定された満充電電流Ｉmを５０ｍＡ上げる（ステップＳ7）。

そして、制御部６は、上記充電情報に基づいて電池電圧が電圧しきい値（所定電圧値）である３．９Ｖを超えたか否かを判定し（ステップＳ8）、この判定が「Ｎｏ」の場合は、処理をステップＳ2に戻して充電トランジスタ３のＯＮ状態を維持し、この判定が「Ｙｅｓ」の場合には、３０秒の時間が経過した時点で（ステップＳ9）、充電トランジスタ３のＯＦＦ状態に遷移させる（ステップＳ10）。図３では、上記３０秒が経過した時点において電池電圧が満充電電圧Ｖmである約４．３よりも低い値、つまり約４．１５Ｖまで上昇してた状態を示している。

充電トランジスタ３がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わると、２次電池５への充電電流の供給が停止されるので、また携帯電話器が使用状態にあるので、電池電圧は、２次電池５に充電された電力が各負荷で消費されることによって徐々に低下する。制御部６は、このように低下する電池電圧が３．９Ｖを超えて低下すると（ステップＳ11）、処理をステップＳ2に戻して充電トランジスタ３をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替え、充電電流の２次電池５への供給を再開させる一方、電池電圧が３．９Ｖまで低下しない段階では、ステップＳ10において充電トランジスタ３をＯＦＦ状態に切り替えてから３０秒の時間が経過した時点で（ステップＳ12）、処理をステップＳ2に戻して充電トランジスタ３をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替える。

すなわち、制御部６は、充電トランジスタ３をＯＦＦ状態に切り替えてから電池電圧が３．９Ｖを超えて低下した時点あるいは充電トランジスタ３をＯＦＦ状態に切り替えてから３０秒が経過した時点で、充電トランジスタ３をＯＦＦ状態からＯＮ状態に再度切り替える。そして、このようなステップＳ2〜Ｓ12のループ処理によって、充電トランジスタ３のＯＮ／ＯＦＦのデューティ比が筐体内温度及び電池電圧に応じて調整される。この結果、電池電圧は、図３に示すように、満充電電圧Ｖm（約４．３Ｖ）よりも低い状態（約４．１５Ｖ）から緩やかな上昇変化で満充電電圧Ｖmに到達する。

即ち、２次電池５の電池電圧が電圧閾値を超えた状態で筐体内温度が所定温度を超えるような高温状態になると、２次電池５の電池電圧が満充電電圧Ｖmに到達していない場合であっても、２次電池５への電力の供給が間欠的に行われて２次電池５の充電が抑制される。よって、筐体内温度が所定温度を超えていない場合に場合に比べて、電池電圧が緩やかに上昇することになり、２次電池５の充電に伴う充電回路の電子部品（充電トランジスタ３など）での発熱を抑制して、２次電池５自体の温度上昇を抑制することができるとともに、この２次電池５を収納している携帯電話器（筐体）の温度上昇を抑制することができる。

また、２次電池５の電池電圧が電圧閾値を超え、且つ筐体内温度が所定温度値を超えたことに伴って、電力供給（充電トランジスタ３ＯＮ）と電力供給停止（充電トランジスタ３ＯＦＦ）とを交互に行って間欠的に２次電池５へ電力を供給（充電）する場合には、ステップＳ9及びＳ10に示すように、電力供給を３０秒行った後に電力供給の停止（充電トランジスタ３ＯＦＦ）を行う、即ち電力の間欠供給を開始する際には、電力供給が先に行われる。これにより、２次電池５の電池電圧が電圧閾値を超えた直後であっても電力供給が先に実施されて２次電池５への充電が継続されるので、３０秒間の電力供給の後に電力供給停止を３０秒間行っても２次電池５の電池電圧が電圧閾値以下に低下することが抑制される。よって、２次電池５の電池電圧は緩やかに上昇し続けることになる。

なお、２次電池５への電力供給を間欠的に行う場合、電力供給や電力供給停止の間隔を携帯電話器の負荷状態に応じて変更するようにしても良い。例えば、テレビ視聴時や音楽再生時のように携帯電話器での負荷が大きい場合には、電力供給の間隔を長くして電力供給停止の間隔を短くするようにしても良い。

このようにして電池電圧が緩やかな上昇変化で満充電電圧Ｖmに到達すると、この電池電圧が満充電電圧Ｖmに収束するように、充電電流を低下させる。この充電電流は、２次電池５の電池電圧が満充電電圧Ｖmに到達していると判定される毎に低下されるため、電池電圧が満充電電圧Ｖmになると充電電流は図３に示されるように徐々に低下されることとなり、２次電池５への電力供給が抑制される。そして、この充電電流が満充電電流Ｉm以下まで低下したと判定される、すなわち電池電圧が満充電電圧Ｖmよりも大きく且つ充電電流が満充電電流Ｉm以下となったと判定されると、満充電状態と判定され、ステップＳ3の判定が「Ｙｅｓ」となる。

なお、上述した実施形態では、充電電流が満充電電流Ｉm以下に低下するまでの間も、電池電圧が閾値電圧よりも大きく且つ筐体内温度が４５°Ｃを超えた状態であるため、間欠充電が行われている。制御部６は、当該ステップＳ3の判定が「Ｙｅｓ」となると、充電トランジスタ３をＯＦＦ状態に設定して（ステップＳ4）、充電処理を終了する。

このような本実施形態によれば、電池電圧が満充電電圧Ｖmよりも低い段階、かつ、筐体内温度が４５°Ｃを超えた段階で、電池電圧が緩やかな傾斜で満充電電圧Ｖmに到達するように２次電池５を充電するので、２次電池５の劣化を従来よりも効果的に防止することが可能である。
また、筐体内温度が４５°Ｃを超える場合には、満充電電圧Ｖmを０．１Ｖ刻みで順次低下させるので、これによって２次電池５の劣化をさらに効果的に防止することが可能である。

なお、上述した実施形態では、筐体内温度が４５°Ｃを超えるごとに満充電電圧Ｖmを順次低下させるとともに、満充電電流Ｉmを順次増大させる構成となっているが、何れか一方のみを変更するようにしても良い。また、筐体内温度が４５°Ｃを超えるごとに順次変更するのではなく、１度だけ変更するようにしても良い。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記フローチャートに示した充電制御はあくまで一例であり、電池電圧が満充電電圧Ｖmよりも低い状態から緩やかな傾斜で満充電電圧Ｖmに到達するように充電制御するものであれば、他の手順に基づく充電制御でも良い。
また、本発明は、携帯電話器の充電制御に限定されるものではなく、他の種々の機器の充電制御にも適用可能である。

本発明の一実施形態に係わる携帯電話器の要部構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係わる携帯電話器の充電動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係わる携帯電話器の充電特性を示す特性図である。

符号の説明

１…充電端子、２…抵抗器、３…充電トランジスタ、４…システム電源ＩＣ、５…２次電池、６…制御部、７…温度センサ

Claims (6)

1. 筐体と、
   前記筐体の内部に収納される２次電池と、
   外部電源から出力される電力を入力する外部電源入力部と、
   前記外部電源入力部にて入力された電力を前記２次電池に供給する電力供給手段とを備え、
   前記電力供給手段は、前記２次電池の電池電圧を検出する電圧検出手段と、前記２次電池への電力供給を抑制可能な電力供給抑制手段とを備えて、前記電圧検出手段にて検出される前記電池電圧が満充電判定電圧値以上となると前記電力供給抑制手段により前記２次電池への電力供給を抑制する
   ように構成された電子機器において、
   前記筐体の内部に設けられて、筐体内部の温度を検出する温度検出手段を有し、
   前記電力供給手段は、前記電圧検出手段にて検出される前記電池電圧が前記満充電判定電圧値よりも低く設定される所定電圧値以上であり、且つ前記温度検出手段で検出される前記筐体内部の温度が所定温度以上であるときに、前記電力供給抑制手段により前記２次電池への電力供給を抑制する
   ことを特徴とする電子機器。
2. 前記温度検出手段は、前記筐体内部での前記２次電池の周囲環境温度を検出することを特徴とする請求項１記載の電子機器。
3. 前記電力供給手段は、前記電圧検出手段にて検出される前記電池電圧が前記所定電圧値以上であり、且つ前記温度検出手段で検出される前記筐体内部の温度が所定温度以上であるときに、前記電力供給抑制手段により電力の供給と供給停止とを交互に行って前記２次電池へ電力を間欠的に供給することで前記２次電池への電力供給を抑制するとともに、当該間欠供給を開始する際には、前記電力の供給を先に行う
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の電子機器。
4. 前記満充電判定電圧値は、前記温度検出手段で検出される前記筐体内部の温度が前記所定温度以上となると低下されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電子機器。
5. 前記電力供給手段は、前記電圧検出手段にて検出される前記電池電圧が前記満充電判定電圧値以上となると、前記電力供給抑制手段により前記２次電池への充電電流を低下させるとともに前記充電電流が所定電流値以下となると前記２次電池への電力供給を停止し、
   前記所定電流値は、前記温度検出手段で検出される前記筐体内部の温度が所定温度以上となると増大される
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の電子機器。
6. 外部電源からの電力を筐体の内部に収納された２次電池に供給するとともに、２次電池の電池電圧が満充電判定電圧値以上となると前記２次電池への電力供給を抑制する電子機器の充電方法において、
   筐体内部の温度を検出し、
   前記電池電圧が前記満充電判定電圧値よりも低く設定される所定電圧値以上であり、かつ検出される前記筐体内部の温度が所定温度以上であるときに前記２次電池への電力供給を抑制する
   ことを特徴とする電子機器の充電方法。
   

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