JP2008301607A

JP2008301607A - 充電回路及び携帯型電子機器

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Publication number: JP2008301607A
Application number: JP2007144218A
Authority: JP
Inventors: Kenji Tanaka; 賢司田中
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2007-05-30
Filing date: 2007-05-30
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2027-05-30
Also published as: JP4769227B2

Abstract

【課題】簡単な構成で二次電池の種別を正確に判定し、残量を正確に把握すること。また電池種別判定において消費電流を必要最小限に抑えること。
【解決手段】
充電器４からの流入電流を二次電池６に供給して充電を行う充電回路３において、電池部２内の抵抗７により電池電圧の分圧に基づいて電池種別判定回路９が電池種別判定を行う。切り替え手段８の切り替え状態については、携帯型電子機器１が充電器４に接続されている状態で、電池種別判定回路９への供給電圧を充電器４による電圧から取得し得るように切り替える。また、携帯型電子機器１が充電器４に接続されていない状態であって、かつ電池種別判定を行う場合には、電池種別判定回路９への供給電圧を二次電池６による電圧から取得し得るように、切り替え手段８を一時的に切り替える。
【選択図】図２

Description

本発明は、二次電池の電池種別判定を行う充電回路及び携帯型電子機器に関する。

携帯電話などの電子機器は、これに装着して用いられる二次電池の残量検出及び残量表示の機能を有するものがある。そして、二次電池の詳細な残量検出や残量表示を行うためには、電池管理の精度を高めることが必要である。例えば、特許文献１には、二次電池の分極電圧値を算定し、二次電池の端子電圧から分極電圧を差し引いた電池電圧値に基づいて二次電池の電荷の残量状態を推定する方法が開示されている。

また、２種類以上の電池を使用可能な電子機器では、複数種の電池に対して充電回路（制御用ＩＣなど）を共通化することでコストや部品点数を低減できる。充電の際に電池パックの種類を判定し、その判定結果に応じた充電制御を行う充電器として、例えば、特許文献２乃至４に記載された装置が挙げられる。

ところで、二次電池の残量を正確に検出して管理し、また使用者に対して精緻な残量表示を行う場合において、二次電池の種別判定が重要である。例えば、携帯型電子機器では、二次電池を含む電池パックを機器本体に装着したままの状態で充電を行うことが多い。そして、この接続状態での電池種別判定において、電池パック内に設けられた抵抗を用い、電池パック内の二次電池を機器側の充電回路に接続することで分圧により抵抗値を読み出し、これを識別情報として電池の装着状態の判定や電池種別の判定が行われる。
特開２００２−５６９０３号公報特開平５−１６０７７４号公報特開平７−６５８６４号公報特開平１０−２４３５６４号公報

上記のように、携帯型電子機器と充電器とが接続された状態でのみ、電池種別判定が行われる装置構成では、電池交換などを行った後で、正確な電池残量を表示できない場合が生じるという問題がある。つまり、そのような状況では、携帯型電子機器と充電器とを接続しない限り、電池の種別が分からない。しかし、電池残量表示は、携帯型電子機器と充電器とを接続していなくても行う必要がある。

また、電池容量についての管理や表示を詳細に行うこと（例えば、電池残量を連続量として表示させるなど）が求められる場合に、例えば、電池の充放電電流の積分によって電池に流入し又は電池から流出する電気量の総和を算定して電池残量の状態を判定する方法が用いられるが、その際に電池容量の違いを正確に把握していないと、誤表示などをもたらす虞がある。

本発明は、簡単な構成で二次電池の種別を正確に判定して残量を正確に把握し、また電池種別判定において無駄な電流が消費されないようにした、充電回路及び携帯型電子機器の提供を目的とする。

本発明は、二次電池を用いた電池部内の抵抗により電池電圧の分圧に基づいて電池種別判定を行う電池種別判定手段と、該電池種別判定手段への電圧供給元を、二次電池側と充電器側とのいずれかに切り替える切り替え手段とを備えており、この切り替え手段は、充電器が接続されている場合には、前記電圧供給元を充電器側に切り替え、また、充電器が接続されていない状態であって、かつ電池種別判定を行う場合には、前記電圧供給元を二次電池側に切り替えるように構成したものである。

また、本発明において、切り替え手段については、電池種別判定を行わない場合であって、充電器が接続されていない状態において、前記電圧供給元を充電器側に切り替えることが、省電力化のために好ましい。

本発明において電池種別判定の時期については、携帯型電子機器と充電器とが接続されていない状態であっても、携帯型電子機器の電源投入時に、電池種別判定手段が電池種別判定を行うことが好ましい。

また、本発明において、二次電池の端子間電圧に基づいてその残量判定を行う電池残量判定手段を備えることが好ましい。

本発明によれば、簡単な構成で二次電池の種別を正確に判定し、残量を正確に把握して表示することができる。

以下、本発明の実施形態について、図１乃至図４を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明による携帯型電子機器の基本的な構成を機能的に示すブロック図である。携帯型電子機器１は、その内部に充電回路や充電制御部を備えており、当該機器に対して着脱自在に装着される電池部に対して、外部の充電器から当該機器を経由して充電するように構成されており、そのような機器には、例えば、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ポータブルナビゲーション装置、携帯型コンピュータなどが挙げられる。この携帯型電子機器１には、二次電池を用いた電池部２が装着され、二次電池からの電力が各回路部に供給される。充電回路３は、商用交流電源に接続される装着用装置（クレードルなど）に設けられた充電器４からの流入電流を、電池部２内の二次電池に供給して、二次電池の充電を行うための回路である。

充電回路３には、電池種別判定手段３ａと、電池残量判定手段３ｂが設けられている。電池種別判定手段３ａは、二次電池の種類、容量、電池電圧などを識別するために、電池部２内の識別用素子２ａ（例えば、抵抗）を用いて、電池電圧の分圧に基づいて電池種別判定を行うものである。また、電池残量判定手段３ｂは、二次電池の端子間電圧に基づいて電池残量判定を行うものである。

電池種別判定手段３ａによって、電池部２が携帯型電子機器１に装着されているか否かが判定され、また、電池部２内の二次電池の種別が判定された後で、これらの判定結果に応じた信号が表示部５に送信される。そして、電池部２が携帯型電子機器１に装着されている場合に、電池残量判定手段３ｂによって二次電池の残量判定が行われ、判定結果に応じた信号が表示部５に送信される。

表示部５は、電池種別判定手段３ａからの判定結果を示す信号を受けて、電池部２の携帯型電子機器１への装着状態に関する情報、あるいは二次電池の種別に関する情報を表示する。また、表示部５は、電池残量判定手段３ｂからの判定結果を示す信号を受けて、二次電池の残量情報を、バーグラフ表示などで段階的若しくは連続的に表示し、又は百分率表示などで連続的に表示する。

図２は、本発明を適用した装置構成例の要部を示すブロック図である。

電池部２には、３つの接続端子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３が設けられており、接続端子Ｔ１が二次電池６の正極に接続され、接続端子Ｔ３が二次電池６の負極に接続されている。そして、接続端子Ｔ２が抵抗７の一端に接続され、この抵抗７の他端が二次電池６の負極に接続されている。なお、抵抗７は上記識別用素子２ａに相当する。

充電回路３は、例えば充電制御用ＩＣなどを用いて構成され、切り替え手段８と、電池種別判定回路９が設けられている。

切り替え手段８には、２つの切り替え状態をもったスイッチ素子が用いられ、図２に接点８ａで示すように、第１の切り替え状態では、充電器４と電池種別判定回路９とを接続し、また、図２に接点８ｂで示すように、第２の切り替え状態では、電池部２の接続端子Ｔ１と電池種別判定回路９とを接続する。

電池種別判定回路９は、電池種別判定手段３ａに相当する回路であり、この回路に供給する電圧（つまり、駆動電圧であり、以下「バイアス電圧」という。）は、切り替え手段８を介して、二次電池６からの電圧又は充電器４からの電圧として取得し得るように切り替えられる。

制御部１０は、例えば、プログラムコードに従ってコマンドを解釈して実行する中央処理装置（ＣＰＵ）などを用いて構成され、ソフトウェア処理上、電池種別や電池残量などに関する情報を必要とする場合において、充電回路３に信号を送り、電池種別判定回路９からの電池種別情報を取得することができる。また、一実施態様において、制御部１０は、充電回路３内に設けられた電池残量判定手段３ｂ（図１参照）からの電池残量情報を取得することができる。

切り替え手段８は、携帯型電子機器１と充電器４とが接続されている状態において、電池種別判定回路９へのバイアス電圧を、充電器４による電圧から取得し得るように切り替えられる。例えば、携帯型電子機器１が充電器４に装着されると、切り替え手段８が第１の切り替え状態（図２の接点８ａ参照）へと自動的に切り替えられる。

図３は、携帯型電子機器１が充電器４に装着されている場合の充電処理の流れを例示したフローチャートである。

先ず、ステップＳ１では、携帯型電子機器１が充電器４に装着される。なお、携帯型電子機器１が充電器４に装着されたかどうかの判別については、例えば、充電回路３と充電器４との接続端子の電位変化を監視することで行える。そして、携帯型電子機器１が充電器４に装着されると、切り替え手段８が第１の切り替え状態となる。これは二次電池６を０Ｖから充電できるようにするためである。つまり第２の切り替え状態では、このような０Ｖからの充電ができない。例えば、二次電池電圧が０Ｖの場合には、電池種別判定回路９のバイアス電圧も０Ｖとなってしまうために、電池種別を判定することができず、安全面からも好ましくない。

次ステップＳ２では、電池部２が携帯型電子機器１に装着されているかどうかが電圧検出などにより判断される。そして、電池部２が携帯型電子機器１に装着されていると判断された場合には、ステップＳ３に移行して二次電池６の充電を開始する。つまり、充電器４からの電圧が充電回路３を介して電池部２内の二次電池６に供給される。また、電池部２が携帯型電子機器１に装着されていないと判断された場合には、ステップＳ４に移行し、ここでは二次電池６の充電を行わない。例えば、携帯型電子機器１は、クレードルなどから電源供給を受ける。

ステップＳ３での充電開始からステップＳ５に移行すると、電池種別判定が行われる。つまり、電池部２内の抵抗７と、電池種別判定回路９内の図示しない抵抗を用いて分圧される電圧値に基づいて電池種別判定が行われ、その判定結果を示す情報に基づいて充電の可否や充電条件が決定される。つまり、判定結果に応じてステップＳ６又はＳ７に移行する。本例では、電圧の異なる２種類の電池（例えば、４．２Ｖ電池と４．４Ｖ電池）を判別する場合を示しており、第１の電池の場合にステップＳ６に移行して、該電池に対応する所定の充電終止電圧に達するまで充電が行われる。また、第２の電池の場合にステップＳ７に移行して、該電池に対応する所定の充電終止電圧に達するまで充電が行われる。

次に、携帯型電子機器１が充電器４に接続されていない状態での電池種別判定について説明する。

携帯型電子機器１が充電器４に接続されていない状態であって、かつ電池種別判定回路９により電池種別判定を行う場合には、切り替え手段８によって、電池種別判定回路９へのバイアス電圧を二次電池６による電圧から取得し得るように切り替えられる。この切り替えは、電池種別判定を行う場合において一時的に行われるが、その理由は、切り替え手段８が常に第２の切り替え状態（図２の接点８ｂ参照）になっていると、抵抗７などを通じて無駄な電流が生じるためである。そこで、切り替え手段８は、携帯型電子機器１が充電器４に接続されていない状態において、上記した電池種別判定を行わない場合には、バイアス電圧を充電器４による電圧から取得し得る状態に切り替えられる。

図４は、携帯型電子機器１と充電器４との接続状態に応じた電池種別判定処理の流れを例示したフローチャートである。

先ず、ステップＳ１１では、制御部１０から充電回路３に対して電池種別判定を開始させる指令が送信される。

次ステップＳ１２では、携帯型電子機器１が充電器４に装着されたかどうかが判別される。この判別については、例えば、充電回路３が充電器４との接続端子の電位変化を監視することで行える。そして、携帯型電子機器１が充電器４に装着されていると判断された場合にはステップＳ１３に移行し、また、携帯型電子機器１が充電器４に装着されていないと判断された場合にはステップＳ１４に移行する。

ステップＳ１３では、切り替え手段８が第１の切り替え状態となり、これによって充電器４からの電圧をバイアス電圧として電池種別判定回路９に供給し得る状態となる。また、ステップＳ１４では、切り替え手段８が一時的に第２の切り替え状態となり、これによって二次電池６からの電圧をバイアス電圧として電池種別判定回路９に供給し得る状態となる。

ステップＳ１３又はＳ１４の後の、ステップＳ１５では、電池部２の抵抗７を用いた分圧値に基づいて電池種別に関する識別（ＩＤ）情報を得る。この情報は、例えば、充電回路３内に設けられた既存のレジスタなどに記録され、制御部１０から参照することができる。一例として２種類の電池を判別するとともに、電池部２の携帯型電子機器１への装着の有無を判別する場合には、レジスタに書き込まれる２ビットの情報を用いればよく、例えば、データ「００」が電池の非装着状態を示し、「０１」が第１の電池の装着状態を示し、「１０」が第２の電池の装着状態を示す。

このような電池種別判定の結果を示す情報は、電池種別に応じた残量判定に利用される。例えば、電池の種類に応じて、開放状態での電圧と残量状態との間の関数関係を示すデータテーブルや数式を用いて電池残量の判定を行う場合に、その前提となる電池の種類を正確に判定することができる。

ステップＳ１５の後に処理はステップＳ１６へと移行する。ここでは、ステップＳ１４にて一時的に第２の切り替え状態とされていた切り替え手段８は、第１の切り替え状態となる。また、ステップＳ１３にて第１の切り替え状態とされていた切り替え手段８は、携帯型電子機器１と充電器４との接続状態の如何に関係なく、第1の切り替え状態を維持する。

図５は、携帯電話装置への適用例を示すブロック図である。携帯電話装置１１は、通信部１２と、通信部１２により通信される情報を処理する処理部１３と、電池部２に接続される電源回路部１４と、電源回路部１４やその他の各部を制御する制御部１０と、を備えている。なお、電池部２内の電池は、例えば、リチウムイオン二次電池である。通信部１２は、所定の使用周波数帯により外部装置と通信を行うメインアンテナ１２ａと、変調処理又は復調処理等の信号処理を行う通信処理部１２ｂと、を備える。また、通信部１２は、電源回路部１４から電源電圧の供給を受ける。また、処理部１３は、操作キー群１３ａ、カメラモジュール１３ｂ、ディスプレイ１３ｃ、メモリ１３ｄ、音声処理部１３ｅ、画像処理部１３ｆ、マイク（音声入力部）１３ｇ、スピーカ（音声出力部）１３ｈを備え、電源回路部１４から電源電圧の供給を受ける。電源回路部１４は、電池部２から供給される電源電圧を所定の電圧値に変圧し、変圧後の電源電圧を通信部１２、処理部１３、制御部１０に供給する。電源回路部１４内には前記した充電回路３が設けられており、充電器４に接続することができる。充電器４は、商用電源（ＡＣ１００Ｖ、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）に接続され、商用電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換し、変換後の直流電圧を電源回路部１４に供給する。そして、電源回路部１４内の充電回路３は、前記のように電池種別判定を行い、その判定結果に従って電池部２内の二次電池を充電する。

また、電源回路部１４は、充電回路３の充電状態及び処理部１３や制御部１０や通信部１２などで消費される電流状態を常に監視している。すなわち、電池部２に流れ込む電流と電池部２から流れ出す電流を積算することによって、電荷の流れの測定と監視を行い、電池部２の容量に対する充電残量の比率を測定するクーロンカウント処理を行う。そして、測定した比率を制御部１０では電池残量としてディスプレイ１３ｃに表示させる。なお、電源回路部１４は、クーロンカウントに限定されず、端子間電圧を検出して電池残量を算出してもよい。

以上のように、携帯型電子機器１と充電器４とが接続されていない状態では、制御部１０から充電回路３への指令によって電池種別判定を行う場合にのみ、切り替え手段８が第２の切り替え状態へと一時的に切り替わり、その後に電池種別判定が終了した時点、あるいは電池種別判定を行う必要がなくなった時点で切り替え手段８が第１の切り替え状態に切り替えられる。これにより、電池種別判定を行う必要のない状況において、電池から無駄な消費電流が流出することがなくなる。

また、このような無効電流が生じる場合に比べて、本発明の構成によれば無効電流を極小にすることが出来るため、上記クーロンカウントによる残量検出時には、その結果が特により正確なものとなり、電池残量を正確に検出できる。また、電池種別を判断するため、電池種別ごとに予め記憶しておいた電池容量や放電特性などの特性の情報のうち、該当する情報を用いて正確な残量を算出することも出来るため、クーロンカウントによっても、端子間電圧検出によっても、またその双方を用いる場合においても電池残量検出の正確さが向上する。

また、上記した電池種別判定の処理については、携帯型電子機器と充電器とを接続した場合以外に、携帯型電子機器の電源投入時（電池交換時を含む）にも行うことが好ましい。つまり、携帯型電子機器の電源投入時に、電池種別判定を行ってその結果をレジスタなどの記憶手段に格納しておけば、その後に制御部１０からの指示を受ける度に、何度も電池種別判定を行う必要がなくなり、さらに消費電流を節減することができる。

上記したように、切り替え手段８によるバイアス電圧の切り替えについては、ソフトウェア制御ではなく、ハードウェア構成で自動的に行われる。これにより、ソフトウェア処理では、切り替え手段８によるバイアス電圧の切り替えを意識することなく、かつ、充電器４と携帯型電子機器１との接続状態の如何に関係なく、電池部２内の抵抗７（識別用素子）を用いて電池種別判定の結果を得ることができる。つまり、ソフトウェア処理によって、切り替え手段８の制御を行う必要がない。

また、充電器４を必要とせずに電池種別判定を行うことと、充電器４を用いて電池種別判定を行うこととの間で両立を図ることができ、そのために、電源回路の構成や制御が著しく複雑化することがなく、切り替え手段８以外の構成部品（追加のレジスタなど）を必要としないので、既存の回路に対する大幅な設計変更を余儀なくされることもない。また、電池種別判定の結果に基づき、種類の異なる電池に対して、設定値や閾値（例えば、電池残量の判定用閾値など）を個別に選択し、あるいは変更することができる。この他、電池種別判定を随時、正確に行える結果として、電池残量の正確な管理や精緻な表示を行うことができるようになる。

そして、二次電池６からバイアス電圧を用いる場合には、電池種別判定を行う必要があるときにのみ、電池部２内の抵抗７を用いた分圧により当該判定が行われるので、消費電流を必要最小限に抑えることができる。例えば、電池部２内の抵抗７が電池種別判定回路９に接続されたままの状態となって、無駄な消費電流が流れないように防止できる。

本発明による携帯型電子機器の基本的な構成を機能的に示すブロック図である。本発明を適用した装置構成例の要部を示すブロック図である。携帯型電子機器が充電器に装着される場合の充電処理の流れを例示したフローチャートである。携帯型電子機器と充電器との接続状態に応じた電池種別判定処理の流れを例示したフローチャートである。携帯電話装置への適用例を示すブロック図である。

符号の説明

１携帯型電子機器
２電池部
３充電回路
３ａ電池種別判定手段
３ｂ電池残量判定手段
４充電器
６二次電池
７抵抗
８切り替え手段

Claims

二次電池を用いた電池部が装着されて電力が供給される携帯型電子機器に設けられ、充電器からの流入電流を前記二次電池に供給して該二次電池の充電を行う充電回路であって、
前記電池部内の抵抗により電池電圧の分圧に基づいて電池種別判定を行う電池種別判定手段と、
前記電池種別判定手段への電圧供給元を、前記二次電池側と前記充電器側とのいずれかに切り替える切り替え手段とを備え、
前記切り替え手段は、前記充電器が接続されている場合には、前記電圧供給元を前記充電器側に切り替え、また、前記充電器が接続されていない状態であって、かつ前記電池種別判定を行う場合には、前記電圧供給元を前記二次電池側に切り替える、ことを特徴とする充電回路。
前記切り替え手段は、前記電池種別判定を行わない場合であって、かつ前記充電器が接続されていない状態において、前記電圧供給元を前記充電器側に切り替える、ことを特徴とする請求項１に記載の充電回路。
前記電池種別判定手段は、前記携帯型電子機器の電源投入時に、前記電池種別判定を行う、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の充電回路。
前記二次電池の端子間電圧に基づいてその残量判定を行う電池残量判定手段を備える、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の充電回路。
動作電力を供給するための二次電池を含む電池部と、充電器からの流入電流を前記二次電池に供給して該二次電池の充電を行う充電回路とを含む携帯型電子機器であって、
前記電池部内の抵抗により電池電圧の分圧に基づいて電池種別判定を行う電池種別判定手段と、
前記電池種別判定手段への電圧供給元を、前記二次電池側と前記充電器側とのいずれかに切り替える切り替え手段とを備え、
前記切り替え手段は、前記充電器が接続されている場合には、前記電圧供給元を前記充電器側に切り替え、また、前記充電器が接続されていない状態であって、かつ前記電池種別判定を行う場合には、前記電圧供給元を前記二次電池側に切り替える、ことを特徴とする携帯型電子機器。