JP2009296802A - 電池ユニットおよび電子機器システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の動作モード毎に最適な過電流保護を行う電池ユニット及び電子機器システムを提供する。
【解決手段】電子機器に電源を供給する電池ユニットであって、起電力を発生する電池セルと、前記電子機器から送信される現在の動作モードの最大消費電力値を記憶する第１の記憶手段と、前記電池セルの電圧を測定する電圧測定手段と、前記電池セルの放電電流を測定する電流測定手段と、前記現在の動作モードの前記最大消費電力値と前記電圧測定手段で測定された前記電圧値から求めた最大消費電流値と、前記電流測定手段で測定された前記放電電流値と、を比較する比較手段と、前記比較手段で比較した結果、前記放電電流値が前記最大消費電流値よりも大きいと判断される場合に前記電池セルの放電を停止する放電停止手段と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電池ユニットおよび電子機器システムに関し、特に電池ユニットから電源が供給される電子機器における過電流保護に関する。

従来、電池から電源が供給される電子機器における過電流保護は、電池内の過電流保護スイッチ、電子機器内のヒューズ、電子機器内の電源保護回路などが担っている。

近年、携帯電話・デジタルカメラ・ノートＰＣに代表される電子機器は、電子機器及び電池の小型化、長時間動作、発熱問題、環境問題などを考慮して低消費電力化が進んでいる。さらに、付加価値の増大に伴い一つの電子機器に様々な機能を併せ持つ。これにより、近年の電子機器は、同一の電子機器に複数の動作モードが存在し、同一の電子機器のもつ消費電力のダイナミックレンジが広くなってきている。ここで、複数の動作モードとは、例えば、主要回路をスタンバイ状態にした極めて電力が低い動作モードから、電池の放電能力の限界近くまで電流を必要とするような非常に電力の高い動作モードまでのことを指す。
特開平６−１１３４７６号公報 特開２００４−３２０８９０号公報

従来において、電池内の過電流保護スイッチ、電子機器内のヒューズ、電子機器内の電源保護回路などは、ワーストケースである最大消費電力モードの最大消費電流に対してマージンを加算して保護回路の動作基準を設計することが通例である（例えば、特許文献１）。

この場合、電子機器内の電源ショートや、部品破壊による大電流という現象に対しては、電子機器の動作モードによらず異常といえる大電流が電池から本体機器に流れるため各保護機能が働き、電池からの電源供給を停止することができる。ただし、異物混入等で発生しうるレアショート（ある程度のインピーダンスをもって電源または信号線がショートする）の場合などの保護には必ずしも有効とは言えない。したがって、本体機器の動作モードにおける異常といえる消費電力と、前述の保護機能の保護が働く電力条件に、必要以上に差が存在してしまい有効な保護機能とならない場合がありうる。
そこで、特許文献２では、マイコンのシステムスタンバイ中か否かによって電流制限値の設定を変えるという発明がなされている。しかし、前述したように電池から電源が供給される電子機器は、低消費電力化が進んでいる一方で、付加価値の増大に伴い一つの電子機器に様々な機能を併せ持つため、同一の電子機器に複数の動作モードが存在する。例えば、主要回路をスタンバイ状態にした極めて電力が低い動作モードから、電池の放電能力の限界近くまで電流を必要とするような非常に電力の高い動作モードが存在し、同一の電子機器のもつ消費電力のダイナミックレンジが広くなっている。したがって、マイコンがスタンバイ中か否かだけで電流制限の設定値を変えるだけでは、多くの動作モードに対して、より最適な電流制限、過放電保護がなされているとは言えない。
多くの動作モードに対して、より最適な電流制限、過放電保護がなされていないと、電子機器の各部品が電池ユニットからの大電流により部品破壊されたり、また、電池ユニットにおいても液漏れ、破裂の虞がある。

そこで、本発明は、複数の動作モード毎に最適な過電流保護を行う電池及び電子装置を提供することを例示的目的とする。

本発明の一側面としての電池ユニットは、電子機器に電源を供給する電池ユニットであって、起電力を発生する電池セルと、前記電子機器から送信される現在の動作モードの最大消費電力値を記憶する第１の記憶手段と、前記電池セルの電圧を測定する電圧測定手段と、前記電池セルの放電電流を測定する電流測定手段と、前記現在の動作モードの前記最大消費電力値と前記電圧測定手段で測定された前記電圧値から求めた最大消費電流値と、前記電流測定手段で測定された前記放電電流値と、を比較する比較手段と、前記比較手段で比較した結果、前記放電電流値が前記最大消費電流値よりも大きいと判断される場合に前記電池セルの放電を停止する放電停止手段と、を有することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明の電池ユニットおよび電子機器システムは、複数の動作モードに対して、より最適な電流制限、過放電保護を行うことで機器の保護を可能とする。また、電子機器の非常に多く煩雑な組合せを持つ動作モードとその動作モードに対する最大消費電力を管理することを可能とする。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１を用いて本発明の実施例について説明する。図１において、電子装置３００は、電池ユニット１００及び電子機器２００を有している。図１では、電子機器２００は、電池ユニット１００が装着され、電源が供給されている。

電池ユニット１００において、電池ユニット１００（以下、バッテリ）はバッテリセル１（電池セル）を持ち起電力を発生させる。バッテリセル１と並列に配置される保護回路２（放電停止手段）はバッテリセル１の充放電時保護機能を制御し、過放電保護用ＦＥＴ−ＳＷ２０などを有する。過放電保護用ＦＥＴ−ＳＷ２０は、後述する方法によりバッテリセル１から電子機器２００へ大電流が流れたと判断された場合、スイッチをＯＦＦにし、バッテリセル１からの放電を停止する。電圧計３は、バッテリセル１と並列に配置され、バッテリセル１の電圧を測定する。電流計４は、バッテリセル１と直列に配置され、バッテリセル１から流れる放電電流（または充電電流）を検出する。サーミスタ７は、電池ユニット１００の温度情報を検出し、マイコン６及びマイコン８に温度情報を通知する。マイコン６は、電圧計３、電流計４及びサーミスタ７からの情報を得てＡ／Ｄ変換や各種計算、各判定を行う。記憶媒体５（第１の記憶手段）は認証コード等のバッテリデータや電子機器２００から提供される最大消費電力情報（最大消費電力値）を保存するメモリとして使用し、マイコン６に接続されている。電池ユニット１００と電子機器２００とは、接点１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄとで接続されている。接点１２ａ、１２ｄと１３ａ、１３ｄは、電池ユニット１００と電子機器２００を電気的に接続し、電池ユニット１００から電子機器２００へ電源を供給する際に使用される。接点１２ｂと１３ｂは、電池ユニット１００内のマイコン６と電子機器２００内のマイコン８とを電気的に接続し、マイコン６とマイコン８とで情報のやり取りをする際に使用される。接点１２ｃと１３ｃは、サーミスタ７により検出される電池ユニット１００の温度情報をマイコン８へ連絡する際に使用される。

電子機器２００において、電子機器側は電池ユニット側から供給された電源でマイコン８を制御する。電源制御部１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータを有し、電子機器全体を動作するための使用電圧を生成する。マイコン８は、モード設定部１４と記憶媒体１０と表示部９と電源制御１１に接続している。操作部１５は、ユーザによって操作され、ユーザは現在使用したいモードを操作部１５により選択する。操作部１５は、モード設定部１４と接続されている。モード設定部１４は、ユーザによって選択された動作モードを現在の動作モードとして設定し、マイコン８に通知する。記憶媒体１０（第２の記憶手段）は電子機器の複数種類の動作モードに対する最大消費電力情報を保存するメモリとして使用する。マイコン８（送信手段）は、モード設定部１４から通知された現在の動作モードと記憶媒体１０に保存されている各動作モードの最大消費電力値を参照して電子機器２００の現在の動作モードの最大消費電力値を算出する。算出された最大消費電力値は、マイコン８からマイコン６に送信される。電池ユニット側と電子機器側の情報の授受は電子機器側より要求するコマンドと電子機器のモード毎の最大消費電力情報をマイコン８からマイコン６へ送信する。９はＬＣＤ等により構成される表示部である。

記憶媒体１０は、基本電力テーブルと追加電力テーブルを記憶している。基本電力テーブルとは、例えば、図２Ａに示されるように、基本電力モードと基本電力モードに対する最大消費電力の値を表にして記憶したものである。基本電力モードとは、例えば、図２Ａに示されるように、動画・静止画の録画再生機能、外部機器へのデータ転送モード、バッテリを長持ちさせる省電待機モードなどである。また、追加電力テーブルとは、例えば、図２Ｂに示されるように、追加電力項目毎で生ずる消費電力増減分の最大消費電力の値を表にして記憶したものである。追加電力項目とは、例えば、動画記録画質（ファイン、スタンダード、エコノミーなど）や、ＬＥＤライト点灯、外部映像出力などである。

ユーザが、操作部１５を操作し、モード設定部１４により現在使用される動作モードが決定すると、マイコン８は、記憶媒体１０に記憶される基本電力テーブルを参照して、電子機器２００の基本動作モードにおいて使用される最大消費電力値を読み込む。その際、ユーザが追加電力項目を更に選択していた場合は、追加電力テーブルを参照して、読み込んだ最大消費電力値に追加電力項目の最大消費電力値を加算して、現在の動作モードにおける最大消費電力値を算出する。

例えば、ユーザが現在使用する動作モードとして、基本電力モードを静止画記録モード、追加電力項目をＬＥＤライトＯＮに設定したとする。その場合、マイコン８は、記憶媒体１０の基本電力テーブルから、基本電力モードの最大消費電力値２０００ｍＷと、追加電力項目の最大消費電力値８００ｍＷを読み込む。そして、基本電力モードの最大消費電力値と追加電力項目の最大消費電力値を加算し、現在の動作モードの最大消費電力値が２８００ｍＷであることをマイコン６に通知する。もし、追加電力項目がない場合は、基本電力モードの最大消費電力値２０００ｍＷ＋追加電力モードの最大消費電力値０ｍＷを加算して、現在の動作モードの最大消費電力値は、２０００ｍＷとなる。

図２Ｂでは、記録画質：エコノミーの最大消費電力値は−３００、再生画質：エコノミーの最大消費電力値は−２５０となっている。したがって、マイコン８は基本電力モードの最大消費電力値と追加電力項目の最大消費電力値を全ての項目に対して加算することで現在の動作モードの最大消費電力値を求めることができる。ただし、本発明は、現在の動作モードの最大消費電力値の算出方法を加算に限定するものではない。例えば、マイコン８は、基本電力モードの最大消費電力値から追加電力項目の最大消費電力値を減算することで現在のモードの最大消費電力値を算出してもよい。

以上の構成において、図１の内部構成を持つ電池ユニット１００より電源が供給される電子機器２００は、図３のフローチャートにしたがって過電流保護を行う（放電停止方法）。

まず、電子機器２００の電源がＯＮにされる（Ｓ３０）。電子機器２００が起動した後、ユーザは、操作部１５を操作して電子機器２００の複数ある動作モードの中から現在の動作モードを選択する。操作部１５の操作が終了すると、モード設定部１４は、現在の動作モードを確定し、マイコン８へ連絡する。モード設定部１４からの連絡を受けたマイコン８は、記憶装置１０に記録された基本電力テーブル及び追加電力テーブルから現在の動作モードに使用される項目の最大消費電力値を参照する（Ｓ３１）。マイコン８は、現在の動作モードに使用される基本電力モードの最大消費電力値と追加電力項目の最大消費電力値とを加減算することで現在の動作モードの最大消費電力値を算出する（算出ステップ（Ｓ３２））。算出後、マイコン８からマイコン６へ現在の動作モードでの最大消費電力値を通知する（Ｓ３３）。

マイコン８からの最大消費電力値の通知を受けたマイコン６は、電池ユニット１００内の過放電保護回路２の動作条件としての最大消費電力値の情報を記憶媒体５に一時記憶する（Ｓ３４）。次に、電圧計３（電圧測定手段）がバッテリセル１の電圧値を測定する（電圧測定ステップ（Ｓ３５））。電流計４（電流測定手段）がバッテリセル１の放電電流値を測定する（電流測定ステップ（Ｓ３６））。そして、マイコン６は、電流計４で測定されたバッテリ放電電流値と、最大消費電力値を電圧計３で測定された電圧の値で割り算した値（以下、最大消費電流値とする）を比較する（比較ステップ（Ｓ３７））。比較した結果、バッテリ放電電流値がこの最大消費電流値を上回ったと判定された場合、マイコン６は、保護回路２の過放電保護ＦＥＴ−ＳＷをＯＦＦにするよう制御する（放電停止ステップ（Ｓ３８））。このとき、チャタリングなどによる電流の瞬間的な上昇と、ラッシュやレアショートなどによる異常電流を区別する必要がある。したがって、バッテリ放電電流値が最大消費電流値を上回ったかどうかの判定は設定した一定時間以上、バッテリ放電電流値が最大消費電流値より大きい場合に、バッテリ放電電流値が最大消費電流値を上回ったと判定する。一方、マイコン６は、バッテリ放電電流値がこの最大消費電流値を下回っていると判定した場合は、そのままバッテリの放電を続ける（Ｓ３９）。

マイコン６は、動作中に電子機器２００のモード移行がない場合は常にＳ３７の判定を継続する。動作中に電子機器２００のモード移行が検出された場合（Ｓ４０）、電源ＯＦＦ以外のモードであれば再びマイコン８は、移行後での動作モードの最大消費電力テーブルを基本電力テーブル及び追加電力テーブルから参照する（Ｓ３１）。その後、Ｓ３２〜Ｓ３６までの動作を経て、マイコン６は再びＳ３７の判定を行なう。電源ＯＦＦへのモード移行であれば電源ＯＦＦへ移行する（Ｓ４１）。
このように、電子機器２００から電池ユニット１００へ、現在の動作モードの最大消費電力値の情報を提供し、その最大消費電力値の情報に基づいて、過電流保護回路２の動作閾値を設定する。そうすることにより、現在の動作モードが変化した場合でも、最適な過電流保護検出を行うことができる。また、動作モード毎の最大電力値の情報と、サーミスタ７により得られる電池ユニット１００の温度と機器２００の温度を比較した情報に基づいて、過電流保護回路２の動作閾値を設定することで過電流保護検出を行うこともできる。

本発明は、このような構成により、多くの動作モード（電子機器のもつ消費電力の非常に低いモードから、多くの機能を同時に駆動し非常に大きな消費電力となるモードまで）に対して、より最適な電流制限、過放電保護を行うことが可能となる。

また、本発明は、上述したように記憶媒体１０が電子機器２００の動作モードの基本的な機能項目に対する最大消費電力と、各機能の性能や品質、外部接続機器など応用的な機能項目に対する最大消費電力を記録している。この基本電力テーブルと追加電力テーブルの値を加減算することで動作モードの最大消費電力を算出することにより、電子機器の非常に多く煩雑な組合せを持つ動作モードとその動作モードに対する最大消費電力を管理することが可能になる。
このように本発明は、本体機器の動作モードにおける異常といえる消費電力と、保護機能の保護が働く電力条件に必要以上に差が存在し、有効な保護機能とならない場合においても過電流保護を行うことが可能である。

以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明はこの実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内において様々な変形及び変更が可能である。例えば、本発明のバッテリセルの放電防止方法を実行するプログラムも本発明の一側面を構成する。

本発明を実施するための電池ユニットと電子機器の内部構成図 本発明を実施するための本体装置最大電力テーブル１（基本電力テーブル） 本発明を実施するための本体装置最大電力テーブル２（追加電力テーブル） 本発明を実施するための過電流保護機能のフローチャート

符号の説明

１ バッテリセル
２ 保護ＩＣ
３ 電圧計
４ 電流計
５、１０ 記憶媒体
６、８ マイコン

Claims (3)

1. 電子機器に電源を供給する電池ユニットであって、
   起電力を発生する電池セルと、
   前記電子機器から送信される現在の動作モードの最大消費電力値を記憶する第１の記憶手段と、
   前記電池セルの電圧を測定する電圧測定手段と、
   前記電池セルの放電電流を測定する電流測定手段と、
   前記現在の動作モードの前記最大消費電力値と前記電圧測定手段で測定された前記電圧値から求めた最大消費電流値と、前記電流測定手段で測定された前記放電電流値と、を比較する比較手段と、
   前記比較手段で比較した結果、前記放電電流値が前記最大消費電流値よりも大きいと判断される場合に前記電池セルの放電を停止する放電停止手段と、を有することを特徴とする電池ユニット。
2. 起電力を発生する電池セルを備えた電池ユニットと、前記電池ユニットを装着して前記電池セルを電源として動作する電子機器とを有し、前記電池ユニットと前記電子機器との間で情報の授受を行う電子機器システムであって、
   前記電子機器は、
   現在の動作モードを設定するモード設定部と、
   前記電子機器の動作モード毎の最大消費電力値を記憶する第２の記憶手段と、前記電子機器の現在の動作モードにおける最大消費電力値を送信する送信手段を有し、
   前記電池ユニットは、
   前記送信手段によって送信される前記現在の動作モードの最大消費電力値を記憶する第１の記憶手段と、
   前記電池セルの電圧を測定する電圧測定手段と、
   前記電池セルの放電電流を測定する電流測定手段と、
   前記現在の動作モードの最大消費電力値と前記電圧測定手段で測定された前記電圧値から求めた最大消費電流値と、前記電流計で測定された前記放電電流値と、を比較する比較手段と、
   前記比較手段で比較した結果、前記放電電流値が前記最大消費電流値よりも大きいと判断される場合に前記電池セルの放電を停止する放電停止手段と、を有することを特徴とする電子機器システム。
3. 前記第２の記憶手段は前記電子機器の動作モード毎の最大消費電力値の情報を有する基本電力テーブルと、追加電力項目の最大消費電力値の情報を有する追加電力テーブルとを記憶するものであって、前記送信手段は前記第２の記憶手段に記憶される前記電子機器の動作モード毎の最大消費電力値及び前記追加電力項目の最大消費電力値を加減算することで、前記モード設定部によって設定された前記現在の動作モードの最大消費電力値を算出して、送信することを特徴とする請求項２に記載の電子機器システム。