JP2011114955A - 充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】充電中の端末装置の温度上昇を防止する。
【解決手段】充電システムは、充電用電源を生成する電源生成部２７を有する充電器２５と、充電器２５の外部端子２６から延在し、電源生成部２７が生成した電源を充電対象機器１１に供給するケーブル２３と、ケーブル２３の充電対象機器側の末端に取り付けられたケーブル側コネクタ２２と、充電対象機器１１に形成され、ケーブル側コネクタ２２に嵌合する機器側コネクタ１４と、ケーブル側コネクタ２２及び機器側コネクタ１４に付属し、ケーブル側コネクタ２２と機器側コネクタ１４とが嵌合したときに相互に接触する一対の熱伝導部材２１、１５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は充電システムに関し、更に詳しくは、携帯電話などの二次電池で動作する端末装置を充電する際に使用される充電システムに関する。

近年、携帯電話などの高機能な小型の端末装置が多く用いられており、これらの端末装置では内部の発熱が問題になっている。このため、火傷や火災などの問題を起こさないような発熱設計をした端末装置が増えている。ところで、リチウムイオン電池などの二次電池は、電池が特定の温度範囲にない場合には、急速充電ができないことが知られている。従って、二次電池では、従来から、周囲温度の監視をしながら急速充電又は通常充電を行っている。

発熱量が大きな端末装置で、二次電池を充電する場合には、充電動作自体で発熱があり、装置内の温度が上昇するおそれがある。この温度上昇を勘案し、二次電池自体は急速充電可能な温度範囲にあっても、充電電流を抑制して、発熱を抑えるような発熱設計を行うことがある。このような充電が抑制された状態で、端末装置を使い続けると、二次電池の放電が進み、動作不能になることがあった。また、端末装置内で充電電流の制御を行う充電制御回路がその動作電流によって発熱するという問題もある。

特許文献１には、端末装置内で充電制御を行う充電制御回路を他の部分から区画し、そこで発生した熱を外部接続端子を経由して放熱する技術が記載されている。

また、特許文献２には、携帯電話を充電する卓上ホルダー（充電補助装置）の携帯電話を支持する支持部の表面に、熱伝導率が高い材質の吸熱面を設ける旨が記載されている。卓上ホルダーは、携帯電話から受け取った熱を卓上ホルダーの筐体に形成された通気孔から放熱している。

特開２００７−２０７８７０号公報 特開２００７−２６５８００号公報

特許文献１に記載の充電システムでは、充電システム内の充電制御回路で発生する熱を外部に放熱するため、端末装置の発熱を抑制することが可能である。しかし、端末装置内で発熱する回路は、充電制御回路に限らず、二次電池自身や他の回路もあり、特許文献１の構成による効果は限定的である。

特許文献２に記載の充電システムでは、端末装置からの放熱を、その目的のために設けた吸熱面で行っている。つまり、この充電システムでは、放熱機構を充電回路以外の部材によって構成する必要がある。このため、装置内の機器構成が複雑になる。

本発明は、上記に鑑み、端末装置に充電電流を供給する充電回路の機能を用いて、充電中の端末装置内の発熱を外部に放熱可能とすることで、簡素な構成で充電中の端末装置の温度上昇を抑制可能な充電システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、充電対象機器に充電するための電源を生成する電源生成部を有する充電器と、前記充電器の外部端子から延在し、前記電源生成部が生成した電源を充電対象機器に供給するケーブルと、前記ケーブルの充電対象機器側の末端に取り付けられたケーブル側コネクタと、充電対象機器に形成され、前記ケーブル側コネクタに嵌合する機器側コネクタと、前記ケーブル側コネクタ及び機器側コネクタに付属し、該ケーブル側コネクタと機器側コネクタとが嵌合したときに相互に接触する一対の熱伝導部材と、を備える充電システムを提供する。

本発明は、また、充電対象機器に充電するための電源を生成する電源生成部を有する充電器と、前記充電器の外部端子から延在し、前記電源生成部が生成した電源を、充電対象機器を搭載した充電補助装置に供給するケーブルと、前記ケーブルの充電対象機器側の末端に取り付けられたケーブル側コネクタと、前記充電補助装置に形成され、前記ケーブル側コネクタに嵌合する補助装置側コネクタと、前記ケーブル側コネクタ及び補助装置側コネクタに付属し、該ケーブル側コネクタと補助装置側コネクタとが嵌合したときに相互に接触する一対の熱伝導部材とを備え、前記補助装置側コネクタに付属する熱伝導部材は、充電対象機器の熱伝導部材に接触して、充電対象機器からの熱を、前記ケーブル側コネクタに付属する熱伝導部材に伝達する充電システムを提供する。

本発明の充電システムは、充電システムの充電回路自体の機能によって、充電中における充電対象機器の温度上昇を防止できる効果がある。

本発明の第１の実施形態に係る、二次電池の充電システム。 本発明の第２の実施形態に係る、二次電池の充電システム。

実施形態の説明に先立って本発明の概要を説明する。本発明の第１の態様の充電システムは、その最小構成において、充電対象機器に充電するための電源を生成する電源生成部を有する充電器と、前記充電器の外部端子から延在し、前記電源生成部が生成した電源を充電対象機器に供給するケーブルと、前記ケーブルの充電対象機器側の末端に取り付けられたケーブル側コネクタと、充電対象機器に形成され、前記ケーブル側コネクタに嵌合する機器側コネクタと、前記ケーブル側コネクタ及び機器側コネクタに付属し、該ケーブル側コネクタと機器側コネクタとが嵌合したときに相互に接触する一対の熱伝導部材とを備える。

本発明の第２の態様の充電システムは、その最小構成において、充電対象機器に充電するための電源を生成する電源生成部を有する充電器と、前記充電器の外部端子から延在し、前記電源生成部が生成した電源を、充電対象機器を搭載した充電補助装置に供給するケーブルと、前記ケーブルの充電対象機器側の末端に取り付けられたケーブル側コネクタと、前記充電補助装置に形成され、前記ケーブル側コネクタに嵌合する補助装置側コネクタと、前記ケーブル側コネクタ及び補助装置側コネクタに付属し、該ケーブル側コネクタと補助装置側コネクタとが嵌合したときに相互に接触する一対の熱伝導部材とを備え、前記補助装置側コネクタに付属する熱伝導部材は、充電対象機器の熱伝導部材に接触して、充電対象機器からの熱を、前記ケーブル側コネクタに付属する熱伝導部材に伝達する。

本発明の充電システムは、充電対象機器に電源を供給するケーブル及びそのコネクタによって、充電対象機器に発生する熱量を充電機器側に放熱させるので、充電中における充電対象機器の温度上昇を防止できる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の第１の実施形態に係る二次電池の充電システムを、充電対象の端末装置と共に示すブロック図である。充電システムは、二次電池が搭載された携帯端末装置１１内に配置される充電制御回路１２と、携帯端末装置１１の外部に配設され、電源に接続される充電器２５と、充電器２５と充電制御回路１２とを接続する接続回路部２０とを含み、充電対象の携帯端末装置１１に充電を行う。

携帯端末装置１１の筐体内には、二次電池の充電を制御する充電制御回路１2が配置され、携帯端末装置１１内の図示しない二次電池の充電電流を制御している。充電制御回路１２は、二次電池の温度を測定する温度センサ１６の測定値を監視し、その測定値に基づいて充電電流の制御を行う。充電制御回路１２は、更に、携帯端末装置１１の筐体温度を測定する温度センサ１７の温度を監視する。充電制御回路１２は、筐体温度が規定値より熱くならないように温度センサ１７の測定値を監視する。充電制御回路１２は、装置内温度が上がり、携帯端末装置１１の筐体温度が規定値を超えそうな場合には、充電に起因する発熱を抑えるために、充電制御回路１２内に配置される電流制限回路１３を介して充電電流を制限する。この制御では、場合によって、充電電流が例えば０になるまで制御され、充電制御回路１２自体の動作を止める。

接続回路部２０は、充電器２５と携帯端末装置１１内に配設された充電制御回路１２とを接続する外部ケーブル２３及びその付属品を含む。接続回路部２０は、携帯端末装置１１側に配設された熱伝導率の高い金属製コネクタ１４を含み、金属製コネクタ１４から外部ケーブル２３を経由して携帯端末装置１１の外部に熱を逃がす機能を有する。なお、金属製コネクタ１４に代えて、樹脂製コネクタに、熱伝導率が高い熱拡散シートを付属させてもよい。金属製コネクタ１４には、金属片１５が付属しており、金属片１５は、携帯端末装置１１の筐体内部の熱を、金属製コネクタ１４に伝達する熱伝導部材として機能する。

充電器２５は、図示しないコンセントに接続されて、充電用電源を生成するＡＣ−ＤＣ変換回路２７を有する。ＡＣ−ＤＣ変換回路２７で得られたＤＣ電源は、外部端子２８、外部ケーブル２３、及び、金属製コネクタ２２、１４を経由して携帯端末装置１１の充電制御回路１２に供給される。外部ケーブル２３と携帯端末装置１１との接続に用いられる金属製コネクタ２２には、金属製コネクタ１４と２２とが接続される際に、携帯端末装置１１の金属片１５と嵌合して金属片１５の温度を伝達する金属片２１が付属する。

金属片１５は、充電器２５の金属製コネクタ２２が金属製コネクタ１４に接続されていないときに、火傷の原因とならないように、金属製コネクタ１４の奥側に配置されている。なお、一部が火傷防止用のカバーによって覆われていてもよい。金属片２１の温度は、ケーブル側の金属製コネクタ２２から外部ケーブル２３を経由して、充電器２５の本体まで伝達される。外部ケーブル２３の充電器２５側の外部端子２８に隣接して、又は、これに接触して温度センサ２４が配置される。温度センサ２４は、金属片２１及び外部ケーブル２３を経由して、携帯端末装置１１の金属片１５の温度を測定する。充電器２５は、温度センサ２４の検出温度によって、携帯端末装置１１に供給する充電電流を制御する電流制限回路２６を有する。各金属片１５、２１は、本実施形態では、金属製コネクタとは別体に形成されるものの、金属製コネクタと一体に形成してもよい。この場合、金属製コネクタのコネクタとしての機能に不可欠の部材でない限り、金属製コネクタに付属する金属部材は、本発明における熱伝導部材を構成する金属片である。

金属片１５は、充電対象機器の筐体温度（内部温度）と同じ温度に維持されるように配置する。例えば、金属片１５は、充電対象機器内の回路基板や筐体に接触させること、又は、その近傍に配置することが好ましい。なお、本実施形態の構成に代えて、金属片１５を、二次電池と同じ温度に維持することも出来る。この場合には、金属片１５を、例えば、二次電池若しくは二次電池を支持する支持部材に接触させ、又は、それらの近傍に配置する。

端末装置側の充電制御回路１２は、温度センサ１６、１７で、二次電池の温度及び筐体温度を監視し、二次電池の温度及び筐体温度が十分に低い場合には、充電器２５と接続して通常の急速充電を行う。充電制御回路１２は、温度センサ１６の温度が上昇した場合には、急速充電から通常充電に切り替える。また、温度センサ１７の温度が過度に上昇した場合には、その通常充電から更に充電電流を低下させた充電を行う。温度センサ１７の検出温度に基づいた電流制限を行うことによって、充電制御回路１２における発熱が抑制される。このようにして、二次電池の温度及び筐体温度を監視し、これらの検出温度に従って、充電電流を制限しつつ充電を制御する。

一方、充電器２５は、携帯端末装置１１の金属片１５と接続される金属片２１の温度を、温度センサ２４で監視しており、金属片２１の温度が十分に低い場合には、通常の充電電流を携帯端末装置１１内の充電制御回路１２に供給する。金属片２１の温度、つまり、携帯端末装置１１の筐体内の温度が高い場合には、充電器２５内の電流制限回路２６によって、充電電流を低く抑える。

外部ケーブル２３は、充電用電源を供給する電線自体が熱伝導部材を構成してもよく、また、この電線に加えて、熱伝達用金属ワイヤを別に備えてもよく、或いは、電線を周囲から囲むシールド線で熱を効率良く伝達してもよい。

上記充電システムでは、電流制限回路１３、２６の双方が、充電電流を制限している状態では、携帯端末装置１１の動作電流が、充電器２５による充電電流よりも大きくなることがある。従って、充電器側の電流制限回路２６が動作を始めたら、端末装置側の電流制限回路１３による電流制限は停止される。端末装置側の電流制限回路１３の動作を停止することにより、携帯端末装置１１内部で発生する熱量を抑える。このようにして、携帯端末装置１１内部の他の重要な回路の動作が優先される。

また、携帯端末装置１１内の発熱量が増大し、内部温度が上昇しても、携帯端末装置１１内に蓄えられた熱が、携帯端末装置１１の金属片１５とケーブル側コネクタ２２に付属する金属片２１の接続を通して充電器２５に伝達される。このため、携帯端末装置１１内の過度の温度上昇が抑えられる。その結果、電流制限を要しない通常充電が可能な温度範囲にまで温度が低下すると、携帯端末装置１１内の電流制限回路１３と充電器２５の電流制限回路２６での電流制限を解除し、急速充電に復帰する。このため、携帯端末装置１１内部の機器の動作を停止しなくても、温度が下がり急速充電が可能となる。

電流制限回路１３による電流制限と、電流制限回路２６による電流制限とでは、携帯端末装置１１内の筐体の温度上昇を抑制する観点からは、電流制限回路２６による電流制限を優先することが好ましい。そのためには、温度センサ１７と温度センサ２４の双方の検出温度を実測して、電流制限回路２６による制御をより強くすることが好ましい。なお、携帯端末装置１１内の筐体の温度上昇を抑制する観点からは、本充電システムから、電流制限回路１３自体を省いてもよい。また、これとは異なり、電流制限回路１３は、温度センサ１６及び１７の双方又は一方に基づいて、電流制御を行ってもよい。

上記実施形態では、端末装置内部の熱を、充電器側に放散させるので、端末装置内部の温度上昇が抑えられる。また、端末装置内部の温度が高い場合には、充電器側で充電電流を抑制するので、端末装置の内部で充電電流を抑制する電流制限回路の動作を停止させることができ、端末装置の内部で発生する熱を抑えることが出来る。

図２は、本発明の第２の実施形態に係る充電システムの構成を示すブロック図である。本実施形態では、携帯端末装置１１は、卓上ホルダー（充電補助装置）３１に搭載して充電される。装置内部の構成は、図１に示した構成と同様である。携帯端末装置１１は、第１の実施形態の金属片１５と同様な機能を有する金属片２９を有する。卓上ホルダー３１には、金属片２９と接続される金属片３２が金属製コネクタ３４に取り付けられている。金属片３２の温度は、金属片３２を経由して卓上ホルダー３１上の金属制コネクタ３４に放熱できる。金属製コネクタ３４と外部ケーブル２３側のコネクタ２２との接続に際して、金属片３２とコネクタ２２側の金属片２１とが嵌合する。携帯端末装置１１から卓上ホルダ３１側に伝達された熱は、更に外部ケーブル２３及び外部端子２８を経由して、充電器２５に伝達される。

充電器２５は、第１の実施形態と同様に、温度センサ２４、電流制限回路２６、及び、ＡＣ−ＤＣ変換回路２７を有する。温度センサ２４は、上記構成により、携帯端末装置１１の内部温度を計測し、電流制限回路２６に与える。電流制限回路２６は、第１の実施形態と同様に充電電流の制限を行う。

卓上ホルダー３１には、更に、温度センサ３３が搭載されており、その検出温度が高くなると、ファンやペルチェ素子等の冷却装置３５と、その冷却装置３５を動作させる制御回路とを有している。冷却装置３５は、携帯端末装置１１と密着またはその近傍に配置されている。この構成により、携帯端末装置１１の熱が卓上ホルダー３１および充電器２５に拡散することで温度がより早く下がり、且つ、冷却装置３５で携帯端末装置１１の温度を下げるので、短時間で急速充電を開始させることができる。

本実施形態は、二次電池の残量が特に少なくなった場合に有効である。本実施形態では、第１の実施形態と同様に、充電器２５側で冷却機能及び電流制限機能を持たせる他に、卓上ホルダー３１にペルティエ素子等の冷却装置３５を配置し、急速冷却機能を持たせる。この構成により、携帯端末装置１１に過度の温度上昇が生じ、そのために充電が停止しても、付加した冷却機能により、携帯端末装置１１を急速に冷却することで、早期に充電の再開が可能である。

本発明を特別に示し且つ例示的な実施形態を参照して説明したが、本発明は、その実施形態及びその変形に限定されるものではない。当業者に明らかなように、本発明は、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、種々の変更が可能である。

１１：携帯端末装置
１２：充電制御回路
１３：電流制限回路
１４、３４：金属製コネクタ（機器側コネクタ）
１５、２１、２９、３２：金属片（熱伝導部材）
１６、１７、２４、３３：温度センサ
２０：接続回路部
２２：金属製コネクタ（ケーブル側コネクタ）
２３：外部ケーブル
２５：充電器
２６：電流制限回路
２７：ＡＣ−ＤＣ変換回路
２８：外部端子
３１：卓上ホルダー
３５：冷却装置

Claims (9)

1. 充電対象機器に充電するための電源を生成する電源生成部を有する充電器と、
   前記充電器の外部端子から延在し、前記電源生成部が生成した電源を充電対象機器に供給するケーブルと、
   前記ケーブルの充電対象機器側の末端に取り付けられたケーブル側コネクタと、
   充電対象機器に形成され、前記ケーブル側コネクタに嵌合する機器側コネクタと、
   前記ケーブル側コネクタ及び機器側コネクタに付属し、該ケーブル側コネクタと機器側コネクタとが嵌合したときに相互に接触する一対の熱伝導部材と、を備える充電システム。
2. 前記一対の熱伝導部材のうち機器側コネクタに付属する熱伝導部材は、充電対象機器の回路基板の近傍に配置される、請求項１に記載の充電システム。
3. 前記一対の熱伝導部材のうち機器側コネクタに付属する熱伝導部材は、充電対象機器内の充電される二次電池の近傍に配置される、請求項１に記載の充電システム。
4. 前記充電器は、
   前記外部端子に隣接する温度センサと、
   前記温度センサによる検出温度に基づいて、前記電源生成部が生成した電源から充電対象機器に供給される電流を制限する第１の電流制限回路とを備える、請求項１〜３の何れか一に記載の充電システム。
5. 充電対象機器内に配設され、充電される二次電池の温度及び充電対象機器の内部温度の少なくとも一方に基づいて、前記機器側コネクタから供給される電源の電流を制限する第２の電流制限回路を更に備える、請求項１〜３の何れか一に記載の充電システム。
6. 充電対象機器内に配設され、充電される二次電池の温度及び充電対象機器の内部温度の少なくとも一方に基づいて、前記機器側コネクタから供給される電源の電流を制限する第２の電流制限回路を更に備える、請求項４に記載の充電システム。
7. 前記第２の電流制限回路は、前記第１の電流制限回路による電流制限が開始したら、電流制限の動作を停止する、請求項６に記載の充電システム。
8. 充電対象機器に充電するための電源を生成する電源生成部を有する充電器と、
   前記充電器の外部端子から延在し、前記電源生成部が生成した電源を、充電対象機器を搭載した充電補助装置に供給するケーブルと、
   前記ケーブルの充電対象機器側の末端に取り付けられたケーブル側コネクタと、
   前記充電補助装置に形成され、前記ケーブル側コネクタに嵌合する補助装置側コネクタと、
   前記ケーブル側コネクタ及び補助装置側コネクタに付属し、該ケーブル側コネクタと補助装置側コネクタとが嵌合したときに相互に接触する一対の熱伝導部材とを備え、
   前記補助装置側コネクタに付属する熱伝導部材は、充電対象機器に接触して、充電対象機器からの熱を、前記ケーブル側コネクタに付属する熱伝導部材に伝達する、充電システム。
9. 前記充電補助装置が、充電対象機器の温度を検出する温度センサと、該温度センサの検出温度に基づいて作動する冷却装置を更に備える、請求項８に記載の充電システム。

Images