JP2014064370A - 電池駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池電圧が低下した場合であっても、電気負荷の駆動条件を変更して駆動時間を実質的に延伸することが可能な電池駆動装置を提供する。
【解決手段】電池１から制御部６及び第２スイッチ８への電圧の印加経路には、第１スイッチ２の切り替えによって昇圧回路３が介装されるようにしてあり、制御部６及び第２スイッチ８に印加される電圧によって充電される蓄電器７が、第１スイッチ２の切り替え前は電池１によって充電され、第１スイッチ２の切り替え後は昇圧回路３が昇圧した電圧によって充電される。この第１スイッチ２は、制御部６で検出した蓄電器７の電圧がＶ１より低い場合に切り替える。そして第１スイッチ２を切り替えた状態で、制御部６で検出した蓄電器７の電圧がＶ２より低い場合（又はＶ２より高いＶ３以上である場合）、第２スイッチ８による電気負荷９への電圧の印加をオフする（又はオンする）。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池駆動される電気負荷の駆動制御を行う電池駆動装置に関する。

電池で動作する電気機器は、動作時間の経過と共に電池が放電して電池電圧が低下するため、機能が十分に発揮できない状態となって遂には動作不能に陥る。特に放電期間中の電池電圧が比較的安定な電池を用いた場合は、放電の末期の電池電圧が放電終止電圧に向けて速やかに低下するため、何の前触れもなく電気機器が突然動作不能となることが起こり得る。

さて、一般的には、電池の放電が進むに連れて内部インピーダンスが増大して電池電圧が低下し易くなるが、放電の末期に近付いて電池電圧が低下した場合であっても、電池から取り出す電流を低減することにより、電池の起電力に見合った電池電圧を得ることができる。この場合は、電池の分極がいくらか解消するため、その分だけ電池の放電容量が増大する。これとは別に、低下した電池電圧を昇圧することにより、電気機器としての動作に必要な電源電圧を確保することも考えられる。

例えば特許文献１では、３．８Ｖから６．６Ｖまでの範囲で変動する電池電源の出力電圧が６Ｖより高い場合は、電池電源の出力電圧を直列電圧調整器に直接入力し、電池電源の出力電圧が６Ｖ以下の場合は、その出力電圧を９Ｖから１２Ｖまでの範囲に昇圧して直列電圧調整器に入力する電源供給回路が開示されている。特許文献１に開示された実施例では、上記何れの場合であっても、直列電圧調整器から５Ｖに安定化された電圧が電気負荷（ＣＣＤラインセンサ）に供給される。

特開平６−５４４５７号公報

しかしながら、特許文献１に開示された電源供給回路では、電気負荷で消費される電力が一定の場合、電池電源の出力電圧が６Ｖより低下するに連れて、電池電源から取り出される電流が必然的に増大することになるため、結果的に電池電源の放電容量が減少する上に、電気負荷が突然動作不能となる現象が顕著に現れるという問題があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電池電圧が低下した場合であっても、電気負荷の駆動条件を変更して駆動時間を実質的に延伸することが可能な電池駆動装置を提供することにある。

本発明に係る電池駆動装置は、印加された電圧を昇圧する昇圧回路と、印加された電圧に応じて電気負荷を駆動する駆動部と、該駆動部による前記電気負荷の駆動を制御する制御部と、電池から前記駆動部への電圧の印加経路に前記昇圧回路が介装されるように切り替えるスイッチとを備える電池駆動装置であって、前記制御部は、前記駆動部に印加される電圧が並列的に印加されて動作するようにしてあり、前記制御部及び駆動部に印加される電圧によって充電される蓄電器を備え、前記制御部は、前記蓄電器の電圧を検出する検出手段と、該検出手段が検出した電圧が第１電圧より低い場合、前記スイッチを切り替える切替手段と、該切替手段がスイッチを切り替えた状態で、前記検出手段が検出した電圧が第２電圧より低い場合、前記駆動部による前記電気負荷の駆動をオフするオフ手段と、前記切替手段がスイッチを切り替えた状態で、前記検出手段が検出した電圧が前記第２電圧より高い第３電圧以上である場合、前記駆動部による前記電気負荷の駆動をオンするオン手段とを有することを特徴とする。

本発明にあっては、駆動部に印加される電圧が並列的に印加されて動作する制御部が、駆動部による電気負荷の駆動を制御する。電池から制御部及び駆動部への電圧の印加経路には、スイッチの切り替えによって昇圧回路が介装されるようにしてあり、制御部及び駆動部に印加される電圧によって充電される蓄電器が、スイッチの切り替え前は電池によって充電され、スイッチの切り替え後は昇圧回路が昇圧した電圧によって充電される。このスイッチは、制御部で検出した蓄電器の電圧が第１電圧より低い場合に切り替える。そしてスイッチを切り替えた状態で、制御部で検出した蓄電器の電圧が第２電圧より低い場合（又は第２電圧より高い第３電圧以上である場合）、駆動部による電気負荷の駆動をオフする（又はオンする）。

これにより、スイッチを介して電池に接続されている蓄電器の電圧が第１電圧より低下した場合、スイッチが切り替わって、電池電圧を昇圧回路で昇圧した電圧が制御部、駆動部及び蓄電器に印加される。ここで、昇圧回路が変換する電力が制御部及び駆動部で消費される電力より大きく、且つ制御部、駆動部及び電気負荷で消費される電力より小さいこととした場合は、昇圧回路によって充電された蓄電器の電圧が第２電圧より低くなったときに電気負荷の駆動が停止され、昇圧回路が変換した電力のうち制御部及び駆動部で消費された電力を差し引いた電力で蓄電器が充電されて蓄電器の電圧が上昇する。また、蓄電器の電圧が第３電圧以上となったときに電気負荷が駆動され、昇圧回路が変換した電力に蓄電器が放電した電力を加えた電力が制御部、駆動部及び電気負荷に供給されるために蓄電器の電圧が低下する。

本発明に係る電池駆動装置は、前記駆動部は、印加された電圧の前記電気負荷への印加／非印加を切り替える第２のスイッチであることを特徴とする。

本発明にあっては、駆動部が第２のスイッチからなり、第２のスイッチに印加された電圧をそのまま電気負荷に印加するか否かを制御部によって切り替える。
これにより、単に電圧を印加することによって動作する電気負荷が電池駆動装置の適用対象となる。

本発明に係る電池駆動装置は、前記切替手段が前記スイッチを切り替えた場合、前記昇圧回路が昇圧した電圧を導通／遮断する第３のスイッチを備え、前記制御部は、前記オフ手段がオフした場合、前記第３のスイッチをオンする手段と、前記オン手段がオンした場合、前記第３のスイッチをオフする手段とを有することを特徴とする。

本発明にあっては、スイッチを切り替えた場合、電気負荷の駆動をオンするときに、昇圧回路が昇圧した電圧を第３のスイッチで遮断し、電気負荷の駆動をオフするときに、昇圧回路が昇圧して第３のスイッチを導通した電圧を制御部、駆動部及び蓄電器に印加する。
ここで、昇圧回路が変換する電力が制御部及び駆動部で消費される電力より大きいこととした場合は、電気負荷の駆動をオフしている間、昇圧回路が変換した電力のうち制御部及び駆動部で消費された電力を差し引いた電力で蓄電器が充電されて蓄電器の電圧が上昇し、電気負荷の駆動をオンしている間、昇圧回路による蓄電器の充電が停止されて蓄電器の電圧が低下する。

本発明に係る電池駆動装置は、前記切替手段が前記スイッチを切り替えた場合、前記昇圧回路が出力する電流を制限する回路を備えることを特徴とする。

本発明にあっては、スイッチを切り替えた場合、昇圧回路が昇圧した電圧が、制限する回路を介して制御部、駆動部及び蓄電器に印加される。
ここで、昇圧回路から抵抗回路を介して供給される電力が制御部及び駆動部で消費される電力より大きく、且つ制御部、駆動部及び電気負荷で消費される電力より小さくなるように、制限する回路が制限する電流を決定することとした場合は、電気負荷の駆動が停止されている間、昇圧回路が変換して制限する回路を通過した電力のうち、制御部及び駆動部で消費された電力を差し引いた電力で蓄電器が充電されて蓄電器の電圧が上昇する。また、電気負荷が駆動されている間、昇圧回路が変換して制限する回路を通過した電力に蓄電器が放電した電力を加えた電力が制御部、駆動部及び電気負荷に供給されるために蓄電器の電圧が低下する。

本発明によれば、昇圧回路が変換する電力が制御部及び駆動部で消費される電力より大きく、且つ制御部、駆動部及び電気負荷で消費される電力より小さいこととする場合は、蓄電器の電圧が第２電圧より低くなったときに電気負荷の駆動が停止され、昇圧回路が変換した電力のうちの一部で蓄電器が充電されて蓄電器の電圧が上昇する。また、蓄電器の電圧が第３電圧以上となったときに電気負荷が駆動され、昇圧回路が変換した電力の不足分が蓄電器から放電されて蓄電器の電圧が低下する。つまり、制御部及び駆動部に対して第２電圧から第３電圧までの範囲の電圧が印加され、その間に電気負荷が断続的に駆動されて動作及び不動作を交互に繰り返すため、電池の平均的な負荷電流が減少して電池容量が増大する。
従って、電池電圧が低下した場合であっても、電気負荷の駆動条件を変更して駆動時間を実質的に延伸することが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る電池駆動装置の構成例を示すブロック図である。 昇圧回路の一構成例を示す回路図である。 本発明の実施の形態１に係る電池駆動装置における各部の電圧の時間変化及び各スイッチの切り替えタイミングを示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態１に係る電池駆動装置で第１スイッチの切り替え及び第２スイッチのオン／オフを制御するＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１の変形例１に係る電池駆動装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１の変形例２に係る電池駆動装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２に係る電池駆動装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２に係る電池駆動装置における各部の電圧の時間変化及び各スイッチの切り替えタイミングを示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２に係る電池駆動装置で第１スイッチの切り替え及び第２スイッチ，第３スイッチのオン／オフを制御するＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る電池駆動装置の構成例を示すブロック図である。図中１は、例えばマンガン乾電池、アルカリ乾電池等の一次電池からなる電池であり、電池１の正極端子は、ｃ接点型のアナログスイッチからなる第１スイッチ（スイッチに対応）２の共通端子（コモン端子）に接続されている。電池１の負極端子は、接地電位に接続されている。電池１は、ニッケル水素電池等の二次電池であってもよい。第１スイッチ２は、例えば電磁力によってオン／オフするリレー接点であってもよい（後述する他のスイッチについても同様）。

第１スイッチ２の常開端子（ＮＯ端子）は、印加された電圧を昇圧する昇圧回路３の電圧入力端子に接続されており、昇圧回路３の電圧出力端子は、第１スイッチ２の常閉端子（ＮＣ端子）と接続されている。昇圧回路３の電圧出力端子及び第１スイッチ２の常閉端子の接続点は、マイクロコンピュータからなる制御部６の電源端子と、コンデンサからなる蓄電器７の一端と、ｂ接点型のアナログスイッチからなる第２スイッチ（駆動部又は第２のスイッチに対応）８の一端とに接続されている。従って、第１スイッチ２が切り替わっていないデフォルトの状態では、電池１の電圧と蓄電器７の電圧とが等しくなっている。制御部６のＧＮＤ端子及び蓄電器７の他端は、接地電位に接続されている。第２スイッチ８の他端は、電圧が印加されて動作する電気負荷９に接続されている。

制御部６は、ＣＰＵ６１を有し、ＣＰＵ６１は、プログラム等の情報を記憶するＲＯＭ６２、一時的に発生した情報を記憶するＲＡＭ６３、各スイッチの切り替えを制御するための制御電圧を出力するＩ／Ｏポート６４、及び蓄電器７の一端の電圧（以下、単に蓄電器７の電圧という）をデジタルの電圧値に変換するＡ／Ｄ変換回路６５と互いにバス接続されている。ＲＯＭ６２は、例えばフラッシュメモリからなる不揮発性メモリである。ＲＯＭ６２には、プログラムの他に、各種設定データが記憶される。Ｉ／Ｏポート６４は、第１スイッチ２及び第２スイッチ８の制御端子に接続されている。

ＣＰＵ６１は、ＲＯＭ６２に予め格納されている制御プログラムに従って、入出力、演算等の処理を実行する。例えばＣＰＵ６１は、１秒周期で蓄電器７のデジタルの電圧値を取り込んで蓄電器７の電圧を検出し、検出した電圧と複数の電圧との比較結果に基づいて、第１スイッチ２及び第２スイッチ８の制御端子に制御電圧を与える。上記の周期は１秒に限定されない。例えばＨ（ハイ）レベルの制御電圧が各制御端子に与えられた場合、第１スイッチ２の共通端子が常開端子（ＮＯ端子）と接続され、第２スイッチ８がオフする（開く）ように切り替えられる。電池電圧が十分に高いデフォルトの状態では、第１スイッチ２及び第２スイッチ８の制御端子にＬ（ロウ）レベルの制御電圧が与えられる。

電気負荷９は、例えば、本実施の形態１に係る電池駆動装置を備えるリモートコントローラが、本体装置とＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）に準拠する通信を行うための送受信モジュールである。この送受信モジュールは、図示しない操作部によって制御部６が使用者の操作を受け付けた場合、受け付けた操作に応じて本体装置との間で無線信号を送受信するのに用いられる。上記送受信モジュールは、赤外線信号を送受信するものであってもよい。そして、第２スイッチ８のオン／オフ制御とは別に、制御部６が上記送受信モジュールによる通信をオン／オフするようにしてもよい。

電気負荷９は、電圧が印加される限り常時電力を消費するものであってもよいし、印加される電圧が適当に調整されるべきものであってもよい。後者の場合は、第２スイッチ８に換えて、例えば印加された電圧をパルス幅変調して電気負荷９に印加するＰＷＭ回路を用い、制御部６が、電気負荷９の駆動のオン／オフ制御と併せてＰＷＭ制御を行うようにすればよい。

次に、昇圧回路３について説明する。
図２は、昇圧回路３の一構成例を示す回路図である。昇圧回路３は、第１スイッチ２及び電圧入力端子３０を介して電池１の電圧が印加されるタイマＩＣ３１を用いた発信回路３ａと、該発信回路３ａが発信して出力したパルス信号の電圧を略２倍に昇圧する倍電圧整流回路３ｂとを備える。発信回路３ａは、タイマＩＣ３１の周期的な動作タイミングを決定付ける抵抗器３２，３３及びコンデンサ３４からなる直列回路を備える。該抵抗回路は、両端に電池１の電圧が印加され、抵抗器３２，３３の接続点と、抵抗器３３及びコンデンサ３４の接続点とがタイマＩＣ３１に接続されている。

倍電圧整流回路３ｂは、アノードに電池１の電圧が印加されるダイオード３５と、一端がタイマＩＣ３１の発振出力端子に接続されたコンデンサ３６と、ダイオード３５のカソード及びコンデンサ３６の他端の接続点にアノードが接続されたダイオード３７とを備える。タイマＩＣ３１が出力したパルス信号がＬ（ロウ）レベルの間にダイオード３５を介して電池１の電圧がコンデンサ３６に充電され、上記パルス信号がＨ（ハイ）レベルの間にコンデンサ３６の充電電圧とパルス信号の波高値とを加算した電圧がダイオード３７及び電圧出力端子３９を介して蓄電器７に充電されるようになっている。

以下では、上述した実施の形態１に係る電池駆動装置の動作をタイミングチャートを用いて説明する。
図３は、本発明の実施の形態１に係る電池駆動装置における各部の電圧の時間変化及び各スイッチの切り替えタイミングを示すタイミングチャートである。図３に示す４つのチャートでは、何れも同一の時間軸を横軸としてあり、図の上から電池１の電圧、第１スイッチ２の切替状態、蓄電器７の電圧、及び第２スイッチ８のオン／オフ状態を縦軸に示してある。

時刻ｔ１に至る前は、上述したように電池１の電圧が第１スイッチ２を介して蓄電器７に印加されており、蓄電器７の電圧がＶ１（第１電圧に対応）以上であるため、第１スイッチ２がデフォルトの未切替の状態、即ち共通端子が常閉端子（ＮＣ端子）に接続されている状態である。そして、蓄電器７の電圧が、ｂ接点型の第２スイッチ８を介して電気負荷９に印加されている。ここでのＶ１は、例えば制御部６及び電気負荷９が共に動作する下限の電圧であるが、これに限定されるものではない。

時刻ｔ１で蓄電器７の電圧がＶ１より低くなった場合、制御部６によって第１スイッチ２の共通端子が常開端子（ＮＯ端子）と接続されるように切り替えられる。これにより、電池１の電圧が昇圧回路３の電圧入力端子３０に印加され、昇圧回路３の電圧出力端子３９から出力された電圧が、制御部６の電源端子と、蓄電器７の一端と、第２スイッチ８の一端とに並列的に印加される。時刻ｔ１以降、電池１の電圧はＶ１より低下し続ける。

また、本実施の形態１では、Ｖ２（第２電圧に対応）をＶ１と等しくしてあるため、時刻ｔ１で第１スイッチ２が切り替えられたときに、蓄電器７の電圧がＶ２より低いと判定され、制御部６によって第２スイッチ８がオフに切り替えられる。これにより、電気負荷９には蓄電器７の電圧が印加されなくなる。

なお、Ｖ２はＶ１より多少高くても低くてもよい。例えばＶ２がＶ１より低い場合、時刻ｔ１で第１スイッチ２が切り替えられたときに蓄電器７の電圧がＶ２より低くなっておらず、第２スイッチ８がオンの状態で保持されて電気負荷９に蓄電器７の電圧が印加され続ける。このため、蓄電器７の放電が優勢となって蓄電器７の電圧が低下する。これは、昇圧回路３が昇圧して変換する電力が、制御部６及び電気負荷９で消費される電力より小さくなるようにしてあるからである。但し、第２スイッチ８で消費される電力は実質的にゼロである。そして蓄電器７の電圧がＶ２より低くなったときに第２スイッチ８がオフに切り替えられる。一方、Ｖ２がＶ１より高い場合、時刻ｔ１では既に蓄電器７の電圧がＶ２より低くなっており、その時点で第２スイッチ８がオフに切り替えられる。

図３でＶ２がＶ１と等しい場合に戻って、時刻ｔ１から、後述する時刻ｔ２までの間、電気負荷９には蓄電器７の電圧が印加されないため、蓄電器７の充電が優勢となって蓄電器７の電圧が上昇する。つまり、昇圧回路３が電圧変換して出力した電力のうち、制御部６で消費された電力を差し引いた電力で蓄電器７が充電されて蓄電器７の電圧が上昇する。これは、昇圧回路３が昇圧して変換する電力が、制御部６で消費される電力より大きくなるようにしてあるからである。

次に、時刻ｔ２で蓄電器７の電圧が、Ｖ２より高いＶ３（第３電圧に対応）以上となった場合、制御部６によって第２スイッチ８がオンに切り替えられる。これにより、電気負荷９に蓄電器７の電圧が印加されるようになり、蓄電器７の放電が優勢となって蓄電器７の電圧が低下し始める。蓄電器７の電圧の低下は、蓄電器７の電圧がＶ２より低くなる時刻ｔ３まで続く。

以後、時刻ｔ３からｔ５までの間、及び時刻ｔ５からｔ７までの間における、蓄電器７の電圧変化と第２スイッチ８のオン／オフ状態の変化とは、時刻ｔ１からｔ３までの間におけるこれらの変化と同様となる。このようにして電気負荷９を断続的に駆動することにより、電気負荷９を連続的に駆動した場合と比較して、電池１の平均的な負荷電流が低減される。

以下では、上述した実施の形態１に係る電池駆動装置の制御部６の動作を、それを示すフローチャートを用いて説明する。以下に示す処理は、制御部６が備えるＲＯＭ６２に予め格納された制御プログラムに従ってＣＰＵ６１により実行される。
図４は、本発明の実施の形態１に係る電池駆動装置で第１スイッチ２の切り替え及び第２スイッチ８のオン／オフを制御するＣＰＵ６１の処理手順を示すフローチャートである。図４の処理は、例えば１秒周期で起動されるが、これに限定されるものではない。図中の切替フラグは、ＲＡＭ６３に記憶されており、所定の初期化処理にて０にクリアされる。切替フラグは、第１スイッチ２を切り替えたことを示すフラグである。

図４の処理が起動された場合、ＣＰＵ６１は、蓄電器７の電圧（Ｖｃ）を検出しておき（Ｓ１０：検出手段に対応）、ＲＡＭ６３に記憶されている切替フラグが１にセットされているか否かを判定する（Ｓ１１）。１にセットされていない場合（Ｓ１１：ＮＯ）、即ち、まだ第１スイッチ２を切り替えていない場合、ＣＰＵ６１は、検出したＶｃがＶ１より低いか否かを判定する（Ｓ１２）。

ＶｃがＶ１より低くない場合（Ｓ１２：ＮＯ）、電池１の電圧が限界まで低下していないと判定されるため、ＣＰＵ６１は、それ以上何も実行せずに図４の処理を終了する。ＶｃがＶ１より低い場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、電池１の電圧が限界まで低下したと判定されるため、ＣＰＵ６１は、Ｉ／Ｏポート６４からＨレベルの制御電圧を第１スイッチ２の制御端子に与えることにより、第１スイッチ２の共通端子が常開端子に接続されるように切り替える（Ｓ１３：切替手段に対応）。そして、ＣＰＵ６１は、第１スイッチ２を切り替えたことを記憶するために、切替フラグを１にセットする（Ｓ１４）。

ステップＳ１４の処理を終えた場合、又はステップＳ１１で切替フラグが１にセットされている場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ６１は、検出したＶｃがＶ２より低いか否かを判定する（Ｓ１５）。ＶｃがＶ２より低い場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、即ち、昇圧回路３が昇圧した電圧で充電している蓄電器７の電圧が所定の下限電圧まで低下した場合、ＣＰＵ６１は、Ｉ／Ｏポート６４からＨレベルの制御電圧を第２スイッチ８の制御端子に与えることにより、第２スイッチ８をオフに切り替えて（Ｓ１６：オフ手段に対応）図４の処理を終了する。

ステップＳ１５でＶｃがＶ２より低くない場合（Ｓ１５：ＮＯ）、ＣＰＵ６１は、検出したＶｃが、Ｖ２より高いＶ３以上であるか否かを判定する（Ｓ１８）。ＶｃがＶ３以上ではない場合（Ｓ１８：ＮＯ）、ＣＰＵ６１は、それ以上何も実行せずに図４の処理を終了する。

ＶｃがＶ３以上である場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、即ち、昇圧回路３が昇圧した電圧で充電している蓄電器７の電圧が所定の上限電圧まで上昇した場合、ＣＰＵ６１は、Ｉ／Ｏポート６４からＬレベルの制御電圧を第２スイッチ８の制御端子に与えることにより、第２スイッチ８をオンに切り替えて（Ｓ１９：オン手段に対応）図４の処理を終了する。

以上のように本実施の形態１によれば、第２スイッチ（駆動部）に印加される電圧が電源端子に印加されて動作する制御部が、第２スイッチによる電気負荷への電圧の印加を制御する。電池から制御部及び第２スイッチへの電圧の印加経路には、第１スイッチの切り替えによって昇圧回路が介装されるようにしてあり、制御部及び第２スイッチに印加される電圧によって充電される蓄電器が、第１スイッチの切り替え前は電池によって充電され、第１スイッチの切り替え後は昇圧回路が昇圧した電圧によって充電される。この第１スイッチは、制御部で検出した蓄電器の電圧がＶ１より低い場合に切り替える。そして第１スイッチを切り替えた状態で、制御部で検出した蓄電器の電圧がＶ２より低い場合（又はＶ２より高いＶ３以上である場合）、第２スイッチによる電気負荷への電圧の印加をオフする（又はオンする）。

これにより、第１スイッチを介して電池に接続されている蓄電器の電圧がＶ１より低下した場合、第１スイッチが切り替わって、電池電圧を昇圧回路で昇圧した電圧が制御部、第２スイッチ及び蓄電器に印加される。ここでは、昇圧回路が変換する電力が制御部で消費される電力より大きく、且つ制御部及び電気負荷で消費される電力より小さくなるようにしてある。但し、第２スイッチで消費される電力を無視する。このため、昇圧回路によって充電された蓄電器の電圧がＶ２より低くなったときに電気負荷への電圧の印加が停止され、昇圧回路が変換した電力のうち制御部で消費された電力を差し引いた電力で蓄電器が充電されて蓄電器の電圧が上昇する。また、蓄電器の電圧がＶ３以上となったときに電気負荷に電圧が印加され、昇圧回路が変換した電力に蓄電器が放電した電力を加えた電力が制御部及び電気負荷に供給されるために蓄電器の電圧が低下する。

つまり、制御部及び第２スイッチに対してＶ２からＶ３までの範囲の電圧が印加され、その間、電気負荷に断続的に電圧が印加されて電気負荷が動作及び不動作を交互に繰り返すため、電池の平均的な負荷電流が減少して電池容量が増大する。加えて、電池の電圧が制御部及び電気負荷が共に動作する下限の電圧より低下した場合であっても、電気負荷の動作が不連続ながら継続される。
従って、電池電圧が低下した場合であっても、電気負荷の駆動条件を変更して駆動時間を実質的に延伸することが可能となる。そして、電気負荷の動作状態が使用者に認識される場合は、電池電圧が低下したことを使用者に認識させることが可能となる。

また、駆動部が第２スイッチからなり、第２スイッチに印加された電圧をそのまま電気負荷に印加するか否かを制御部によって切り替える。
従って、単に電圧を印加することによって動作する電気負荷を電池駆動装置に適用することが可能となる。

（変形例１）
実施の形態１は、電池１から第２スイッチ８への電圧の印加経路に昇圧回路３が介装されるように切り替える第１スイッチ２が、電池１及び昇圧回路３の間に配される形態であるのに対し、変形例１は、第１スイッチ２が、昇圧回路３及び第２スイッチ８の間に配される形態である。

図５は、本発明の実施の形態１の変形例１に係る電池駆動装置の構成例を示すブロック図である。電池１の正極端子は、ｃ接点型のアナログスイッチからなる第１スイッチ（スイッチに対応）２の常閉端子（ＮＣ端子）及び昇圧回路３の電圧入力端子３０に接続されている。昇圧回路３の電圧出力端子３９は、第１スイッチ２の常開端子（ＮＯ端子）に接続されている。第１スイッチ２の共通端子（コモン端子）は、制御部６の電源端子と、蓄電器７の一端と、第２スイッチ８の一端とに接続されている。従って、第１スイッチ２が切り替わっていないデフォルトの状態では、電池１の電圧と蓄電器７の電圧とが等しくなっている。また、電池１に接続された昇圧回路３が、常時電力を消費している。

昇圧回路３は、第１スイッチ２の共通端子が常閉端子（ＮＣ端子）に接続されている状態、即ち昇圧回路３が無負荷の状態における消費電力が数μＡに抑えられるものである。実際、そのような低消費電力を実現するＤＣ／ＤＣコンバータが市販されている（例えば、Texas Instruments 社のTPS61220 ）。これにより、電池１に昇圧回路３が常時接続されていることによる電池１の消耗を事実上無視することができる。

第１スイッチ２を切り替えた状態では、電池１から第２スイッチ８までの電圧印加経路における接続構成が、実施の形態１の場合と実質的に同等であり、第１スイッチ２の切り替え後における各部の電圧の時間変化及び各スイッチの切り替えタイミングについても、図３に示すものと同一である。従って、第１スイッチ２の切り替え及び第２スイッチ８のオン／オフを制御するＣＰＵ６１の処理手順についても、図４に示すものと同一である。
その他、実施の形態１に対応する箇所には同様の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

以上のように本実施の形態１の変形例１に係る電池駆動装置によれば、実施の形態１に係る電池駆動装置と同様の効果を奏することが可能となる。

（変形例２）
実施の形態１は、第１スイッチ２を切り替えた場合に、昇圧回路３が昇圧した電圧が制御部６の電源端子と、蓄電器７の一端と、第２スイッチ８の一端とに直接的に印加される形態であるのに対し、変形例２は、昇圧回路３が昇圧した電圧が、上記各部に抵抗器（制限する回路に対応）を介して印加される形態である。

図６は、本発明の実施の形態１の変形例２に係る電池駆動装置の構成例を示すブロック図である。昇圧回路３の電圧出力端子３９は、抵抗器４を介して第１スイッチ２の常閉端子（ＮＣ端子）と接続されている。抵抗器４に換えて、通過する電流を一定に制限する定電流回路を用いてもよい。抵抗器４及び第１スイッチ２の常閉端子の接続点は、制御部６の電源端子と、蓄電器７の一端と、第２スイッチ８の一端とに接続されている。従って、第１スイッチ２が切り替わっていないデフォルトの状態では、電池１の電圧と蓄電器７の電圧とが等しくなっている。

第１スイッチ２を切り替えた場合、昇圧回路３が電池１の電圧を昇圧することによって昇圧回路３から出力される電流が、抵抗器４によって制限される。ここで、昇圧回路３から抵抗器４を介して供給される電力が制御部６で消費される電力より大きく、且つ制御部及び電気負荷９で消費される電力より小さくなるように、抵抗器４の抵抗値を決定する。但し、第２スイッチで消費される電力を無視する。

このため、電気負荷９への電圧の印加が停止されている間、昇圧回路３が変換して抵抗器４を通過した電力のうち制御部６で消費された電力を差し引いた電力で蓄電器７が充電されて蓄電器７の電圧が上昇する。また、電気負荷９に電圧が印加されている間、昇圧回路３が変換して抵抗器４を通過した電力に蓄電器７が放電した電力を加えた電力が制御部６及び電気負荷９に供給されるために蓄電器７の電圧が低下する。

第１スイッチ２の切り替え後における各部の電圧の時間変化及び各スイッチの切り替えタイミングについては、図３に示すものと同等である。従って、第１スイッチ２の切り替え及び第２スイッチ８のオン／オフを制御するＣＰＵ６１の処理手順についても、図４に示すものと同一である。
その他、実施の形態１に対応する箇所には同様の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

以上のように本実施の形態１の変形例２に係る電池駆動装置によれば、昇圧回路が変換可能な電力の大きさが、制御部及び電気負荷で消費される電力より大きい場合であっても、実施の形態１に係る電池駆動装置と同様の効果を奏することが可能となる。

（実施の形態２）
実施の形態１は、第１スイッチ２を切り替えた場合に、昇圧回路３が昇圧した電圧が制御部６の電源端子と、蓄電器７の一端と、第２スイッチ８の一端とに直接的に印加される形態であるのに対し、実施の形態２は、昇圧回路３が昇圧した電圧が、上記各部に第３スイッチ（第３のスイッチに対応）を介して印加される形態である。

図７は、本発明の実施の形態２に係る電池駆動装置の構成例を示すブロック図である。昇圧回路３の電圧出力端子３９は、ａ接点型のアナログスイッチからなる第３スイッチ５の一端を介して第１スイッチ２の常閉端子（ＮＣ端子）と接続されている。第３スイッチ５は、ｂ接点型であってもよい。第３スイッチ５の他端及び第１スイッチ２の常閉端子の接続点は、制御部６の電源端子と、蓄電器７の一端と、第２スイッチ８の一端とに接続されている。従って、第１スイッチ２が切り替わっていないデフォルトの状態では、電池１の電圧と蓄電器７の電圧とが等しくなっている。

以下では、上述した実施の形態２に係る電池駆動装置の動作をタイミングチャートを用いて説明する。
図８は、本発明の実施の形態２に係る電池駆動装置における各部の電圧の時間変化及び各スイッチの切り替えタイミングを示すタイミングチャートである。図８に示す５つのチャートでは、何れも同一の時間軸を横軸としてあり、図の上から電池１の電圧、第１スイッチ２の切替状態、第３スイッチ５のオン／オフ状態、蓄電器７の電圧、及び第２スイッチ８のオン／オフ状態を縦軸に示してある。但し、第３スイッチ５のオン／オフ状態を示すチャート以外の他のチャートは、図３に示すものと同一であるため、その説明の大部分を省略する。

時刻ｔ１に至る前は、第３スイッチ５がａ接点型（又はｂ接点型）の場合、第３スイッチ５の状態がオフ（又はオン）である。そして、蓄電器７の電圧が電池１の電圧と同じであるのは、実施の形態１と同様である。

時刻ｔ１で蓄電器７の電圧がＶ１及びＶ２より低くなった場合、制御部６によって第１スイッチ２の共通端子が常開端子（ＮＯ端子）と接続されるように切り替えられると共に、第２スイッチ８がオフに切り替えられ、加えて、第３スイッチ５がオンに切り替えられる。これにより、電池１の電圧が昇圧回路３の電圧入力端子３０に印加され、昇圧回路３の電圧出力端子３９から出力された電圧が、第３スイッチ５を介して制御部６の電源端子と、蓄電器７の一端と、第２スイッチ８の一端とに並列的に印加される。また、電気負荷９には蓄電器７の電圧が印加されなくなる。

時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、電気負荷９には蓄電器７の電圧が印加されないため、蓄電器７の充電が優勢となって蓄電器７の電圧が上昇する。つまり、昇圧回路３が電圧変換して出力した電力のうち、制御部６で消費された電力を差し引いた電力で蓄電器７が充電されて蓄電器７の電圧が上昇する。

次に、時刻ｔ２で蓄電器７の電圧が、Ｖ２より高いＶ３以上となった場合、制御部６によって第２スイッチ８がオンに切り替えられ、加えて第３スイッチ５がオフに切り替えられる。これにより、蓄電器７の充電が停止する一方、電気負荷９に蓄電器７の電圧が印加されるようになり、蓄電器７が放電して蓄電器７の電圧が低下し始める。蓄電器７の電圧の低下は、蓄電器７の電圧がＶ２より低くなる時刻ｔ３まで続く。

以後、時刻ｔ３からｔ５までの間、及び時刻ｔ５からｔ７までの間における、蓄電器７の電圧変化と第２スイッチ８及び第３スイッチ５のオン／オフ状態の変化とは、時刻ｔ１からｔ３までの間におけるこれらの変化と同様となる。このようにして電気負荷９を断続的に駆動することにより、電気負荷９を連続的に駆動した場合と比較して、電池１の平均的な負荷電流が低減される。

以下では、上述した実施の形態２に係る電池駆動装置の制御部６の動作を、それを示すフローチャートを用いて説明する。
図９は、本発明の実施の形態２に係る電池駆動装置で第１スイッチ２の切り替え及び第２スイッチ８，第３スイッチ５のオン／オフを制御するＣＰＵ６１の処理手順を示すフローチャートである。図９におけるステップＳ３０からステップＳ４０までの処理のうち、ステップＳ３７及びステップＳ４０以外の各処理は、実施の形態１の図４におけるステップＳ１０からステップＳ１９まで（ステップＳ１７は欠番）の処理と同様であるため、その説明の大部分を省略する。

ステップＳ３５で、ＶｃがＶ２より低い場合（Ｓ３５：ＹＥＳ）、即ち、昇圧回路３が昇圧した電圧で充電している蓄電器７の電圧が所定の下限電圧まで低下した場合、ＣＰＵ６１は、Ｉ／Ｏポート６４からＨレベルの制御電圧を第２スイッチ８及び第３スイッチ５の制御端子に与えることにより、第２スイッチ８をオフに切り替える（Ｓ３６）と共に、第３スイッチ５をオンに切り替えて（Ｓ３７：第３のスイッチをオンする手段に対応）図９の処理を終了する。

また、ステップＳ３８で、ＶｃがＶ３以上である場合（Ｓ３８：ＹＥＳ）、即ち、昇圧回路３が昇圧した電圧で充電している蓄電器７の電圧が所定の上限電圧まで上昇した場合、ＣＰＵ６１は、Ｉ／Ｏポート６４からＬレベルの制御電圧を第２スイッチ８及び第３スイッチ５の制御端子に与えることにより、第２スイッチ８をオンに切り替える（Ｓ３９）と共に、第３スイッチ５をオフに切り替えて（Ｓ４０：第３のスイッチをオフする手段に対応）図９の処理を終了する。

その他、実施の形態１に対応する箇所には同様の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

以上のように本実施の形態２によれば、第１スイッチを切り替えた場合、第２スイッチをオンして電気負荷に電圧を印加するときに、昇圧回路が昇圧した電圧を第３スイッチで遮断し、第２スイッチをオフして電気負荷への電圧の印加を停止するときに、昇圧回路が昇圧して第３スイッチを導通した電圧を制御部及び蓄電器に印加する。ここでは、昇圧回路が変換する電力が制御部で消費される電力より大きくなるようにしてある。このため、電気負荷への電圧の印加を停止している間、昇圧回路が変換した電力のうち制御部で消費された電力を差し引いた電力で蓄電器が充電されて蓄電器の電圧が上昇し、電気負荷に電圧を印加している間、昇圧回路による蓄電器の充電が停止されて蓄電器の電圧が低下する。
従って、昇圧回路が変換する電力の大きさが、制御部及び電気負荷で消費される電力より大きい場合であっても、電池電圧が低下したときに、電気負荷の駆動条件を変更して駆動時間を実質的に延伸することが可能となる。

今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、各実施の形態及び変形例に記載されている技術的特徴は、お互いに組み合わせることが可能である。

１ 電池
２ 第１スイッチ
３ 昇圧回路
４ 抵抗器
５ 第３スイッチ
６ 制御部
６１ ＣＰＵ
６２ ＲＯＭ
６４ Ｉ／Ｏポート
６５ Ａ／Ｄ変換回路
７ 蓄電器
８ 第２スイッチ
９ 電気負荷

Claims (4)

1. 印加された電圧を昇圧する昇圧回路と、印加された電圧に応じて電気負荷を駆動する駆動部と、該駆動部による前記電気負荷の駆動を制御する制御部と、電池から前記駆動部への電圧の印加経路に前記昇圧回路が介装されるように切り替えるスイッチとを備える電池駆動装置であって、
   前記制御部は、前記駆動部に印加される電圧が並列的に印加されて動作するようにしてあり、
   前記制御部及び駆動部に印加される電圧によって充電される蓄電器を備え、
   前記制御部は、
   前記蓄電器の電圧を検出する検出手段と、
   該検出手段が検出した電圧が第１電圧より低い場合、前記スイッチを切り替える切替手段と、
   該切替手段がスイッチを切り替えた状態で、前記検出手段が検出した電圧が第２電圧より低い場合、前記駆動部による前記電気負荷の駆動をオフするオフ手段と、
   前記切替手段がスイッチを切り替えた状態で、前記検出手段が検出した電圧が前記第２電圧より高い第３電圧以上である場合、前記駆動部による前記電気負荷の駆動をオンするオン手段とを有すること
   を特徴とする電池駆動装置。
2. 前記駆動部は、印加された電圧の前記電気負荷への印加／非印加を切り替える第２のスイッチであることを特徴とする請求項１に記載の電池駆動装置。
3. 前記切替手段が前記スイッチを切り替えた場合、前記昇圧回路が昇圧した電圧を導通／遮断する第３のスイッチを備え、
   前記制御部は、
   前記オフ手段がオフした場合、前記第３のスイッチをオンする手段と、
   前記オン手段がオンした場合、前記第３のスイッチをオフする手段とを有すること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の電池駆動装置。
4. 前記切替手段が前記スイッチを切り替えた場合、前記昇圧回路が出力する電流を制限する回路を備えることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の電池駆動装置。

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