JP2014158312A - 電子機器、充電器及び電子機器システム - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池への充電を正規の接続機器で行い、充電の安全性を確保した電子機器及び充電器及び電子機器システムを提供する。
【解決手段】電子機器１は、二次電池２０と、外部の充電器３０と接続可能な充電接続部Ｐ１と、充電接続部Ｐ１と二次電池２０に電気的に接続され導通と遮断を切り替え可能なスイッチ部１６と、少なくとも第１のデータを受信可能な認証通信接続部Ｔ１と、を備える。第１のデータが所定のデータである場合で、かつ、充電接続部Ｐ１の電圧が所定の電圧である場合、スイッチ部１６は導通可能であり、少なくとも、第１のデータが所定のデータでない場合、又は、充電接続部Ｐ１の電圧が所定の電圧でない場合は、スイッチ部１６は遮断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池を安全に充電できる電子機器、充電器及び電子機器システムに関する。

近年、スマートフォンやタブレット等の携帯端末である電子機器は、増強される機能に対応するため、二次電池の電池容量の増大（大容量化）、急速充電化、長寿命化、等が求められてきている。そして、大容量化と共に急速充電が必要となるが、充電時には大電流が電子機器に流れることになる。

従来は、電子機器側に、家庭用ＡＣをＤＣに変換する充電器（ＡＣアダプタ）からの（直流）電圧を二次電池用の電圧に制御する充電制御回路が設けられていた（例えば電圧を５Ｖから４Ｖに降下させる）。しかしながら、この充電制御回路における変換ロスにより熱が発生して、電子機器の発熱が大きくなる不都合が発生する。このため、主に熱を発する充電制御回路を、据え置きの充電器（ＡＣアダプタ）側に搭載することが提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１２−１７５８９５号公報

特許文献１に記載の電子機器側では、充電制御回路を充電器側へ移行させた結果、二次電池と充電器に接続される電子機器の端子の間に、実質的に電圧と電流を制御する回路が存在しないことになる。したがって、二次電池の端子そのものが物理的に露出しなくても、当該二次電池とほぼ同電位の端子が、外側に露出することとなり得る。このような状態においては、外からの異物の接触による短絡、不正な充電器の接続による電子機器の破損等が生ずる可能性がある。従って、ユーザーが安心して電子機器を使用する状況下にあるとは言い難い。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、二次電池への充電を正規の充電機器で行い、充電の安全性を確保した電子機器及び充電器及び電子機器システムを提供することにある。

本発明の電子機器は、二次電池と、外部の充電器と接続可能な充電接続部と、前記充電接続部と前記二次電池に電気的に接続され導通と遮断を切り替え可能なスイッチ部と、少なくとも第１のデータを受信可能な認証通信接続部と、を備え、前記二次電池を電源として動作可能な電子機器であって、前記第１のデータが所定のデータである場合で、かつ、前記充電接続部の電圧と電流が所定の電圧である場合、前記スイッチ部は導通可能であり、少なくとも、前記第１のデータが前記所定のデータでない場合、又は、前記充電接続部の電圧が前記所定の電圧と電流でない場合は、前記スイッチ部を遮断する。

本発明の一態様として、例えば、前記電子機器は、前記充電接続部と前記認証通信接続部とは、共通である。

本発明の充電器は、外部の電子機器と接続可能な充電接続部と、少なくとも第２のデータを受信可能な認証通信接続部と、を備え、前記電子機器を充電可能な充電器であって、前記第２のデータが所定のデータである場合に、前記充電接続部に所定の電圧と電流を印加し、少なくとも、前記第２のデータが前記所定のデータでない場合は、前記充電接続部に前記所定の電圧と電流を印加しない。

本発明の一態様として、例えば、前記充電器は、前記充電接続部と前記認証通信接続部とは、共通である。

本発明の一態様として、例えば、前記充電器は、前記充電接続部に対して、所定の電流以上の電流を流すことが可能である。

本発明の電子機器システムは、前記電子機器及び充電器を備え、前記電子機器の前記充電接続部と前記充電器の前記充電接続部とは、接続可能であり、前記電子機器の前記認証通信接続部と前記充電器の前記認証通信接続部とは、接続可能である。

本発明の電子機器システムは、二次電池と、前記二次電池の電圧を検出可能な電圧検出部と、を備え、前記二次電池を電源として動作可能な電子機器と、前記電子機器に接続可能であり、前記電子機器に対して、少なくとも定電圧供給及び定電流制御が可能な充電器と、を含む電子機器システムであって、前記充電器は、少なくとも前記電圧が所定の電圧値以下の場合に定電流制御が可能である。

本発明の電子機器システムは、前記充電器は、前記電圧が所定の電圧値以下の場合に定電流制御が可能であり、前記所定の電圧値より大きい場合に定電圧供給を行なう。

本発明の電子機器システムは、前記電圧が前記所定の電圧値より大きい場合に、前記電子機器は前記二次電池に対して定電圧制御を行う。

本発明の電子機器システムは、前記所定の電圧値を、第１の電圧値とし、前記電圧が、前記第１の電圧値より小さい第２の電圧値より小さい場合に、前記充電器が定電圧供給を行なう。

本発明の電子機器システムは、前記電圧が前記第２の電圧値より小さい場合に、前記電子機器は前記二次電池に対して定電流制御を行う。

本発明の電子機器システムは、前記電子機器は、前記充電器に対して前記電圧を通知可能である。

本発明の電子機器システムは、前記電子機器は、前記充電器に対して前記電圧をデジタル信号として通知可能である。

本発明の電子機器システムは、前記電子機器と前記充電器との間は、複数の導線を有するコードを介して電気的に接続可能である。

本発明の電子機器システムは、前記充電器の出力において、前記定電流制御時の電流は、前記定電圧供給時の電流より大きい。

本発明の電子機器システムは、前記充電器の出力において、前記定電流制御時の電流は、少なくとも前記定電圧供給時の最大電流より大きい。

本発明の電子機器システムは、前記充電器は、商用交流電源を基に動作可能である。

本発明の電子機器は、二次電池と、外部の充電器と接続可能な充電接続部と、を備え、前記充電接続部に供給される電力を基に前記二次電池を充電可能であり、前記二次電池を電源として動作可能な電子機器であって、前記充電器に対し前記二次電池の内部インピーダンスを通知可能である。

本発明の電子機器は、前記充電器に接続可能な認証通信接続部を備え、前記内部インピーダンスは、前記認証通信接続部を介して、前記充電器に対して通知可能である。

本発明の一態様として、例えば、前記電子機器は、前記充電接続部と前記認証通信接続部は共通である。

本発明の電子機器は、前記二次電池は、保護回路を有し、前記内部インピーダンスの一部は、前記保護回路のインピーダンスに起因する。

本発明の電子機器は、前記内部インピーダンスを取得可能である。

本発明の充電器は、外部の電子機器と接続可能な充電接続部を備える充電器であって、前記電子機器に対し定電流制御が可能であり、前記電子機器が備える二次電池の内部インピーダンスを受信可能であり、前記充電接続部を介して前記電子機器に供給する電力について、前記内部インピーダンスに基づいた所定の電流値になるような定電流制御が可能なである。

本発明の充電器は、前記電子機器に接続可能な認証通信接続部を備え、前記内部インピーダンスは、前記認証通信接続部を介して受信可能なである。

本発明の一態様として、例えば、前記充電器は、前記充電接続部と前記認証通信接続部は共通である。

本発明の充電器は、前記所定の電流値は、第１の電流値の後、当該第１の電流値より小さい第２の電流値になる。

本発明の充電器は、前記二次電池の電圧を取得し、前記第１の電流値と、前記内部インピーダンス以下の所定のインピーダンスの積である第１のオフセット電圧を取得し、取得した前記二次電池の電圧が、予め定められた所定の電圧値と前記第１のオフセット電圧の合計である第１の閾値電圧に達した場合、前記第１の電流値に代えて、前記第２の電流値を前記電子機器へ供給する。

本発明の充電器は、前記二次電池の電圧Ｖを取得し、電流値Ｉ_ｎと、前記内部インピーダンス以下の所定のインピーダンスの積であるオフセット電圧Ｖ_ｎを取得し、取得した前記二次電池の電圧Ｅが、前記所定の電圧値と前記オフセット電圧Ｖ_ｎの合計である第ｎの閾値電圧に達した場合、前記電流値Ｉ_ｎに代えて、電流値Ｉ_ｎ＋1を前記電子機器へ供給し、ここで、ｎは１以上の正の整数であり（ｎ＝１，２，３，・・・）、Ｉ_ｎ＞Ｉ_ｎ＋1である。

本発明の充電器は、前記電流値Ｉ_ｎが、前記定電流制御の後の定電圧充電の開始時の電流に達するまで、前記定電流充電を行う。

本発明の電子機器システムは、前記電子機器と、前記充電器を含む。

本発明の電子機器によれば、電子機器に電気的に接続する外部の充電器が、電子機器の認める正規（純正）の接続機器であるか否かを判定すること、及び、二次電池の充電に適切な印加電圧である否かを判定することが可能である。この判定により、正規の充電器による二次電池への充電が安全に行われ、二次電池の長寿命化に繋がり、二次電池を内蔵する電子機器の電気的保護が可能となる。また、本発明の充電器によれば、充電器と接続する電子機器が、充電器の認める正規（純正）の接続機器であるか否かを判定することが可能であり、正規の電子機器以外であれば電圧を印加しないため、充電器の電気的保護が可能となる。更に、本発明の電子機器システムによれば、電子機器と充電器の相互認証が図られ、電気機器システム全体の電気的保護が可能となる。

本発明に係る電子機器、充電器及び電子機器システムの第１の実施形態の一例を示すブロック図。 第１の実施形態の認証の一例を示すフローチャート図。 第１の実施形態の充電器の認証の一例を示すフローチャート図。 第１の実施形態の電子機器、充電器及び電子機器システムが充電可能状態か否かを判定するステップの一例を示す説明表。 本発明に係る電子機器、充電器及び電子機器システムの第２の実施形態の一例を示すブロック図。 第２の実施形態の充電の一例を示すフローチャート図。 第２の実施形態の充電の一例をグラフや表で説明した概念図。 第２の実施形態と従来技術の比較表。 本発明に係る電子機器、充電器及び電子機器システムの第３の実施形態を示すブロック図。 （ａ）は、第３の実施形態の二次電池の一例を示すブロック図、（ｂ）は、二次電池の内部インピーダンスを示す概念図。 第３の実施形態と比較するために第２の実施形態の充電状態の一例をグラフで示す概念図。 第３の実施形態の電圧補正を行った充電状態の一例をグラフで示す概念図。 第３の実施形態のステップ充電が行われる位置を具体的に破線矢印で示したグラフによる概念図。 第３の実施形態のステップ充電の具体的数値例を示すグラフによる概念図。 第３の実施形態のステップ充電を含めた電子機器と充電器の流れの一例を示すフローチャート図。 第３の実施形態のステップ充電の流れの一例を示すフローチャート図。

以下、本発明に係る電子機器、充電器及び電子機器システムの好適な実施形態を、図１〜図１６に基づいて詳述する。

（第１の実施形態）
図１は本発明に係る電子機器、充電器及び電子機器システムの第１の実施形態を示すブロック図である。

電子機器１は、端末部１０と、電子機器１に内蔵され端末部１０と着脱可能な二次電池２０とからなる。電子機器１は、例えばスマートフォン等の携帯電話、タブレット等の携帯端末、デジタルカメラ、携帯型パーソナルコンピュータ、無線機等、二次電池２０によって動作する携帯機器であってよい。端末部１０は、端末制御回路１１と、電池認証部１２と、端末側認証部１３と、電圧範囲検出部１４と、過電流検出部１５と、スイッチ部１６と、を備える。また、後述の充電器３０との電気的接続に於いて、充電接続部Ｐ１と認証通信接続部Ｔ１とを備えている。

端末制御回路１１は、例えば端末部１０に備えられている上述の構成部からくる信号を処理、制御、判定し、指令信号を送信するマイクロプロセッサーを備え、二次電池２０への急速充電が安全に実行できる保護制御回路である。電池認証部１２は、端末部１０に電気的に接続される二次電池２０からの認証データを取得して、二次電池２０が電子機器１で使用する電池として適切か否かを判定する。端末側認証部１３は、認証通信接続部Ｔ１を介して端末部１０に電気的に接続される外部の充電器３０からの認証データを取得して、充電器３０が電子機器１で使用する接続機器として適切か否かを判定する。

上述の認証データとは、例えば一定の間隔で送られ二次電池２０や充電器３０が端末部１０に対して正規の接続機器であるかを判定できる程度のデータで良く、また、所定のアルゴリズムで形成される乱数等の高度化された暗号データであっても良い。以後、説明を分かりやすくするために、正規（純正）の接続機器であることを示す認証データを所定のデータと述べる。また、充電器３０から端末部１０に送信されるデータを第１のデータ、端末部１０から充電器３０に送信されるデータを第２のデータ、二次電池２０から端末部１０に送信されるデータを第３のデータと述べる。

電圧範囲検出部１４は、充電器３０と電気的に接続する充電接続部Ｐ１の電圧を検出し、測定された電圧値を端末制御回路１１に送る。端末制御回路１１は、電圧値が所定の範囲以内（例えば５Ｖ）であるか否かを判定し、同時に過電圧状態になっているか否かも判定する。過電流検出部１５は、充電接続部Ｐ１に流れる電流値を検出し測定された電流値を端末制御回路１１に送り、端末制御回路１１は、電流値が所定の範囲以内（例えば４Ａ）であるか否かを判定し、同時に過電流状態になっているか否かも判定する。また、過電流状態になっていなければ所定の電流以上の電流を流すことも可能である。端末制御回路１１により判定を行うことを述べたが、電圧範囲検出部１４と過電流検出部１５が判定を行い、過電圧や過電流を含む所定範囲外である場合に、端末制御回路１１に通知しても良い。

スイッチ部１６は、充電接続部Ｐ１と二次電池２０に電気的に接続され、端末制御回路１１の指令によりオン、オフすることにより、充電接続部Ｐ１と二次電池２０間の導通と遮断の切り替えを可能としている。即ち、端末制御回路１１は、各構成部から送られてきた認証データや値データを判定し、各データが二次電池２０に充電開始しても安全であると判定した場合、スイッチ部１６をオンさせる。これにより、充電器３０と接続された充電接続部Ｐ１と二次電池２０とが導通状態となる。また、端末制御回路１１が、偽認証であると判定した場合や、過電圧、過電流状態にあることを判定した場合は、充電作動を停止または禁止させるためにスイッチ部１６をオフさせ、充電接続部Ｐ１と二次電池２０との電気的接続を遮断する。

端末部１０の上述の構成は、二次電池２０への充電に関わる機能を中心に記載し、表示部や入力部等の他の構成部分は省略しているが、端末部１０は、上述の構成のみに限定されない。

二次電池２０は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等の二次電池であり、外部の充電器３０等から供給される電力により充電され、充電された電力により端末部１０に備えられている各種構成を動作させる。

電子機器１に電気的に接続し、着脱可能な充電器３０は、充電制御回路３１と、出力部３２と、充電器側認証部３３とを備え、電子機器１と同様に充電接続部Ｐ２と認証通信接続部Ｔ２とを備えている。また、図示していないが、充電器３０は、外部の商用ＡＣ電源と電気的に接続可能なプラグや、パーソナルコンピュータ等に電気的に接続可能なＵＳＢ等が備えられている。

充電制御回路３１は、充電器３０の出力部３２の制御や充電器側認証部３３からの信号を判定するマイクロプロセッサー備え、二次電池２０が充電可能な電力を供給し、充電状態を把握しながら、適切な電力を供給する。出力部３２は、充電制御回路３１の指令により二次電池２０に供給する電力を充電接続部Ｐ２に出力する。充電制御回路３１が制御する急速充電方式は、例えば−ΔＶ制御充電方式、ｄＴ／ｄＴ制御充電方式、ステップ制御充電方式、等種々あり、二次電池２０の性能や電子機器１の使用目的等に合わせて選択可能である。

充電器側認証部３３は、電子機器１と電気的に接続し電子機器１から送信される認証データである第２のデータが受信可能な認証通信接続部Ｔ２から受信し、充電器３０で認められる正規の電子機器１であることを示す所定のデータか否かを判定する。第２のデータは、例えば一の間隔で送られ電子機器１が充電器３０に対して正規の接続機器であるかを判定できる程度のデータで良く、また、所定のアルゴリズムで形成される乱数等の高度化された暗号データであっても良い。そして、第１データと第２データとをお互いに認証することにより、電子機器１と充電器３０は、相互認証を可能としている。

電子機器１の充電接続部Ｐ１と認証通信接続部Ｔ１及び充電器３０の充電接続部Ｐ２と認証通信接続部Ｔ２は、充電接続部Ｐ１とＰ２が電気的に接続し、認証通信接続部Ｔ１とＴ２が電気的に接続する。また、電子機器１側の充電接続部Ｐ１と認証通信接続部Ｔ１とが一つの接続部として共通であっても良く、充電器３０側の充電接続部Ｐ２と認証通信接続部Ｔ２とが一つの接続部として共通であっても良い。共通化することにより、構成が簡素化されコストダウンに繋がる可能性が有る。更に、それぞれが端子であり、例えばグランド端子が別途設けられる三端子レギュレータで構成することも可能である。

図２は、電子機器１の認証の一例を示すフローチャート図である。

電子機器１のスイッチ部１６は、最初オフ状態にある（ステップＳ１）。充電器３０が電子機器１に接続されると、端末側認証部１３は、認証通信接続部Ｔ１を介して取得した充電器３０からの第１のデータが、充電器３０が適切な外部の接続機器（例えば純正）であることを判定できる所定のデータであるか否かを判定する（ステップＳ２）。端末側認証部１３が所定のデータであると判定した場合（ステップＳ２がＹ）、端末側認証部１３は、充電器３０に第２のデータを送信する（ステップＳ３）。

次に、端末制御回路１１は、電子機器１の充電接続部Ｐ１に充電器３０から供給された電圧が二次電池２０を充電するために適切な所定の電圧として検出されたか否かを判定する（ステップＳ４）。端末制御回路１１が所定の電圧であると判定した場合（ステップＳ４がＹ）、端末制御回路１１は、スイッチ部１６をオンさせる（ステップＳ５）。端末側認証部１３が、第１のデータが所定のデータでないと判定した場合（ステップＳ２がＮ）、及び、端末制御回路１１が、所定の電圧でないと判定した場合（ステップＳ４がＮ）、端末制御回路１１は、スイッチ部１６をオフ状態に維持させる。

図３は、充電器３０の認証の一例を示すフローチャート図である。

充電器３０は、電子機器１と接続すると認証用の第１のデータ（所定のデータ）を電子機器１に充電器側認証部３３から送信する。第１データは、図２のステップＳ２の所定データを受信したか否かの判定に用いられる。次に、充電器３０の充電器側認証部３３は、認証通信接続部Ｔ２を介して取得した電子機器１からの第２のデータが、電子機器１が適切な外部の接続機器であることを判定できる所定のデータであるか否かを判定する（ステップＳ１１）。この第２のデータは、図２のステップＳ３で送信されてきたデータである。

充電器側認証部３３が、所定のデータであると判定した場合（ステップＳ１１がＹ）、電子機器１に充電に適切な所定の電圧を印加する。即ち、充電器側認証部３３で認証が完了したことを充電制御回路３１に通知し、充電制御回路３１は出力部３２に充電に適切な所定電圧の供給を指示し、出力部３２は所定の電圧を充電接続部Ｐ２に印加する（ステップＳ１２）。充電器側認証部３３が所定データを受信しない場合（ステップＳ１１がＮ）、ステップＳ１０に戻る。

図４は、充電可能状態か否かを判定するステップの一例を示す説明表である。この説明表に基づき、具体的な保護動作を詳述する。説明表は、各行に具体的状況（ケース）を列挙し、各列に認証、検出、制御する項目を列挙している。

ケースＡ（純正充電器）：純正の充電器３０が電子機器１に接続された場合である。純正の充電器３０を電子機器１に接続すると、充電器側認証部３３が正規の電子機器１か否かを第２のデータに基づき判定する。第２のデータが所定データであることを認証すると充電制御回路３１が充電に必要な電圧値及び電流値を出力部３２に送信し、出力部３２は充電接続部Ｐ２に電力を出力する。充電接続部Ｐ１からの電圧を電圧範囲検出部１４で検出し、端末制御回路１１に通知し、端末制御回路１１は、所定の電圧が印加されたことを判定する（表（１）参照）。過電流検出部１５は、充電接続部Ｐ１に流れる電流値を検出し、端末制御回路１１に通知し、端末制御回路１１は、所定の電流値であることを判定する（表（２）参照）。

端末側認証部１３は、充電器３０から送信されてくる第１のデータが所定データであれば充電器３０が純正であることを認証し、端末制御回路１１に通知する（表（３）参照）。電池認証部１２は、二次電池２０から送信されてくる第３のデータが所定データであれば二次電池２０が正規の接続機器であることを認証し、端末制御回路１１に通知する（表（４）参照）。端末制御回路１１は、全ての信号（（１）〜（４））がＯＫであれば、スイッチ部１６をオンさせ、二次電池２０と充電接続部Ｐ１が導通状態となり二次電池２０の充電が開始される。

ケースＢ（充電器未接続）：充電器３０が電子機器１に接続されていない場合である。充電器３０が未接続の場合は、電圧範囲検出部１４での電圧検出や端末側認証部１３での認証ができないため、スイッチ部１６はオフ状態で二次電池２０と充電接続部Ｐ１が遮断状態となり充電が行われない。表中、電圧検出が「×」であり端末側認証も因果関係として「××」である。しかしながら、むき出し状態（露出している）の充電接続部Ｐ１が汚れたり外からの異物が接触したりすることによる短絡を生じる危険性があるが、スイッチ部１６がオフ状態であるため、端末部１０や二次電池２０が電気的に保護されている。

ケースＣ（過電圧）及びケースＤ（過電流）：過電圧や過電流が検出された場合である。電圧範囲検出部１４で検出される電圧値や過電流検出部１５で検出される電流値に所定の範囲を超えて異常があると端末制御回路１１が判定した場合、直ちにスイッチ部１６をオフにさせ、二次電池２０と充電接続部Ｐ１とを遮断状態にする。ケースＣでは電圧検出が「×」であり、ケースＤでは過電流検出が「×」であり、スイッチ部１６は「ＯＮからＯＦＦ」に切り替わる。

ケースＥ（不正充電）：正規（純正）の充電器３０でない非正規品による充電である。このケースでは、端末側認証部１３で受ける第１のデータが所定データでないため（端末側認証「×」参照）、端末制御回路１１はスイッチ部１６をオンさせず、二次電池２０と充電接続部Ｐ１が遮断状態となり充電が行われない。

ケースＦ（充電器ソフト暴走）及びケースＧ（端末ソフト暴走）：ソフトの異常、例えばソフト暴走、が発生した場合である。端末制御回路１１や充電制御回路３１には、充電が安全に行われるためのソフトが組み込まれているが、ソフトに異常が発生することがある。その場合、端末側認証部１３や充電器側認証部３３による認証が行われず（端末認証及び充電器側認証「×」参照）、端末制御回路１１はスイッチ部１６をオンさせず、二次電池２０と充電接続部Ｐ１が遮断状態となり充電が行われない。また、ケースＧでは、出力部３２からの電力供給がないため、電圧範囲検出部１４での電圧が検知できない状態となる（電圧検出「××」参照）。

ケースＨ（不正電池）：電子機器１に二次電池２０として不適切な（非正規品）二次電池２０が端末部１０に接続された場合である。電池認証部１２では、第３のデータが所定のデータでないまたは第３のデータが送られてこないと判定した場合（電池認証「×」参照）、端末制御回路１１は、スイッチ部１６をオンさせず、二次電池２０と充電接続部Ｐ１が遮断状態となり充電が行われない。

二次電池２０への充電が安全に行われるために、端末部１０や充電器３０の各構成がどの様に作動するかについて図４の説明図を基に詳述してきたが、特に記載した内容に限定されない。急速充電中は充電制御回路３１の発熱や、二次電池２０の充電状態等を監視する必要があり、充電を安心して行うための種々の保護回路や保護プログラムを適宜採用することが可能である。

（第２の実施形態）
図５は、本発明に係る電子機器、充電器及び電子機器システムの第２の実施形態を示すブロック図である。第２の実施形態では、第１の実施形態と同じ構成は同一の符号で表して説明を省略し、相違点のみを詳述する。また、第２の実施形態では、第１の実施形態に対して急速充電制御や充電回路関係を詳述している。

例えば、特許文献１に開示される通り、端末部１０側に電圧と電流を制御する回路を設けず、充電器３０側に充電回路を搭載することが一般的に知られている。しかしながら、充電制御回路３１と二次電池２０との距離が長くなり、後述するコードＫの抵抗により、正確に二次電池２０の電圧を把握して制御することが難しくなる。また、二次電池２０の電圧を正確に把握できない状態で充電を行うと、二次電池２０の電圧状態に応じた適切な充電状態を採ることが難しくなり、過剰な電圧印加による二次電池２０の性能劣化の加速などの不具合を生じる可能性もある。第２の実施形態では、電子機器１側にも充電制御に関する機能を持たせ、二次電池２０の電圧に応じた適切な充電を行い、電子機器１からの充電に伴う熱を最小限に抑え、かつ急速充電と安全性の確保の両立を狙っている。

第２の実施形態では、電子機器１の端末部１０に、端末側充電制御部５１と、電圧検出部５２と、端末側切替判定部５３とを具体的に示し、第１の実施形態で詳述した電圧範囲検出部１４と過電流検出部１５及びスイッチ部１６は、保護回路部５４としている。また、端末制御回路１１と電池認証部１２と端末側認証部１３は、マイクロプロセッサーを備えているためマイコンＡ１、マイクロプロセッサーを備える端末側切替判定部５３をマイコンＡ２と説明することもある。尚、マイコンＡ１とマイコンＡ２を別々に説明したが一つのマイクロコンピュータ（マイコン）として機能しても良い。

充電器３０は、外部の商用ＡＣ電源と電気的に接続可能なプラグを備えるＡＣアダプターであり、充電器３０が、整流器６１と、充電器側切替判定部６２と、排他切替回路６３と、電源供給回路６４と、とを備えていることを具体的に示している。また、第１の実施形態で詳述した充電制御回路３１と出力部３２は、充電器側充電制御部６５とし、マイクロプロセッサーを備える充電器側認証部３３をマイコンＢ１、充電器側切替判定部６２をマイコンＢ２としている。尚、マイコンＢ１とマイコンＢ２を別々に説明したが一つのマイクロコンピュータ（マイコン）として機能しても良い。

端末側充電制御部５１は、二次電池２０の後述する補充電や定電圧充電を制御する。電圧検出部５２は、二次電池２０の電圧や温度等である電池情報を取得するため、例えば電池モニタ回路でもある。端末側切替判定部５３は、電圧検出部５２から送られてきた電池情報を取得し、排他切替回路６３を動作させるために必要な情報か否かを判定し、充電器側切替判定部６２に、例えばＩ２Ｃシリアルバス経由で劣化や誤伝送が少ないデジタル信号で送信する。この信号の中には、判定情報の他、充電器３０側で行う急速充電等の指令（コマンド）等も含まれている。また、端末部１０と二次電池２０の電気的接続は、二次電池２０側に設けた端子で行う。二次電池２０の端子は、図面上から正極端子（＋端子）、認証端子、負極端子（−端子）である。

整流器６１は、交流電力（ＡＣ）を直流電力（ＤＣ）に変換（整流）する電力変換装置で、出力部３２と電源供給回路６４に電力を供給する。充電器側切替判定部６２は端末側切替判定部５３からのデジタル信号を受けて、充電制御回路３１及び電源供給回路６４のＯＮ／ＯＦＦを判定し、排他切替回路３４にＯＮ／ＯＦＦの動作を指令する。排他切替回路６３は、充電器側切替判定部６２からの信号を受けて、充電制御回路３１及び電源供給回路６４をＯＮ又はＯＦＦさせる。

電子機器１と充電器３０とは、複数の導線Ｋ１、Ｋ２、・・を束ねたコードＫにより電気的に接続される。電子機器１の充電接続部Ｐ１と充電器３０の充電接続部Ｐ２とは、導線Ｋ１で電気的に接続されて電圧と電流が供給され、電子機器１の認証通信接続部Ｔ１と充電器３０の認証通信接続部Ｔ２とは、導電Ｋ２により電気的に接続されて認証信号が送られる。電源供給回路６４から端末側充電制御部５１への電圧は導線Ｋ３を介して供給され、端末側切替判定部５３から充電器側切替判定部６２への信号は、導線Ｋ４を介して送信される。これらの電気的接続は、例えばコードＫの先端に設けられるピン型のコネクタやＵＳＢコネクタで行われる。なお、導線Ｋ５は電子機器１および充電器３０のグランドに接続される。

充電時の端末部１０の発熱を回避するため、充電制御回路３１等を充電器３０側に搭載させたが、端末部１０と充電器３０を電気的に接続するためにコードＫが必要であり、コードＫの抵抗値が存在している。例えば、コードＫに１．０Ωの抵抗があると仮定すると、４．０Ａでは４．０Ｖのロスが発生し、越えてはいけない充電電圧４．３４Ｖが８Ｖに見えてしまい安全に充電制御ができなくなる可能性がある。第２の実施形態では、電子機器１側に、常に二次電池２０の電圧をモニタしている電圧検出部５２と、微少電流で充電可能な端末側充電制御部５１とを設けているため、二次電池２０の電圧に合わせた適切な充電が可能となる。

図６は、第２の実施形態の充電の一例を示すフローチャート図であり、図７は、充電の一例をグラフや表で説明した概念図である。図６及び図７を用いて第２の実施形態の動作について詳述する。

図６の左側フローチャートは、電子機器１の動作の流れを示し、右側のフローチャートは、充電器３０の動作の流れを示す。第２の実施形態による急速充電は、「補充電」（ステップＳ５１〜Ｓ５２）、「定電流充電」（ステップＳ５２がＹｅｓ〜Ｓ５５）、「定電圧充電」（ステップＳ５６〜Ｓ５８）、の３つのフェーズから構成される。また、図７の上段に示されたグラフ中、太線の直線と曲線で表したグラフが二次電池２０に流れる電流値の変化を示し、破線の曲線で表したグラフが二次電池２０の電圧値の変化を示している。下段に示された表は、上から充電状態、電子機器ソフト、充電器（マイコン制御）の各フェーズに於ける動作を示している。充電状態は、二次電池２０の充電状態による供給される電圧及び電流を示し、電子機器ソフトとは、電子機器１の端末側切替判定部５３が行う指令を示している。また、充電器（マイコン制御）とは、充電器３０の動作を示し、端末側切替判定部５３から充電器側切替判定部６２に送信される信号の流れを示している。図７のグラフおよび表において左側から時系列の順で、「補充電」、「定電流充電」、「定電圧充電」の三つのフェーズが現れる。

＜フェーズ１：補充電＞
フェーズ１は、二次電池２０の電圧が急速充電可能な電圧に到達していない場合に行う補充電である。

電圧検出部５２は二次電池２０の電圧をモニタし、二次電池２０の状態が、充電が必要な空充電電圧Ｖ１（例え２．７Ｖ）のような空充電の状態に近くなると、電子機器１の図示せぬ表示モニタ等を介してユーザーに充電が必要であることを知らせる。ユーザーは、電子機器１と充電器（ＡＣアダプタ）３０とをケーブルＫを介して電気的に接続し、充電が開始される（ステップＳ５１）。電子機器１と充電器３０が接続されると、電圧検出部５２で取得された二次電池２０の電圧値を端末側切替判定部５３に送り、端末側切替判定部５３は、電圧値が、後述する急速充電開始電圧Ｖ２（例えば３．４Ｖ）以下であるか否かを判定する（ステップＳ５２）。

端末側切替判定部５３よる判定情報をデジタル信号により充電器側切替判定部６２に送信し、二次電池２０の電圧値がＶ２以下であれば（ステップＳ５２がＮｏ）、充電器側切替判定部６２は、排他切替回路６３に指令を出し、電源供給回路６４をＯＮさせる。そして、電源供給回路６４から、端末側充電制御部５１に電圧値Ｖ５（例えば５Ｖ）の電圧が供給される（定電圧供給）。端末側充電制御部５１は、図７のグラフで示す通り、一定の小電流Ｉ１（例えば０．１Ａ）で電流を供給する定電流制御を行う。

二次電池２０の電圧値がＶ２以下である場合に、充電器３０は電圧Ｖ５で定電圧供給を電子機器１に対して行うが、端末部１０では電流Ｉ１の定電流制御を行うことにより、二次電池２０の性能劣化を防止することが可能となる。また、小電流Ｉ１での充電のため電子機器１側の発熱も少なくて済み、電子機器１への発熱の負荷が低減可能となる。上述の定電圧供給とは、単に一定電圧Ｖ５（例えば５Ｖ）を充電器３０から電子機器１に供給することを指している。また、上述の定電流制御とは、二次電池２０の電圧をモニタしながら、電圧に合わせて一定電流Ｉ１（例えば０．１Ａ）または後述するＩ２（例えば４Ａ）で制御すること指す。

端末側切替判定部５３よる判定情報をデジタル信号により充電器側切替判定部６２に送信すると上述したが、二次電池２０の電圧値がＶ２以下である場合、端末側切替判定部５３が動作しないこともある。端末側切替判定部５３からの信号が送られてきていないと充電器側切替判定部６２が判定して、電源供給回路６４をＯＮさせる指令を排他切替回路６３に送信しても良い。

＜フェーズ２：定電流充電＞
フェーズ２は、充電器側切替判定部６２が、二次電池２０の電圧が急速充電開始電圧Ｖ２以上であると判定すると（ステップＳ５２がＹｅｓ）、充電器３０は、定電流Ｉ２（例えば４．０Ａ）で急速充電を開始する定電流充電である。

端末側切替判定部５３は、二次電圧２０の電圧が、後述する定電圧充電開始電圧Ｖ３（例えば４．２５Ｖ）以内であると判定した場合（ステップＳ５３がＮｏ）、電流Ｉ２で充電を開始するコマンドを充電器側切替判定部６２に送信する（ステップＳ５４）。充電器３０側では、定電圧Ｖ５での電力を供給しているが（ステップＳ６１）、充電器側切替判定部６２は、端末側切替判定部５３からのコマンドを受信したか否かを判定する（ステップＳ６２）。充電器側切替判定部６２がコマンドを受信したと判定した場合（ステップＳ６２がＹｅｓ）、充電器側切替判定部６２は、排他切替回路６３に指令を発信し、電源供給回路６４をＯＦＦさせ充電制御回路３１をＯＮさせる。充電制御回路３１がＯＮ状態になると、出力部３２から電流Ｉ２の定電流制御が、端末部１０の保護回路部５４を通過して、二次電池２０に対して行われる（ステップＳ６３）。上述の急速充電は、図７の表で記載するレベル（１）であり、端末側切替判定部５３は、充電器３０側に電圧Ｖ２を越えたので急送充電要求を発信し、充電器３０側は、端末部１０からの要求を受けて電流Ｉ２での充電に切り替える状態でもある。

定電流充電は、二次電池２０の電圧がＶ３（例えば４．２５Ｖ）以下の間、充電器３０側で電流Ｉ２の定電流制御を行い電圧Ｖ５で二次電池２０に対して定電圧供給を行う急速充電のことである。また、定電流充電では、フェーズ１の補充電の電流Ｉ１に比較して大きな電流Ｉ２を流して、急速充電を可能としている。尚、上述の電圧Ｖ３を所定の電圧または第１の電圧値、電圧Ｖ３より低い電圧Ｖ２を第２の電圧値と説明することもある。

フェーズ２で重要なことは、二次電池２０の充電性能をなるべく劣化させないために、二次電池２０の電圧が充電可能電圧Ｖ２になった時に急速充電を開始し、所定の電圧であるＶ３で急速充電を停止させることにある。常に、端末部１０で二次電池２０のモニタリングを行い、フィードバックを掛けることにより適切な急速充電が可能となる。

＜フェーズ３：定電圧充電＞
フェーズ３は、急速充電による二次電池２０の電圧が、定電圧充電開始電圧Ｖ３（例えば４．２５Ｖ）以上になった場合（ステップＳ５３がＹｅｓ）、二次電池２０の電圧が満充電電圧Ｖ４（例えば４．３４Ｖ）という定電圧に収束するように制御する定電圧充電である。フェーズ３では、二次電池２０の電圧に合わせて充電電流を下げていくことを特徴としている。

二次電池２０の電圧がＶ３以上であると端末側切替判定部５３が判定すると（ステップＳ５３がＹｅｓ）、端末側切替判定部５３は、電流Ｉ２の急速充電を終了させるコマンドを充電器側切替判定部６２に送信する（ステップＳ５５）。当該コマンドを受信した充電器側切替判定部６２は（ステップＳ６４がＹｅｓ）、排他切替回路６３に指令を送信し、充電制御回路３１をＯＦＦすると共に電源供給回路６４をＯＮさせ、充電器３０は電圧Ｖ５の定電圧供給を行い（ステップＳ６１）、電子機器１側での定電圧充電制御となる（ステップＳ５６）。この定電圧充電は、図７の表で記載するレベル（２）である。定電圧充電は、図７のグラフに示すとおり電流Ｉ３（例えば１Ａ）で開始する。端末部１０の電圧検出部５２は、二次電池２０の電圧を常にモニタして二次電池２０の電圧が満充電電圧Ｖ４（例えば４．２５Ｖ）を越えない範囲で充電電流を下げて行く。そして、端末部１０は充電電流がＩ４（例えば５０ｍＡ）以下であると判定した場合（ステップＳ５７がＹｅｓ）、充電を完了する（ステップＳ５８）。満充電電圧Ｖ４は、図７のレベル（３）であり、充電電流Ｉ４は、図７のレベル（４）である。

フェーズ３で重要なことは、満充電電圧Ｖ４を越えてはならないということである。そのため、電圧検出部５２で二次電池２０の電圧を常にモニタし、リアルタイムで端末部１０で電流を制御している。即ち、端末部１０での充電制御の精度を優先させ、急速充電時の電流Ｉ２よりも低い電流Ｉ３からより小電流のＩ４に向かって電流制御を行い、電子機器１の充電による発熱を抑制可能としている。

図８は、従来技術と第２の実施形態とを比較した表である。従来技術とは、例えば特許文献１を含む、電子機器１側で一切の制御を行うこれまでの一般的技術（周知技術）である。

第２の実施形態（ハイブリット式）が従来技術と大きく異なる点は、フェーズ２のレベル（２）定電流充電（大電流急速充電）であり、充電器３０側では大電流Ｉ２の定電流制御が行われ、電子機器１側では保護回路部５４のみを単に電圧と電流が流れる点である。従来技術のように、充電の全てを電子機器１で行うと、特にスマートフォン等では発熱量が電流値と共に増大し、電子機器１の温度が許容温度以上に高まる可能性がある。第２の実施形態では、大電流による急速充電は充電器３０で行い、より精度が必要な小電流での電流制御は電子機器１で行うことにより、電子機器１の発熱を抑制可能としている。更に、二次電池２０の電圧を常にリアルタイムでモニタし、その電池情報を基に電子機器１側で電流制御を精度良く行うことにより、二次電池２０の性能劣化を防止可能としている。

（第３の実施形態）
図９は、本発明に係る電子機器、充電器及び電子機器システムの第３の実施形態を示すブロック図である。第３の実施形態は、第２の実施形態の急速充電の精度をより高めている。第２の実施形態と同じ構成は同一符号を記し、説明を省略する。

第２の実施形態のブロック図（図５参照）に対して充電器側認証部３３から充電器側切替判定部６２に信号が流れる経路が追加されている。これは、二次電池２０の電圧Ｖは、電圧検出部５２、端末側切替判定部５３、充電器側切替判定部６２の順でモニタし、後述する所定のインピーダンスＲ０及びオフセット電圧Ｖｓは、充電器側認証部３３で算出し、充電器側切替判定部６２に通知するからである。充電器側切替判定部６２は、二次電池２０の電圧Ｖとオフセット電圧Ｖｓに基づいて、切替判定のしきい値を閾値電圧に上げることを行い、排他切替回路６３の動作を指令する。

第１の実施形態では、電子機器１の充電接続部Ｐ１と認証通信接続部Ｔ１及び充電器３０の充電接続部Ｐ２と認証通信接続部Ｔ２は、充電接続部Ｐ１とＰ２が電気的に接続し、認証通信接続部Ｔ１とＴ２が電気的に接続する。そして、電子機器１側の充電接続部Ｐ１と認証通信接続部Ｔ１とが一つの接続部として共通であっても良く、充電器３０側の充電接続部Ｐ２と認証通信接続部Ｔ２とが一つの接続部として共通であっても良いことを詳述した。第３の実施形態でも、電子機器１の充電接続部Ｐ１と認証通信接続部Ｔ１が共通であっても良く、また、充電器３０の充電接続部Ｐ２と認証通信接続部Ｔ２が共通であっても良い。また、ケーブルＫでの電子機器１と充電器３０の電気的接続を説明したが、ケーブルＫがなく直接端子（例えば金属端子）同士の電気的接続であっても良い。

図１０（ａ）は、二次電池２０のブロック図であり、（ｂ）は、二次電池２０の内部インピーダンスを示す概念図である。

二次電池２０は、セルをモジュール化した電池セル２１と、電池セル２１の電圧が異常に高くなるのを防止する、例えばスイッチング素子等から構成される保護回路２２と、二次電池２０の内部インピーダンスＲを保持する記憶部２３と、を備えている。また、記憶部２３は、二次電池２０の型式や製造番号等も保持している。そして、第２の実施形態で述べたように、二次電池２０の端子は、図面上から正極端子（＋端子）、認証端子、負極端子（−端子）を備えている。内部インピーダンスＲの検知は、記憶部２３から型式又は製造番号の取得と同時に電池認証部１２で行われる。また、例えば、インターネット上にある型式又は製造番号と内部インピーダンスＲの対応表に電子機器１が自動的にアクセスし、内部インピーダンスＲを取得しても良い。

内部インピーダンスＲは、電子機器１から充電器３０に通知される。例えば、内部インピーダンスＲの検知が電池認証部１２で行われる場合、電池認証部１２から端末制御回路１１、端末側認証部１３の順で通知されていく。そして、電子機器１の認証通信接続部Ｔ１及び充電器３０の認証通信接続部Ｔ２を介して、充電器３０側に通知され、充電器側認証部３３、充電制御回路３１、出力部３２の順で伝えられ、定電流充電のフェーズにおける出力電流値が制御される。そして、充電器３０は、充電器３０側の充電接続部Ｐ２を介して電子機器１に供給する電力について、内部インピーダンスＲに基づいた所定の電流値になるような定電流制御が可能である。

一般的に、二次電池２０には、本体の電池セル２１以外に、電池セル２１を保護するための保護回路２２が設けられ、電池セル２１や保護回路２２や記憶部２３等に起因する内部インピーダンスＲが発生する。内部インピーダンスＲにより、二次電池２０に流れる充電電流Ｉ２（例えば４．０Ａ）と内部インピーダンスＲ（例えば１００ｍΩ）の積であるインピーダンスロスＶｐ（例えば０．４Ｖ）が発生する（Ｖｐ＝Ｒ×Ｉ２：図１０（ｂ）参照）。即ち、内部インピーダンスＲにより、電圧検出部５２に検出される二次電池２０の電圧Ｖ３と電池セル２１の真の電圧Ｖ６との間に誤差を生じている。

上述のインピーダンスロスＶｐによって生じる電圧の誤差と充電状態との関係について図１１を用いて詳述する。図１１は、充電状態の一例をグラフで示す概念図で、図７と比較して説明を分かりやすくするために、縦方向で示す電流値Ｉのスケールが異なっている。一方、縦方向に電圧値Ｖと電流値Ｉを取り、横方向に時間スケールを取り、補充電、定電流充電、定電圧充電の各フェーズを時系列的に配置している点は、図７と同じである。

第２の実施形態では、定電流充電から定電圧充電に移行する時点で（図１１のＡポイント参照：Ａを丸で囲んでいる）、電流値をＩ２からＩ３に変化させることを詳述した。しかしながら、インピーダンスロスＶｐがあると、電池セル２１の真の電圧Ｖ（図中Ｖ６）を検知することが困難となり、インピーダンスロスＶｐと真の電圧Ｖの和であるＶｐ＋Ｖの電圧を検知してしまう。ここで、「電池セル２１の真の電圧Ｖ」の意味するところは、本来の電池機能をつかさどる部分は電池セル２１の部分であり、この部分の電圧が本来モニタすべき真の電圧に相当する、という意味である。

即ち、第２の実施形態のように、充電器３０側で二次電池２０をモニタするような場合、保護回路２２等の内部インピーダンスＲにより、電池セル２１の真の電圧Ｖ６（例えば３．８５Ｖ）を検知することが困難となる。具体的数値例で説明すると、Ｒ＝１００ｍΩとしＩ２＝４．０Ａとすると、１００ｍΩ×４．０Ａ＝０．４Ｖ（Ｒ×Ｉ２＝Ｖｐ）のインピーダンスロスが算出され、０．４Ｖ＋３．８５Ｖ＝４．２５Ｖ（Ｖｐ＋Ｖ）が検知されることになる。即ち、電圧検出部５２では、４．２５Ｖが検知されることになり、この結果、定電流充電を早めに完了して定電圧充電を開始してしまい（図１１のＢポイント参照）、充電時間が長くなる可能性がある。

第３の実施形態では、所定のインピーダンスＲ０と充電電流の値に応じて定電圧充電を開始する電圧の補正を行い、充電ロスを少なくして急速充電の効果を高める実施例までも提供している。

図１２は、電圧補正を行った充電状態の一例をグラフで示す概念図である。

内部インピーダンスＲに基づくインピーダンスロスＶｐに対して、内部インピーダンスＲ以下であって、設計値による所定のインピーダンスＲ０を用いてインピーダンス補正を行い、オフセット電圧Ｖｓを定める。オフセット電圧Ｖｓは、所定のインピーダンスＲ０と二次電池２０に流れる電流値Ｉの積で定義される。即ち、Ｒ０×Ｉ＝Ｖｓである。所定のインピーダンスＲ０は、インターネット経由等で内部インピーダンスＲを取得する電子機器１からの通知を受ける充電器側認証部３３で決定され、同時に、充電器側認証部３３でオフセット電圧Ｖｓを算出する。また、所定のインピーダンスＲ０やオフセット電圧Ｖｓは、電子機器１の電池認証部１２や端末側認証部１３で決定、算出して、充電器側認証部３３に通知することも可能である。

次に、電圧補正について、具体的な数値例で説明する。図１２では、二次電池２０に流れる電流はＩ２を４Ａとし、所定のインピーダンスＲ０を５０ｍΩとしている。

オフセット電圧Ｖｓは、５０ｍΩ×４Ａで０．２Ｖとなる。定電圧充電を開始する電圧Ｖ３（４．２５Ｖ）に到達したと判定した時の電池セルの電圧Ｖ７は、４．０５Ｖである。即ち、Ｖ３＝Ｖ７＋Ｖｓであり、Ｖ７＝Ｖ３−Ｖｓとなり、具体的数値例では、４．０５Ｖ＝４．２５Ｖ−０．２Ｖとなる。電圧補正を行うことにより、定電圧充電の開始が図１２のポイントＣに移動し、充電効率が良くなる。また、所定のインピーダンスＲ０を内部インピーダンスＲより小さくすることにより、オーバー充電を回避することも可能となる。

図１３、図１４は、ステップ充電を示し、図１３は、ステップ充電が行われる位置を具体的に破線矢印（実際は図１４の４Ａ、３Ａ、２Ａ、１Ａで表されるような階段形状）で示したグラフによる概念図で、図１４は、ステップ充電の具体的数値例を示すグラフによる概念図である。

ステップ充電とは、第２の実施形態で述べた定電流充電中の電流Ｉ２から定電圧充電の開始時の電流Ｉ３に電流値を一気に落とすのではなく、徐々に電流値を落としていく充電である。例えば、４Ａから３Ａへ、そして２Ａへ、最後に１Ａに段階的に落とし、定電流充電を行うが、この４段階に限らず、より大きな段階でも良く、又は少ない段階でも良く、また、少しずつ電流値を変える漸進的変化でも良い。ステップ充電を行うことにより、充電時間の短縮が図られ、また、充電電流が順次小さくなることから、電圧補正の精度向上を図ることが可能となる。

図１４の具体的数値例でステップ充電を説明する。図１４では、縦方向に電圧値を取り、横方向に充電時間を取っている。二次電池２０の電圧を実線棒グラフで示し、電池セル２１の電圧を破線棒グラフで示し、充電電流を両矢印で示している。また、定電圧充電を開始する予め定められた所定の電圧値Ｖ０は、具体的数値例として４．２５Ｖとしている。

＜第１のステップ充電＞
定電流充電を、電流値４Ａで開始すると、電池セル２１の電圧が上昇すると共に二次電池２０の電圧も上昇する。二次電池２０の電圧が４．２５Ｖに達すると、第２の実施形態では定電圧充電フェーズに移行してしまうが、電池セル２１の電圧は４．２５Ｖより低い３．８５Ｖである（ポイントＳ参照）。第３の実施形態では、インピーダンス補正を行い、オフセット電圧を０．２Ｖに設定する（０．２Ｖ＝５０ｍΩ×４Ａ）。そして、オフセット電圧０．２Ｖを加算した電圧４．４５Ｖ（＝４．２５Ｖ＋０．２Ｖ）になるまで４Ａ充電を行う。これにより、電池セル２１の電圧は４．０５Ｖまで上昇させることができる（ポイントＴ参照）。上述の４．４５Ｖは、所定の電圧値Ｖ０＋オフセット電圧Ｖｓで成り立ち、閾値電圧Ｖｔとして以下説明する。

＜第２のステップ充電＞
次に、充電電流を３Ａに落とし、閾値電圧Ｖｔを４．４Ｖ（＝４．２５Ｖ＋０．１５Ｖ：０．１５Ｖ＝５０ｍΩ×３Ａ）に設定する。閾値電圧４．４Ｖになるまで３Ａ充電を行うことにより、電池セル２１の電圧を４．１Ｖまで上昇させることができる（ポイントＵ参照）。

＜第３のステップ充電＞
更に、充電電流を２Ａに落とし、閾値電圧Ｖｔを４．３５Ｖ（＝４．２５Ｖ＋０．１Ｖ：０．１Ｖ＝５０ｍΩ×２Ａ）に設定する。閾値電圧４．３５Ｖになるまで２Ａ充電を行うことにより、電池セル２１の電圧を４．１５Ｖまで上昇させることができる（ポイントＶ参照）。

＜第４のステップ充電＞
そして、電流値を１Ａに落とし、閾値電圧Ｖｔを４．３Ｖ（＝４．２５Ｖ＋０．０５Ｖ：０．０５Ｖ＝５０ｍΩ×１Ａ）に設定する。閾値電圧４．３Ｖになるまで１Ａ充電を行うことにより、電池セル２１の電圧を４．２Ｖまで上昇させることができる（ポイントＷ参照）。電流値を１Ａに落とすが、すぐに定電圧充電に移行するのではなく、電圧補正による閾値電圧４．３Ｖに達するまでステップ充電を継続する。

定電流充電内でステップ充電を行うことにより、電池セル２１の電圧と二次電池２０の電圧との差は徐々に軽減されていく。また、急速充電の効率も改善され、充電時間を短縮することができる。さらに、電流値１Ａは、定電圧中での開始時の電流ではあるが、閾値電圧Ｖｔに達するまで定電流充電を行うため、より内部インピーダンスＲの影響を少なくして電池セル２１の電圧を所定の電圧値Ｖ０に近づけることが可能となる。尚、上述の数値は一例に過ぎず特に限定されない。

上述の二次電池２０の電圧Ｖとオフセット電圧Ｖｓ及び電流値Ｉは変化するため、例えば電圧値ＶをＶ１、Ｖ２、Ｖ３、・・、電流値ＩをＩ１、Ｉ２、Ｉ３、・・として表現してきたが、特に限定されず、一般化した変数値として表現しても良い。例えば、オフセット電圧をＶ_ｎ、電流値をＩ_ｎ、と表現しても良い。但し、ｎは１以上の正の整数であり（ｎ＝１，２，３，・・・）、値は変数値の少ない方が大きい値であり、電流値を例に取ると、Ｉ_ｎ＞Ｉ_ｎ＋1の関係にある。変数値で表した場合、所定の電圧値Ｖ０とオフセット電圧をＶ_ｎの合計値である閾値電圧Ｖｔは、第ｎ番目となり、第ｎの閾値電圧Ｖ_ｎに達すると電流値Ｉ_ｎから電流値Ｉ_ｎ＋1に変化するとの表現になる。また、オフセット電圧Ｖ_ｎを第１のオフセット電圧、オフセット電圧Ｖ_ｎよりも小さいオフセット電圧Ｖ_ｎ＋1を第２のオフセット電圧と説明しても良く、電流値Ｉ_ｎを第１の電流値、電流値Ｉ_ｎよりも小さい電流値Ｉ_ｎ＋1を第２の電流値と説明しても良い。

図１５は、第２の実施形態の図６で説明したフローチャートを第３の実施形態に合わせて、一部変更したフローチャート図である。第２の実施形態と同じステップは同一符号を記し、説明を省略する。変更点は、ステップＳ６３の定電流制御による定電流充電が開始された後、ステップ充電の判定を行う閾値電圧Ｖｔ（＝所定の電圧Ｖ０＋オフセット電圧Ｖｓ）の判定（ステップＳ１００）を追加したことである。そして、ステップ充電が完了する（ステップＳ１００がＹｅｓ）とステップＳ５６の定電圧充電となる。ステップＳ１００について、図１６を用いて詳述する。

図１６は、ステップ充電の流れの一例を示すフローチャート図である。充電電流の各ステップ充電に於ける電流値をＩ２、Ｉ２１、Ｉ２２、Ｉ３（Ｉ２＞Ｉ２１＞Ｉ２２＞Ｉ３）で表し、各電流値に於けるオフセット電圧ＶｓをＶａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄ（Ｖａ＞Ｖｂ＞Ｖｃ＞Ｖｄ）で表している。

＜第１のステップ充電＞
定電流充電を開始する際、充電器３０側から電子機器１に対して電流値Ｉ２（例えば４Ａ）を流し、充電電流Ｉ２で急速充電が開始される（ステップＳ１０１）。充電器側認証部３３は、電池認証部１２で取得した内部インピーダンスＲを基に所定のインピーダンスＲ０を決定し、オフセット電圧Ｖａ（＝Ｉ２×Ｒ０）を算出し（ステップＳ１０２）、充電器側切替判定部６２に通知する。充電器側切替判定部６２は、電圧検出部５２から取得した二次電池２０の電圧Ｖが所定の電圧値Ｖ０（例えば４．２５Ｖ）とオフセット電圧Ｖａ（例えば０．２Ｖ）を加算した閾値電圧Ｖｔ（例えば４．４５Ｖ）以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。即ち、Ｖｔ≧Ｖ０＋Ｖａであるか否かの判定である。閾値電圧Ｖｔに達していない場合（ステップＳ１０３がＮｏ：Ｖｔ＜Ｖ０＋Ｖａ）、電流値Ｉ２での充電が継続する。閾値電圧Ｖｔ以上の場合（ステップＳ１０３がＹｅｓ：Ｖｔ≧Ｖ０＋Ｖａ）、電流値Ｉ２よりも小さい電流値Ｉ２１（例えば３Ａ）での定電流充電に移行する（ステップＳ１１１）。

＜第２のステップ充電＞
充電器３０側から電子機器１に対して電流値Ｉ２１（例えば３Ａ）を流し、電流値Ｉ２１による定電流充電を行う（ステップＳ１１１）。充電器側認証部３３は、オフセット電圧Ｖｂ（＝Ｉ２１×Ｒ０）を算出する（ステップＳ１１２）。オフセット電圧Ｖｂは、充電器側認証部３３が、現在、充電器３０から電子機器１に流している定電流を把握して算出する。流れている定電流値（第２のステップ充電ではＩ２１）は、過電流検出部１５から端末制御回路１１を経由して受け取ることも可能であり、また、充電器側充電制御部６５から受け取ることも可能である。充電器側切替判定部６２は、二次電池２０の電圧が所定の電圧値Ｖ０とオフセット電圧Ｖｂ（例えば０．１５Ｖ）を加算した閾値電圧Ｖｔ（例えば４．４Ｖ）以上であるか否かを判定する（ステップＳ１１３）。閾値電圧Ｖｔに達していない場合（ステップＳ１１３がＮｏ）、電流値Ｉ２１で充電が継続し、閾値電圧Ｖｔ以上の場合（ステップＳ１１３がＹｅｓ）、電流値Ｉ２１よりも小さい電流値Ｉ２２（例えば２Ａ）での定電流充電に移行する（ステップＳ１２１）。

＜第３のステップ充電＞
充電器３０側から電子機器１に対して電流値Ｉ２２（例えば２Ａ）を流し、電流値Ｉ２２による定電流充電を行う（ステップＳ１２１）。充電器側認証部３３は、オフセット電圧Ｖｃ（＝Ｉ２２×Ｒ０）を算出する（ステップＳ１２２）。充電器側切替判定部６２は、二次電池２０の電圧が所定の電圧値Ｖ０とオフセット電圧Ｖｃ（例えば０．１Ｖ）を加算した閾値電圧Ｖｔ（例えば４．３５Ｖ）以上であるか否かを判定する（ステップＳ１２３）。閾値電圧Ｖｔに達していない場合（ステップＳ１２３がＮｏ）、電流値Ｉ２２で充電が継続し、閾値電圧Ｖｔ以上の場合（ステップＳ１２３がＹｅｓ）、電流値Ｉ２２よりも小さい電流値Ｉ３（例えば１Ａ）での定電流充電に移行する（ステップＳ１３１）。

＜第４のステップ充電＞
充電器３０側から電子機器１に対して電流値Ｉ３（例えば１Ａ）を流し、電流値Ｉ３による定電流充電を行う（ステップＳ１３１）。充電器側認証部３３は、オフセット電圧Ｖｄ（＝Ｉ３×Ｒ０）を算出する（ステップＳ１３２）。充電器側切替判定部６２は、二次電池２０の電圧が所定の電圧値Ｖ０とオフセット電圧Ｖｄ（例えば０．０５Ｖ）を加算した閾値電圧Ｖｔ（例えば４．３Ｖ）以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３３）。閾値電圧Ｖｔに達していない場合（ステップＳ１３３がＮｏ）、電流値Ｉ３で充電が継続し、閾値電圧Ｖｔ以上の場合（ステップＳ１３３がＹｅｓ）、ステップ充電は正常終了する。

ステップＳ１０１からステップＳ１０３までを電流値Ｉ２による第１のステップ充電として、図１６では破線枠で囲っている。同様に、ステップ充電毎に破線枠で囲っているが、充電電流をより細かく又は充電電流の数をより多く設定すれば、フローチャート図における破線枠は増加する。尚、第１、第２、・・は、説明上用いた用語であり、特に限定されない。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

本発明に係る電子機器、充電器及び電子機器システムは、スマートフォン等の携帯電話、タブレット等の携帯端末、デジタルカメラ、携帯型パーソナルコンピュータ、無線機等の二次電池の充電を安全に実行する用途に適用可能である。

１：電子機器
１０：端末部
１１：端末制御回路
１２：電池認証部
１３：端末側認証部
１４：電圧範囲検出部
１５：過電流検出部
１６：スイッチ部
２０：二次電池
２１：電池セル
２２：保護回路
２３：記憶部
３０：充電器
３１：充電制御回路
３２：出力部
３３：充電器側認証部
５１：端末側充電制御部
５２：電圧検出部
５３：端末側切替判定部
６２：充電器側切替判定部
６３：排他切替回路
６４：電源供給回路
Ｐ１：充電接続部
Ｐ２：充電器の充電接続部
Ｔ１：認証通信接続部
Ｔ２：充電器の認証通信接続部

本発明の電子機器システムは、二次電池と、外部の充電器と接続可能な第一の充電接続部と、前記第一の充電接続部と前記二次電池に電気的に接続され導通と遮断を切り替え可能なスイッチ部と、前記外部の充電器に対して、少なくとも第一の認証データの受信および第二の認証データの送信が可能な第一の通信接続部と、少なくともコマンドデータの送信が可能な第二の通信接続部と、を備え、前記二次電池を電源として動作可能な電子機器と、前記電子機器と接続可能な第二の充電接続部と、前記電子機器に対して、少なくとも前記第一の認証データの送信および前記第二の認証データの受信が可能な第三の通信接続部と、少なくとも前記コマンドデータの受信が可能な第四の通信接続部と、前記第二の充電接続部へ充電電力を出力可能な第一の充電電力出力部と、を備える充電器と、を含む電子機器システムであって、前記スイッチ部は、前記電子機器が受信した第一の認証データが所定のデータである場合で、かつ、前記電子機器が第二の認証データを送信後に前記第一の充電接続部に印加された充電電圧が所定値と略同一である場合に導通可能であり、少なくとも、前記受信した第一の認証データが前記所定のデータでない場合、又は、前記印加された充電電圧が前記所定値と略同一でない場合は導通不能であり、前記充電器は、前記受信したコマンドデータに基づいて前記第一の充電電力出力部が前記第二の充電接続部に所定の電流を出力するか否かを制御する。
また、前記電子機器の前記第一の充電接続部と前記第一の通信接続部が共通であり、前記充電器の前記第二の充電接続部と前記第三の通信接続部が共通である。
また、前記充電器は前記電子機器と接続可能な第三の充電接続部を備え、前記電子機器は前記外部の充電器と接続可能な第四の充電接続部と、前記第四の充電接続部より供給された充電電力を所定のレベルで前記二次電池へ出力可能な第二の充電電力出力部を備え、少なくとも、前記第一の充電電力出力部が前記第二の充電接続部に前記所定の電流を出力しない場合は、前記第二の充電電力出力部が前記二次電池へ充電電力を出力可能である。

Claims (30)

1. 二次電池と、
   外部の充電器と接続可能な充電接続部と、
   前記充電接続部と前記二次電池に電気的に接続され導通と遮断を切り替え可能なスイッチ部と、
   少なくとも第１のデータを受信可能な認証通信接続部と、を備え、
   前記二次電池を電源として動作可能な電子機器であって、
   前記第１のデータが所定のデータである場合で、かつ、前記充電接続部の電圧が所定の電圧である場合、前記スイッチ部は導通可能であり、
   少なくとも、前記第１のデータが前記所定のデータでない場合、又は、前記充電接続部の電圧が前記所定の電圧でない場合は、前記スイッチ部は遮断する、
   電子機器。
2. 請求項１に記載の電子機器であって、
   前記充電接続部と前記認証通信接続部とは、共通である、
   電子機器。
3. 外部の電子機器と接続可能な充電接続部と、
   少なくとも第２のデータを受信可能な認証通信接続部と、を備え、
   前記電子機器を充電可能な充電器であって、
   前記第２のデータが所定のデータである場合に、前記充電接続部に所定の電圧を印加し、
   少なくとも、前記第２のデータが前記所定のデータでない場合は、前記充電接続部に前記所定の電圧を印加しない、
   充電器。
4. 請求項３に記載の充電器であって、
   前記充電接続部と前記認証通信接続部とは、共通である、
   充電器。
5. 請求項３又は請求項４に記載の充電器であって、
   前記充電接続部に対して、所定の電流以上の電流を流すことが可能である、
   充電器。
6. 請求項１又は請求項２に記載の電子機器と、請求項３から請求項４のいずれか1項に記載の充電器を含む電子機器システムであって、
   前記電子機器の前記充電接続部と前記充電器の前記充電接続部とは、接続可能であり、
   前記電子機器の前記認証通信接続部と前記充電器の前記認証通信接続部とは、接続可能である、
   電子機器システム。
7. 二次電池と、
   前記二次電池の電圧を検出可能な電圧検出部と、を備え、
   前記二次電池を電源として動作可能な電子機器と、
   前記電子機器に接続可能であり、前記電子機器に対して、少なくとも定電圧供給及び定電流制御が可能な充電器と、を含む電子機器システムであって、
   前記充電器は、少なくとも前記電圧が所定の電圧値以下の場合に定電流制御が可能である、
   電子機器システム。
8. 請求項７に記載の電子機器システムであって、
   前記充電器は、前記電圧が所定の電圧値以下の場合に定電流制御が可能であり、
   前記所定の電圧値より大きい場合に定電圧供給を行なう、
   電子機器システム。
9. 請求項８に記載の電子機器システムであって、
   前記電圧が前記所定の電圧値より大きい場合に、前記電子機器は前記二次電池に対して定電圧制御を行う、
   電子機器システム。
10. 請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の電子機器システムであって、
    前記所定の電圧値を、第１の電圧値とし、前記電圧が、前記第１の電圧値より小さい第２の電圧値より小さい場合に、前記充電器が定電圧供給を行なう、
    電子機器システム。
11. 請求項１０に記載の電子機器システムであって、
    前記電圧が前記第２の電圧値より小さい場合に、前記電子機器は前記二次電池に対して定電流制御を行う、
    電子機器システム。
12. 請求項７から請求項１１のいずれか１項に記載の電子機器システムであって、
    前記電子機器は、前記充電器に対して前記電圧を通知可能である、
    電子機器システム。
13. 請求項１２に記載の電子機器システムであって、
    前記電子機器は、前記充電器に対して前記電圧をデジタル信号として通知可能である、
    電子機器システム。
14. 請求項７から請求項１３のいずれか１項に記載の電子機器システムであって、
    前記電子機器と前記充電器との間は、複数の導線を有するコードを介して電気的に接続可能である、
    電子機器システム。
15. 請求項８から請求項１４のいずれか１項に記載の電子機器システムであって、
    前記充電器の出力において、前記定電流制御時の電流は、前記定電圧供給時の電流より大きい、
    電子機器システム。
16. 請求項１５に記載の電子機器システムであって、
    前記充電器の出力において、前記定電流制御時の電流は、少なくとも前記定電圧供給時の最大電流より大きい、
    電子機器システム。
17. 請求項７から請求項１６のいずれか１項に記載の電子機器システムであって、
    前記充電器は、商用交流電源を基に動作可能である、
    電子機器システム。
18. 二次電池と、
    外部の充電器と接続可能な充電接続部と、を備え、
    前記充電接続部に供給される電力を基に前記二次電池を充電可能であり、
    前記二次電池を電源として動作可能な電子機器であって、
    前記充電器に対し前記二次電池の内部インピーダンスを通知可能な、
    電子機器。
19. 請求項１８に記載の電子機器であって、
    前記充電器に接続可能な認証通信接続部を備え、
    前記内部インピーダンスは、前記認証通信接続部を介して、前記充電器に対して通知可能な、
    電子機器。
20. 請求項１９に記載の電子機器であって、
    前記充電接続部と前記認証通信接続部は共通である、
    電子機器。
21. 請求項１８から請求項２０のいずれか１項に記載の電子機器であって、
    前記二次電池は、保護回路を有し、
    前記内部インピーダンスの一部は、前記保護回路のインピーダンスに起因する、
    電子機器。
22. 請求項１８から請求項２１のいずれか１項に記載の電子機器であって、
    前記内部インピーダンスを取得可能な、
    電子機器。
23. 外部の電子機器と接続可能な充電接続部を備える充電器であって、
    前記電子機器に対し定電流制御が可能であり、
    前記電子機器が備える二次電池の内部インピーダンスを受信可能であり、
    前記充電接続部を介して前記電子機器に供給する電力について、前記内部インピーダンスに基づいた所定の電流値になるような定電流制御が可能な、
    充電器。
24. 請求項２３に記載の充電器であって、
    前記電子機器に接続可能な認証通信接続部を備え、
    前記内部インピーダンスは、前記認証通信接続部を介して受信可能な、
    充電器。
25. 請求項２４に記載の電子機器であって、
    前記充電接続部と前記認証通信接続部は共通である、
    充電器。
26. 請求項２３から請求項２５のいずれか１項に記載の充電器であって、
    前記所定の電流値は、第１の電流値の後、当該第１の電流値より小さい第２の電流値になる、
    充電器。
27. 請求項２６に記載の充電器であって、
    前記充電器は、前記二次電池の電圧を取得し、
    前記第１の電流値と、前記内部インピーダンス以下の所定のインピーダンスの積である第１のオフセット電圧を取得し、
    取得した前記二次電池の電圧が、予め定められた所定の電圧値と前記第１のオフセット電圧の合計である第１の閾値電圧に達した場合、前記第１の電流値に代えて、前記第２の電流値を前記電子機器へ供給する、
    充電器。
28. 請求項２７に記載の充電器であって、
    前記二次電池の電圧Ｖを取得し、
    電流値Ｉ_ｎと、前記内部インピーダンス以下の所定のインピーダンスの積であるオフセット電圧Ｖ_ｎを取得し、
    取得した前記二次電池の電圧Ｅが、前記所定の電圧値と前記オフセット電圧Ｖ_ｎの合計である第ｎの閾値電圧に達した場合、前記電流値Ｉ_ｎに代えて、電流値Ｉ_ｎ＋1を前記電子機器へ供給し、ここで、
    ｎは１以上の正の整数であり（ｎ＝１，２，３，・・・）、Ｉ_ｎ＞Ｉ_ｎ＋1である、
    充電器。
29. 請求項２８に記載の充電器であって、
    前記電流値Ｉ_ｎが、前記定電流制御の後の定電圧充電の開始時の電流に達するまで、前記定電流充電を行う、
    充電器。
30. 請求項１８から請求項２２のいずれか１項に記載の電子機器と、請求項２３から請求項２９のいずれか１項に記載の充電器を含む電子機器システム。

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