JP2014212658A - 充電器、電子機器及び電子機器システム - Google Patents

Abstract

【課題】充電器側にフェールセーフ機能を持たせ二次電池への充電の安全性を向上させた充電器、電子機器及び電子機器システムを提供する。【解決手段】充電器１０は、整流器１１と、電力出力部１２と、負荷検出部１３と、タイマー１４と、タイマーリセット部１５と、充電接続部Ｐと、を備えている。端末部３０は、電流検出部３１と、充電制御部３２と、出力継続部３３と、充電接続部Ｔと、を備えている。短絡等が無く正常な充電状態では、負荷検出部１３により負荷が検出されタイマー１４が起動し、出力継続部３３から所定時間毎に信号が送られ、タイマー１４がリセットされ、二次電池４０への充電が継続する。短絡等が発生している場合では、出力継続部３３は、信号を送信することを止めるため、タイマー１４のリセットが行われず、タイマー１４の所定の時間が経過し、電力出力部１２は電力の出力を停止する。【選択図】図１

Description

本発明は、携帯端末等に搭載される二次電池に充電できる充電器、電子機器及び電子機器システムに関する。

スマートフォン等の電子機器は、高性能化及び多機能化が進み、使用される二次電池の容量も増加（大容量化）し、それに伴い充電電流も増加している。二次電池の性能向上や発熱の危険性を回避した提案が成されている（例えば特許文献１〜４参照）。

特許文献１では、充電器内に定電流安定回路や定電圧安定回路及び制御部等を設け、二次電池の急速充電に関して二次電池の温度に基づくサーマルカットオフ温度を段階分けして設けて電池の発熱による危険性を低減している。

特許文献２では、携帯端末装置に関し、認証回路と、認証回路へ電力を供給する内蔵電源と、外部電源を認証する間、外部電源から端末本体への電力供給を遮断して内蔵電源から認証回路へ電力を供給する電源管理手段とを備えている。そして、認証する外部電源を使用しないことで携帯端末本体を保護し、認証期間中のみ電力を供給することで認証に使用する内蔵電池の電力消耗を軽減させることができる。

特許文献３では、電力供給装置には、充放電装置の内部温度データを受信する受信手段と、自らの内部温度を測定する温度測定手段と、温度データに基づいて、充放電装置に供給する電力の電力供給モードを切替える電力供給モード切替手段とを備えている。そして、温度を測定することにより、温度条件に対応した適正な充電モードでバッテリパックを充電することができるので、温度適正範囲ではない状態で、バッテリパックの充電する際に、生じる過電流による充電容量の低下を抑制することが可能となる。

特許文献４では、バッテリ充電装置に関し、バッテリの両端電圧値が充電終止電圧値より小さい場合に、所要の一定の電力値でバッテリの充電を行うよう充電電力供給手段の出力を制御する充電制御手段を備えている。そして、バッテリを急速に充電することができ、定電流充電で問題となる最大必要電力の増大を回避し、バッテリ充電装置の大型化を防ぐことができる。

特開平８−３０８１３９号公報 特開２００７−１９５０２１号公報 特開２００７−３２５５００号公報 特開２００９−１１０６８号公報

充電器側に急速充電時の安全を考慮した機能を持たせた種々の提案がなされてはいるが（特許文献１〜４参照）、二次電池の性能向上に傾注している。一方、充電器と電子機器との接続は、小型のＵＳＢ（Universal Series Bus）ポート（インターフェース）が普及しており、二次電池容量の増加に伴い、短絡（ショート）や発熱または断線等の危険性が高まっている。しかしながら、これらの危険性を防止する構成等を充電器側に持たせた技術は提示されていない。

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、充電器側にフェールセーフ機能を持たせ二次電池への充電の安全性を向上させた充電器、電子機器及び電子機器システムを提供することにある。

本発明の充電器は、電子機器を充電可能な充電器であって、外部の電源からの電力に基づき、充電対象の電子機器に適合した電力を出力する電力出力部と、前記電子機器と接続可能な充電接続部と、前記充電接続部に対する所定の負荷を検知する負荷検出部と、前記負荷検出部が所定の負荷を検出した時に時間計測を開始するタイマーと、を備え、前記タイマーによる時間計測の開始後、前記充電接続部が、所定の時間内に前記電子機器から送信される信号を受信しない場合、前記電力出力部が電力の出力を停止する。

本発明の充電器は、前記充電接続部が前記所定の時間内に前記電子機器から送信される信号を受信した場合、前記タイマーによる時間計測をリセットするタイマーリセット部をさらに備えることが好ましい。

本発明の充電器は、前記タイマーによる時間計測の開始後の所定の時間が、前記電子機器から送信される信号の送信間隔より長いことが好ましい。

本発明の充電器は、前記電力出力部による電力出力時の電圧が所定の値より小さく、充電電流が所定の値より小さい場合、前記負荷検出部は負荷を検知しないことが好ましい。

本発明の充電器は、前記電子機器から送信される信号が、当該充電器からの電力出力の継続を要求する出力継続要求信号であることが好ましい。

本発明の充電器は、外部の電源からの電力に基づき、充電対象の電子機器に適合した電力を出力する電力出力部と、前記電子機器と接続可能な充電接続部と、を備え、前記充電器は、前記充電接続部に対する所定の負荷を検出した時に時間計測を開始し、当該時間計測の開始後、前記充電接続部が、所定の時間内に前記電子機器から送信される信号を受信しない場合、前記電力出力部が電力の出力を停止する。

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、前記充電器が、当該電子機器との接続により所定の負荷を検出した時に時間計測を開始するタイマーを備え、当該電子機器は、前記タイマーによる時間計測の開始後所定の時間内に、前記充電器に対し、前記タイマーによる時間計測をリセットする出力継続要求信号を送出する。

本発明の電子機器システムは、本発明の充電器と電子機器とを含む。

本発明の充電器、電子機器及び電子機器システムによれば、負荷検出部が所定の負荷を検出した時にタイマーが時間計測を開始して、充電接続部が所定の時間内に電子機器から送信される信号を受信しない場合、電力出力部は充電を停止することが可能である。即ち、充電接続部が水滴（特に塩水、電解性液、イオン水等導電性の高いもの）や異物（導電性の異物）等で内部短絡（ショート）していると、負荷検出部は所定の負荷を検出してタイマーを起動させると共に時間計測を開始する。そして、充電接続部が所定の時間内に電子機器から送信される信号を受信しない場合、電力出力部は充電を停止するため、電流が流れて発熱する危険を未然に防止することが可能である。ユーザーは、充電器から電子機器の二次電池に充電を行う場合、充電器や電子機器に生じる可能性のある異常状態を充電器のフェールセーフにより発見できるため、充電器を安心して使用することが可能である。

本発明に係る充電器、電子機器及び電子機器システムの一例を示すブロック図。 本発明に係る充電器単体の制御フローの一例を示すフローチャート図。 本発明に係る充電器と電子機器の端末部との制御フローの一例を示すフローチャート図。 急速充電の３つのフェーズを示すグラフ。

以下、本発明に係る充電器、電子機器及び電子機器システムの好適な実施形態を、図１〜図４に基づいて詳述する。

図１は本発明に係る充電器、電子機器及び電子機器システムの一例を示すブロック図である。

電子機器システムは、充電器１０と電子機器２０とからなる。充電器１０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、整流器１１と、電力出力部１２と、負荷検出部１３と、タイマー１４と、タイマーリセット部１５と、電子機器２０と電気的に接続可能なＵＳＢ等からなる充電接続部Ｐと、を備えている。

整流器１１は、ＡＣ／ＤＣ変換器である。電力出力部１２は、整流器１１で変換された電力に基づき、充電対象の電子機器２０に適合した電力を出力する。負荷検出部１３は、電流検出回路から構成され、充電接続部Ｐに対する負荷（例えば、電子機器２０との接続またはショート等により発生する電流値）を検知する。タイマー１４は、負荷検出部１３が充電接続部Ｐに対する所定の負荷を検出した時に時間計測を開始する。タイマーリセット部１５は、電子機器２０からの信号を充電接続部Ｐを介して受信し、タイマー１４による時間計測をリセットする。

電子機器２０は、端末部３０と、電子機器２０に内蔵され端末部３０と着脱可能な二次電池４０とからなる。電子機器２０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４０によって動作する携帯機器である。端末部３０は、電流検出部３１と、充電制御部３２と、出力継続部３３と、充電接続部Ｔと、を備える。

電流検出部３１は、二次電池４０の充電中に流れる電流値を検出する。充電制御部３２は、マイクロプロセッサー（ＣＰＵ）等を備え、二次電池４０の電力状態や発熱温度を検知して、適切な急速充電等が行えるよう制御する。出力継続部３３は、充電器１０に信号（コマンド）を送出する。この信号は、タイマー１４による時間計測をリセットする出力継続要求信号でもある。充電接続部Ｔは、充電器１０側の充電接続部Ｐと電気的に接続するコネクタである。

出力継続部３３から送出される信号は、正規の充電器１０と電子機器２０との接続か否かを確認する認証信号であっても良い。出力継続部３３は、充電器１０と電子機器２０とが電気的に接続された時点から充電器１０に所定の時間（例えば１分間隔）でコマンドを送信する。出力継続部３３から送信された信号は、タイマーリセット部１５で受信され、所定の時間内に受信しタイマー１４が時間計測を開始していた場合、タイマー１４による時間計測をリセットする。

二次電池４０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１０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３０に備えられている各種構成を動作させる。

図２は、充電器単体の制御フローの一例を示すフローチャート図である。

充電器１０のＡＣプラグを家庭等にあるコンセントに差し込むと充電器１０は出力（例えば５Ｖ）を開始する（ステップＳ１）。次に、充電器１０は、出力を継続する（ステップＳ２）。そして、負荷検出部１３は、充電接続部Ｐに対して所定の負荷があるか否かを判定し（ステップＳ３）、所定の負荷がない場合（ステップＳ３がＮｏ）、充電器１０は、出力を継続する。また、充電接続部Ｐに対して所定の負荷があると負荷検出部１３が判定した場合（ステップＳ３がＹｅｓ）、タイマー１４が起動し（ステップＳ４）、時間計測を開始する。タイマー１４は、所定の時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ５）。所定の時間が経過していない間は（ステップＳ５がＮｏ）時間計測が継続するが、所定の時間が経過した後（ステップＳ５がＹｅｓ）、タイマー１４は電力出力部１２に信号を送信し、その信号に基づいて電力出力部１２は電力の出力を停止する（ステップＳ６）。タイマー１４の起動後の動作（タイマーリセット等）については、図３のフローチャート図で詳述する。

上述の負荷とは、負荷検出部１３で検出する電流値のことで、例えば、電子機器２０と接続する充電接続部Ｐが水滴（特に塩水、電解性液、イオン水等導電性の高いもの）や異物（導電性の異物）等で内部短絡（ショート）していると発生する。内部短絡が発生すると負荷検出部１３は所定の負荷を検出し、タイマー１４が起動する。そして、タイマー１４が時間計測を開始して所定の時間経過後、電力出力部１２は電力の出力を停止するため、電流が流れて発熱する危険を未然に防止することが可能である。したがって、ここでの「所定の負荷」は、上述した水滴や異物などによって発生する「異常負荷」と言うことができる。

なお、負荷検出部１３が検出する負荷に対して閾値を設け、閾値以上の所定の負荷を検出した場合のみにタイマー１４が起動するような制御を採用すれば、充電開始時の微電流でタイマー１４が起動することを防止することが可能となる。

図３は、充電器と電子機器の端末部との制御フローの一例を示すフローチャート図である。

充電器１０のＡＣプラグを家庭等にあるコンセントに差し込むと充電器１０は出力（例えば５Ｖ）を開始する（ステップＳ１０）。それと同時に、端末部３０は二次電池４０への充電を開始する（ステップＳ２０）。そして、充電器１０は、出力を継続する（ステップＳ１１）。次に、負荷検出部１３は、充電接続部Ｐに対して所定の負荷があるか否かを判定し（ステップＳ１２）、所定の負荷がない場合（ステップＳ１２がＮｏ）、充電器１０は、出力を継続する。また、充電接続部Ｐに対して所定の負荷があると負荷検出部１３が判定する（ステップＳ１２がＹｅｓ）と、タイマー１４が起動し（ステップＳ１３）、タイマー１４は時間を計測する（ステップＳ１４）。タイマー１４で計測している時間を「時間１」としている。

次に、タイマーリセット部１５は、充電接続部Ｐを介して端末部３０の出力継続部３３から信号（コマンド）が送信されてきているか否かを判定する（ステップＳ１５）。タイマーリセット部１５で信号を受信したと判定した場合（ステップＳ１５がＹｅｓ）、タイマーリセット部１５は、タイマー１４で開始している時間計測をリセットする。即ち、出力継続部３３から信号は、充電器１０からの電力出力の継続を要求する出力継続要求信号でもある。

タイマーリセット部１５で行われるステップＳ１５の判定を詳述する。上述の信号は、出力継続部３３から所定時間毎（例えば１分間隔）に送られてくる（ステップＳ２１）。端末部３０側では、二次電池４０に充電開始後、出力継続部３３は、信号を充電器１０側に送信し、端末部３０側での短絡があるか否かを電流検出部３１で検出される負荷（電流値）の大きさにより判定する（ステップＳ２２）。短絡が無いと判定した場合（ステップＳ２２がＮｏ）、所定時間（時間２）毎に出力継続要求が行なわれ（ステップＳ２３）、出力継続部３３は信号を所定時間毎に充電器１０側に送信する。

タイマーリセット部１５は、タイマー１４で開始した時間の長さである「時間１」が出力継続部３３から送られてくる信号の間隔時間である「時間２」よりも長い場合は、出力継続の要求があると判定する（ステップＳ１５がＹｅｓ）。そして、タイマーリセット部１５はタイマー１４による時間計測をリセットする。即ち、タイマー１４による時間計測の開始後の所定の時間「時間１」が、電子機器２０の出力継続部３３から送信される送信間隔「時間２」より長い間は、二次電池４０への充電が継続している。

「時間１」以上の時間が経過しても出力継続部３３からの信号が取得できない場合（ステップＳ１５がＮｏ）、タイマー１４は、所定の時間が経過（カウントアップ）したか否かを判定する（ステップＳ１６）。所定の時間が経過していない間は（ステップＳ１６がＮｏ）時間計測が継続するが、所定の時間が経過した後（ステップＳ１６がＹｅｓ）、タイマー１４は電力出力部に信号を送信し、その信号に基づいて電力出力部１２は電力の出力を停止する（ステップＳ１７）。

充電器１０側の「時間１」と端末部３０側の「時間２」との比較演算（時間１＞時間２）を行うことによりステップＳ１５の判定を正確に行うことが可能である。例えば、充電器１０側の「時間１」が端末部３０側の「時間２」よりも短いと、１回目に確認した後に、すぐに「出力継続要求」が来ているかを見に行ってしまい、まだ２回目の信号が来ていない状態で充電器１０が判定してしまうのを避けることが可能となる。

＜具体的事例＞
充電器１０側の充電接続部Ｐも電子機器２０側の充電接続部Ｔも短絡等が無く正常な充電状態では、負荷検出部１３により所定の負荷が検出されタイマー１４が起動する（ステップＳ１３）。そして、出力継続部３３から所定時間毎に信号が送られ（ステップＳ２１）、信号を受信するタイマーリセット部１５によりタイマー１４がリセットされ、充電が継続される。したがって、ここでの「所定の負荷」は、充電器１０に正常に接続した電子機器２０の負荷に対応するものであり、「正常負荷」と言うことができる。

二次電池４０の急速充電には、図４のグラフに示す通り、補充電、定電流充電、定電圧充電の３つのフェーズが存在する。尚、グラフ中、太線の直線と曲線で表したグラフが二次電池４０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４０の電圧値の変化を示している。二次電池４０が空で充電を行う場合は、まず補充電フェーズで行う。正常の補充電では、充電電流が低い（例えば数１０ｍＡ以下）ため、負荷検出部１３で所定の負荷が無いとして判定し（ステップＳ１２がＮｏ）、タイマー１４が起動しない状態になり、充電は継続される。一方、端末部３０側では、二次電池４０の電圧が低く回路が動作しないため、出力継続部３３は、信号を充電器１０側に送信することができない状態となる。

二次電池４０が空の状態を説明したが、二次電池４０が、深放電状態でも同様である。「所定の負荷」の閾値（負荷の所定値）を設けることにより、補充電フェーズでの充電が継続可能となる。また、補充電フェーズにおける電圧も低い（例えば３．４Ｖ以下）ため、電圧値にも閾値を設け、電力出力時の電圧が所定の値よりも小さく、充電電流が所定の値より小さい場合、負荷検出部１３は「所定の負荷あり」と判定しないとしても良い。

充電器１０側の充電接続部Ｐや端末部３０の充電接続部Ｔに短絡が発生している場合、出力継続部３３は、電流検出部３１からの負荷を検知して信号を送信することを止める（ステップＳ２２がＹｅｓ）。その場合、タイマー１４のリセットが行われず、タイマー１４の所定の時間が経過してしまい（ステップＳ１６がＹｅｓ）、電力出力部１２は電力の出力を停止する（ステップＳ１７）。また、充電接続部Ｐや端末部３０の充電接続部Ｔが断線等している場合、出力継続部３３は信号を送信できないため（ステップＳ１５がＮｏ）、短絡と同様に、電力出力部１２は電力の出力を停止する（ステップＳ１７）。

上記のケースは、短絡や断線などの場合において、出力継続部３３が信号送信を停止したり、そもそも信号を送信できないケースに関する。また、このようなケースとはやや異なり、電子機器２０の内部における負荷短絡に基づき発生した発熱障害などにより、電子機器２０は、負荷有無の判定機能や出力継続要求信号の送信機能そのものを果たすことができない状態に陥ることがある。このような状態においても、ステップＳ２２がＹｅｓとなるため、充電器１０は出力継続要求信号を受信することができず（ステップＳ１５がＮｏかつステップＳ１６がＹｅｓ）、充電出力を停止することが可能となる。

従って、短絡または断線等の場合、充電は行われず、電流が流れて発熱する危険を未然に防止することが可能である。ユーザーは、充電器１０から電子機器２０の二次電池４０に充電を行う場合、充電器１０や電子機器２０に生じる可能性のある異常状態を充電器１０のフェールセーフにより発見できるため、充電器１０を安心して使用することが可能である。

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。

本発明に係る充電器、電子機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に充電を行う際、短絡や断線等の危険性を未然に防ぐ用途に適用可能である。

１０：充電器
１１：整流器
１２：電力出力部
１３：負荷検出部
１４：タイマー
１５：タイマーリセット部
２０：電子機器
３０：端末部
３１：電流検出部
３２：充電制御部
３３：出力継続部
４０：充電器
Ｐ：充電接続部
Ｔ：電子機器の充電接続部

本発明の充電器は、電子機器を充電可能な充電器であって、充電対象の電子機器に適合した充電電力を出力する電力出力部と、前記電子機器と接続可能な充電接続部と、前記充電接続部の負荷を検知する負荷検出部と、前記負荷検出部が所定の負荷を検出した場合に時間計測を開始するタイマーと、を備え、前記タイマーによる時間計測の開始後、前記充電接続部が、所定の時間内に前記電子機器から送信される所定の信号を受信しない場合、前記電力出力部が電力の出力を停止する。

本発明の充電器は、前記充電接続部が前記所定の時間内に前記電子機器から送信される所定の信号を受信した場合、前記タイマーによる時間計測をリセットするタイマーリセット部をさらに備えることが好ましい。

本発明の充電器は、前記電力出力部より出力される充電電流が所定の値より小さい場合、前記負荷検出部は負荷を検知しないことが好ましい。
また、前記電力出力部より出力される充電電圧が所定の値より小さい場合、前記負荷検出部は負荷を検知しないことが好ましい。

本発明の充電器は、前記電子機器から送信される所定の信号が、当該充電器からの電力出力の継続を要求する出力継続要求信号であることが好ましい。

本発明の充電器は、充電対象の電子機器に適合した充電電力を出力する電力出力部と、前記電子機器と接続可能な充電接続部と、前記充電接続部の負荷を検知する負荷検出部と、を備え、前記充電器は、所定の負荷を検知した場合に時間計測を開始し、当該時間計測の開始後、前記充電接続部が、所定の時間内に前記電子機器から送信される所定の信号を受信しない場合、前記電力出力部が電力の出力を停止する。

本発明の電子機器は、外部の二次電池を接続可能な電池接続部と、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、前記充電器が、当該電子機器との接続により所定の負荷を検出した場合に時間計測を開始するタイマーを備え、当該電子機器は、前記外部の充電器との接続後所定の時間内に、前記充電器に対し、前記タイマーによる時間計測をリセットするための出力継続要求信号を送出する。

Claims (8)

1. 電子機器を充電可能な充電器であって、
   外部の電源からの電力に基づき、充電対象の電子機器に適合した電力を出力する電力出力部と、
   前記電子機器と接続可能な充電接続部と、
   前記充電接続部に対する所定の負荷を検知する負荷検出部と、
   前記負荷検出部が所定の負荷を検出した時に時間計測を開始するタイマーと、を備え、
   前記タイマーによる時間計測の開始後、前記充電接続部が、所定の時間内に前記電子機器から送信される信号を受信しない場合、前記電力出力部が電力の出力を停止する、
   充電器。
2. 請求項１に記載の充電器であって、
   前記充電接続部が前記所定の時間内に前記電子機器から送信される信号を受信した場合、前記タイマーによる時間計測をリセットするタイマーリセット部をさらに備える、充電器。
3. 請求項１に記載の充電器であって、
   前記タイマーによる時間計測の開始後の所定の時間が、前記電子機器から送信される信号の送信間隔より長い、充電器。
4. 請求項１に記載の充電器であって、
   前記電力出力部による電力出力時の電圧が所定の値より小さく、充電電流が所定の値より小さい場合、前記負荷検出部は負荷を検知しない、充電器。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の充電器であって、
   前記電子機器から送信される信号が、当該充電器からの電力出力の継続を要求する出力継続要求信号である、充電器。
6. 電子機器を充電可能な充電器であって、
   外部の電源からの電力に基づき、充電対象の電子機器に適合した電力を出力する電力出力部と、
   前記電子機器と接続可能な充電接続部と、を備え、
   前記充電器は、前記充電接続部に対する所定の負荷を検知した時に時間計測を開始し、当該時間計測の開始後、前記充電接続部が、所定の時間内に前記電子機器から送信される信号を受信しない場合、前記電力出力部が電力の出力を停止する、
   充電器。
7. 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、
   前記充電器が、当該電子機器との接続により所定の負荷を検出した時に時間計測を開始するタイマーを備え、
   当該電子機器は、前記タイマーによる時間計測の開始後所定の時間内に、前記充電器に対し、前記タイマーによる時間計測をリセットする出力継続要求信号を送出する、
   電子機器。
8. 請求項１から６のいずれか１項に記載の充電器と、
   請求項７に記載の電子機器と、を含む電子機器システム。

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