JP2017085826A

JP2017085826A - 電子機器

Info

Publication number: JP2017085826A
Application number: JP2015213547A
Authority: JP
Inventors: 享充阿部; Yukimitsu Abe
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2017-05-18

Abstract

【課題】加熱用負荷部を用いて電池の放電温度特性を改善できるようにする。【解決手段】電機機器（１００）は、電池があとどれくらい使えるかを、残容量情報、温度情報及び負荷情報を用いて計算する計算手段と、負荷量に対する自己発熱により電池の温度が上昇する関係を示す自己発熱テーブルと、負荷量に対する電池が加熱される温度の関係を示す加熱量テーブルとを記憶したメモリとを有し、前記電子機器を動作させるために必要な予定負荷量に、電池を加熱するため消費する加熱負荷量を加えて合計負荷量を計算し、前記合計負荷量、前記自己発熱テーブル及び前記加熱量テーブルを用いて、予測電池温度を計算し、前記予測電池温度及び前記合計負荷量を用いて、使用可能量を計算し、加熱負荷量の値を変化させて使用可能量を複数回計算し、複数回計算した結果に基づいて、加熱負荷量を決定することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、電池の使用可能量を調整することができる電子機器に関する。

リチウムイオン電池などの電池は、低温になると放電特性が低下し、十分な性能を発揮できなくなることがある。その対策として、電池の電力を用いてヒーターを動作させ、電池を温めることにより放電特性を改善する方法がある。特許文献１には、周囲温度に応じてヒーターで加温する設定温度を変更する装置が記載されている。

特開２００５−３３９９８０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている方法では、設定温度が高いと、電池を加熱するヒーターで消費した電力が無駄になってしまう。逆に、設定温度が低いと、電池が十分に加熱されず、放電特性が改善されない。また、特許文献１に記載されている方法では、電池の自己発熱も考慮されておらず、適切な条件で加熱されているとは限らない。

そこで、本発明は、加熱用負荷部を用いて電池の放電温度特性を改善できるようにすることを目的する。

前記の目的を達成するために、本発明に係る電子機器は、
電子機器であって、電池があとどれくらい使えるかを、残容量情報、温度情報及び負荷情報を用いて計算する計算手段と、負荷量に対する自己発熱により電池の温度が上昇する関係を示す自己発熱テーブルと、負荷量に対する電池が加熱される温度の関係を示す加熱量テーブルとを記憶したメモリとを有し、前記電子機器を動作させるために必要な予定負荷量に、電池を加熱するため消費する加熱負荷量を加えて合計負荷量を計算し、前記合計負荷量、前記自己発熱テーブル及び前記加熱量テーブルを用いて、予測電池温度を計算し、前記予測電池温度及び前記合計負荷量を用いて、使用可能量を計算し、加熱負荷量の値を変化させて使用可能量を複数回計算し、複数回計算した結果に基づいて、加熱負荷量を決定することを特徴とする。

本発明に係る電子機器によれば、加熱用負荷部を用いて電池の放電温度特性を改善することができる。

実施形態１における電子機器１００の構成の一例を説明するためのブロック図である。加熱用負荷部１０３で消費させる加熱負荷量を決定するための加熱負荷量決定方法を説明するためのフローチャートである。負荷部１０２で消費される負荷量と、負荷量に対応する発熱量（最大値）と、負荷量に対応する経過時間ごとの発熱量との関係の一例を格納した自己発熱テーブルを示す図である。加熱用負荷部１０３で消費される負荷量（加熱負荷量）と、加熱負荷量に対応する発熱量（最大値）と、加熱負荷量に対応する経過時間ごとの発熱量との関係の一例を格納した加熱量テーブルを示す図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

［実施形態１］
図１は実施形態１における電子機器１００及び電池２００の構成の一例を説明するためのブロック図である。

図１において、電子機器１００は、電池２００から供給される電力によって動作する電子機器であり、制御部１０１と、負荷部１０２と、加熱用負荷部１０３とを有する。

制御部１０１は、電池２００から供給される電力を受け、負荷部１０２及び加熱用負荷部１０３に電力を供給することができる。制御部１０１は、負荷部１０２及び加熱用負荷部１０３の動作を制御することができる。制御部１０１はさらに、電池２００のマイコン２０２と通信端子（Ｄ端子）を介して通信することができ、電池セル２０１を示す情報をマイコン２０２から取得することができる。自己発熱テーブルを示す情報と加熱量テーブルを示す情報とは、制御部１００内のメモリに格納されている。

負荷部１０２は、電子機器１００が有する所定の機能を実現するために電力を消費する負荷を有する。加熱用負荷部１０３は、電池２００を加熱するための負荷を有する。実施形態１では、負荷部１０２及び加熱用負荷部１０３が電池セル２０１の近傍に配置されるように構成する。そして、実施形態１では、制御部１０１は、電池２００の放電温度特性が負荷部１０２及び加熱用負荷部１０３の発熱によって改善されるようにするために、負荷部１０２及び加熱用負荷部１０３の動作を制御することができる。

図１において、電池２００は、電池セル２０１と、マイコン２０２と、ＦＥＴ（ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）２０３と、温度検出素子２０４と、電流検出素子２０５とを有する。電池２００は、電子機器１００に電力を供給する電池である。電池２００は、電子機器１００から取り外し可能な電池であっても、電子機器１００に内蔵された電池であってもよい。

電池セル２０１は、リチウムイオン電池などの充放電可能な電池を有する。マイコン２０２は、電池セル２０１から供給される電力によって動作することができる。マイコン２０２は、ＦＥＴ２０３、温度検出素子２０４及び電流検出素子２０５の動作を制御することができる。

マイコン２０２は、電池セル２０１の電圧を検出することができる。マイコン２０２は、電池セル２０１の電圧を検出することができる。マイコン２０２は、温度検出素子２０４を用いて、電池セル２０１の温度を検出することができる。マイコン２０２は、電流検出素子２０５からの電流情報に基づき、電池セル２０１の充電電流又は放電電流を検出することができる。マイコン２０２は、電流検出素子２０５からの電流情報に基づき、電池セル２０１の残容量を検出することができる。マイコン２０２は、マイコン２０２で検出された電池セル２０１の電圧、電流及び温度に基づき、ＦＥＴ２０３を制御することができる。オン状態またはオフ状態にすることができる。

マイコン２０２は、通信端子（Ｄ端子）を介して制御部１０１と通信することができ、電池２００に関する情報を制御部１０１に通知することができる。電池２００に関する情報には、電池２００の種類を示す情報、電池２００の性能を示す情報、電池セル２０１の電圧を示す情報、電池セル２０１の残容量を示す情報、電池セル２０１の温度を示す情報、電池セル２０１の充電電流又は放電電流を示す情報などが含まれる。これらの情報を含む電池２００に関する情報は、マイコン２０２によって生成される。

ＦＥＴ２０３は、電池セル２０１を保護するために、電池セル２０１の充電電流又は放電電流を遮断するためのスイッチ部である。ＦＥＴ２０３は、マイコン２０２によって、オン状態（非遮断状態）またはオフ状態（遮断状態）に制御される。温度検出素子２０４は、サーミスタなどの素子を有し、電池セル２０１の温度が測定できるように電池セル２０１の近傍に配置されている。電流検出素子２０５は、電池セル２０１の充電電流又は放電電流を検出するための抵抗を有する。マイコン２０２は、電流検出素子２０５からの電流情報を積算することにより、電池セル２０１の残容量を計算することができる。

次に、図２を参照し、加熱用負荷部１０３で消費させる加熱負荷量を決定する方法を説明する。

図２は加熱用負荷部１０３で消費させる加熱負荷量を決定するための加熱負荷量決定方法を説明するためのフローチャートである。この加熱負荷量決定方法は、制御部１０１がプログラムを実行することによって制御される。

Ｓ１０１において、制御部１０１は、マイコン２０２と通信し、電池セル２０１の残容量を示す情報をマイコン２０２から取得する。制御部１０１が電池セル２０１の残容量を示す情報をマイコン２０２から取得した後、制御部１０１は、Ｓ１０１からＳ１０２に進む。

Ｓ１０２において、制御部１０１は、マイコン２０２と通信し、電池セル２０１の温度を示す情報をマイコン２０２から取得する。制御部１０１が電池セル２０１の温度を示す情報をマイコン２０２から取得した後、制御部１０１は、Ｓ１０２からＳ１０３に進む。

なお、Ｓ１０１またはＳ１０２において、制御部１０１は、電池２００に関するその他の情報（電池２００の種類を示す情報、電池２００の性能を示す情報、電池セル２０１の電圧を示す情報、電池セル２０１の充電電流又は放電電流を示す情報など）も、マイコン２０２から取得するようにしてもよい。

Ｓ１０３において、制御部１０１は、Ｓ１０２で取得された電池セル２０１の温度に基づき、解析する負荷（加熱用負荷部１０３）の初期値を決定する。解析する負荷とは、加熱用負荷部１０３に相当し、加熱用負荷部１０３の初期値とは、加熱用負荷部１０３で消費される負荷量（加熱負荷量）の初期値を示す。例えば、Ｓ１０３において、制御部１０１は、加熱用負荷部１０３で消費される負荷量を２ワット（Ｗ）に決定する。なお、加熱用負荷部１０３の初期値は、Ｓ１０２で取得された電池セル２０１の温度が低くなるに従って高くなり、Ｓ１０２で取得された電池セル２０１の温度が高くなるに従って低くなる。解析する負荷である加熱用負荷部１０３の初期値が決定された後、制御部１０１は、Ｓ１０３からＳ１０４に進む。

Ｓ１０４において、制御部１０１は、解析する負荷（加熱用負荷部１０３）の回数とステップとを決定する。回数とは、加熱負荷量の解析を何回行うかを示す。ステップとは、加熱負荷量の解析を何ワット（Ｗ）ごとに行うかを示す。例えば、Ｓ１０４において、制御部１０１は、回数を５回に決定し、ステップを１Ｗに決定する。この場合、加熱負荷量の解析は５回行われることになり、加熱負荷量の解析が１回行われるごとに解析負荷量のワット数は１Ｗ増加する。解析する負荷である加熱用負荷部１０３の回数とステップとが決定された後、制御部１０１は、Ｓ１０４からＳ１０５に進む。

Ｓ１０５において、制御部１０１は、解析対象加熱負荷量を決定すると共に、制御部１０１内のメモリに格納されている自己発熱テーブルと加熱量テーブルとを参照することにより、負荷部１０２で発生する発熱量と解析する負荷（加熱用負荷部１０３）で発生する発熱量との合計を計算する。以下、負荷部１０２で発生する発熱量（最大値）と解析する負荷（加熱用負荷部１０３）で発生する発熱量（最大値）との合計を合計最大発熱量と呼ぶ。さらに、負荷部１０２で発生する発熱量と解析する負荷（加熱用負荷部１０３）で発生する発熱量との経過時間ごとの合計を経過時間ごとの合計発熱量と呼ぶ。

Ｓ１０４からＳ１０５に進んだ場合、制御部１０１は、Ｓ１０３で決定された初期値を解析対象加熱負荷量に決定する。Ｓ１０８からＳ１０５に進んだ場合、制御部１０１は、Ｓ１０７で制御部１０１内のメモリに格納された解析対象加熱負荷量とＳ１０４で決定されたステップに対応するワット数（例：１Ｗ）とを加算し、加算結果を解析対象加熱負荷量に決定する。

Ｓ１０５において、例えば、負荷部１０２で消費される現在の負荷量が３Ｗである場合、負荷部１０２で消費される現在の負荷量に対応する発熱量（最大値）は３．０℃である（図３Ａ参照）。一方、Ｓ１０５において、例えば、解析対象加熱負荷量が２Ｗである場合、解析対象加熱負荷量に対応する発熱量（最大値）は９．０℃である（図３Ｂ参照）。この例では、制御部１０１は、合計最大発熱量を１２℃（＝３．０℃＋９．０℃）と計算する。さらに、制御部１０１は、経過時間ごとの合計発熱量を４．８℃（＝１．２℃＋３．６℃）、７．２℃（＝１．８℃＋５．４℃）、８．４℃（＝２．１℃＋６．３℃）、９．６℃（＝２．４℃＋７．２℃）、・・・と計算する。

Ｓ１０５で合計最大発熱量と経過時間ごとの合計発熱量とが計算された後、制御部１０１は、Ｓ１０５からＳ１０６に進む。

Ｓ１０６において、制御部１０１は、Ｓ１０２で取得された電池セル２０１の温度と、Ｓ１０５で計算された合計最大発熱量とに基づき、電池セル２０１の残容量を計算する。例えば、制御部１０１は、Ｓ１０２で取得された電池セル２０１の温度と、Ｓ１０５で計算された合計最大発熱量とに基づき、電池セル２０１の温度を補正する。そして、制御部１０１は、補正した温度に基づき、電池セル２０１の合計最大発熱量時の残容量を計算する。さらに、制御部１０１は、Ｓ１０１で取得された電池セル２０１の残容量とＳ１０６で計算された合計最大発熱量時の残容量とを比較し、Ｓ１０１で取得された電池セル２０１の残容量がどれだけ増加又は減少するかを計算する。なお、電池セル２０１の合計最大発熱量時の残容量を計算するための補正データ（補正係数等を含む）は、制御部１０１内のメモリに格納されている。

さらに、Ｓ１０６において、制御部１０１は、Ｓ１０２で取得された電池セル２０１の温度と、Ｓ１０５で計算された経過時間ごとの合計発熱量とに基づき、電池セル２０１の残容量を計算する。例えば、制御部１０１は、Ｓ１０２で取得された電池セル２０１の温度と、Ｓ１０５で計算された経過時間ごとの合計発熱量とに基づき、電池セル２０１の温度を補正する。そして、制御部１０１は、補正した温度に基づき、電池セル２０１の経過時間ごとの残容量を計算する。さらに、制御部１０１は、Ｓ１０１で取得された電池セル２０１の残容量とＳ１０６で計算された経過時間ごとの残容量とを比較し、Ｓ１０１で取得された電池セル２０１の残容量がどれだけ増加又は減少するかを計算する。なお、電池セル２０１の経過時間ごとの残容量を計算するための補正データ（補正係数等を含む）は、制御部１０１内のメモリに格納されている。

Ｓ１０６で合計最大発熱量時の残容量、Ｓ１０１で取得された電池セル２０１の残容量と合計最大発熱量時の残容量との差分値、経過時間ごとの残容量、Ｓ１０１で取得された電池セル２０１の残容量と経過時間ごとの残容量との差分値が計算された後、制御部１０１は、Ｓ１０６からＳ１０７に進む。

Ｓ１０７において、制御部１０１は、Ｓ１０６で計算された結果を制御部１０１内のメモリに格納する。合計最大発熱量時の残容量、Ｓ１０１で取得された電池セル２０１の残容量と合計最大発熱量時の残容量との差分値、経過時間ごとの残容量、Ｓ１０１で取得された電池セル２０１の残容量と経過時間ごとの残容量との差分値は、制御部１０１内のメモリに格納される。制御部１０１は、Ｓ１０５で決定された解析対象加熱負荷量も、制御部１０１内のメモリに格納する。

Ｓ１０８において、制御部１０１は、解析回数がＳ１０４で決定された回数に達したか否かを判定する。解析回数がＳ１０４で決定された回数に達していない場合、制御部１０１は、解析回数に１を加えると共に、Ｓ１０８からＳ１０５に進む。加熱負荷量の解析回数がＳ１０４で決定された回数に達した場合、制御部１０１は、Ｓ１０８からＳ１０９に進む。

Ｓ１０９において、制御部１０１は、Ｓ１０６で計算された結果に基づき、電池セル２０１の残容量を最も多くすることができる加熱負荷量を決定する。そして、制御部１０１は、電池２００の放電温度特性を改善するために、Ｓ１０９で決定された加熱負荷量で加熱用負荷部１０３を動作させる。

このように、実施形態１によれば、電池セル２０１の残容量を最も多くすることができる加熱負荷量を決定し、決定された加熱負荷量で加熱用負荷部１０３を動作させることができるので、電池２００の放電温度特性を改善することができる。

図３Ａは負荷部１０２で消費される負荷量と、負荷量に対応する発熱量（最大値）と、負荷量に対応する経過時間ごとの発熱量との関係の一例を格納した自己発熱テーブルである。なお、自己発熱テーブルを示す情報は、制御部１００内のメモリに格納されている。

図３Ａに示す自己発熱テーブルにおいて、「負荷量」は、負荷部１０２で消費される負荷量が何ワット（Ｗ）であるかを示す。「発熱量」は、負荷部１０２で消費される負荷量がｎ（ｎは１〜最大値のいずれか）Ｗである場合に、電池セル２０１の温度が最大で何℃上昇するかを示す。「経過時間ごとの発熱量」は、負荷部１０２で消費される負荷量がｎ（ｎは１〜最大値のいずれか）Ｗである状態での経過時間（分）ごとに電池セル２０１の温度が略何℃上昇するかを示す。図３Ａに示す自己発熱テーブルにおいて、例えば、負荷部１０２で消費される負荷量が２Ｗである場合、電池セル２０１の温度は最大で２．０℃上昇する。図３Ａに示す自己発熱テーブルにおいて、例えば、負荷部１０２で消費される負荷量が２Ｗである状態での経過時間（分）が１０分である場合、電池セル２０１の温度は略０．８℃上昇する。

図３Ｂは加熱用負荷部１０３で消費される負荷量（加熱負荷量）と、加熱負荷量に対応する発熱量（最大値）と、加熱負荷量に対応する経過時間ごとの発熱量との関係の一例を格納した加熱量テーブルである。なお、加熱量テーブルを示す情報は、制御部１００内のメモリに格納されている。

図３Ｂに示す加熱量テーブルにおいて、「加熱負荷量」は、加熱用負荷部１０３で消費される負荷量が何ワット（Ｗ）であるかを示す。「発熱量」は、加熱用負荷部１０３で消費される負荷量がｎ（ｎは１〜最大値のいずれか）Ｗである場合に、電池セル２０１の温度が最大で何℃上昇するかを示す。「経過時間ごとの発熱量」は、加熱用負荷部１０３で消費される負荷量がｎ（ｎは１〜最大値のいずれか）Ｗである状態での経過時間（分）ごとに電池セル２０１の温度が略何℃上昇するかを示す。図３Ｂに示す加熱量テーブルにおいて、例えば、加熱用負荷部１０３で消費される負荷量が２Ｗである場合、電池セル２０１の温度は最大で９．０℃上昇する。図３Ｂに示す加熱量テーブルにおいて、例えば、加熱用負荷部１０３で消費される負荷量が２Ｗである状態での経過時間（分）が１０分である場合、電池セル２０１の温度は略３．６℃上昇する。

なお、実施形態１では、電子機器１００が負荷部１０２とは別に加熱用負荷部１０３を有する場合を説明したが、実施形態１はこれに限るものではない。例えば、負荷部１０２の一部を加熱用負荷部１０３として動作させるようにしてもよい。

１００電子機器、２００電池

Claims

電子機器であって、
電池があとどれくらい使えるかを、残容量情報、温度情報及び負荷情報を用いて計算する計算手段と、
負荷量に対する自己発熱により電池の温度が上昇する関係を示す自己発熱テーブルと、負荷量に対する電池が加熱される温度の関係を示す加熱量テーブルとを記憶したメモリと
を有し、
前記電子機器を動作させるために必要な予定負荷量に、電池を加熱するため消費する加熱負荷量を加えて合計負荷量を計算し、
前記合計負荷量、前記自己発熱テーブル及び前記加熱量テーブルを用いて、予測電池温度を計算し、
前記予測電池温度及び前記合計負荷量を用いて、使用可能量を計算し、
加熱負荷量の値を変化させて使用可能量を複数回計算し、
複数回計算した結果に基づいて、加熱負荷量を決定することを特徴とする電子機器。
前記自己発熱テーブルと前記加熱量テーブルとは、経過時間ごとの負荷量と温度の関係を示すテーブルであり、
加熱負荷量をある時間消費した場合の使用可能量を加熱負荷量と負荷消費時間を変化させながら複数回計算し、
複数回計算した結果に基づいて、加熱負荷量と負荷消費時間とを決定することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
前記自己発熱テーブルと前記加熱量テーブルとは、経過時間ごとの負荷量と温度の関係を示すテーブルであり、
加熱負荷量と予定負荷量を消費するタイミングは同時ではなく、加熱負荷量をある時間消費した場合の使用可能量を加熱負荷量と負荷消費時間と消費するタイミングを変化させながら複数回計算し、
複数回計算した結果に基づいて、加熱負荷量と負荷消費時間と消費するタイミングを決定することを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
前記使用可能量は、電池の残容量に相当することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の電子機器。
前記使用可能量は、電池で動作させることができる時間に相当することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の電子機器。
前記使用可能量は、電池で動作させることができる動作量に相当することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の電子機器。
前記使用可能量は、電池が供給することができる電力量に相当することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の電子機器。