JP4203460B2 - 携帯情報端末、および携帯情報端末の運用方法 - Google Patents
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Description
しかし、二次電池は一定の電力を使用した後には必ず充電操作を行う必要があり、充電設備と比較的長い充電時間が必要となるために、携帯電子機器を、何時でも、何処でも、長時間に亘って連続的に駆動するためには、充電を行いながら携帯電子機器を使用する必要がある。
燃料電池としては、アノード、電解質膜、カソード、および拡散層から構成される膜/電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)のアノードで液体の燃料が酸化され、カソードで酸素が還元される燃料電池が知られており、前記の特許文献2の技術では、その代表的な燃料電池としてダイレクトメタノール型燃料電池(DMFC:Direct Methanol Fuel Cell)が用いられている。また、携帯電話機に二次電池とDMFCを搭載して、必要に応じてDMFCから二次電池へ充電を行うことによって二次電池の容量を確保する技術も知られている(例えば、特許文献3参照)。
これらのことを解消するためには、多数の二次電池を搭載して電池容量を確保することが考えられるが、この場合、携帯情報端末におけるハンディタイプな利点が損なわれ、適切な方法ではない。
また、前記特許文献2に開示されたような二次電池と燃料電池(DMFC)を搭載した携帯情報端末を用いても、携帯情報端末の電源オフ時(つまり、返却時など)にDMFCによって二次電池を充電するようになっているため、貸し出しと回収のサイクルが早い場合や長時間に亘って貸し出され電池の残容量が少ない場合などにおいては、充分な充電時間を確保することができず、携帯情報端末を満充電にした状態で次の来場者に渡すことができない恐れがある。
本発明では、携帯情報端末には燃料電池としてダイレクトメタノール型燃料電池(以下、DMFCと略す)と二次電池としてLiイオン二次電池(以下、Liイオン電池と略す)が搭載されている。そして、携帯情報端末の電源のオン/オフ状態に関わらず常にLiイオン電池をDMFCから充電しながら運用する。この携帯情報端末には、来場者向けの取り扱い方法の説明が記憶され、来場者に貸し出すために携帯情報端末を手渡す直前に、係員が携帯情報端末のボタンを押して電源をオンする。これによって、携帯情報端末の電源がオンされ、来場者向けに取扱い方法を説明する画面が表示される。また、携帯情報端末には、RFID(Radio Frequency Identification)チップに記録された情報を読み出すための読取装置(リーダ)とアンテナとが備えられていて、来場者が展示館内の展示物へ携帯情報端末を近づけると、その展示物に組み込まれたRFIDチップと携帯情報端末との間で情報伝送が行われる。これによって、携帯情報端末の内部に組み込まれたメモリ、大容量ハードディスク装置、又はリムーバブルハードディスク(いわゆるiVDR:Information Versatile Disk for Removable usage)などから、RFIDチップから送信された情報と対応した展示物に関する画像データ、テキスト、および音声などを再生する。以下、携帯情報端末のこのようなモードを稼動状態という。
次に、図面を用いて本発明に係る携帯情報端末の第1の実施の形態について説明する。
図1は本発明における燃料電池搭載型の携帯情報端末の運用方法を示す説明図である。
まず、図1を用いて、本発明における燃料電池搭載型の携帯情報端末50の運用の流れを概略的に説明する。展示館61の入口59から来場者が入場すると、係員は貸出窓口55において来場者に貸し出す。このとき携帯情報端末50が手渡される直前に、係員がその携帯情報端末50のボタンを2度押して電源をオンにする。これによって、携帯情報端末50の電源がオンされると、来場者向けに取扱い方法を説明するための初期の説明画面が表示される。来場者は説明画面に示された情報で携帯情報端末50の操作方法を理解可能になる。次に、来場者が説明画面に示された操作方法で、例えば展示館内の展示物52aへ携帯情報端末50を近づけると、展示物52aに組み込まれたRFIDチップ51aと携帯情報端末50のRFIDリーダ69(図6参照)との間で情報伝送が行われる。これによって、携帯情報端末50の内部に組み込まれた大容量ハードディスクで構成されるiVDR47やメモリ63(図6参照)などから展示物52aに関する情報が音声や文字や画像などによって再生される。展示物52bについても同様の方法によって、展示物52bに組み込まれたRFIDチップ51bからの情報にしたがって、展示物52bに関する情報を再生する。このときは、一方のLiイオン電池が給電側となり、他方のLiイオン電池がDMFCによって充電される充電側となる。
携帯情報端末50は、図2に示すように携帯情報端末50の正面側の側部にiVDR取出し口41および空気孔42があり、操作面には係員や入場者が操作可能なボタン43、44が配置されている。また、正面側の後部には、見やすい傾斜角度に変えることのできる液晶画面45が配置されている。さらに、本体左側には燃料電池の燃料カートリッジを交換するためのカートリッジ交換口48が設けられ、その上面には燃料確認窓40が設けられている。携帯情報端末50の内部には図3の断面図で示すように、燃料電池ユニット11、Liイオン電池18a、Liイオン電池18b、およびハードディスクなどで構成されるiVDR47が収納されている。さらに、液晶画面45のケースの背面にはRFIDアンテナ46が配置されている。DMFCは燃料電池ユニット11に収納されている。携帯情報端末50には図4、図5に示すような電源回路系統が備えられLiイオン電池18aまたはLiイオン電池18bに対して充放電制御を行っている。電源回路系統の詳細については後述する。
RFIDリーダ69、CPU62、メモリ63、iVDRI/F65、LCDコントローラ68、バックライトコントローラ66がバスコントローラ70に接続されている。メモリ63はさらにCPU62と接続されている。
前記したiVDR47は大容量ハードディスクなどで構成され、iVDRI/F65を介して着脱可能にバスコントローラ70に接続されている。
前記したRFIDアンテナ46はRFIDリーダ69に接続されている。
前記した液晶画面45はLCDコントローラ68に接続され、バックライトコントローラ66に接続されるバックライト67によって照明されるようになっている。
この制御ユニットは携帯情報端末50において電源の負荷となる。
図1において展示館61の入口59から来場者が入場すると、係員は貸出窓口55で来場者に携帯情報端末50を貸し出す。来場者に貸与される携帯情報端末50は、使用によって、Liイオン電池18a又はLiイオン電池18bの電池容量が減った場合、図3に示すように内部に搭載された燃料電池ユニット11が動作し、電池容量が減ったLiイオン電池18aまたはLiイオン電池18bのいずれか一方(つまり、充電側Liイオン電池)が充電状態になる。そこで、係員が貸し出すための携帯情報端末50のボタン44(図2参照)を例えば2度続けて押すと(ステップS1)、携帯情報端末50は電源オンとなる。このときLiイオン電池18aまたはLiイオン電池18bが燃料電池ユニット11によって充電される場合、DMFC充電状態で電源オンとなり(ステップS2)、携帯情報端末50は直ちに自己診断モードとなって異常の判定を行う(ステップS3)。その結果、携帯情報端末50は異常であると判定すると故障シーケンスに移り(ステップS4)、異常内容が携帯情報端末50の液晶画面45(図2参照)に表示される(ステップS5)。判定される故障内容は、例えば、Liイオン電池18aおよびLiイオン電池18bの充電不良や燃料電池ユニット11の発電状態異常などが含まれる。また、異常の内容は図6に示すメモリ63、あるいはiVDR47に書き込まれて記憶される。
このようにして展示館61を一巡した後、来場者は図1の返却窓口56で携帯情報端末50を係員に返却して出口60から退出する。
携帯情報端末50が返却されると、係員はその携帯情報端末50を手元にある所定のRFIDチップ53(図1)にかざす(ステップS21)。携帯情報端末50はこのRFIDチップ53からの情報を読み取ると(ステップS22)、直ちに自己診断モードに入る(ステップS23)。ここで、携帯情報端末50に異常がある場合には故障シーケンスに移り(ステップS24)、異常内容が液晶画面45(図2参照)に表示される(ステップS25)。なお、ここで扱う故障内容は、電源オン時と同様に燃料電池ユニット11の発電不良やLiイオン電池18aおよびLiイオン電池18bの充電不良とすることができる。
図7において、横軸に時間の経過を示し、縦軸に前述した一連の運用における1台の携帯情報端末50のLiイオン電池全体(Liイオン電池18aとLiイオン電池18bとの合わせ)入出力電力と、Liイオン電池全体の合計残容量の推移を示している。Liイオン電池全体の入出力電力の収支は、携帯情報端末50の稼動時、すなわち開館中に来場者が使用している状態においては放電状態にあり、閉館中にバックヤードに設置されたAC充電器(充電ラック)58で充電されるときが充電状態にある。携帯情報端末50が稼動のとき、燃料電池ユニット11は常に発電状態にあるため、稼動時においては携帯情報端末50の放電電力(機器消費電力)のうちの一部分は燃料電池ユニット11から負担され、残りがLiイオン電池全体から負担される計算になる。このように図7の(a)に示すようにLiイオン電池全体の放電電力をDMFCすなわち燃料電池ユニット11によるDMFC充電の出力電力を上回る設定を行うことによって、(b)に示すように携帯情報端末50の稼動と充電の繰り返しによって、Liイオン電池18aとLiイオン電池18bの残容量の合計値は、(c)に示すLiイオン電池全体の残容量グラフのように下がる方向に推移する。
図4は、本発明における携帯情報端末の電源回路系を示す図である。
本実施の形態では、Liイオン電池18a、Liイオン電池18bはLiイオン電池であるが、これらの二次電池は、Liイオン電池に限らず、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池などの他の二次電池を用いても構わない。また、Liイオン電池18aおよびLiイオン電池18bには、図4に示すようにそれぞれ、電圧監視回路19aおよび電圧監視回路19bが接続され、さらに、Liイオン電池18aおよびLiイオン電池18bの入出力経路には、それぞれ、電流積分回路20aおよび電流積分回路20bが接続され、電流積分回路20aおよび電流積分回路20bの出力情報は電源管理回路21へ送信されるように構成されている。
Liイオン電池18aとLiイオン電池18bおよびそれらの制御を前記した回路で本体ユニット6が構成される。この本体ユニット6には、夜間の充電時にACアダプタ2を接続するためのコネクタ3と、燃料電池ユニット11を接続するためのコネクタ16を備えている。なお、ACアダプタ2は図1に示す充電ラック58に収納されている。
図8は、携帯情報端末の状態と二組のLiイオン電池の充放電の関係を示す。図7ではLiイオン電池18aとLiイオン電池18bの合計残容量の推移を示したが、図8においてLiイオン電池18a、Liイオン電池18bそれぞれの残容量の推移を示す。これはLiイオン電池18a、Liイオン電池18bがそれぞれ独立に充放電が行われる2セル(2組)のためである。
図8において、期間T1において携帯情報端末50が貸し出されて稼動状態にあるときは、Liイオン電池18bが負荷10に接続されて放電状態にある場合、Liイオン電池18aがDMFC12からの電力を受けてDMFC充電状態にある。したがって、時間の経つにつれLiイオン電池18bの残容量が減少し、Liイオン電池18aの残容量が増加していく。
この図13においては、コネクタ16からの配線と、ACアダプタ2から充電制御回路7a、7bへの配線をそれぞれ別な配線にした構成になっている。そして、本実施例では充電制御回路7a、7bはコネクタ16からの電圧(即ち、昇圧DC/DC15の出力電圧)と、ACアダプタ2からの電圧を比較して、より高い電圧の入力を採用するようになっており、
例えば、ACアダプタ2の出力を5.5V、DMFC昇圧DC/DC15の出力を4.5Vに設定することにより、ダイオード5の順方向降下電圧0.7Vを考慮しても、通常は商用電源1接続された場合、ACアダプタ2の電圧がコネクタ16からの電圧よりも高くなるので、ACアダプタ2からの電力を自動的に採用するようになる。このことにより、電源管理回路21の制御の負担を減らすことができる。
なお、充電制御回路7a、7bおよび放電スイッチ8b、8cはそれぞれ別個のブロック回路として記載したが、充電制御回路7aと放電スイッチ8b、充電制御回路7bと放電スイッチ8cをそれぞれ一つの集積回路として構成することも可能である。
図5において、DMFC12にはサーミスタ34が接続され、サーミスタ34が検出した温度情報は昇圧コンバータ制御回路30へ入力される。DMFC12はコネクタ13を介してOCV保護回路14に接続される。OCV保護回路14は、シャントレギュレータ22と抵抗23、24、25からなるブリッジ回路で構成されている。また、OCV保護回路14は昇圧DC/DCコンバータ15に接続されている。昇圧DC/DCコンバータ15は、nチャネルパワーMOSFET28、pチャネルパワーMOSFET29、インダクタ27、平滑キャパシタ33、昇圧コンバータ制御回路30、電流センサ26、入力電流制御回路31、および出力電圧制御回路32を備えた構成となっている。なお、昇圧DC/DCコンバータ15はコネクタ16を介して図6に示す本体ユニット6に接続される。
次に、図1、図4、図5、図11および図12を用いて本発明の第2の実施の形態における携帯情報端末の診断方法について説明する。図11は、本発明における第2の実施の形態の携帯情報端末に係るDMFCの状態把握および発電リトライに関する手順の概要を示す図である。
まず、図11を用いて、携帯情報端末の電源系統における状態把握およびDMFCの発電リトライの概要について説明する。
図12は、本発明における第2の実施の形態の携帯情報端末に係るDMFCの状態把握および発電リトライに関する手順の詳細を示す図である。図12において、ACCは図4、図5におけるACC信号35に相当し、電源管理回路21から燃料電池ユニット11の昇圧DC/DCコンバータ15へ出力される。つまり、DMFC12の動作を許可する場合はHを出力し、DMFC12の動作の停止命令を出す場合はLを出力する。また、PGはPG信号36に相当するもので、燃料電池ユニット11の昇圧DC/DCコンバータ15から電源管理回路21へ出力される。つまり、昇圧DC/DCコンバータ15の出力電圧が所定の値であればHを出力し、昇圧DC/DCコンバータ15の出力低下など異常状態の場合にはLを出力する。Icは電源管理回路21から出力される充電制御回路7aおよび充電制御回路7bの充電電流指令値である。
以上説明したように、本発明の携帯情報端末によれば、展示場における昼間の運用中にはAC充電が不要になることから、携帯情報端末の貸し出しおよび返却の際の煩雑さが解消する。また、携帯情報端末の貸し出し時にはボタンを押すだけで電源がオンになり、自動的に来場者への説明画面が表示されるので係員の負担が軽減される。さらに、携帯情報端末の返却時には特定のRFIDチップの読み込みによって確実に自己診断や電源のオフを行うことができるため、係員の操作が簡単になるとともに電源の切り忘れなどを防ぐことができる。また、2系統あるLiイオン電池の状態をSOC判定(残量判定)によって自動的に切り替えるため、使用して残量が減少した方のLiイオン電池を使用直後に充電モードにすることができ、DMFC12からの出力電力を無駄にすることがない。
2 ACアダプタ(第2の充放電手段)
3 コネクタ
4 電圧監視回路
5 ダイオード
6 本体ユニット
7a、7b 充電制御回路(第1の充放電手段)
8a、8b、8c 放電スイッチ(切替手段)
9 DCコンバータ
10 負荷
11 燃料電池ユニット
12 DMFC
13 コネクタ
14 OCV保護回路
15 DCコンバータ
16 コネクタ
17 状態制御信号
18a、18b Liイオン電池
19a、19b 電圧監視回路
20a、20b 電流積分回路
21 電源管理回路
22 シャントレギュレータ
23、14、15 抵抗
26 電流センサ
27 インダクタ
28 nチャネルパワーMOSFET
29 pチャネルパワーMOSFET
30 昇圧コンバータ制御回路
31 入力電流制御回路
32 出力電圧制御回路
33 平滑キャパシタ
34 サーミスタ
35 ACC信号
36 PG信号
40 燃料確認窓
41 口
42 空気孔
43、44 ボタン
45 液晶画面(表示手段)
46 RFIDアンテナ
47 iVDR(記憶手段)
48 カートリッジ交換口
50 携帯情報端末
51a、51b、53 RFIDチップ(ICチップ)
52a、52b 展示物
54 カート
55 貸出窓口
56 返却窓口
58 充電ラック
59 入口
60 出口
61 展示館
62 CPU
63 メモリ(記憶手段)
64 コネクタ
65 iVDRインタフェース
66 バックライトコントローラ
67 バックライト
68 LCDコントローラ
69 RFIDリーダ
70 バスコントローラ
0 順方向降下電圧
I 入力電流
I1 定格値
I2 定格値
Ic 充電電流指令値
Claims (12)
- 所定の場所で貸し出され、所定の場所で返却される携帯情報端末であって、
前記携帯情報端末を稼動させる燃料電池と、
それぞれ独立して充放電が行われる複数組の二次電池と、
前記稼動状態と前記携帯情報機器の稼動を停止させる待機状態とにおいて、前記複数組の二次電池のうち1組の二次電池を選択して前記燃料電池から充電し、他の組の二次電池から負荷へ電力を放電する第1の充放電手段と、
あらかじめ指定したICチップの情報を読み取り前記稼動状態から前記待機状態に遷移させるタイミング、所定の場所に貼付されたICチップの情報を読み取ったタイミング、所定の時間が経過したタイミング、のいずれか所定のタイミングにおいて前記複数組の二次電池の充放電系統の切り替えを行う切替手段と、
ICチップと無線で交信を行うアンテナと、
前記アンテナが受信した前記ICチップの情報を読み取るリーダと、
を備え、
前記所定のタイミングとして、前記ICチップのうち自己診断情報を記録し前記所定の場所に貼付された特定のICチップを、前記リーダが読み取ると、前記切替手段を介して前記充放電系統を切り替えるとともに前記携帯情報端末の電源をオフさせ、前記燃料電池からの充電を継続させる、
ことを特徴とする携帯情報端末。 - 前記燃料電池の電力容量は前記携帯情報端末を稼動させる稼働状態における平均消費電力未満であることを特徴とする請求項1に記載の携帯情報端末。
- 前記携帯情報端末は前記稼動状態において情報を表示させ、かつ前記待機状態では情報を表示させない表示手段を備えたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の携帯情報端末。
- 商用電源から前記複数の二次電池を充電しながら前記負荷へ電力を供給する第2の充放電手段を備え、
前記待機状態において前記第2の充放電手段が充放電動作を行っているときは、前記第1の充放電手段は充放電動作を停止していることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の携帯情報端末。 - 前記ICチップと無線で交信を行うアンテナと、前記アンテナが受信した前記ICチップの情報を読み取るリーダと、着脱可能な不揮発性の記憶手段とを備え、
前記稼動状態において、前記リーダが任意の場所に貼付された前記ICチップの情報を読み取って前記記憶手段へ転送し、前記表示手段が前記記憶手段から前記ICチップの情報に対応する提供情報を読み出して表示させることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の携帯情報端末。 - 少なくとも1個の操作ボタンを備え、その操作ボタンを少なくとも1回押すことにより前記待機状態から前記稼動状態に遷移させることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の携帯情報端末。
- 前記携帯情報端末の利用者の属性に応じて、前記待機状態から前記稼動状態に遷移させる操作ボタンの操作方法を変更することにより、前記表示手段へ表示させる情報内容を前記利用者の属性に対応させることを特徴とする請求項6に記載の携帯情報端末。
- 燃料電池、複数の二次電池、情報を記録するICチップと無線で交信を行うアンテナ、および前記アンテナが受信した前記ICチップの情報を読み取るリーダ、情報の表示を行う表示手段を備え、来場者に貸与する携帯情報端末の運用方法であって、
前記携帯情報端末の操作ボタンの操作によって、前記燃料電池が前記複数組の二次電池のうち1組の二次電池を充電し、他の組の二次電池が負荷へ電力を供給する状態で、その携帯情報端末を待機状態から稼動状態へ遷移させる手順と、
前記稼動状態において、所望の対象物に貼付された前記ICチップに前記携帯情報端末をかざし、前記アンテナを介して前記リーダがそのICチップに記録された情報を読み取って前記対象物に関する情報を表示手段に表示させる手順と、
前記ICチップのうち自己診断情報を記録し前記携帯情報端末の返却場所に貼付された特定のICチップを前記携帯情報端末に読み込ませ、前記稼動状態から前記待機状態へ遷移させると共に前記複数組の二次電池の充放電系統を切り替え、前記燃料電池からの充電を継続させる手順と、
を含むことを特徴とする携帯情報端末の運用方法。 - 前記待機状態から前記稼動状態に遷移させる過程と前記稼動状態から前記待機状態に遷移させる過程のサイクルを所望の回数繰り返した後、前記燃料電池による充電機能を停止させて前記複数組の二次電池を商用電源によって充電させる手順を含むことを特徴とする請求項8に記載の携帯情報端末の運用方法。
- 前記商用電源によって前記複数組の二次電池を充電する時間帯は、1日に1回、かつ前記限定された領域を利用する来場者がいない時間帯であることを特徴とする請求項9に記載の携帯情報端末の運用方法。
- 前記限定された領域を利用する来場者の属性に応じて前記待機状態から前記稼動状態に遷移させる手法を変更することにより、前記表示手段へ表示させる情報内容を前記来場者の属性に対応させることを特徴とする請求項8乃至請求項10のいずれか1項に記載の携帯情報端末の運用方法。
- 前記待機状態から前記稼動状態に遷移させてから前記携帯情報端末を貸与する前に前記燃料電池の燃料の状態を確認し、前記燃料が所定量以下である場合には燃料カートリッジを交換することを特徴とする請求項8乃至請求項11のいずれか1項に記載の携帯情報端末の運用方法。
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