JP4459861B2 - 電気機器、電気機器の充電方法、電気機器の充電プログラム - Google Patents

Description

本願は、電気機器、電気機器の充電方法、電気機器の充電プログラムの技術分野に属し、特に、家庭用親子電話機の子機などのように、着脱可能な二次電池を装着して充電する電気機器の技術分野に属する。

従来から、二次電池を有する電気機器において、過大電圧や過大電流に起因した破壊から電子デバイスを保護するための保護回路に関する技術は紹介されていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１１８９５７号公報

上記従来技術は、過大電圧が印加されると、その過大電圧に起因した大電流を一方のツェナーダイオードの方に流すようにして、ＩＣのような電子デバイス側に流れることを抑制すると共に、ツェナーダイオードに対して並列に接続されているＩＣの端子間電圧を、そのツェナーダイオードの降伏電圧程度の一定の電圧に保っていた。これにより、過大電圧の印加に起因した破壊や劣化などからＩＣのような電子デバイスを保護していた。

しかしながら、上記従来技術には、（１）大電流を流すことができるツェナーダイオードは高価である。（２）ツェナーダイオードは過大電圧が印加されない通常の動作では全く使用しない部品であるにもかかわらず高コストである。（３）過大電圧が印加されたときのツェナーダイオードの発熱を考慮してスペースを確保する必要がある。などの問題を有していた。

本願は上記の各問題点に鑑みてなされたものであって、その課題の一例は、誤って二次電池を装着しない状態で電気機器の充電を開始しても、特別に高価な部品を使用することなく、内部の構成部品を保護することができる電気機器を提供することにある。

以下、本願について説明する。なお、本願の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本願が図示の形態に限定されるものではない。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、充電用電力に対してそれぞれ並列接続される二次電池と、ツェナーダイオードと、電気回路と、前記二次電池を着脱可能に保持する電池保持手段と、前記二次電池の端子間電圧を測定する電圧測定手段と、前記測定された端子間電圧が所定値より小さいと判断したときに、前記二次電池を前記充電用電力により充電する一方、前記測定された端子間電圧が所定値より大きいと判断したときに、前記電気回路に前記充電用電力を供給する制御手段と、を備え、前記所定値は、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧と、前記二次電池が前記電池保持手段に装着されている際の前記端子間電圧の最大電圧との間に設定されていることを特徴とする。

上記課題を解決するため、請求項３に記載の発明は、充電用電力に対してそれぞれ並列接続される二次電池と、ツェナーダイオードと、電気回路と、前記二次電池を着脱可能に保持する電池保持手段と、を備える電気機器の充電方法において、前記二次電池の端子間電圧を測定する電圧測定工程と、前記測定された端子間電圧が所定値より小さいと判断したときに、前記二次電池を前記充電用電力により充電する一方、前記測定された端子間電圧が所定値より大きいと判断したときに、前記電気回路に前記充電用電力を供給する制御工程と、を含み、前記所定値は、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧と、前記二次電池が前記電池保持手段に装着されている際の前記端子間電圧の最大電圧との間に設定されていることを特徴とする。

上記課題を解決するため、請求項４に記載の発明は、充電用電力に対してそれぞれ並列接続される二次電池と、ツェナーダイオードと、電気回路と、前記二次電池を着脱可能に保持する電池保持手段と、を備える電気機器に含まれるコンピュータを、前記二次電池の端子間電圧を測定する電圧測定手段、前記測定された端子間電圧が所定値より小さいと判断したときに、前記二次電池を前記充電用電力により充電する一方、前記測定された端子間電圧が所定値より大きいと判断したときに、前記電気回路に前記充電用電力を供給する制御手段、として機能させる電気機器の充電プログラムであって、前記所定値は、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧と、前記二次電池が前記電池保持手段に装着されている際の前記端子間電圧の最大電圧との間に設定されていることを特徴とする。

次に、本願に対応する最良の実施形態について、図面に基づいて説明する。

本願は、例えば、家庭用親子電話機の子機のように、着脱可能な二次電池としての充電池を内蔵し充電する機能を有する電気機器に適用可能である。よって、本実施の形態では、本願を家庭用親子電話機の子機に適用した場合を例にして以下に説明する。

（第一の実施形態）
図１に第一の実施形態の子機１の内部回路の構成を示す簡易ブロック図を示す。

外部から直流電流として供給される充電用電力は充電入力検知回路１４で検知され、充電制御スイッチ１３を経て充電池ホルダ１２へと供給される。充電池ホルダ１２には充電池１１が着脱可能な状態でセットされている。充電池ホルダ１２と並行して過電圧保護のためのツェナーダイオード１７が配されており、ツェナーダイオード１７と充電池ホルダ１２との間には電流の逆流防止用のダイオード１８が配されている。また、ダイオード１８と充電池ホルダ１２との間には充電池１１の端子間電圧を測定する充電池電圧計１９が配されている。制御部１５は、充電入力検知回路１４から出力される供給電力の有無を示す検知信号、或いは、充電池電圧計１９が出力する端子間電圧に従って、充電制御スイッチ１３をＯＮ／ＯＦＦ制御すると共に、充電池電圧計１９の出力に従って他の電気回路１６の動作制御も行っている。ここで、その他の電気回路１６として、例えば、ＬＥＤやＢＥＥＰ、或いは、子機１としての機能を果たすためのスピーカ、マイクの他に親機（図示省略）との通信を行う通信回路等が含まれる。

ここで、外部から供給される充電用電力とは、例えば、商用電源コンセント付近に設けられた変圧器及び整流器（図示省略）において直流変換され整流されて供給される電力をいう。

充電入力検知回路１４は、外部から入力された充電用電力の有無を検知して制御部１５に伝える。

充電池電圧計１９は、充電池ホルダ１２における充電池１１充電用の端子位置における端子間電圧を測定し端子間電圧制御部１５に出力する。

制御部１５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）で構成され、充電入力検知回路１４から出力された検知信号から充電用電力が供給されているか否かを判断する。そして、充電用電力が供給されているとき、後述する充電制御スイッチ１３をＯＮ制御する。また、充電池電圧計１９が測定した端子間電圧に基づき充電池１１の充電が完了していると判断したとき、満充電状態で待機するため負荷から切り離した状態で絶えず微小な定電流を流すトリクル充電を行ったり、過充電による充電池１１に生じる危険を回避するために、充電制御スイッチ１３をＯＮ／ＯＦＦ制御する。

充電制御スイッチ１３は、制御部１５からの指示により、充電用電力が供給されているときにはＯＮに動作し、充電用電力を充電池ホルダ１２へ送るように接続する。充電用電力が供給されていないとき、または、充電池電圧計１９が測定した端子間電圧によって充電が完了していると判断されるときは、接続をＯＦＦに切り替えて接続断とする。即ち、子機１が充電スタンド（図示省略）にセットされて充電用電力が供給されているときには、充電用電力が流れるようにする。一方、子機１が充電スタンドにセットされていないとき、或いは、充電スタンドにセットされているが充電用電力が供給されていないときには接続断を行うことで、外部に露出している二つの電力供給用端子における電位差が無いようにし、二つの電力供給用端子に誤って接触したときでも充電池１１から電流が流れないように保護している。また、充電池電圧計１９が測定した端子間電圧によって充電が完了していると制御部１５が判断するとき、制御部１５の指示に応じてＯＮ／ＯＦＦ動作を行う。

充電池ホルダ１２は、充電池１１を着脱可能に保持し、外部から供給される充電用電力を充電池１１に伝えている。

充電池１１は、例えば、ニッカド電池、ニッケル水素電池、リチウム充電池等で構成され、充電用電力を蓄えると共に、蓄えた電力を制御部１５及び他の電気回路１６へ供給する。

ツェナーダイオード１７は、制御部１５及び他の電気回路１６に過大な電圧がかからないように制限する。

ダイオード１８は、充電池１１からの漏れ電流を防いだり、誤って逆接続したときの電流の逆流を防止する。

尚、ここで、例えば、第一の実施形態における子機１は本願に係る電気機器を、充電池１１は本願に係る二次電池を、充電池ホルダ１２は本願に係る電池保持手段を、ツェナーダイオード１７は本願に係るツェナーダイオードを、充電池電圧計１９は本願に係る電圧測定手段を、電気回路１６は本願に係る電気回路を、制御部１５は本願に係る制御手段を、それぞれ構成する。

次に、充電池電圧計１９によって測定され出力された端子間電圧に基づき制御部１５が行う判断について以下に説明する。

まず、子機１に充電池１１がセットされた状態で充電スタンド（図示省略）にセットされ、充電用電力が供給された場合を説明する。

外部から入力される充電用電力は、電力供給用端子を介して子機１に供給される。充電入力検知回路１４において、充電用電力の有無が検知され、充電用電力が供給された旨の検知信号が制御部１５へ出力される。

制御部１５は、充電入力検知回路１４から出力される検知信号に基づき充電用電力が供給されていることを知り、充電制御スイッチ１３をＯＮにする制御信号を出力する。この制御信号を受けて、充電制御スイッチ１３は充電用電力が充電池ホルダ１２へ送られるようにＯＮ接続する。

充電用電力は充電池ホルダ１２へと供給され、充電池ホルダ１２の端子を介して充電池１１へと供給される。

このとき、充電池電圧計１９は充電池ホルダ１２の端子間電圧を検出測定し、測定した端子間電圧の電圧値を制御部１５へと出力する。

端子間電圧に基づき制御部１５は、端子間電圧が電気回路１６を保護するために予め定めた所定値より大きいか否かを判断する。

子機１に充電池１１がセットされた状態であるから、測定された端子間電圧は所定値よりも小さいので、制御部１５は子機１に充電池１１がセットされていると判断する。

そして、その後、充電池電圧計１９が測定する端子間電圧に基づいて制御部１５は充電池１１の充電の程度を監視し、端子間電圧から充電が完了したと認識したときは、充電制御スイッチ１３をＯＦＦ制御する。更に、充電池１１のトリクル充電のために充電制御スイッチ１３をＯＮ／ＯＦＦ制御する。

正常な動作時に制御部１５が行う判断を説明したので、次に、子機１に充電池１１がセットされているか否かを判断する所定値の決定を以下に説明する。

図２に、充電池１１を装着した子機１に充電用電力が入力されたときの電圧変化曲線（実線）と、充電池１１を装着しない状態のときの電圧変化曲線（破線）とを示す。ここでは定電流充電を例に説明する。

通常、充電器１１が放電した状態で充電を開始するとき図２の実線で示す電圧変化特性を示す。即ち、初期状態において充電池１１の端子間電圧は低い値（この例では０（ゼロ））を示すが、充電が開始すると共に電圧は上に凸の自然関数（ｅ関数）の曲線となって充電される。即ち、過電圧保護がかかった状態のツェナー電圧をＶｚとしたとき、単位時間当たりの供給電力は、端子間電圧の上限となるツェナー電圧Ｖｚと充電池の実際の端子間電圧との差に比例する。そして、充電池１１は仕様によって定められる最大充電量Ｖｅまで充電される。定電流充電では、充電末期においても一定電流が供給されるので、制御部１５は、充電池電圧計１９が出力する端子間電圧に基づいて充電完了を認識し、過充電防止のために充電制御スイッチ１３をＯＦＦ制御する。

一方、充電池１１を装着しないとき、充電池ホルダ１２側の端子間電圧は、図２の破線で示すように、接続直後から端子間電圧の上限となるツェナー電圧Ｖｚを示す。

即ち、子機１に充電池１１が装着されているときの電圧変化特性は図２の実線で示すように変化し、その最大値は充電池１１の仕様によって決定する最大端子電圧Ｖｅであり、一方、充電池１１を装着していないときの電圧変化特性は破線で示すように変化し、充電開始直後から端子間電圧の上限となるツェナー電圧Ｖｚに一致する。よって、充電池１１が装着されているか否かの判断基準としての所定値をＶｚとＶｅとの間に設定したとき、充電開始直後に充電池電圧計１９が検出する端子間電圧がこの所定値よりも大きいときは充電池１１が装着されていないと判断することができ、この所定値よりも低い値を示すときには充電池１１が装着されていると判断することができる。

次に、充電池１１の装着の有無の判断を含めた一連のフローを、図３に示すフローチャートに従って説明する。

通話が終了し子機１が充電スタンド（図示省略）にセットされて制御部１５がリセットされた状態において本フローチャートに示す処理が開始する（ステップＳ１）。

充電入力検知回路１４が充電用電力の入力を検知しないとき（ステップＳ２：Ｎ）、親機（図示省略）との通信の待機状態など子機１としての通常の動作を実行し（ステップＳ３）、充電用電力の検知を継続する。

一方、充電入力検知回路１４が充電用電力の入力を検知したとき（ステップＳ２：Ｙ）、充電入力検知回路１４は検知信号を制御部１５に出力し、検知信号を受けた制御部１５は、充電制御スイッチ１３をＯＮ制御する。

続いて、充電池電圧計１９が充電池ホルダ１２の端子間電圧を測定し制御部１５に出力する（ステップＳ４）。

端子間電圧に基づいて制御部１５は子機１が充電池１１を装着しているか否かを判断する（ステップＳ５）。

充電池１１を装着していると判断したとき（ステップＳ５：Ｙ）、通常の充電処理を行う（ステップＳ６）。

これに対して、端子間電圧に基づき充電池１１を装着していないと判断したとき（ステップＳ５：Ｎ）、制御部１５はツェナーダイオード１７の付加を軽減させるために他の電気回路１６を動作させる制御を行う（ステップＳ７）。

充電用電力が検出される限りは（ステップＳ８：Ｙ）、他の電気回路１６を動作させ続け、充電用電力の分散消費を実行し続ける。

これに対して、子機１が充電スタンドから外されるなどして、子機１への充電用電力の入力が検出されなくなったとき（ステップＳ８：Ｎ）、他の電気回路１６の動作を終了させて本フローは終了する。

ここで、第一の実施形態においては、例えば、ステップＳ５及びステップＳ７の処理が実行されることにより請求項記載の「制御手段」が、実現される。

以上に説明したように、本願によれば、充電池電圧計１９が測定出力する端子間電圧を基にして制御部１５が他の電気回路１６を動作させるので、充電池１１が装着されていない状態では、充電用電力はツェナーダイオード１７及び他の電気回路１６が分散して消費される。よって、ツェナーダイオード１７に過大な電流が流れることはなく、これにより、ツェナーダイオード１７には高い降伏電圧を有する高価な部品を採用する必要はなく、子機１の製造原価を低く抑えることができる。

なお、本願の実施形態は上記に限定されるものではなく、例えば以下のように変形してもよい。

充電池１１が装着されていない状態で充電用電力を他の電気回路１６で分散消費するとき、他の電気回路のうちＬＥＤやＢＥＥＰなどをこの電力を使って駆動させ、当該子機１に充電池１１が装着されていないことをユーザに知らせるように駆動させることも可能である。例えば、ＬＣＤ（液晶画面）を有している場合、充電池１１が装着されていないことを表示するようにしてもよい。また、ＢＥＥＰにおいて信号音を発するようにしてもよい。

上記第一の実施形態では定電流充電を例に説明をしたが、充電池の装着の有無の判断は充電開始直後の端子間電圧で行うので、充電開始直後は定電流充電を行いその後定電圧充電を行う定電流定電圧充電方式でも適用が可能である。この場合、定電圧充電における充電初期に多量の電流が流れるという危険を回避でき、充電末期に一定電圧を維持するように電流を減少させるので、電位差がなくなり電流が流れなくなって自然に充電が終了するという利点がある。

また、図３に示したフローチャートに対応するプログラムをフレキシブルディスク又はハードディスク等の情報記録媒体に記録しておき、又は当該プログラムをインターネット等のネットワーク、または電話回線を介して配信して記録しておき、これを上記子機１の制御部１５に備えられている汎用のマイクロコンピュータ等により読み出して実行させることにより、当該各マイクロコンピュータ等を夫々上記制御部１５として機能させることも可能である。

更に、上記第一の実施形態では家庭用親子電話機の子機に適用した場合を例にして説明をしたが、これに限定されるものではなく、着脱可能な二次電池としての充電池を内蔵し充電する機能を有する電気機器であれば適用可能である。

尚、ここで、第一の実施形態にかかる家庭用親子電話機の子機１は、充電池１１を着脱可能に保持し、且つ、外部から供給される電力で充電池１１を充電する充電池ホルダ１２と、前記外部から供給される電力によって子機１内部の電気回路１６の過電圧を防ぐツェナーダイオード１７と、前記充電池ホルダ１２における前記充電池１１充電用の端子位置における端子間電圧を測定する充電池電圧計１９と、前記端子間電圧が前記電気回路１６を保護するために予め定めた所定値より大きいか否かを判断する制御部１５と、前記端子間電圧が前記所定値より大きいと判断されたとき、前記電気回路１６を動作させる制御部１５と、を有する。

これにより、誤って充電池１１を装着しない状態で充電を開始しても、端子間電圧が所定値より大きいから、制御部１５は電気回路１６を動作させることができる。

よって、外部から供給される電力はツェナーダイオード１７の他に電気回路１６で消費されるので、ツェナーダイオード１７に大きな耐性を有する高価な部品を使用せずとも、内部の構成部品を保護することができる。

（第二の実施形態）
図４に第二の実施形態の子機１の内部回路の構成を示す簡易ブロック図を示す。図１と共通する部分には同一符号を付し、それらの説明は省略する。充電池１１の装着の有無を検知する充電池検知器２０が充電池ホルダ１２に備わっている点が第一の実施形態と相違している。

ここで、充電池検知器２０は、例えば、フォトインタラプタなどで構成され、充電池の装着の有無を機械的に検知し、検知信号を制御部１５に出力する。

次に、第二の実施形態において制御部１５が行う判断のうち、第一の実施形態との相違点を以下に説明する。

充電池検知器２０は充電池１１がセットされていることを機械的に検知し、検知信号を制御部１５に出力する。この検知信号に基づき、制御部１５は充電池１１がセットされていると判断する。

次に、充電池１１の装着の有無の判断を含めた一連のフローを、図５に示すフローチャートに従って説明する。図３と共通する工程には同一符号を付し、それらの説明は省略する。

第一の実施形態における図３に示すフローチャートのステップＳ２と同一の入力検知の判断を行い、充電入力検知回路１４が充電用電力の入力を検知したとき（ステップＳ２：Ｙ）、第２の実施形態のステップＳ１４に移行する。

即ち、ステップＳ１４において、充電池検知器２０が充電池の装着の有無を機械的に検知し、検知信号を制御部１５に出力する。

この検知信号に基づいて制御部１５は子機１が充電池１１を装着しているか否かを判断する（ステップＳ５）。

これ以降の工程は図３に示すフローチャートの内容と同じである。

第二の実施形態でも、図５に示したフローチャートに対応するプログラムをフレキシブルディスク又はハードディスク等の情報記録媒体に記録しておき、又は当該プログラムをインターネット等のネットワーク、または電話回線を介して配信して記録しておき、これを上記子機１の制御部１５に備えられている汎用のマイクロコンピュータ等により読み出して実行させることにより、当該各マイクロコンピュータ等を夫々上記制御部１５として機能させることも可能である。

尚、ここで、第二の実施形態にかかる家庭用親子電話機の子機１は、充電池１１を着脱可能に保持し、且つ、外部から供給される電力で充電池１１を充電する充電池ホルダ１２と、前記外部から供給される電力によって子機１内部の電気回路１６の過電圧を防ぐツェナーダイオード１７と、充電池１１の装着の有無を検知する充電池検知器２０と、充電池１１が装着されていないことを検知したとき、前記電気回路１６を動作させる制御部１５と、を有する。

これにより、誤って充電池１１を装着しない状態で充電を開始しても、充電池１１が装着されていないことを検知して、制御部１５は電気回路１６を動作させることができる。

よって、外部から供給される電力はツェナーダイオード１７の他に電気回路１６で消費されるので、ツェナーダイオード１７に大きな耐性を有する高価な部品を使用せずとも、内部の構成部品を保護することができる。

図１は、第一の実施形態に係る回路図の概略を示す。 図２は、充電用電力が入力されたときの電圧変化曲線を示す。 図３は、充電用電力の分散消費の処理フローを示す。 図４は、第二の実施形態に係る回路図の概略を示す。 図５は、充電用電力の分散消費の処理フローを示す。

符号の説明

１：子機
１１：充電池
１２：充電池ホルダ
１３：充電制御スイッチ
１４：充電入力検知回路
１５：制御部
１６：電気回路
１９：充電池電圧計
２０：充電池検知器

Claims (4)

1. 充電用電力に対してそれぞれ並列接続される二次電池と、ツェナーダイオードと、電気回路と、
   前記二次電池を着脱可能に保持する電池保持手段と、
   前記二次電池の端子間電圧を測定する電圧測定手段と、
   前記測定された端子間電圧が所定値より小さいと判断したときに、前記二次電池を前記充電用電力により充電する一方、前記測定された端子間電圧が所定値より大きいと判断したときに、前記電気回路に前記充電用電力を供給する制御手段と、
   を備え、
   前記所定値は、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧と、前記二次電池が前記電池保持手段に装着されている際の前記端子間電圧の最大電圧との間に設定されていることを特徴とする電気機器。
2. 請求項１に記載の電気機器において、
   前記制御手段は、前記二次電池が前記電池保持手段に装着されていない状態を知らせるように前記電気回路を動作させることを特徴とする電気機器。
3. 充電用電力に対してそれぞれ並列接続される二次電池と、ツェナーダイオードと、電気回路と、
   前記二次電池を着脱可能に保持する電池保持手段と、
   を備える電気機器の充電方法において、
   前記二次電池の端子間電圧を測定する電圧測定工程と、
   前記測定された端子間電圧が所定値より小さいと判断したときに、前記二次電池を前記充電用電力により充電する一方、前記測定された端子間電圧が所定値より大きいと判断したときに、前記電気回路に前記充電用電力を供給する制御工程と、
   を含み、
   前記所定値は、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧と、前記二次電池が前記電池保持手段に装着されている際の前記端子間電圧の最大電圧との間に設定されていることを特徴とする電気機器の充電方法。
4. 充電用電力に対してそれぞれ並列接続される二次電池と、ツェナーダイオードと、電気回路と、
   前記二次電池を着脱可能に保持する電池保持手段と、
   を備える電気機器に含まれるコンピュータを、
   前記二次電池の端子間電圧を測定する電圧測定手段、
   前記測定された端子間電圧が所定値より小さいと判断したときに、前記二次電池を前記充電用電力により充電する一方、前記測定された端子間電圧が所定値より大きいと判断したときに、前記電気回路に前記充電用電力を供給する制御手段、
   として機能させる電気機器の充電プログラムであって、
   前記所定値は、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧と、前記二次電池が前記電池保持手段に装着されている際の前記端子間電圧の最大電圧との間に設定されていることを特徴とする電気機器の充電プログラム。

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