JP4661904B2 - 携帯機器および携帯機器システム - Google Patents

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Description

本発明は、電池のリフレッシュの要否を的確にユーザに報知できるようにした携帯機器および携帯機器システムに関する。
カメラ等に一般的に設けられたバッテリチェック機能は、電源電池の電圧を所定時間周期でモニタし、電池電圧が予め定めた幾つかの基準レベルより低くなるたびに段階的に警告を発生するものである。警告の内容は、「電池残量が十分である」、「残量が少なくなった」、「電池交換要」などであり、例えば液晶表示器に絵文字等で表示される。かかるバッテリチェックは、あくまで撮影者に電池交換を促すために備わっている機能であり、正確な残量表示ではなく、残りの撮影可能枚数や使用可能残り時間等をユーザに正確に報知できるものではない。
一方、特許文献1には、二次電池パックに電流検出器や電圧検出器、更には通信回路を持たせ、電池パックからのバッテリ残容量情報と充放電電流検出情報と電池セル電圧検出情報とを電子機器(例えば、ビデオカメラ)側で受信し、これらの情報に基づいて現在の電池残量を算出して表示するようにする方法が開示されている。この方法によれば、上記バッテリチェックと比べて正確な電池残量が分かり、使用可能残り時間等をユーザに報知することが可能となる。
特開平9−297166号公報
しかしながら、一般に二次電池は使用を重ねるうちに絶対容量が低下する特性があるから、古い電池ほどその絶対容量と機器側で認識する絶対容量とのずれが大きくなり、特許文献1の方法を用いて正確な電池残量を求めることはできなくなる。このようなずれを解消するには、電池を一度完全に放電するいわゆるリフレッシュ(キャリブレーションともいう)動作が必要である。電池のリフレッシュを行い、しかる後にフル充電すれば、その充電量がすなわち電池の絶対容量である。近年ではリフレッシュ機能を持った充電器も実用に供されているが、1回のリフレッシュには長時間を要する(一般に充電よりも長くかかる)ので、これを頻繁に行うとなるとユーザの負担が増大する。そこで、リフレッシュの要否を的確にユーザに報知できる機能が望まれる。
請求項1の発明に係る携帯機器は、電池から総電力消費量および所定のサンプリング周期での放電電流値を受信する受信装置と、放電電流値に基づいてサンプリング間の電力消費量を演算するとともに、各サンプリング間の電力消費量を前記受信した総電力消費量に順次加算して総電力消費量を更新する演算装置と、更新された総電力消費量を電池に送信する送信装置と、サンプリングのたびに上記更新された総電力消費量に基づいて電池のリフレッシュの要否を判定する判定装置と、判定装置がリフレッシュ要と判定した場合にその旨を使用者に報知する報知装置とを具備することを特徴とする。
請求項3の発明に係る携帯機器システムは、携帯機器と携帯機器に装填される電池とから成るシステムであって、
電池は、総電力消費量を記憶する記憶部と、電流検出装置と、所定のサンプリング周期で電流検出装置から取得した放電電流値を携帯機器に送信し、携帯機器から受信した総電力消費量を記憶部に記憶し、記憶部に記憶した総電力消費量を携帯機器に送信する通信部とを有し、
携帯機器は、電池から総電力消費量および放電電流値を受信する受信装置と、受信した放電電流値に基づいてサンプリング間の電力消費量を演算するとともに、各サンプリング間の電力消費量を受信した総電力消費量に順次加算して総電力消費量を更新する演算装置と、更新された総電力消費量を電池に送信する送信装置と、サンプリングのたびに更新された総電力消費量に基づいて電池のリフレッシュの要否を判定する判定装置と、判定装置がリフレッシュ要と判定した場合にその旨を使用者に報知する報知装置とを有することを特徴とする。
本発明によれば、複数の電池を1台の携帯機器で、また同じ電池を複数台の携帯機器で使い回す場合でも各電池ごとに電力消費量を演算でき、各電池に対するリフレッシュの要否を的確に使用者に報知できる。
図1〜図7により本発明の一実施の形態を説明する。
図1は本実施形態におけるカメラの上面図である。カメラ1の上面には、電源をオン・オフするためのメインスイッチ30、種々の情報を表示する液晶表示装置23、各種操作スイッチ類から構成される情報設定回路25、およびリフレッシュ要求表示用のLED29が設けられている。LED29は、点灯あるいは点滅することで電池のリフレッシュをユーザに促す。
カメラ1は、図2に示す専用の電池(電池パック)2から電力の供給を受ける。電池2は、例えばリチウムイオン電池などの二次電池セルを内蔵し、不図示の充電器にセットすることで充電およびリフレッシュが可能である。カメラ1に電池2が装填されると、図2に示すように、カメラ側の端子C1〜C4と電池側の端子B1〜B4とが電気的に接続され、端子C1とB1とを繋ぐ通信ライン3と、端子C2とB2とを繋ぐ装填認識ライン4と、端子C3とB3とを繋ぐ電源プラスライン5と、端子C4とB4とを繋ぐ電源マイナスライン6とが確立される。電源マイナスライン6は、カメラ1と電池2の全回路の電圧基準レベルである。
図3は電池2のブロック図である。電池2は電池セル11と制御回路部とから成り、制御回路部は、タイマ回路10、電源回路12、容量演算MCU14、電流検出回路18、電池保護回路15、メモリ17等から構成される。電源回路12は、電池セル11からの入力電圧を回路動作レベルに変換し、各回路に電力を供給する。容量演算MCU14は、タイマ機能を有し、電池内の全ての回路動作を監視・制御すると同時に、通信ライン3を介してカメラ1と通信を行う。電流検出回路18は、センス抵抗19に流れる充放電電流をモニタし、容量演算MCU14に報知する。容量演算MCU14は、所定のサンプリング周期で電流検出回路18の出力を読み込み、後述するように電力消費量の演算を行う。
保護回路15は、電流検出回路18が異常電流を検出したときや、容量演算MCU14から出力遮断制御信号があったときにMOS13をオフし、強制的に電流供給を断つ。メモリ17には、電池容量や消費電力などの種々の情報が記憶され、必要に応じて記憶情報を容量演算MCU14に提供する。タイマ回路10は、容量演算MCU14の指示に従って時間計測を行う。
図4はカメラ1のブロック図である。電源プラス/マイナスライン5,6から供給される電源は、撮影シーケンスに必要な電源として使用されるとともに、DC/DCコンバータ22でカメラ内の各動作回路に必要な電圧レベルに調整される。カメラ1の全動作を制御するカメラMCU21には、上述したメインスイッチ30、情報設定回路25、液晶表示装置23およびリフレッシュ警告用のLED29が接続されるとともに、センサ回路24、メモリ26およびシーケンス駆動回路27が接続される。
センサ回路24は、被写体の輝度を検出する測光回路や、焦点調節状態を検出する焦点検出回路を含む。メモリ26には種々の情報が記憶され、必要に応じて記憶情報をカメラMCU21に提供する。カメラMCU21は、情報設定回路25を構成する種々のスイッチ操作に応じてその操作に応じた動作を行う。例えばレリーズスイッチがオンすると、カメラMCU21はシーケンス駆動回路27にシーケンス信号を出力し、これを受けたシーケンス駆動回路27は、モータやマグネットなどのアクチュエータを駆動し、一連の撮影シーケンスを実行する。
次に、本実施形態の特徴である電池のリフレッシュ要求に関連する動作を説明する。
電池2内の容量演算MCU14は、所定のサンプリング周期Tで電池の電力消費量を演算し、リフレッシュの要否を判定する。すなわち、一般に電池は電力消費量が一定レベルを超えて大きくなると容量が低下するから、電池の使用開始から、あるいは前回のリフレッシュ動作からの電力消費量Wttlを求め、これを所定の閾値Wpre(例えば、40000mAh)と比較することでリフレッシュの要否を判定できる。どの程度の電力消費で容量が低下するかは電池の種類によって異なるため、上記閾値Wpreは電池の種類ごとに予め設定し、メモリ17に記憶させておく。
具体的な演算方法を説明すると、サンプリングのたびにまず電流検出回路18からその時点での放電電流値Inowを取得し、サンプリング周期Tにおける電力消費量Wnowを
Wnow=Inow×T・・・(1)
により求める。そして、
Wttl=Wttl+Wnow・・・(2)
により、前回までの総電力消費量WttlにWnowを順次加算してWttlを更新してゆく。このWttlが、電池使用開始あるいは前回のリフレッシュ動作から各サンプリング時点までの総電力消費量に相当する。Wttlが更新されるたびに、そのWttlを閾値Wpreと比較し、Wpre以上の場合には、電池のリフレッシュが必要と判断し、カメラ1にリフレッシュ要求を出す。
カメラMCU21は、電池2との通信においてリフレッシュ要求を受信すると、LED29を点灯あるいは点滅させてユーザにリフレッシュを促す。LED29の動作を認識したユーザは、電池2を不図示の充電器に装填し、リフレッシュを行う。通常は、特定のボタン操作でリフレッシュが開始されるようになっている。リフレッシュが完了すると、充電器からその旨の情報が電池2に送られ、これを受けて容量演算MCU14は上記総電力消費量Wttlをリセットする。次にユーザが電池をフル充電すると、その充電量が電池の絶対容量として電池2に記憶される。電池2をカメラ1に再装填することで、カメラ側でも絶対容量を把握でき、正確な電池残量や残り撮影可能枚数などを演算し、表示することができる。
因みに、他のリフレッシュ要否判定としては、所定レベル以上の充電の回数を計数し、その回数が所定回数に達したらリフレッシュ要と判断する方法が考えられる。しかし、各回の充電量が常に一定とは限らないから、単なる充電回数では総電力消費量を推し量ることはできず、適切なタイミングでリフレッシュ要求を出すことができない。例えば、ユーザによっては電池を少し使用してから直ぐに充電するといった継ぎ足し充電を繰り返す場合もあり、かかるケースではいたずらにリフレッシュ要求が頻発し、ユーザの手間が増大する。上述した本実施形態の方法によれば、時間TごとにWnowを求めて総電力消費量Wttlを更新し、その都度Wttlに基づいてリフレッシュの要否を判定しているので、ユーザの電池使用方法に拘わらず、真にリフレッシュが必要なときのみリフレッシュ要求を出すことができる。
ところで、電池はカメラ1のメインスイッチ30がオンしているときは勿論、メインスイッチ30がオフしているときも電力を消費する。よって容量演算MCU14は、メインスイッチ30のオン・オフに拘わらず上述したWttlの演算、およびそれに基づくリフレッシュの要否判定を繰り返し行うが、その際のサンプリング周期Tをメインスイッチ30のオン・オフによって変えている。すなわち、メインスイッチ30がオンのときには、カメラ1は複数の電気アクチュエータを駆動して種々の動作を不定期に行うため、放電電流値は時間に応じて著しく変化する。したがって、サンプリング周期Tを短くして演算を頻繁に行わないと総電力消費量を正確に求めることはできない。一方、メインスイッチ30がオフのときは、カメラ1は殆ど動作を行わないため、電流値が時間によって大きく変化することはなく、サンプリング周期Tをかなり長くとっても問題はない。
以上の点に鑑み、本実施形態では、メインスイッチオン時には、
T=Ton(数ms程度)
とする一方、メインスイッチオフ時には、
T=Toff(1〜2s程度)
とした。このようにToffをTonよりも大幅に長くとることで、メインスイッチオフ時の演算回数を最小限に減らし、電力消費を抑えることができる。
以上は電池2がカメラ1に装填されていることを前提とした制御であるが、電池はカメラ1から取り外された単体状態(待機状態)においても僅かながら自己放電を行う。したがって、電池2が長期に渡って単体で保管されるようなケースを考えると、自己放電による電力消費量Q_waitをも考慮して総電力消費量を求める必要がある。この自己電力消費量Q_waitは、待機時の自己消費電流値Iwaitが常にほぼ一定と考えられることから、次式により求めることができる。
Q_wait=Iwait×Twait・・・(3)
ただし、Twaitは電池の待機時間
ここで、自己消費電流値Iwaitは予めメモリ17に格納しておけばよく、また待機時間Twaitはタイマを用いて計測すればよい。そして、Q_waitが求まるたびに、これを上記Wttlに加算することで、正確な総電力消費量を求めることが可能となる。
図5〜図7は上述の制御を実現するための処理の一例を示し、図5はカメラ側の処理を、図6,図7は電池側の処理をそれぞれ示している。
まず図5によりカメラ処理を説明すると、カメラ1に電池2が装填されるのに伴って電力供給が開始され(ステップS101)、カメラMCU21が初期化されて通常動作可能な状態となる(ステップS102)。
カメラMCU21は、電池の初期情報を得るために、ステップS103で電池2と通信を行い、幾つかの電池情報を取得する。それらの情報の中に電池2のシリアルナンバー(SN)があり、ステップS104ではそのシリアルナンバーとメモリ17に登録されているシリアルナンバーとの照合を行う。照合の結果、既に登録された電池2であることが判明した場合には、ステップS105に進み、未登録電池である場合にはステップS110でユーザにキー入力を促す。ユーザがカメラ1の案内に従ってキー入力を行うと、ステップS111でキー確認が行われる。確認の結果、入力情報が所定のルールに従うものであれば、正規の電池として認識し、その電池2を新たに登録してステップS105に進む。所定ルールに従わない入力情報であれば、不正な電池であると認識し、ステップS112で液晶表示装置23に使用不可の旨を表示し、以降のカメラ動作を全て禁止する。
ステップS105では、リフレッシュ要求の有無を判定する。リフレッシュ要求の有無を示す情報は、ステップS103で取得した電池情報の中に含まれており、リフレッシュ要求があればステップS113でLED29を点滅させてユーザにリフレッシュを促し、ステップS106に進む。リフレッシュ要求がなければLED29を消灯したままステップS106に進む。
ステップS106ではメインスイッチ30のオン・オフを判定し、オンであればステップS107で電池2にメインスイッチ30がオンである旨の情報を伝達する。その後は、通常のカメラ動作(ステップS108)に移行し、ユーザによる種々のスイッチ操作を受け付け、操作に応じてモード設定等を行ったり、撮影シーケンスを実行したり、必要な情報を液晶表示装置23に表示したりする。メインスイッチ30がオフされた場合には、ステップS114で電池2にメインスイッチ30がオフである旨の情報を伝達した後、ステップS115でオフ時処理を行う。オフ時処理においては、液晶表示装置23にオフ時の情報を表示し、上記LED29を消灯し、最後にカメラMCU21自身の電源を落として動作を停止する。
次に、電池2における処理を図6,図7により説明する。
電池2の容量演算MCU14は、電池2がカメラ1に装填されるまで待ち(ステップS202)、装填されるとステップS203以降の処理を行う。装填の有無は、端子B2の状態を監視し続けることで認識できる。端子B2がハイレベルのままであれば装填されていないと判断し、端子B2がローレベルになると装填されたと判断する。
ステップS203では、タイマ回路10による計時を停止する。この計時は、電池2がカメラ1から取り外されたときにステップS220で開始されるもので、したがってこの時点での計時時間は上述した電池の待機時間Twaitに相当する。Twaitが得られたので、ステップS204では上記(3)式に従って待機時の自己電力消費量Q_waitを求め、これを総電力消費量Wttlに加算する。次に、ステップS205で電流検出回路18のサンプリングタイマカウンタを上記メインスイッチオフ時の値Toffに設定するとともに、後の演算に備えてT=Toffとする。ステップS206では、容量演算MCU14のポートを割り込みポートに設定し、タイマ回路10からの割込を受け付けられるようにしてタイマを起動する。これにより、タイマ回路10が時間ToffごとにMCUのポートに割込信号を発する。
ステップS207では、端子B1を監視することでカメラ1からの通信ハンドシェイクを待つ。通信ハンドシェイクがあると、ステップS208でカメラ1と通信を行い、カメラ1からの情報を受信するとともに、カメラ1へ必要な情報を送信する。ステップS209では、受信情報に基づいてカメラ1のメインスイッチ30のオン・オフを判定する。メインスイッチ30がオフであればステップS207に戻って次の通信ハンドシェイクを待つ。これらステップS207〜S209の処理を繰り返す間も、時間Toffごとに割込信号が発せられ、その都度図7の割込処理が実行される。割込処理は、電池の電力消費量を求めてリフレッシュの要否を判定するものであり、その詳細は後述する。
ステップS209でカメラ1のメインスイッチ30がオンされたと判定されると、ステップS210でサンプリングタイマの動作を停止する。ステップS211では、サンプリングタイマカウンタを上記メインスイッチオン時の値Tonに設定するとともに、後の演算に備えてT=Tonとし、ステップS212でタイマを起動する。これにより、タイマ回路10が時間Tonごとに容量演算MCU14のポートに割込信号を発する。
ステップS213では、後述の割込処理で設定されるリフレッシュ要求フラグの内容をチェックする。リフレッシュ要求フラグが「1」であれば、ステップS214において、次の通信時にリフレッシュ要求をカメラ1に送信すべく用意する。「0」であればステップS214をスキップしてステップS215に進む。
ステップS215では、端子B1を監視することでカメラ1からの通信ハンドシェイクの有無を判定する。通信ハンドシェイクがなければステップS219に進み、あればステップS216でカメラ1と通信を行い、カメラ1からの情報を受信するとともに、カメラ1へ必要な情報を送信する。ステップS217では、受信情報に基づいてカメラ1のメインスイッチ30のオン・オフを判定し、オフされていれば、ステップS218でサンプリングタイマ動作を停止してステップS205に進む。メインスイッチ30がオンのままであれば、ステップS219で端子B2をチェックし、電池がカメラ1から取り出されたか否かを判定する。端子B2がローレベルであればカメラに装填されていると判断し、ステップS213に戻る。端子B2がハイレベルであれば、電池がカメラから取り外されたと判断し、ステップS220で電池の待機時間Twaitを計測するためのタイマを起動した後、ステップS202に戻ってカメラへの装填を待つ。
次に、図7を参照して容量演算MCU14による割込処理の詳細を説明する。この処理は、上述したように電池の電力消費量を求めてリフレッシュの要否を判定するもので、TonまたはToffの周期で定期的に起動されるものである。
ステップS301では電流検出回路18を起動し、センス抵抗19を流れる電流値を検出せしめる。ステップS303では割込フラグをクリアし、次のサンプリングに備える。ステップS305では電流検出回路18の検出値を取得し、これを電流値Inowとする。ステップS306では、上記(1)式に従って、サンプリング周期Tにおける電力消費量Wnowを演算するとともに、(2)式に従って、総電力消費量Wttlを演算する。
ここで、(1)式におけるTは、上述したようにTonまたはToffである。
上記ステップS306でWttlが更新されたので、ステップS307ではそのWttlを閾値Wpreと比較する。Wttl<Wpreであれば、ステップS308Aでリフレッシュ要求フラグを「0」に設定し、Wttl≧Wpreであれば、ステップS308Bでリフレッシュ要求フラグを「1」に設定する。その後、ステップS310でリターンする。
以上では、電池が総電力消費量を演算するとともに、それに基づいてリフレッシュ要否判定を行い、判定結果をカメラに送信する例を示したが、電池が総電力消費量を求めてカメラに送信し、カメラ側で総電力消費量を閾値と比較してリフレッシュ要否判定を行うようにしてもよい。
また、電池が所定のサンプリング周期で放電電流値をカメラに送信し、カメラがその電流値に基づいて総電力消費量を演算するとともに、それに基づいてリフレッシュ要否判定を行うようにしてもよい。この場合は、カメラが演算した総電力消費量を定期的に電池に送信して電池に記憶させ、必要なタイミングでその総電力消費量をカメラで受信してこれを更新するようにすれば、複数の電池を1台のカメラで、また同じ電池を複数台のカメラで使い回す場合でも各電池ごとに電力消費量を演算できる。あるいはカメラ側が、複数の電池の総電力消費量を各電池のID(例えば、シリアルナンバー)に対応づけて記憶するようにしてもよい。
さらに以上では、電池使用時の放電電流を検出して総電流消費量を求めたが、電池は放電されただけ充電されることに鑑み、充電量を総電流消費量として求めるようにしてもよい。この場合は電池充電中の充電電流値を所定のサンプリング周期で電池が検出し、上述と同様の演算方法で総電力消費量を求めることができる。
なお、電池は二次電池であればその種類は問わない。またカメラ以外の携帯機器(例えば、モバイルパソコン)およびその機器に装填される電池にも本発明を同様に適用できる。
一実施形態におけるカメラの上面図。 カメラと電池との接続ラインを示す図。 電池の構成を示すブロック図。 カメラの構成を示すブロック図。 カメラ側の制御手順を示すフローチャート。 電池側の制御手順を示すフローチャート。 電池側の制御手順のうちリフレッシュ要否判定に係る割込処理手順を示すフローチャート。
符号の説明
1 カメラ
2 電池
3 通信ライン
4 装填認識ライン
5 電源プラスライン
6 電源マイナスライン
10 タイマ回路
14 容量演算MCU
17,26 メモリ
18 電流検出回路
19 センス抵抗
21 カメラMCU
29 リフレッシュ要求表示用LED
30 メインスイッチ
B1〜B4 電池端子
C1〜C4 カメラ端子

Claims (4)

  1. 電池から総電力消費量および所定のサンプリング周期での放電電流値を受信する受信装置と、
    前記放電電流値に基づいてサンプリング間の電力消費量を演算するとともに、各サンプリング間の電力消費量を前記受信した総電力消費量に順次加算して総電力消費量を更新する演算装置と、
    前記更新された総電力消費量を電池に送信する送信装置と、
    前記サンプリングのたびに前記更新された総電力消費量に基づいて電池のリフレッシュの要否を判定する判定装置と、
    該判定装置がリフレッシュ要と判定した場合にその旨を使用者に報知する報知装置とを具備することを特徴とする携帯機器。
  2. 携帯機器の電源がオフされているときには、オンされているときと比べて前記サンプリング周期を長くすることを特徴とする請求項1に記載の携帯機器。
  3. 携帯機器と携帯機器に装填される電池とから成る携帯機器システムにおいて、
    前記電池は、
    総電力消費量を記憶する記憶部と、
    電流検出装置と、
    所定のサンプリング周期で前記電流検出装置から取得した放電電流値を前記携帯機器に送信し、前記携帯機器から受信した総電力消費量を前記記憶部に記憶し、前記記憶部に記憶した総電力消費量を前記携帯機器に送信する通信部とを有し、
    前記携帯機器は、
    前記電池から総電力消費量および放電電流値を受信する受信装置と
    前記受信した放電電流値に基づいてサンプリング間の電力消費量を演算するとともに、各サンプリング間の電力消費量を前記受信した総電力消費量に順次加算して総電力消費量を更新する演算装置と、
    前記更新された総電力消費量を電池に送信する送信装置と、
    前記サンプリングのたびに前記更新された総電力消費量に基づいて電池のリフレッシュの要否を判定する判定装置と、
    該判定装置がリフレッシュ要と判定した場合にその旨を使用者に報知する報知装置とを有することを特徴とする携帯機器システム。
  4. 前記演算装置は、携帯機器の電源がオフされているときには、オンされているときと比べて前記サンプリング周期を長くすることを特徴とする請求項3に記載の携帯機器システム。
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