JP5035800B2 - 携帯端末 - Google Patents

Description

本発明は、インテリジェンス電池パックを電源として装着可能な携帯電話端末などの携帯端末に関する。

従来、リチウムイオン２次電池を電源として使用する携帯端末用の電池パックとして、携帯端末とデータ通信を行うためのデータ通信用端子を介して、電圧、電流、電池残量等を端末側に送信するデータ通信機能を有するインテリジェンス電池パックと称されるものがある。

インテリジェンス電池パックは通信を行うための電子回路を内蔵しているので、携帯端末では、装着されたインテリジェンス電池パックが正規のインテリジェンス電池パックであるか否かの判断を行う認証を行うことができる。

即ち、電子回路が搭載されていない従来の電池パックを携帯端末に装着した場合、携帯端末はあらかじめ設定した回数又は時間内に認証動作を繰り返し行い、それでも認証データが得られない場合は、非正規品のインテリジェンス電池パックであると判断する。

特許文献１には携帯電話装置に装着した電源ユニットが正規品であるか否かの認証を行うために、電源ユニットに機種特定情報を格納した装置を搭載する携帯電話装置が開示されている。
特開２００７−０６０３５３号公報

しかし、従来の携帯電話端末では、非正規品のインテリジェンス電池パックが装着された場合、非正規品であることを判断するのに所定の回数または時間の間、認証動作を繰り返す時間が必要となる。よってユーザはその間例えば数秒間待機しなければならない。特に携帯電話端末の場合は、ユーザは電池パックを携帯電話端末に装着するとすぐに使用できることを期待するが、認証に数秒要すると、使い勝手が悪いと感じてしまう問題があった。

本発明は非正規品の電池パックが装着された場合でも短時間で非正規品であることを判断できるようにすることを目的とする。

本発明は、電池パックが装着されて、その装着された電池パックを電源として使用する携帯端末に適用される。
構成としては、電池パックから電源が供給されるバッテリ接続端子と、電池パックとのデータ通信を行うデータ通信端子と、そのデータ通信端子を介してデータ通信を行うデータ通信処理部と、データ通信端子の電圧を基準となる比較電圧との比較で検出する電圧検出部と、オンのとき電圧検出部を作動させる電源を供給する電源供給スイッチを備える。さらに、バッテリ接続端子を介して電源の供給が開始されたとき、電源供給スイッチをオン状態として電圧検出部での電圧の検出を開始させ、そのとき電圧検出部で検出した電圧に基づいて、装着された電池パックの種類を判定し、判定後に電源供給スイッチをオフ状態として電圧検出部を停止させると共に、判定の結果に応じて、装着された電池パックが正規の電池パックであるか否かの判定を行う電池種類判定部と、電池種類判定部で装着された電池パックが正規の電池パックでないと判定した場合に、電池パックから電源が供給される電源供給路を遮断して、装着された電池パックへの充電及び装着された電池パックからの放電を停止させる制御部とを有する構成としてある。

このように構成したことで、電圧検出部で検出した電圧に応じて、装着された電池パックが正規品か否か直ちに判定を行うことが可能となり、装着された電池パックが正規品か否かの判定に時間を必要としなくなる。

本発明によると、装着された電池パックが正規品か否かの判定が短時間で行え、装着された電池パックの認証処理でユーザを待たす必要がなくなり、装着されたインテリジェンス電池パックの認証が必要な携帯端末の使い勝手を向上させることができる。

以下、本発明の一実施の形態の例を、図１〜図５を用いて説明する。本実施の形態の例では、携帯端末の一例として、携帯電話端末に適用した例について説明する。
図２は、本実施の形態の例の携帯電話端末の背面側に、インテリジェンス電池パック４が取り付けられる構成を示した斜視図である。

図２において、携帯電話端末１は、背面に、インテリジェンス電池パック４を収容する電池収容部５を有しており、電池収容部５の内部にはインテリジェンス電池パック４と電気的に接続するためのバッテリプラス（＋）端子３１ｂと、データ通信端子３５ｂと、バッテリマイナス（−）端子３３ｂとが設置されている。

また、筐体内部の電池収容部５側の壁面には、インテリジェンス電池パック４の温度を計測するための温度検出素子であるサーミスタ１０７が、取り付けられている。また、携帯電話端末１の筐体の下端には、ＡＣアダプタなどの外部電源（図示しない）と接続するための外部電源入力端子３０が設けられている。

インテリジェンス電池パック４には、携帯電話端末１の電池収容部５のバッテリプラス（＋）端子３１ｂ、データ通信端子３５ｂ、およびバッテリマイナス（−）端子３８ｂに対応する位置に、バッテリプラス（＋）端子３１ａ、データ通信端子３５ａ、およびバッテリマイナス（−）端子３３ａが設置されている。インテリジェンス電池パック４が携帯電話端末１の電池収容部５に収容されたとき、これらの端子が互いに接触して、インテリジェンス電池パック４と携帯電話端末４が電気的に接続する。
なお、図２に示した電池収容部５の近傍の携帯電話端末１の背面は、図示しない電池カバーにより蓋をする構成としてある。

次に、インテリジェンス電池パック４が携帯電話端末１の電池収容部５に収容された状態での、インテリジェンス電池パック４と携帯電話端末１との電気的な接続構成を、図１に示したブロック図を用いて説明する。なお、図１に示した携帯電話端末１の構成は、電池パック４の制御に関連した構成だけを示してあり、携帯電話端末として必要な無線電話用の通信回路などは省略する。

図１に示したように、インテリジェンス電池パック４は、二次電池で構成される電池セル４２が内蔵されて、バッテリプラス（＋）端子３１ａを電池セル４２の正極に接続してある。電池セル４２の負極は、電流測定抵抗４３とスイッチ４４を介して、バッテリマイナス（−）端子３３ａに接続してある。電池セル４２を構成する二次電池としては、例えばリチウムイオン二次電池が使用される。

電池セル４２の電圧、電流、温度を測定するフュエルゲージ処理部（以下「ＦＧ処理部」と称する）４０を備える。そして、ＦＧ処理部４０からのデータを携帯電話端末１に転送する処理を行うと共に、スイッチ４４を制御する保護処理部４１を備える。ＦＧ処理部４０と保護処理部４１とは、それぞれ集積回路（ＩＣ）化した回路で構成してもよい。

ＦＧ処理部４０は、電池セル４２の電圧を計測する電圧計測部４００と、電池セル４２の温度を計測する温度計測部４０１と、電流測定抵抗４３に流れる電流を測定する電流計測部４０２とを備えている。

電圧計測部４００と、温度計測部４０１と、電流計測部４０２で計測した結果はマルチプレクス（ＭＵＸ）４０３を介して、アナログ／デジタル変換器（以下ＡＤＣと称する）４０４に供給するＡＤＣ４０４で変換されたデータは、後述する中央演算処理ユニット（ＣＰＵ：Central Processing Unit）４０５に転送する。ＣＰＵ４０５に得られた測定結果のデータは、データ通信を行うためのシリアルインターフェース（以下ＳＩＦと称する）４０７に送出する。

ＣＰＵ４０５は、ＡＤＣ４０４から取得したデータに基づいて電池残量等の計算を行う。メモリ４０６にはＣＰＵ４０５の電池残量の演算アルゴリズムなどを含むソフトウエアや、ＡＤＣ４０４でデジタル化したデータを保存する。

保護処理部４１は、レベル変換回路（Ｌ／Ｓ）４１０を有しており、ＳＩＦ４０７から伝送されたデジタル信号のレベルを、携帯電話端末１で受信できる信号レベルに変換し、変換したレベルの信号をデータ通信端子３５ａに供給する。また、保護処理部４１は、保護回路４１１を備え、保護回路４１１がスイッチ４４の制御を行う。即ち、ＦＧ処理部４０から保護処理部４１に電池セルの異常などが伝えられたときに、保護回路４１１がスイッチ４４をオフ状態として、保護動作を行う。

次に、本例のインテリジェンス電池パック４が装着される携帯電話端末１側の構成について説明する。携帯電話端末１は、外部電源入力端子３０とプラス端子３１ｂとの間に、充電電流検出抵抗１０５と充電制御トランジスタ１０６との直列回路が接続してある。そして、充電電流検出抵抗１０５に流れる電流を、充電処理部１０内の電流検出部１０２で検出し、検出結果を充電制御部１０３へ転送する。充電制御部１０３では、電流検出部１０２および温度検出部１００から転送されたデータに基づいて、充電制御トランジスタ１０６を制御する。温度検出部１００で温度を検出する構成については後述する。

携帯電話端末１が電池パック４を充電する場合は、充電処理部１０は、充電制御トランジスタ１０６をオン状態に保つ。充電を停止する場合はオフ状態にして外部入力端子３０とバッテリ＋端子３０ｂとの電気的な接続を切断する。検出された充電電流や温度が正常でない場合には、オフ状態にして充電を停止させる。充電電流の検出に基づいた充電の制御は、インテリジェンス電池パック４内の電池セル４２がリチウムイオン二次電池である場合には、定電流充電と定電圧充電を組み合わせた充電を行い、電池セル４２をフル充電又はフル充電に近い状態まで充電させる制御である。この定電流充電と定電圧充電を組み合わせた充電の制御を、充電処理部１０が行う。

携帯電話端末１内の温度検出部１００で温度を検出する構成について説明すると、この温度検出部１００での温度検出は、図２に示した携帯電話端末１の電池収容部５側の壁面に内蔵させたサーミスタ１０７を利用する。
サーミスタ１０７は、図１に示すように、一端がバッテリマイナス（−）端子３３ｂに接続させてあり、他端が分圧抵抗１０４の一端に接続させてある。分圧抵抗１０４の他端には、充電処理部１０内の基準電圧出力部１０１から、基準電圧が供給される。このサーミスタ１０７と分圧抵抗１０４との接続点の電圧を、温度検出部１００で検出する。温度検出部１００では、検出される電圧値を比較電圧１１０と比較して、検出される電圧値が閾値を超えるか否か判断して、その結果のデータを充電制御部１０３に転送する。充電制御部１０３では、電圧値が閾値を超えているか否かにより、電池パック４の温度が正常か否か判断し、充電の制御を行う。この充電処理部１０での制御処理構成は、従来例として図６及び図７に示した充電処理部２１０での制御処理構成と同じである。従って、例えば充電処理部１０として、従来から使用されている充電処理用の集積回路がそのまま使用可能である。

そして本例においては、サーミスタ１０７と並列に、スイッチング素子としてのトランジスタ１６を接続してある。このトランジスタ１６のオン・オフは、携帯電話端末１の動作を制御するＣＰＵ１１側からポート１５ａを介して供給される信号で制御される。トランジスタ１６をオン状態としたとき、サーミスタ１０７は強制的に短絡される。このトランジスタ１６は、通常はオフ状態とされ、異常時のみオン状態となる。そのオン状態となる制御状態については後述する。

次に、携帯電話端末１の動作を制御するＣＰＵ１１が、インテリジェンス電池パック４と通信を行う構成について説明する。
携帯電話端末１のデータ通信端子３５ｂは、データ通信端子３５を介してインテリジェンス電池パック４と通信するためのインターフェースとしてＳＩＦ１２と接続してある。データ通信端子３５ｂとＳＩＦ１２との間には、データ通信端子３５ｂのデジタル信号レベルを調節するためのプルアップ抵抗１７が接続してある。また、データ通信端子３５ｂを介したデータ通信を可能な状態に遷移させる信号を出力するポート１５ｂが設けてあり、ＣＰＵ１１からの制御で、ポート１５ｂが該当する信号を出力する。

そして、携帯電話端末１のＣＰＵ１１が、データ通信端子３５ｂを介してインテリジェンス電池パック４側と通信した結果で、ＣＰＵ１１で、充電や放電を停止させる必要があると判断した場合には、トランジスタ１６をオン状態とする制御を行う。
即ち、インテリジェンス電池パック４側で何らかの異常であることを、データ通信端子３５ｂを介したデータ通信でＣＰＵ１１が判断した場合、トランジスタ１６をオン状態として、サーミスタ１０７を短絡させる。

また本例の携帯電話端末１は、データ通信端子３５ｂに得られる電圧から、接続された電池パック４が正規な電池パックであるか否か判断する非正規電池検出回路１９を備える。非正規電池検出回路１９は、データ通信端子３５ｂに得られる電圧を、電源１１１と比較して閾値を超えた場合に、正規電池であるとの判断に相当する検出信号を出力し、その検出信号をポート１５ｄを介してＣＰＵ１１に供給する。非正規電池検出回路１９で閾値以下が検出された場合には、非正規電池であるとの判断に相当する検出信号を出力し、その検出信号をポート１５ｄを介してＣＰＵ１１に供給する。

比較器で構成される非正規電池検出回路１９は、ＣＰＵ１１からの指令に基づいて、非正規電池検出回路１９の電源供給スイッチ１１２をオン・オフ制御することで、動作状態と非動作状態が制御される。ＣＰＵ１１から電源供給スイッチ１１２へのオン・オフ指令は、ポート１５ｃを介して供給される。この電源供給スイッチ１１２の制御で、ＣＰＵ１１は、非正規電池検出回路１９での電池の検出が必要な期間だけ、スイッチ１１２をオンさせて、非正規電池の検出処理を行う。非正規電池の検出処理を期間などについては、後述する動作説明時に説明する。
この非正規電池検出回路１９で非正規電池が装着された場合にも、ＣＰＵ１１の制御によりトランジスタ１６をオンさせて、サーミスタ１０７を短絡させる等して、電池パック４からの電源の使用を停止させる処理が行われる。

ＣＰＵ１１の制御によりサーミスタ１０７が短絡されることで、充電処理部１０内の温度検出部１００では、異常時の温度に相当する電圧が検出されることになり、その温度検出部１００での検出に基づいて、充電制御部１０３が充電制御トランジスタ１０６をオフして、充電を停止させる制御を行う。電池パックからの放電（即ち端末１への電源の供給）についても、同様に停止させる制御を行ってもよい。
なお、図１に示すように、携帯電話端末１の各部の動作制御を行うＣＰＵ１１は、内部バスを介して携帯電話端末１内の各回路と接続させてある。例えば、携帯電話端末の動作制御用プログラムや各種データを記憶するメモリ１３と接続させてあり、ＣＰＵ１１の制御で記憶データの読み出しや書き込みが行われる。また、液晶表示部（ＬＣＤ）１４での表示についても、ＣＰＵ１１が制御する。液晶表示部１４では、例えば電池残量や時刻を表示したり、電子メールの表示などを行う。また、電池の異常などを表示させてもよい。

次に、携帯電話端末１に正規のインテリジェンス電池パックが装着された場合の判定について、既に説明した図１の構成と、図３のタイミングチャートとを参照して説明する。図３は携帯電話端末１にインテリジェント電池パック４を装着したときの、携帯電話端末１内での動作のタイミングチャートである。タイミングチャートの横軸は時間を表しており、縦軸は電圧を表している。

まず、携帯電話端末１の電池収容部５にインテリジェンス電池パック４が装着されると（タイミング２０１）、図３（ａ）に示すように、バッテリプラス（＋）端子３１の電圧がローレベルからハイレベルへ上昇する。次に、バッテリプラス（＋）端子の電圧が安定すると周辺回路の電源がオン状態となる（タイミング２０２）。周辺回路の電源としては、例えば温度検出部１００の電源（図１には示されていない）、非正規電池検出回路１９の電源が想定できる。周辺回路の電源がオン状態となることで、図３において、データ通信端子３５（図３（ｃ））、非正規電池検出回路１９の電源（図３（ｄ））、および非正規電池検出回路１９の出力（図３（ｅ））がローレベルから上昇し（タイミング２０２）、ハイレベルとなる。

周辺回路の電源がオン状態となり電源の電圧が安定すると、図３（ｂ）に示すように、ＣＰＵ１１のリセット解除信号がハイレベルに上昇する（タイミング２０３）。ＣＰＵ１１のリセット解除の一例としては、ＣＰＵ１１内のレジスタの値を「０」にする処理である。ＣＰＵ１１のリセット解除は他の信号に基づいて行うのでなく、周辺回路の電源が安定すると自動的行う。

次に、タイミング２０４において、非正規電池検出回路１９は、データ通信端子３５の電圧を取得する。非正規電池検出回路１９は、データ通信端子３５の電圧と、基準電圧とを比較して、正規のインテリジェンス電池パック４であると判断した場合は、ポート１５ｄを介してＣＰＵ１１に正規であることを示すデータを転送する。

したがって、非正規電池検出回路１９はポート１５ｄを経由してＣＰＵ１１に対して、装着されたインテリジェンス電池パックが正規品であることを示す信号を転送する。ＣＰＵ１１は正規品であることを示す信号を受信すると、タイミング２０５において、図３（ｄ）に示すように、非正規電池検出回路１９のスイッチ１１２をオフ状態にする。したがって非正規電池検出回路１９に電源が供給されず、非正規電池検出回路１９での検出動作が停止する。

その後携帯電話端末１とインテリジェンス電池パック４とのデータ通信が、図３（ｃ）に示したように、データ通信端子を介して行われる（タイミング２０６）。データ通信は、図３においてタイミング２０６以降の区間２０９で行われる。携帯電話端末１とインテリジェンス電池パック４とのデータ通信が終了し、タイミング２０７でＣＰＵ１１とインテリジェンス電池パック４のＣＰＵ４０５との間で認証が行われる。この認証判断の一例としては、例えば携帯電話端末１に装着されたインテリジェンス電池パック４が、当該携帯電話端末１の機種に適合しているか否かという、適合判断である。

認証以後は、インテリジェンス電池パック４の認証が終了した後の処理が開始される。これは例えばメモリ１３からＣＰＵ１１へプログラムを読み出したり、インテリジェンス電池パック４から電池残量等の情報を取得し、液晶表示部１４で表示したりする処理である。

次に非正規の電池が装着された場合について説明する。まず非正規の電池パックを接続した場合の、携帯電話端末１と電池パック２との接続構成について、図４を参照して説明する。図４において、図１で示したブロック図と同一の部分については同一の符号を付す。なお、ここでの非正規の電池パックとは、図１に示したインテリジェンス電池パック４の如きデータ通信機能を有していない電池パックのことを示す。或いは、データ通信機能を有していても、規格などの違いから、携帯電話端末１に適した電池であると判定できない電池パックについても、非正規の電池パックとして扱う。

図４に示したように、この例での非正規の電池パックは、バッテリプラス（＋）端子３１ａとバッテリマイナス（−）端子３３ａとの間に電池セル２０が接続されている。また携帯電話端末１のデータ通信端子３５ａには、サーミスタ２３がバッテリマイナス（−）端子３３ａとの間で接続される。この電池パック２は、データ通信端子３５ａを温度検出信号出力端子として使用し、データ通信には使用していない。

また電池パック２には、電池セルが正常に動作しなくなった場合に、携帯電話端末１と電池パック２との間の電気的な接続を切断するためのスイッチ（ＳＷ）２２と、このスイッチ（ＳＷ）２２のオン・オフを制御する保護部２１を有している。

携帯電話端末１に非正規の電池パック２が装着されると、図示したように携帯電話端末１のデータ通信端子３５に、電池パック２サーミスタ２３接続する。このような状態において、携帯電話端末１が非正規の電池パック２を判定する処理を説明する。

図５は、非正規の電池パック２を接続したときの、携帯電話端末１内の処理のタイミングチャートである。図５（ａ）タイミング２１０で電池パック２が携帯電話端末１に装着されると、バッテリプラス（＋）端子３５ｂの電圧が上昇する。電圧が安定すると、図５（ｅ）に示すように、周辺回路の電源がオン状態となる（タイミング２０２）。

このとき、非正規の電池パック２の場合は、携帯電話端末１のデータ通信端子３５にサーミスタ２３が接続されているので、サーミスタ２３と、携帯電話端末１のプルアップ抵抗１７により、データ通信端子３５における電池セル２０の電圧が分圧されてしまう。つまり非正規電池検出回路１９には正規のインテリジェンス電池パック４より低い電圧が印加される。図５（ｃ）ではデータ通信端子３５の電圧は正規のインテリジェント電池パック４の電圧２１０より小さい（２０８）電圧が示されている。図５（ｃ）で破線で示した電圧が、本来の電池パック４が接続された場合の電池の例である。

非正規電池検出回路１９は、データ通信端子３５ｂの電圧が正規の電圧より低いことを検出して、図５（ｅ）に示すように、その検出出力から、装着された電池パックは非正規品であるとＣＰＵ１１が判断し（タイミング２０４）、非正規電池検出回路１９のスイッチ１１２をオフ状態にする（タイミング２０５）。その後ＣＰＵ１１は、表示部１４に、非正規電池パックが装着されたことを表示する（タイミング２０６）。また、非正規電池パックが装着されたことを検出した際には、ＣＰＵ１１の制御によりサーミスタ１０７が短絡させ、充電制御部１０３が充電制御トランジスタ１０６をオフして、充電や放電を停止させる制御を行う。

このように、非正規の電池パックが携帯電話端末１に装着された際には、その電池パック内とデータ通信を行う前に、データ通信端子の電圧から非正規電池であることが、ＣＰＵ１１で判る。この判断は電圧の判断であるので、データ通信などで相手の情報を読み出して判断する処理などに比べて、非常に短時間に行える。従って、ユーザが携帯電話端末の電池パックを入れ替えた際に、その電池パックが正規なものかそうでないかが、直ぐに判り、その判定のために待ち時間が発生することがなく、携帯電話端末の使い勝手が向上する。

また、ＣＰＵ１１は非正規の電池パックが装着されたと判断した場合に、例えば携帯電話端末１が備える操作ボタンなどの操作部の操作機能を無効にするように制御してもよい。このように制御することで、ユーザは携帯電話端末を使用することができなくなる。

本発明の一実施の形態の例の携帯電話端末とインテリジェンス電池パックとの電気的な接続構成を示したブロック図である。 本発明の一実施の形態の例における携帯電話端末とインテリジェンス電池パックの全体図である。 本発明の一実施の形態の例において、正規の電池パックを接続したときの、携帯電話端末内での動作のタイミングチャートである。 本発明の一実施の形態の例において、非正規の電池パックを接続したときの、電池パック２と携帯電話端末１との電気的な接続を示したブロック図である。 本発明の一実施の形態の例において、非正規の電池パックを接続したときの、携帯電話端末内での動作のタイミングチャートである。

符号の説明

１・・・携帯電話端末、４・・・インテリジェンス電池パック、１６・・・トランジスタ、１９・・・非正規電池検出回路、３５・・・データ通信端子、１００・・・温度検出部、１０７・・・サーミスタ

Claims (4)

1. 電池パックが装着されて、その装着された電池パックを電源として使用する携帯端末において、
   前記電池パックから電源が供給されるバッテリ接続端子と、
   前記電池パックとのデータ通信を行うデータ通信端子と、
   前記データ通信端子を介してデータ通信を行うデータ通信処理部と、
   前記データ通信端子の電圧を基準となる比較電圧との比較で検出する電圧検出部と、
   オンのとき前記電圧検出部を作動させる電源を供給する電源供給スイッチと、
   前記バッテリ接続端子を介して電源の供給が開始されたとき、前記電源供給スイッチをオン状態として前記電圧検出部での電圧の検出を開始させ、そのとき前記電圧検出部で検出した電圧に基づいて、装着された前記電池パックの種類を判定し、判定後に前記電源供給スイッチをオフ状態として前記電圧検出部を停止させると共に、前記判定の結果に応じて、装着された電池パックが正規の電池パックであるか否かの判定を行う電池種類判定部と、
   前記電池種類判定部で、装着された電池パックが正規の電池パックでないと判定した場合に、前記電池パックから電源が供給される電源供給路を遮断して、装着された電池パックへの充電及び装着された電池パックからの放電を停止させる制御部とを有する
   携帯端末。
2. 外部電源入力端子と、
   前記電池パックが装着される箇所の近傍に配置したサーミスタと、
   前記サーミスタに接続された温度検出部と、
   前記温度検出部で検出した温度に基づいて、前記外部電源入力端子に得られる電源による電池パックの充電を制御する充電制御部とを備え、
   前記制御部は、装着された電池パックが正規の電池パックでないと判定した場合に、前記サーミスタを短絡させて、前記温度検出部で前記電池パックへの充電を停止させる
   請求項１に記載の携帯端末。
3. 前記電池種類判定部での判定結果を表示する表示部を有することを特徴とする
   請求項１又は２に記載の携帯端末。
4. 前記電池種類判定部での判定結果で正規の電池パックでないと判定した場合に、当該携帯端末が備える操作部の操作機能を無効にすることを特徴とする
   請求項１又は２に記載の携帯端末。

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