JP5521413B2

JP5521413B2 - 電源部制御装置、電源部制御方法、及び、電源部制御プログラム

Info

Publication number: JP5521413B2
Application number: JP2009161256A
Authority: JP
Inventors: 賢二深澤
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2009-07-07
Filing date: 2009-07-07
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2029-07-07
Also published as: JP2011019020A

Description

本発明は、電源部制御装置、電源部制御方法、及び、電源部制御プログラムに関する。

特許文献１は、クレイドル上に設けられペルチェ素子を電子機器の内部に挿入して、デジタルカメラ内における蓄熱材料（蓄熱効果の高い金属や樹脂）を冷却することにより、この蓄熱材料から放出される冷気でデジタルカメラの内部を冷却する技術を開示している。

特許文献２は、デジタルカメラ内において、燃料電池内での化学反応により生成された水を循環路内で循環させることにより、熱源（ＣＣＤ固体撮像素子や他の集積回路など）を冷却する技術を開示している。

特開２００６−０９４３８２号公報特開２００７−１４９４５３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、デジタルカメラに蓄熱材料やペルチェ素子を挿入させる必要がある。また、特許文献２に記載の技術では、デジタルカメラに燃料電池で生成された水を循環させる循環路を設ける必要がある。このため、特許文献１及び２に記載の技術では、デジタルカメラの内部を冷却する部材が大きくなる場合があった。また、この問題点は、特許文献１及び２の技術を他の電子機器に適用した場合にもいえることである。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電子機器の内部を冷却する部材を小さくすることが出来る電源部制御装置、電源部制御方法、及び、電源部制御プログラムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の観点に係る電源部制御装置は、
用いられている材料特有の化学変化により所定の基準電圧未満で吸熱反応が起こるバッテリを備えるとともに前記所定の基準電圧以上の電圧を出力可能な電源部の放電時の出力電圧を、駆動対象の装置の温度が高温となりうるタイミングにて前記所定の基準電圧以上の電圧から、前記所定の基準電圧未満の電圧であって前記駆動対象の装置の動作を阻害しないレベルの電圧へ変化させて、前記バッテリの温度を低下させる制御手段を備える。

本発明の第２の観点に係る電源部制御方法は、
用いられている材料特有の化学変化により所定の基準電圧未満で吸熱反応が起こるバッテリを備えるとともに前記所定の基準電圧以上の電圧を出力可能な電源部の放電時の出力電圧を、駆動対象の装置の温度が高温となりうるタイミングにて前記所定の基準電圧以上の電圧から、前記所定の基準電圧未満の電圧であって前記駆動対象の装置の動作を阻害しないレベルの電圧へ変化させて、前記バッテリの温度を低下させる制御ステップを備える。

本発明の第３の観点に係る電源部制御プログラムは、
コンピュータに、
用いられている材料特有の化学変化により所定の基準電圧未満で吸熱反応が起こるバッテリを備えるとともに前記所定の基準電圧以上の電圧を出力可能な電源部の放電時の出力電圧を、駆動対象の装置の温度が高温となりうるタイミングにて前記所定の基準電圧以上の電圧から、前記所定の基準電圧未満の電圧であって前記駆動対象の装置の動作を阻害しないレベルの電圧へ変化させて、前記バッテリの温度を低下させる制御ステップ、
を行わせる。

本発明に係る電源部制御装置、電源部制御方法、及び、電源部制御プログラムによれば、電子機器の内部を冷却する部材を小さくすることが出来る。

本発明を説明するための実験１の概略実験回路図である。本発明を説明するための実験１の実験結果を示す図である。本発明を説明するための実験２の概略実験回路図である。本発明を説明するための実験２の実験結果を示す図である。本発明を説明するための実験３の実験結果を示す図である。本発明を説明するための結晶構造の変化を示す図である。本発明の第１実施形態に係る電源部制御装置の概略構成図である。本発明の第１実施形態に係る電源部制御装置の制御部の概略構成図である。本発明の第１実施形態に係る電源部制御装置の制御部が行う電源部制御処理１のフローチャートである。本発明の第１実施形態に係る電源部制御装置の制御部が行う電源部制御処理１の結果１を示す図である。本発明の第１実施形態に係る電源部制御装置の制御部が行う電源部制御処理１の結果２を示す図である。本発明の第２実施形態に係る電源部制御装置の概略構成図である。本発明の第２実施形態に係る電源部制御装置の制御部が行う電源部制御処理２のフローチャートである。本発明の第３実施形態に係る電源部制御装置の電源部の概略構成図である。本発明の第４実施形態に係る電源部制御装置の電源部の概略構成図である。

本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は下記の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で下記の実施形態及び図面に変更を加えることが出来るのはもちろんである。下記の実施形態における構成要素は削除してもよい。

（リチウムイオン２次電池の説明）
まず、リチウムイオン２次電池の放充電の仕組み等を説明する。リチウムイオン２次電池は、例えば、正極にコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）が使用され、負極には黒鉛（６Ｃ）が使用される。このようなリチウムイオン２次電池においては、電解液は、例えば、有機溶媒に六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を溶かした溶液が使用される。ＬｉＰＦ_６は、イオンに解離し、Ｌｉ^＋と、ＰＦ_６ ⁻と、になる。

リチウムイオン２次電池の充電時の正極における反応式を化学式１に示す。Ｌｉ^＋は電解液中に溶けだし、電子ｅ⁻は充電装置へ流れる。

リチウムイオン２次電池の充電時の負極における反応式を化学式２に示す。Ｌｉ^＋は電解液中から負極中に挿入され、電子ｅ⁻は充電装置から負極へ流れ込む。

リチウムイオン２次電池の放電時の正極における反応式を化学式３に示す。放電時の反応は充電時の反応とは逆の反応になる。Ｌｉ^＋は電解液中から正極中に挿入される。電子ｅ⁻は電子機器等の装置を動作させた後に正極に流れ込む。

リチウムイオン２次電池の放電時の負極における反応式を化学式４に示す。放電時の反応は充電時の反応とは逆の反応になる。Ｌｉ^＋は電解液中に溶け出す。電子ｅ⁻は電子機器等の装置を動作させるために外部に流れ出す。

（実験１）
本願発明者は、上記のリチウムイオン２次電池を用いた実験回路１００を用いて実験１を行った（図１参照）。図１に示すように、実験回路１００は、電源部１１０と、装置１２０と、温度測定器１３０と、電圧測定器１４０と、電流測定器１５０と、を備える。

電源部１１０は、ここでは、バッテリ１１１のみから構成されている。バッテリ１１１は、デジタルカメラに使用される公知のバッテリ（ＮＰ−４０）である。電源部１１０は、装置１２０に接続され、装置１２０に電力を供給する。

装置１２０は、ここでは、デジタルカメラ本体（デジタルカメラのバッテリを除いた部分）である。装置１２０はバッテリ１１１に接続される。装置１２０は、バッテリ１１１から供給される電力によって動作する。バッテリ１１１から装置１２０に電力が供給された場合の装置１２０の仕事量は、ここでは３Ｗである。

温度測定器１３０は、バッテリ１１１の温度（Ｔ）を測定するためのものである。温度測定器１３０は、ここでは、サーミスタである。図示はしないが、サーミスタは、一端子が接地され、他端子がバッテリ１１１のマイナス端子に接続される。これによって、サーミスタは、バッテリ１１１から電源が供給される。サーミスタは、他の方法によって電力が供給されても良い。

電圧測定器１４０は、電源部１１０の出力電圧（装置１２０に印加される電圧）を測定するためのものである。電圧測定器１４０は、電源部１１０の出力電圧を測定できるように装置１２０と並列に接続される。

電流測定器１５０は、電源部１１０が供給する電流（装置１２０に流れる電流）を測定するためのものである。電流測定器１５０は、電源部１１０が供給する電流を測定できるように装置１２０と直列に接続される。

実験１では、バッテリ１１１を装置１２０に接続する等して実験回路１００のバッテリ１１１を放電させ（装置１２０を動作させ）、放電開始後の電源部１１０の出力電圧（電源部電圧）、つまり、バッテリ１１１の出力電圧（バッテリ電圧）及び温度（バッテリ温度）を測定した。実験１の測定結果を図２に示す。

図２のように、バッテリ電圧（図２の電源部電圧）は、装置１２０の動作開始（つまりバッテリ１１１の放電開始）から徐々に低下する。また、バッテリ温度は放電開始から１０分まで上昇する。その後、バッテリ温度は、低下し、放電開始から２０分を経過すると再び上昇する。つまり、バッテリ温度は、バッテリ電圧が３．９Ｖ未満になると、一度低下し、その後、再び上昇する。

このようなバッテリ１１１の熱挙動は、正極材料のコバルト酸リチウムに由来すると予測される。コバルト酸リチウムは電極にかかる電圧により結晶構造が変化すると考えられる。そして、結晶構造によりエネルギーは異なり、結晶構造の変化により発熱・吸熱が生じると考えられる。コバルト酸リチウムの通常時の結晶構造は六方晶である。そして、コバルト酸リチウムの結晶構造は、電極に印加される電圧によって、結晶構造が変化すると考えられる。結晶構造の変化の詳細は定かではないが、実験１の結果を考慮すると、特に、バッテリ１１１の放電時、バッテリ電圧３．９Ｖ未満になるとコバルト酸リチウムの結晶構造の単斜晶から六方晶への変化が開始すると考えられる。

結晶構造が変化すると、発熱・吸熱が生じ、バッテリ温度が変化すると考えられる。実験１では、実験回路１００の動作開始時（装置１２０の動作開始時）から１０分まではバッテリ電圧は３．９Ｖ以上である。このときに、バッテリ１１１の通電による発熱、及び、コバルト酸リチウムが六方晶から単斜晶へ変化する際の発熱によって、バッテリ温度が上昇したと考えられる。

動作１０分以降、バッテリ電圧は３．９Ｖ未満となり、コバルト酸リチウムが単斜晶から六方晶へ変化し、吸熱が生じると考えられる。この吸熱が通電による発熱を上回ることでバッテリ温度が低下すると考えられる。動作２０分でバッテリ温度の低下が止まり再び上昇するのは、コバルト酸リチウムの結晶構造変化が終了し通電による発熱のみになったためと考えられる。

（実験２）
次に、本願発明者は、上記のようなリチウムイオン２次電池を用いて実験２を行った（図３参照）。実験回路２００と実験回路１００とで異なる点は、電源部が異なる点にある（図１及び図３参照）。実験回路２００は、電源部１１０に対応する位置に電源部２１０を備える。電源部２１０は、バッテリ２１１と、補助電源２１２と、を備える。バッテリ２１１は、図１のバッテリ１１１と同じものである。バッテリ２１１と補助電源２１２とは、直列に接続されている。補助電源２１２は、電源部２１０の出力電圧（装置１２０に印可される電圧）を調整できる可変電圧電源（安定化電源）である。実験回路２００についてのその他の説明は、実験回路１００と同じである。

実験２では、電源部２１０を装置１２０に接続する等して実験回路２００のバッテリ２１１を放電させる（装置１２０を動作させる）とともに、補助電源２１２の出力電圧を制御することによって、電源部２１０の出力電圧を一定（４Ｖ）に保った。そして、放電開始からの電源部２１０の出力電圧（電源部電圧）及びバッテリ２１１の温度（バッテリ温度）を測定した。実験２の測定結果を図４に示す。

実験２の結果から、電源部電圧が４Ｖに固定されているにもかかわらず、バッテリ温度は動作開始から１０分で上昇の割合が変化していることが分かる（図４参照）。装置１２０の動作開始時の電源部電圧は４Ｖであり、動作開始から１０分でのバッテリ温度の上昇は、通電による発熱と六方晶から単斜晶へ変化する発熱反応とによって起こるものだと考えられる。動作開始後１０分で上昇の割合が変化するのは、動作開始後１０分でコバルト酸リチウムの結晶構造変化が終了し、その後のバッテリ温度の上昇は通電による発熱のみに起因するからだと考えられる。

（実験３）
次に、本願発明者は、実験２で用いた実験回路２００を用いて実験３を行った（図３参照）。実験３では、電源部２１０を装置１２０に接続する等して実験回路２００のバッテリ２１１を放電させる（装置１２０を動作させる）とともに、補助電源２１２の出力電圧を制御することによって、電源部２１０の出力電圧を４Ｖと３．８Ｖとの間で変化させた。そして、放電開始からの電源部２１０の出力電圧（電源部電圧）及びバッテリ２１１の温度（バッテリ温度）を測定した。実験３の測定結果を図５に示す。

図５のように、開始３０分まではバッテリ２１１を放電させて電源部電圧を実験１と同様に低下させるとともに、その後に電源部電圧が３．８Ｖになるように、補助電源２１２を制御する。その後、補助電源２１２を制御して、３０分以降５０分までの電源部電圧を４Ｖに、５０分以降７０分までの電源部電圧を３．８Ｖに、７０分以降の電源部電圧を４Ｖに変化させる。

図５に示された測定結果を考察すると、電源部電圧がコバルト酸リチウムの結晶構造が変化すると考えられる電圧３．９Ｖ（実験１参照）を跨いで低下すると、これに伴ってバッテリ温度が低下していることが分かる。なお、電源部電圧を３．８Ｖにすると、バッテリ温度は、３．８Ｖになったときから所定の時間を掛けて低下していく。これは、コバルト酸リチウムの結晶構造の変化が全て終了するまでに一定の時間が必要であるからと考えられる。

（実験１乃至３の結果についてのまとめ）
本発明者は、上記実験によって、電源部の出力電圧を制御すれば、バッテリの温度を制御できることを見出した。電源部の電圧の制御は、例えば、電源部の出力電圧が所定基準の電圧を跨いで上下するようにこの出力電圧を変化させることによって行う。なお、前記の発見は、コバルト酸リチウムを電極材料に用いたバッテリに限らず、バッテリの放充電等による電源部の出力電圧（電極材料に印加される電圧）の変化によって電極材料の結晶構造が変化し、この変化に伴って温度低下が生じるバッテリ全てに言えることと予測できる。そして、本発明者は、前記発見をもとに本発明をなした。

以下で、本発明の実施形態例を説明する。なお、以下の実施形態例では、上記で説明したリチウムイオン２次電池（例えばＮＰ−４０）をバッテリに使用しているが、バッテリは、上記で説明したように、正極又は負極の電極の材料の結晶構造が電極に印加される電圧（電源部の出力電圧）によって変化するバッテリであればよい。このような結晶構造の変化としては、例えば、図６に示すように、第１の結晶構造（例えば単斜晶）から第２の結晶構造（例えば六方晶）への変化が考えられる。また、下記で説明する所定基準の電圧は、３．９Ｖであるが、この電圧も結晶構造の変化が開始され、バッテリの温度が低下する電圧であればよい。

（第１実施形態）
第１実施形態に係る電源部制御装置１は、図７のように、装置本体１０と、電源部２０と、を備える。装置本体１０は、例えば、デジタルカメラ本体（バッテリを除いた部分）によって構成され、電源部制御装置１は、デジタルカメラによって構成される。装置本体１０は、制御部１１を備える。制御部１１は、装置本体１０の動作等を制御する。また、制御部１１は、電源部２０の出力電圧を制御することで、後述の電源部制御処理１を行う。なお、電源部制御装置１は、後述の電源部制御処理１を行う制御部１１を備えた装置であればよい。このため、装置本体１０（又は制御部１１）のうちの、電源部制御処理１以外の処理を行う構成を、電源部制御装置１の外部に形成してもよい。また、電源部２０を、電源部制御装置１の外部に形成してもよい。

制御部１１は、図８のように、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１ａ、ＲＡＭ（Random Access Memory）１１ｂ、及び、フラッシュメモリ１１ｃ等によって構成される。ＲＡＭ１１ｂとフラッシュメモリ１１ｃとは、記憶部を構成し、所定のデータが記録される。フラッシュメモリ１１ｃには、電源部制御プログラム１１ｄが記録される。電源部制御プログラム１１ｄは、ＲＡＭ１１ｂに展開される。ＣＰＵ１１ａは、ＲＡＭ１１ｂに展開された電源部制御プログラム１１ｄに従って後述の電源部制御処理１を行う。

なお、電源部制御プログラム１１ｄは、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他の記憶装置に格納され、ＣＰＵ１１ａによって直接実行されるか、ＲＡＭ１１ｂに一度展開されて実行されてもよい。また、電源部制御プログラム１１ｄは、インターネット等のネットワークを介して電源部制御装置１にダウンロード等されてもよい。また、電源部制御プログラム１１ｄは、携帯可能な記憶媒体（ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）又はＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disk Read Only Memory）等）に記録され電源部制御装置１にインストール等されてもよい。電源部制御プログラム１１ｄが記録されたコンピュータが読み取り可能な記憶媒体（例えば、前記の携帯可能な記憶媒体又は前記の記憶装置）は、コンピュータ・プログラム製品となる。

電源部２０は、第１バッテリ２１と、第２バッテリ２２と、第１スイッチ素子２３と、第２スイッチ素子２４と、を備える。電源部２０は、装置本体１０に接続され、装置本体１０に電圧（電源部２０の出力電圧）を印加する。

第１バッテリ２１と第２バッテリ２２とは、例えば、放電前の出力電圧が３．２Ｖのバッテリである。第１バッテリ２１と第２バッテリ２２とは、直列に接続したときの出力電圧が、所定基準以上の電圧になり、並列に接続したときの出力電圧が、所定基準以下の電圧になるバッテリである。第１バッテリ２１と第２バッテリ２２とは、例えば、２Ｖから３．８Ｖの間の出力電圧のバッテリにする（所定基準の電圧が３．９Ｖの場合）。なお、第１バッテリ２１と第２バッテリ２２とは、装置本体１０からみて直列から並列、及び、並列から直列に切替可能に接続されている。これらの切替は、スイッチ素子２３及び２４によって行われる。スイッチ素子２３及び２４は、制御部１１によって制御される。制御部１１が行う後述の電源部制御処理１において、制御部１１はスイッチ素子２３を制御して第１バッテリ２１と第２バッテリ２２とを並列に又は直列に接続するように、電源部２０内の接続を切り替える。

ここで、制御部１１が行う電源部制御処理１（図９参照）を説明する。この処理は、例えば、電源部制御装置１（装置本体１０）の電源がオンになったときを契機に開始される。また、この処理は、例えば、電源部制御装置１の電源がオフになって、装置本体１０の動作が停止したときを契機に終了する。また、第１バッテリ２１と第２バッテリ２２とは、装置本体１０の発熱部分（例えば基板等）の近傍に配置されているものとする。

電源部制御装置１の電源がオンになると、通常は低消費電力モードで動作する。低消費電力モードは、例えば、待機状態となるモードである。待機状態は、例えば、電源部制御装置１がライブビュー画像を電源部制御装置１の表示部に表示している状態（撮影待機状態）である。

低消費電力モードでは、装置本体１０の発熱部分の温度は極端に上昇しないので、第１バッテリ２１の温度と第２バッテリ２２の温度とを下げる必要がない。このため、制御部１１は、電源部制御処理１を開始すると、電源部２０の出力電圧が所定基準以上の電圧となるように（出力電圧が高くなるように）、電源部２０の出力電圧を制御する（ステップＳ９０１）。例えば、制御部１１は、スイッチ素子２３及び２４を制御して、第１バッテリ２１と第２バッテリ２２とを直列に接続する（図７のスイッチ素子２３及び２４の中の実線参照）。第１バッテリ２１と第２バッテリ２２とが直列に接続されると、電源部２０の出力電圧は、当初６Ｖになり、所定基準以上の電圧となる。なお、制御部１１は、ステップＳ９０１の処理において、電源部２０の出力電圧を制御後に処理を一定時間待機してもよい。これによって、温度低下前の結晶構造の変化（六方晶から単斜晶への変化）を充分に行える。この待機時間は、第１バッテリ２１及び又は第２バッテリ２２について、例えば実験１のような実験を行い、温度低下前の結晶構造の変化の時間を計測し、計測した値から算出するとよい。例えば実験２の結果を仮に参照すると、バッテリ温度の上昇の度合いが変化するのは、動作開始から約１０分経過後なので、結晶構造の変化の時間は約１０分と分かる。このため、待機時間を約１０分にする。

制御部１１は、ユーザによって高消費電力モードが選択されているかを判断する（ステップＳ９０２）。高消費電力モードとは、例えば、特殊撮影時のモードである。特殊撮影とは、動画撮影又は連写撮影である。例えば、電源部制御装置１の入力部を用いてユーザが高消費電力モードを選択すると、入力部は制御部１１にその旨の情報を供給する。制御部１１は、ステップＳ９０２において、前記の情報が供給されていると、高消費電力モードが選択されたと判断する（ステップＳ９０２；ＹＥＳ）。

また、制御部１１は、前記の情報が供給されていないと、高消費電力モードが選択されていないと判断し（ステップＳ９０２；ＮＯ）、ステップＳ９０２の判断をもう一度行う（このとき、ステップＳ９０２の判断をもう一度行う前に一定期間待機してもよい）。このようにして、制御部１１は、高消費電力モードが選択されるまで待機する。

制御部１１は、高消費電力モードが選択されたと判断すると、制御部１１は、電源部２０の出力電圧が所定基準未満の電圧となるように（出力電圧が低くなるように）、電源部２０の出力電圧を制御する（ステップＳ９０３）。例えば、制御部１１は、スイッチ素子２３及び２４を制御して、第１バッテリ２１と第２バッテリ２２とを並列に接続する（図７のスイッチ素子２３及び２４の中の点線参照）。第１バッテリ２１と第２バッテリ２２とが並列に接続されると、電源部２０の出力電圧は、３Ｖ以下になり、所定基準（ここでは、３．９Ｖ）未満の電圧となる。なお、制御部１１は、高消費電力モードが選択されると、装置本体１０の駆動モードを高消費電力モードに変更する。

高消費電力モードでは、第１バッテリ２１、第２バッテリ２２、及び、装置本体１０の発熱部分は、許容範囲以上に発熱する可能性がある。このため、制御部１１は、電源部２０の出力電圧が所定基準（ここでは、３．９Ｖ）未満の電圧となるように、電源部２０の出力電圧を制御し、第１バッテリ２１及び又は第２バッテリ２２の温度を低下させる。このとき、第１バッテリ２１の温度及び又は第２バッテリ２２の温度の低下によって、第１バッテリ２１及び又は第２バッテリ２２の近傍にある前記発熱部分も冷やされ、発熱部分の温度も低下する場合もある。

制御部１１は、ステップＳ９０３の処理を行うと、再度、電源部２０の出力電圧が所定基準以上の電圧となるように、電源部２０の出力電圧を制御する（ステップＳ９０１）。これによって、制御部１１は、再度、電源部２０の出力電圧が所定基準未満の電圧となるように、電源部２０の出力電圧を制御することができることになる。なお、制御部１１は、ステップＳ９０３の処理において、第１バッテリ２１の温度及び又は第２バッテリ２２の温度を充分に低下させるために、出力電圧の制御後に所定時間処理を待機してもよい。この待機時間は、例えば、第１バッテリ２１及び又は第２バッテリ２２について実験１又は３のような実験を行い、電源部２０の出力電圧の変化と第１バッテリ２１の温度及び又は第２バッテリ２２の温度の変化とを計測し、計測した値から算出するとよい。例えば実験１の結果を仮に参照すると、バッテリ温度が低下してから上昇に転じる時間が７分〜８分なので、待機時間も７分〜８分にする。なお、２回目以降のステップＳ９０１の処理においても、最初の結晶構造の変化の時間をもとにした待機時間の間待機してもよい。

制御部１１は、ステップＳ９０１の処理後、再度ステップＳ９０２の処理を行う。なお、このときに、高消費電力モードがすでに終了し、電源部制御装置１が低消費電力モードで動作している場合があるが、このとき、制御部１１は、高消費電力モードが選択されていないと判断し（ステップＳ９０２；ＮＯ）、ステップＳ９０２の判断をもう一度行う。このようにして、制御部１１は、再度高消費電力モードが選択されるまで待機する。

制御部１１は、上記処理を繰り返して行うことによって、バッテリ電圧を制御できる。なお、第１バッテリ２１又は第２バッテリ２２のいずれか一方が温度変化のするバッテリ（電極材料の結晶構造の変化が起こるバッテリ）であればよく、他方は他の種類のバッテリであってもよい。また、直列及び並列に接続するバッテリは、３つ以上あってもよい。また、電源部２０は、１つのバッテリとしてパッケージ化されたものであってもよい。つまり、バッテリは、バッテリセルであってもよい。

また、制御部１１は、上記の処理を１回のみ行っても良い。この場合の、メイン基板（上記の発熱部分）温度と、第１バッテリ２１又は第２バッテリ２２の温度（バッテリ温度）と、電源部２０の出力電圧（電源部電圧）との関係を図１０及び図１１に示す。なお、第１バッテリ２１又は第２バッテリ２２の正常の動作が保障された温度（バッテリ保障温度）は、６０℃である。

図１０及び１１のように、電源部制御装置１の動作開始によりメイン基板温度とバッテリ温度は上昇するが、仕事量が小さい待機状態（０〜９０分）では温度上昇は問題にならない（仕事量は例えば１Ｗ未満）。動作開始から電源部電圧を４Ｖ以上に保ち放熱させる（上記ステップＳ９０１及びステップＳ９０２；ＮＯ）。発熱したバッテリは周囲温度により自然冷却される。特殊撮影を開始（９０分）すると（上記ステップＳ９０２；ＹＥＳ）、装置本体１０の仕事量が増え（例えば３Ｗ）、メイン基板が発熱し、バッテリもメイン基板の発熱影響と通電が増えることによる温度上昇をする。図１１における９０分〜１１５分までの細い線が出力電圧を制御しないときのバッテリ温度とメイン基板温度で、この場合、およそ１０分でバッテリ温度がバッテリ保障温度６０℃に達する。

特殊撮影の開始と同時（９０分）に電源部電圧を３．９Ｖ未満に切替える（ステップＳ９０３）ことでバッテリ温度及びメイン基板温度の上昇は抑えられ、より長時間の動作が可能となる（太い線参照）。撮影を終了すると発熱したメイン基板とバッテリは周囲温度により自然冷却される（１５０分以降、仕事量は例えば１Ｗ未満）。

第１実施形態では、制御部１１は、図９のフローチャートにしたがって処理をおこなうことで、所定基準の電圧を跨ぐように前記電源部の出力電圧を上下させる。そして、これによって、制御部１１は、前記バッテリの温度を制御する。そして、バッテリの温度を制御することによって、バッテリの温度を継続的に任意のタイミングで低下させることができる。なお、制御部１１は、他の方法によって、所定基準の電圧を跨ぐように前記電源部の出力電圧を上下させてもよい。

また、第１実施形態では、制御部１１は、直列に接続されたバッテリ（例えば、第１バッテリ２１（リチウムイオン二次電池））と他のバッテリ（例えば、第２バッテリ２２）とを並列に接続することによって、バッテリ（第１のバッテリ２１）の温度を低下させる。このような処理によって、バッテリの温度の制御ができる。なお、制御部１１は、他の方法によって、直列に接続されたバッテリと他のバッテリとを並列に接続してもよい。

また、第１実施形態では、制御部１１は、電源部２０が電力を供給する装置（装置本体１０）の駆動状態（モード）に応じて、電源部２０の出力電圧を変化させる。このような処理によって、電源部２０が電力を供給する装置の駆動状態に応じて、適切にバッテリの温度の制御ができる。なお、制御部１１は、他の方法によって、電源部２０が電力を供給する装置（装置本体１０）の駆動状態（モード）に応じて、電源部２０の出力電圧を変化させてもよい。

（第２実施形態）
第１実施形態と第２実施形態とでは、電源部２０の電圧を低下させる契機が異なる。第２実施形態では、温度を測定し、測定した温度が所定値以上であれば、電源部２０の出力電圧を所定基準未満の電圧にする。

第２実施形態に係る電源部制御装置３は、図１２のように、装置本体３０と電源部２０と、を備える。電源部２０は、第１実施形態の電源部２０と同じである。装置本体３０の構成等は、温度測定部３２をさらに備える以外、第１実施形態の装置本体１０と基本的に同じである。

温度測定部３２が温度を測定する対象は、装置本体３０のメイン基板等の発熱部分であるが、温度を測定する対象は、温度が閾値以上にはなって欲しくない構成要素であればよく、例えば、電源部２０の第１バッテリ２１又は第２バッテリ２２であってもよい（図１２の点線及び符号３３参照）。閾値は、温度を測定する対象によって異なるが、例えば、その対象の保障温度よりも所定の値低い温度にする。所定値は、例えば、バッテリの保障温度が６０℃であれば、５５℃にする。

制御部３１が行う電源部制御処理２について図１３を参照して説明する。なお、電源部制御処理２は、電源部制御処理１のステップＳ９０２をステップＳ１３０２に変更したものであり、ステップＳ１３０２以外の処理等の説明は、上記の電源部制御処理１についての説明に準じるので、重複説明を省略する。

制御部３１は、ステップＳ１３０２において、温度測定部３２又は３３から測定した温度の情報を取得し、取得した温度の情報が示す温度が閾値以上であるかを判断する（ステップＳ１３０２）。閾値以上であれば（ステップＳ１３０２；ＹＥＳ）、制御部３１は、測定対象の温度が高いと判断して、ステップＳ９０３の処理を行う。また、閾値未満であれば（ステップＳ１３０２；ＮＯ）、制御部３１はステップＳ１３０２の処理を再度行う。ステップＳ１３０２のその他の説明は、ステップＳ９０２の説明に準じる。

第２実施形態のその他の説明は第１実施形態の説明に準じるので、第２実施形態のその他の説明は省略する。

第２実施形態では、制御部３１は、図１３のフローチャートにしたがって処理をおこなうことで、所定基準の電圧を跨ぐように前記電源部２０の出力電圧を上下させる。そして、これによって、制御部３１は、前記バッテリの温度を制御する。これによって、バッテリの温度を継続的に任意のタイミングで低下させることができる。なお、制御部３１は、他の方法によって、所定基準の電圧を跨ぐように前記電源部の出力電圧を上下させてもよい。

また、第２実施形態では、制御部３１は、温度測定部３２又は３３が計測した温度に応じて、電源部２０の出力電圧を変化させる。これによって、測定対象の温度が許容範囲外にまで上昇することを防ぐことが出来る。なお、制御部３１は、他の方法によって、温度測定部３２又は３３が計測した温度に応じて、電源部２０の出力電圧を変化させてもよい。

（第３実施形態）
第３実施形態は、第１実施形態と第２実施形態における電源部２０を変更した実施形態である。つまり、第３実施形態に係る電源部４０（図１４参照）は、第１実施形態と第２実施形態における電源部２０の位置に配置される。そして、電源部４０は、装置本体１０又は３０と接続され、装置本体１０又は３０に電力を供給する（図１４参照）。

電源部４０は、図１４のように、バッテリ４１と、可変電圧電源４２と、を備える。可変電圧電源４２は、制御部１１又は制御部３１によって制御される。そして、可変電圧電源４２の出力電圧は、可変であり、制御部１１又は制御部３１によって制御される。

バッテリ４１は、上記のように、放電前の出力電圧が所定基準の電圧未満（例えば、３．８Ｖ）であることが望ましい。バッテリ４１の出力電圧が所定基準の電圧以上であると、可変電圧電源４２の出力電圧が０Ｖであったとしても、電源部４０の出力電圧が所定基準の電圧以上になってしまい、バッテリ４１の温度が低下しない可能性があるからである。

制御部１１又は制御部３１は、第１実施形態及び第２実施形態で説明したタイミング（ステップＳ９０３）で電源部４０の出力電圧を変化させる。第３実施形態のその他の説明は、第１実施形態及び第２実施形態に準じるので説明を省略する。

第３実施形態では、電源部４０は、電源部４０の出力電圧を変化させる可変電圧電源４２を備えており、制御部１１又は３１は、可変電圧電源４２の出力電圧を変化させることによって、バッテリ４１の温度を低下させる。これによって、適宜のタイミングでバッテリの温度を低下させることができる。

（第４実施形態）
第４実施形態は、第１実施形態と第２実施形態における電源部２０を変更した実施形態である。つまり、第４実施形態に係る電源部５０（図１５参照）は、第１実施形態と第２実施形態における電源部２０の位置に配置される。そして、電源部５０は、装置本体１０又は３０と接続され、装置本体１０又は３０に電力を供給する（図１５参照）。

電源部５０は、図１５のように、第３バッテリ５１と、第４バッテリ５２と、スイッチ素子５３と、を備える。スイッチ素子５３は、制御部１１又は制御部３１によって制御される。スイッチ素子５３は、制御部１１又は制御部３１の制御のもと、第３バッテリ５１と第４バッテリ５２のうちのいずれかを装置本体１０又は３０に接続するように、接続を切り替える。

第３バッテリ５１と第４バッテリ５２とは、放電前の出力電圧が所定基準の電圧以上のバッテリであることが望ましい。但し、どちらか一方（例えば第３バッテリ５１）の出力電圧が所定基準の電圧よりも一定値以上大きく、他方（例えば第４バッテリ５２）の出力電圧が所定基準の電圧よりも一定値未満で大きいことが望ましい。これによって、第３バッテリ５１から第４バッテリ５２に接続を切り替えることによって（図１５の実線の接続参照）、より早く電源部５０の出力電圧を所定基準以下の電圧にできることになる。

制御部１１又は制御部３１は、第１実施形態及び第２実施形態で説明したタイミング（ステップＳ９０３）で、電源部５０のスイッチ素子５３の接続を切り替えることによって、電源部５０の出力電圧が所定基準の電圧よりも一定値未満の範囲で大きいバッテリへの接続に切り替え、電源部５０の出力電圧を変化させる。これによって、制御部１１又は制御部３１は、或る期間内に出力電圧が所定基準未満の電圧になるように出力電圧を変化させる。第４実施形態のその他の説明は、第１実施形態及び第２実施形態に準じるので説明を省略する。

なお、電源部５０は、出力電圧が所定基準の電圧よりも一定値未満で大きいバッテリを複数備えてもよい。この場合、第１実施形態及び第２実施形態で説明したタイミングが到来するごとに、制御部１１又は制御部３１は、まだ接続されていない前記のバッテリに接続を順次切り替えていく。これによって、或る期間内に出力電圧が所定基準未満の電圧になるように出力電圧を変化させることができる。

バッテリ４１の出力電圧が所定基準の電圧以上であると、可変電圧電源４２の出力電圧が０Ｖであったとしても、電源部５０の出力電圧が所定基準の電圧以上になってしまい、バッテリ４１の温度が低下しない可能性があるからである。

第４実施形態では、バッテリ（例えば第４バッテリ５２）の出力電圧は、所定基準の電圧と一定範囲内にある電圧であり、制御部１１又は３１は、バッテリ（例えば第４バッテリ５２）が放電するように装置本体１０又３０に接続することによって、バッテリの温度を低下させる。これによって、適宜のタイミングでバッテリの温度を低下させることができる。

（第１乃至第４実施形態）
第１乃至第４実施形態では、制御部は、バッテリを備える電源部の出力電圧を所定基準以上の電圧から所定基準未満の電圧に変化させて、バッテリの温度を低下させている。特に制御部は、所定期間内に出力電圧を所定基準未満の電圧に変化させるように、電源部の出力電圧を制御している。これによって、所望のタイミングでバッテリの温度を低下させることができる。また、第１乃至第４実施形態では、バッテリ自身の温度が低下するので、他の冷却部材が不要になるか少なくすることができるので、デジタルカメラ等の電子機器の内部を冷却する部材を小さくすることが出来る。また、第１乃至第４実施形態では、電源部が供給する電力をゼロにしないので、バッテリの温度が低下中でも、電源部に接続される装置に電力が供給されているので、装置の動作を阻害しない。第１乃至第４実施形態では、また一定条件のもと、バッテリの温度が低下中でも、装置の仕事量を一定に保てる。

第１乃至第４実施形態では、バッテリーの保障温度が６０℃である場合、従来製品ではその温度を読み取り６０℃に達する前に電源をオフにするなど動作制限が行われる。上記実施形態では電源部の制御によって、待機状態などの温度上昇が問題にならない時にバッテリを放熱させ、特殊撮影等の製品温度が上昇する時にバッテリ温度を低下させることができる。

なお、デジタルカメラのバッテリは製品の内部でメイン基板の近くに配置される。メイン基板やバッテリから発する熱は筐体表面から外気へと放出される。バッテリを包むメインフレームの材料に熱伝導率の高い銅などを用いたり、メイン基板の放熱にヒートシンク、熱伝導シート、グラファイトシートを用いるなど、製品内部に熱が篭らない様、熱伝導率が高い材料を使い発生する熱を早く広範囲の筐体表面へと伝える構造とすることが望ましい。自然冷却が早く行われることで温度上昇を抑えることが出来るからである。

１，３・・・電源部制御装置、１０，３０・・・装置本体、３２，３３・・・温度測定器、１１ａ・・・ＣＰＵ、１１ｂ・・・ＲＡＭ、１１ｃ・・・フラッシュメモリ、２０，４０，５０・・・電源部、２１・・・第１バッテリ、２２・・・第２バッテリ、２３・・・第１スイッチ素子、２４・・・第２スイッチ素子、４１・・・バッテリ、４２・・・可変電圧電源、５１・・・第３バッテリ、５２・・・第４バッテリ、５３・・・スイッチ素子、１００，２００・・・実験回路、１１０，２１０・・・電源部、１１１，２１１・・・バッテリ、１２０・・・装置、１３０・・・温度測定器、１４０・・・電圧測定器、１５０・・・電流測定器、２１２・・・補助電源

Claims

用いられている材料特有の化学変化により所定の基準電圧未満で吸熱反応が起こるバッテリを備えるとともに前記所定の基準電圧以上の電圧を出力可能な電源部の放電時の出力電圧を、駆動対象の装置の温度が高温となりうるタイミングにて前記所定の基準電圧以上の電圧から、前記所定の基準電圧未満の電圧であって前記駆動対象の装置の動作を阻害しないレベルの電圧へ変化させて、前記バッテリの温度を低下させる制御手段を備えることを特徴とする電源部制御装置。
前記制御手段は、前記所定の基準電圧を跨ぐように前記電源部の電圧を上下させることによって、前記バッテリの温度を制御することを特徴とする請求項１に記載の電源部制御装置。
前記制御手段は、直列に接続された前記バッテリと他のバッテリとを並列に切り替えて接続することによって、前記バッテリの温度を低下させることを特徴とする請求項１又は２に記載の電源部制御装置。
前記バッテリの出力電圧は、前記所定の基準電圧と一定範囲内にある電圧であって、
前記制御手段は、前記バッテリが放電するように接続することによって、前記バッテリの温度を低下させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源部制御装置。
前記電源部は、前記電源部の出力電圧を変化させる可変電圧電源をさらに備え、
前記制御手段は、前記可変電圧電源の出力電圧を変化させることによって、前記バッテリの温度を低下させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電源部制御装置。
前記制御手段は、前記電源部が電力を供給する前記駆動対象の装置の駆動状態に応じて、前記電源部の出力電圧を変化させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電源部制御装置。
温度を計測する計測手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記計測手段が計測した温度に応じて、前記電源部の出力電圧を変化させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電源部制御装置。
前記バッテリは、電極の材料の結晶構造が印加される電圧によって変化するバッテリであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電源部制御装置。
用いられている材料特有の化学変化により所定の基準電圧未満で吸熱反応が起こるバッテリを備えるとともに前記所定の基準電圧以上の電圧を出力可能な電源部の放電時の出力電圧を、駆動対象の装置の温度が高温となりうるタイミングにて前記所定の基準電圧以上の電圧から、前記所定の基準電圧未満の電圧であって前記駆動対象の装置の動作を阻害しないレベルの電圧へ変化させて、前記バッテリの温度を低下させる制御ステップを備えることを特徴とする電源部制御方法。
コンピュータに、
用いられている材料特有の化学変化により所定の基準電圧未満で吸熱反応が起こるバッテリを備えるとともに前記所定の基準電圧以上の電圧を出力可能な電源部の放電時の出力電圧を、駆動対象の装置の温度が高温となりうるタイミングにて前記所定の基準電圧以上の電圧から、前記所定の基準電圧未満の電圧であって前記駆動対象の装置の動作を阻害しないレベルの電圧へ変化させて、前記バッテリの温度を低下させる制御ステップ、
を行わせることを特徴とする電源部制御プログラム。