JP6777037B2 - 電源制御モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、車両用電子キー等に用いられる電源制御モジュールに関する。
車両用の電子キーのような小型の電子機器においては、電力源として、コイン型電池あるいはボタン型電池と呼ばれる小型の電池が用いられる。電子キーはこの電力を用いて、車両等と無線通信を行う。電子キーは、車両のドアのロック、アンロック等の操作のために無線通信を行うものである。車両を利用しない場合には、通信等の処理は不要であるため、通信機能等を停止させることが望ましい。従来、電子キーに、通信機能の少なくとも一部を停止する機能を持たせることが提案されている。
特許文献１は、スマートエントリー用携帯機（電子キー）の制御部が、電池の容量が基準値以下であることを検出したときに、電池と電子回路との間の通電を遮断し節電することを開示している。
特許文献２は、携帯型無線通信装置（電子キー）の制御部が、振動発電デバイスの出力電圧に基づいて、振動が伝わっていると判定している間は電池から無線受信部に電力を供給させ、振動が伝わっていないと判定したときには、電力供給を停止させることにより、通信不要と想定される場合に節電することを開示している。
一方、電池で動作する装置に電池とともに収納される、無線受信部を有する電子機器が提案されている（特許文献３）。このような電子機器は、外部機器から無線信号を受信し、これに基づいて装置に対する電池の出力を制御することができる。
特開２０１４−２０５９７８号公報 特開２０１２−２２７５８６号公報 特開２０１５−１７７９３９号公報
しかし、特許文献１、２が開示するような従来の技術では、ユーザーが意図したとおりのタイミングで容易に節電したり節電解除したりすることが困難である。また、小型の電子キーに電源オンやオフのためのボタン等を設けることも困難である。また、特許文献３が開示するような電子機器は、例えば、単３乾電池と同様の形状の筐体に単４乾電池を内蔵する構造となっている。このような電子機器は、同様の構造をコイン型電池向けに採用するとコイン型電池が小さくなり容量が極端に低下し実用性が失われるため、コイン型電池を用いる小型の電子キーに適用するのは困難である。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、電子キーのようなコイン型電池を用いる小型の装置に容易に適用でき、電池から装置への電力供給を外部から制御できる電源制御モジュールを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の一局面は、第１の面の中央部分を含む電極を第１極とし、第１の面に対向する第２の面、側面および第１の面における第１極の外方を含む電極を第２極とするコイン型電池を電池ホルダーに収納する車両用電子キーにおいて、コイン型電池に取り付けられて、電池ホルダーに収納可能な電源制御モジュールである。電源制御モジュールは、コイン型電池の第１極に接続される第１の電池側電極層と、電池ホルダーの第１極側端子に接続される端子側電極層と、第１の電池側電極層および端子側電極層を絶縁する絶縁層とを含む第１のシート部と、コイン型電池の第２の面の一部に接続される第２の電池側電極層を含む第２のシート部と、第１のシート部の端縁と第２のシート部の端縁との間のコイン型電池の側面の近傍位置にそれぞれ配置可能な、外部機器との無線通信が可能な無線通信部と、第１の電池側電極層および端子側電極層が電気的に接続された閉状態および切断された開状態を切り替えるスイッチ部と、無線通信部による通信結果に基づいてスイッチ部の状態を制御する制御部と備える。
このように、電源制御モジュールは、シート形状の第１のシート部、第２のシート部、および、コイン型電池の側面近傍に配置可能な小型の制御部等で構成されるため、コイン型電池に取り付けても、支障なく電子キーの電池ホルダーに収納でき、電池から電子キーへの電力供給を外部から制御可能とすることができる。
また、上述の電源制御モジュールにおいて、コイン型電池に取り付けられたとき、絶縁層は、第１極を覆うことができ、かつ、第１のシート部は、コイン型電池の第１の面からはみ出さないことが可能な大きさであってもよい。
これにより、コイン型電池の第１極を絶縁層が覆うことで電池ホルダーの端子が第１極に直接接触するおそれをより低減できる。また、第１のシート部が第１の面からはみ出さないことで、電池ホルダーにより支障なく収納することができる。
また、上述の電源制御モジュールにおいて、無線通信部は、外部機器として携帯型通信端末装置と通信を行ってもよい。
これにより、例えばスマートフォン等の一般に普及した電子機器を外部機器として利用でき、利便性が高い。
また、上述の電源制御モジュールにおいて、制御部は、外部機器との間で所定の認証が成功した場合に、無線通信部に認証に基づく暗号化通信を実行させ、暗号化通信の結果に基づいてスイッチ部の状態を制御してもよい。
これにより、セキュリティが向上し、他者にいたずらで電源制御される被害を防ぐことができる。
また、上述の電源制御モジュールにおいて、制御部は、第１の電池側電極層および端子側電極層の電位差を検出し、スイッチ部が開状態であり、かつ、電位差が０である場合に、第１の電池側電極層および端子側電極層が短絡したことを示す信号を無線通信部から外部の通信装置に送信させてもよい。
これにより、ユーザーは、電源制御モジュールにおいて短絡が発生したことを知ることができる。
また、上述の電源制御モジュールにおいて、絶縁層は、ポリイミドで形成されてもよい。
これにより、絶縁層の好適な絶縁性が得られる。
また、上述の電源制御モジュールにおいて、第１のシート部、第２のシート部およびこれらを接続するブリッジ部分はフレキシブル基板を用いて形成され、
無線通信部、スイッチ部および制御部は、ブリッジ部分に配置されてもよい。
これにより、電源制御モジュールを薄く、軽く形成でき、また屈曲させやすく、コイン型電池への取り付けをしやすくすることができる。
また、上述の電源制御モジュールにおいて、第１のシート部は、一部が凹状に窪んだ外縁形状、または、孔を有してもよい。
これにより、凹状に窪んだ外縁部分や孔を覆うように絶縁テープを貼り付けて第１のシート部をコイン型電池に取り付けることができる。
本発明によれば、電子キーのようなコイン型電池を用いる小型の装置に容易に適用でき、電池から装置への電力供給を外部から制御できる電源制御モジュールを提供することができる。
本実施形態に係る電源制御モジュールの平面図および側面図 一般的なコイン型電池の平面図、側面図および底面図 本実施形態に係る電源制御モジュールをコイン型電池に取り付けた状態の平面図、側面図および底面図 本実施形態に係る電源制御モジュール、コイン型電池、これらを内蔵した電子キーおよび外部機器の模式構成図 本実施形態の変形例に係る電源制御モジュールの底面図 本実施形態の変形例に係る電源制御モジュールの側面図 本実施形態の変形例に係る電源制御モジュールの側面図
（概要）
本発明に係る電源制御モジュールは、既存のコイン型電池に取り付けた状態で既存の電池ホルダーに格納できるよう、薄く、小型に形成される。電源制御モジュールの第１のシート部は、コイン型電池の一方の極と、電池ホルダーの端子との間に挟まり、これらの間の電気的な接続、切断を制御するスイッチ部を有する。また第２のシート部は、コイン型電池の他方の極の一部に接続される。電源制御モジュールは、外部との無線通信を行う通信部を有し、スイッチ部の動作は、無線通信に基づいて行う。電源制御モジュールは、支障なく電子キーの電池ホルダーに収納でき、電池から電子キーへの電力供給を外部から制御可能とすることができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施形態）
＜形態＞
図１に、本実施形態に係る電源制御モジュール１００の平面図、および、側面図を示す。電源制御モジュールは、一例としてフレキシブル基板を用いて形成され、第１のシート部１１０と第２のシート部１２０とを備える。また、第１のシート部１１０と第２のシート部１２０とを接続するブリッジ部１３０を備え、ブリッジ部１３０に１つ以上の部品チップ１４０が搭載される。フレキシブル基板を用いて形成することにより、電源制御モジュール１００を薄く、軽く、小型に形成でき、また屈曲させやすいため、コイン型電池への取り付けおよび電池ホルダーへの収納をしやすくすることができる。
第１のシート部１１０は、第１の電池側電極層１１１と、端子側電極層１１２と、これらの間に設けられた絶縁層１１３とを備える。絶縁層１１３は、例えばフレキシブル基板のポリイミド素材によって構成することができる。第２のシート部１２０は、第２の電池側電極層１２１を備える。
部品チップ１４０は、後述する無線通信部と、スイッチ部と、制御部とを実装した回路を含む。図示する例では、部品チップ１４０として、１つの部品チップ内に各部が一体的に実装された態様を示しているが、２つ以上の部品チップに分散されてもよい。部品チップ１４０は、第１の電池側電極層１１１、端子側電極層１１２、第２の電池側電極層１２１のそれぞれと、図示しない電線で接続されている。なお、図１および以降の側面図において各部の厚さは実際とは異なり、層構成を識別できるよう適宜模式的に示している。
図２に、一般的なコイン型電池２００の平面図、側面図、底面図を示す。コイン型電池２００は円柱形状を有し、底面である第１の面２０１の中央部分が第１極２１０であり、上面である第２の面２０２、側面２０３、および、第１の面２０１のうち第１極２１０の外側にある部分が第２極２２０である。第１の面２０１の第１極２１０と第２極２２０との間には絶縁部２３０が設けられている。
図３に、電源制御モジュール１００をコイン型電池２００に取り付けた状態の平面図、側面図、底面図を示す。図２、図３を参照して、電源制御モジュール１００の第１のシート部１１０の第１の電池側電極層１１１が、コイン型電池２００の第１極２１０に取り付けられる。また、第２のシート部１２０の第２の電池側電極層１２１が、第２極２２０のうち第２の面２０２の一部に取り付けられる。
ブリッジ部１３０において、電源制御モジュール１００は折り曲げられ、部品チップ１４０は、ブリッジ部１３０のうちコイン型電池２００の側面２０３にほぼ平行に対向する部分に配置される。このように部品チップ１４０は、コイン型電池２００の高さを越えない程度に十分小さく製造することができ、第１のシート部１１０の端縁と第２のシート部１２０の端縁との間の、側面２０３の近傍位置に配置可能である。
第１のシート部１１０、第２のシート部１２０は、電子キー３００の電池ホルダーとコイン型電池２００との間に存在しても支障とならない程度に十分薄く形成することができる。第１のシート部１１０のうち、絶縁層１１３がコイン型電池２００の第１極２１０を覆うことができる大きさ、形状であることが好ましい。また、第１のシート部１１０全体が、コイン型電池２００の第１の面２０１からはみ出さない大きさ、形状であることが好ましい。また、端子側電極層１１２は、第１極２１０に含まれる大きさ、形状であることが好ましい。第１極２１０を絶縁層が覆うことで電池ホルダーの端子が第１極２１０に直接接触するおそれをより低減できる。また、第１のシート部１１０が第１の面２０１からはみ出さないことで、電池ホルダーにより支障なく収納することができる。また、端子側電極層１１２は、第１極２１０の外側に設けられないことにより、電池ホルダーの第２極側端子が近くにあっても接触しないようにできる。
一例として、第１の電池側電極層１１１を第１極２１０の直径ｄ（−）以下の直径ｄ１を有する円形とし、絶縁層１１３を直径ｄ（−）より大きくコイン型電池２００の外径ｄ（＋）以下の直径ｄ２を有する円形とし、端子側電極層１１２を、第１極２１０の直径ｄ（−）以下の直径ｄ３を有する円形とし、平面視において同心円状に配置することが好ましい。
ブリッジ部１３０は、図３に示すように、例えば、折り曲げられたとき図３に示すようにコイン型電池２００に外接する正方形のコーナー部に収まる程度のサイズであることが好ましい。コイン型電池２００の一般的な電池ホルダーは、コイン型電池２００の周りにコーナー部１つ分程度のスペースが存在する形状を有するので、このサイズであればブリッジ部１３０を好適に収納することができる。
＜機能＞
図４に、電源制御モジュール１００、コイン型電池２００、これらを内蔵した電子キー３００および外部機器４００の模式構成図を示す。
部品チップ１４０には、コイン型電池の第１極２１０に接続する第１の電池側電極層１１１と、第２極２２０に接続する第２の電池側電極層１２１とからそれぞれ電力線が接続され、無線通信部１４１、スイッチ部１４２および制御部１４３に適宜電力が供給される。部品チップ１４０内部の電力線は図示を省略する。部品チップ１４０からは無線通信部１４１のアンテナ線が延出してもよい。
電子キー３００の第１極側端子３０１は、コイン型電池２００の第１極２１０ではなく、電源制御モジュール１００の端子側電極層１１２に接続する。一方、電子キー３００の第２極側端子３０２は、コイン型電池２００の第２極２２０に直接接続する。なお、第２のシート部は、第２面の一部に取り付けられ、他の部分は覆わないため、第２極側端子３０２が、第２極２２０に全く接触できなくなる状況にはならない。スイッチ部１４２が閉状態のとき、第１極側端子３０１とコイン型電池２００の第１極２１０とが導通し、電子キー３００の内部機器３０３に電力が供給され、電子キー３００は電源オン状態となる。スイッチ部１４２が開状態のとき、第１極側端子３０１とコイン型電池２００の第１極２１０とが導通せず、電子キー３００の内部機器３０３に電力が供給されず、電子キー３００は電源オフ状態となる。
無線通信部１４１は、電子キー３００の外部にある外部機器４００と無線通信を行う。スイッチ部１４２は、第１の電池側電極層１１１と端子側電極層１１２とが電気的に接続された閉状態と、電気的に切断された開状態との間で状態を切り替える。制御部１４３は、無線通信部１４１による通信結果に基づいてスイッチ部１４２の状態を制御する。
無線通信部１４１が通信する外部機器４００は、例えばスマートフォン等の携帯型無線通信端末装置である。ユーザーがスマートフォンに対して電子キー３００の電源オフを指示する操作を行うと、スマートフォンは電源オフを指示する電源オフ信号を無線送信する。電子キー３００が電源オン状態のとき、無線通信部１４１が電源オフ信号を受信すると、制御部１４３はこれを検知して、スイッチ部１４２を開状態とする。これにより、電子キー３００は電源オフ状態となる。また、ユーザーがスマートフォンに対して電子キー３００の電源オンを指示する操作を行うと、スマートフォンは電源オンを指示する電源オン信号を無線送信する。電子キー３００が電源オフ状態のとき、無線通信部１４１電源オン信号を受信すると、制御部１４３はこれを検知して、スイッチ部１４２を閉状態とする。これにより、電子キー３００は電源オン状態となる。このように電源制御モジュール１００は、外部機器４００からの無線信号に基づいて、コイン型電池２００から電子キー３００への電力供給を制御することができる。
他者によるいたずら被害防止等、セキュリティ向上のため、無線通信部１４１は、外部機器４００と暗号化通信を行ってもよい。すなわち制御部１４３は、電源制御モジュール１００と外部機器４００との間で暗号照合等による認証を行い、認証が成功した場合にのみ暗号化通信を継続し、暗号化通信の結果に基づいてスイッチ部１４２の状態を制御するようにしてもよい。
無線通信部１４１と外部機器４００とは、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）のような近距離通信規格に準拠した通信を行う。また、外部機器４００がスマートフォンである場合、スマートフォンは、予めインストールされた電源制御モジュール１００制御用の所定のアプリケーションを実行することで、好適にユーザーに対する操作インターフェースを提供することができる。スマートフォンのような一般的な携帯型通信端末装置を外部機器４００として用いることで、ユーザーが新たに専用機器を入手して所持する負担がなく利便性を向上できる。
なお、第１の電池側電極層１１１と、端子側電極層１１２との電位差が０で、かつ、スイッチ部１４２が開状態であれば、第１の電池側電極層１１１と、端子側電極層１１２との間で短絡が発生したと考えることができる。この場合、スイッチ部１４２の状態によらず電子キー３００は電源オン状態となり節電の機能が損なわれる。図４に示すように制御部１４３が、第１の電池側電極層１１１の電位ｖ１と、端子側電極層１１２との電位ｖ２との電位差をモニタするようにして、電位差が０で、かつ、スイッチ部１４２が開状態であれば、無線通信部１４１から外部機器４００へ短絡が発生したことを示す無線信号を送信するようにしてもよい。これによりユーザーは外部機器４００を介して電源制御モジュール１００の機能不全を知ることができる。
以下に、電源制御モジュール１００の変形例を説明する。なお、電源制御モジュール１００と同一または対応する構成要素には適宜同一の参照符号を付す。
＜変形例１、２、３＞
電源制御モジュール１００の第１のシート部１１０および第２のシート部１２０のコイン型電池２００に対する接着力は取り付けやすさ、外れにくさ、および、接触抵抗の低減の観点から、素材の選択等により適宜設計すればよいが、以下の変形例１、２、３はとくに接着力や接触圧の調整を容易にする例である。図５に、本実施形態の変形例１、２に係る電源制御モジュール９０１、９０２の底面図を示す。電源制御モジュール９０１、９０２は、図１に示す電源制御モジュール１００において、第１のシート部１１０の一部に切り欠き９０８、あるいは切り抜き９０９を設けたものである。すなわち、電源制御モジュール９０１においては、第１のシート部１１０は一部が凹状に窪んだ外縁形状を有する。また、電源制御モジュール９０２においては、第１のシート部１１０は孔を有する。切り欠き９０８（凹状に窪んだ外縁部分）、あるいは切り抜き９０９（孔）を覆うように端子側電極層１１２側から絶縁テープ９１０を貼り付けることにより、第１のシート部１１０をコイン型電池２００に取り付けることができる。
図６に、本実施形態の変形例３に係る電源制御モジュール９０３をコイン型電池２００に取り付けた状態の側面図を示す。電源制御モジュール９０３は、図１に示す電源制御モジュール１００において第２のシート部１２０の第２極２２０に接触する面の反対側の面に、所定の厚さのクッション性、弾力性を有する隙間埋め部材９０４を設けたものである。隙間埋め部材９０４は、例えばスポンジで形成され、電池ホルダーや電子キー３００の筐体９０５と第２のシート部１２０との間の空隙を埋めて、一定の圧力で、第２のシート部１２０をコイン型電池２００に押し付け、安定的に接触させることができる。
＜変形例４＞
図７に、本実施形態の変形例４に係る電源制御モジュール９０６をコイン型電池２００に取り付けた状態の側面図を示す。電源制御モジュールに９０６は、電源制御モジュール１００において、部品チップ１４０をブリッジ部１３０のうち第１のシート部１１０と同一平面上にある部分に配置したものである。この配置においては、部品チップ１４０とその近傍の配線が平面配置となるため、応力が作用しにくく、電源制御モジュール１００より信頼性に優れるが、収納するためのスペースがより多く必要となる。本変形例では、電池ホルダーのスペースが許容する範囲で、ブリッジ部１３０の長さを調整したり、第２のシート部１２０をコイン型電池２００の第２極２２０に貼り付ける位置をずらしたりすることによって、部品チップ１０４の信頼性を向上することができる。
（効果）
本発明に係る電源制御モジュールは、平坦な形状の第１のシート部、第２のシート部、小型の部品チップを用いているため、従来のコイン型電池に取り付けても、支障なく電池ホルダーに収納することができる。そのためコイン型電池を用いる既存の電子キーにも容易に適用できる。また、外部機器を用いて電源オン、オフの制御ができるため、ユーザーは操作しやすいインターフェースを介して容易に所望のタイミングで電源の制御を行うことができる。
本発明は、車両用の電子キー等の小型の装置の電源制御に有用である。
１００、９０１、９０２、９０３、９０６ 電源制御モジュール
１１０ 第１のシート部
１１１ 第１の電池側電極層
１１２ 端子側電極層
１１３ 絶縁層
１２０ 第２のシート部
１２１ 第２の電池側電極層
１３０ ブリッジ部
１４０ 部品チップ
１４１ 無線通信部
１４２ スイッチ部
１４３ 制御部
２００ コイン型電池
２０１ 第１の面
２１０ 第１極
２０２ 第２の面
２０３ 側面
２２０ 第２極
２３０ 絶縁部
３００ 電子キー
３０１ 第１極側端子
３０２ 第２極側端子
３０３ 内部機器
４００ 外部機器
９０４ 隙間埋め部材
９０５ 筐体
９０８ 切り欠き
９０９ 切り抜き
９１０ 絶縁テープ

Claims (8)

  1. 第１の面の中央部分を含む電極を第１極とし、前記第１の面に対向する第２の面、側面および前記第１の面における前記第１極の外方を含む電極を第２極とするコイン型電池を電池ホルダーに収納する車両用電子キーにおいて、前記コイン型電池に取り付けられて、前記電池ホルダーに収納可能な電源制御モジュールであって、
    前記コイン型電池の前記第１極に接続される第１の電池側電極層と、前記電池ホルダーの第１極側端子に接続される端子側電極層と、前記第１の電池側電極層および前記端子側電極層を絶縁する絶縁層とを含む第１のシート部と、
    前記コイン型電池の前記第２の面の一部に接続される第２の電池側電極層を含む第２のシート部と、
    前記第１のシート部の端縁と前記第２のシート部の端縁との間の前記コイン型電池の前記側面の近傍位置にそれぞれ配置可能な、外部機器との無線通信が可能な無線通信部と、
    前記第１の電池側電極層および前記端子側電極層が電気的に接続された閉状態および切断された開状態を切り替えるスイッチ部と、
    前記無線通信部による通信結果に基づいて前記スイッチ部の状態を制御する制御部と備える、電源制御モジュール。
  2. 前記コイン型電池に取り付けられたとき、前記絶縁層は、前記第１極を覆うことができ、かつ、前記絶縁層が前記第１極を覆ったとき、前記第１のシート部は、前記コイン型電池の前記第１の面からはみ出さない、請求項１に記載の電源制御モジュール。
  3. 前記無線通信部は、前記外部機器として携帯型通信端末装置と通信を行う、請求項１または２に記載の電源制御モジュール。
  4. 前記制御部は、前記外部機器との間で所定の認証が成功した場合に、前記無線通信部に前記認証に基づく暗号化通信を実行させ、前記暗号化通信の結果に基づいて前記スイッチ部の状態を制御する、請求項１〜３のいずれかに記載の電源制御モジュール。
  5. 前記制御部は、前記第１の電池側電極層および前記端子側電極層の電位差を検出し、前記スイッチ部が開状態であり、かつ、前記電位差が０である場合に、前記第１の電池側電極層および前記端子側電極層が短絡したことを示す信号を前記無線通信部から前記外部の通信装置に送信させる、請求項１〜４のいずれかに記載の電源制御モジュール。
  6. 前記絶縁層は、ポリイミドで形成される、請求項１〜５のいずれかに記載の電源制御モジュール。
  7. 前記第１のシート部、前記第２のシート部およびこれらを接続するブリッジ部分はフレキシブル基板を用いて形成され、
    前記無線通信部、前記スイッチ部および前記制御部は、前記ブリッジ部分に配置される、請求項１〜６のいずれかに記載の電源制御モジュール。
  8. 前記第１のシート部は、一部が凹状に窪んだ外縁形状、または、孔を有する、請求項１〜７のいずれかに記載の電源制御モジュール。
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