JP7302557B2 - 電子機器、二次電池の劣化検出方法及びプログラム - Google Patents

電子機器、二次電池の劣化検出方法及びプログラム Download PDF

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Description

この発明は、電子機器、二次電池の劣化検出方法及びプログラムに関する。
二次電池を有する電子機器がある。二次電池の充電により、長期間電子機器を利用することができる。また、二次電池の充電時に当該二次電池へ電力を供給する電力供給線に接続されている間は、当該電力供給線から供給される電力によっても動作可能である。
二次電池は、多数回充放電を繰り返すうちに劣化して性能が低下する。特許文献1では、充電した二次電池を開放状態としたときの電圧の変化パターンに基づいて性能の劣化度合を判断する技術が開示されている。
特開2007-178333号公報
しかしながら、従来技術では、二次電池を負荷から切り離して計測しないといけないので、手間がかかり、またその間の製品利用を妨げるという課題がある。
この発明の目的は、製品利用を妨げずに精度よく二次電池の劣化を検出することのできる電子機器、二次電池の劣化検出方法及びプログラムを提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明は、
二次電池から供給される電力により動作する動作部と、
前記二次電池の出力電圧に係る情報を取得する電圧情報取得部と、
前記二次電池からの電力供給が低使用状態であるか否かを判別する判別部と、
前記判別部が前記低使用状態であると判別した場合、前記電圧情報取得部により取得された前記情報から特定された、前記低使用状態が継続している間の前記出力電圧の低下度合に基づいて前記二次電池の劣化状況を検出する検出部と、
前記二次電池と前記動作部とを電気的に接続する電力供給回路と、
前記電力供給回路が外部電源に接続された場合に前記二次電池の充電を制御する充電制御部と、
を備え、
前記充電制御部は、前記電力供給回路が前記外部電源に接続されている場合に、当該外部電源から供給される電力を前記動作部に供給させ、
前記判別部は、前記二次電池が充電中ではなく、かつ前記動作部が前記外部電源から供給される電力で動作している場合に、前記低使用状態であると判別する
ことを特徴とする電子機器である。
本発明に従うと、製品利用を妨げずに精度よく二次電池の劣化を検出することができるという効果がある。
電子機器の機能構成を示すブロック図である。 二次電池の劣化に応じた変化を示す図である。 劣化検出制御処理の制御手順を示すフローチャートである。 劣化検出制御処理の他の例を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本実施形態の電子機器1の機能構成を示すブロック図である。
電子機器1は、特には限られないが、例えば、ユーザの腕に装着されるスマートウォッチ(身体装着型端末)などの携帯型機器である。電子機器1は、電力供給接続部10と、充電制御IC20(充電制御部)と、マイコン30(コンピュータ)と、電圧計測部40(電圧情報取得部)と、電力供給回路50と、動作部60などを備える。
また、電子機器1には、二次電池Bが保持されている。二次電池Bは、電子機器1が備える固定されたもの(修理交換は可能)であってもよいし、ユーザが容易に着脱可能なものであってもよい。ここでは、二次電池Bは、例えば、リチウムイオン電池である。二次電池Bは、動作部60、充電制御IC20及びマイコン30に電力を供給してそれぞれ動作させる。
電力供給接続部10は、外部電源からの配線が接続される。電力供給接続部10は、例えば、上記配線の途中に位置する電圧変換部(アダプタ)で商用電源による交流電力から変換された動作、充電用の直流所定電圧の電力を入力する入力端子を有する。あるいは、電力供給接続部10は、USB(Universal Serial Bus)端子などを含み、USB給電を受けることが可能であってもよい。
充電制御IC20は、動作部60への電力供給と二次電池Bの充放電とを切り替え制御する。充電制御IC20は、電力供給接続部10への外部電源の接続有無及び電圧計測部40の計測情報などに基づいて、外部電源から二次電池Bへの電流経路、二次電池Bから動作部60への電流経路、及び外部電源から動作部60へ直接つながる電流経路の開閉を切り替える。
マイコン30は、充電制御IC20及び電圧計測部40の動作を制御する。マイコン30は、制御動作を行うためのハードウェアプロセッサを含む制御部31(判別部、検出部)と、フラッシュメモリ又はROM(Read Only Memory)などの不揮発性メモリを有する。この不揮発性メモリには、プログラム32が記憶されている。制御部31は、プログラム32に従って、電流経路の切り替え制御及び後述の二次電池Bの劣化状況の検出などを行う。
電圧計測部40は、二次電池Bの出力電圧を計測することで出力電圧に係る情報を取得し、計測結果をマイコン30へ出力する。
電力供給回路50は、上記電力供給接続部10(すなわち外部電源)、二次電池B及び動作部60の間を電気的に接続する電気回路である。電力供給接続部10と動作部60との間には、トランジスタ51及び帰還ダイオード52が位置し、電力供給接続部10と二次電池Bとの間には、トランジスタ53及び帰還ダイオード54が位置し、二次電池Bと動作部60との間には、トランジスタ55及び帰還ダイオード56が位置している。トランジスタ51、53、55は、それぞれ充電制御IC20により通電のオンオフが切り替えられるアナログスイッチとして動作する。
動作部60は、電子機器1の各種動作を行う。動作部60は、例えば、第1制御部61と、第2制御部62と、計時部63と、表示部64と、操作受付部65と、通信部66と、計測部67(温度計測部)などを有する。
第1制御部61は、動作部60の各部の動作を統括制御する。第1制御部61は、例えば、CPU(Central Processing Unit)といったハードウェアプロセッサ及びRAM(Random Access Memory)などを有し、各種演算処理を行って動作部60の基本動作や各種アプリケーションプログラムを実行する。
第2制御部62は、第1制御部61よりも消費電力の小さい制御部であり、計時部63の計時動作と表示部64への現在日時(時刻)の限定的な表示を制御する。電子機器1がアプリケーションプログラムを実行せず、現在日時の表示のみを行う時計動作モードでは、第1制御部61がオフされて第2制御部62により省電力動作する。第2制御部62が操作受付部65などへの入力操作を検出した場合には、第2制御部62が第1制御部61を起動させて通常動作モードに復帰する。
計時部63は、現在日時(現在時刻及び日付)を計数する。計時部63には、例えば、RTC(Real Time Clock)が含まれていてもよい。また、第1制御部61の動作時には、計時部63は、CPUが動作用クロック信号を計数して高精度で日時の計数を行ってもよい。
表示部64は、各種表示を行う。表示部64は、例えば、液晶ディスプレイ(LCD)を有し、文字、記号や画像などを表示させることができる。LCDは、例えば、第1制御部61の制御によりフルカラー表示が可能であり、第2制御部62が現在日時の表示をさせる場合には、減色又は単色表示に切り替えられてもよい。
操作受付部65は、ユーザなどの外部からの入力操作を受け付ける。操作受付部65は、例えば、LCDに重なって位置するタッチパネルや、電子機器1の表示面に対して側面に位置する押しボタンスイッチなどを有している。入力操作が受け付けられると、受付られた内容を示す入力信号が第1制御部61及び/又は第2制御部62に出力される。
通信部66は、第1制御部61の制御に基づいて通信動作を行う。通信動作は、例えば、ブルートゥース(登録商標)やWiFiなどによる他の外部機器との短距離無線通信である。
計測部67は、例えば、ユーザ(電子機器1)の移動量、方位(地磁場)、ユーザの脈拍、周囲の温度や気圧などを計測する。計測部67は、第1制御部61の動作時に計測動作が可能であり、計測結果が適宜な頻度で第1制御部61へ出力される。なお、後述のように温度計測結果が二次電池Bの劣化度合の評価に利用される場合には、低頻度の温度計測は、第1制御部61が停止していても実行可能とされてもよい。この場合の計測結果は、第2制御部62に出力されたり、あるいは、直接マイコン30に出力されたりしてもよい。
次に、本実施形態の電子機器1における二次電池Bの充放電動作について説明する。
二次電池Bは、適宜外部電源からの電力供給により充電され、蓄電された電力を動作部60に供給して当該動作部60を動作させる。電力供給接続部10に外部電源が接続されていない場合には、充電制御IC20がトランジスタ55をオンして二次電池Bの電力を動作部60へ供給可能とする。トランジスタ51、53はオフされていてもよい。
電力供給接続部10に外部電源が接続されている場合には、充電制御IC20がトランジスタ53をオンして、外部電源による二次電池Bの充電が可能とする。また、この場合、外部電源の電力が直接動作部60へ供給されるように、トランジスタ51もオンされる。
二次電池Bの電圧が満充電電圧に到達し、充電が完了した場合には、トランジスタ53はオフされる。その後も電力供給接続部10に外部電源が接続され続けている場合には、トランジスタ51はオンされていてよい。二次電池Bは、自己放電により外部電源から電力供給接続部10を介して入力される電力の電圧よりも低くなるので、トランジスタ55の状態によらず動作部60への電力供給はなされない。
二次電池Bが動作部60への電力供給がない場合、充電制御IC20及びマイコン30の通常動作に必要な電流と、電圧計測部40による電圧計測で流れる微小電流とに応じた電力が二次電池Bから供給される。一方で、二次電池Bは、自身の特性に応じた自己放電を生じる。この自己放電は、通常では微小であるが、二次電池Bの劣化が進むと大きくなる。
図2(a)は、自己放電電流と二次電池Bの厚さの時間変化を示す図である。リチウムイオン電池である二次電池Bは、利用につれてガスが発生して膨張する。膨張が進むと他の構成を圧迫するなどで悪影響を及ぼす場合があるので、交換が必要となる。自己放電電流は、この膨張(タイミングT2)に先立って、タイミングT1から顕著に増加し始める。自己放電電流の増大は、充電時間の増大や充電したバッテリの使用継続可能時間の短縮につながる。
本実施形態の電子機器1では、自己放電電流の増加による二次電池Bの電圧低下速度の変化を計測して劣化を検出する。バッテリの電圧低下は、当然バッテリの使用量に応じて異なる。そこで、電子機器1では、二次電池Bが動作部60の動作に対して積極的に利用されていない状況(低使用状態)での電圧低下を計測する。この状況には、省電力モード(特に、第1制御部61の停止に応じて電力の消費量が十分に小さく(ある基準以下に)なった場合)や、外部電源に接続されていてかつ二次電池Bが充電中ではない状況(すなわち、二次電池Bからは動作部60に対して電力が供給されていない)の開始から、それぞれ設定された時間が経過したタイミング以降が含まれる。電力消費量の基準は、定量的かつ固定的に定められるのでなはなく、省電力モードなどの動作モードを基準として定められてもよいし、また、状況によって変更されてもよい。設定される時間は、意図しないモード切り替えがユーザにより即座に解除されるまでの時間や、モード切替に伴う動作が終了して二次電池Bにおける上記初期の電圧低下などが安定するまでの時間が考慮されて適宜定められればよい。なお、ここでいう低使用状態は、二次電池Bが完全に電子機器1から電気的に切り離された開放状態とされることを意味しない。
省電力モードでは、計時部63の動作及び限定された第2制御部62及び表示部64の動作のために二次電池Bの電力が消費される。すなわち、消費電力は略一定かつ少量である。後者の場合には、動作部60の動作状況によらないが、身体(腕)装着型端末の場合、外部電源からの充電用の配線に接続されたまま利用されることはあまり想定されないので、充電が完了するまでに省電力モードとなりやすい。また、充電完了後即座に配線が電力供給接続部10から取り外されないことも多い。
図2(b)には、外部電源が接続されている場合の電圧変化の例を示す。点線で示す変化Lnは、二次電池Bの劣化が進んでいない(劣化が小さい)正常な状態であり、実線で示す変化Ldは、二次電池Bの劣化が進んだ(劣化が大きい)状態である。
正常な状態の変化Lnで示すように、タイミングTf1で出力電圧が満充電電圧Vfに到達して充電が終了すると、低使用状態では、初期低下の後、電圧の低下が非常に緩やかである。一方、劣化が進行すると、タイミングTf2での充電完了及び初期低下の後、自己放電の増大に応じて電圧低下が速くなっている。出力電圧が再充電電圧Vcに低下したタイミングTc2で、充電制御IC20によりトランジスタ53がオンされて、再び出力電圧が満充電電圧Vfに上昇するタイミングTf2aまでの間、再充電がなされる。
なお、ここでは、充電時に途中で定電流充電から定電圧充電に移行している場合の例を示しており、劣化の度合に応じて定電圧充電の所要時間が変化しているが、充電方式は何ら限定されなくてよい。
このように、外部電源への接続が継続されている状態で、特に、充電が完了した後に、満充電電圧Vfと再充電電圧Vcの間での電圧低下率(電圧の低下度合)に基づいて、二次電池Bの劣化度合が判定(検出)される。ここでは、電圧の低下幅dVと、低下の所要時間dTとの関係で電圧低下率が定められる。低下幅dV(ある低下幅)を固定して、所要時間dT(低下幅dVの低下が生じるまでの経過時間)が計測されてもよいし、所要時間dT(設定された時間)が固定されて、当該所要時間dTでの低下幅dVが計測されてもよい。
なお、電圧低下は経過時間に対して直線ではなく、低下幅dVを計測する出力電圧の範囲に応じて多少の傾きの変化がある。低下幅dVの上限値、すなわち、検出開始時の出力電圧や低下幅dVの中央値、及びこれらと低下幅dVの絶対値の組合せなどに対して予め基準となる電圧低下率(低下幅dV又は所要時間dTのいずれかが固定されている場合には、電圧低下率に対応する値として、それぞれ基準時間dT0や基準低下幅dV0などでもよい)が保持されていればよい。また、この傾きは、温度にも依存するので、電子機器1の温度も条件に含めて、計測部67が計測した温度に応じた基準となる電圧低下率が設定されてもよい。
低下幅dVや所要時間dTを長く取るほど劣化度合が検出しやすくなる。最大では、低下幅dVを満充電電圧Vfと再充電電圧Vcとの差としてもよく、すなわち、再充電の時間間隔と基準時間とが比較されてもよい。一方で、低下幅dVや所要時間dTが大きいほど途中で低使用状態が終了する可能性も高くなるので、適宜これよりも小さい値に定められてもよい。あるいは、状況に応じて可変とされてもよい。また、電子機器1の使用状況や温度条件などに応じて再充電電圧Vc自体が変更されてもよく、これに応じて低下幅dVや所要時間dTが変更されてもよい。
また、途中で低使用状態が終了した場合には、終了の時点までの低下幅dV及び所要時間dTに基づいて電圧低下率が求められてもよいが、一律に又は状況に応じて、電圧低下率、更には、劣化状況の検出を中止してもよい。また、劣化状況の検出は、低使用状態であるだけではなく、低使用状態が所要時間dT程度にわたって継続すると見込まれる場合に開始することとしてもよい。例えば、時刻などの限定(夜間限定など)を追加してもよいし、より積極的に時間帯別の省電力モードの発生頻度履歴を生成し、基準以下の発生頻度の時間帯では劣化状況の検出を開始しないこととしてもよい。
電力供給接続部10に外部電源が接続されていない場合には、二次電池Bの出力は、動作部60の計時、表示動作の分だけもう少し大きくなり、その分電圧低下率も大きくなる。また、低使用状態の範囲で常駐する低消費電力のアプリケーションプログラムなどがある場合には、そのぶんの消費電力が大きくなる場合がある。外部電源の接続有無にかかわらず劣化度合の判定を行う場合、同一の基準であってもよいが、接続有無や動作中のアプリケーションプログラムの種別など(電子機器1の状態)に応じて劣化度合を判定する基準となる電圧低下率(検出基準)が別個に定められて(変更されて)もよい。
また、外部電源に接続されていない場合には、再充電電圧Vc以下でも再充電されないので、当該再充電電圧Vc以下でも電圧低下率の計測が可能である。基準となる電圧低下率は、再充電電圧Vc以下の出力電圧範囲についても定められてもよい。
図3は、本実施形態の電子機器1で実行される劣化検出制御処理のマイコン30の制御部31による制御手順を示すフローチャートである。
この劣化検出制御処理は、例えば、毎日又は直近の劣化検出から所定の日数が経過するごとに所定の時刻(例えば、夕方から夜にかけて、ユーザが電子機器1の利用を終了して外部電源に接続するタイミングの前後など)に開始される。
劣化検出制御処理が開始されると、制御部31は、電子機器1の二次電池Bが低使用状態、すなわち、上記のように、外部電源が接続された非充電状態であるか、省電力モードであるか否かを判別(判断)する(ステップS101;判別部としての動作、判別ステップ、判別手段)。低使用状態ではないと判別された場合には(ステップS101で“NO”)、制御部31の処理は、ステップS101に戻る。なお、ステップS101の処理は、適宜な間隔を開けて実行されてよい。
低使用状態であると判別された場合には(ステップS101で“YES”)、制御部31は、二次電池Bの出力電圧が劣化検出の開始可能範囲内であるか否かを判別する(ステップS102)。開始可能範囲の電圧(ある開始電圧)は、上述のように、測定可能な状況であれば固定される必要はなく、再充電電圧Vc以上などで広く定められてもよいし、満充電電圧Vfで充電が完了した後初期低下した特定の電圧(計測精度や間隔に応じた特定の電圧の近傍範囲)に限られてもよい。開始可能範囲内ではないと判別された場合には(ステップS102で“NO”)、制御部31の処理は、ステップS101に戻る。
出力電圧が開始可能範囲内であると判別された場合には(ステップS102で“YES”)、制御部31は、必要に応じて現在の温度や電力供給接続部10への外部電源の接続有無などの条件を取得し、基準値、例えば、ここでは、所要時間dTの間における現在の電圧からの電圧低下幅の基準値(基準低下幅dV0)を設定する(ステップS103)。制御部31は、経過時間の計数を開始する(ステップS104)。
制御部31は、低使用状態が継続しているか否かを判別する(ステップS105)。継続していると判別された場合には(ステップS105で“YES”)、制御部31は、設定された所要時間dTが経過したか否かを判別する(ステップS106)。経過していないと判別された場合には(ステップS106で“NO”)、制御部31の処理は、ステップS105へ戻る。
所要時間dTが経過したと判別された場合には(ステップS106で“YES”)、制御部31は、電圧計測部40から電圧値を取得する(ステップS107)。制御部31は、取得した電圧値の計数開始時の電圧値からの低下幅を算出(特定)し、この低下幅が基準値(基準低下幅dV0)以上であるか否かを判別する(ステップS108)。低下幅が基準値以上であると判別された場合には(ステップS108で“YES”)、制御部31は、二次電池Bの劣化が大であると判別する(ステップS109)。そして、制御部31は、劣化検出制御処理を終了する。低下幅が基準値以上ではない(未満である)と判別された場合には、制御部31は、二次電池Bの劣化が小であると判別する(ステップS110)。そして、制御部31は、劣化検出制御処理を終了する。なお、判別された劣化の度合は、第1制御部61が動作している間に当該第1制御部61に送られて、適宜表示部64への表示や各種報知動作が行われてもよい。
ステップS105の判別処理で、低使用状態が継続していない(終了した)と判別された場合には(ステップS105で“NO”)、制御部31は、電圧計測部40から電圧値を取得する(ステップS111)。制御部31は、取得した電圧値の計数開始時の電圧値からの低下幅を算出し、この低下幅が基準幅以上であるか否かを判別する(ステップS112)。基準幅以上であると判別された場合には(ステップS112で“YES”)、制御部31の処理は、ステップS109へ移行する。
電圧の低下幅が基準幅以上ではないと判別された場合には(ステップS112で“NO”)、制御部31は、劣化検出に必要な最低基準時間以上の時間が計測開始から経過しているか否かを判別する(ステップS113)。最低基準時間は、特には限られないが、例えば、所要時間dTの所定の割合(例えば、60%)などとされてもよい。最低基準時間以上経過していないと判別された場合には(ステップS113で“NO”)、制御部31は、計測結果をキャンセルし(ステップS121)、処理をステップS101に戻す。
最低基準時間以上経過していると判別された場合には(ステップS113で“YES”)、制御部31は、現在の出力電圧を取得し、現在までの電圧低下幅と経過時間とに基づいて所要電圧低下率を算出する(ステップS114)。制御部31は、電圧低下率が、設定されている所要時間dT及び基準幅に応じた基準の電圧低下率以上であるか否かを判別する(ステップS115)。電圧低下幅が基準以上であると判別された場合には(ステップS115で“YES”)、制御部31の処理は、ステップS109へ移行する。電圧低下幅が基準以上ではない(未満である)と判別された場合には(ステップS115で“NO”)、制御部31の処理は、ステップS110へ移行する。そして、制御部31は、劣化検出制御処理を終了する。
なお、ここでは、劣化の大小のみの判別を行ったが、3段階以上(多段階)で劣化度合を評価してもよい。
これらの処理のうち、ステップS108~S110、S112、S114、S115などの処理が、本実施形態の制御部31による検出部としての動作であり、劣化検出方法における検出ステップを構成し、プログラム32の検出手段を構成する。
図4は、劣化検出制御処理の他の例を示すフローチャートである。この他の例では、図3に示した劣化検出制御処理のうち、ステップS102、S106、S108、S112、S114の処理がそれぞれステップS102a、S106a、S108a、S112a、S114aに置き換えられ、また、ステップS107の処理がステップS108aの処理の前に移動している。その他の処理は同一であり、同一の処理内容には同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
この劣化検出制御処理の他の例では、電圧の低下幅dVを固定して、当該低下幅dVの低下が生じるのに要する経過時間を計測し、二次電池Bの劣化を特定する。
ステップS101の判別処理で、低使用状態であると判別されて“YES”に分岐すると、制御部31は、劣化検出の開始条件を満たしているか否かを判別する(ステップS102a)。開始条件としては、上記の電圧範囲に加えて又は代えて、低使用状態の継続予測情報に基づいて低使用状態が基準時間dT0以上継続する可能性の高さなどが含まれてもよい。開始条件を満たしていると判別された場合には(ステップS102aで“YES”)、制御部31の処理は、ステップS103へ移行する。開始条件を満たしていないと判別された場合には(ステップS102aで“NO”)、制御部31の処理は、ステップS101へ戻る。
ステップS105の判別処理で、低使用状態が継続していると判別されて“YES”に分岐すると、制御部31は、電圧計測部40から電圧値を取得する(ステップS107)。制御部31は、出力電圧が初期値から設定された低下幅dV以上低下したか否かを判別する(ステップS106a)。低下幅dV以上出力電圧が低下していないと判別された場合には(ステップS106aで“NO”)、制御部31の処理は、ステップS105へ戻る。
低下幅dV以上出力電圧が低下していると判別された場合には(ステップS106aで“YES”)、制御部31は、現在までの経過時間が所要時間の基準値(基準時間dT0)未満であるか否かを判別する(ステップS108a)。基準時間dT0未満であると判別された場合には(ステップS108aで“YES”)、制御部31の処理は、ステップS109へ移行する。基準時間dT0未満ではない(以上である)と判別された場合には(ステップS109で“NO”)、制御部31の処理は、ステップS110へ移行する。
ステップS111の処理で電圧値を取得すると、制御部31は、出力電圧が設定された低下幅dV以上低下したか否かを判別する(ステップS112a)。低下幅dV以上低下したと判別された場合には(ステップS112aで“YES”)、制御部31の処理は、ステップS109へ移行する。
出力電圧が低下幅dV以上低下していないと判別された場合には(ステップS112aで“NO”)、制御部31の処理は、ステップS113へ移行する。ステップS113の判別処理で最低基準時間が経過していると判別されて“YES”に分岐すると、制御部31は、電圧低下率を算出する(ステップS114a)。それから、制御部31の処理は、ステップS115へ移行する。
なお、この他の例の劣化検出制御処理でも、ステップS106aの判別処理であまり長い間設定された低下幅dV以上の電圧低下が生じないと判別され続ける場合には、明らかに二次電池Bの劣化がないものとして、ステップS110の処理へ移行してもよい。
以上のように、本実施形態の電子機器1は、二次電池Bから供給される電力により動作する動作部60と、二次電池Bの出力電圧に係る情報を取得する電圧計測部40と、マイコン30の制御部31と、を備える。制御部31は、判別部として、二次電池Bからの電力供給が低使用状態であるか否かを判別し、検出部として、前記電圧計測部40により取得された情報から特定された、低使用状態が継続している間の出力電圧の低下度合に基づいて二次電池Bの劣化状況を検出する。このように、電子機器1では、動作中の電子機器1の二次電池Bを取り外すなどの手間をかけずとも、製品利用を妨げず、通常の利用をしながら容易かつ適切に劣化度合を検出することができる。したがって、この電子機器1によれば、二次電池Bの性能が著しく低下したり、トラブルなどが発生したりする前に二次電池Bの交換などの対応を促しやすくなる。
また、電子機器1は、二次電池Bと動作部60とを電気的に接続する電力供給回路50と、電力供給回路50が外部電源に接続された場合に二次電池Bの充電を制御する充電制御IC20と、を備える。充電制御IC20は、電力供給回路50が外部電源に接続されている場合に、当該外部電源から供給される電力を動作部60に供給させ、制御部31は、判別部として、二次電池Bが充電中ではなく、かつ動作部60が外部電源から供給される電力で動作している場合に、低使用状態であると判別する。電子機器1、特に携帯端末などでは、外出などから戻った後に商用電源に接続して放置する場合がしばしばあるので、このような期間であって充電中以外の期間を利用して適切に自己放電を計測することによって二次電池Bの劣化度合を検出することができる。
また、制御部31は、検出部として、電力供給回路50が外部電源に接続されて二次電池Bの充電が完了した後、外部電源への接続が継続されている場合に、自己放電による電圧の低下度合の検出を開始する。充電直後であれば、満充電電圧Vfに近い高い電圧で安定して自己放電の検出がしやすい。また、携帯端末では、その日の使用終了時に充電されることが多く、充電後もそのまま放置されることで、安定して低使用状態が維持されるので、精度よく二次電池Bの出力電圧の低下度合を計測することができる。これにより、手間をかけずに容易かつ適切に二次電池Bの劣化度合を検出することができる。
また、制御部31は、検出部として、低使用状態で二次電池Bの出力電圧がある開始電圧となった場合に、出力電圧の低下度合の検出を開始する。すなわち電圧低下の計測がしにくい極端に高い電圧や低い電圧を避けて、通常の電圧範囲内にある場合に出力電圧の低下度合を計測するので、計測の機会を狭く制限せずに、所望の精度で安定して適正に劣化度合の検出を行うことができる。
また、制御部31は、検出部として、基準時間dT0での前記出力電圧の低下幅又は前記出力電圧に基準低下幅dV0の低下が生じるまでの経過時間に基づいて前記低下度合を取得する。このように、低下の度合の特定に必要な一方を固定して他方を計測することで処理を容易にすることができる。前者の場合には、電圧計測も基準時間dT0の最初と最後だけでよいので、計測に応じた電力消費も低減させることができる。
また、制御部31は、判別部として、二次電池Bから動作部60へ供給される電力の消費量がある基準以下となってから、設定された時間が経過した場合に低使用状態であると判別する。即座に判別結果を切り替えると、ユーザが必ずしも意図していない一時的な低使用状態で無駄な劣化度合の検出が始まって、すぐに中止せざるを得なくなったり、負荷の大きな変化に応じて二次電池Bの状態が落ち着かなかったりすることもある。したがって、若干の経過時間の継続状態を確認してから判別結果を切り替えることで、劣化検出が正常に終了する確率を上げ、精度よい結果を得ることができる。
また、制御部31は、検出部として、判別された低使用状態が基準時間以上継続すると予測される場合に低下度合の検出を開始する。自己放電による電圧低下の計測には、時間単位など、ある程度時間がかかるので、短時間で低使用状態が終了すると正確な電圧低下の結果が得られない。したがって、時間帯や普段の使用条件などに基づいて、電圧低下の計測に十分な時間以上低使用状態が継続する可能性が高いと見込まれる場合にのみ電圧低下の計測を開始するので、無駄な動作を低減することができる。
また、動作部60は、第1制御部61と、第1制御部61よりも消費電力の小さい第2制御部62と、を有する。制御部31は、判別部として、第1制御部61の動作が停止している場合に低使用状態であると判別する。このように動作状況に応じて消費電力の異なる制御部を複数有する場合、これらの間での動作切り替え自体が使用状況の多寡を示すので、別途実質的な判別処理を行わずとも、容易に低使用状態を判別することができる。また、消費電力の大きい第1制御部61の動作が停止していることで、より安定した低使用状態を得ることができる。
また、第2制御部62は、現在時刻の計数を制御する。すなわち、第2制御部62の動作による消費電力は、小さい値でぶれなくほぼ安定するので、自己放電に対する他の影響の考慮が容易である。したがって、より精度よく容易に自己放電による電圧の低下率を計測、算出することができる。
また、出力電圧の低下度合の検出の途中で低使用状態が終了した場合には、制御部31は、検出部として、二次電池Bの劣化度合の検出を中止してもよい。二次電池Bの劣化は、急激には進まないので、多少検出ができない程度では問題は生じない。よって、通常より精度の低い検出結果を得たり、続けて何度も検出をやり直したりする必要はなく、処理も容易である。
あるいは、出力電圧の低下度合の検出の途中で低使用状態が終了した場合には、制御部31は、検出部として、低使用状態の終了の時点までの出力電圧の低下度合に基づいて二次電池Bの劣化状況を検出してもよい。検出一回当たりの時間がある程度必要なので、ある程度の精度で結果が得られる場合には、通常と同一の精度や基準ではなくても劣化状況の検出を行っておくことも考えられる。これにより、低使用状態の少ない極端な使い方をされても、ある程度の頻度及び精度で二次電池Bの劣化度合を検出し、必要な場合に大きな遅滞なく交換などの対応を行うことができる。
また、制御部31は、検出部として、電子機器1の状態、例えば、温度などの環境要因や、常駐アプリケーションプログラムなどの有無などに応じて二次電池Bの劣化状況の検出基準を変更してもよい。二次電池Bからの電力供給が少ないながらもある状況で自己放電を検出するので、電力供給に特徴がある場合や、自己放電の特性が変化する場合には、これらに応じて検出基準を変更することで、より精度よく自己放電による電圧低下量(率)を評価することができる。
また、電子機器1は、温度計測が可能な計測部67を備える。制御部31は、検出部として、計測部67が計測した温度に応じて検出基準を定める。一般的に、二次電池Bの出力には温度依存性があるので、温度に応じて基準を変化させることで、自己放電による電圧低下量を適正に評価してより精度よく二次電池Bの劣化度合を検出することができる。
また、二次電池Bはリチウムイオン電池である。リチウムイオン電池は、特に膨張の問題が大きいので、自己放電による電圧低下により劣化度合を適切に評価可能とすることで、電子機器1のトラブルの発生を効果的に抑制することができる。
また、本実施形態の二次電池の劣化検出方法は、二次電池Bからの電力供給が低使用状態であるか否かを判別する判別ステップ、電圧計測部40による計測結果の情報から特定された、低使用状態が継続している間の出力電圧の低下度合に基づいて二次電池Bの劣化状況を検出する検出ステップ、を含む。
このような検出方法により、二次電池Bが電子機器1に電力を供給可能な状態のままでも適切にその劣化状況を検出することが可能となる。したがって、二次電池Bの性能が著しく低下したり、トラブルなどが発生したりする前に二次電池Bの交換などの対応を促しやすくなる。
また、本実施形態のプログラム32が制御部により実行されることで、電子機器1の使用を妨げず、通常のプロセッサによりソフトウェア的に容易に二次電池Bの劣化度合の検出が可能となる。よって、電子機器1に特別な構成を設ける必要がなく、コスト、サイズや製造上の手間などの増大を避けながら、故障などが発生する前に適切に二次電池Bの交換の必要性をユーザなどに知得させることができる。
なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、上記実施の形態では、低使用状態として、外部電源に接続されかつ充電中ではない場合と、第1制御部61が停止中の場合とを例に挙げて説明したが、これらに限られず、また、反対に、これらのうち一方だけが含まれていてもよい。
また、電圧計測部40は、直接電圧値を計測するものではなく、電圧値又は所定期間の電圧低下幅に応じた物理量が得られる(出力電圧に係る計測が行われる)ものであってもよい。この場合には、マイコン30などで電圧値又は電圧低下幅に換算可能に換算データが保持されていればよい。
また、上記実施の形態では、通常では、固定された所要時間dT内の電圧低下幅を計測するか、固定された低下幅dVの電圧低下が生じるのに要した時間を計測するものとして説明したが、これらに限られない。状況に応じて所要時間dTや低下幅dVが変更されてもよいし、低使用状態の継続時間に応じて計測時間が適宜調整されてもよい。
また、上記実施の形態では、計測開始時と終了時との間の電圧差のみが考慮されたが、開始と終了との間を複数の区間に区切り、各々で電圧低下率を計測して、それらの統計的代表値(例えば、平均値など)により、二次電池Bの劣化度合を検出してもよい。
また、上記実施の形態では、第2制御部62による低消費電力の継続的な動作として現在時刻の計数及び表示を行わせるものについて説明したが、これに限られない。例えば、第2制御部62は、現在時刻の表示を制御せず、省電力モードでは現在時刻の表示を表示部64により行わせなくてもよい。また、低消費電力の継続的な動作として、計測部67による異常計測などの検出を行う装置などであってもよい。
また、上記実施の形態では、省電力モードでは第1制御部61の動作が停止されても第2制御部62が動作を制御するものとして説明したが、第2制御部62を有さず、動作部60の動作が終了されて通常の動作が停止する電子機器1であってもよい。この場合でも、充電制御IC20及びマイコン30の動作は必要に応じて維持され得る。このような電子機器1では、動作部60の動作が停止中でもマイコン30の制御に基づいて二次電池Bの劣化検出がなされてもよい。また、マイコン30の動作も停止する場合でも、動作停止(シャットダウン)直前に劣化検出を開始して電圧と日時を記憶し、再起動時に再度電圧と日時を記憶してその差分を取ることで、電圧低下率を求めてもよい。
また、上記実施の形態で示した動作部60の具体的な構成は、一例であり、その他の任意の動作を行うものであってもよい。また、電子機器1は、身体(腕)装着型の携帯端末に限られない。身体の他の部位に装着されるものであってもよいし、身体装着型でなくてもよい。
また、上記実施の形態では、低使用状態が劣化度合の検出の途中で終了した場合、既に基準以上の電圧低下が生じていた場合には、計測時間にかかわらず劣化が大であるものと定めることとしたが、このような例外設定を含めなくてもよい。また、計測時間によらず一律に中止としてもよい。また、途中で終始された場合には、再び低使用状態への移行待ちをせずに、その日の劣化検出制御処理を終了してもよい。
また、上記実施の形態では、劣化度合の検出基準を定めるための電子機器の状況として外部電源への接続有無、温度やアプリケーションプログラムの動作状況などを挙げて説明したが、これらに限られない。また、単に温度だけではなく、温度変化が考慮されてもよい。充電直後や第1制御部61の動作停止直後などは、温度が低下していく場合もあり得るので、これらを考慮して電圧低下率に応じた二次電池Bの劣化度合が検出されてもよい。あるいは、そもそも温度変化が小さく安定した状態でのみ、二次電池Bの劣化度合の検出を開始することとしてもよい。
また、上記実施の形態では、自機の計測部67により計測された温度を考慮して劣化度合の検出基準を定めることとしたが、周辺の温度などが第1制御部61により通信部66を介して取得されている場合などには、第1制御部61からマイコン30へ電圧低下の計測開始時若しくは終了時、又は第1制御部61の動作が停止する直前などに当該温度の情報を送信して利用されてもよい。
また、上記実施の形態では、二次電池Bがリチウムイオン電池であるものとして説明したが、同様に自己放電の増大がみられる他の二次電池であってもよい。
また、2つの劣化検出制御処理などで説明された異なる構成、処理内容は、互いに相反しない範囲において任意に組み合わされてもよい。
また、以上の説明では、本発明の二次電池の劣化度合の検出制御に係るプログラム32を記憶するコンピュータ読み取り可能な媒体としてフラッシュメモリなどの不揮発性メモリやROMなどを例に挙げて説明したが、これに限定されない。その他のコンピュータ読み取り可能な媒体として、例えば、MRAMなどの他の不揮発性メモリ、CD-ROM、DVDディスクなどの可搬型記憶媒体を適用することが可能である。また、本発明に係るプログラムのデータを通信回線を介して提供する媒体として、キャリアウェーブ(搬送波)も本発明に適用される。
その他、上記実施の形態で示した具体的な構成、処理動作の内容及び手順などは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
[付記]
<請求項1>
二次電池から供給される電力により動作する動作部と、
前記二次電池の出力電圧に係る情報を取得する電圧情報取得部と、
前記二次電池からの電力供給が低使用状態であるか否かを判別する判別部と、
前記電圧情報取得部により取得された前記情報から特定された、前記低使用状態が継続している間の前記出力電圧の低下度合に基づいて前記二次電池の劣化状況を検出する検出部と、
を備えることを特徴とする電子機器。
<請求項2>
前記二次電池と前記動作部とを電気的に接続する電力供給回路と、
前記電力供給回路が外部電源に接続された場合に前記二次電池の充電を制御する充電制御部と、
を備え、
前記充電制御部は、前記電力供給回路が前記外部電源に接続されている場合に、当該外部電源から供給される電力を前記動作部に供給させ、
前記判別部は、前記二次電池が充電中ではなく、かつ前記動作部が前記外部電源から供給される電力で動作している場合に、前記低使用状態であると判別する
ことを特徴とする請求項1記載の電子機器。
<請求項3>
前記検出部は、前記電力供給回路が前記外部電源に接続されて前記二次電池の充電が完了した後、前記外部電源への接続が継続されている場合に、前記低下度合の検出を開始することを特徴とする請求項2記載の電子機器。
<請求項4>
前記検出部は、前記低使用状態で前記二次電池の出力電圧がある開始電圧となった場合に、前記低下度合の検出を開始することを特徴とする請求項2又は3記載の電子機器。
<請求項5>
前記検出部は、設定された時間での前記出力電圧の低下幅又は前記出力電圧にある低下幅の低下が生じるまでの経過時間に基づいて前記低下度合を取得することを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の電子機器。
<請求項6>
前記判別部は、前記二次電池から前記動作部へ供給される電力の消費量がある基準以下となってから、設定された時間が経過した場合に前記低使用状態であると判別する
ことを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の電子機器。
<請求項7>
前記検出部は、前記判別部で判別された前記低使用状態が基準時間以上継続すると予測される場合に前記低下度合の検出を開始することを特徴とする請求項1~6のいずれか一項に記載の電子機器。
<請求項8>
前記動作部は、第1制御部と、前記第1制御部よりも消費電力の小さい第2制御部と、を有し、
前記判別部は、前記第1制御部の動作が停止している場合に前記低使用状態であると判別する
ことを特徴とする請求項1~7のいずれか一項に記載の電子機器。
<請求項9>
前記第2制御部は、現在時刻の計数を制御することを特徴とする請求項8記載の電子機器。
<請求項10>
前記低下度合の検出の途中で前記低使用状態が終了した場合には、前記検出部は、前記検出を中止することを特徴とする請求項1~9のいずれか一項に記載の電子機器。
<請求項11>
前記低下度合の検出の途中で前記低使用状態が終了した場合には、前記検出部は、当該終了の時点までの前記出力電圧の低下度合に基づいて前記二次電池の劣化状況を検出することを特徴とする請求項1~9のいずれか一項に記載の電子機器。
<請求項12>
前記検出部は、当該電子機器の状態に応じて前記劣化状況の検出基準を変更することを特徴とする請求項1~11のいずれか一項に記載の電子機器。
<請求項13>
温度計測部を備え、
前記検出部は、前記温度計測部が計測した温度に応じて前記検出基準を定める
ことを特徴とする請求項12記載の電子機器。
<請求項14>
前記二次電池はリチウムイオン電池であることを特徴とする請求項1~13のいずれか一項に記載の電子機器。
<請求項15>
二次電池から供給される電力で動作する動作部と、前記二次電池の出力電圧に係る情報を取得する電圧情報取得部と、を備える電子機器の前記二次電池の劣化検出方法であって、
前記二次電池からの電力供給が低使用状態であるか否かを判別する判別ステップ、
前記電圧情報取得部により取得された前記情報から特定された、前記低使用状態が継続している間の前記出力電圧の低下度合に基づいて前記二次電池の劣化状況を検出する検出ステップ、
を含むことを特徴とする二次電池の劣化検出方法。
<請求項16>
二次電池から供給される電力で動作する動作部と、前記二次電池の出力電圧に係る情報を取得する電圧情報取得部と、を備える電子機器のコンピュータを、
前記二次電池からの電力供給が低使用状態であるか否かを判別する判別手段、
前記電圧情報取得部により取得された前記情報から特定された、前記低使用状態が継続している間の前記出力電圧の低下度合に基づいて前記二次電池の劣化状況を検出する検出手段、
として機能させることを特徴とするプログラム。
1 電子機器
10 電力供給接続部
20 充電制御IC
30 マイコン
31 制御部
32 プログラム
40 電圧計測部
50 電力供給回路
51、53、55 トランジスタ
52、54、56 帰還ダイオード
60 動作部
61 第1制御部
62 第2制御部
63 計時部
64 表示部
65 操作受付部
66 通信部
67 計測部
B 二次電池
Vc 再充電電圧
Vf 満充電電圧
dT 所要時間
dT0 基準時間
dV 低下幅
dV0 基準低下幅

Claims (15)

  1. 二次電池から供給される電力により動作する動作部と、
    前記二次電池の出力電圧に係る情報を取得する電圧情報取得部と、
    前記二次電池からの電力供給が低使用状態であるか否かを判別する判別部と、
    前記判別部が前記低使用状態であると判別した場合、前記電圧情報取得部により取得された前記情報から特定された、前記低使用状態が継続している間の前記出力電圧の低下度合に基づいて前記二次電池の劣化状況を検出する検出部と、
    前記二次電池と前記動作部とを電気的に接続する電力供給回路と、
    前記電力供給回路が外部電源に接続された場合に前記二次電池の充電を制御する充電制御部と、
    を備え、
    前記充電制御部は、前記電力供給回路が前記外部電源に接続されている場合に、当該外部電源から供給される電力を前記動作部に供給させ、
    前記判別部は、前記二次電池が充電中ではなく、かつ前記動作部が前記外部電源から供給される電力で動作している場合に、前記低使用状態であると判別する
    ことを特徴とする電子機器。
  2. 前記判別部は、前記電力供給回路が前記外部電源に接続されて前記二次電池の充電が完了した後、前記外部電源への接続が継続されている場合に、前記低使用状態であると判別し、
    前記検出部は、前記判別部が前記低使用状態であると判別した場合、前記低下度合の検出を開始することを特徴とする請求項記載の電子機器。
  3. 前記検出部は、前記低使用状態で前記二次電池の出力電圧がある開始電圧となった場合に、前記低下度合の検出を開始することを特徴とする請求項又は記載の電子機器。
  4. 前記検出部は、設定された時間での前記出力電圧の低下幅又は前記出力電圧にある低下幅の低下が生じるまでの経過時間に基づいて前記低下度合を取得することを特徴とする請求項1~のいずれか一項に記載の電子機器。
  5. 前記判別部は、前記二次電池から前記動作部へ供給される電力の消費量がある基準以下となってから、設定された時間が経過した場合に前記低使用状態であると判別する
    ことを特徴とする請求項1~のいずれか一項に記載の電子機器。
  6. 前記検出部は、前記判別部で判別された前記低使用状態が基準時間以上継続すると予測される場合に前記低下度合の検出を開始することを特徴とする請求項1~のいずれか一項に記載の電子機器。
  7. 前記動作部は、第1制御部と、前記第1制御部よりも消費電力の小さい第2制御部と、を有し、
    前記判別部は、前記第1制御部の動作が停止している場合に前記低使用状態であると判別する
    ことを特徴とする請求項1~のいずれか一項に記載の電子機器。
  8. 前記第2制御部は、現在時刻の計数を制御することを特徴とする請求項記載の電子機器。
  9. 前記低下度合の検出の途中で前記低使用状態が終了した場合には、前記検出部は、前記検出を中止することを特徴とする請求項1~のいずれか一項に記載の電子機器。
  10. 前記低下度合の検出の途中で前記低使用状態が終了した場合には、前記検出部は、当該終了の時点までの前記出力電圧の低下度合に基づいて前記二次電池の劣化状況を検出することを特徴とする請求項1~のいずれか一項に記載の電子機器。
  11. 前記検出部は、当該電子機器の状態に応じて前記劣化状況の検出基準を変更することを特徴とする請求項1~10のいずれか一項に記載の電子機器。
  12. 温度計測部を備え、
    前記検出部は、前記温度計測部が計測した温度に応じて前記検出基準を定める
    ことを特徴とする請求項11記載の電子機器。
  13. 前記二次電池はリチウムイオン電池であることを特徴とする請求項1~12のいずれか一項に記載の電子機器。
  14. 二次電池から供給される電力で動作する動作部と、前記二次電池の出力電圧に係る情報を取得する電圧情報取得部と、を備える電子機器の前記二次電池の劣化検出方法であって、
    前記二次電池からの電力供給が低使用状態であるか否かを判別する判別ステップ、
    前記判別ステップにおいて前記低使用状態であると判別した場合、前記電圧情報取得部により取得された前記情報から特定された、前記低使用状態が継続している間の前記出力電圧の低下度合に基づいて前記二次電池の劣化状況を検出する検出ステップ、
    前記二次電池と前記動作部とを電気的に接続する電力供給回路が外部電源に接続された場合に前記二次電池の充電を制御する充電制御ステップ、
    を含み、
    前記充電制御ステップにおいて、前記電力供給回路が前記外部電源に接続されている場合に、当該外部電源から供給される電力を前記動作部に供給させ、
    前記判別ステップにおいて、前記二次電池が充電中ではなく、かつ前記動作部が前記外部電源から供給される電力で動作している場合に、前記低使用状態であると判別する
    ことを特徴とする二次電池の劣化検出方法。
  15. 二次電池から供給される電力で動作する動作部と、前記二次電池の出力電圧に係る情報を取得する電圧情報取得部と、を備える電子機器のコンピュータを、
    前記二次電池からの電力供給が低使用状態であるか否かを判別する判別手段、
    前記判別手段が前記低使用状態であると判別した場合、前記電圧情報取得部により取得された前記情報から特定された、前記低使用状態が継続している間の前記出力電圧の低下度合に基づいて前記二次電池の劣化状況を検出する検出手段、
    前記二次電池と前記動作部とを電気的に接続する電力供給回路が外部電源に接続された場合に前記二次電池の充電を制御する充電制御手段、
    として機能させ、
    前記充電制御手段は、前記電力供給回路が前記外部電源に接続されている場合に、当該外部電源から供給される電力を前記動作部に供給させ、
    前記判別手段は、前記二次電池が充電中ではなく、かつ前記動作部が前記外部電源から供給される電力で動作している場合に、前記低使用状態であると判別する
    ことを特徴とするプログラム。
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