JPH0739079A

JPH0739079A - 電池電源装置

Info

Publication number: JPH0739079A
Application number: JP5181161A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Yamashita; 邦彦山下; Toshihiko Yasui; 利彦安井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-07-22
Filing date: 1993-07-22
Publication date: 1995-02-07

Abstract

(57)【要約】【目的】昇圧して大電流を消費する動作状態から昇圧
しないで低消費電流で動作する状態に移行した時に、低
消費電流で動作可能な電源電圧を確保する簡易な手段を
提供する。【構成】オンオフ手段８が第１の昇圧手段３を駆動す
ると電池２の電圧を昇圧して電力を供給する。また、判
定型昇圧駆動手段１０は、オンオフ手段８が第１の昇圧
手段３を停止させている場合にのみ電池２の電圧が所定
電圧より低い時に第２の昇圧手段９を駆動する。第１の
昇圧手段３と第２の昇圧手段９が共に停止している場合
には電池２の電圧を昇圧しないで電力供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電池を利用した電池電
源装置に関するもので、特に、電池の電圧を昇圧して供
給する電池電源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、マイクロコンピュータ（マイコ
ン）には例えば４ＭＨｚの高速クロックと３２ＫＨｚの
低速クロックの２つの動作クロックを切り換えて動作す
るものがある。現在の技術では、高速クロックによる動
作時には動作電源電圧としてＤＣ５Ｖ程度、消費電流と
しては数ミリアンペア必要である。さらにデジタル信号
処理用のプロセッサ、リレー、ＬＣＤなどをマイコンの
制御により駆動すれば、さらに消費電流は増大する。ま
た、低速クロックによる動作時は電源電圧としてＤＣ
２．２Ｖ程度で且つ数マイクロアンペア程度で動作する
ように工夫がなされている。マイコンによるカレンダ更
新の処理等に用いられる。低速クロックで動作する場合
であっても、マイコンの特性は、電源電圧が増大すると
消費電流が増大する特性をもっているため電源電圧を低
く抑えたほうがよい。

【０００３】さて、リチウム電池の特性として消費電流
が大きいほど電池の電圧降下は大きく、消費電流によっ
ては１本３Ｖの電池でも２Ｖ程度の電圧しか出力されな
い。さらに、環境温度が低いほどさらに電圧降下は大き
くなり、２Ｖ以下の電圧となってしまうこともある。従
って、例えば５Ｖ出力するためには３本直列に接続しレ
ギュレータを通して５Ｖを確保したり、１本当りの電圧
の高いものを使用する方法がとられている。さらに、消
費電流が大きいほど、電池の内部抵抗が増大し電圧降下
が大きく生じる。このような状態から消費電流が微少の
状態に遷移しても（負荷が軽減しても）一旦降下した電
圧は急には回復せず電池電圧は徐々に回復する性質を有
している。

【０００４】次に、電源電圧を昇圧するスイッチングレ
ギュレータ（レギュレータ）について説明する。例え
ば、電池の直流電圧３Ｖの電源電圧を直流５Ｖに昇圧す
るものである。５Ｖで１０ｍＡ消費する負荷ならばその
消費電力量は５０ｍＷとなるがレギュレータの電力変換
効率は５０％から７０％程度であるため電池の消費電流
は電池電圧が変動しなければ約２４ｍＡから３３ｍＡ程
度となる。実際は、消費電流が大きいと電池電圧が下が
るので、更に大きな消費電流となる。

【０００５】なお、電池の電圧降下を考慮して前記した
低消費電流でのマイコンによるカレンダ更新等の処理時
にもレギュレータを用いる手段が考えられるが、レギュ
レータ自身が電力を消費するため、電池の寿命を延ばそ
うとすればレギュレータは用いずに動作させることが好
ましい。

【０００６】また、電池を利用した装置を設計する場
合、電池の寿命と容量の設計に当たってはその装置の最
低動作電源電圧に十分余裕をみて電池の終止電圧が決定
されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の技術
は、例えば１本の３Ｖリチウム電池を電源として動作す
る場合、昇圧して大電流を消費する動作状態から昇圧し
ないで低消費電流で動作する状態に移行した時、低消費
電流で動作可能な電源電圧を保証できないという課題が
ある。また、昇圧しないで電力供給する場合、低消費電
流で動作する負荷が動作可能な最低電源電圧に近いまた
はより小さい電池の終止電圧を設定できず、十分余裕を
みた容量の電池を選択しなければならないという課題が
ある。

【０００８】そこで、本発明は、例えば１本の３Ｖリチ
ウム電池を電源として動作する場合、昇圧して大電流を
消費する動作状態から昇圧しないで低消費電流で動作す
る状態に移行した時に、低消費電流で動作可能な電源電
圧を確保する簡易な電池電源装置を提供することを第１
の目的とする。

【０００９】第２の目的は、電池の終止電圧をより低く
抑え、且つ電池電源装置自身の電力消費が少ない電池電
源装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そして上記第１の目的を
達成するために、本発明の電池電源装置は、電池と、電
池の電圧を昇圧して電力を供給する第１の昇圧手段と、
第１の昇圧手段で作動する第２の負荷と、電池の定格電
圧でも作動する第１の負荷と、第１の昇圧手段の昇圧の
駆動及び、第２の負荷から第１の負荷へ切り換えた後所
定時間経過してから昇圧動作を停止させるオフ遅延型昇
圧オンオフ制御手段とを備えたものである。

【００１１】また、オフ遅延型昇圧オンオフ制御手段の
変わりに第１の昇圧手段の昇圧の駆動及び電池電圧が所
定電圧まで復旧してから昇圧動作を停止させる電圧復旧
確認型昇圧オンオフ制御手段を備えたものである。

【００１２】さらに、第２の目的を達成するため、電池
と、第２の負荷を作動するための第１の昇圧手段と、第
１の昇圧手段の駆動と停止制御を行うオンオフ手段と、
第１の昇圧手段の出力電圧より低い第２の昇圧手段と、
第１の負荷を作動するため、前記オンオフ手段が第１の
昇圧手段を停止しており且つ前記電池の電圧が所定電圧
以下の場合のみ前記第２の昇圧手段を駆動する判定型昇
圧駆動手段とを備えたものである。

【００１３】

【作用】第１の目的を達成する本発明の電池電源装置
は、オフ遅延型昇圧オンオフ手段が第１の昇圧手段を駆
動すると、第１の昇圧手段が電池電圧を昇圧し第２の負
荷に電力を供給する。また、第２の負荷から第１の負荷
に切り換えるとオフ遅延型昇圧オンオフ制御手段は、所
定時間（電池電圧が回復に必要な時間）経過した後第１
の昇圧手段を停止する。第１の昇圧手段が停止している
場合電池電圧を昇圧しないで電力供給する。

【００１４】また、オフ遅延型昇圧オンオフ制御手段の
代わりに電圧復旧確認型昇圧オンオフ制御手段を用いた
電池電源装置にあっては、第２の負荷から第１の負荷に
切り換えると電池電圧が所定電圧まで回復したことを確
認してから第１の昇圧手段を停止する。

【００１５】第２の目的を達成する電池電源装置は、オ
ンオフ手段が第１の昇圧手段を駆動すると第１の昇圧手
段が電池電圧を昇圧して第２の負荷に電力を供給する。
また、第１の負荷に電力を供給するため、判定型昇圧駆
動手段は、オンオフ手段が第１の昇圧手段を停止してお
り且つ電池電圧が所定電圧より低い時のみ第２の昇圧手
段を駆動する。第１の昇圧手段と第２の昇圧手段が共に
停止している場合には電池電圧を昇圧しないで電力供給
する。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例について、図１
にもとづいて説明する。

【００１７】図１は、本発明の電池電源装置１を適用し
た一処理装置であり、電池電源装置１から供給する電力
により駆動される負荷７（第２の負荷）と、電池電源装
置１と負荷７を制御する制御手段４（第１の負荷）とで
構成したものである。

【００１８】電池電源装置１は、３Ｖの電池２と、電池
２の電圧を昇圧して負荷へ供給する第１の昇圧手段３
と、オフ遅延型昇圧オンオフ制御手段５とで構成され
る。

【００１９】昇圧手段３は例えばコイルとダイオードな
らびにレギュレータで構成し５Ｖの電圧に昇圧して出力
するものとし、昇圧動作の駆動及び停止はオフ遅延型昇
圧オンオフ制御手段５により制御されるものとする。ま
た、昇圧動作が停止している時、第１の昇圧手段３は、
電池２の電圧とほぼ等しい電圧で電力を供給するものと
する。このような第１の昇圧手段３は、既存の技術であ
り細かな説明は省略する。

【００２０】負荷７は例えば、５Ｖ動作で且つ消費電流
の大きな信号増幅器、リレーなどから構成される入出力
装置であり、制御手段４は、例えば２．５Ｖから５Ｖ動
作が可能なマイコンとする。また、制御手段４は、常時
動作するものとしカレンダ機能を備え所定時間毎に負荷
７を動作させるものとする。さらに、負荷７には電池電
源装置１の電力を消費からの電力供給を受けるか遮断す
るかのスイッチング手段を備えているものとする。制御
手段４は、このスイッチング手段を制御して負荷７を動
作させる時のみ、電池電源装置１の電力を負荷７に供給
する。従って、負荷７が動作していない時、負荷７の消
費電力は０（ゼロ）である。なお、制御手段４の消費電
流は、説明を簡略にするため負荷７の動作時非動作時共
に微少な消費電流で動作するものとし、電池２の電圧降
下が生じない程度であるものとする。

【００２１】さて、オフ遅延型オンオフ制御手段５は、
制御手段４からの昇圧要求による第１の昇圧手段３の昇
圧の駆動と、制御手段４から昇圧停止要求を受けた場合
は、所定時間経過した後に第１の昇圧手段３に昇圧停止
を指示するものである。この所定時間とは負荷７の動作
により電池２の電圧が低下していたものが負荷７の停止
と同時に制御手段４が動作可能な電圧まで回復するまで
の時間である。具体的な手段としては、制御手段４のマ
イコンを共用しソフトにより実現する方法もあれば、電
池２から微少な消費電流で動作するようなカウンタを用
いて実現することもできる。

【００２２】この第１の実施例の動作について図３を用
いて説明する。図４は負荷７が所定時間毎に動作した時
の負荷７の消費電流と、第１の昇圧手段３の出力電圧
と、電池２の電圧の変化について説明した図である。図
４内のＡ−Ｂ間、Ｄ−Ｅ間が負荷７が動作している区間
である。

【００２３】負荷７が動作していない時、制御手段４
は、オフ遅延型昇圧オンオフ制御手段５を介して第１の
昇圧手段３の昇圧を停止させその出力電圧は３Ｖであ
る。また、負荷７への電力供給も停止させている。従っ
て、消費電流は、制御手段４が消費する微少な消費電流
のみとなる。時間Ａが到達すると、制御手段４は、オフ
遅延型昇圧オンオフ制御手段５に昇圧要求を出す。オフ
遅延型昇圧オンオフ制御手段５は第１の昇圧手段３に昇
圧駆動をかける。第１の昇圧手段３は５Ｖの電圧を出力
する。続いて、制御手段４は負荷７のスイッチング手段
を操作して負荷７に第１の昇圧手段３の電力を供給す
る。そして、制御手段４は負荷７を操作する。負荷７が
駆動されると消費電流は増大する。電池２の電圧は電圧
降下が生じて、図４の場合２Ｖ以下となる。制御手段４
が負荷７の動作を停止させるＢ時間までこの状態は継続
する。時間Ｂの時点で、負荷７の動作を停止させ、負荷
７のスイッチング手段を操作して昇圧手段３から電力供
給を切る。消費電流はこの時点で微少になる。同時に制
御手段４はオフ遅延型昇圧オンオフ制御手段５に対して
昇圧の停止要求を出す。オフ遅延型昇圧オンオフ制御手
段５は、電池２の電圧が回復する時間（Ｂ−Ｃ間）が経
過するまで第１の昇圧手段３の昇圧を停止させない。従
って、Ｂ−Ｃ間の第１の昇圧手段３の出力電圧は５Ｖで
維持される。一方、電池２の電圧は消費電流が微少にな
るため徐々に回復を始める。図３ではＣ時点でほぼ２．
８Ｖ程度まで回復する。このＣ時点でオフ遅延型昇圧オ
ンオフ手段５が第１の昇圧手段３の昇圧を停止する。よ
って、第１の昇圧手段３のＣ−Ｄ間の出力電圧は制御手
段４が動作可能な２．５Ｖ以上の電圧が確保できる。

【００２４】このように、低消費電流で動作可能な電圧
の確保が可能となる。Ｄ−Ｆ間も同様である。

【００２５】次に第２の実施例について図２より説明す
る。第２の実施例の電池電源装置１は、第１の実施例で
説明したオフ遅延型昇圧オンオフ制御手段５の代わりに
電圧復旧確認型昇圧オンオフ制御手段６を搭載したもの
である。負荷７ならびに制御手段４は第１の実施例と同
じである。電圧復旧確認型昇圧オンオフ制御手段６は、
電池２の電圧が例えば２．８Ｖまで回復したことを確認
すると第１の昇圧手段３に対して昇圧を停止させるもの
であり、具体的な実現方法としては、電池の電圧を検出
するため市販されている電圧検出用ＩＣを用いればよ
い。

【００２６】この動作について第１の実施例と異なる動
作部分である図４のＢ−Ｄ間についてのみ説明する。時
間Ｂの時点で、制御手段４は、負荷７の動作を停止さ
せ、負荷７のスイッチング手段を操作して第１の昇圧手
段３からの電力供給を切る。消費電流はこの時点で微少
になる。同時に制御手段４は電圧復旧確認型昇圧オンオ
フ制御手段６に対して昇圧の停止要求を出す。電圧復旧
確認型昇圧オンオフ手段６は、電池２の電圧を検出して
電池２の電圧が２．８Ｖに回復するまで（Ｂ−Ｃ間）第
１の昇圧手段３の昇圧を停止させない。従って、Ｂ−Ｃ
間の第１の昇圧手段３の出力電圧は５Ｖで維持される。
一方、電池２の電圧は消費電流が微少になるため徐々に
回復を始める。図４ではＣ時点でほぼ２．８Ｖまで回復
する。このＣ時点で電圧復旧確認型昇圧オンオフ制御手
段６が昇圧手段３の昇圧を停止する。このように、第１
の昇圧手段３のＣ−Ｄ間の出力電圧は制御手段４が動作
可能な２．５Ｖ以上の電圧が確保できる。Ｄ−Ｆ間も同
様に動作する。

【００２７】次に第３の実施例について図３を用いて説
明する。第３の実施例の電池電源装置１は、３Ｖの電池
２と、５Ｖを昇圧して出力する第１の昇圧手段３と、第
１の昇圧手段３の駆動と停止制御を行うオンオフ手段８
と、第１の昇圧手段３の出力電圧より低い３Ｖの昇圧を
行う第２の昇圧手段９と、オンオフ手段８が第１の昇圧
手段３を停止しており且つ電池２の電圧が２．８Ｖ以下
の場合のみ第２の昇圧手段９を駆動する判定型昇圧駆動
手段１０とを備えたものである。負荷７ならびに制御手
段４は第１の実施例及び第２の実施例と同じである。ま
た、昇圧動作が停止している時、第１の昇圧手段３は、
電池の電圧とほぼ等しい電圧で電力を供給するものとす
る。

【００２８】次に第３の実施例の動作について図５を用
いて説明する。図５は負荷７が所定時間毎に動作した時
の負荷７の消費電流と、第１の昇圧手段３と第２の昇圧
手段９から負荷７に供給される出力電圧と、電池２の電
圧の変化について説明した図である。図４内のＡ−Ｂ
間、Ｄ−Ｅ間が負荷７が動作している区間である。

【００２９】負荷７が動作していない時、制御手段４
は、オンオフ手段８を介して第１の昇圧手段３の昇圧を
停止させる。この時、電池２の電圧が２．８Ｖ以上あれ
ば、判定型昇圧駆動手段１０は、第２の昇圧手段９を駆
動しないため電池の電圧はそのまま出力される。また、
制御手段４は負荷７への電力供給も停止させている。従
って、消費電流は、制御手段４が消費する微少な消費電
流のみとなる。

【００３０】さて、このような状態から時間Ａが到達す
ると、制御手段４は、オンオフ手段８に昇圧要求を出
す。オンオフ手段８は第１の昇圧手段３に昇圧駆動をか
ける。第１の昇圧手段３は５Ｖの電圧を出力する。続い
て、制御手段４は負荷７のスイッチング手段を操作して
負荷７に昇圧手段３の電力を供給する。そして、制御手
段４は負荷７を操作する。負荷７が駆動されると消費電
流は増大する。電池２の電圧は電圧降下が生じて、図５
の場合２Ｖ以下となる。制御手段４が負荷７の動作を停
止させるＢ時間までこの状態は継続する。また、判定型
昇圧駆動手段１０は、オンオフ手段８により第１の昇圧
手段３を駆動しているため、第２の昇圧手段９の昇圧の
駆動はしていない。時間Ｂの時点で、負荷７の動作を停
止させ、負荷７のスイッチング手段を操作して第１の昇
圧手段３からの電力供給を切る。消費電流はこの時点で
微少になる。同時に制御手段４はオンオフ手段８に対し
て昇圧の停止要求を出す。オンオフ手段８は、この時点
で第１の昇圧手段３の昇圧を停止させる。この時点で、
判定型昇圧駆動手段１０は、電池の電圧をチェックしそ
の電圧が２Ｖ以下であることを検出するため、第２の昇
圧手段９を駆動する。第２の昇圧手段９は３Ｖの電圧に
昇圧して制御手段４に電力を供給する。一方、電池２の
電圧は消費電流が微少になるため徐々に回復を始める。
図３ではＣ時点でほぼ２．８Ｖ程度まで回復する。この
Ｃ時点で判定型昇圧駆動手段１０が第２の昇圧手段９の
昇圧を停止する。よって、Ｃ−Ｄ間の出力電圧は電池２
の電圧がそのまま出力され制御手段４が動作可能な２．
５Ｖ以上の電圧が確保できる。

【００３１】このように、低消費電流で動作可能な電圧
の確保が可能となる。さて、Ｄ−Ｆ間については、電池
２の電圧の回復が２．８Ｖにならず２Ｖ程度までしか回
復しない場合を示している。この場合、判定型昇圧駆動
手段１０は、電池２の電圧が２．８Ｖにならないので第
２の昇圧手段９を駆動し３Ｖを供給するように働く。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明の電池電源装置によ
れば、次のような効果が得られる。（１）例えば１本の３Ｖリチウム電池を電源として動作
する場合、昇圧して大電流を消費する動作状態から昇圧
しないで低消費電流で動作する状態に移行した時に、オ
フ遅延型昇圧オンオフ制御手段により電池の回復時間を
見込み昇圧を停止する時間を遅らせることで、低消費電
流で動作可能な電源電圧を確保可能となる。この時間を
遅らせる制御はマイコン等のソフトで簡単にできるため
安価に実現できる。（２）オフ遅延型昇圧オンオフ制御手段の代わりに電圧
復旧確認型昇圧オンオフ制御手段を用いた場合、昇圧を
停止する要求があると電池電圧が所定電圧まで回復した
ことを確認してから昇圧手段を停止するので、電池の回
復時間が変動しても低消費電流で動作可能な電源電圧を
確保可能となる。（３）判定型昇圧駆動手段を用いた場合、動作環境が非
常に低い零度以下の極低温となり電池の電圧降下が大き
い場合や、リチウム電池においては消費続け放電率が７
０％から８０％以上になり電池の内部抵抗が急激に増大
し低消費電流で動作する電圧が確保できない場合でも動
作する装置を実現することが可能となり、電池の終止電
圧を下げることができる。また、低消費電流で動作する
電圧が確保できない場合、昇圧電圧を抑えることができ
るため電圧復旧確認型昇圧オンオフ制御手段の場合に比
べ消費電流をさらに低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における電池電源装置の
ブロック図

【図２】第２の実施例における電池電源装置のブロック
構成図

【図３】第３の実施例における電池電源装置のブロック
構成図

【図４】第１と第２の実施例の動作を説明する図

【図５】第３の実施例の動作を説明する図

【符号の説明】

１電池電源装置２電池３第１の昇圧手段４制御手段５オフ遅延型昇圧オンオフ制御手段６電圧復旧型昇圧オンオフ制御手段７負荷８オンオフ手段９第２の昇圧手段１０判定型昇圧駆動手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電池と、この電池の電圧を昇圧して電力を
供給する第１の昇圧手段と、この第１の昇圧手段で作動
する第２の負荷と、前記電池の定格電圧で作動する第１
の負荷と、前記第１の昇圧手段の昇圧駆動及び、第２の
負荷から第１の負荷へ切り換えた後所定時間経過してか
ら昇圧動作を停止させるオフ遅延型昇圧オンオフ制御手
段とを備えた電池電源装置。
【請求項２】電池と、この電池の電圧を昇圧して電力を
供給する第１の昇圧手段と、この第１の昇圧手段で作動
する第２の負荷と、前記電池の定格電圧でも作動する第
１の負荷と、前記第１の昇圧手段の昇圧の駆動及び、電
池電圧が所定電圧まで復旧してから昇圧動作を停止させ
る電圧復旧確認型昇圧オンオフ制御手段とを備えた電池
電源装置。
【請求項３】電池と、この第２の負荷を作動するための
第１の昇圧手段と、この第１の昇圧手段の駆動と停止制
御を行うオンオフ手段と、前記第１の昇圧手段の出力電
圧より低い第２の昇圧手段と、第１の負荷を作動するた
め、前記オンオフ手段が第１の昇圧手段を停止しており
且つ前記電池の電圧が所定電圧以下の場合のみ前記第２
の昇圧手段を駆動する判定型昇圧駆動手段とを備えた電
池電源装置。