JPWO2013018852A1 - 電気機器 - Google Patents

Abstract

二次電池を内蔵した状態で出荷される場合に、ユーザが最初に使用し始めるまでの間の電力消費を低減できる電気機器を提供する。二次電池１１と、二次電池１１から供給される電力で動作する負荷６０と、二次電池１１と負荷６０との間に配置されるスイッチ素子２１と、を備え、ユーザが使用を開始するまでの間、スイッチ素子２１が切断されている電気機器１である。

Description

本発明は、二次電池が供給する電力により動作する電気機器に関する。

内蔵する二次電池が供給する電力によって動作する電気機器がある（例えば特許文献１参照）。このような電気機器の中には、二次電池を電気機器本体に内蔵した状態で出荷されるものがある。このような方式によれば、製品の梱包を簡素化することができる。また、そもそも二次電池を本体から取り外しできない態様で電気機器の本体に内蔵させることとすれば、筐体の構造を簡素化し、電気機器を小型化することができる。

米国特許出願公開第２００６／１１７１７６号明細書

二次電池が電気機器本体に内蔵されていると、たとえ電気機器が動作していない状態であっても、電気機器内の回路が有するプルアップ抵抗などに電流が流れることによって、少しずつ電力が消費され、二次電池の電池容量が減少してしまう。そのため、電気機器が製造されて出荷された後、ユーザが実際に使用し始めるまでの間に長期間経過すると、ユーザが使用を開始しようとしたときに、電池容量が不足してすぐに使用できなくなってしまうおそれがある。

本発明は上記課題を考慮してなされたものであって、その目的の一つは、二次電池を内蔵した状態で出荷される場合に、ユーザが最初に使用し始めるまでの間の電力消費を低減できる電気機器を提供することにある。

本発明に係る電気機器は、二次電池と、前記二次電池から供給される電力で動作する負荷と、前記二次電池と前記負荷との間に配置されるスイッチ素子と、を備え、ユーザが使用を開始するまでの間、前記スイッチ素子が切断されていることを特徴とする。

また、本発明に係る別の電気機器は、二次電池と、前記二次電池から供給される電力で動作する負荷と、前記二次電池から供給される電力で現在日時の計時を行う計時回路と、を備え、前記負荷が動作する通常動作モードと、前記負荷の動作が停止し、前記計時回路による現在日時の計時が行われる電源停止モードと、前記負荷及び前記計時回路双方の動作が停止される出荷時モードと、を含む複数の動作モードのいずれかで動作することを特徴とする。

また、本発明に係る制御回路は、電気機器内で使用される制御回路であって、前記電気機器に内蔵される二次電池と負荷との間に配置されるスイッチ素子と、ユーザが前記電気機器の使用を開始するまでは前記スイッチ素子を切断しておき、ユーザが前記電気機器の使用を開始する際に前記スイッチ素子を導通させる制御手段と、を含むことを特徴とする。

本発明の実施の形態に係る電気機器の回路構成図である。 本実施形態に係る電気機器が出荷時モードへの遷移時に実行する制御フローを示すフロー図である。 本実施形態に係る電気機器がユーザによる電源スイッチのオン操作を契機として出荷時モードを終了する場合の制御フローを示すフロー図である。 本実施形態に係る電気機器が接続端子経由での電力供給開始を契機として出荷時モードを終了する場合の制御フローを示すフロー図である。

本発明の一実施形態に係る電気機器は、二次電池と、前記二次電池から供給される電力で動作する負荷と、前記二次電池と前記負荷との間に配置されるスイッチ素子と、を備え、ユーザが使用を開始するまでの間、前記スイッチ素子が切断されていることを特徴とする。

前記電気機器は、電源スイッチと、前記電源スイッチの状態を監視する監視回路と、をさらに備え、前記監視回路は、前記スイッチ素子を介さずに前記二次電池と直接接続され、前記監視回路が前記電源スイッチをオンにする操作を検知した場合に、前記スイッチ素子を導通させることとしてもよい。

また、前記電気機器は、外部の電力供給源からの電力供給を受け入れる接続端子をさらに備え、前記接続端子に対して外部の電力供給源からの電力供給が開始された場合に、前記スイッチ素子を導通させることとしてもよい。

また、前記電気機器は、現在日時を計時する計時回路をさらに備え、前記スイッチ素子は、前記二次電池と前記計時回路との間に配置されることとしてもよい。

前記電気機器は、前記二次電池の充電を制御する充電制御回路をさらに備え、前記スイッチ素子は、前記充電制御回路内に配置されることとしてもよい。

また、本発明の別の実施形態に係る電気機器は、二次電池と、前記二次電池から供給される電力で動作する負荷と、前記二次電池から供給される電力で現在日時の計時を行う計時回路と、を備え、前記負荷が動作する通常動作モードと、前記負荷の動作が停止し、前記計時回路による現在日時の計時が行われる電源停止モードと、前記負荷及び前記計時回路双方の動作が停止される出荷時モードと、を含む複数の動作モードのいずれかで動作することを特徴とする。

前記電気機器は、電源スイッチと、前記電源スイッチの状態を監視する監視回路と、をさらに備え、前記監視回路は、前記出荷時モードでも前記二次電池から供給される電力によって動作し、前記監視回路が前記電源スイッチをオンにする操作を検知した場合に、前記出荷時モードでの動作を終了することとしてもよい。

また、前記電気機器は、外部の電力供給源からの電力供給を受け入れる接続端子をさらに備え、前記接続端子に対して外部の電力供給源からの電力供給が開始された場合に、前記出荷時モードでの動作を終了することとしてもよい。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づき詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電気機器１の回路構成図である。同図に示すように、電気機器１は、接続端子１０と、二次電池１１と、電源スイッチ１２と、充電制御回路２０と、電池残量検出回路３０と、電源回路４０と、システム制御回路５０と、負荷６０と、を含んで構成されている。なお、充電制御回路２０、電池残量検出回路３０、電源回路４０、及びシステム制御回路５０は、いずれも集積回路等であってよい。図１において、一点鎖線は制御信号の入力に使用される制御信号線を示している。電気機器１は、例えば携帯型ゲーム機や携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータなど、二次電池１１を電力供給源として動作する各種の機器であってよい。

接続端子１０は、外部の電力供給源（例えば商用電源からの電力を供給するＡＣアダプタやＵＳＢホスト機器など）と接続される端子である。接続端子１０に接続された電力供給源から供給される電力によって、二次電池１１の充電が行われる。

二次電池１１は、リチウムイオン電池等の充電可能な電池であって、電気機器１の外部から供給される電力によって充電され、充電によって蓄積した電力を電気機器１内の負荷６０に供給する。

電源スイッチ１２は、電気機器１の筐体表面に配置され、ユーザによって操作されるスイッチである。電源スイッチ１２がオンに切り替えられると、システム制御回路５０の制御によって、負荷６０の動作が開始される。

充電制御回路２０は、接続端子１０に接続された電力供給源から供給される電力を二次電池１１に供給して、二次電池１１の充電を行う。また、充電制御回路２０は、二次電池１１に蓄積された電力を、電源回路４０に対して出力する。充電制御回路２０は、スイッチ素子２１を内蔵している。このスイッチ素子２１は、例えばＦＥＴ等であって、二次電池１１と、接続端子１０や電源回路４０、システム制御回路５０、負荷６０などとを結ぶ配線の途中に配置されている。そのため、スイッチ素子２１がオフ（切断）に切り替えられると、二次電池１１は、接続端子１０、電源回路４０、システム制御回路５０、及び負荷６０のいずれからも電気的に切り離される。充電制御回路２０は、二次電池１１の電池電圧や充電電流などを監視することによって充電の終了タイミング到来を判断し、充電を終了すべきタイミングになると、スイッチ素子２１をオフに切り替えて充電を終了する。逆に、二次電池１１の充電時や、二次電池１１が供給する電力によって負荷６０を動作させる場合など、通常はスイッチ素子２１がオン（導通）になっている。

電池残量検出回路３０は、充電制御回路２０を介さずに二次電池１１と直接に並列接続されており、二次電池１１の電池電圧等の情報を用いて二次電池１１の電池残量を検出する機能を備えている。また、電池残量検出回路３０は、電源スイッチ１２と接続されており、電源スイッチ１２をユーザがオフからオンに切り替えた場合に、当該切り替え操作があったことを検知する。すなわち、電池残量検出回路３０は、電源スイッチ１２の状態を監視する監視回路としても機能する。また、電池残量検出回路３０は、二次電池１１の接続の有無を検知して、検知結果を充電制御回路２０に通知する。つまり、二次電池１１が電気機器１本体から取り外された場合、電池残量検出回路３０がそのことを検知し、二次電池１１の不存在を通知する制御信号を充電制御回路２０に対して出力する。充電制御回路２０は、この制御信号が入力された場合には、スイッチ素子２１をオフに切り替えて、接続端子１０に入力される電源電圧が二次電池１１側に出力されないようにする。

電源回路４０は、二次電池１１が供給する電力を所定の電圧に変圧して、システム制御回路５０及び負荷６０のそれぞれに対して出力する。

システム制御回路５０は、電気機器１内の他の回路の動作を制御する回路である。具体的に、システム制御回路５０は電源スイッチ１２と接続されており、電源スイッチ１２がオンに切り替えられた場合に、負荷６０の動作を開始させる。また、本実施形態では、システム制御回路５０はクロック信号供給回路５１を内蔵しており、このクロック信号供給回路５１が供給するクロック信号を用いて現在日時の計時を行っている。すなわち、システム制御回路５０は計時回路（リアルタイムクロック）としても機能している。クロック信号供給回路５１は、例えば水晶振動子などを含んで構成される。なお、システム制御回路５０は、充電制御回路２０及び電源回路４０を経由して二次電池１１から供給される電力によって動作する。また、システム制御回路５０は、接続端子１０に接続された電力供給源から供給される電力によっても動作可能になっている。

負荷６０は、電気機器１の本来的な機能を実現するための回路であって、例えば電気機器１が携帯型ゲーム機等の情報処理装置の場合、演算素子や記憶素子などを含む。負荷６０は、電源スイッチ１２がオンになっている間、充電制御回路２０及び電源回路４０を経由して二次電池１１から供給される電力によって動作する。

以下、電気機器１の動作モードについて説明する。通常、電気機器１は、通常動作モード、待機モード、及び、電源停止モードのいずれかで動作する。通常動作モード及び待機モードは、いずれも、電源スイッチ１２がオンに切り替えられた状態において負荷６０が動作する動作モードである。ただし、待機モードでは、負荷６０のうちの一部の回路を停止したり、省電力で動作させたりすることによって、電気機器１全体が通常動作モードよりも省電力で動作する。一方、電源停止モードは、電源スイッチ１２がオフに切り替えられた状態において、システム制御回路５０を含む一部の回路だけが動作する動作モードである。電源停止モードにおいては、負荷６０の動作は停止する。そのため、電源停止モードにおいては待機モードよりもさらに電気機器１の消費電力が少なくなる。しかしながら、電源停止モードにおいても、二次電池１１から供給される電力によってシステム制御回路５０は動作する。これにより電気機器１は、電源スイッチ１２がオフになっている間もクロック信号供給回路５１が供給するクロック信号を用いて現在日時を計時し続けることができる。ユーザは、電源スイッチ１２を操作することによって、電気機器１の動作モードを通常動作モード又は待機モードと電源停止モードとの間で切り替えることができる。

さらに本実施形態において、電気機器１は、出荷時モードでの動作が可能になっている。この出荷時モードは、電源停止モードよりもさらに省電力で動作するモードであって、電源回路４０、システム制御回路５０、及び負荷６０に対する二次電池１１からの電力供給が完全に停止される。具体的に、電気機器１は、出荷時モードへの移行時には、充電制御回路２０内のスイッチ素子２１をオフに切り替えることによって、二次電池１１と電源回路４０、システム制御回路５０、及び負荷６０との間の電気的接続を切断する。また、出荷時モードにおいては電池残量検出回路３０も電源スイッチ１２の監視だけを実行することとし、通常時より少ない消費電力で動作する。なお、電池残量検出回路３０は充電制御回路２０を介さずに直接二次電池１１と接続されているので、スイッチ素子２１がオフになった後も二次電池１１の供給電力で動作できる。この状態においては、計時回路として機能するシステム制御回路５０への電力供給が停止するので、電気機器１は現在日時の計時を行えなくなる。そのため、出荷時モードを終了してシステム制御回路５０が動作を開始した後、ユーザは手作業で電気機器１が記憶する時刻情報を現在日時に合わせる時刻合わせ作業を行う必要がある。

本実施形態では、出荷時モードにおいても電池残量検出回路３０及び充電制御回路２０の一部には二次電池１１からの電力供給が行われる。そのため、出荷時モードにおいても電気機器１の消費電力を０にすることはできない。しかしながら、出荷時モードにおいては電池残量検出回路３０も少ない消費電力で動作し、システム制御回路５０や負荷６０への電力供給が完全に停止されるので、電気機器１全体の消費電力は電源停止モードよりも大幅に少なくなる。そのため、出荷時モードにおいては、二次電池１１の電池容量の低下を抑えることができる。また、電池残量検出回路３０を電源スイッチ１２と接続し、電池残量検出回路３０を低消費電力で動作させることによって、電気機器１は、出荷時モードでも電源スイッチ１２の状態を監視することができる。電源スイッチ１２がオフからオンに切り替えられたことを電池残量検出回路３０が検知すると、電気機器１は出荷時モードから他の動作モードへと遷移する制御を実行する。この制御の具体例については、後述する。

以下、出荷時モードへの遷移時の制御について、図２のフロー図を用いて説明する。この制御は、通常、電気機器１が工場で製造されてから工場を出荷されるまでの間に実行されるが、これに限らず、工場出荷の後、電気機器１がユーザの手に渡るまでの間のいずれかの時点で実行されてもよい。

まず、外部からの指示を契機として、システム制御回路５０が電池残量検出回路３０に対して出荷時モードへの遷移を指示する制御信号を入力する（Ｓ１）。なお、ユーザの使用開始後に電池残量検出回路３０が誤って出荷時モードに遷移してしまう事態を避けるために、システム制御回路５０は、出荷時モードへの遷移を指示する際には、互いに独立した複数の制御信号線を介して、同時期に複数の制御信号を電池残量検出回路３０に入力することとしてもよい。この場合、電池残量検出回路３０は、複数の制御信号線を介して複数の制御信号が同時期に入力された場合に限って、出荷時モードへの遷移を行うこととする。

制御信号の入力を受けた電池残量検出回路３０は、まず自分自身を低消費電力で動作する状態に遷移させる（Ｓ２）。続いて電池残量検出回路３０は、充電制御回路２０に対して、二次電池１１が存在しないことを通知する制御信号を入力する（Ｓ３）。つまり、電池残量検出回路３０は、実際には二次電池１１が接続されたままであるにも関わらず、二次電池１１が取り外されたことを示す通知を充電制御回路２０に対して行う。この通知を受けて充電制御回路２０は、スイッチ素子２１をオフに切り替える（Ｓ４）。充電制御回路２０は、本来的には二次電池１１が取り外された際に二次電池１１側への電力供給を停止するために、電池残量検出回路３０からの通知に応じてスイッチ素子２１をオフにする機能を備えている。ところが出荷時モードへの遷移時には、実際には二次電池１１が存在しているにも関わらず二次電池１１が存在しなくなったことを示す通知がなされることによって、充電制御回路２０はスイッチ素子２１をオフに切り替え、二次電池１１から電源回路４０への電力供給を停止することになる。これ以降、二次電池１１と電源回路４０との間の接続は電気的に切断され、電源回路４０、システム制御回路５０、及び負荷６０は、いずれも消費電力が０になる。

次に、出荷時モードからの復帰時の制御について、説明する。本実施形態において、電気機器１は、電源スイッチ１２のオン操作、及び接続端子１０を介した外部電源からの電力供給開始のいずれかのイベントを契機として、出荷時モードを終了する。出荷時モードに設定された状態で出荷された電気機器１を購入した後、ユーザが電気機器１を使用するときには、まず、電源スイッチ１２をオンにするか、または電気機器１の充電を行うはずである。そこで、上述した２つのイベントのいずれかを契機として出荷時モードを終了することにより、電気機器１は、ユーザに特別な操作を行わせることなく、出荷時モードを終了して通常動作モード又は電源停止モードに遷移することができる。

以下、出荷時モードからの復帰制御の具体例について、説明する。最初に、ユーザによる電源スイッチ１２のオン操作を契機として出荷時モードを終了する場合の制御について、図３のフロー図を用いて説明する。

前述した通り、出荷時モードにおいても電池残量検出回路３０は少ない消費電力で動作し、電源スイッチ１２の状態を監視している。ユーザが電源スイッチ１２をオフからオンに切り替えると、電池残量検出回路３０はそのオン操作を検知し（Ｓ１１）、自身の動作状態を、省電力で動作する状態から通常の動作状態に切り替える（Ｓ１２）。さらに電池残量検出回路３０は、前述したＳ３の処理で開始された、二次電池１１が存在しないことを示す制御信号の出力を停止する（Ｓ１３）。これを受けて充電制御回路２０は、スイッチ素子２１をオンに切り替える（Ｓ１４）。これにより、二次電池１１からシステム制御回路５０及び負荷６０への電力供給が開始され、電気機器１は通常動作モードでの動作を開始する（Ｓ１５）。

次に、接続端子１０経由での電力供給開始を契機として出荷時モードを終了する場合の制御について、図４のフロー図を用いて説明する。

ユーザが接続端子１０にＡＣアダプタ等を接続することによって、接続端子１０経由での電力供給が開始されると、この接続端子１０から供給される電力が、充電制御回路２０及び電源回路４０を経由してシステム制御回路５０に供給される（Ｓ２１）。これにより、それまで停止していたシステム制御回路５０が動作を開始する（Ｓ２２）。動作を開始すると、まずシステム制御回路５０は、電気機器１内の各部の状態を把握するために、電池残量検出回路３０を含む各部に対して状態を問い合わせる制御信号を送出する（Ｓ２３）。この制御信号を受け付けた電池残量検出回路３０は、自身の動作状態を、省電力で動作する状態から通常の動作状態に切り替える（Ｓ２４）。さらに電池残量検出回路３０は、前述したＳ１３の処理と同様に、二次電池１１が存在しないことを示す制御信号の出力を停止する（Ｓ２５）。これを受けて充電制御回路２０は、スイッチ素子２１をオンに切り替える（Ｓ２６）。これにより、出荷時モードが終了し、電気機器１は電源停止モードで動作するとともに、接続端子１０から入力される電力による二次電池１１の充電を開始する（Ｓ２７）。

以上説明したように、本実施形態に係る電気機器１は、ユーザが実際に電気機器１を購入して使用し始めるまでの間、電源回路４０や、システム制御回路５０、負荷６０などと二次電池１１との間の電気的接続が切断される出荷時モードで動作するので、二次電池１１の電池容量の減少を抑えることができる。そのため、ユーザが電気機器１を使用し始めるまでに比較的長い時間が経過した場合であっても、二次電池１１に蓄積された電力で直ちに電気機器１を使用し始めることのできる可能性が高くなる。また、このように出荷時モードにおいて電源回路４０やシステム制御回路５０、負荷６０への電力供給が停止しているにも関わらず、電気機器１は、電源スイッチ１２のオン操作や接続端子１０への電力供給開始を契機として、出荷時モードを終了し、通常動作モードないし電源停止モードでの動作を開始することができるので、出荷時モードを終了させるためにユーザに特殊な操作を行わせる必要がない。

なお、本発明の実施の形態は、以上説明したものに限られない。例えば、以上の説明では電池残量検出回路３０が出荷時モードの開始／終了を通知する制御信号を充電制御回路２０に入力し、この制御信号を受けて充電制御回路２０はスイッチ素子２１のオン／オフを切り替えることとしている。しかしながら、逆に充電制御回路２０が電池残量検出回路３０の状態を監視し、電池残量検出回路３０が省電力で動作する状態に移行した際にはスイッチ素子２１をオフに切り替えて出荷時モードを開始し、電池残量検出回路３０が省電力で動作する状態から通常の動作状態に復帰した際にはスイッチ素子２１をオンに切り替えて出荷時モードを終了することとしてもよい。

また、以上の説明では、出荷時モードでの動作中、電池残量検出回路３０が電源スイッチ１２のオン操作を監視することとしたが、電源スイッチ１２のオン操作を監視するのは電池残量検出回路３０以外の別の回路であってもよい。また、以上の説明ではスイッチ素子２１は充電制御回路２０内に配置され、充電制御回路２０がそのオン／オフを制御することとしたが、これに限らず二次電池１１と電源回路４０やシステム制御回路５０、負荷６０を電気的に切り離すためのスイッチ素子を別の場所に配置してもよい。

Claims (9)

1. 二次電池と、
   前記二次電池から供給される電力で動作する負荷と、
   前記二次電池と前記負荷との間に配置されるスイッチ素子と、
   を備え、
   ユーザが使用を開始するまでの間、前記スイッチ素子が切断されている
   ことを特徴とする電気機器。
2. 請求項１に記載の電気機器であって、
   電源スイッチと、
   前記電源スイッチの状態を監視する監視回路と、
   をさらに備え、
   前記監視回路は、前記スイッチ素子を介さずに前記二次電池と直接接続され、
   前記監視回路が前記電源スイッチをオンにする操作を検知した場合に、前記スイッチ素子を導通させる
   ことを特徴とする電気機器。
3. 請求項１に記載の電気機器であって、
   外部の電力供給源からの電力供給を受け入れる接続端子をさらに備え、
   前記接続端子に対して外部の電力供給源からの電力供給が開始された場合に、前記スイッチ素子を導通させる
   ことを特徴とする電気機器。
4. 請求項１に記載の電気機器であって、
   現在日時を計時する計時回路をさらに備え、
   前記スイッチ素子は、前記二次電池と前記計時回路との間に配置される
   ことを特徴とする電気機器。
5. 請求項１に記載の電気機器であって、
   前記二次電池の充電を制御する充電制御回路をさらに備え、
   前記スイッチ素子は、前記充電制御回路内に配置される
   ことを特徴とする電気機器。
6. 二次電池と、
   前記二次電池から供給される電力で動作する負荷と、
   前記二次電池から供給される電力で現在日時の計時を行う計時回路と、
   を備え、
   前記負荷が動作する通常動作モードと、前記負荷の動作が停止し、前記計時回路による現在日時の計時が行われる電源停止モードと、前記負荷及び前記計時回路双方の動作が停止される出荷時モードと、を含む複数の動作モードのいずれかで動作する
   ことを特徴とする電気機器。
7. 請求項６に記載の電気機器において、
   電源スイッチと、
   前記電源スイッチの状態を監視する監視回路と、
   をさらに備え、
   前記監視回路は、前記出荷時モードでも前記二次電池から供給される電力によって動作し、
   前記監視回路が前記電源スイッチをオンにする操作を検知した場合に、前記出荷時モードでの動作を終了する
   ことを特徴とする電気機器。
8. 請求項６に記載の電気機器において、
   外部の電力供給源からの電力供給を受け入れる接続端子をさらに備え、
   前記接続端子に対して外部の電力供給源からの電力供給が開始された場合に、前記出荷時モードでの動作を終了する
   ことを特徴とする電気機器。
9. 電気機器内で使用される制御回路であって、
   前記電気機器に内蔵される二次電池と負荷との間に配置されるスイッチ素子と、
   ユーザが前記電気機器の使用を開始するまでは前記スイッチ素子を切断しておき、ユーザが前記電気機器の使用を開始する際に前記スイッチ素子を導通させる制御手段と、
   を含むことを特徴とする制御回路。

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