WO2006064726A1

WO2006064726A1 - 電源システムとそれを用いた携帯機器

Info

Publication number: WO2006064726A1
Application number: PCT/JP2005/022642
Authority: WO
Inventors: Akihiro Taniguchi; Toshihiko Ichinose
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2005-12-09
Publication date: 2006-06-22
Also published as: US7872448B2; JPWO2006064726A1; JP4127311B2; US20070131268A1

Abstract

　携帯機器用電源システムは、電源であるリチウムイオン二次電池と電源の温度を検出する温度検出部と電源の電圧を検出する電圧検出部と記憶部と強制放電部とを有する。記憶部は制御作動温度と制御作動電圧および制御終止電圧を記憶する。強制放電部は電源の温度が制御作動温度以上で、かつ電源の電圧が制御作動電圧以上の状態を電源の異常と認知する。そして電源から報知部に通電させ、報知部に異常回避中のメッセージを報知させる。さらに電源の電圧が制御終止電圧に達するまで電源を強制放電させる。

Description

明細書

電源システムとそれを用いた携帯機器

技術分野

[0001] 本発明は、リチウムイオン二次電池を搭載する携帯機器用電源システムに関し、より詳しくは高温下における電池膨張の回避と、回避を行った旨を表示してユーザの利便性を高める機能の付与に関する。

背景技術

[0002] 近年、携帯電子機器の小型、軽量ィ匕に伴い、軽量でエネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池の需要が高まって、る。この電池は上述した利点を有する一方、電解液に有機溶媒を含むため、高温下での放置により劣化しやすい。特に 100%充電された状態で高温下に放置されると、正極表面で電解液が分解反応を起こし、ガスが発生して内圧が上昇する。その結果、電池が膨張変形する可能性がある。

[0003] この問題を解決するために、例えば特開 2002— 56900号公報には以下の構成が開示されている。すなわち、電池の外表面に温度センサを固定し、電池が所定の温度以上でかつ所定の電圧以上である場合に、電池パック内の放電抵抗を介して電池を放電させる。これにより電池の電圧を下げる。しかしながらこの構成にはエラーメッセージの表示機能がな、。そのため携帯機器のユーザは電池が異常回避のために放電されて残存容量が減少したことに気付かなヽ。携帯機器が携帯電話の場合、ユーザは単に、電池が劣化したために待ち受け時間が短縮し、電池を交換する必要があると誤認識をする可能性がある。さらにユーザは、どのような状態が電池にとって異常な環境であるかを知る機会がないので、電池交換後も同様の誤認識を繰り返す恐れがある。

[0004] また、電池に係る異常が待ち受け時に生じた場合に、異常が生じた旨を表示部に表示させる携帯電話が例えば、特開 2000— 78250号公報に開示されている。この携帯電話は、待ち受け時間、すなわち電源が ONの状態で電池の状態を判断して表示する。そのため、例えば携帯電話の電源を OFFにした状態で異常状態下に放置した場合には、電池状態の診断もエラーメッセージの表示も不可能である。さらには電池が異常であることを知らせる機能しか記載されてヽな、ので、この異常が回避可能であるのか否かをユーザが知ることはできない。

発明の開示

[0005] 本発明は、電池が異常状態に達したときに電源の ONZOFFにかかわらず強制的にこの異常状態を回避し、さらに異常を回避した旨をユーザに知らせる機能を有する携帯機器用電源システムである。本発明の携帯機器用電源システムは、報知部と電源と温度検出部と電圧検出部と記憶部と強制放電部とを有する。電源はリチウムィォン二次電池を含む。温度検出部は電源の温度を検出する。電圧検出部は電源の電圧を検出する。記憶部は制御作動温度である第 1温度と、制御作動電圧である第 1 電圧と、第 1電圧より小さい制御終止電圧である第 2電圧とを記憶する。強制放電部は温度検出部が検出した電源の温度が第 1温度以上で、かつ電圧検出部が検出した電源の電圧が第 1電圧以上の状態を電源の異常と認知する。そして強制放電部は電源力報知部に通電させ、報知部に異常回避中のメッセージを報知させる。さらに電圧検出部が検出した電源の電圧が第 2電圧に達するまで電源を強制放電させる。この構成により、電池が異常環境に晒されたことを温度と電圧で検知した際、強制的に電池を放電する。これにより、電池内部でのガス発生を早期に回避して電池の膨張変形を抑止する一方、強制放電が行われていることを報知部に報知させることにより、ユーザの利便性が大幅に向上する。図面の簡単な説明

[0006] [図 1]図 1は本発明の実施の形態 1による携帯電話用電源システムの回路図である。

[図 2]図 2は本発明の実施の形態 1による携帯電話用電源システムを用いた携帯電話の概略斜視図である。

[図 3]図 3は本発明の実施の形態 1による携帯電話用電源システムの制御アルゴリズムを示すフローチャートである。

[図 4]図 4は本発明の実施の形態 2による携帯電話用電源システムの回路図である。符号の説明

[0007] 1 温度検出部

2 電源（リチウムイオン二次電池） 3 電圧検出部

4 表示部 (報知部）

5, 11 スィッチ

6, 16 制御部

t §し' I思

8 携帯電話

9, 19 電源システム

10 機器回路

発明を実施するための最良の形態

[0008] 以下、携帯機器の一例として携帯電話を用い、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

[0009] (実施の形態 1)

図 1は本発明の実施の形態 1による携帯電話用電源システムの一例を示す回路図である。電源システム 9は温度検出部 1と電源 2と電圧検出部 3と報知部である表示部 4とスィッチ 5と制御部 6と記憶部 7とを有する。電源 2はリチウムイオン二次電池で構成されている。電源 2に近接して設けられた温度検出部 1は例えばサーミスタカ構成され、電源 2の温度 Τを測定し、制御部 6にデータ送出する。電圧検出部 3は公知の電圧モニター回路カゝら構成され、電源 2の電圧 Vを測定し、制御部 6にデータ送出する。制御部 6はマイコン等から構成され、温度検知部 1、電圧検知部 3から送られた送出データと記憶部 7に記憶されたデータとに基づきスィッチ 5の ONZOFFを制御する。スィッチ 5は表示部 4と直列に電源 2に接続されている。電源 2は制御部 6に常時給電するとともに携帯機器の機器回路 (以下、回路） 10に給電する。表示部 4は液晶パネルなどで構成されて、る。表示部 4は通常の使用状態では回路 10を介して電源 2から給電されるとともに、回路 10から着信の有無や時計表示などのデータを送られて表示する。

[0010] 記憶部 7は不揮発性メモリを有し、第 1温度である制御作動温度 Tl、第 1電圧である制御作動電圧 VIおよび第 2電圧である制御終止電圧 V2を記憶して、る。 V2は V 1よりも小さい値である。制御部 6は、電源 2から回路 10への給電が OFFの場合でも T≥T1でかつ V≥V1のときにスィッチ 5を制御して電源 2を強制放電する。これにより、表示部 4が通電される。そして制御部 6は異常回避中のメッセージを表示部 4に表示させる。このメッセージ表示により電源 2の放電が進行し、電圧 Vが V2になった時点で強制放電は停止する。このように制御部 6とスィッチ 5とは電源 2を強制放電させる強制放電部を構成して、る。すなわち強制放電部は温度検出部 1が検出した電源 2の温度力T1以上で、かつ電圧検出部 3が検出した電源 2の電圧が VI以上の状態を電源 2の異常と認知する。このとき強制放電部は電源 2から表示部 4に通電させ、表示部 4に異常回避中のメッセージを表示させる。そして電圧検出部 3が検出した電源 2の電圧力に達するまで電源 2を強制放電させる。

[0011] 図 2は本発明の携帯電話用電源システムを用いた携帯電話の概略斜視図であり、強制放電中の状態を示している。携帯電話 8に設置された表示部 4は、例えば「電池のメンテナンス中」といった異常回避中のメッセージを表示し、電源 2が強制放電されていることをユーザに伝える。なお図 2では折りたたみ式の携帯電話を示している力表示部 4が設置されてヽればこの形状に限定されな!ヽ。また折りたたみ式携帯電話の場合、ユーザに見えるように表示されていることが好ましい。すなわち、折りたたみ時に内側に配される表示部（図示せず）力メッセージを表示するよりも外側の表示部 4が表示するほうが好ましい。ただし、放電を促進させる観点からは、外側の表示部 4 以外に折りたたみ時に内側に配される表示部（図示せず）にメッセージが表示されていてもよい。

[0012] 次に本実施の形態における電源システムでの制御について説明する。図 3は本発明の実施の形態による携帯電話用電源システムの制御アルゴリズムを示すフローチヤートである。まず S1にて電圧検出部 3の測定した電圧 Vが制御作動電圧 VI以上の場合、 S2のように温度検出部 1が温度 Tを測定する。温度 Tが制御作動温度 T1以上の場合、制御部 6がスィッチ 5を ONにして表示部 4に異常回避中のメッセージを表示させることで強制放電が開始される（S3)。強制放電中も電圧検出部 3は測定を続けており（S4)、電圧 Vが制御終止電圧 V2に達したとき、強制放電は停止され、表示部 4のメッセージ表示も終了する（S5)。

[0013] 以上のように、本実施の形態による電源システムは、電源 2から携帯電話 8への給電が OFFの状態でも、電源 2の温度 Tと電圧 Vに基づき、自動的に電源 2を強制放電する。し力も単に強制放電により異常を回避するだけでなぐユーザに強制放電後の電源 2に支障がないと判断させることができる。このためユーザは無用な電池交換を回避できる。さらにはユーザが強制放電に気付くことにより、直ちに携帯機器を電池にとっての異常環境力も移動させることができる。この経験によってユーザは電池にとつての異常環境を学習し、再び携帯機器を異常環境下に放置しなくなるので、電池寿命を長くすることができる。すなわち、本実施の形態による電源システムは高温下での保存により劣化しやすいリチウムイオン二次電池を異常状態力回避させることができる。さらにユーザに対し、電池に支障がない旨を知らせて学習させることができるので、ユーザの利便性が高く安全な携帯機器を提供することができる。

[0014] また、制御部 6は強制放電が完了しスィッチ 5を OFFにしたことを示すデータを記憶部 7に記憶させることが好ましい。そして電源 2から携帯電話 8の回路 10への給電が ONの状態になったときに記憶部 7からこのデータを読み出し、表示部 4に異常回避完了のメッセージを表示させることが好ましい。このように記憶部 7に強制放電が終了したことを記憶させ、かつ電源 2が再度使用状態になったときに強制放電が終了したことを表示することにより、強制放電中にユーザに気づ力せるのと同じ効果が得られる。表示部 4に表示させる異常回避完了のメッセージは、例えば「電池のメンテナンス完了」を挙げることができる。なお、強制放電が完了しスィッチ 5を OFFにしたことを示すデータを記憶させる記憶部を記憶部 7と別個に設けてもよい。

[0015] なお、上記の説明では強制放電部を制御部 6とスィッチ 5とで構成して、るがこれに限定されず、スィッチ 5をスイッチング素子で構成し、制御部 6と一体の回路で構成してもよい。

[0016] (実施の形態 2)

図 4は本発明の実施の形態 2による携帯電話用電源システムの一例を示す回路図である。なおこの電源システムを組み込んだ携帯機器の一例としての携帯電話の外観は図 2と同様である。また実施の形態 1と同様の構成をなすものには同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

[0017] 本実施の形態における電源システム 19が実施の形態 1における電源システム 9と異なる点は、スィッチ 5がなぐ電源 2が制御部 16によって制御されるスィッチ 11を介して回路 10に給電することである。スィッチ 11はユーザが携帯機器を使用する際には携帯機器の電源スィッチ（図示せず)と同期して ONになる。

[0018] 制御部 16は、スィッチ 11が OFFで電源 2から携帯機器 8の回路 10への給電が OF Fの状態において、 T≥T1でかつ V≥ VIのときにスィッチ 11を ONにして電源 2を強制放電する。そして制御部 16は異常回避中のメッセージを表示部 4に表示させる。このメッセージ表示と回路 10への通電により電源 2の放電が進行し、電圧 Vが V2になつた時点で強制放電は停止する。このように制御部 16とスィッチ 11とは電源 2を強制放電させる強制放電部を構成している。すなわち強制放電部は温度検出部 1が検出した電源 2の温度が T1以上で、かつ電圧検出部 3が検出した電源 2の電圧が VI以上の状態を電源 2の異常と認知する。このとき強制放電部は回路 10を介して電源 2 力も表示部 4に通電させるとともに、表示部 4に異常回避中のメッセージを表示させる。そして電圧検出部 3が検出した電源 2の電圧力に達するまで電源 2を強制放電させる。なお、制御部 16が回路 10へ信号を送り、回路 10がそれを受けて異常回避中のメッセージを表示部 4に表示させてもよ、。

[0019] 強制放電が完了すると、制御部 16がスィッチ 11を OFFにすることが好ましい。これにより強制放電後も必要以上に電源 2の残存容量を減少させることを防止することができる。

[0020] また、制御部 16は強制放電が完了しスィッチ 11を OFFにしたことを示すデータを記憶部 7に記憶させることが好ましい。そしてスィッチ 11が ONになり電源 2から回路 1 0への給電が ONになったときに記憶部 7からこのデータを読み出し、表示部 4に異常回避完了のメッセージを表示させることが好ましい。このように記憶部 7に強制放電が終了したことを記憶させ、かつ電源 2が再度使用状態になったときに強制放電が終了したことを表示することにより、強制放電中にユーザに気づ力せるのと同じ効果が得られる。表示部 4に表示させる異常回避完了のメッセージは、例えば「電池のメンテナンス完了」を挙げることができる。なお、強制放電が完了しスィッチ 11を OFFにしたことを示すデータを記憶させる記憶部を記憶部 7と別個に設けてもよい。

[0021] なお、上記の説明では強制放電部を制御部 16とスィッチ 11とで構成して、るがこれに限定されず、スィッチ 11をスイッチング素子で構成し、制御部 16と一体の回路で構成してもよヽ。

[0022] なお、実施の形態 1におけるスィッチ 5と表示部 4との組み合わせと同様に、スィッチと、そのスィッチに直列に接続された抵抗とを電源 2に接続した放電用の回路を追カロして設けてもよい。そしてこのスィッチを制御部 16が制御する。このような構成により電源 2の電圧が高ぐかつ温度検出部 1の示す温度が高い場合のように強制放電の電流を大きくする必要がある場合にも対応可能になる。

[0023] また、制御部 16、記憶部 7、スィッチ 11、電圧検出部 3の少なくもいずれかを回路 1 0と一体に構成してもよ、。この場合にも上記と同様の効果が得られる。

[0024] なお、実施の形態 1、 2における効果は電源 2を構成するリチウムイオン二次電池の正極活物質がニッケル複合酸ィ匕物を含むことが好ましい。この場合、電源 2として高容量化がされる。またこのような電池では高温下における正極表面での電解液分解が顕著なため本発明の効果が高ぐより好ましい態様となる。

[0025] なお、このように電源 2を構成するリチウムイオン二次電池の正極活物質がニッケル複合酸化物を含む場合、制御作動温度 T1を 55°C以上 65°C以下、制御作動電圧 V 1を電池 1個当たり 4. 05V以上 4. 15V以下、制御終止電圧 V2を電池 1個当たり 3. 85V以上 3. 95V以下とすることが好ましい。制御作動温度 Tl、制御作動電圧 VIおよび制御終止電圧 V2が上述した範囲であれば、正極活物質にニッケル複合酸化物を含む電池が異常状態であるとの判断を誤ることなぐ確実に本発明を実施することが可能となる。

[0026] なお、実施の形態 1、 2では、報知部としてユーザの視覚に訴える表示部 4を用いる例について説明したが、スピーカなど、ユーザの聴覚に訴える音声出力器で構成してもよい。すなわち、報知部は異常回避中や異常回避完了のメッセージをユーザに報知する。また表示部 4は、携帯電話 8の一部品を共用しているが電源システム 9の専用として設けてもよい。すなわち、報知部は携帯電話 8側に設けられていても、電源システム 9側に設けられて、てもよ、。

[0027] 以上、携帯電話を例にして本発明の実施形態を説明したが、本発明は携帯電話に限らず、表示部を有する携帯機器、例えば携帯テレビジョン、デジタルスチルカメラ、携帯音楽再生機などに適用可能である。

産業上の利用可能性

本発明によれば、高容量電源であるリチウムイオン二次電池の弱点である高温保存特性を電源システムとして克服できる上、ユーザの利便性を大幅に向上できる。そのため携帯機器用電源全般への波及が見込め、その利用可能性は極めて高い。

Claims

請求の範囲

[1] 携帯機器に電力を供給するための電源システムであって、

報知部と、

リチウムイオン二次電池を含み少なくとも前記報知部に給電する電源と、前記電源の温度を検出する温度検出部と、

前記電源の電圧を検出する電圧検出部と、

第 1温度と、第 1電圧と、前記第 1電圧より小さい第 2電圧とを記憶する記憶部と、前記電源力前記携帯機器への給電が OFFの状態にぉ、て、前記温度検出部が検出した前記電源の温度が前記第 1温度以上で、かつ前記電圧検出部が検出した前記電源の電圧が前記第 1電圧以上の状態を前記電源の異常と認知し、前記電源から前記報知部に通電させ、前記報知部に異常回避中のメッセージを報知させ、前記電圧検出部が検出した前記電源の電圧が前記第 2電圧に達するまで前記電源を強制放電させる強制放電部と、を備えた、

電源システム。

[2] 前記強制放電部は、

前記報知部と直列に接続され、前記報知部とともに前記電源に接続されたスイッチと、

前記電源の異常を認知したとき前記スィッチを ONにし、前記電圧検出部が検出した前記電源の電圧が前記第 2電圧に達すると前記スィッチを OFFにする制御部と、を含む、

請求項 1記載の電源システム。

[3] 前記制御部は、強制放電が完了すると前記記憶部に強制放電が完了したことを示すデータを記憶させ、前記電源力前記携帯機器への給電が ONの状態になったときに、強制放電の完了を示すデータに基づいて異常回避完了のメッセージを前記報知部に報知させる、

請求項 2記載の電源システム。

[4] 前記強制放電部は、

前記電源カゝら前記携帯機器への給電に介在するスィッチと、前記電源の異常を認知したとき前記スィッチを ONにする制御部と、を含む、請求項 1記載の電源システム。

[5] 前記制御部は、前記電圧検出部が検出した前記電源の電圧が前記第 2電圧に達すると前記スィッチを OFFにする、

請求項 4記載の電源システム。

[6] 前記制御部は、強制放電が完了すると前記記憶部に強制放電が完了したことを示すデータを記憶させ、前記電源が使用状態になったときに、強制放電の完了を示すデータに基づいて異常回避完了のメッセージを前記報知部に報知させる、請求項 5記載の電源システム。

[7] 前記リチウムイオン二次電池の正極活物質が、ニッケル複合酸化物を含む、

請求項 1記載の電源システム。

[8] 前記第 1温度が 55°C以上 65°C以下、前記第 1電圧が前記リチウムイオン二次電池 1 個当たり 4. 05V以上 4. 15V以下、前記第 2電圧が前記リチウムイオン二次電池 1個当たり 3. 85V以上 3. 95V以下である、

請求項 7記載の電源システム。

[9] 報知部を有する携帯機器に電力を供給するための電源システムであって、

リチウムイオン二次電池を含み少なくとも前記報知部に給電する電源と、

前記電源の温度を検出する温度検出部と、

前記電源の電圧を検出する電圧検出部と、

電源システム。

[10] 報知部と、リチウムイオン二次電池を含み少なくとも前記報知部に給電する電源と、前記電源の温度を検出する温度検出部と、

前記電源の電圧を検出する電圧検出部と、

第 1温度、第 1電圧、第 2電圧を記憶する記憶部と、

前記電源力前記携帯機器への給電が OFFの状態にぉ、て、前記温度検出部が検出した前記電源の温度が前記第 1温度以上で、かつ前記電圧検出部が検出した前記電源の電圧が前記第 1電圧以上の状態を異常と認知し、前記電源から前記報知部に通電させ、前記報知部に異常回避中のメッセージを報知させ、前記電圧検出部が検出した前記電源の電圧が前記第 2電圧に達するまで前記電源を放電させる強制放電部と、

前記電源に給電される機器回路と、を備えた、

携帯機器。

前記電圧検出部と、前記記憶部と、前記強制放電部との少なくとも 1つが前記機器回路と一体に構成された、

請求項 10記載の携帯機器。