WO2017122450A1 - 無線通信機能を備えた電池形電源装置 - Google Patents

無線通信機能を備えた電池形電源装置 Download PDF

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WO2017122450A1
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voltage
power supply
supply device
external
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小山　和宏
顕宏 岡部
哲也 野邉
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ノバルス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a battery-type power supply device having a wireless communication function.
  • Patent Document 1 discloses a wireless reception drive device that can be attached to a battery box of an external load device such as an electric toy.
  • This wireless reception drive device is configured as a so-called switching power supply, and the duty ratio of the drive signal of the transistor interposed between the housed battery and the external terminal is changed by the wireless module according to the user command received via the wireless reception unit.
  • the driving voltage to the external load device By changing the driving voltage to the external load device, the operation of the external load device such as an electric toy can be controlled.
  • it has a function of controlling the power supply of the wireless receiving unit in conjunction with an external switch of the external load device, thereby realizing an effect of suppressing battery consumption.
  • the purpose is to provide a voltage detection function to a battery-type power supply device equipped with a wireless communication function capable of suppressing battery consumption and grasping the time for battery replacement.
  • the battery-type power supply device having a wireless communication function is mounted alone or in series with other external batteries in the battery box of the external load device.
  • the battery-type power supply device includes a housing having a shape and size conforming to a battery standard, and a built-in battery inside the housing, and an inner positive terminal and an inner side that contact the front and rear terminals of the housed built-in battery.
  • a battery housing having a negative electrode terminal; an outer positive terminal provided on the front end surface of the housing and connected to the inner positive terminal; and an outer side provided on the rear end surface of the housing and connected to the inner negative terminal
  • an output transistor interposed between at least one of a negative electrode terminal, between the inner negative terminal and the outer negative terminal, and between the inner positive terminal and the outer positive terminal
  • a control unit that generates a control signal for the output transistor in accordance with a signal received through the antenna, and a power supply between the inner positive terminal and GND.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of a battery-type power supply device having a wireless communication function according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an internal structure of the battery-type power supply device of FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing how the battery-type power supply device of FIG. 1 is used.
  • FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the battery-type power supply device of FIG.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a procedure of alert output processing when the battery electromotive force by the RFIC of FIG. 1 is lowered.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a procedure of alert output and output transistor off processing when the battery electromotive force by the RFIC of FIG. 1 decreases.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of a battery-type power supply device having a wireless communication function according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an internal structure of the battery-type power supply device of FIG.
  • FIG. 3
  • FIG. 7 is a flowchart showing the procedure of the duty ratio control process when the battery electromotive force by the RFIC of FIG. 1 decreases.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a procedure of duty ratio control processing for extending the battery life by the RFIC of FIG.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the procedure of the communication cycle extension process when the battery electromotive force by the RFIC of FIG. 1 decreases.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a change in voltage according to the presence or absence of motor rotation.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a control signal for motor rotation inspection for extending the battery life by the RFIC of FIG.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an external appearance of a battery-type power supply device 1 having a wireless function according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing a usage state of the battery-type power supply device 1 of FIG.
  • a battery-type power supply device (hereinafter simply referred to as a battery-type power supply device) 1 having a wireless function according to the present embodiment is configured with a shape and an outer size conforming to a battery standard.
  • the battery-type power supply device 1 according to the present embodiment is formed of a cylindrical body having a height and a diameter conforming to the AA standard.
  • the battery-type power supply device 1 may be configured with a shape and size according to other battery standards.
  • the battery-type power supply device 1 according to the present embodiment will be described as conforming to the AA standard.
  • the main body 17 of the battery-type power supply device 1 is externally mounted on a cylindrical housing 18 having the same shape and size as the AA battery standard.
  • a circular conductive plate is attached as the outer positive terminal 3 at the center of the upper end surface (also referred to as the front end surface) of the main body portion 17.
  • a circular conductive plate is attached as the outer negative terminal 4 at the center of the lower end surface (also referred to as the rear end surface) of the main body.
  • a part of the peripheral surface of the housing 18 is cut out in an oval shape.
  • the length of the notch 19 is the same as that of the AAA battery, and the width is slightly wider than that of the AAA battery. The user can insert and remove the AAA battery from the cutout portion 19 with respect to the battery housing portion 2.
  • the shape of the battery housing portion 2 is a cylindrical space having a length and a diameter according to the AAA standard.
  • the central axis of the battery housing portion 2 is offset in the radial direction with respect to the cylindrical central axis of the battery-type power supply device 1. This offset provides a slight space between the housing 18 and the battery housing 2.
  • a board 7 that realizes various functions of the battery-type power supply device 1 is mounted in this small space.
  • a conductive plate is attached as an inner positive terminal 5 at the center of the front end of the battery housing portion 2, that is, on the same side as the outer positive terminal 3.
  • a conductive plate having a spring property is attached as the inner negative terminal 6 at the center of the rear end of the battery housing portion 2 and on the same side as the outer negative terminal 4.
  • the positive terminal of the AAA battery stored in the battery storage unit 2 contacts the inner positive terminal 5, and the negative terminal of the AAA battery contacts the inner negative terminal 6.
  • the inner positive terminal 5 is connected to the outer positive terminal 3 and the substrate 7 via the wiring cable 8.
  • the inner positive terminal 5 may be composed of the outer positive terminal 3 and a common conductive plate.
  • the inner negative terminal 6 is connected to the substrate 7 by a wiring cable 9.
  • the outer negative terminal 4 is connected to the substrate 7 by a wiring cable 10.
  • FIG. 3 is a diagram showing a usage state of the battery-type power supply device 1 of FIG.
  • the battery-type power supply device 1 is mounted alone or in series or in parallel with the external battery 13 in the battery box 12 of the external load device 11 driven by an AA dry battery.
  • an external load device an external load device, an electric work toy, a disaster prevention sensor, a security sensor, a flashlight, a bicycle light, a battery-powered cooker, an electric cooker, an electric pet feeding device, a battery-powered fan, a battery-powered hand soap dispenser, etc.
  • the external load device 11 will be described as an external load device driven by a motor 15.
  • the external load device 11 has a battery box 12.
  • a battery-type power supply device 1 and another single AA battery 13 are mounted in the battery box 12 in series.
  • a motor 15 is electrically connected to the battery box 12 via an external switch 14. Wheels 16 are connected to the motor 15 via a transmission mechanism. When the external switch 14 is turned on, electrical connection between the motor 15 and the battery box 12 is ensured. When the external switch 14 is turned off, the motor 15 and the battery box 12 are electrically disconnected.
  • the external information processing apparatus 50 is typically a portable digital electronic device having a communication function such as a smartphone, a mobile phone, a tablet terminal, a radio control communication device, an operation panel function, and the like.
  • the battery-type power supply device 1 according to the present embodiment has a wireless communication function and is wirelessly connected to the external information processing device 50.
  • An instruction (output instruction) for setting the power output to any value within the range of 0% to 100% is transmitted wirelessly from the external information processing apparatus 50 to the battery-type power supply apparatus 1.
  • an output transistor is interposed between the inner negative terminal 6 and the outer negative terminal 4 of the battery housing portion 2 of the battery-type power supply device 1.
  • the battery-type power supply device 1 adjusts the power supply output by changing the duty ratio of the gate control signal (output control signal) of the output transistor according to the output instruction from the external information processing device 50 by the PWM (pulse width signal modulation) method.
  • FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the battery-type power supply device 1 of FIG.
  • the battery-type power supply device 1 and one external battery 13 are attached to the battery box 12 of the external load device 11 in a state where they are connected in series.
  • a built-in battery 20 is mounted in the battery housing portion 2 of the battery-type power supply device 1.
  • the circuit of the battery-type power supply device 1 according to the present embodiment includes an output transistor 32, resistors 33 and 35, an OR circuit (OR circuit) 34, an RFIC 37, a DCDC converter 36, and analog-digital converters (ADC) 41 and 43. . These electronic components are mounted on the substrate 7.
  • the output transistor 32 is typically an N-channel MOSFET, and is interposed between the inner negative terminal 6 and the outer negative terminal 4 on the circuit. Specifically, the source terminal of the output transistor 32 is connected to the inner negative terminal 6 through the wiring cable 9. The gap between the source terminal of the output transistor 32 and the inner negative terminal 6 is set to GND. The drain terminal of the output transistor 32 is connected to the outer negative terminal 4 via the wiring cable 10. The gate terminal of the output transistor 32 is connected to the Output terminal of the RFIC 37.
  • the output transistor 32 may be a P-channel MOSFET. In that case, the output transistor 32 is interposed between the inner positive terminal 5 and the outer positive terminal 3 in the circuit.
  • the output transistor 32 is a P-channel MOSFET, the high level / low level is read as low level / high level in the following description.
  • the output transistor 32 may be a bipolar transistor, in which case the following gate control signal is read as a base control signal.
  • the output transistor 32 is described as an N-channel MOSFET.
  • the inner positive terminal 5 is directly connected to the outer positive terminal 3 via the wiring cable 8.
  • the inner positive terminal 5 is connected to the input terminal of the DCDC converter 36.
  • the DCDC converter 36 boosts the voltage Vcc of the AAA battery mounted in the battery storage unit 2 to, for example, a power supply voltage Vdd of 3.0 V for internal circuit operation.
  • the RFIC 37 and the comparator 30 which will be described later are driven by the power supply voltage Vdd. However, if the RFIC 37 and the ADCs 41 and 43 operate at Vcc (1.5 V) or less, the DCDC converter 36 is not necessary.
  • An OR circuit 34 is interposed between the DCDC converter 36 and the inner positive terminal 5.
  • the OR circuit 34 has two input terminals and one output terminal. One input terminal (first input terminal) is connected to the outer negative terminal 4. The other input terminal (second input terminal) is connected to the Output terminal of the RFIC 37.
  • the output terminal of the OR circuit 34 is connected to the input terminal of the DCDC converter 36.
  • the OR circuit 34 When the OR circuit 34 is on, that is, when a high level is input to at least one of the two input terminals, the input terminal of the DCDC converter 36 is electrically connected to the inner positive terminal 5, while the OR circuit 34 Is turned off, that is, when a low level is input to each of the two input terminals, the DCD converter 36 is not driven.
  • the RFIC 37 and the like driven by the power supply voltage Vdd operate in conjunction with the on / off of the DCDC converter 36.
  • the DCDC converter 36 when the external switch 14 is in the OFF state, a low level is input to the first and second input terminals of the OR circuit 34, and the DCDC converter 36 does not operate.
  • the external switch 14 When the external switch 14 is turned on, a high level is input to the first input terminal, and the OR circuit 34 is turned on.
  • the OR circuit 34 When the external switch 14 is in the on state and the output transistor 32 is in the off state, the high level is continuously input to the first input terminal, so the OR circuit 34 maintains the on state.
  • the external switch 14 is turned on and the output transistor 32 is turned on, a low level is input to the first input terminal of the OR circuit 34, but the gate control signal for turning on the output transistor 32 is Since the high level is input to the second input terminal, the OR circuit 34 remains on. Therefore, the DCDC converter 36 is driven in conjunction with the on / off of the external switch 14. Therefore, communication with the external information processing apparatus 50 by the RFIC 37 is turned on / off in conjunction with the on / off of the
  • the resistor 33 is a subsequent stage of the OR circuit 34 and is interposed between the inner positive terminal 5 and the GND.
  • the analog-digital converter 41 (ADC 41) is connected in parallel to the resistor 33, and measures the voltage between the inner negative terminal 6 and the inner positive terminal 5.
  • the resistor 29 is connected in series to the resistor 33 to divide the input voltage so that a voltage higher than the voltage that can be measured by the ADC 41 (here, the drive voltage Vdd) is not input to the ADC 41. Also good.
  • the resistance values of the resistor 33 and the resistor 29 are adjusted in advance according to the specifications of the ADC 41, for example, the reference voltage of the ADC 41, the resolution of the ADC 41, and the detection voltage.
  • the ADC 41 may have a built-in microcomputer.
  • the resistor 33 forms a voltage detection unit together with the ADC 41.
  • the ADC 41 is electrically separated from the external battery 13. Since the resistor 33 is arranged at the subsequent stage of the OR circuit 34, the voltage detection processing by the ADC 41 is linked to the on / off of the external switch 14.
  • the voltage V1 detected by the ADC 41 when the external switch 14 is on and the output transistor 32 is off corresponds to the open voltage of the internal battery 20.
  • the voltage V1 detected by the ADC 41 when the external switch 14 is on and the output transistor 32 is on corresponds to the voltage when the internal battery 20 is energized.
  • the voltage data converted into digital data by the ADC 41 is input to the Input 1 terminal of the RFIC 37.
  • the input terminal of the RFIC 37 may be connected directly to the inner positive terminal 5 because the voltage between both terminals of the built-in battery 20 only needs to be input to the Input 1 terminal of the RFIC 37.
  • the resistor 35 is interposed between the outer negative terminal 4 and GND.
  • the analog-digital converter 43 (ADC 43, voltage detection unit 43) is connected in parallel to the resistor 35, and measures the voltage between GND and the outer negative terminal 4.
  • the resistor 31 is connected in series with the resistor 35 to divide the input voltage so that a voltage higher than the voltage that can be measured by the ADC 43 (here, the drive voltage Vdd) is not input to the ADC 43. Also good.
  • the resistance values of the resistors 35 and 31 are adjusted in advance according to the specifications of the ADC 43, for example, the reference voltage of the ADC 43, the resolution of the ADC 43, and the detection voltage.
  • the ADC 43 may be a built-in microcomputer.
  • the resistor 35 forms a voltage detection unit together with the ADC 43.
  • the battery-type power supply device 1 and the external battery 13 are stored in the battery box 12 in a state of being connected in series.
  • the output transistor 32 is in the OFF state, the voltage V2 measured by the ADC 43 corresponds to the total open voltage of the internal battery 20 of the battery-type power supply device 1 and the external battery 13 connected in series thereto.
  • the voltage data converted into digital data by the ADC 43 is input to the Input 2 terminal of the RFIC 37.
  • the RFIC 37 controls the battery-type power supply device 1 in an integrated manner.
  • the radio communication antenna 24 is connected to the ANT terminal of the RFIC 37.
  • the output terminal of the RFIC 37 is connected to the input terminal of the OR circuit 34 and the gate terminal of the output transistor 32. Further, the output terminal of the ADC 41 is connected to the Input 1 terminal of the RFIC 37, and the output terminal of the ADC 43 is connected to the Input 2 terminal.
  • the RFIC 37 functionally includes a communication unit, a drive signal generation unit, a control unit, and the like.
  • the communication unit performs wireless communication conforming to the Bluetooth (registered trademark) standard with the external information processing apparatus 50 via the wireless communication antenna 24 under the control of the control unit.
  • the RFIC 37 may perform wireless communication based on other wireless communication standards, for example, wireless LAN standards.
  • the communication unit receives a code wireless signal representing a motor output instruction value from the external information processing apparatus 50 via the wireless communication antenna 24.
  • the motor output instruction value is, for example, a value selected by the user by operating the external information processing apparatus 50 in a ratio from 0% to 100%.
  • the drive signal generation unit generates a motor drive signal according to the received motor output instruction value according to the control of the control unit.
  • the motor drive signal is provided as a PWM (pulse width signal modulation) signal.
  • the drive signal generator When the motor output instruction value is 0%, the drive signal generator generates a PWM signal with a duty ratio of 0% (only low level).
  • the drive signal generator When the motor output instruction value is 100%, the drive signal generator generates a PWM signal with a duty ratio of 100% (only high level).
  • the motor output instruction value is 50%, the drive signal generator generates a signal with a duty ratio of 50% (the ratio between the low level and the high level is half).
  • the PWM signal generated by the drive signal generator is input to the output transistor 32 as a gate control signal.
  • the high level of the PWM signal generated by the drive signal generator is a voltage value sufficiently higher than the threshold voltage Vth of the output transistor 32, and the output transistor 32 is turned on.
  • the low level is a voltage value sufficiently lower than the threshold voltage Vth of the output transistor 32, and the output transistor 32 is turned off.
  • the output transistor 32 functions as a switching element between the inner negative terminal 6 and the outer negative terminal 4 of the battery-type power supply device 1.
  • the output transistor 32 has a source terminal connected to the inner negative terminal 6, a drain terminal connected to the outer negative terminal 4, and a gate terminal connected to the output terminal of the RFIC 37.
  • the output transistor 32 is controlled to be turned on / off by a voltage (gate voltage) applied by a gate control signal input to the gate.
  • the output transistor 32 When the gate voltage is in a saturation region sufficiently higher than the threshold voltage Vth, a channel is formed between the source and the drain, and the maximum drain current flows. In this state, the output transistor 32 is on. When the output transistor 32 is turned on, a current flows between the outer positive terminal 3 and the outer negative terminal 4 of the battery-type power supply device 1 via the built-in battery 20. If the external switch 14 of the external load device 11 is in the ON state, a current flows between the outer positive terminal 3 and the outer negative terminal 4 of the battery-type power supply device 1 and the motor 15 of the external load device 11 is driven. On the other hand, when the gate voltage is sufficiently lower than the threshold voltage Vth, no drain current flows between the source and the drain. In this state, the output transistor 32 is off.
  • the output transistor 32 When the PWM signal (gate control signal) output from the RFIC 37 is at a low level, the output transistor 32 is turned off, the circuit of the external load device 11 is cut off, and the motor 15 is not driven.
  • the PWM signal output from the RFIC 37 is at a high level, the output transistor 32 is turned on, the circuit of the external load device 11 is turned on, and the motor 15 is continuously driven.
  • the duty ratio of the PWM signal is changed in the range of 0% to 100%.
  • the PWM signal When the PWM signal is at a high level, the transistor 32 is turned on, a current flows through the motor 15, and rotation starts.
  • the motor 15 can be rotated at an arbitrary rotational speed by PWM control.
  • the rectangular wave may be smoothed by short-circuiting the outer positive terminal 3 and the outer negative terminal 4 with a capacitor.
  • the battery-type power supply device 1 has a function of detecting a decrease in the battery voltage (battery electromotive force) of the internal battery 20 and the battery voltage (battery electromotive force) of the external battery 13 connected in series to the internal battery 20. .
  • the battery voltage (battery electromotive force) decreases, the open circuit voltage between the positive and negative terminals of the battery decreases.
  • the battery-type power supply device 1 measures the voltage corresponding to the open circuit voltage of each of the internal battery 20 and the external battery 13, and triggers the external information processing device 50 when the measured voltage falls below the threshold voltage. An alert signal indicating a decrease in battery voltage is transmitted.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a procedure of alert output processing when the battery electromotive force by the RFIC 37 of FIG. 1 is lowered.
  • Step S1 The open circuit voltage V1 of the internal battery 20 when the output transistor 32 is off is input.
  • the open circuit voltage V1 is measured by the ADC 41.
  • Step S2 The total open circuit voltage V2 of the internal battery 20 when the output transistor 32 is off and the external battery 13 connected in series thereto is input.
  • the total open circuit voltage V2 is measured by the ADC 43.
  • Step S4 The open circuit voltage V1 of the internal battery 20 is compared with a preset threshold voltage Vth1.
  • the processing by the RFIC 37 proceeds to step S5.
  • the open circuit voltage V1 of the internal battery 20 is equal to or higher than the threshold voltage Vth1, the process of step S5 by the RFIC 37 is skipped.
  • a decrease in the open circuit voltage V ⁇ b> 1 of the internal battery 20 represents a decrease in the battery electromotive force of the internal battery 20.
  • Step S5 An alert signal regarding the consumption of the internal battery 20 is transmitted to the external information processing apparatus 50.
  • the external information processing apparatus 50 that has received the alert signal displays text information for notifying the user of exhaustion of the internal battery 20 on, for example, a built-in display unit.
  • the alert signal transmission process for notifying the exhaustion of the internal battery 20 is performed from a preset cycle or from the external information processing device 50 until the open circuit voltage V1 of the internal battery 20 becomes larger than the threshold voltage Vth1. It may be performed in response to the input of the motor output instruction value.
  • Step S6 The open circuit voltage V3 of the external battery 13 is compared with a preset threshold voltage Vth1.
  • the processing by the RFIC 37 proceeds to step S7.
  • the open voltage V3 of the external battery 13 is equal to or higher than the threshold voltage Vth1, the process of step S7 by the RFIC 37 is skipped.
  • a decrease in the open circuit voltage V3 of the external battery 13 represents a decrease in the battery electromotive force of the external battery 13.
  • Step S7 An alert signal regarding the consumption of the external battery 13 is transmitted to the external information processing apparatus 50.
  • the external information processing apparatus 50 that has received the alert signal displays text information for notifying the user of the exhaustion of the external battery 13 on, for example, a built-in display unit.
  • the alert signal transmission process for notifying the exhaustion of the external battery 13 is performed from a preset cycle or from the external information processing device 50 until the open-circuit voltage V3 of the external battery 13 becomes larger than the threshold voltage Vth1. It may be performed in response to the input of the motor output instruction value.
  • the user can grasp the decrease in the battery voltage of each of the internal battery 20 and the external battery 13 by confirming the text information displayed on the external information processing apparatus 50.
  • the threshold voltage to be compared with the open circuit voltage V1 of the internal battery 20 is the same value as the threshold voltage to be compared with the open circuit voltage V3 of the external battery 13.
  • the threshold voltage to be compared with the open voltage V1 of the battery 20 may be different from the threshold voltage for comparison with the open voltage V3 of the external battery 13.
  • a plurality of thresholds for example, two levels may be provided.
  • the external load device 11 is a device that operates solely by the battery-type power supply device 1
  • the total open voltage V ⁇ b> 2 measured by the ADC 43 is substantially the same as the open voltage V ⁇ b> 1 measured by the ADC 41. Therefore, steps S1, S3, S6, and S7 are omitted from the alert output process.
  • the external load device 11 is a device that operates with the battery-type power supply device 1 and a plurality of external batteries 13, that is, the battery-type power supply device 1 and a plurality (n) of external batteries 13 are connected in series to the battery box 12.
  • step S3 In the calculation process for deriving the open voltage V3 of the external battery 13 in step S3, in order to derive the open voltage V3 per 131 external batteries, the total open voltage V2 and the internal battery are stored.
  • the battery-type power supply device 1 may detect a decrease in the battery electromotive force of the built-in battery 20 and execute a process for extending the battery life.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a procedure for stopping the output transistor 32 when the battery electromotive force by the RFIC 37 of FIG. 1 is lowered.
  • Step S11 The discharge voltage V1 of the built-in battery 20 when the output transistor 32 is on is input.
  • the discharge voltage V1 is measured by the ADC 41.
  • Step S12 The discharge voltage V1 of the internal battery 20 is compared with a preset threshold voltage Vth2. When the discharge voltage V1 of the built-in battery 20 becomes lower than the threshold voltage Vth2, the processing by the RFIC 37 proceeds to step S13.
  • Step S13 An alert signal regarding the consumption of the internal battery 20 is transmitted to the external information processing apparatus 50.
  • the external information processing apparatus 50 that has received the alert signal displays text information for notifying the user of exhaustion of the internal battery 20 on, for example, a built-in display unit.
  • the alert signal transmission process corresponds to a preset period or input of a motor output instruction value from the external information processing device 50 until the discharge voltage V1 of the internal battery 20 becomes greater than the threshold voltage Vth2. It may be done.
  • Step S14 The discharge voltage V1 of the internal battery 20 is compared with a preset threshold voltage Vth3.
  • the threshold voltage Vth3 is a value lower than the threshold voltage Vth2 in step S12.
  • the processing by the RFIC 37 proceeds to step S15.
  • Step S15 Stops output of the gate control signal. Specifically, the processing of the drive signal generator of the RFIC 37 is stopped. As a result, the output transistor 32 is turned off. However, the connection between the RFIC 37 and the external information processing apparatus 50 is maintained in a communicable state. After the process of step S15, the external load device 11 does not operate during the period until the built-in battery 20 is replaced with a battery whose open-circuit voltage is higher than a predetermined threshold voltage.
  • a threshold value is provided in two stages.
  • an alert signal is transmitted to the external information processing apparatus 50, and the threshold voltage Vth3 of the second stage is transmitted.
  • the output transistor 32 is stopped. Stopping the output transistor 32 while the battery electromotive force still remains extends the state in which the output transistor 32 can communicate with the external information processing device 50 as compared with the case where the output transistor 32 is normally operated.
  • the extension of the period for notifying the user operating the processing device 50 of the state of the battery-type power supply device 1, for example, the state where the battery voltage is lowered is realized.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the procedure of the duty ratio control process when the battery electromotive force by the RFIC 37 of FIG. 1 decreases.
  • Step S21 The total open circuit voltage V2 of the internal battery 20 when the output transistor 32 is off and the external battery 13 connected in series thereto is input.
  • the total open circuit voltage V2 is measured by the ADC 43.
  • Step S22 The total open circuit voltage V2 of the internal battery 20 and the external battery 13 connected in series with the internal battery 20 is compared with a preset threshold voltage Vth4. When the total open circuit voltage V2 is lower than the threshold voltage Vth4, the processing by the RFIC 37 proceeds to step 23. When the total open circuit voltage V2 is equal to or higher than the threshold voltage Vth4, the process of step S23 by the RFIC 37 is skipped and the process is terminated.
  • Step S23 The duty ratio is reduced based on the total open circuit voltage V2 of the internal battery 20 and the external battery 13 connected in series thereto.
  • the drive signal generator generates a PWM signal according to a value obtained by multiplying a motor output instruction value input by the user by a predetermined coefficient (lower than 1, for example, 0.5).
  • the value of this coefficient may be a fluctuation value that varies according to the total open-circuit voltage V2, or may be a fixed value set in advance by a user or the like.
  • the drive signal generation unit multiplies 80% by 0.5 instead of the PWM signal having a duty ratio of 80%.
  • a PWM signal having a duty ratio of 40% is generated. Thereby, the total output voltage output by the built-in battery 20 and the external battery 13 connected in series to it is lowered.
  • the duty ratio By reducing the duty ratio, the total output voltage output by the internal battery 20 and the external battery 13 connected in series to the internal battery 20 is reduced. Decreasing the total output voltage realizes longer battery life of the internal battery 20 and the external battery 13 than in the case of normal operation without controlling the duty ratio.
  • the duty ratio is lowered when the total open circuit voltage V2 (total electromotive force) between the internal battery 20 and the external battery 13 connected in series with the internal battery 20 is lowered.
  • the duty ratio is increased. May be.
  • the duty ratio when the duty ratio is set to 50%, the total open circuit voltage V2 between the internal battery 20 and the external battery 13 connected in series to the internal battery 20 is lowered as a threshold voltage. Further, by increasing the duty ratio to more than 50%, it is possible to prevent the total output voltage of the internal battery 20 and the external battery 13 connected in series with the internal battery 20 from being maintained or lower than the drive voltage of the external load device 11.
  • the normal operation state of the load device 11 is extended.
  • the increase range for increasing the duty ratio may be varied in accordance with the ratio of the total open circuit voltage V2 to the threshold value, or the duty ratio is increased when the total open circuit voltage V2 decreases below the threshold voltage. It may be 100%.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a procedure of duty ratio control processing for extending the battery life by the RFIC 37 of FIG.
  • Step S31 The total open circuit voltage V2 of the internal battery 20 when the output transistor 32 is off and the external battery 13 connected in series thereto is input.
  • the total open circuit voltage V2 is measured by the ADC 43.
  • Step S32 The total open circuit voltage V2 of the internal battery 20 and the external battery 13 connected in series with the internal battery 20 is compared with a preset reference voltage Vs1.
  • the reference voltage Vs1 is set to the maximum drive voltage of the external load device 11, for example.
  • the processing by the RFIC 37 proceeds to step 33.
  • the process of step S33 by the RFIC 37 is skipped and the process is terminated.
  • Step S33 The duty ratio is reduced based on the total open voltage V2 and the reference voltage Vs1 of the internal battery 20 and the external battery 13 connected in series therewith.
  • the RFIC 37 determines a coefficient by which the motor output instruction value is multiplied based on the ratio of the reference voltage Vs1 to the total open voltage V2. For example, when the reference voltage Vs1 is set to 4.8V and the measured total open circuit voltage V2 is 6V, the coefficient is determined to be 0.8 by the RFIC 37.
  • the drive signal generator of the RFIC 37 generates an 80% PWM signal obtained by multiplying 100% by a coefficient 0.8.
  • the total output voltage of the internal battery 20 and the external battery 13 connected in series to the internal battery 20 is the sum of the internal battery 20 and the external battery 13 connected in series thereto. Is equivalent to 80% of the maximum output voltage. That is, the output voltage output from the built-in battery 20 and the external battery 13 connected in series to the built-in battery 20 can be made lower than the output voltage corresponding to the input motor instruction value.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the procedure of the communication cycle extension process when the battery electromotive force by the RFIC 37 of FIG. 1 decreases.
  • Step S41 The open circuit voltage V1 of the internal battery 20 when the output transistor 32 is off is input.
  • the open circuit voltage V1 is measured by the ADC 41.
  • Step S42 The open circuit voltage V1 of the internal battery 20 is compared with a preset threshold voltage Vth5. When the open circuit voltage V1 is lower than the threshold voltage Vth5, the processing by the RFIC 37 proceeds to step 44. When the open circuit voltage V1 is equal to or higher than the threshold voltage Vth5, the processing by the RFIC 37 proceeds to step S43.
  • Step S43 The period for searching for the external information processing apparatus 50 by the battery-type power supply apparatus 1 and the advertisement interval are maintained.
  • the packet transmission cycle for the external information processing device 50 is maintained.
  • communication conforming to the Bluetooth (registered trademark) standard is assumed, but in the case of communication conforming to the wireless LAN standard, the advertisement interval is replaced with a beacon transmission interval.
  • Step S44 At least one of the advertisement interval of the battery-type power supply device 1 and the packet transmission cycle for the external information processing device 50 is extended.
  • the battery electromotive force of the built-in battery 20 decreases, at least one of the advertisement interval and the packet transmission cycle is extended as compared with the normal time.
  • the voltage used for communication with the device 50 is reduced, thereby realizing a longer battery life of the built-in battery 20.
  • the duty is set so that the output voltage of the battery mounted in the battery box 12 is equivalent to the minimum drive voltage (hereinafter simply referred to as the minimum drive voltage) at which the external load device 11 operates.
  • the ratio may be determined.
  • the duty ratio is determined to be a minimum value when the external load device 11 is operated by inputting a gate control signal for measurement whose duty ratio fluctuates in steps to the output transistor 32. Whether or not the external load device 11 has been operated can be determined by a voltage change of the drain voltage VDrain of the output transistor 32. A case where the external load device 11 is operated by the battery-type power supply device 1 alone is suitable for the determination.
  • FIG. 10 is a diagram showing a change in the voltage of the drain voltage VDrain of the output transistor 32 with the presence or absence of the rotation of the motor 15.
  • the drain voltage VDrain represents a potential difference between GND and the drain terminal (outer negative terminal 4) of the output transistor 32, and is measured by the ADC 43.
  • the drain voltage VDrain measured by the ADC 43 is substantially equivalent to the open-circuit voltage V1 of the internal battery 20 measured by the ADC 41.
  • the surge voltage Vre2 is generated because the motor is an inductive load, and the drain voltage VDrain is built-in. It becomes instantaneously larger than the open circuit voltage V1 of the battery 20.
  • the drain voltage VDrain when a predetermined time has elapsed after the PWM signal is switched from the high level to the low level changes depending on whether the motor 15 rotates.
  • the drain voltage VDrain at a predetermined time after the input pulse is switched from the high level to the low level gradually approaches the open circuit voltage V1 of the internal battery 20.
  • the drain voltage VDrain at a predetermined time after the input pulse is switched from the high level to the low level is the rotational speed of the motor 15 than the open voltage V1 of the internal battery 20.
  • a low value is indicated depending on. This is because even if the PWM signal is switched from the high level to the low level and the circuit of the external load device 11 is interrupted, the rotating motor 15 stops while decelerating without stopping immediately due to its coil characteristics. This is because power is generated by the motor 15 during the period from when the high level is switched to the low level until the motor 15 stops.
  • the drain voltage VDrain measured by the ADC 43 does not recover to the open voltage V1 of the internal battery 20.
  • the counter electromotive voltage Vre1 generated by the rotation of the motor 15 is represented by the difference of the drain voltage VDrain with respect to the open voltage V1 of the built-in battery 20.
  • the back electromotive voltage Vre1 is larger than the preset reference voltage Vs2, it can be determined that the motor 15 is rotating, that is, the external load device 11 is operating. As shown in FIG.
  • the drain voltage VDrain when a predetermined time elapses after the input pulse switches from the high level to the low level is the open circuit voltage V1 of the built-in battery 20. Is equivalent to Therefore, it is determined that the motor 15 is not rotating with a pulse with a duty ratio of 10% and 20%.
  • the drain voltage VDrain at a predetermined time after the input pulse switches from the high level to the low level is lower than the open voltage V1 of the built-in battery 20, and the back electromotive voltage Vre1 is referred to It is larger than the voltage Vs2.
  • the motor 15 has been rotated by a pulse with a duty ratio of 30%.
  • the surge voltage Vre2 generated because the motor is an inductive load also changes depending on whether the motor 15 rotates. This is because if the rotation of the motor 15 is accelerated and the magnitude of the generated counter electromotive voltage Vre1 is increased, the current flowing through the motor coil is decreased, and the surge voltage Vre2 is decreased. Therefore, when the surge voltage Vre2 is smaller than the preset reference voltage Vs3, it may be determined that the motor has rotated.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a control signal for motor rotation inspection for extending the battery life by the RFIC of FIG.
  • the control signal for motor rotation inspection is divided into a plurality of sections.
  • Each of the plurality of sections includes a pulse train in which the number of pulses is Np and the duty ratio is fixed.
  • the number of pulses Np is 100
  • the duty ratio is a value increased by 10% for each section from the first section to the last section of the control signal for motor rotation inspection. Therefore, the first section of the control signal for motor rotation inspection includes a pulse train having a duty ratio of 10% and a pulse number of 100, and the next section includes a pulse train having a duty ratio of 20% and a pulse number of 100. In the last section, a pulse train having a duty ratio of 90% and a pulse number of 100 is included.
  • the RFIC 37 acquires a plurality of sample data that are targets for determining whether the motor 15 is rotating. Specifically, the RFIC 37 acquires, as sample data, a back electromotive voltage Vre1 when a predetermined time elapses after the pulse is switched from the high level to the low level in the motor rotation inspection control signal. When the number of pulses included in one section is 100, the number of samples in one section is also 100. Increasing the number of samples improves the accuracy of determining whether the motor 15 is rotating.
  • the RFIC 37 Based on the outputs of the ADCs 41 and 43, the RFIC 37 acquires the back electromotive voltage Vre1 when a predetermined time has elapsed after the pulse switches from the high level to the low level, and uses the acquired back electromotive voltage Vre1 with respect to the reference voltage Vs2. Compare. The RFIC 37 determines that a section in which the ratio of the samples whose back electromotive voltage Vre1 is higher than the reference voltage Vs2 is a predetermined ratio, for example, 80% or more, among the plurality of sections is a section in which the motor 15 is rotated. Thereby, it is determined at which duty ratio the motor 15 has rotated. The duty ratio is determined to be the minimum value among the duty ratios determined that the motor 15 has rotated. For example, if it is determined that the motor 15 has rotated in each section of the duty ratio of 70%, 80%, and 90% of the control signal for motor rotation inspection, the RFIC 37 determines the duty ratio to be 70%.
  • Vre2 is obtained instead of the above Vre1 and determined from the ratio of samples smaller than the reference voltage Vs3.
  • the duty ratio determination process may be performed periodically or immediately before the operation of the external load device 11. Thereby, the output voltage of the internal battery 20 can be made substantially equivalent to the minimum drive voltage of the external load device 11.
  • the output voltage of the internal battery 20 is equivalent to the minimum drive voltage of the external load device 11, the operating speed may be slower than the normal operation, but the external load device 11 is operable.
  • the extension is realized compared with the case of normal operation.
  • the timing which acquires the sample data for determining the presence or absence of rotation of the motor 15 is not limited to the above.
  • the back electromotive voltage Vre1 at the time when a predetermined time has elapsed after the last pulse of the section is switched from the high level to the low level may be acquired.
  • the method for determining the duty ratio is not limited to the above.
  • the RFIC 37 outputs a single control signal for motor rotation inspection and determines whether the motor 15 is rotating for each section of the single control signal, but the duty ratio is different.
  • a plurality of types of motor rotation inspection control signals may be sequentially output from the smaller one, and the presence or absence of rotation of the motor 15 may be determined for each output control signal.
  • the RFIC 37 outputs a motor rotation inspection control signal with a duty ratio of 10% and a pulse number of 100, and determines whether the motor 15 is rotating in the same procedure as described above. When it is determined that the motor 15 is rotating, the duty ratio is determined to be 10%. On the other hand, if it is determined that the motor 15 is not rotating, the RFIC 37 increases the duty ratio, for example, outputs a control signal for motor rotation inspection with a duty of 20% and a pulse number of 100, and the motor 15 Judge the presence or absence of rotation.
  • the battery electromotive force of at least one of the built-in battery 20 of the battery-type power supply device 1 and the external battery 13 connected in series to the internal battery 20 is detected, and the user is notified of a decrease in the battery electromotive force.
  • a processing method and a plurality of types of processing methods for realizing a long battery life have been described.
  • the battery-type power supply device 1 according to the present embodiment may include a function corresponding to one processing method among the plurality of types of processing methods, or may include a plurality of functions corresponding to a plurality of processing methods. The user may select the function to be performed.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Battery-type power supply device provided with the wireless function, 2 ... Battery accommodating part, 3 ... Outer positive terminal, 4 ... Outer negative terminal, 5 ... Inner positive terminal, 6 ... Inner negative terminal, 7 ... Substrate, 8, 9, DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Wiring cable, 11 ... External load apparatus, 13 ... External battery, 20 ... Built-in battery, 24 ... Antenna, 32 ... Output transistor, 33, 35 ... Resistance, 36 ... DCDC converter, 37 ... RFIC, 41, 43 ... ADC .

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Abstract

目的は無線通信機能を備えた電池形電源装置に電圧検知機能を実装することにある。電池形電源装置１は外部負荷装置１１の電池ボックス１２に単独又は他の外部電池１３と直列状態で装着される。ハウジング１８は電池規格に準じた形状及び寸法を有し、その内側の電池収納部２に収納された外部電池の前後端子に内側正極端子５と内側負極端子６とが接触する。ハウジングの前端面には内側正極端子に接続される外側正極端子３、後端面には内側負極端子に接続される外側負極端子４が設けられる。内側負極端子と外側負極端子との間と内側正極端子と外側正極端子との間との少なくとも一方には出力トランジスタ３２が介在される。ＲＦＩＣ３７はアンテナを介して受信した信号に従って出力トランジスタの制御信号を発生する。電圧検出部４１，４３は内側正極端子とＧＮＤとの間の電圧と外側負極端子とＧＮＤとの間の電圧との少なくとも一方を検出する。

Description

無線通信機能を備えた電池形電源装置
　本発明は、無線通信機能を備えた電池形電源装置に関する。
　特許文献１には、電動玩具等の外部負荷装置の電池ボックスに装着可能な無線受信駆動装置が開示されている。この無線受信駆動装置は、いわゆるスイッチング電源として構成され、収容した電池と外部端子との間に介在させたトランジスタの駆動信号のデューティー比を無線受信部を介して受信したユーザ指令に従って無線モジュールで変化させることにより外部負荷装置への駆動電圧を変化させて、電動玩具等の外部負荷装置の動作を制御することができるものである。さらに外部負荷装置の外部スイッチに連動して無線受信部の電源供給を制御する機能を備え、電池の消耗を抑制する効果を実現している。
　それ以上に電池消耗を抑えること、さらに電池の交換時期を把握することなど様々な要望がある。
特開２０１５－１７７９３９号公報
　目的は、電池消耗の抑制や電池交換時期の把握などを実現し得る無線通信機能を備えた電池形電源装置に電圧検知機能を提供することにある。
　本実施形態に係る無線通信機能を備えた電池形電源装置は、外部負荷装置の電池ボックスに単独又は他の外部電池と直列状態で装着される。電池形電源装置は、電池規格に準じた形状及び寸法のハウジングと、前記ハウジングの内側に内蔵電池を収納するものであって、前記収納された内蔵電池の前後端子に接触する内側正極端子と内側負極端子とを有する電池収納部と、前記ハウジングの前端面に設けられ、前記内側正極端子に接続される外側正極端子と、前記ハウジングの後端面に設けられ、前記内側負極端子に接続される外側負極端子と、前記内側負極端子と前記外側負極端子との間と、前記内側正極端子と前記外側正極端子との間との少なくとも一方に介在される出力トランジスタと、外部情報処理装置と通信するためのアンテナと、前記アンテナを介して受信した信号に従って前記出力トランジスタの制御信号を発生する制御部と、前記内側正極端子とＧＮＤとの間の電圧と前記外側負極端子とＧＮＤとの間の電圧との少なくとも一方を検出する電圧検出部とを具備することを特徴とする。
図１は、本発明の第１実施形態に係る無線通信機能を備える電池形電源装置の外観を示す斜視図である。 図２は、図１の電池形電源装置の内部構造を示す図である。 図３は、図１の電池形電源装置の使用態様を示す図である。 図４は、図１の電池形電源装置の等価回路図である。 図５は、図１のＲＦＩＣによる電池起電力が低下したときのアラート出力処理の手順を示すフローチャートである。 図６は、図１のＲＦＩＣによる電池起電力が低下したときのアラート出力及び出力トランジスタオフ処理の手順を示すフローチャートである。 図７は、図１のＲＦＩＣによる電池起電力が低下したときのデューティー比の制御処理の手順を示すフローチャートである。 図８は、図１のＲＦＩＣによる電池長寿命化のためのデューティー比の制御処理の手順を示すフローチャートである。 図９は、図１のＲＦＩＣによる電池起電力が低下したときの通信周期の延長処理の手順を示すフローチャートである。 図１０は、モータ回転の有無に伴う電圧変化を示す図である。 図１１は、図１のＲＦＩＣによる電池長寿命化のためにモータ回転検査用の制御信号の一例を示す図である。
　以下、図面を参照しながら本実施形態に係る無線機能を備えた電池形電源装置を説明する。以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
　図１は、本発明の実施形態に係る無線機能を備えた電池形電源装置１の外観を示す斜視図である。図２は、図１の電池形電源装置１の使用状態を示す平面図である。本実施形態に係る無線機能を備えた電池形電源装置（以下、単に電池形電源装置と称す）１は、電池規格に準じた形状及び外寸で構成される。典型的には本実施形態に係る電池形電源装置１は、単３形規格準じた高さ及び直径の円柱体で構成される。しかし他の電池規格に準じた形状及び寸法で電池形電源装置１が構成されていてもよい。ここでは本実施形態に係る電池形電源装置１は単３形規格に準じているものとして説明する。
　電池形電源装置１の本体部１７は単３形電池規格と同一の形状及び寸法で構成された円筒状体のハウジング１８に外装されている。本体部１７の上端面（前端面ともいう）の中央には、外側正極端子３として円形状の導電板が取り付けられる。本体部の下端面（後端面ともいう）の中央には、外側負極端子４として円形状の導電板が取り付けられる。ハウジング１８の周面の一部分は長円形状に切り欠かれている。切り欠き部１９の長さは単４乾電池と同等であり、幅は単４乾電池の幅より若干広い。ユーザは、この切り欠き部１９から単４形電池を電池収納部２に対して挿抜することができる。電池収納部２の形状は単４形規格に準じた長さ及び直径の円柱形状のスペースである。電池収納部２の中心軸は電池形電源装置１の円柱中心軸に対して半径方向にオフセットされる。このオフセットにより、ハウジング１８と電池収納部２との間に僅かなスペースを提供する。この僅かなスペースに電池形電源装置１の各種機能を実現する基板７が搭載される。
　電池収納部２の前端中央、つまり外側正極端子３と同じ側には内側正極端子５として導電板が取り付けられる。電池収納部２の後端中央、外側負極端子４と同じ側には内側負極端子６としてバネ性を有した導電板が取り付けられる。電池収納部２に収納された単４乾電池の正極端子は内側正極端子５に接触し、単４乾電池の負極端子は内側負極端子６に接触する。内側正極端子５は配線ケーブル８を介して外側正極端子３と基板７とに接続される。内側正極端子５は外側正極端子３と共通導電板で構成されてもよい。内側負極端子６は配線ケーブル９により基板７に接続される。外側負極端子４は配線ケーブル１０により基板７に接続される。
　図３は図１の電池形電源装置１の使用状態を示す図である。図３に示すように、電池形電源装置１は、単３乾電池で駆動する外部負荷装置１１の電池ボックス１２に単独で又は外部電池１３と直列又は並列状態で装着される。外部負荷装置１１としては外部負荷装置、電動工作玩具、防災センサ、防犯センサ、懐中電灯、自転車ライト、電池式調理器、電気ウキ、電動ペット給餌装置、電池式ファン、電池式ハンドソープディスペンサー等である。ここでは外部負荷装置１１としてモータ１５で駆動する外部負荷装置として説明する。外部負荷装置１１は電池ボックス１２を有する。電池ボックス１２には電池形電源装置１と他の１本の単３乾電池１３とが直列状態で装着される。電池ボックス１２には外部スイッチ１４を介してモータ１５が電気的に接続される。モータ１５には、伝達機構を介して車輪１６が接続される。外部スイッチ１４がオンされると、モータ１５と電池ボックス１２との電気的な接続が確保される。外部スイッチ１４がオフされると、モータ１５と電池ボックス１２とは電気的に切断される。
　外部情報処理装置５０はスマートフォンや、携帯電話機や、タブレット端末、ラジオコントロール通信機等の通信機能及び操作パネル機能等を備えた典型的には携帯型のディジタル電子機器である。本実施形態に係る電池形電源装置１は、無線通信機能を備え、外部情報処理装置５０と無線接続される。外部情報処理装置５０から電池形電源装置１には電源出力を０％～１００％の範囲内のいずれかの値にする指示（出力指示）が無線で送信される。後述するように電池形電源装置１の電池収納部２の内側負極端子６と外側負極端子４との間に出力トランジスタが介在される。電池形電源装置１はＰＷＭ（パルス幅信号変調）方式により外部情報処理装置５０からの出力指示に従って出力トランジスタのゲート制御信号（出力制御信号）のデューティー比を変更して電源出力を調整する。
　図４は図１の電池形電源装置１の等価回路図である。ここでは、電池形電源装置１と１本の外部電池１３とが直列に接続された状態で外部負荷装置１１の電池ボックス１２に装着されている。電池形電源装置１の電池収納部２には内蔵電池２０が装着されている。本実施形態に係る電池形電源装置１の回路は、出力トランジスタ３２、抵抗３３，３５、論理和回路（ＯＲ回路）３４、ＲＦＩＣ３７、ＤＣＤＣコンバータ３６及びアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）４１，４３を有する。これら電子部品は基板７に実装される。
　出力トランジスタ３２は、典型的にはＮチャンネルＭＯＳＦＥＴであり、回路上、内側負極端子６と外側負極端子４との間に介在される。具体的には、出力トランジスタ３２のソース端子は、配線ケーブル９を介して内側負極端子６に接続される。出力トランジスタ３２のソース端子と内側負極端子６との間は、ＧＮＤに落とされる。出力トランジスタ３２のドレイン端子は、配線ケーブル１０を介して外側負極端子４に接続される。出力トランジスタ３２のゲート端子は、ＲＦＩＣ３７のＯｕｔｐｕｔ端子に接続される。
　なお、出力トランジスタ３２は、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴであってもよく、その場合、回路上、内側正極端子５と外側正極端子３との間に介在される。出力トランジスタ３２がＰチャンネルＭＯＳＦＥＴのとき、以下の説明においてハイレベル／ローレベルはローレベル／ハイレベルにそれぞれ読み替えられる。さらに、また出力トランジスタ３２は、バイポーラトランジスタであってもよく、その場合以下のゲート制御信号はベース制御信号と読み替えられる。ここでは出力トランジスタ３２はＮチャンネルＭＯＳＦＥＴとして説明する。
　内側正極端子５は配線ケーブル８を介して外側正極端子３に直接接続される。また、内側正極端子５はＤＣＤＣコンバータ３６の入力端子に接続される。ＤＣＤＣコンバータ３６は、電池収納部２に装着された単４乾電池の電圧Ｖccを内部回路動作用の例えば３．０Ｖの電源電圧Ｖddに昇圧する。後述のＲＦＩＣ３７とコンパレータ３０とは電源電圧Ｖddで駆動される。ただしＲＦＩＣ３７及びＡＤＣ４１，４３がＶcc(１．５Ｖ)以下で動作するならＤＣＤＣコンバータ３６は必要ない。
　ＤＣＤＣコンバータ３６と内側正極端子５との間にはＯＲ回路３４が介在される。ＯＲ回路３４は２つの入力端子と１つの出力端子とを有する。一方の入力端子（第１入力端子）は、外側負極端子４に接続される。他方の入力端子（第２入力端子）は、ＲＦＩＣ３７のＯｕｔｐｕｔ端子に接続される。ＯＲ回路３４の出力端子はＤＣＤＣコンバータ３６の入力端子に接続される。ＯＲ回路３４がオンされているとき、すなわち２つの入力端子のうち、少なくとも一方にハイレベルが入力されているとき、ＤＣＤＣコンバータ３６の入力端子は内側正極端子５と導通し、一方、ＯＲ回路３４がオフされているとき、すなわち２つの入力端子にそれぞれローレベルが入力されているとき、ＤＣＤコンバータ３６は駆動しない。電源電圧Ｖddで駆動されるＲＦＩＣ３７等は、ＤＣＤＣコンバータ３６のオン／オフと連動して動作する。
　具体的には、外部スイッチ１４がオフ状態であるとき、ＯＲ回路３４の第１、第２入力端子にはローレベルが入力され、ＤＣＤＣコンバータ３６は動作しない。外部スイッチ１４がオンされたのを契機に、第１入力端子にはハイレベルが入力され、ＯＲ回路３４がオンする。外部スイッチ１４がオン状態で、出力トランジスタ３２がオフ状態であるとき、第１入力端子にはハイレベルが入力され続けるため、ＯＲ回路３４はオン状態を維持する。外部スイッチ１４がオン状態で、出力トランジスタ３２がオンされたのを契機に、ＯＲ回路３４の第１入力端子にはローレベルが入力されるが、出力トランジスタ３２をオンするためのゲート制御信号のハイレベルが第２入力端子に入力されるため、ＯＲ回路３４はオン状態を維持する。したがって、ＤＣＤＣコンバータ３６は外部スイッチ１４のオン／オフと連動して駆動する。そのため、外部スイッチ１４のオン／オフと連動して、ＲＦＩＣ３７による外部情報処理装置５０との通信がオン／オフされる。
　抵抗３３は、ＯＲ回路３４の後段であって、内側正極端子５とＧＮＤとの間に介在される。アナログデジタル変換器４１（ＡＤＣ４１）は、抵抗３３に対して並列に接続され、内側負極端子６と内側正極端子５との間の電圧を計測する。図４に示すように、ＡＤＣ４１に、ＡＤＣ４１が計測可能な電圧（ここでは、駆動電圧Ｖｄｄ）以上の電圧が入力されないよう、抵抗３３に対して抵抗２９を直列に接続し入力電圧を分圧してもよい。抵抗３３と抵抗２９との抵抗値は、ＡＤＣ４１の仕様、例えばＡＤＣ４１の基準電圧、ＡＤＣ４１の分解能、及び検出電圧に応じて予め調整されている。さらに、ＡＤＣ４１は、マイコン内蔵のものであってもよい。抵抗３３は、ＡＤＣ４１とともに電圧検出部を構成する。ＡＤＣ４１は、外部電池１３と電気的に分離される。抵抗３３はＯＲ回路３４の後段に配置されているため、ＡＤＣ４１による電圧検出処理は、外部スイッチ１４のオン／オフに連動される。外部スイッチ１４がオンかつ出力トランジスタ３２がオフ時にＡＤＣ４１により検出された電圧Ｖ１は、内蔵電池２０の開放電圧に対応する。外部スイッチ１４がオンかつ出力トランジスタ３２がオン時にＡＤＣ４１により検出された電圧Ｖ１は、内蔵電池２０が通電中の電圧に対応する。ＡＤＣ４１により、デジタルデータに変換された電圧データは、ＲＦＩＣ３７のＩｎｐｕｔ１端子に入力される。なお、ＲＦＩＣ３７のＩｎｐｕｔ１端子には、内蔵電池２０の両極の端子間電圧が入力されればよいため、ＲＦＩＣ３７のＩｎｐｕｔ１端子は内側正極端子５に直接接続されてもよい。
　抵抗３５は、外側負極端子４とＧＮＤとの間に介在される。アナログデジタル変換器４３（ＡＤＣ４３、電圧検出部４３）は、抵抗３５に対して並列に接続され、ＧＮＤと外側負極端子４との間の電圧を計測する。図４に示すように、ＡＤＣ４３に、ＡＤＣ４３が計測可能な電圧（ここでは、駆動電圧Ｖｄｄ）以上の電圧が入力されないよう、抵抗３５に対して抵抗３１を直列に接続し入力電圧を分圧してもよい。抵抗３５と抵抗３１との抵抗値は、ＡＤＣ４３の仕様、例えばＡＤＣ４３の基準電圧、ＡＤＣ４３の分解能、及び検出電圧に応じて予め調整されている。さらに、ＡＤＣ４３は、マイコン内蔵のものであってもよい。抵抗３５は、ＡＤＣ４３とともに電圧検出部を構成する。ここでは、電池ボックス１２に、電池形電源装置１と外部電池１３とが直列に接続された状態で収納されている。出力トランジスタ３２がオフ状態のとき、ＡＤＣ４３により計測された電圧Ｖ２は、電池形電源装置１の内蔵電池２０とそれに直列に接続された外部電池１３との合計開放電圧に対応する。ＡＤＣ４３により、デジタルデータに変換された電圧データは、ＲＦＩＣ３７のＩｎｐｕｔ２端子に入力される。
　ＲＦＩＣ３７は、電池形電源装置１を統括して制御する。ＲＦＩＣ３７のＡＮＴ端子には無線通信用アンテナ２４が接続される。また、ＲＦＩＣ３７のＯｕｔｐｕｔ端子は、ＯＲ回路３４の入力端子と出力トランジスタ３２のゲート端子とが接続される。さらに、ＲＦＩＣ３７のＩｎｐｕｔ１端子にはＡＤＣ４１の出力端子が接続され、Ｉｎｐｕｔ２端子にはＡＤＣ４３の出力端子が接続される。
　ＲＦＩＣ３７は、機能上、通信部、駆動信号発生部、制御部等を備える。通信部は、制御部の制御に従って、無線通信用アンテナ２４を介して外部情報処理装置５０とBluetooth(登録商標)規格に準拠した無線通信を行う。なお、ＲＦＩＣ３７は、他の無線通信規格、例えば無線ＬＡＮ規格に準拠した無線通信を行ってもよい。通信部は、外部情報処理装置５０から無線通信用アンテナ２４を介してモータ出力指示値を表すコード無線信号を受信する。モータ出力指示値は、例えば０％から１００％までの割合のうち、ユーザが外部情報処理装置５０を操作して選択した値である。
　駆動信号発生部は、制御部の制御に従って、受信したモータ出力指示値に応じたモータ駆動信号を発生する。ここでは、モータ駆動信号は、ＰＷＭ（パルス幅信号変調）信号で提供される。モータ出力指示値が０％の場合において、駆動信号発生部はデューティー比０％（ローレベルのみ）のＰＷＭ信号を発生する。モータ出力指示値が１００％の場合において、駆動信号発生部はデューティー比１００％（ハイレベルのみ）のＰＷＭ信号を発生する。モータ出力指示値が５０％の場合において、駆動信号発生部はデューティー比５０％（ローレベルとハイレベルの比が半分）の信号を発生する。駆動信号発生部により発生されたＰＷＭ信号は出力トランジスタ３２にゲート制御信号として入力される。なお、駆動信号発生部により発生されるＰＷＭ信号のハイレベルとは、出力トランジスタ３２のしきい値電圧Ｖthよりも十分高い電圧値であり、出力トランジスタ３２はオン状態になる。ローレベルとは、出力トランジスタ３２のしきい値電圧Ｖthよりも十分低い電圧値であり、出力トランジスタ３２はオフ状態になる。
　出力トランジスタ３２は、電池形電源装置１の内側負極端子６と外側負極端子４との間のスイッチング素子として機能する。出力トランジスタ３２は、そのソース端子が内側負極端子６に接続され、ドレイン端子が外側負極端子４に接続され、そのゲート端子がＲＦＩＣ３７のＯｕｔｐｕｔ端子に接続される。出力トランジスタ３２は、ゲートに入力されるゲート制御信号により印加される電圧（ゲート電圧）により、そのオン／オフが制御される。
　ゲート電圧がしきい値電圧Ｖthよりも十分高い飽和領域にあるとき、ソース・ドレイン間にチャネルが形成され、最大ドレイン電流が流れる。この状態は出力トランジスタ３２がオン状態である。出力トランジスタ３２がオンされると、電池形電源装置１の外側正極端子３と外側負極端子４との間に内蔵電池20を介して電流が流れる。外部負荷装置１１の外部スイッチ１４がオン状態であれば、電池形電源装置１の外側正極端子３と外側負極端子４との間に電流が流れ、外部負荷装置１１のモータ１５が駆動する。一方、ゲート電圧がしきい値電圧Ｖthよりも十分低い場合、ソース・ドレイン間にドレイン電流が流れない。この状態は出力トランジスタ３２がオフ状態である。出力トランジスタ３２がオフされると、電池形電源装置１の外側正極端子３と外側負極端子４との間が遮断される。これにより、外部負荷装置１１の外部スイッチ１４がオン状態であっても、外部負荷装置１１の回路は遮断され、モータ１５は駆動しない。
　ＲＦＩＣ３７から出力されるＰＷＭ信号（ゲート制御信号）がローレベルのとき、出力トランジスタ３２はオフ状態となり、外部負荷装置１１の回路は遮断状態となり、モータ１５は駆動しない。ＲＦＩＣ３７から出力されるＰＷＭ信号がハイレベルのとき、出力トランジスタ３２はオン状態となり、外部負荷装置１１の回路は導通状態となり、モータ１５は連続的に駆動する。ＰＷＭ信号のデューティー比は０％から１００％の範囲で変化される。ＰＷＭ信号がハイレベルのとき、トランジスタ３２はオン状態となり、モータ１５に電流が流れ、回転を開始する。ＰＷＭ信号がハイレベルからローレベルに切り替わったとき、モータ１５の持つコイル特性により徐々に回転が落ちていくこととなるが、ハイレベルに切り替わると再度回転が速くなる。この特性を使って、ＰＷＭ制御によりモータ１５を任意の回転数で回転させることができる。なお、外側正極端子３と外側負極端子４との間をキャパシタで短絡することより矩形波を平滑化するようにしてもよい。
　電池形電源装置１は、内蔵電池２０の電池電圧（電池起電力）と内蔵電池２０に直列に接続された外部電池１３の電池電圧（電池起電力）とのそれぞれの低下を検知する機能を有する。電池電圧（電池起電力）の低下に伴って、電池の正負端子間の開放電圧が低下する。電池形電源装置１は、内蔵電池２０と外部電池１３それぞれの開放電圧に対応する電圧を計測し、計測した電圧がしきい値電圧よりも低下したのを契機に外部情報処理装置５０に対して電池電圧の低下を表すアラート信号を送信する。図５は、図１のＲＦＩＣ３７による電池起電力が低下したときのアラート出力処理の手順を示すフローチャートである。
　（ステップＳ１）　
　出力トランジスタ３２オフ時の内蔵電池２０の開放電圧Ｖ１が入力される。開放電圧Ｖ１はＡＤＣ４１により計測される。
　（ステップＳ２）
　出力トランジスタ３２オフ時の内蔵電池２０とそれに直列接続された外部電池１３との合計開放電圧Ｖ２が入力される。合計開放電圧Ｖ２はＡＤＣ４３により計測される。
　（ステップＳ３）　
　内蔵電池２０とそれに直列接続された外部電池１３との合計開放電圧Ｖ２に対する内蔵電池２０の開放電圧Ｖ１の差、外部電池１３の開放電圧Ｖ３（＝Ｖ２－Ｖ１）を計算する。
　（ステップＳ４）　
　内蔵電池２０の開放電圧Ｖ１を予め設定されたしきい値電圧Ｖth1に対して比較する。内蔵電池２０の開放電圧Ｖ１がしきい値電圧Ｖth1よりも低いときには、ＲＦＩＣ３７による処理がステップＳ５に移る。内蔵電池２０の開放電圧Ｖ１がしきい値電圧Ｖth1以上のときには、ＲＦＩＣ３７によるステップＳ５の処理がスキップされる。内蔵電池２０の開放電圧Ｖ１の低下は、内蔵電池２０の電池起電力の低下を表す。
　(ステップＳ５)　
　内蔵電池２０の消耗に関するアラート信号を外部情報処理装置５０に対して送信する。アラート信号を受信した外部情報処理装置５０は、例えば内蔵する表示部に、内蔵電池２０の消耗をユーザに通知するためのテキスト情報を表示する。なお、内蔵電池２０の消耗を通知するためのアラート信号の送信処理は、内蔵電池２０の開放電圧Ｖ１がしきい値電圧Ｖth1よりも大きくなるまで、予め設定された周期又は外部情報処理装置５０からのモータ出力指示値の入力に呼応して行われてもよい。
　（ステップＳ６）　
　外部電池１３の開放電圧Ｖ３を予め設定されたしきい値電圧Ｖth1に対して比較する。外部電池１３の開放電圧Ｖ３がしきい値電圧Ｖth1よりも低いときには、ＲＦＩＣ３７による処理がステップＳ７に移る。外部電池１３の開放電圧Ｖ３がしきい値電圧Ｖth1以上のときには、ＲＦＩＣ３７によるステップＳ７の処理がスキップされる。外部電池１３の開放電圧Ｖ３の低下は、外部電池１３の電池起電力の低下を表す。
　(ステップＳ７)　
　外部電池１３の消耗に関するアラート信号を外部情報処理装置５０に対して送信する。アラート信号を受信した外部情報処理装置５０は、例えば内蔵する表示部に外部電池１３の消耗をユーザに通知するためのテキスト情報を表示する。なお、外部電池１３の消耗を通知するためのアラート信号の送信処理は、外部電池１３の開放電圧Ｖ３がしきい値電圧Ｖth1よりも大きくなるまで、予め設定された周期又は外部情報処理装置５０からのモータ出力指示値の入力に呼応して行われてもよい。
　上記のアラート出力処理により、ユーザは、外部情報処理装置５０に表示されたテキスト情報を確認することで、内蔵電池２０と外部電池１３とのそれぞれの電池電圧の低下を把握することができる。なお、ここでは、内蔵電池２０の開放電圧Ｖ１に対して比較するしきい値電圧は、外部電池１３の開放電圧Ｖ３に対して比較するためのしきい値電圧と同一の値としたが、内蔵電池２０の開放電圧Ｖ１に対して比較するしきい値電圧は、外部電池１３の開放電圧Ｖ３に対して比較するためのしきい値電圧と異なる値でもよい。また、ここでは一段階のしきい値しか設けていないが、複数の、例えば二段階でしきい値を設けてもよい。
　また、外部負荷装置１１が電池形電源装置１単独で動作する装置の場合、ＡＤＣ４３で計測される合計開放電圧Ｖ２はＡＤＣ４１で計測される開放電圧Ｖ１と略同一である。そのため、上記アラート出力処理のうち、ステップＳ１、Ｓ３、Ｓ６，Ｓ７は省略される。さらに、外部負荷装置１１が電池形電源装置１と複数の外部電池１３で動作する装置の場合、すなわち電池ボックス１２に電池形電源装置１と複数（ｎ本）の外部電池１３とが直列に接続された状態で収納されている場合は、外部電池１３１本あたりの開放電圧Ｖ３を導出するために、ステップＳ３の外部電池１３の開放電圧Ｖ３を導出する計算処理において、合計開放電圧Ｖ２と内蔵電池２０の開放電圧Ｖ１との差をｎで除算すればよい（Ｖ３＝（Ｖ２―Ｖ１）／ｎ）。
　電池形電源装置１は、内蔵電池２０の電池起電力の低下を検知し、電池長寿命化のための処理を実行してもよい。図６は、図１のＲＦＩＣ３７による電池起電力が低下したときの出力トランジスタ３２の停止処理の手順を示すフローチャートである。
　（ステップＳ１１）　
　出力トランジスタ３２オン時の内蔵電池２０の放電電圧Ｖ１が入力される。放電電圧Ｖ１はＡＤＣ４１により計測される。　
　（ステップＳ１２）　
　内蔵電池２０の放電電圧Ｖ１を予め設定されたしきい値電圧Ｖth2に対して比較する。内蔵電池２０の放電電圧Ｖ１がしきい値電圧Ｖth2よりも低くなったのを契機に、ＲＦＩＣ３７による処理がステップＳ１３に移る。
　（ステップＳ１３）　
　内蔵電池２０の消耗に関するアラート信号を外部情報処理装置５０に対して送信する。アラート信号を受信した外部情報処理装置５０は、例えば内蔵する表示部に、内蔵電池２０の消耗をユーザに通知するためのテキスト情報を表示する。なお、アラート信号の送信処理は、内蔵電池２０の放電電圧Ｖ１がしきい値電圧Ｖth2よりも大きくなるまで、予め設定された周期又は外部情報処理装置５０からのモータ出力指示値の入力に呼応して行われてもよい。
　（ステップＳ１４）　
　内蔵電池２０の放電電圧Ｖ１を、予め設定されたしきい値電圧Ｖth3に対して比較する。しきい値電圧Ｖth3は、ステップＳ１２のしきい値電圧Ｖth2よりも低い値である。内蔵電池２０の放電電圧Ｖ１がしきい値電圧Ｖth3よりも低くなったのを契機に、ＲＦＩＣ３７による処理がステップＳ１５に移る。
　（ステップＳ１５）　
　ゲート制御信号の出力を停止する。具体的には、ＲＦＩＣ３７の駆動信号発生部の処理を停止させる。これにより出力トランジスタ３２はオフ状態になる。しかしながら、ＲＦＩＣ３７と外部情報処理装置５０との間の接続は、通信可能な状態で維持される。ステップＳ１５の処理以降、内蔵電池２０が、その開放電圧が所定のしきい値電圧よりも大きい電池に交換されるまでの期間中、外部負荷装置１１は動作しない。
　上記の出力トランジスタ停止処理では、二段階でしきい値が設けられる。内蔵電池２０の放電電圧Ｖ１が一段階目のしきい値電圧Ｖth2よりも低下したのを契機に、外部情報処理装置５０に対してアラート信号を送信し、二段階目のしきい値電圧Ｖth3よりも低下したのを契機に、出力トランジスタ３２を停止させる。まだ電池起電力が残っている間に、出力トランジスタ３２を停止させることは、出力トランジスタ３２を通常動作させる場合に比べて、外部情報処理装置５０との通信が可能な状態を延長させ、外部情報処理装置５０を操作するユーザに電池形電源装置１の状態、例えば電池電圧が低下した状態を通知する期間の延長を実現する。
　電池長寿命化を実現するために、電池ボックス１２に収納された電池の合計起電力に応じてデューティー比を低下させ、これにより電池の出力電圧を低下させてもよい。図７は、図１のＲＦＩＣ３７による電池起電力が低下したときのデューティー比の制御処理の手順を示すフローチャートである。
　（ステップＳ２１）　
　出力トランジスタ３２オフ時の内蔵電池２０とそれに直列接続された外部電池１３との合計開放電圧Ｖ２が入力される。合計開放電圧Ｖ２はＡＤＣ４３により計測される。
　（ステップＳ２２）　
　内蔵電池２０とそれに直列接続された外部電池１３との合計開放電圧Ｖ２を予め設定されたしきい値電圧Ｖth4に対して比較する。合計開放電圧Ｖ２がしきい値電圧Ｖth4よりも低いときには、ＲＦＩＣ３７による処理がステップ２３に移る。合計開放電圧Ｖ２がしきい値電圧Ｖth4以上のときには、ＲＦＩＣ３７によるステップＳ２３の処理がスキップされ、処理が終了される。
　（ステップＳ２３）　
　内蔵電池２０とそれに直列接続された外部電池１３との合計開放電圧Ｖ２に基づいて、デューティー比を低下させる。例えば、駆動信号発生部は、ユーザにより入力されたモータ出力指示値に対して所定の係数（１よりも低い、例えば０．５）を乗算した値に応じてＰＷＭ信号を発生する。この係数の値は、合計開放電圧Ｖ２に応じて変動する変動値であってもよいし、予めユーザ等により設定された固定値であってもよい。例えば、ユーザにより選択され、外部情報処理装置５０から入力されたモータ出力指示値が８０％の場合、駆動信号発生部は、デューティー比８０％のＰＷＭ信号ではなく、８０％に０．５を乗算したデューティー比４０％のＰＷＭ信号を発生する。これにより、内蔵電池２０とそれに直列接続された外部電池１３とにより出力される合計出力電圧が低下される。
　上記のデューティー比の制御処理により、電池ボックス１２に装着された電池、ここでは内蔵電池２０とそれに直列接続された外部電池１３との合計開放電圧Ｖ２（合計起電力）が低下したのを契機に、デューティー比を低下させることで、内蔵電池２０とそれに直列接続された外部電池１３とにより出力される合計出力電圧を低下させる。合計出力電圧を低下させることは、デューティー比を制御しない、通常動作をさせた場合に比べて、内蔵電池２０と外部電池１３とのそれぞれの電池長寿命化を実現する。なお、ここでは、内蔵電池２０とそれに直列接続された外部電池１３との合計開放電圧Ｖ２（合計起電力）が低下したのを契機に、デューティー比を低下させているが、デューティー比を上昇させてもよい。例えば、通常の動作状態において、デューティー比が５０％に設定されている場合、内蔵電池２０とそれに直列接続された外部電池１３との合計開放電圧Ｖ２がしきい値電圧よりも低下したのを契機に、デューティー比を５０％よりも上昇させることで、内蔵電池２０とそれに直列接続された外部電池１３との合計出力電圧を維持又は外部負荷装置１１の駆動電圧よりも低下するのを防ぎ、外部負荷装置１１の通常の動作状態を長寿命化する。デューティー比を上昇させる上昇幅は、しきい値に対する合計開放電圧Ｖ２の比率に応じて変動させてもよいし、合計開放電圧Ｖ２がしきい値電圧よりも低下したのを契機に、デューティー比を１００％にしてもよい。
　上記のデューティー比の制御処理は、ＲＦＩＣ３７は、内蔵電池２０とそれに直列接続された外部電池１３との合計開放電圧Ｖ２が低下したのを契機に行われていたが、内蔵電池２０とそれに直列接続された外部電池１３との合計開放電圧Ｖ２が所定の参照電圧よりも大きい場合に行われてもよい。図８は、図１のＲＦＩＣ３７による電池長寿命化のためのデューティー比の制御処理の手順を示すフローチャートである。
　（ステップＳ３１）　
　出力トランジスタ３２オフ時の内蔵電池２０とそれに直列接続された外部電池１３との合計開放電圧Ｖ２が入力される。合計開放電圧Ｖ２はＡＤＣ４３により計測される。
　（ステップＳ３２）　
　内蔵電池２０とそれに直列接続された外部電池１３との合計開放電圧Ｖ２を予め設定された参照電圧Ｖs1に対して比較する。参照電圧Ｖs1は、例えば外部負荷装置１１の最大駆動電圧に設定される。合計開放電圧Ｖ２が参照電圧Ｖs1よりも大きいときには、ＲＦＩＣ３７による処理がステップ３３に移る。合計開放電圧Ｖ２が参照電圧Ｖs1以下のときには、ＲＦＩＣ３７によるステップＳ３３の処理がスキップされ、処理が終了される。
　（ステップＳ３３）　
　内蔵電池２０とそれに直列接続された外部電池１３との合計開放電圧Ｖ２と参照電圧Ｖs1とに基づいて、デューティー比を低下させる。具体的には、ＲＦＩＣ３７は、合計開放電圧Ｖ２に対する参照電圧Ｖs1の比率に基づいて、モータ出力指示値に対して乗算する係数を決定する。例えば、参照電圧Ｖs1が４．８Ｖに設定され、計測した合計開放電圧Ｖ２が６Ｖのとき、ＲＦＩＣ３７により係数は０．８に決定される。ＲＦＩＣ３７の駆動信号発生部は、外部情報処理装置５０から入力されたモータ出力指示値が１００％のとき、１００％に係数０．８を乗算した８０％のＰＷＭ信号を発生する。これにより、モータ出力指示値が１００％であっても、内蔵電池２０とそれに直列接続された外部電池１３との合計の出力電圧は、内蔵電池２０とそれに直列接続された外部電池１３との合計の最大出力電圧の８０％に等価となる。つまり、内蔵電池２０とそれに直列接続された外部電池１３とにより出力される出力電圧を、入力されたモータ指示値に応じた出力電圧よりも低下させることができる。
　上記のデューティー比の制御処理により、電池ボックス１２に装着された電池、ここでは内蔵電池２０とそれに直列接続された外部電池１３との合計開放電圧Ｖ２が予め設定した参照電圧Ｖs1よりも大きいときに、合計開放電圧Ｖ２に対する参照電圧Ｖs1の比率に応じて、モータ出力指示値で指定されたデューティー比に対して実際に出力するＰＷＭ信号のデューティー比を低下させ、これにより内蔵電池２０とそれに直列接続された外部電池１３との合計出力電圧を低下させることができる。内蔵電池２０とそれに直列接続された外部電池１３との合計出力電圧を低下させることは、内蔵電池２０と外部電池１３とのそれぞれの電池長寿命化を実現する。
　内蔵電池２０は、外部情報処理装置５０との通信時にも消耗される。そのため、内蔵電池２０の電池長寿命化を実現するために、内蔵電池２０の電池起電力の低下に伴って外部情報処理装置５０との通信周期を通常時よりも延長してもよい。図９は、図１のＲＦＩＣ３７による電池起電力が低下したときの通信周期の延長処理の手順を示すフローチャートである。
　（ステップＳ４１）　
　出力トランジスタ３２オフ時の内蔵電池２０の開放電圧Ｖ１が入力される。開放電圧Ｖ１はＡＤＣ４１により計測される。
　（ステップＳ４２）　
　内蔵電池２０の開放電圧Ｖ１を予め設定されたしきい値電圧Ｖth5に対して比較する。開放電圧Ｖ１がしきい値電圧Ｖth5よりも低いときには、ＲＦＩＣ３７による処理がステップ４４に移る。開放電圧Ｖ１がしきい値電圧Ｖth5以上のときには、ＲＦＩＣ３７による処理がステップＳ４３に移る。
　（ステップＳ４３）　
　電池形電源装置１による外部情報処理装置５０を探索する周期、アドバタイズ間隔が維持される。また、電池形電源装置１が外部情報処理装置５０に通信可能に接続された状態において、外部情報処理装置５０に対するパケット送信周期を維持する。なお、ここでは、Bluetooth（登録商標）規格に準拠した通信を想定しているが、無線ＬＡＮ規格に準拠した通信の場合、アドバタイズ間隔はビーコンの送信間隔で置きかえられる。
　（ステップＳ４４）　
　電池形電源装置１のアドバタイズ間隔と外部情報処理装置５０に対するパケット送信周期とのうち少なくとも一方を延長する。
　上記の通信周期の延長処理によれば、内蔵電池２０の電池起電力が低下したのを契機に、アドバタイズ間隔とパケット送信周期とのうち少なくとも一方を通常時に比べて延長することで、外部情報処理装置５０との通信に使用する電圧を低下させ、これにより内蔵電池２０の電池長寿命化を実現する。
　電池長寿命化を実現するために、電池ボックス１２に装着された電池の出力電圧が、外部負荷装置１１が動作する最小の駆動電圧（以下、単に最小駆動電圧という）に等価となるようにデューティー比を決定してもよい。デューティー比は、デューティー比が段階的に変動する計測用のゲート制御信号を出力トランジスタ３２に入力し、外部負荷装置１１が動作したときの最小値に決定される。外部負荷装置１１が動作したかは、出力トランジスタ３２のドレイン電圧ＶDrainの電圧変化により判定することが可能である。当該判定に好適なのは、外部負荷装置１１が、電池形電源装置１単独で動作するケースである。
　図１０は、モータ１５の回転の有無に伴う出力トランジスタ３２のドレイン電圧ＶDrainの電圧変化を示す図である。ドレイン電圧ＶDrainは、ＧＮＤと出力トランジスタ３２のドレイン端子（外側負極端子４）との間の電位差を表し、ＡＤＣ４３により計測される。出力トランジスタ３２がオフ状態で維持されているとき、ＡＤＣ４３により計測されるドレイン電圧ＶDrainは、ＡＤＣ４１により計測される内蔵電池２０の開放電圧Ｖ１と略等価である。
　図１０に示すように、ＰＷＭ信号がハイレベルからローレベルに切り替わった直後、つまり、出力トランジスタ３２がオフされた直後、モータが誘導性負荷であるためサージ電圧Ｖre2が発生しドレイン電圧ＶDrainは内蔵電池２０の開放電圧Ｖ１よりも瞬間的に大きくなる。ＰＷＭ信号がハイレベルからローレベルに切り替わってから所定時間経過時のドレイン電圧ＶDrainは、モータ１５の回転有無によって、その電圧が変化する。入力されたパルスでモータ１５が回転していなかった場合、入力パルスがハイレベルからローレベルに切り替わってから所定時間経過時点のドレイン電圧ＶDrainは、内蔵電池２０の開放電圧Ｖ１に漸近する。一方、入力されたパルスでモータ１５が回転した場合、入力パルスがハイレベルからローレベルに切り替わってから所定時間経過時点のドレイン電圧ＶDrainは、内蔵電池２０の開放電圧Ｖ１よりもモータ１５の回転速度に応じて低い値を示す。これは、ＰＷＭ信号がハイレベルからローレベルに切り替わり、外部負荷装置１１の回路が遮断されても、回転中のモータ１５は、そのコイル特性によりすぐ停止することなく、減速しながら停止するため、ハイレベルからローレベルに切り替わってから、モータ１５が停止するまでの期間、モータ１５により発電されるためである。モータ１５の回転により発生された逆起電圧Ｖre1により、ＡＤＣ４３により計測されるドレイン電圧ＶDrainは内蔵電池２０の開放電圧Ｖ１に回復しない。モータ１５の回転により発生される逆起電圧Ｖre1は、内蔵電池２０の開放電圧Ｖ１に対するドレイン電圧ＶDrainの差により表される。逆起電圧Ｖre1が予め設定された参照電圧Ｖs2よりも大きいとき、モータ１５が回転している、つまり外部負荷装置１１が動作していると判定することが可能である。図１０に示すように、デューティー比１０％、２０％のパルスが入力されたとき、入力パルスがハイレベルからローレベルに切り替わってから所定時間経過時点のドレイン電圧ＶDrainが内蔵電池２０の開放電圧Ｖ１と等価である。そのため、デューティー比１０％、２０％のパルスでモータ１５は回転していないと判定される。デューティー比３０％のパルスが入力されたとき、入力パルスがハイレベルからローレベルに切り替わってから所定時間経過時点のドレイン電圧ＶDrainが内蔵電池２０の開放電圧Ｖ１よりも低く、逆起電圧Ｖre１が参照電圧Ｖs2よりも大きい。そのため、デューティー比３０％のパルスでモータ１５は回転したと判定される。また、出力トランジスタ３２がオフされた直後、モータが誘導性負荷であるため発生するサージ電圧Ｖre2もモータ１５の回転有無によって、その電圧が変化する。これは、モータ１５の回転が速くなり、発生される逆起電圧Ｖre1の大きさが大きくなると、モータコイルに流れる電流が減少するため、サージ電圧Ｖre2が低下するからである。そこで、サージ電圧Ｖre2があらかじめ設定された参照電圧Ｖs3よりも小さいとき、モータが回転したと判定してもよい。
　図１１は、図１のＲＦＩＣによる電池長寿命化のためにモータ回転検査用の制御信号の一例を示す図である。モータ回転検査用の制御信号は、複数の区間に分割される。複数の区間各々には、パルス数がＮｐ、デューティー比が固定のパルス列が含まれる。例えば、パルス数Ｎｐは１００、デューティー比は、モータ回転検査用の制御信号の先頭の区間から最後の区間まで区間毎に１０％増加させた値である。したがって、モータ回転検査用の制御信号の最初の区間には、デューティー比１０％、パルス数が１００のパルス列が含まれ、その次の区間にはデューティー比２０％、パルス数が１００のパルス列が含まれ、最後の区間には、デューティー比９０％、パルス数が１００のパルス列が含まれる。
　ＲＦＩＣ３７は、モータ１５の回転の有無を判定する対象となる複数のサンプルデータを取得する。具体的には、ＲＦＩＣ３７は、サンプルデータとして、モータ回転検査用の制御信号においてパルスがハイレベルからローレベルに切り替わってから所定時間経過した時点の逆起電圧Ｖre1を取得する。１区間に含まれるパルス数が１００の場合、１区間のサンプル数も１００となる。サンプル数を増やすことは、モータ１５の回転有無の判定精度を向上させる。ＲＦＩＣ３７は、ＡＤＣ４１，４３の出力に基づいて、パルスがハイレベルからローレベルに切り替わってから所定時間経過した時点の逆起電圧Ｖre1を取得し、取得した逆起電圧Ｖre1を参照電圧Ｖs2に対して比較する。ＲＦＩＣ３７は、複数の区間のうち、逆起電圧Ｖre1が参照電圧Ｖs2よりも大きいサンプルの割合が所定の割合、例えば８０％以上の区間を、モータ１５が回転した区間であると判定する。これにより、どのデューティー比でモータ１５が回転したかが判定される。デューティー比は、モータ１５が回転したと判定されたデューティー比のうち、最小値に決定される。例えば、モータ回転検査用の制御信号のデューティー比７０％、８０％、９０％の各区間でモータ１５が回転したと判定された場合、ＲＦＩＣ３７は、デューティー比を７０％に決定する。
　なお、モータ１５の回転有無を、サージ電圧Ｖre2から判定する場合には、上記Ｖre1の変わりにＶre2を取得し、参照電圧Ｖs3よりも小さいサンプルの割合から判定すればよい。
　上記のデューティー比の決定処理は、周期的に行うようにしてもよいし、外部負荷装置１１の動作直前に行うようにしてもよい。これにより、内蔵電池２０の出力電圧を外部負荷装置１１の最小駆動電圧と略等価とすることができる。内蔵電池２０の出力電圧を外部負荷装置１１の最小駆動電圧と等価とすることは、通常動作させる場合に比べて、動作速度等は遅くなるかもしれないが、外部負荷装置１１の動作可能な状態を通常動作させる場合に比べて延長することを実現する。
　なお、モータ１５の回転有無を判定するためのサンプルデータを取得するタイミングは上記に限定されない。例えば、ある区間のサンプルデータとして、その区間の最後尾のパルスがハイレベルからローレベルに切り替わってから所定時間経過時点の逆起電圧Ｖre1を取得するようにしてもよい。また、デューティー比の決定方法は上記に限定されない。上記の方法によれば、ＲＦＩＣ３７は、モータ回転検査用の単一の制御信号を出力し、単一の制御信号の各区間毎にモータ１５の回転有無を判定していたが、デューティー比が異なる複数種類のモータ回転検査用の制御信号を小さい方から順次出力し、出力された制御信号毎にモータ１５の回転有無を判定するようにしてもよい。例えば、ＲＦＩＣ３７は、デューティー比が１０％、パルス数が１００のモータ回転検査用の制御信号を出力し、上記と同様の手順でモータ１５の回転有無を判定する。モータ１５が回転していると判定された場合、デューティー比は１０％に決定される。一方、モータ１５が回転していないと判定された場合、ＲＦＩＣ３７は、デューティー比を増加させた、例えばデューティーが２０％、パルス数が１００のモータ回転検査用の制御信号を出力し、モータ１５の回転有無を判定する。
　本実施形態では、電池形電源装置１の内蔵電池２０とそれに直列接続された外部電池１３とのうち少なくとも一方の電池の電池起電力を検知し、電池起電力の低下をユーザに通知するための処理方法と電池長寿命化を実現するための複数種類の処理方法とを説明した。本実施形態に係る電池形電源装置１は、これら複数種類の処理方法のうち、一つの処理方法に対応する機能を備えてもよいし、複数の処理方法に対応する複数の機能を備え、実行する機能をユーザが選択できるようにしてもよい。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
　１…無線機能を備えた電池形電源装置、２…電池収納部、３…外側正極端子、４…外側負極端子、５…内側正極端子、６…内側負極端子、７…基板、８，９，１０…配線ケーブル、１１…外部負荷装置、１３…外部電池、２０…内蔵電池、２４…アンテナ、３２…出力トランジスタ、３３，３５…抵抗、３６…ＤＣＤＣコンバータ、３７…ＲＦＩＣ、４１，４３…ＡＤＣ。

Claims (7)

  1. 　外部負荷装置の電池ボックスに単独又は他の外部電池と直列状態で装着可能な電池形電源装置であって、
    　電池規格に準じた形状及び寸法のハウジングと、
    　前記ハウジングの内側に内蔵電池を収納するものであって、前記収納された内蔵電池の前後端子に接触する内側正極端子と内側負極端子とを有する電池収納部と、
    　前記ハウジングの前端面に設けられ、前記内側正極端子に接続される外側正極端子と、
    　前記ハウジングの後端面に設けられ、前記内側負極端子に接続される外側負極端子と、
    　前記内側負極端子と前記外側負極端子との間と、前記内側正極端子と前記外側正極端子との間との少なくとも一方に介在される出力トランジスタと、
    　外部情報処理装置と通信するためのアンテナと、
    　前記アンテナを介して受信した信号に従って前記出力トランジスタの制御信号を発生する制御部と、
    　前記内側正極端子とＧＮＤとの間の電圧と前記外側負極端子とＧＮＤとの間の電圧との少なくとも一方を検出する電圧検出部とを具備することを特徴とする無線通信機能を備えた電池形電源装置。
  2. 　前記制御部は、前記出力トランジスタがオフ状態のときに前記電圧検出部で検出された電圧を前記内蔵電池単独の開放電圧又は前記内蔵電池及び前記外部電池との開放電圧として検知することを特徴とする請求項１記載の電池形電源装置。
  3. 　前記制御部は、前記検出された電圧がしきい値よりも低いとき電池電圧の低下を表す信号を前記外部情報処理装置に対して送信することを特徴とする請求項２記載の電池形電源装置。
  4. 　前記制御部は、前記検出された開放電圧がしきい値よりも低いとき、前記制御信号のデューティー比を前記検出された開放電圧が前記しきい値よりも高いときのデューティー比よりも低下もしくは上昇することを特徴とする請求項２記載の電池形電源装置。
  5. 　前記制御部は、前記検出された開放電圧がしきい値よりも高いとき、前記制御信号のデューティー比を低下することを特徴とする請求項２記載の電池形電源装置。
  6. 　前記制御部は、前記検出された開放電圧がしきい値よりも低いとき、前記外部情報処理装置との通信周期を前記検出された開放電圧が前記しきい値よりも高いときの通信周期よりも延長することを特徴とする請求項２記載の電池形電源装置。
  7. 　前記外部負荷装置は負荷としてモータを有し、
    　前記制御部は、デューティー比が変動する検査用制御信号を発生し、前記外側正極端子と前記外側負極端子との間の電圧変化に基づいて前記モータを回転させるデューティー比を決定することを特徴とする請求項１記載の電池形電源装置。
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