JP2004199910A - 電池パック、それを用いた電子機器および充電器、充電システム - Google Patents
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Abstract
【課題】電池パックを装着する電子機器側の構成を複雑にすることなく、電池パックを電子機器に装着しなければ電池パックの正極、負極の外部接続端子間に電圧が発生しないようにして、電池パック単体での短絡保護機能を有した電池パック、それを用いた電子機器および充電器、充電システムを提供する。
【解決手段】電子機器２に着脱自在に構成され、装着された電子機器２の接続端子９，１０と内蔵された電池３とを接続するための正極、負極の外部接続端子５，６を有する電池パックにおいて、電池３の正極、負極間に接続され、電池３を駆動電源とした磁気センサ４と、電池３と外部接続端子５，６との間の少なくとも一方の間に直列に接続された電子スイッチ１１と、磁気センサ４の出力により電子スイッチ１１をオン・オフするスイッチ駆動回路１２とを設け、電子機器２に装着されて電子機器２に備えられたマグネット７からの磁気を磁気センサ４が検知したときは電子スイッチ１１をオンにし、電子機器２に装着されず磁気センサ４が磁気を検知しなかったときは電子スイッチ１１をオフにする。
【選択図】 図２
【解決手段】電子機器２に着脱自在に構成され、装着された電子機器２の接続端子９，１０と内蔵された電池３とを接続するための正極、負極の外部接続端子５，６を有する電池パックにおいて、電池３の正極、負極間に接続され、電池３を駆動電源とした磁気センサ４と、電池３と外部接続端子５，６との間の少なくとも一方の間に直列に接続された電子スイッチ１１と、磁気センサ４の出力により電子スイッチ１１をオン・オフするスイッチ駆動回路１２とを設け、電子機器２に装着されて電子機器２に備えられたマグネット７からの磁気を磁気センサ４が検知したときは電子スイッチ１１をオンにし、電子機器２に装着されず磁気センサ４が磁気を検知しなかったときは電子スイッチ１１をオフにする。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器に着脱自在に構成された電池パック、それを用いた電子機器および充電器、充電システムに関するものであり、特に、電子機器に装着されていない状態において短絡保護機能を有する電池パック、それを用いた電子機器および充電器、充電システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、急速に発展した携帯電話等の携帯型電子機器に使用されている電池パックは、充電や交換等のために電子機器本体に着脱自在に構成されているものが多い。このような電池パックは、装着される電子機器と電気的に接続される電極端子が露出しているため、電池パック単体を鞄の中や衣服のポケット等に入れて持ち運びするときに、安全ピンや自動車、部屋のキー等の金属物が電池パックの電極端子に接触して、電池パックの正極、負極の電極端子を短絡させることがある。このような短絡事故が発生すると、無用の放電により電池パックに内蔵された電池の電池容量が減少するばかりでなく、この電池や接触した金属物を発熱させ、発煙や発火といった危険な状態に至る場合がある。
【０００３】
従来の電池パックには、正極、負極の電極端子が短絡した場合の過電流保護のために、ヒューズやポリスイッチ等を備えたものがある。また、電池表面の温度を感知するサーミスタと、電池の正極端子または負極端子のいずれかにスイッチ回路を設け、前記サーミスタの端子に現れる電圧により前記スイッチ回路をオン・オフ制御することにより短絡保護機能を備えたものもある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図６は特許文献１に記載の電池保護回路、電池パックおよび電池パックを使用する装置の原理ブロック図である。図６において、６０は電池パックであり、６１は電池、６２は電池表面の温度を感知するサーミスタ、６３はサーミスタ６２の端子に現れる電圧と規定電圧とを比較する比較回路、６４は比較回路６３の出力によりオン・オフするスイッチ回路、６５は正極端子、６６はサーミスタ端子、６７は負極端子である。また、７０は電池パック６０を使用する装置であり、７１は正極端子、７２はサーミスタ端子、７３は負極端子、７４は電源回路、７５は電源電圧Ｖｄｄを分圧する抵抗、７６はスイッチ、７７はサブバッテリである。
【０００５】
電池駆動可能な機器において、スイッチ回路６４を設け、電池６１表面に付けたサーミスタ６２と抵抗７５とによって電源電圧Ｖｄｄを分圧し、この電圧と規定電圧とを比較回路６３によって比較して、規定電圧以上であればスイッチ回路６４をオンする回路構成とする。電池温度が上昇した場合、サーミスタ抵抗値は下がるため現れる電圧は下がり、規定電圧以下になるとスイッチ回路６４がオフになることによりサーマルプロテクタの働きをする。
【０００６】
また、電池６１の出力電圧が低下した場合、電源電圧Ｖｄｄは低下する。これにより、サーミスタ６２と抵抗７５間に現れる電圧は下がり、規定電圧以下になればスイッチ回路６４がオフされるため、過放電保護の働きをする。
【０００７】
また、電池６１が取り外し可能なパック構造の場合、電池パック６０内部にサーミスタ６２を持ち、装置７０の本体側に電源回路７４と抵抗７５を持たせることにより、サーミスタ端子６６は電池パック６０単体では電圧が無くなるためスイッチ回路６４がオフされる。装置７０の本体に接続されると、電源電圧Ｖｄｄによってサーミスタ端子６６には一定電圧が現れ、スイッチ回路６４がオンされるため、電池パック６０単体時の正極，負極の短絡保護として働く。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−９８４２２号公報 （第３−５頁、第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ヒューズやポリスイッチ等を備えた電池パックは、完全な短絡状態が形成された場合は電池パック内の電池と外部接続用の電極間がヒューズやポリスイッチによって開放されるので短絡電流が流れなくなり安全であるが、不完全な短絡状態、即ち、過電流保護機能が働く電流値より少し小さい電流値の電流が流れる短絡状態が形成された場合は、短絡電流が流れ続けるので、電池パック内の電池や接触した金属物を発熱させ、発煙や発火といった危険な状態に至る場合があった。
【００１０】
また、特許文献１に記載の従来技術によれば、図６に示す電池パック６０は、装置７０から切り離されたときに、電池パック単体での短絡保護機能を有しているが、電池パック６０を装置７０に装着したときに、スイッチ回路６４をオンさせるために装置７０からサーミスタ端子６６に電圧を供給しなければならない。そのため、装置７０から電源を供給するための回路やサーミスタ端子６６が必要であり、更に、装置７０にサブバッテリ７７を搭載する必要もあり、装置側の構成が複雑になり、また高コストになるという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記の点に鑑み、電池パックを装着する電子機器側の構成を複雑にすることなく、電池パックを電子機器に装着しなければ電池パックの正極、負極の外部接続端子間に電圧が発生しないようにして、電池パック単体での短絡保護機能を有した電池パック、それを用いた電子機器および充電器、充電システムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、電子機器に着脱自在に構成され、装着された電子機器の接続端子と内蔵された電池とを接続するための正極、負極の外部接続端子を有する電池パックにおいて、前記電池の正極、負極間に接続され、前記電池を駆動電源とした磁気センサと、前記電池と前記正極、負極の外部接続端子との間の少なくとも一方の間に直列に接続された電子スイッチと、前記磁気センサの出力により前記電子スイッチをオン・オフするスイッチ駆動回路とを設け、前記電子機器に装着されて前記電子機器に備えられたマグネットからの磁気を前記磁気センサが検知したときは前記電子スイッチをオンにし、前記電子機器に装着されず前記磁気センサが磁気を検知しなかったときは前記電子スイッチをオフにするようにしたものである。尚、電池パックに内蔵された電池は２次電池に限定されるものでなく、乾電池等の１次電池で構成された電池パックにも本発明は適用される。
【００１３】
この発明の電池パックによれば、電池パックを電子機器に装着していない場合は、電池パック内部の前記磁気センサが磁気を検知しないので、前記スイッチ駆動回路は前記電子スイッチをオフする。従って、前記電池と前記正極または負極の外部接続端子との間が前記電子スイッチによって遮断されるので、前記正極、負極の外部端子間に電圧が発生することはなく、電池パックが電子機器に装着されていないときに、この外部接続端子が短絡しても電流が流れることはなく安全である。
【００１４】
また、電池パックを電子機器に装着した場合は、電池パック内部の前記磁気センサが電子機器側に備えられたマグネットの磁気を検知するので、前記スイッチ駆動回路は前記電子スイッチをオンする。従って、前記電池と前記正極または負極の外部接続端子との間が前記電子スイッチによって接続されるので、前記電子機器と電池パック内部の前記電池とが接続され、前記電池から前記電子機器へ電力を供給することができる。また、前記電池が２次電池であり、前記電子機器が充電機能を備えている場合は、前記電子機器から前記電池の充電を行うこともできる。また、電池パックが装着される電子機器側は、前記マグネットを備えるだけで良く、前記電子スイッチをオンさせるための電源等は不要であるので、電子機器側の構成が複雑になることはなく、また高コストになることもない。
【００１５】
また、例えば、前記電子スイッチと前記スイッチ駆動回路をＦＥＴで構成すると、電池パックに内蔵された電池の消費電力を低減できる。また、前記電子スイッチをＦＥＴで構成すると、前記電池の電池残容量が少なく、そのため前記磁気センサを駆動することができず、前記電子スイッチをオンさせることができない場合であっても、電池パックを充電機能を有する電子機器に装着したときに、ＦＥＴの寄生ダイオードを介して前記電池を充電することができる。
【００１６】
また、例えば、前記磁気センサをホール素子または磁気抵抗素子で構成された磁気センサにすると、機械的接点等の消耗部を有さないので、電池パックの耐久性を向上することができる。また、ホール素子や磁気抵抗素子は小型化が容易であるので、電池パックの小型化を図ることができる。
【００１７】
また、例えば、内部に備えた磁気センサの出力に応じて内蔵された電池の出力を断続する電子スイッチを有する電池パックを用いた電子機器において、この電子機器に前記磁気センサを感応させる磁気を発するマグネットを設けると、前記電池パックを装着したときに前記電池パックに内蔵された電池と前記電子機器を電気的に接続することができる。
【００１８】
また、例えば、商用交流電源を充電用直流電源に変換する変換回路と、前記充電用直流電源と電池パックに内蔵された電池とを電気的に接続する接続端子を備えた充電器において、内部に備えた磁気センサの出力に応じて内蔵された電池の出力を断続する電子スイッチを有する電池パックの前記磁気センサに磁気を与えるマグネットを備えると良い。このようにすると、前記電池パックが前記充電器に装着されたときに、前記電池パック内の磁気センサが磁気を検知するので、電池パックに内蔵された電池と充電器とが電気的に接続され、前記充電器によって前記電池を充電することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る電池パックと電池パックが装着される携帯電話機（電子機器）の外観構成を示す斜視図である。
【００２０】
図１において、１は電池パックを示し、２は電池パックが装着される携帯電話機を示す。携帯電話機２は、電池パック１が携帯電話機２の所定の位置に完全に装着されたときに、電池パック１に設けられた外部端子５，６と携帯電話機２の接続端子（図示せず）とが接触して接続され、これらの接続端子を介して電池パック１に内蔵された電池（図示せず）からの電力を得て動作する。また、携帯電話機２には、例えば、永久磁石であるマグネット７が備えられており、電池パック１には、マグネット７からの磁気８を検知する磁気センサ４が備えられている。マグネット７と磁気センサ４とは、電池パック１が携帯電話機２の所定の位置に完全に装着されたときに磁気センサ４がマグネット７からの磁気８を検知するような対向位置に配設されている。
【００２１】
図２は、図１に示す電池パック１と携帯電話機２の電気的構成を示す回路ブロック図である。図１と同一の部分については同一の符号を付している。電池パック１は、電池３、磁気センサ４、外部接続端子５、外部接続端子６、ＦＥＴ１１（電子スイッチ）、およびＦＥＴ１２（スイッチ駆動回路）で構成されている。ＦＥＴ１１はＰチャンネル型ＦＥＴであり、カソードがソースに接続され、アノードがドレインに接続された寄生ダイオード１１ａが存在する。また、ＦＥＴ１２はＮチャンネル型ＦＥＴであり、カソードがドレインに接続され、アノードがソースに接続された寄生ダイオード１２ａが存在する。
【００２２】
電池３の正極がＦＥＴ１１のソースに接続され、ＦＥＴ１１のドレインが外部接続端子５に接続されている。また、電池３の負極が外部接続端子６とＦＥＴ１２のソースに接続されている。そして、ＦＥＴ１２のドレインがＦＥＴ１１のゲートに接続されている。また、電池３の正極、負極間に磁気センサ４が接続され、磁気センサ４の出力端子がＦＥＴ１２のゲートに接続されている。尚、磁気センサ４は磁気を検知したときに出力端子にＨレベル（電池３の正極の電圧レベル）の信号を出力し、磁気を検知しないときはＬレベル（電池３の負極の電圧レベル）の信号を出力する。
【００２３】
次に、携帯電話機２は、電池パック１が装着されたときに電池パック１の外部接続端子５，６とそれぞれ接続される接続端子９，１０を備え、接続端子９は携帯電話機２内部の各回路に接続されており、接続端子１０は携帯電話機２のグランドＧＮＤに接続されている。また、電池パック１が装着されたときに、電池パック１の磁気センサ４に磁気８を与えるマグネット７が備えられている。
【００２４】
次に、図２に示す電池パック１と携帯電話機２の動作について説明する。先ず、電池パック１が携帯電話機２に装着されていない場合、磁気センサ４はマグネット７との距離が離れているため磁気８を検知せず、出力端子にＬレベルの信号を出力するので、この出力端子がゲートに接続されているＦＥＴ１２はオフとなり、ＦＥＴ１１もオフとなる。これにより、電池３の正極と外部接続端子５との間がＦＥＴ１１によって遮断されるので、外部接続端子５に電池３の電圧は発生しない。従って、外部接続端子５と外部接続端子６とが短絡しても電池３からの放電電流が流れることはなく、短絡保護として機能する。
【００２５】
次に、電池パック１が携帯電話機２に装着された場合、外部接続端子５と接続端子９とが接続され、外部接続端子６と接続端子１０とが接続される。また、マグネット７と磁気センサ４が対向する近接位置に配置されるので、磁気センサ４はマグネット７からの磁気８を検知してＨレベルの信号を出力する。そして、この出力信号がゲートに印加されたＦＥＴ１２はオンとなり、ＦＥＴ１２がオンするとＦＥＴ１１のゲートは電池３の負極の電位となるので、ゲートとソース間に電池３の電圧が印加されることになり、ＦＥＴ１１がオンとなる。これにより、電池３の正極と外部接続端子５とが導通し、外部接続端子５，６間に電池３の電圧が発生する。そして、この電池３の電圧が接続端子９，１０を介して携帯電話機２の内部の各回路に供給され、携帯電話機２が動作する。
【００２６】
このようにして、電池パック１を携帯電話機２に装着したときは電池３の電力を携帯電話機２へ供給して携帯電話機２を動作させることができ、電池パック１を携帯電話機２に装着していないときは電池パック１の外部接続端子５，６を短絡させても短絡電流が流れないようにすることができるので、短絡電流による異常な発熱による発煙、発火等が発生することのない安全な電池パックが実現できる。また、例えば、磁気センサ４をホール素子または磁気抵抗素子で構成された磁気センサにすると、機械的接点等の消耗部を有さないので、耐久性のある電池パックを実現できる。また、ホール素子や磁気抵抗素子は小型化が容易であるので、電池パックの小型化を図ることもできる。
【００２７】
次に、図１に示す電池パック１の電池３が２次電池である場合において、電池３を商用交流電源からＡＣアダプタと携帯電話機２を介して充電するための構成と動作を説明する。
【００２８】
図３は、図１に示す電池パック１と携帯電話機２とＡＣアダプタの電気的構成を示す回路ブロック図である。図１、図２と同一の部分に付いては同一の符号を付している。電池パック１は図２に示す電池パック１と全く同じであるので説明を省略する。
【００２９】
図３において、携帯電話機２は、電池パック１が装着されたときに電池パック１の外部接続端子５，６とそれぞれ接続される接続端子９，１０を備え、接続端子９は携帯電話機２内部の各回路に接続されており、接続端子１０は携帯電話機２のグランドＧＮＤに接続されている。また、電池パック１が装着されたときに、電池パック１の磁気センサ４に磁気８を与えるマグネット７が備えられている。
【００３０】
また、携帯電話機２は、電池３に充電電流を供給するために、充電端子２１，２２、逆流防止ダイオード２３、充電制御用トランジスタ２４、充電制御回路２５を備えている。逆流防止ダイオードのアノードが充電端子２１に接続され、カソードがＰＮＰトランジスタである充電制御用トランジスタ２４のエミッタに接続されている。そして、充電制御用トランジスタ２４のコレクタが接続端子９に接続され、充電制御用トランジスタ２４のベースとグランドＧＮＤ間に充電制御回路２５が接続されている。充電端子２２はグランドＧＮＤに接続されている。
【００３１】
３０は、ＡＣアダプタである。ＡＣアダプタ３０は、商用交流電源ＡＣ１００Ｖを充電用直流電源に変換するＡＣ／ＤＣ変換回路３３と、ＡＣ／ＤＣ変換回路３３の出力を外部に供給するため、ＡＣ／ＤＣ変換回路の＋，−出力端子にそれぞれ接続されたアダプタ出力端子３１，３２を備えている。
【００３２】
電池３を充電するときは、これら電池パック１、携帯電話機２、ＡＣアダプタ３０がそれぞれの接続端子で接続される。即ち、アダプタ出力端子３１と充電端子２１、アダプタ出力端子３２と充電端子２２とが接続され、電池パック１が携帯電話機２に装着されて外部接続端子５と接続端子９とが接続され、外部接続端子６と接続端子１０とが接続される。また、携帯電話機２に備えられたマグネット７からの磁気８を磁気センサ４が検知し、磁気センサ４がＦＥＴ１２をオンさせるので、ＦＥＴ１１がオンになる。
【００３３】
そして、ＡＣアダプタ３０に外部から商用交流電源ＡＣ１００Ｖが供給され、ＡＣ／ＤＣ変換回路３３が商用交流電源ＡＣ１００Ｖを充電用直流電源に変換するので、アダプタ出力端子３１，３２間にアダプタ端子３１をプラス側とする充電用直流電圧が発生し、この充電用直流電圧がアダプタ出力端子３１，３２、充電端子２１，２２を介して携帯電話機２に供給される。
【００３４】
携帯電話機２内部の充電制御回路２５は、電池３の電池電圧等から電池３への充電が必要と判断した場合、充電制御用トランジスタ２４のベースとグランドＧＮＤとを導通させるので、充電制御用トランジスタ２４のエミッタからベースに充電端子２１，２２間に印加された充電用直流電圧によって逆流防止ダイオード２３を介して電流が流れ、充電制御用トランジスタ２４がオンになる。充電制御用トランジスタ２４がオンになると、充電端子２１から逆流防止ダイオード、充電制御用トランジスタ２４、接続端子９、外部接続端子５、ＦＥＴ１１、電池３、外部接続端子６、接続端子１０、充電端子２２の経路で充電電流が流れ、電池３が充電される。
【００３５】
電池３への充電が行われ、充電制御回路２５が電池３の電池電圧等から電池３への充電が不要と判断した場合、充電制御回路２５は充電制御用トランジスタ２４のベースとグランドＧＮＤとを開放させるので、充電制御用トランジスタ２４のエミッタからベースへの電流が流れなくなり、充電制御用トランジスタ２４がオフになる。充電制御用トランジスタ２４がオフになると、上述した充電電流が流れなくなり、充電動作が停止する。通常、このようにして、ＡＣアダプタ３０と携帯電話機２によって、商用交流電源で電池パック１内部の電池３が充電される。
【００３６】
また、電池パック１を携帯電話機２に装着せずに長期間放置していたり、携帯電話機２に装着していても、充電せずに携帯電話機２を使用し続けたりして、電池３の電池残容量が少なくなり、電池３の電池電圧が磁気センサ４の最低動作電圧（例えば、２．４Ｖ）より小さくなった場合には、磁気センサ４が動作しなくなる。この状態のときに電池３への充電をするために電池パック１を携帯電話機２に装着して充電を開始しても、電池パック１内部のＦＥＴ１１がオンにならず、上述した経路の充電電流は流れない。
【００３７】
しかしながら、ＦＥＴ１１にはドレインからソース方向に電流を流せる寄生ダイオード１１ａが存在するので、外部接続端子５から電池３の方向に流れる充電電流を寄生ダイオード１１ａを介して流すことができる。これにより、ＦＥＴ１１がオフのままでも電池３を充電することができる。但し、寄生ダイオード１１ａを充電電流が流れると、約０．６Ｖ乃至０．８Ｖ程度の大きな電圧降下が生じるので、そのままでは効率的な充電が行えないが、充電された電池３の電池電圧が磁気センサ４の最低動作電圧を超えた場合に磁気センサ４が動作可能となると、ＦＥＴ１１がオンして上述のようにして充電が行われるので、効率的に充電することができる。
【００３８】
即ち、電池パック単体で短絡保護機能を有するために設けられた電池パック１の放電経路を遮断／接続する電子スイッチをＦＥＴにすることによって、電池パック１内部の電池３が過放電状態になりＦＥＴ１１をオンできない状態になっても、電池パック１内部の電池３を充電することができ、電池３が一旦過放電状態になると充電電流経路が遮断され、充電できないので再び使用することができなくなるという不都合な状態は生じない。
【００３９】
尚、本実施形態では電池パックが装着される電子機器を携帯電話機として説明したが、携帯電話機に限定されるものではなく、携帯情報端末、ノート型パソコン、デジタルカメラ等の電池駆動可能なあらゆる電子機器に本発明は適用可能である。
【００４０】
次に、図１に示す電池パック１の電池３が２次電池である場合において、電池パック１を充電器に装着して商用交流電源から充電するための構成と動作を説明する。
【００４１】
図４は図１に示す電池パック１と電池パック１が装着される充電器の外観構成を示す斜視図である。図１と同一の部分に付いては同一の符号を付している。電池パック１は図１に示す電池パック１と全く同じであるので説明を省略する。
【００４２】
図４において、４０は充電器を示す。４１は商用交流電源ＡＣ１００Ｖが供給される外部のコンセントに接続されるプラグであり、４２はプラグ４１と充電器４０とを接続するコードである。充電器４０は、電池パック１が充電器４０の所定の位置に完全に装着されたときに、電池パック１に設けられた外部端子５，６と充電器４０の接続端子９，１０とがそれぞれ接触して接続され、これらの接続端子を介して電池パック１に内蔵された電池（図示せず）を、プラグ４１、コード４２を介して供給された商用交流電源ＡＣ１００Ｖが充電器４０で変換された充電用直流電源で充電する。
【００４３】
また、充電器４０には、例えば、永久磁石であるマグネット７が備えられており、電池パック１には、マグネット７からの磁気８を検知する磁気センサ４が備えられている。マグネット７と磁気センサ４とは、電池パック１が充電器４０の所定の位置に完全に装着されているときに、磁気センサ４がマグネット７からの磁気８を検知するような対向位置に配設されている。
【００４４】
図５は、図４に示す電池パック１と充電器４０の電気的構成を示す回路ブロック図である。図４と同一の部分に付いては同一の符号を付している。電池パック１は図２に示す電池パック１と全く同じであるので説明を省略する。
【００４５】
充電器４０は、商用交流電源ＡＣ１００Ｖを充電用直流電源に変換するＡＣ／ＤＣ変換回路３３と、電池パック１が装着されたときに電池パック１の外部接続端子５，６とそれぞれ接続される接続端子９，１０を備えている。また、充電器４０は、逆流防止ダイオード２３、充電制御用トランジスタ２４、充電制御回路２５を備えている。
【００４６】
ＡＣ／ＤＣ変換回路３３の＋出力端子が逆流防止ダイオードのアノードに接続され、ＡＣ／ＤＣ変換回路の−出力端子が充電器４０のグランドＧＮＤに接続されるとともに、接続端子１０に接続されている。逆流防止ダイオード２３のカソードがＰＮＰトランジスタである充電制御用トランジスタ２４のエミッタに接続されている。そして、充電制御用トランジスタ２４のコレクタが接続端子９に接続され、充電制御用トランジスタ２４のベースとグランドＧＮＤ間に充電制御回路２５が接続されている。また、電池パック１が装着されたときに、電池パック１の磁気センサ４に磁気８を与えるマグネット７が備えられている。
【００４７】
電池３を充電するときは、電池パック１が充電器４０に装着されて外部接続端子５と接続端子９とが接続され、外部接続端子６と接続端子１０とが接続される。また、充電器４０に備えられたマグネット７からの磁気８を磁気センサ４が検知し、磁気センサ４がＦＥＴ１２をオンさせるので、ＦＥＴ１１がオンになる。
【００４８】
そして、ＡＣ／ＤＣ変換回路３３に商用交流電源ＡＣ１００Ｖが供給され、商用交流電源ＡＣ１００Ｖを充電用直流電源に変換して、＋出力端子、−出力端子間に＋出力端子側をプラス電位とする充電用直流電圧が発生する。充電制御回路２５は、電池３の電池電圧等から電池３への充電が必要と判断した場合、充電制御用トランジスタ２４のベースとグランドＧＮＤとを導通させるので、充電制御用トランジスタ２４のエミッタからベースにＡＣ／ＤＣ変換回路３３の＋，−出力端子間の充電用直流電圧によって逆流防止ダイオード２３を介して電流が流れ、充電制御用トランジスタ２４がオンになる。充電制御用トランジスタ２４がオンになると、ＡＣ／ＤＣ変換回路３３の＋出力端子から逆流防止ダイオード２３、充電制御用トランジスタ２４、接続端子９、外部接続端子５、ＦＥＴ１１、電池３、外部接続端子６、接続端子１０、ＡＣ／ＤＣ変換回路３３の−出力端子の経路で充電電流が流れ、電池３が充電される。
【００４９】
電池３への充電が行われ、充電制御回路２５が電池３の電池電圧等から電池３への充電が不要と判断した場合、充電制御回路２５は充電制御用トランジスタ２４のベースとグランドＧＮＤとを開放させるので、充電制御用トランジスタ２４のエミッタからベースへの電流が流れなくなり、充電制御用トランジスタ２４がオフになる。充電制御用トランジスタ２４がオフになると、上述した充電電流が流れなくなり、充電動作が停止する。このようにして、充電器４０によって商用交流電源で電池パック１内部の電池３が充電される。
【００５０】
また、電池パック１内のＦＥＴ１１にはドレインからソース方向に電流を流せる寄生ダイオード１１ａが存在するので、充電器４０がマグネット７を備えず、従って磁気センサ４が磁気８を検知せずＦＥＴ１１がオフであっても、外部接続端子５から電池３の方向に流れる充電電流を寄生ダイオード１１ａを介して流すことができる。しかしながら、寄生ダイオード１１ａを充電電流が流れると、約０．６Ｖ乃至０．８Ｖ程度の大きな電圧降下が生じるので、効率的な充電が行えない。従って、充電器４０にマグネット７を備えてＦＥＴ１１をオンさせることにより、効率的な充電を行うことができる。
【００５１】
このようにして、電池パック単体で短絡保護機能を有する電池パック１に内蔵された電池３を、商用交流電源を充電用直流電源に変換して充電する充電器４０にマグネット７を備えることにより、電池３を効率的に充電することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように本発明の電池パックによれば、電池パックを装着する電子機器側の構成を複雑にすることなく、電池パックを電子機器に装着しなければ電池パックの正極、負極の外部接続端子間に電圧が発生しないようにして、電池パック単体での短絡保護をすることができる。これにより、電池パック単体を運搬等する際に、電池パックの正極、負極の外部接続端子間が短絡して流れる短絡電流による異常発熱等で発煙、発火等が発生することが無くなり、安全な電池パックが実現できる。
【００５３】
また、本発明の電池パックを用い、電池パックが装着されたときに電池パック内の磁気センサに磁気を与えるマグネットを備えた電子機器によれば、簡単な構成で本発明の電池パックに内蔵された電池から電力を得ることができる。また、電池パックに内蔵された電池が２次電池の場合に、この２次電池を効率的に充電することができる。
【００５４】
また、本発明の充電器および充電システムによれば、簡単な構成で、電池パック単体での短絡保護のために磁気センサと磁気センサの出力に応じてオン／オフする電子スイッチを有する電池パックが本発明の充電器に装着されたときに、前記電池パック内の磁気センサに磁気を与え、前記電子スイッチをオンさせることができるので、前記電池パックに内蔵された電池と充電器とを電気的に接続させて前記電池を充電することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、本発明の一実施形態に係る電池パックと電池パックが装着される携帯電話機の外観構成を示す斜視図である。
【図２】は、図１に示す電池パックと携帯電話機の電気的構成を示す回路ブロック図である。
【図３】は、図１に示す電池パックと携帯電話機とＡＣアダプタの電気的構成を示す回路ブロック図である。
【図４】は、図１に示す電池パックと充電器の外観構成を示す斜視図である。
【図５】は、図４に示す電池パックと充電器の電気的構成を示す回路ブロック図である。
【図６】は、従来の電池保護回路、電池パックおよび電池パックを使用する装置の原理ブロック図である。
【符号の説明】
１ 電池パック
２ 携帯電話機（電子機器）
３ 電池
４ 磁気センサ
５，６ 外部接続端子
７ マグネット
８ 磁気
９，１０ 接続端子
１１ ＦＥＴ（電子スイッチ）
１１ａ，１２ａ 寄生ダイオード
１２ ＦＥＴ（スイッチ駆動回路）
２１，２２ 充電端子
２３ 逆流防止ダイオード
２４ 充電制御用トランジスタ
２５ 充電制御回路
３０ ＡＣアダプタ
３１，３２ アダプタ出力端子
３３ ＡＣ／ＤＣ変換回路
４０ 充電器
４１ プラグ
４２ コード
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器に着脱自在に構成された電池パック、それを用いた電子機器および充電器、充電システムに関するものであり、特に、電子機器に装着されていない状態において短絡保護機能を有する電池パック、それを用いた電子機器および充電器、充電システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、急速に発展した携帯電話等の携帯型電子機器に使用されている電池パックは、充電や交換等のために電子機器本体に着脱自在に構成されているものが多い。このような電池パックは、装着される電子機器と電気的に接続される電極端子が露出しているため、電池パック単体を鞄の中や衣服のポケット等に入れて持ち運びするときに、安全ピンや自動車、部屋のキー等の金属物が電池パックの電極端子に接触して、電池パックの正極、負極の電極端子を短絡させることがある。このような短絡事故が発生すると、無用の放電により電池パックに内蔵された電池の電池容量が減少するばかりでなく、この電池や接触した金属物を発熱させ、発煙や発火といった危険な状態に至る場合がある。
【０００３】
従来の電池パックには、正極、負極の電極端子が短絡した場合の過電流保護のために、ヒューズやポリスイッチ等を備えたものがある。また、電池表面の温度を感知するサーミスタと、電池の正極端子または負極端子のいずれかにスイッチ回路を設け、前記サーミスタの端子に現れる電圧により前記スイッチ回路をオン・オフ制御することにより短絡保護機能を備えたものもある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図６は特許文献１に記載の電池保護回路、電池パックおよび電池パックを使用する装置の原理ブロック図である。図６において、６０は電池パックであり、６１は電池、６２は電池表面の温度を感知するサーミスタ、６３はサーミスタ６２の端子に現れる電圧と規定電圧とを比較する比較回路、６４は比較回路６３の出力によりオン・オフするスイッチ回路、６５は正極端子、６６はサーミスタ端子、６７は負極端子である。また、７０は電池パック６０を使用する装置であり、７１は正極端子、７２はサーミスタ端子、７３は負極端子、７４は電源回路、７５は電源電圧Ｖｄｄを分圧する抵抗、７６はスイッチ、７７はサブバッテリである。
【０００５】
電池駆動可能な機器において、スイッチ回路６４を設け、電池６１表面に付けたサーミスタ６２と抵抗７５とによって電源電圧Ｖｄｄを分圧し、この電圧と規定電圧とを比較回路６３によって比較して、規定電圧以上であればスイッチ回路６４をオンする回路構成とする。電池温度が上昇した場合、サーミスタ抵抗値は下がるため現れる電圧は下がり、規定電圧以下になるとスイッチ回路６４がオフになることによりサーマルプロテクタの働きをする。
【０００６】
また、電池６１の出力電圧が低下した場合、電源電圧Ｖｄｄは低下する。これにより、サーミスタ６２と抵抗７５間に現れる電圧は下がり、規定電圧以下になればスイッチ回路６４がオフされるため、過放電保護の働きをする。
【０００７】
また、電池６１が取り外し可能なパック構造の場合、電池パック６０内部にサーミスタ６２を持ち、装置７０の本体側に電源回路７４と抵抗７５を持たせることにより、サーミスタ端子６６は電池パック６０単体では電圧が無くなるためスイッチ回路６４がオフされる。装置７０の本体に接続されると、電源電圧Ｖｄｄによってサーミスタ端子６６には一定電圧が現れ、スイッチ回路６４がオンされるため、電池パック６０単体時の正極，負極の短絡保護として働く。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−９８４２２号公報 （第３−５頁、第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ヒューズやポリスイッチ等を備えた電池パックは、完全な短絡状態が形成された場合は電池パック内の電池と外部接続用の電極間がヒューズやポリスイッチによって開放されるので短絡電流が流れなくなり安全であるが、不完全な短絡状態、即ち、過電流保護機能が働く電流値より少し小さい電流値の電流が流れる短絡状態が形成された場合は、短絡電流が流れ続けるので、電池パック内の電池や接触した金属物を発熱させ、発煙や発火といった危険な状態に至る場合があった。
【００１０】
また、特許文献１に記載の従来技術によれば、図６に示す電池パック６０は、装置７０から切り離されたときに、電池パック単体での短絡保護機能を有しているが、電池パック６０を装置７０に装着したときに、スイッチ回路６４をオンさせるために装置７０からサーミスタ端子６６に電圧を供給しなければならない。そのため、装置７０から電源を供給するための回路やサーミスタ端子６６が必要であり、更に、装置７０にサブバッテリ７７を搭載する必要もあり、装置側の構成が複雑になり、また高コストになるという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記の点に鑑み、電池パックを装着する電子機器側の構成を複雑にすることなく、電池パックを電子機器に装着しなければ電池パックの正極、負極の外部接続端子間に電圧が発生しないようにして、電池パック単体での短絡保護機能を有した電池パック、それを用いた電子機器および充電器、充電システムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、電子機器に着脱自在に構成され、装着された電子機器の接続端子と内蔵された電池とを接続するための正極、負極の外部接続端子を有する電池パックにおいて、前記電池の正極、負極間に接続され、前記電池を駆動電源とした磁気センサと、前記電池と前記正極、負極の外部接続端子との間の少なくとも一方の間に直列に接続された電子スイッチと、前記磁気センサの出力により前記電子スイッチをオン・オフするスイッチ駆動回路とを設け、前記電子機器に装着されて前記電子機器に備えられたマグネットからの磁気を前記磁気センサが検知したときは前記電子スイッチをオンにし、前記電子機器に装着されず前記磁気センサが磁気を検知しなかったときは前記電子スイッチをオフにするようにしたものである。尚、電池パックに内蔵された電池は２次電池に限定されるものでなく、乾電池等の１次電池で構成された電池パックにも本発明は適用される。
【００１３】
この発明の電池パックによれば、電池パックを電子機器に装着していない場合は、電池パック内部の前記磁気センサが磁気を検知しないので、前記スイッチ駆動回路は前記電子スイッチをオフする。従って、前記電池と前記正極または負極の外部接続端子との間が前記電子スイッチによって遮断されるので、前記正極、負極の外部端子間に電圧が発生することはなく、電池パックが電子機器に装着されていないときに、この外部接続端子が短絡しても電流が流れることはなく安全である。
【００１４】
また、電池パックを電子機器に装着した場合は、電池パック内部の前記磁気センサが電子機器側に備えられたマグネットの磁気を検知するので、前記スイッチ駆動回路は前記電子スイッチをオンする。従って、前記電池と前記正極または負極の外部接続端子との間が前記電子スイッチによって接続されるので、前記電子機器と電池パック内部の前記電池とが接続され、前記電池から前記電子機器へ電力を供給することができる。また、前記電池が２次電池であり、前記電子機器が充電機能を備えている場合は、前記電子機器から前記電池の充電を行うこともできる。また、電池パックが装着される電子機器側は、前記マグネットを備えるだけで良く、前記電子スイッチをオンさせるための電源等は不要であるので、電子機器側の構成が複雑になることはなく、また高コストになることもない。
【００１５】
また、例えば、前記電子スイッチと前記スイッチ駆動回路をＦＥＴで構成すると、電池パックに内蔵された電池の消費電力を低減できる。また、前記電子スイッチをＦＥＴで構成すると、前記電池の電池残容量が少なく、そのため前記磁気センサを駆動することができず、前記電子スイッチをオンさせることができない場合であっても、電池パックを充電機能を有する電子機器に装着したときに、ＦＥＴの寄生ダイオードを介して前記電池を充電することができる。
【００１６】
また、例えば、前記磁気センサをホール素子または磁気抵抗素子で構成された磁気センサにすると、機械的接点等の消耗部を有さないので、電池パックの耐久性を向上することができる。また、ホール素子や磁気抵抗素子は小型化が容易であるので、電池パックの小型化を図ることができる。
【００１７】
また、例えば、内部に備えた磁気センサの出力に応じて内蔵された電池の出力を断続する電子スイッチを有する電池パックを用いた電子機器において、この電子機器に前記磁気センサを感応させる磁気を発するマグネットを設けると、前記電池パックを装着したときに前記電池パックに内蔵された電池と前記電子機器を電気的に接続することができる。
【００１８】
また、例えば、商用交流電源を充電用直流電源に変換する変換回路と、前記充電用直流電源と電池パックに内蔵された電池とを電気的に接続する接続端子を備えた充電器において、内部に備えた磁気センサの出力に応じて内蔵された電池の出力を断続する電子スイッチを有する電池パックの前記磁気センサに磁気を与えるマグネットを備えると良い。このようにすると、前記電池パックが前記充電器に装着されたときに、前記電池パック内の磁気センサが磁気を検知するので、電池パックに内蔵された電池と充電器とが電気的に接続され、前記充電器によって前記電池を充電することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る電池パックと電池パックが装着される携帯電話機（電子機器）の外観構成を示す斜視図である。
【００２０】
図１において、１は電池パックを示し、２は電池パックが装着される携帯電話機を示す。携帯電話機２は、電池パック１が携帯電話機２の所定の位置に完全に装着されたときに、電池パック１に設けられた外部端子５，６と携帯電話機２の接続端子（図示せず）とが接触して接続され、これらの接続端子を介して電池パック１に内蔵された電池（図示せず）からの電力を得て動作する。また、携帯電話機２には、例えば、永久磁石であるマグネット７が備えられており、電池パック１には、マグネット７からの磁気８を検知する磁気センサ４が備えられている。マグネット７と磁気センサ４とは、電池パック１が携帯電話機２の所定の位置に完全に装着されたときに磁気センサ４がマグネット７からの磁気８を検知するような対向位置に配設されている。
【００２１】
図２は、図１に示す電池パック１と携帯電話機２の電気的構成を示す回路ブロック図である。図１と同一の部分については同一の符号を付している。電池パック１は、電池３、磁気センサ４、外部接続端子５、外部接続端子６、ＦＥＴ１１（電子スイッチ）、およびＦＥＴ１２（スイッチ駆動回路）で構成されている。ＦＥＴ１１はＰチャンネル型ＦＥＴであり、カソードがソースに接続され、アノードがドレインに接続された寄生ダイオード１１ａが存在する。また、ＦＥＴ１２はＮチャンネル型ＦＥＴであり、カソードがドレインに接続され、アノードがソースに接続された寄生ダイオード１２ａが存在する。
【００２２】
電池３の正極がＦＥＴ１１のソースに接続され、ＦＥＴ１１のドレインが外部接続端子５に接続されている。また、電池３の負極が外部接続端子６とＦＥＴ１２のソースに接続されている。そして、ＦＥＴ１２のドレインがＦＥＴ１１のゲートに接続されている。また、電池３の正極、負極間に磁気センサ４が接続され、磁気センサ４の出力端子がＦＥＴ１２のゲートに接続されている。尚、磁気センサ４は磁気を検知したときに出力端子にＨレベル（電池３の正極の電圧レベル）の信号を出力し、磁気を検知しないときはＬレベル（電池３の負極の電圧レベル）の信号を出力する。
【００２３】
次に、携帯電話機２は、電池パック１が装着されたときに電池パック１の外部接続端子５，６とそれぞれ接続される接続端子９，１０を備え、接続端子９は携帯電話機２内部の各回路に接続されており、接続端子１０は携帯電話機２のグランドＧＮＤに接続されている。また、電池パック１が装着されたときに、電池パック１の磁気センサ４に磁気８を与えるマグネット７が備えられている。
【００２４】
次に、図２に示す電池パック１と携帯電話機２の動作について説明する。先ず、電池パック１が携帯電話機２に装着されていない場合、磁気センサ４はマグネット７との距離が離れているため磁気８を検知せず、出力端子にＬレベルの信号を出力するので、この出力端子がゲートに接続されているＦＥＴ１２はオフとなり、ＦＥＴ１１もオフとなる。これにより、電池３の正極と外部接続端子５との間がＦＥＴ１１によって遮断されるので、外部接続端子５に電池３の電圧は発生しない。従って、外部接続端子５と外部接続端子６とが短絡しても電池３からの放電電流が流れることはなく、短絡保護として機能する。
【００２５】
次に、電池パック１が携帯電話機２に装着された場合、外部接続端子５と接続端子９とが接続され、外部接続端子６と接続端子１０とが接続される。また、マグネット７と磁気センサ４が対向する近接位置に配置されるので、磁気センサ４はマグネット７からの磁気８を検知してＨレベルの信号を出力する。そして、この出力信号がゲートに印加されたＦＥＴ１２はオンとなり、ＦＥＴ１２がオンするとＦＥＴ１１のゲートは電池３の負極の電位となるので、ゲートとソース間に電池３の電圧が印加されることになり、ＦＥＴ１１がオンとなる。これにより、電池３の正極と外部接続端子５とが導通し、外部接続端子５，６間に電池３の電圧が発生する。そして、この電池３の電圧が接続端子９，１０を介して携帯電話機２の内部の各回路に供給され、携帯電話機２が動作する。
【００２６】
このようにして、電池パック１を携帯電話機２に装着したときは電池３の電力を携帯電話機２へ供給して携帯電話機２を動作させることができ、電池パック１を携帯電話機２に装着していないときは電池パック１の外部接続端子５，６を短絡させても短絡電流が流れないようにすることができるので、短絡電流による異常な発熱による発煙、発火等が発生することのない安全な電池パックが実現できる。また、例えば、磁気センサ４をホール素子または磁気抵抗素子で構成された磁気センサにすると、機械的接点等の消耗部を有さないので、耐久性のある電池パックを実現できる。また、ホール素子や磁気抵抗素子は小型化が容易であるので、電池パックの小型化を図ることもできる。
【００２７】
次に、図１に示す電池パック１の電池３が２次電池である場合において、電池３を商用交流電源からＡＣアダプタと携帯電話機２を介して充電するための構成と動作を説明する。
【００２８】
図３は、図１に示す電池パック１と携帯電話機２とＡＣアダプタの電気的構成を示す回路ブロック図である。図１、図２と同一の部分に付いては同一の符号を付している。電池パック１は図２に示す電池パック１と全く同じであるので説明を省略する。
【００２９】
図３において、携帯電話機２は、電池パック１が装着されたときに電池パック１の外部接続端子５，６とそれぞれ接続される接続端子９，１０を備え、接続端子９は携帯電話機２内部の各回路に接続されており、接続端子１０は携帯電話機２のグランドＧＮＤに接続されている。また、電池パック１が装着されたときに、電池パック１の磁気センサ４に磁気８を与えるマグネット７が備えられている。
【００３０】
また、携帯電話機２は、電池３に充電電流を供給するために、充電端子２１，２２、逆流防止ダイオード２３、充電制御用トランジスタ２４、充電制御回路２５を備えている。逆流防止ダイオードのアノードが充電端子２１に接続され、カソードがＰＮＰトランジスタである充電制御用トランジスタ２４のエミッタに接続されている。そして、充電制御用トランジスタ２４のコレクタが接続端子９に接続され、充電制御用トランジスタ２４のベースとグランドＧＮＤ間に充電制御回路２５が接続されている。充電端子２２はグランドＧＮＤに接続されている。
【００３１】
３０は、ＡＣアダプタである。ＡＣアダプタ３０は、商用交流電源ＡＣ１００Ｖを充電用直流電源に変換するＡＣ／ＤＣ変換回路３３と、ＡＣ／ＤＣ変換回路３３の出力を外部に供給するため、ＡＣ／ＤＣ変換回路の＋，−出力端子にそれぞれ接続されたアダプタ出力端子３１，３２を備えている。
【００３２】
電池３を充電するときは、これら電池パック１、携帯電話機２、ＡＣアダプタ３０がそれぞれの接続端子で接続される。即ち、アダプタ出力端子３１と充電端子２１、アダプタ出力端子３２と充電端子２２とが接続され、電池パック１が携帯電話機２に装着されて外部接続端子５と接続端子９とが接続され、外部接続端子６と接続端子１０とが接続される。また、携帯電話機２に備えられたマグネット７からの磁気８を磁気センサ４が検知し、磁気センサ４がＦＥＴ１２をオンさせるので、ＦＥＴ１１がオンになる。
【００３３】
そして、ＡＣアダプタ３０に外部から商用交流電源ＡＣ１００Ｖが供給され、ＡＣ／ＤＣ変換回路３３が商用交流電源ＡＣ１００Ｖを充電用直流電源に変換するので、アダプタ出力端子３１，３２間にアダプタ端子３１をプラス側とする充電用直流電圧が発生し、この充電用直流電圧がアダプタ出力端子３１，３２、充電端子２１，２２を介して携帯電話機２に供給される。
【００３４】
携帯電話機２内部の充電制御回路２５は、電池３の電池電圧等から電池３への充電が必要と判断した場合、充電制御用トランジスタ２４のベースとグランドＧＮＤとを導通させるので、充電制御用トランジスタ２４のエミッタからベースに充電端子２１，２２間に印加された充電用直流電圧によって逆流防止ダイオード２３を介して電流が流れ、充電制御用トランジスタ２４がオンになる。充電制御用トランジスタ２４がオンになると、充電端子２１から逆流防止ダイオード、充電制御用トランジスタ２４、接続端子９、外部接続端子５、ＦＥＴ１１、電池３、外部接続端子６、接続端子１０、充電端子２２の経路で充電電流が流れ、電池３が充電される。
【００３５】
電池３への充電が行われ、充電制御回路２５が電池３の電池電圧等から電池３への充電が不要と判断した場合、充電制御回路２５は充電制御用トランジスタ２４のベースとグランドＧＮＤとを開放させるので、充電制御用トランジスタ２４のエミッタからベースへの電流が流れなくなり、充電制御用トランジスタ２４がオフになる。充電制御用トランジスタ２４がオフになると、上述した充電電流が流れなくなり、充電動作が停止する。通常、このようにして、ＡＣアダプタ３０と携帯電話機２によって、商用交流電源で電池パック１内部の電池３が充電される。
【００３６】
また、電池パック１を携帯電話機２に装着せずに長期間放置していたり、携帯電話機２に装着していても、充電せずに携帯電話機２を使用し続けたりして、電池３の電池残容量が少なくなり、電池３の電池電圧が磁気センサ４の最低動作電圧（例えば、２．４Ｖ）より小さくなった場合には、磁気センサ４が動作しなくなる。この状態のときに電池３への充電をするために電池パック１を携帯電話機２に装着して充電を開始しても、電池パック１内部のＦＥＴ１１がオンにならず、上述した経路の充電電流は流れない。
【００３７】
しかしながら、ＦＥＴ１１にはドレインからソース方向に電流を流せる寄生ダイオード１１ａが存在するので、外部接続端子５から電池３の方向に流れる充電電流を寄生ダイオード１１ａを介して流すことができる。これにより、ＦＥＴ１１がオフのままでも電池３を充電することができる。但し、寄生ダイオード１１ａを充電電流が流れると、約０．６Ｖ乃至０．８Ｖ程度の大きな電圧降下が生じるので、そのままでは効率的な充電が行えないが、充電された電池３の電池電圧が磁気センサ４の最低動作電圧を超えた場合に磁気センサ４が動作可能となると、ＦＥＴ１１がオンして上述のようにして充電が行われるので、効率的に充電することができる。
【００３８】
即ち、電池パック単体で短絡保護機能を有するために設けられた電池パック１の放電経路を遮断／接続する電子スイッチをＦＥＴにすることによって、電池パック１内部の電池３が過放電状態になりＦＥＴ１１をオンできない状態になっても、電池パック１内部の電池３を充電することができ、電池３が一旦過放電状態になると充電電流経路が遮断され、充電できないので再び使用することができなくなるという不都合な状態は生じない。
【００３９】
尚、本実施形態では電池パックが装着される電子機器を携帯電話機として説明したが、携帯電話機に限定されるものではなく、携帯情報端末、ノート型パソコン、デジタルカメラ等の電池駆動可能なあらゆる電子機器に本発明は適用可能である。
【００４０】
次に、図１に示す電池パック１の電池３が２次電池である場合において、電池パック１を充電器に装着して商用交流電源から充電するための構成と動作を説明する。
【００４１】
図４は図１に示す電池パック１と電池パック１が装着される充電器の外観構成を示す斜視図である。図１と同一の部分に付いては同一の符号を付している。電池パック１は図１に示す電池パック１と全く同じであるので説明を省略する。
【００４２】
図４において、４０は充電器を示す。４１は商用交流電源ＡＣ１００Ｖが供給される外部のコンセントに接続されるプラグであり、４２はプラグ４１と充電器４０とを接続するコードである。充電器４０は、電池パック１が充電器４０の所定の位置に完全に装着されたときに、電池パック１に設けられた外部端子５，６と充電器４０の接続端子９，１０とがそれぞれ接触して接続され、これらの接続端子を介して電池パック１に内蔵された電池（図示せず）を、プラグ４１、コード４２を介して供給された商用交流電源ＡＣ１００Ｖが充電器４０で変換された充電用直流電源で充電する。
【００４３】
また、充電器４０には、例えば、永久磁石であるマグネット７が備えられており、電池パック１には、マグネット７からの磁気８を検知する磁気センサ４が備えられている。マグネット７と磁気センサ４とは、電池パック１が充電器４０の所定の位置に完全に装着されているときに、磁気センサ４がマグネット７からの磁気８を検知するような対向位置に配設されている。
【００４４】
図５は、図４に示す電池パック１と充電器４０の電気的構成を示す回路ブロック図である。図４と同一の部分に付いては同一の符号を付している。電池パック１は図２に示す電池パック１と全く同じであるので説明を省略する。
【００４５】
充電器４０は、商用交流電源ＡＣ１００Ｖを充電用直流電源に変換するＡＣ／ＤＣ変換回路３３と、電池パック１が装着されたときに電池パック１の外部接続端子５，６とそれぞれ接続される接続端子９，１０を備えている。また、充電器４０は、逆流防止ダイオード２３、充電制御用トランジスタ２４、充電制御回路２５を備えている。
【００４６】
ＡＣ／ＤＣ変換回路３３の＋出力端子が逆流防止ダイオードのアノードに接続され、ＡＣ／ＤＣ変換回路の−出力端子が充電器４０のグランドＧＮＤに接続されるとともに、接続端子１０に接続されている。逆流防止ダイオード２３のカソードがＰＮＰトランジスタである充電制御用トランジスタ２４のエミッタに接続されている。そして、充電制御用トランジスタ２４のコレクタが接続端子９に接続され、充電制御用トランジスタ２４のベースとグランドＧＮＤ間に充電制御回路２５が接続されている。また、電池パック１が装着されたときに、電池パック１の磁気センサ４に磁気８を与えるマグネット７が備えられている。
【００４７】
電池３を充電するときは、電池パック１が充電器４０に装着されて外部接続端子５と接続端子９とが接続され、外部接続端子６と接続端子１０とが接続される。また、充電器４０に備えられたマグネット７からの磁気８を磁気センサ４が検知し、磁気センサ４がＦＥＴ１２をオンさせるので、ＦＥＴ１１がオンになる。
【００４８】
そして、ＡＣ／ＤＣ変換回路３３に商用交流電源ＡＣ１００Ｖが供給され、商用交流電源ＡＣ１００Ｖを充電用直流電源に変換して、＋出力端子、−出力端子間に＋出力端子側をプラス電位とする充電用直流電圧が発生する。充電制御回路２５は、電池３の電池電圧等から電池３への充電が必要と判断した場合、充電制御用トランジスタ２４のベースとグランドＧＮＤとを導通させるので、充電制御用トランジスタ２４のエミッタからベースにＡＣ／ＤＣ変換回路３３の＋，−出力端子間の充電用直流電圧によって逆流防止ダイオード２３を介して電流が流れ、充電制御用トランジスタ２４がオンになる。充電制御用トランジスタ２４がオンになると、ＡＣ／ＤＣ変換回路３３の＋出力端子から逆流防止ダイオード２３、充電制御用トランジスタ２４、接続端子９、外部接続端子５、ＦＥＴ１１、電池３、外部接続端子６、接続端子１０、ＡＣ／ＤＣ変換回路３３の−出力端子の経路で充電電流が流れ、電池３が充電される。
【００４９】
電池３への充電が行われ、充電制御回路２５が電池３の電池電圧等から電池３への充電が不要と判断した場合、充電制御回路２５は充電制御用トランジスタ２４のベースとグランドＧＮＤとを開放させるので、充電制御用トランジスタ２４のエミッタからベースへの電流が流れなくなり、充電制御用トランジスタ２４がオフになる。充電制御用トランジスタ２４がオフになると、上述した充電電流が流れなくなり、充電動作が停止する。このようにして、充電器４０によって商用交流電源で電池パック１内部の電池３が充電される。
【００５０】
また、電池パック１内のＦＥＴ１１にはドレインからソース方向に電流を流せる寄生ダイオード１１ａが存在するので、充電器４０がマグネット７を備えず、従って磁気センサ４が磁気８を検知せずＦＥＴ１１がオフであっても、外部接続端子５から電池３の方向に流れる充電電流を寄生ダイオード１１ａを介して流すことができる。しかしながら、寄生ダイオード１１ａを充電電流が流れると、約０．６Ｖ乃至０．８Ｖ程度の大きな電圧降下が生じるので、効率的な充電が行えない。従って、充電器４０にマグネット７を備えてＦＥＴ１１をオンさせることにより、効率的な充電を行うことができる。
【００５１】
このようにして、電池パック単体で短絡保護機能を有する電池パック１に内蔵された電池３を、商用交流電源を充電用直流電源に変換して充電する充電器４０にマグネット７を備えることにより、電池３を効率的に充電することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように本発明の電池パックによれば、電池パックを装着する電子機器側の構成を複雑にすることなく、電池パックを電子機器に装着しなければ電池パックの正極、負極の外部接続端子間に電圧が発生しないようにして、電池パック単体での短絡保護をすることができる。これにより、電池パック単体を運搬等する際に、電池パックの正極、負極の外部接続端子間が短絡して流れる短絡電流による異常発熱等で発煙、発火等が発生することが無くなり、安全な電池パックが実現できる。
【００５３】
また、本発明の電池パックを用い、電池パックが装着されたときに電池パック内の磁気センサに磁気を与えるマグネットを備えた電子機器によれば、簡単な構成で本発明の電池パックに内蔵された電池から電力を得ることができる。また、電池パックに内蔵された電池が２次電池の場合に、この２次電池を効率的に充電することができる。
【００５４】
また、本発明の充電器および充電システムによれば、簡単な構成で、電池パック単体での短絡保護のために磁気センサと磁気センサの出力に応じてオン／オフする電子スイッチを有する電池パックが本発明の充電器に装着されたときに、前記電池パック内の磁気センサに磁気を与え、前記電子スイッチをオンさせることができるので、前記電池パックに内蔵された電池と充電器とを電気的に接続させて前記電池を充電することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、本発明の一実施形態に係る電池パックと電池パックが装着される携帯電話機の外観構成を示す斜視図である。
【図２】は、図１に示す電池パックと携帯電話機の電気的構成を示す回路ブロック図である。
【図３】は、図１に示す電池パックと携帯電話機とＡＣアダプタの電気的構成を示す回路ブロック図である。
【図４】は、図１に示す電池パックと充電器の外観構成を示す斜視図である。
【図５】は、図４に示す電池パックと充電器の電気的構成を示す回路ブロック図である。
【図６】は、従来の電池保護回路、電池パックおよび電池パックを使用する装置の原理ブロック図である。
【符号の説明】
１ 電池パック
２ 携帯電話機（電子機器）
３ 電池
４ 磁気センサ
５，６ 外部接続端子
７ マグネット
８ 磁気
９，１０ 接続端子
１１ ＦＥＴ（電子スイッチ）
１１ａ，１２ａ 寄生ダイオード
１２ ＦＥＴ（スイッチ駆動回路）
２１，２２ 充電端子
２３ 逆流防止ダイオード
２４ 充電制御用トランジスタ
２５ 充電制御回路
３０ ＡＣアダプタ
３１，３２ アダプタ出力端子
３３ ＡＣ／ＤＣ変換回路
４０ 充電器
４１ プラグ
４２ コード
Claims (8)
- 電子機器に着脱自在に構成され、内蔵された電池の正極、負極に接続された第１、第２の外部接続端子を有し、前記電子機器に装着されたときに該電子機器の接続端子に前記第１、第２の外部接続端子がそれぞれ接続される電池パックにおいて、
前記電子機器に装着されたときに該電子機器に備えられたマグネットからの磁気を検知する磁気センサと、前記電池と前記第１、第２の外部接続端子との間の少なくとも一方の間に直列に接続された電子スイッチと、前記磁気センサが前記磁気を検知したときは前記電子スイッチをオンにし、前記磁気センサが前記磁気を検知しなかったときは前記電子スイッチをオフにするスイッチ駆動回路を設けたことを特徴とする電池パック。 - 電子機器に着脱自在に構成され、内蔵された電池の正極、負極に接続された第１、第２の外部接続端子を有し、前記電子機器に装着されたときに該電子機器の接続端子に前記第１、第２の外部接続端子がそれぞれ接続される電池パックにおいて、
前記電池の正極、負極間に接続されることにより前記電池を駆動電源とし、前記電子機器に装着されたときに該電子機器に備えられたマグネットからの磁気を検知する磁気センサと、前記電池と前記第１、第２の外部接続端子との間の少なくとも一方の間に直列に接続された電子スイッチと、前記磁気センサの出力端子と前記電子スイッチの制御端子との間に接続され、前記磁気センサが前記磁気を検知したときは前記電子スイッチをオンにし、前記磁気センサが前記磁気を検知しなかったときは前記電子スイッチをオフにするスイッチ駆動回路を設けたことを特徴とする電池パック。 - 前記電子スイッチは、ＦＥＴであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電池パック。
- 前記スイッチ駆動回路は、ＦＥＴであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電池パック。
- 前記磁気センサは、ホール素子または磁気抵抗素子から成ることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電池パック。
- 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の電池パックを用いた電子機器であって、前記電池パックが装着されたときに前記磁気センサに磁気を与えるマグネットを備えたことを特徴とする電子機器。
- 電子機器に着脱自在に構成され、２次電池と、該２次電池の正極、負極に接続された第１、第２の外部接続端子と、前記電子機器に装着されたときに該電子機器に備えられたマグネットからの磁気を検知する磁気センサと、前記２次電池と前記第１、第２の外部接続端子との間の少なくとも一方の間に直列に接続された電子スイッチと、前記磁気センサが前記磁気を検知したときは前記電子スイッチをオンにし、前記磁気センサが前記磁気を検知しなかったときは前記電子スイッチをオフにするスイッチ駆動回路を備えた電池パックを装着し、商用交流電源を充電用直流電源に変換して前記２次電池を充電する充電器において、
前記電池パックが装着されたときに前記磁気センサに磁気を与えるマグネットを備えたことを特徴とする充電器。 - 電池パックおよび充電器から成る充電システムにおいて、
前記電池パックは、電子機器に着脱自在に構成され、２次電池と、該２次電池の正極、負極に接続された第１、第２の外部接続端子と、前記電子機器に装着されたときに該電子機器に備えられたマグネットからの磁気を検知する磁気センサと、前記２次電池と前記第１、第２の外部接続端子との間の少なくとも一方の間に直列に接続された電子スイッチと、前記磁気センサが前記磁気を検知したときは前記電子スイッチをオンにし、前記磁気センサが前記磁気を検知しなかったときは前記電子スイッチをオフにするスイッチ駆動回路を備え、前記充電器は、前記電池パックを装着可能に構成され、商用交流電源を充電用直流電源に変換する変換回路と、前記充電用直流電源と前記２次電池を接続する接続端子と、前記電池パックが装着されたときに前記電池パックの前記磁気センサに磁気を与えるマグネットを備えたことを特徴とする充電システム。
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-
2002
- 2002-12-17 JP JP2002364560A patent/JP2004199910A/ja active Pending
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