JP2007312476A

JP2007312476A - 充電装置及び充電方法

Info

Publication number: JP2007312476A
Application number: JP2006137430A
Authority: JP
Inventors: Hidenobu Sato; 秀信佐藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2007-11-29

Abstract

【課題】温度上昇を効果的に抑制できる充電装置を提供する。
【解決手段】所定の電力を供給する電力供給手段と、電力供給手段の電力を充電対象の２次電池に対して出力することにより該２次電池の充電を行う充電手段と、電力供給手段の電圧と２次電池の電圧との電位差が所定電位差以上である場合に、２次電池に対する電力供給を抑制するように充電手段を制御する充電制御手段とを備え、電力供給を抑制する制御は、所定時間間隔で電力供給と電力供給停止とを交互に行うことにより実施する。
【選択図】図１

Description

本発明は、２次電池を充電する充電装置及び充電方法に関する。

例えば、特許文献１には、バッテリ自体で温度に応じて充電電圧を変えることができ、寿命を伸ばして内部ショートを防ぐことができるバッテリとそのバッテリを有する電子機器が開示されている。この技術は、２次電池セルの温度又は当該２次電池セル付近の温度を測定する温度センサ及び２次電池セルに充電する際に充電電圧を制御する電圧制御部等を備えたバッテリであり、電圧制御部が温度センサの検出温度に応じて２次電池セルの充電電圧を制御することにより内部ショートを防ぐものである。
より詳細には、上記電圧制御部は、２次電池セルの電池電圧が目標の充電電圧を超えると、充電用の半導体スイッチング素子のオン／オフのデューティ比を変えることにより、電池電圧をなだらかに目標の充電電圧に収束させると共に温度センサの検出温度が高い程に目標の充電電圧を低く設定し、以って２次電池セルの内部ショートを防止する。
特開平１１−１１１３５０号公報

しかしながら、上記従来技術では、温度センサの検出温度に応じて目標の充電電圧を可変させる内容なので、バッテリの劣化を効果的に防止することができない。すなわち、２次電池セルの充電電圧が目標の充電電圧を超える程に高くなった状態は、既に２次電池セルの劣化が発生し易い状態であり、この目標の充電電圧を温度センサの検出温度に応じて低下させてもバッテリ内における劣化を効果的に防止することができない。
また、このような２次電池を筐体内に収納する電子機器においては、２次電池セルの温度又は２次電池セル付近の温度に応じて目標の充電電圧を可変させても、２次電池セルの電池電圧が充電電圧を超える程に高くなった状態では、筐体内部の温度上昇を効果的に抑制することが難しく、筐体内部の温度上昇により筐体内部の電子部品などに与える影響を抑制することができない。
また、２次電池をＵＳＢ（Universal Serial Bus）充電するような場合においては、ＵＳＢのＶＢＵＳの電圧を４．８Ｖ以下にしてしまうとＵＳＢ接続の検出ができなくなる場合があるため、２次電池への供給電流を制限し、ＵＳＢのＶＢＵＳの電圧を５Ｖに保持する必要があるが、２次電池の電圧が低く、ＵＳＢのＶＢＵＳとの電位差が大きい場合、充電トランジスタの発熱が大きくなるという問題がある。この結果、筐体内部の温度上昇により筐体内部の電子部品などに与える影響が大きくなるという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、２次電池の充電に伴う温度上昇を効果的に抑制できる充電装置及び充電方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、所定電圧の電力を供給する電力供給手段と、前記電力供給手段の電力を充電対象の２次電池に対して出力することにより該２次電池の充電を行う充電手段と、前記２次電池の電圧が所定値以下である場合に、前記２次電池に対する電力供給を抑制するように前記充電手段を制御する充電制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明は、所定の電力を供給する電力供給手段と、前記電力供給手段の電力を充電対象の２次電池に対して出力することにより該２次電池の充電を行う充電手段と、前記電力供給手段の電圧と前記２次電池の電圧との電位差が所定電位差以上である場合に、前記２次電池に対する電力供給を抑制するように前記充電手段を制御する充電制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明は、前記２次電池の周囲環境温度を検出する温度検出手段をさらに備え、前記充電制御手段は、前記温度検出手段による検出温度が所定値以上である場合に、前記充電手段の制御を行うことを特徴とする。

本発明は、前記充電制御手段は、所定時間間隔で電力供給と電力供給停止とを交互に行うことにより、前記電力供給を抑制する制御を行うことを特徴とする。

本発明は、所定電圧の電力を供給する電力供給手段と、前記電力供給手段の電力を充電対象の２次電池に対して出力することにより該２次電池の充電を行う充電手段とを備えた充電装置における充電方法であって、前記２次電池の電圧が所定値以下である場合に、前記２次電池に対する電力供給を抑制するように前記充電手段を制御する充電制御ステップを有することを特徴とする。

本発明は、所定の電力を供給する電力供給手段と、前記電力供給手段の電力を充電対象の２次電池に対して出力することにより該２次電池の充電を行う充電手段とを備えた充電装置における充電方法であって、前記電力供給手段の電圧と前記２次電池の電圧との電位差が所定電位差以上である場合に、前記２次電池に対する電力供給を抑制するように前記充電手段を制御する充電制御ステップを有することを特徴とする。

本発明によれば、電力供給手段の電圧と２次電池の電圧との電位差が所定電位差以上である場合に、２次電池に対する電力供給を抑制する制御を行うようにして、充電部品の発熱が抑制されるようにしたため、充電に伴う温度上昇を抑制することができ、この温度上昇による影響を好適に軽減することができるという効果が得られる。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る電子機器としての携帯電話器の要部構成を示すブロック図である。この図において、符号１は充電端子（外部電源入力部）、２は充電電流検出用の抵抗器、３は充電トランジスタ、４はシステム電源ＩＣ（Integrated Circuit）、５は２次電池、６は制御部、また７は温度センサ（温度検出手段）である。充電端子１は、携帯電話器の筐体の一部に露出するように設けられた金属片であり、外部供給電源であるＵＳＢのＶＢＵＳ端子から充電電流が供給される。ここでは、ＵＳＢのＶＢＵＳ端子の電圧は、５Ｖであるものとして説明する。このような充電端子１には抵抗器２の一端が接続されている。抵抗器２は、上記充電端子１と充電トランジスタ３との間に設けられており、他端が充電トランジスタ３のエミッタ端子に接続されている。

充電トランジスタ３は、図示するようにＰＮＰ型バイポーラトランジスタであり、上記抵抗器２と２次電池５との間に設けられている。この充電トランジスタ３は、コレクタ端子が２次電池５及び当該２次電池５に対する電源負荷である音源ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）コントローラ及びＲＦ（Radio Frequency）用電源ＩＣ（Integrated Circuit）に接続され、ベース端子がシステム電源ＩＣ４に接続されている。また、この充電トランジスタ３は、システム電源ＩＣ４によって設定されるベース端子の電圧（ベース電圧）に応じて、エミッタ端子とコレクタ端子とが導通するＯＮ（オン）状態とエミッタ端子とコレクタ端子とが非導通状態となるＯＦＦ（オフ）状態とに状態遷移する。このように、これら充電端子１、抵抗器２、充電トランジスタ３及びシステム電源ＩＣ４を有して構成される電力供給手段及び充電手段によって、外部電源からの所定電圧の電力が供給されるとともに、当該電力が２次電池５に対して出力される。

また、システム電源ＩＣ４は、制御部６による制御の下にＬＣＤモジュールやカメラモジュール等の電源負荷に対する２次電池５からの電源供給を制御すると共に、充電トランジスタ３を制御することにより充電電流の２次電池５への供給、つまり２次電池５の充電を制御する。図示するように、システム電源ＩＣ４には２次電池５の＋端子が接続されており、システム電源ＩＣ４は、これによって２次電池５の＋端子電圧（電池電圧）及び充電電流等を検知して充電情報として制御部６に供給する。なお、システム電源ＩＣ４は、２次電池５の電力のＬＣＤモジュールやカメラモジュールへの供給をも制御する。２次電池５は、例えばリチウムイオン電池であり、携帯電話器の主電源として上記音源ＩＣ、ＬＥＤコントローラ及びＲＦ用電源ＩＣ等に電力を供給する。

制御部６は、メモリ、ＣＰＵ及び各種インタフェース回路から構成されており、メモリに予め記憶された所定の充電制御プログラム、温度センサ７から入力された温度情報及びシステム電源ＩＣ４から入力される充電情報（電池電圧及び充電電流等）に基づいて所定の充電処理を実行することによりシステム電源ＩＣ４を制御する。すなわち、制御部６は、システム電源ＩＣ４を介して充電トランジスタ３を間接的に制御することにより２次電池５の充電を制御する。

温度センサ７は、携帯電話器の筐体内における高温部位から比較的離れた位置に設けられており、当該筐体内部の温度（筐体内温度）を検出し、上記温度情報として制御部６に出力する。

ここで、携帯電話器の筐体内には２次電池５の他に、上記音源ＩＣ、ＬＥＤコントローラ、ＲＦ用電源ＩＣ、受信回路及び送信回路等の各種電子回路が実装された電子基板、また上記ＬＣＤモジュールやカメラモジュール等が収納されているが、携帯電話器が使用状態にある場合における２次電池５の温度は、２次電池５の周囲に配置された電子部品などの温度に依存する。すなわち、携帯電話器が使用状態にある場合、電子部品などが主な熱源となって、これら電子部品などから発生した熱が２次電池５によって吸収されることにより２次電池５の温度が左右される。このような事情から、本携帯電話器における温度センサ７は、使用状態にある場合の高温部位に相当する電子部品から比較的離れた位置であって、２次電池５の周囲（２次電池５の近傍）に設けられており、この温度センサ７によって、筐体内温度を好適に検出することができる。なお、高温部位に相当する電子部品とは、例えばＲＦ受信機や信号増幅器である。

次に、このように構成された携帯電話器の充電動作について、図２に示すフローチャート及び図３に示す特性図を参照して詳しく説明する。なお、このフローチャートは、携帯電話器が使用されている状態で２次電池５を充電する場合における制御部６の充電処理を示すものである。

制御部６は、ＵＳＢのＶＢＵＳ端子が充電端子１に接続されると、この接続を例えば充電端子１の電圧をモニタすることによって検知し、上記充電処理を開始する。この充電処理において、制御部６は、最初に充電終了時の目標電池電圧（満充電判定電圧値）である満充電電圧Ｖｍ及び充電終了時の充電電流（所定電流値）である満充電電流Ｉｍを制御目標値として初期設定する（ステップＳ１）。次に制御部６は、充電電流を５００ｍＡ以下に設定する（ステップＳ２）。このように制御目標値が初期設定されると、制御部６によって充電トランジスタ３がＯＮ状態に設定されることにより（ステップＳ３）、充電電流が抵抗器２及び充電トランジスタ３を介して２次電池５に順次供給される。そして、上記充電電流に基づく電荷が２次電池５に順次蓄積（蓄電）されることにより電池電圧は順次上昇する。

制御部６は、このように順次上昇する電池電圧が上記満充電電圧Ｖｍに到達したか、かつ、充電電流が満充電電流Ｉｍまで低下したかを上記充電情報に基づいて判定することにより満充電か否かを判定し（ステップＳ４）、この判定が「Ｙｅｓ」の場合は充電トランジスタ３がＯＦＦ状態に設定して（ステップＳ５）充電処理を終了する。一方この判定が「Ｎｏ」の場合には、温度センサ７が出力する温度情報に基づいて筐体内温度が所定温度値Ｔ_０である４５℃を超えたか否かを判定する（ステップＳ６）。

充電開始直後では、ステップＳ４における判定は「Ｎｏ」となるので、当該ステップＳ４に引き続いて上記ステップＳ６の判定処理が行われるが、制御部６は、この判定が「Ｎｏ」の場合、つまり携帯電話器が長時間使用状態になく筐体内温度が４５℃を超える程に上昇していない場合は、充電トランジスタ３のＯＮ状態を維持したまま処理をステップＳ４に戻す。一方、制御部６は、上記ステップＳ６の判定が「Ｙｅｓ」の場合には、上記充電情報に基づいて電池電圧が電圧しきい値（所定電圧値）Ｖ_０（例えば、３．９Ｖ）以下であるか否かを判定する（ステップＳ７）。この電圧しきい値Ｖ_０以下であるか否か判定は、ＵＳＢのＶＢＵＳ端子と２次電池の電圧との電位差が大きいと見なされる電位差であるか否かを判定するものであり、電力供給元の電圧に応じて、電圧しきい値は変化するものである。この判定が「Ｎｏ」の場合は、充電トランジスタ３のＯＮ状態を維持したまま処理をステップＳ４に戻し、この判定が「Ｙｅｓ」の場合には、３０秒の時間が経過した時点で（ステップＳ８）、充電トランジスタ３のＯＦＦ状態に遷移させる（ステップＳ９）。

充電トランジスタ３がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わると、２次電池５への充電電流の供給が停止される。そして、制御部６は、３０秒の時間が経過した時点で（ステップＳ１０）、処理をステップＳ３に戻し、再び充電トランジスタ３をＯＮ状態に設定して、充電電流が抵抗器２及び充電トランジスタ３を介して２次電池５に順次供給されることになる。

すなわち、制御部６は、筐体内温度が４５℃を超えており、かつ電池電圧が電圧しきい値Ｖ_０未満である状態のときには、３０秒間隔毎に充電トランジスタ３をＯＮ状態とＯＦＦ状態を繰り返し切り替え（図３に示すＯＮ／ＯＦＦ制御期間）、電池電圧が電圧しきい値Ｖ_０以上になった時点（図３に示す点Ｐ１）でＯＮ状態とＯＦＦ状態を切り替える制御を止めて、電池電圧が満充電電圧Ｖｍになるまで充電を行うことにより、電池電圧を満充電電圧Ｖｍに到達させる。そして、電池電圧が緩やかな上昇変化で満充電電圧Ｖｍに到達する（図３に示す点Ｐ２）と、この電池電圧が満充電電圧Ｖｍに収束するように、充電電流を低下させる。

この充電電流は、２次電池５の電池電圧が満充電電圧Ｖｍに到達していると判定される毎に低下されるため、電池電圧が満充電電圧Ｖｍになると充電電流は図３に示されるように徐々に低下されることとなり、２次電池５への電力供給が抑制される。そして、この充電電流が満充電電流Ｉｍ以下まで低下したと判定される、すなわち電池電圧が満充電電圧Ｖｍよりも大きく且つ充電電流が満充電電流Ｉｍ以下となった（図３に示す点Ｐ３）と判定されると、満充電状態と判定され、ステップＳ４の判定が「Ｙｅｓ」となる。制御部６は、当該ステップＳ３の判定が「Ｙｅｓ」となると、充電トランジスタ３をＯＦＦ状態に設定して（ステップＳ４）、充電処理を終了する。

このように、２次電池をＵＳＢ（Universal Serial Bus）充電するような場合に、２次電池５の電池電圧が低く、ＵＳＢのＶＢＵＳとの電位差が大きいと、充電トランジスタ３の発熱が大きくなる。しかし、２次電池５の電池電圧とＵＳＢのＶＢＵＳの電圧の差が大きい場合には、充電トランジスタ３を３０秒間隔毎にＯＮ状態とＯＦＦ状態と切り替えることにより、２次電池５への電力の供給が間欠的に行われるようにして２次電池５の充電が抑制されるため、充電トランジスタ３の発熱を抑制することが可能となり、充電に伴う筐体内の温度上昇を抑えることができる。この結果、筐体内部の電子部品などに与える熱の影響を極力小さくすることが可能となる。

なお、２次電池５への電力供給を間欠的に行う場合、電力供給や電力供給停止の間隔を携帯電話器の負荷状態に応じて変更するようにしても良い。例えば、テレビ視聴時や音楽再生時のように携帯電話器での負荷が大きい場合には、電力供給の間隔を長くして電力供給停止の間隔を短くするようにしても良い。

また、ＯＮ状態の時間とＯＦＦ状態の時間が異なっていてもよい。特に、充電トランジスタ３のＯＦＦ状態の時間は、携帯電話器内の熱放射特性に応じて決定すればよい。例えば、筐体内部から発生した熱を効率良く放射して、筐体内部を効率よく冷却することができる構造においては、３０秒より短いＯＦＦ状態の時間を設定し、一方、筐体内部の熱放射の特性が比較的悪い場合や、他の熱源が筐体内部に存在する場合は、３０秒より長いＯＦＦ状態の時間を設定するようにしてもよい。すなわち、充電トランジスタ３のＯＮ状態が継続することによって発熱する熱が十分に筐体の外へ放射される時間に基づいてＯＦＦ状態の時間を設定すればよい。

このように、供給電力の電圧と２次電池の電圧との電位差が所定電位差以上である場合に、２次電池に対する電力供給を抑制する制御を行うようにして、充電部品の発熱が抑制されるようにしたため、充電に伴う筐体内部の温度上昇を抑制することができ、この筐体内部の温度上昇に伴う電子部品及び２次電池への影響を軽減することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記フローチャートに示した充電制御はあくまで一例であり、電池電圧が満充電電圧Ｖｍよりも低い状態から満充電電圧Ｖｍに到達するように充電制御するものであれば、他の手順に基づく充電制御であっても良い。また、本発明は、携帯電話器の充電制御に限定されるものではなく、他の種々の機器の充電制御にも適用可能である。また、電力供給は、ＵＳＢのＶＢＵＳ端子に限定されるものではなく、一定の電圧を出力することにより２次電池を充電することができるものであれば何でもよい。

本発明の一実施形態に係わる携帯電話器の要部構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係わる携帯電話器の充電動作を示すフローチャートである。本発明の一実施形態に係わる携帯電話器の充電特性を示す特性図である。

符号の説明

１・・・充電端子、２・・・抵抗器、３・・・充電トランジスタ、４・・・システム電源ＩＣ、５・・・２次電池、６・・・制御部、７・・・温度センサ

Claims

所定電圧の電力を供給する電力供給手段と、
前記電力供給手段の電力を充電対象の２次電池に対して出力することにより該２次電池の充電を行う充電手段と、
前記２次電池の電圧が所定値以下である場合に、前記２次電池に対する電力供給を抑制するように前記充電手段を制御する充電制御手段と
を備えたことを特徴とする充電装置。
所定の電力を供給する電力供給手段と、
前記電力供給手段の電力を充電対象の２次電池に対して出力することにより該２次電池の充電を行う充電手段と、
前記電力供給手段の電圧と前記２次電池の電圧との電位差が所定電位差以上である場合に、前記２次電池に対する電力供給を抑制するように前記充電手段を制御する充電制御手段と
を備えたことを特徴とする充電装置。
前記２次電池の周囲環境温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記充電制御手段は、前記温度検出手段による検出温度が所定値以上である場合に、前記充電手段の制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の充電装置。
前記充電制御手段は、
所定時間間隔で電力供給と電力供給停止とを交互に行うことにより、前記電力供給を抑制する制御を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の充電装置。
所定電圧の電力を供給する電力供給手段と、前記電力供給手段の電力を充電対象の２次電池に対して出力することにより該２次電池の充電を行う充電手段とを備えた充電装置における充電方法であって、
前記２次電池の電圧が所定値以下である場合に、前記２次電池に対する電力供給を抑制するように前記充電手段を制御する充電制御ステップを有することを特徴とする充電方法。
所定の電力を供給する電力供給手段と、前記電力供給手段の電力を充電対象の２次電池に対して出力することにより該２次電池の充電を行う充電手段とを備えた充電装置における充電方法であって、
前記電力供給手段の電圧と前記２次電池の電圧との電位差が所定電位差以上である場合に、前記２次電池に対する電力供給を抑制するように前記充電手段を制御する充電制御ステップを有することを特徴とする充電方法。