JP3622700B2 - 電子機器および電子機器の制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充電可能な二次電池を備えた電子機器に係り、特に二次電池の充電状態の表示制御および二次電池の充電制御のための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子時計などの電子機器には、内蔵の二次電池の電池容量または電池電圧を表示する機能を備えたものがある。この種の電子時計では、通常使用時を想定して予め用意された二次電池の端子電圧と電池容量または電池電圧との対応テーブルを使用し、端子電圧の測定結果から電池容量または電池電圧を推定し、その表示を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の電子機器を充電用のステーションに収容して、二次電池の充電を行う場合、電子機器の表示部には充電中の二次電池の電池容量または電池電圧が表示される。従って、ユーザとしては、その表示により二次電池が所望の電池容量または電池電圧に充電されたか否かを確認し、適当なところで充電を終了させたいところである。
【０００４】
しかしながら、充電時においては充電電流によって生じる二次電池の内部抵抗による電圧降下分だけ二次電池の端子電圧が増加するため、この端子電圧から上記対応テーブルにより推定された電池容量または電池電圧は不正確なものになってしまう。
【０００５】
従って、電子機器の表示部の表示により電池容量または電池電圧が十分にあると判断し、電子機器をステーションから取り外したユーザが、その期待を裏切られ、比較的短時間のうちに再度充電を行う羽目になることもある。
【０００６】
一方、充電は二次電池の電池容量が所望の電池容量に達するまで行われれば十分である。それ以上の長時間の充電は不要な電力の消費であり、不経済である。さらに、定格容量以上の充電が行われると、二次電池に液漏れ等が発生するとともに、二次電池の劣化を招くおそれすらある。したがって、二次電池の充電を行う場合には、二次電池の電池容量に応じて、充電制御を行うことが望ましい。しかしながら、上述したように充電時には、二次電池の電池電圧を推定しても正確な推定値が得られないので、このような充電制御を行うことはできなかった。
【０００７】
この発明の目的は、このような問題を解決し、二次電池の電池容量を簡易な構成によって推定し、充電の制御を行うことにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、この発明は、充電器から周期的かつ断続的に電気エネルギを受け取って二次電池の充電を行う充電部と、前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、非充電時における前記二次電池の端子電圧と前記二次電池の電池容量または電池電圧との関係を表す第１のデータテーブルを記憶するとともに、充電時における前記二次電池の端子電圧と前記二次電池の電池容量または電池電圧との関係を表す第２のデータテーブルとして、前記充電の周期に対する充電時間のデューティ比に対応した複数のデータテーブルを記憶する記憶部と、非充電時においては、前記第１のデータテーブルを用いて前記電圧検出部により検出された端子電圧から前記二次電池の電池容量または電池電圧を推定し、充電時においては、所定の条件が満たされたときに、前記デューティ比の切り換えを要求するコマンドを前記充電器に送信するとともに、前記第２のデータテーブルのうち現在行われている充電のデューティ比に対応したデータテーブルを用いて前記電圧検出部により検出された電圧から前記二次電池の電池容量または電池電圧を推定する制御部とを具備することを特徴とする電子機器を提供する。
かかる電子機器によれば、非充電時および充電時の各々において正確に電池容量または電池電圧を推定することができる。
好ましい態様において、この電子機器は、表示部を有し、前記制御部は、前記電池容量または電池電圧の推定結果を前記表示部に表示する。
この場合において、前記表示部は、前記電池容量または電池電圧の推定結果の表示の代わりに、またはこれにさらに追加して、前記電池容量または電池電圧の推定結果に基づいて当該電子機器の使用可能日数を求め、前記表示部に表示してもよい。
好ましい態様において、前記制御部は、前記二次電池の充電が開始されてからの経過時間が所定時間に達したときに現在よりも高いデューティ比への切り換えを要求するコマンドを送信する。
若しくは前記制御部は、前記二次電池の端子電圧または電池容量の推定値が所定値に達したときに現在よりも高いデューティ比への切り換えを要求するコマンドを送信する。
好ましい態様において、前記制御部は、前記二次電池の電池容量または電池電圧が所定値に達したときに充電の停止を要求するコマンドを送信する。
以上掲げた諸態様において次のような改良を行ってもよい。すなわち、電子機器には、前記二次電池の内部抵抗を測定する内部抵抗測定部を設ける。また、前記記憶部には、前記第１のデータテーブルおよび第２のデータテーブルとして、複数の異なった内部抵抗に対応した複数のデータテーブルを各々記憶させる。そして、前記制御部は、前記内部抵抗測定部により測定された前記二次電池の内部抵抗に対応した第１のデータテーブルまたは第２のデータテーブルを用いて、前記二次電池の電池容量を推定するのである。
ここで、前記内部抵抗測定部は、例えば前記二次電池の開放電圧と、前記二次電池に所定の負荷を接続したときの電圧とに基づいて前記内部抵抗を算出する。
また、この発明は、充電器から周期的かつ断続的に電気エネルギを受け取って二次電池の充電を行う充電部と、前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、記憶部と、表示部とを具備する電子機器の制御方法において、非充電時における前記二次電池の端子電圧と前記二次電池の電池容量または電池電圧との関係を表す第１のデータテーブルを前記記憶部に予め記憶させるとともに、充電時における前記二次電池の端子電圧と前記二次電池の電池容量または電池電圧との関係を表す第２のデータテーブルとして、前記充電の周期に対する充電時間のデューティ比に対応した複数のデータテーブルを前記記憶部に予め記憶させ、非充電時においては、前記第１のデータテーブルを用いて前記電圧検出部により検出された端子電圧から前記二次電池の電池容量または電池電圧を推定し、充電時においては、所定の条件が満たされたときに、前記デューティ比の切り換えを要求するコマンドを前記充電器に送信するとともに、前記第２のデータテーブルのうち現在行われている充電のデューティ比に対応したデータテーブルを用いて前記電圧検出部により検出された電圧から前記二次電池の電池容量または電池電圧を推定し、この推定結果を前記表示部により表示することを特徴とする電子機器の制御方法を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
【００１０】
［１］ 機械的構成
図１はこの発明の一実施形態にかかる電子時計とステーションの構成を示す平面図である。図１において、電子時計２００は、腕時計型の電子機器であり、電源として二次電池を内蔵しており、この二次電池からの電源供給を受け、時計としての機能と情報処理装置としての機能を営むことができる。更に詳述すると、この電子時計２００は、通常の使用状態ではユーザの腕に装着されて、表示部２０４により日付時刻等を表示する一方、図示しないセンサ等によって、脈拍数や心拍数などの生体情報を一定時間毎に検出して記憶する情報処理を行う。ステーション１００は、この電子時計２００の二次電池への充電や電子時計２００とのデータ転送などを行うために用いられる装置である。このステーション１００は、電子時計２００の本体２０１およびバンド２０２よりも若干大きめな形状の凹部１０１を有している。電子時計２００は、その本体２０１およびバンド２０２が凹部１０１に収容された状態でステーション１００に固定される。また、ステーション１００には、充電の開始を指示するための充電開始ボタン１０３１や、データ転送の開始を指示するための転送開始ボタン１０３２などの各種入力部とともに、各種の表示を行うための表示部１０４が設けられている。
【００１１】
図２に、図１におけるＡ−Ａ線の断面図を示す。
図２に示すように、電子時計２００の本体２０１の下面は裏蓋２１２によって塞がれている。電子時計２００は、この裏蓋２１２を凹部１０１の底部に対向させた状態でステーション１００に固定される。本体２０１における裏蓋２１２の内側の空間には、回路基板２２１やこの回路基板２２１上の回路に電源電圧を供給する二次電池２２０が収納されている。裏蓋２１２には開口部があり、この開口部はカバーガラス２１１によって塞がれている。このカバーガラス２１１の内側の表面にはデータ転送や充電のための時計側コイル２１０が配置されている。
【００１２】
一方、ステーション１００の凹部１０１の底部には、充電開始ボタン１０３１、転送開始ボタン１０３２、表示部１０４、一次電源（図示省略）などと接続された回路基板１２１を収納した空室がある。この空室の天井に開口部があり、この開口部はカバーガラス１１１によって塞がれている。このカバーガラス１１１の内側には、ステーション側コイル１１０が固定されている。このステーション側コイル１１０は、ステーション１００側のカバーガラス１１１と電子時計２００のカバーガラス２１１とを介して、電子時計２００の本体２０１内部のコイル２１０と対向している。
【００１３】
このように、電子時計２００がステーション１００に収容された状態において、ステーション側コイル１１０と時計側コイル２１０とは、カバーガラス１１１、２１１により物理的には非接触である。しかしながら、コイル巻回面が略平行なので電磁的には結合した状態となる。
【００１４】
また、ステーション側コイル１１０および時計側コイル２１０とは、それぞれ時計機構部分の着磁を避ける理由や、時計側の重量増加を避ける理由、磁性金属の露出を避ける理由などにより、磁心を有さない空心型となっている。しかし、このようなことが問題とならない電子機器に適用する場合には、磁心を有するコイルを採用しても良い。もっとも、コイルに与える信号周波数が十分に高いのであれば、空心型で十分である。
【００１５】
［２］ 本実施形態における電池容量または電池電圧の表示のための制御方法および充電制御方法
本実施形態では、充電時における電池容量または電池電圧を正確に推定するため、非充電時または通常使用時を想定して用意された対応テーブルとは別に、充電時を想定して二次電池の端子電圧と電池容量または電池電圧との関係を示す対応テーブルを予め用意する。そして、電子時計では、非充電時または通常使用時には、これに対応して用意された対応テーブルが使用され、そのときの端子電圧から電池容量または電池電圧が推定される。一方、充電時には、これに対応して用意された充電時用の対応テーブルが使用され、そのときの端子電圧から電池容量または電池電圧が推定される。
【００１６】
また、本実施形態では、充電時における電池容量または電池電圧の推定を正確なものにするため、２種類の充電方法を併用して二次電池の充電を行う。以下、その原理について説明する。
【００１７】
図３は、デューティが１００％に近い電流パルスであるフルデューティ充電パルスを二次電池に与えることにより二次電池の充電を行ったときの端子電圧（単位：Ｖ）、電池電圧（単位：Ｖ）、電池容量（単位：ｍＡＨ）の時間的変化を示している。なお、図３において横軸は時間軸であり、右側の縦軸は端子電圧および電池電圧のスケールであり、左側の縦軸は電池容量のスケールである。
【００１８】
充電時には、充電電流が二次電池の内部抵抗に流れるので、二次電池の端子電圧は電池電圧よりも内部抵抗による電圧降下分だけ高くなる。図３に示すように、フルデューティ充電パルスにより充電を行った場合、端子電圧は初期値３．００Ｖから急激に上昇し、充電開始から約１時間で略一定電圧となる。一方、電池電圧は緩やかなカーブを描いて徐々に上昇する。二次電池の電池容量は、この電池電圧に追従するように緩やかなカーブを描いて上昇する。このように充電の初期においては端子電圧は実際の電池電圧と大きくかけ離れるが、充電開始から約１２時間後には、実際の電池電圧とほぼ等しくなる。
【００１９】
図４は、デューティが５０％の電流パルスであるハーフデューティ充電パルスを二次電池に与えることにより二次電池の充電を行ったときの端子電圧（単位：Ｖ）、電池電圧（単位：Ｖ）、電池容量（単位：ｍＡＨ）の時間的変化を示している。
【００２０】
図４に示すように、ハーフデューティ充電パルスを用いて充電を行った場合、フルデューティ充電パルスを用いて充電を行った場合と比較して、端子電圧の時間的変化は穏やかであり、端子電圧は充電開始から約４時間で略一定電圧となる。そして、電池電圧は、フルデューティ充電パルスを用いて充電を行った場合と同様、緩やかなカーブを描いて徐々に上昇する。二次電池の電池容量は、この電池電圧に追従するように緩やかなカーブを描いて上昇する。
【００２１】
このように、ハーフデューティ充電パルスを用いて充電を行った場合、充電の初期においては、端子電圧と電池電圧との差がフルデューティ充電パルスの場合よりは小さい。従って、端子電圧から電池電圧や電池容量を推定するのが容易である。しかし、ハーフデューティ充電パルスを用いると、フルデューティ充電パルスを用いる場合よりも、二次電池が十分な電池容量まで充電されるのに要する時間が長くなってしまう。
【００２２】
そこで、本実施形態においては、充電開始から約４時間が経過するまでの充電前半期間は、ハーフデューティ充電パルスを用いて充電を行う。そして、充電開始から約４時間経過後、約１２時間経過までの充電後半期間は、フルデューティ充電パルスを用いて充電を行う。
【００２３】
［３］ ステーション１００および電子時計２００の構成
次に、本実施形態におけるステーション１００および電子時計２００の構成について説明する。
【００２４】
図５は、本実施形態におけるステーション１００の構成を示すブロック図である。図５において、発振回路１４０は、各部の動作を同期させるためのクロック信号ＣＬＫを出力する回路である。ステーション側コイル１１０は、電子時計２００側から送られてくる信号を受信するアンテナとしての役割を担っている。また、ステーション側コイル１１０は、電子時計２００内の二次電池２２０の充電を行う場合に、バースト状の交流磁界を断続的に発生する役割を担っている。このバースト状の交流磁界は、電子時計２００内において上述のフルデューティ充電パルスまたはハーフデューティ充電パルスとなるものである。
【００２５】
ステーション側コイル１１０の一方の端子は、電源電圧Ｖｃｃに固定され、その他方の端子Ｄは、トランジスタ１５３のドレインに接続されている。このトランジスタ１５３のソースは接地されており、ゲートは、アンドゲート１５２の出力と接続されている。このアンドゲート１５２の一方の入力端には、クロック信号ＣＬＫが供給され、他方の入力端には充電・転送切換器１７０から信号ｅが供給される。充電・転送切換器１７０は、この信号ｅのレベル切換を行う。なお、この信号ｅのレベル切換の詳細については後述する。
【００２６】
トランジスタ１５３のゲートには、信号ｅがＨレベルである期間、アンドゲート１５２を介してクロック信号ＣＬＫが供給され、ドレイン−ソース間のＯＮ／ＯＦＦ切換が行われる。このため、ステーション側コイル１１０には、電源電圧Ｖｃｃをクロック信号ＣＬＫでスイッチングしたパルス信号が印加される。したがって、信号ｅがＨレベルである期間、ステーション側コイル１１０は、バースト状の交流磁界を発生する。
【００２７】
電子時計２００では、この交流磁界によって時計側コイル２１０に誘起される信号が整流され、上述したフルデューティ充電パルスまたはハーフデューティ充電パルスとして、二次電池２２０に与えられる。
【００２８】
一方、信号ｅがＬレベルである期間においては、アンドゲート１５２の出力信号はＬレベルに固定され、トランジスタ１５３はＯＦＦ状態を継続する。このため、ステーション側コイル１１０から電子時計２００への交流磁界の供給は行われず、電子時計２００の二次電池２２０の充電も行われない。この充電が行われない期間、電子時計２００は、ステーション１００宛てのデータ信号によって変調された交流磁界を出力することができる。このとき、ステーション側コイル１１０は、一端が電源電圧Ｖｃｃに固定され、他端Ｄがフローティング状態であるため、時計側コイル２１０に交流磁界が与えられると、ステーション側コイル１１０の端子Ｄには、信号Ｓ２が誘起される。受信回路１５４は、クロック信号ＣＬＫを用いて、この信号Ｓ２からデータ信号Ｓ３を復調する。また、デコーダ１５５は、信号ｅがＬレベルである期間、受信回路１５４によって復調されたデータ信号から、コマンドｃｏｍ１、ｃｏｍ２およびｃｏｍ３などの電子時計２００からのコマンドを復号する。
【００２９】
ここで、コマンドｃｏｍ１は、二次電池２２０の電池容量が飽和しておらず、さらに充電の余地があるときに電子時計２００から送られてくるコマンドである。このコマンドｃｏｍ１は、オアゲート１５６の第１入力端と充電・転送切換器１７０に供給される。コマンドｃｏｍ２は、ハーフデューティ充電からフルデューティ充電への切換を指令するコマンドである。このコマンドｃｏｍ２は、充電・転送切換器１７０に供給される。コマンドｃｏｍ３は、二次電池２２０が十分に充電され、その容量が飽和しており、もはや充電の余地がない状態（以下、フル充電状態という）になったときに電子時計２００から送られてくるコマンドである。このコマンドｃｏｍ３は、オアゲート１５６の第２入力端とオアゲート１５７の第３入力端に供給される。
【００３０】
充電開始ボタン１０３１および転送開始ボタン１０３２は、ユーザによって押下されると、それぞれ１ショットのパルス信号を出力するボタンである。いずれのボタンから出力されるパルス信号も、オアゲート１０５を介し、パルス信号ＳＴＲとしてタイマ１４１および１４２に供給される。また、充電開始ボタン１０３１から出力されるパルス信号は、パルス信号ＣＳとして充電・転送切換器１７０に供給される。
【００３１】
タイマ１４１には、パルス信号ＳＴＲにより、プリセット値ｍが書き込まれる。以後、タイマ１４１は、プリセット値ｍをカウント値の初期値として、クロック信号ＣＬＫによるダウンカウントを行う。そして、タイマ１４１は、カウント値が「０」になるまでダウンカウントを行い、このカウント動作中には、Ｈレベルの信号ａを出力する。ここで、プリセット値ｍは、信号ａが例えば１２時間に亙ってＨレベルを維持するような値に設定されている。信号ａは、反転回路１４３によりレベル反転されて、オアゲート１５７の第２入力端と処理回路１３０とに供給される。
【００３２】
また、タイマ１４２には、パルス信号ＳＴＲにより、プリセット値ｎが書き込まれる。以後、タイマ１４２は、カウント値がプリセット値ｎから「０」になるまで、クロック信号ＣＬＫによるダウンカウントを行う。このカウント動作中、タイマ１４２は、Ｈレベルの信号ｂを出力する。ここで、プリセット値ｎは、ｍよりも十分に小さく設定されており、信号ｂのＨレベル期間が、例えば３０分となるような値に設定されている。
【００３３】
コマンド検出器１６０は、パルス信号ＳＴＲが出力された後、信号ｂがＨレベルを維持している期間、オアゲート１５６を介してデコーダ１５５の出力信号を監視する。そして、この期間が終了するまでにデコーダ１５５からコマンドｃｏｍ１あるいはｃｏｍ３が出力されなかった場合、Ｈレベルの信号ｄを出力する。この信号ｄは、オアゲート１５７の第１入力端と処理回路１３０とに供給される。
【００３４】
充電・転送切換器１７０は、オアゲート１０５からパルス信号ＳＴＲが出力されたとき、パルス信号ＣＳが出力されているか否かを判定する。そして、パルス信号ＳＴＲとともにパルス信号ＣＳが出力されている場合、充電・転送切換器１７０は、充電開始ボタン１０３１の押下により充電の指示が与えられたと解し、以下説明する充電制御処理を開始する。ただし、以下の充電制御処理は、オアゲート１５７の出力信号ＯＦＦがＬレベルであることを条件として行われる。
【００３５】
まず、充電・転送切換器１７０は、図６に示すように６０秒の周期と５０％のデューティ比を有するハーフデューティ充電指令信号ＳＨＡＬＦを生成し、これを信号ｅとして出力する。
【００３６】
次に、デコーダ１５５からコマンドｃｏｍ２が出力されると、充電・転送切換器１７０は、図７に示すように５９０秒間のＨレベル期間と１０秒のＬレベル期間とを交互に繰り返すデューティ比が９８．３％のフルデューティ充電指令信号ＳＦＵＬＬを生成し、信号ｅとして出力する。
【００３７】
一方、オアゲート１５７の出力信号ＯＦＦがＨレベルである場合、充電・転送切換器１７０は、信号ｅをＬレベルに固定し、ステーション側コイル１１０による交流磁界の発生を禁止する。ここで、どのような場合に信号ＯＦＦがＨレベルになって交流磁界の発生が禁止されるのか、また、何故そのような場合に交流磁界の発生を禁止するのかについて説明する。
【００３８】
まず、交流磁界の発生が禁止される場合として、電子時計２００がステーション１００に完全に収容されておらず、ステーション側コイル１１０と時計側コイル２１０とが対向していないような場合が考えられる。このような場合、ステーション１００と電子時計２００とを結ぶ通信リンクがない。このため、充電開始ボタン１０３１または転送開始ボタン１０３２が押下されたとしても、ステーション１００に電子時計２００からコマンドｃｏｍ１やｃｏｍ３が届くことなく、タイマ１４２のダウンカウントが終了し、コマンド検出器１６０からＨレベルの信号ｄが出力される。この結果、信号ＯＦＦがＨレベルとなるのである。
【００３９】
このように信号ｄがＨレベルとなる場合にステーション側コイル１１０による交流磁界の発生を禁止するのは、ステーション側コイル１１０と時計側コイル２１０とが対向していない状態では、ステーション側コイル１１０から交流磁界を発生したとしても、時計側コイル２１０に交流電圧が誘起されず、無駄に電力を消費するだけだからである。
【００４０】
タイマ１４２を用いた計時により、コマンドｃｏｍ１やｃｏｍ３の受信を３０分待ってから交流磁界の発生を禁止する措置を採っているのは、ステーション１００に収容された電子時計２００の二次電池２２０の残りの電池容量が空に近いような状況を配慮したものである。すなわち、このような場合、ステーション１００に収容された電子時計２００は、二次電池２２０の電池容量が空に近いので、たとえステーション側コイル１１０と時計側コイル２１０とが対向していたとしても、ステーション１００にコマンドを送ることができない。しかし、充電を３０分も行えば、二次電池２２０の電池容量は、電子時計２００からステーション１００にコマンドを送るのに十分な電池容量に達すると考えられる。そこで、本実施形態では、タイマ１４２により３０分の計時を行いながらコマンドｃｏｍ１やｃｏｍ３の受信を監視し、３０分待ってもコマンドｃｏｍ１またはｃｏｍ３が受信されないときには、ステーション側コイル１１０と時計側コイル２１０とが対向していないとみなし、ステーション側コイル１１０による交流磁界の発生を禁止しているのである。
【００４１】
この他、交流磁界の発生が禁止される場合として、充電開始ボタン１０３１の押下により充電開始の指示がなされた後、タイマ１４１による１２時間の計時が終了し、信号ａがＬレベルになった場合が挙げられる。このように１２時間を以てステーション側コイル１１０による交流磁界の発生を停止するのは、一般に１２時間も充電を行えば、二次電池２２０はフル充電状態になり、それ以上の時間に及ぶ充電は、二次電池２２０の劣化の原因になるからである。ただし、これには例外がある。すなわち、たとえ信号ａがＬレベルになったとしても、デコーダ１５５からコマンドｃｏｍ１が出力され続ける限り、充電・転送切換器１７０は、フルデューティ充電指令信号ＳＦＵＬＬを生成し、信号ｅとして出力する。二次電池２２０の容量が十分でない旨のコマンドｃｏｍ１が送られてきている以上は、たとえ充電時間が１２時間を越えたとしても、充電を停止することはできないからである。
【００４２】
この他、デコーダ１５５からコマンドｃｏｍ３が出力され、信号ＯＦＦがＨレベルになった場合には、交流磁界の発生が禁止される。充電終了を指示するコマンドｃｏｍ３が電子時計２００から送られてきているのに充電を続行すると、二次電池２２０の劣化を招くからである。
以上が本実施形態におけるステーション１００の詳細である。
【００４３】
図８は、本実施形態における電子時計２００の構成を示すブロック図である。図８において、時計側コイル２１０は、制御回路２３０による制御の下、コマンドやデータによって変調された信号をステーション１００に送信する役割と、ステーション１００から与えられる交流磁界に応じた交流電圧を発生する役割とを担っている。
【００４４】
送信回路２５０、抵抗２５１およびトランジスタ２５２は、時計側コイル２１０による信号の送信を行う送信部を構成している。ここで、トランジスタ２５２は、エミッタが二次電池２２０の正側端子に接続され、コレクタが時計側コイル２１０を介して接地されている。送信回路２５０は、制御回路２３０からステーション１００宛てのコマンドやデータが与えられたとき、このコマンドやデータを一連のビットからなるシリアルデータに変換する。そして、送信回路２５０は、送信すべきビットが例えばＬレベルであるときには、一定の周波数と持続時間を有する交流ベース電流をトランジスタ２５２に流し、送信すべきビットがＨレベルであるときには一定時間に亙ってトランジスタ２５２に対するベース電流の供給を断つ。この結果、ステーション１００宛てのシリアルデータによって変調された交流磁界が時計側コイル２１０によって発生される。時計側コイル２１０による信号の送信を行わないとき、送信回路２５０は、トランジスタ２５２に対するベース電流を断ち、トランジスタ２５２をＯＦＦ状態に維持する。
【００４５】
次に、時計側コイル２１０によりステーション１００から交流磁界を受け取り、これから得られる電気エネルギにより二次電池２２０の充電を行うための回路構成について説明する。
【００４６】
図８に示すように、時計側コイル２１０の一方の端子Ｐは、ダイオード２４５を介して二次電池２２０の正側端子に接続されている。また、時計側コイル２１０の他方の端子は、二次電池２２０の負側端子に接続されている。このため、ステーション側コイル１１０（図２参照）からバースト状の交流磁界が発生すると、その交流磁界により時計側コイル２１０の一方の端子Ｐにバースト状の交流電圧が誘起される。この交流電圧は、ダイオード２４５によって整流された後、充電パルスとして二次電池２２０に充電される。そして、二次電池２２０の電圧Ｖｃｃが、電子時計２００における各部の電源として用いられる。
【００４７】
充電期間検出回路２６１は、ダイオード２４５のカソードから得られる電圧に基づいて、端子Ｐに交流電圧が誘起されているか否かを検出し、交流電圧が誘起されている場合にはＨレベルの充電期間信号ＣＨＲを出力し、誘起されていない場合にはＬレベルの充電期間信号ＣＨＲを出力する。電圧検出回路２８１は、二次電池２２０における両端子間の電圧値Ｅｖを検出してディジタルデータとして出力する。
【００４８】
本実施形態における電子時計２００は、二次電池２２０の内部抵抗を求めるための回路を有している。以下、これについて説明する。
【００４９】
まず、二次電池２２０の正側端子には、抵抗値Ｒの放電用抵抗３０１の一端が接続され、この抵抗３０１の他端はトランジスタ３０２のコレクタに接続され、トランジスタ３０２のエミッタは二次電池２２０の負側端子に接続されている。トランジスタ３０２がオン状態であるとき、トランジスタ３０２および抵抗３０１は、二次電池２２０の放電路を形成する。
【００５０】
次に、放電抵抗スイッチング回路３０３は、制御回路２３０の制御下で、トランジスタ３０２のＯＮ／ＯＦＦ切換およびレジスタ２８２、２８３に対するデータ書き込みを行うための信号ＤＴＣを出力する回路である。さらに詳述すると、制御回路２３０は、充電期間信号ＣＨＲがＨレベルからＬレベルに変化してから所定時間経過したとき、放電抵抗スイッチング回路３０３に指令を送り、信号ＤＴＣをＨレベルに立ち上げる。この信号ＤＴＣの立ち上がりエッジにより、その時点における二次電池２２０の電圧値Ｅｖｄを表す電圧検出回路２８１の出力データがレジスタ２８３に書き込まれる。
【００５１】
また、信号ＤＴＣがＨレベルになると、トランジスタ３０２がＯＮ状態となり、放電用抵抗３０１が二次電池２２０に並列に接続され、放電路が形成される。そして、制御回路２３０は、このようにして二次電池２２０の放電路が形成されてから所定時間が経過したとき、放電抵抗スイッチング回路３０３に指令を送り、信号ＤＴＣをＬレベルに立ち下げる。この信号ＤＴＣの立ち下がりエッジにより、その時点における電圧検出回路２８１の出力データがレジスタ２８２に書き込まれる。
【００５２】
以上のように、充電が行われていない期間を利用して、二次電池２２０の開放時の端子電圧値Ｅｖｄと、放電用抵抗３０１が並列接続された状態における二次電池２２０の端子電圧の電圧値Ｅｖｒが求められ、前者がレジスタ２８３に、後者がレジスタ２８２に保持される。
【００５３】
減算器２８４は、レジスタ２８３に保持された電圧値Ｅｖｄからレジスタ２８２に保持された電圧値Ｅｖｒを減算し、結果ΔＥｖを出力する。このΔＥｖは、二次電池２２０の内部抵抗による電圧降下に相当するものである。
【００５４】
また、内部抵抗算出回路３０５は、減算器２８４の出力データΔＥｖ、レジスタ２８２の出力データである電圧値Ｅｖｒ及び放電用抵抗３０１の抵抗値Ｒに基づいて次式により二次電池２２０の内部抵抗の抵抗値Ｒｅを算出する。
【００５５】
内部抵抗算出回路３０５は、二次電池２２０の内部抵抗の大小のクラス分けのためのテーブルを有しており、得られた内部抵抗の抵抗値Ｒｅがいずれのクラスに属するかを判定し、そのクラスを示す信号を変換テーブル部２８５に供給する。
以上が本実施形態における二次電池２２０の内部抵抗を求める回路の詳細である。
【００５６】
変換テーブル部２８５は、以下に列挙する変換テーブルを備えている。
変換テーブルＴＡ：これは、充電が行われていない時あるいは通常使用時における二次電池２２０の端子電圧値Ｅｖを電池容量Ｆまたはこれに対応した電池電圧値に変換するための変換テーブルである。
変換テーブルＴＢ：これは、ハーフデューティ充電パルスによる充電が行われているときの二次電池２２０の端子電圧値Ｅｖを電池容量Ｆまたはこれに対応した電池電圧値に変換するための変換テーブルである。
変換テーブルＴＣ：これは、フルデューティ充電パルスによる充電が行われているときの二次電池２２０の端子電圧値Ｅｖを電池容量Ｆまたはこれに対応した電池電圧値に変換するための変換テーブルである。
【００５７】
ところで、二次電池が劣化して内部抵抗が上昇するのに従って、二次電池の端子電圧値Ｅｖと電池容量Ｆまたは電池電圧値との関係は変化してゆく。そこで、本実施形態における変換テーブル部２８５には、上記の変換テーブルＴＡ、ＴＢおよびＴＣとして、内部抵抗の各クラスに対応したものが設けられている。
【００５８】
そして、変換テーブル部２８５には、変換テーブルＴＡ、ＴＢ、ＴＣのうちの１種類を指定する信号ＳＥＬＴが制御回路２３０から与えられる。変換テーブル部２８５は、内部抵抗算出回路３０５によって指定された内部抵抗のクラスに対応し、かつ、信号ＳＥＬＴによって指定された種類の変換テーブルを制御回路２３０に提供する。
【００５９】
制御回路２３０は、一時記憶メモリや演算ユニットなどを備える一種の中央処理制御装置である。この制御回路２３０によって行われる制御のうち主要なものを挙げると次の通りである。まず、制御回路２３０は、電子時計２００に時計としての機能を営ませるための制御、具体的には計時のための制御および表示部２０４による現在時刻の表示制御を行う。また、入力部２０３によりユーザからの指示が入力された場合にはその指示に対応した制御を行う。さらに制御回路２３０は、二次電池２２０の電池容量を求めてその表示を行うための制御を適当な時間間隔を空けて定期的に行う。この制御の態様は、非充電時または通常使用時と充電時とで異なる。また、制御回路２３０は、充電時、ステーション１００に対して充電の制御のための指令を送信する制御を適当な時間間隔で定期的に行う。なお、制御回路２３０が行うこれらの制御の内容については、説明の重複を避けるため、本実施形態の動作説明において詳細を明らかにする。
【００６０】
［４］ 本実施形態の動作
次に、本実施形態の動作について説明する。
まず、非充電時または通常動作時における電子時計２００の動作について説明する。まず、制御回路２３０は、電池容量または電池電圧値の表示を行うべきとき、非充電時または通常動作時に対応した変換テーブル群ＴＡを指定する選択信号ＳＥＬＴを変換テーブル部２８５に送る。この選択信号ＳＥＬＴと、内部抵抗算出回路３０５から出力される内部抵抗のクラスを示す信号とにより、変換テーブル群ＴＡの中の１つが特定される。そして、この特定された変換テーブルＴＡにより、電圧検出回路２８１から得られる二次電池２２０の端子電圧値Ｅｖが、電池容量Ｆまたはこれに対応した電池電圧値に変換される。制御回路２３０は、この変換テーブルＴＡにより得られた電池容量Ｆまたは電池電圧値を表示部２０４に表示する。
【００６１】
次に充電時における電子時計２００およびステーション１００の動作を説明する。まず、ユーザは、電子時計２００をステーション１００の凹部１０１に収容させる。これにより、ステーション側コイル１１０と時計側コイル２１０とは、図２に示したように互いに対向するため、電磁的に結合した状態となる。
【００６２】
この後、ユーザによって充電開始ボタン１０３１が押下されると、図５に示すパルス信号ＳＴＲが発生し、タイマ１４１およびタイマ１４２がカウント動作を開始する。また、パルス信号ＳＴＲによって、充電・転送切換器１７０は、ハーフデューティ充電指令信号ＳＨＡＬＦを信号ｅとして出力する。この信号ｅは、図６に示すように３０秒のＨレベル期間と３０秒のＬレベル期間を交互に繰り返す。信号ｅがＨレベルである期間は、トランジスタ１５３のスイッチングが行われ、ステーション側コイル１１０からバースト状の交流磁界が断続的に発生される。
【００６３】
この交流磁界の発生により、電子時計２００側においては、時計側コイル２１０に交流電圧が誘起され、ダイオード２４５によって整流される。この結果得られるハーフデューティ充電パルスが二次電池２２０に与えられ、二次電池２２０の充電が行われる。
【００６４】
また、充電期間検出回路２６１は、ダイオード２４５を介して、時計側コイル２１０に交流電圧の誘起されているか否かを監視し、交流電圧が誘起されている期間は充電期間信号ＣＨＲをＨレベルとし、交流電圧が誘起されていない期間は充電期間信号ＣＨＲをＬレベルとする。
【００６５】
このような充電期間信号ＣＨＲのＨ／Ｌレベル切換が始まると、制御回路２３０は、二次電池２２０の充電が開始されたことを検知し、元々有している時計機能により充電開始時刻を求め、制御回路２３０に内蔵されるメモリに記録する。
【００６６】
そして、充電開始から４時間が経過するまでの間、制御回路２３０は、適当な時間間隔で定期的に、電池容量Ｆまたは電池電圧値を求めて表示部２０４に表示する。すなわち、次の通りである。
【００６７】
まず、制御回路２３０は、ハーフデューティ充電に対応した変換テーブル群ＴＢを指定する選択信号ＳＥＬＴを変換テーブル部２８５に送る。この選択信号ＳＥＬＴと、内部抵抗算出回路３０５から出力される内部抵抗のクラスを示す信号とにより、変換テーブル群ＴＢの中の１つが特定される。
【００６８】
そして、この特定された変換テーブルＴＢにより、電圧検出回路２８１から得られる二次電池２２０の端子電圧値Ｅｖが、電池容量Ｆまたはこれに対応した電池電圧値に変換される。制御回路２３０は、この変換テーブルＴＢにより得られた電池容量Ｆまたは電池電圧値を表示部２０４に表示する。
以上の動作が充電開始から４時間が経過するまで定期的に繰り返されるのである。
【００６９】
そして、充電開始から４時間が経過すると、制御回路２３０は、充電期間信号ＣＨＲがＬレベルである期間、すなわち、ステーション側コイル１１０がバースト状の交流磁界を発生しない期間内において、コマンドｃｏｍ２のデータビットを送信回路２５０に送り、このデータビットによって変調された交流磁界を時計側コイル２１０から出力する。
【００７０】
ステーション１００では、この交流磁界により交流電圧がステーション側コイル１１０に誘起される。そして、受信回路１５４によりこの交流電圧からコマンドｃｏｍ２のデータビットが復調され、デコーダ１５５によりコマンドｃｏｍ２が出力される。
【００７１】
充電・転送切換器１７０は、このコマンドｃｏｍ２を受け取ると、それまで出力していたハーフデューティ充電指示信号ＳＨＡＬＦに代えて、フルデューティ充電指令信号ＳＦＵＬＬを信号ｅとして出力する。この信号ｅは、図７に示すように５９０秒のＨレベル期間と１０秒のＬレベル期間を交互に繰り返す。この信号ｅがＨレベルである期間だけトランジスタ１５３のスイッチングが行われる。この結果、ステーション側コイル１１０により、バースト状の交流磁界が断続的に発生される。
【００７２】
電子時計２００では、このバースト状の交流磁界の発生により、フルデューティ充電パルスが生成され、これにより二次電池２２０の充電が行われる。
そして、制御回路２３０は、適当な時間間隔で定期的に、電池容量Ｆまたは電池電圧値を求めて表示部２０４に表示する。ただし、この場合、制御回路２３０は、フルデューティ充電に対応した変換テーブル群ＴＣを指定する選択信号ＳＥＬＴを変換テーブル部２８５に送る。この選択信号ＳＥＬＴと、内部抵抗算出回路３０５から出力される内部抵抗のクラスを示す信号とにより、変換テーブル群ＴＣの中の１つが特定される。そして、この特定された変換テーブルＴＣにより、電圧検出回路２８１から得られる二次電池２２０の端子電圧値Ｅｖが、電池容量Ｆまたはこれに対応した電池電圧値に変換される。制御回路２３０は、この変換テーブルＴＣにより得られた電池容量Ｆまたは電池電圧値を表示部２０４に表示する。
【００７３】
以上のようにして充電および電池容量などの表示動作が行われる間、制御回路２３０は、電池容量Ｆまたは電池電圧値を監視し続ける。そして、制御回路２３０は、二次電池２２０がフル充電状態に至ったと判定した場合に、充電期間信号ＣＨＲがＬレベルである期間を利用して、コマンドｃｏｍ３のデータビットを送信回路２５０に送り、このデータビットによって変調された交流磁界を時計側コイル２１０から出力する。この結果、ステーション１００では、デコーダ１５５からコマンドｃｏｍ３が出力され、信号ＯＦＦがＨレベルとなる。
【００７４】
充電・転送切換器１７０は、このＨレベルの信号ＯＦＦを受け取ると、信号ｅをＬレベルとし、ステーション側コイル１１０による交流磁界の発生を停止する。これにより電子時計２００の二次電池２２０の充電が終了する。
【００７５】
さて、充電開始から１２時間が経過すると、ステーション１００ではタイマ１４１のカウント動作は終了する。しかし、そのカウント動作終了時刻になっても二次電池２２０がフル充電状態に至らない場合がある。そのような場合に対処するため、本実施形態における電子時計２００の制御回路２３０は、充電開始から１２時間経過したときにコマンドｃｏｍ１をステーション１００に送る。ステーション１００では、このコマンドｃｏｍ１がデコーダ１５５から出力される。この場合、充電・転送切換器１７０は、タイマ１４１のカウント動作が終了し、信号ＯＦＦがＨレベルになっていたとしても、フルデューティ充電指令信号ＳＦＵＬＬを信号ｅとして出力し、フルデューティ充電を続行する。
【００７６】
また、例えば二次電池２２０がフル充電状態になる前に、ユーザが電子時計２００をステーション１００から取り外す場合もある。この場合、ステーション１００では、いつまで待ってもコマンドｃｏｍ３が受信されない。しかしながら、充電開始から１２時間が経過すると、タイマ１４１のカウント動作が終了し、信号ＯＦＦがＨレベルになる。これにより充電・転送切換器１７０は、信号ｅをＬレベルに固定し、充電のための交流磁界の発生を停止する。
【００７７】
図９は、以上説明した本実施形態の動作をまとめた表である。
この表の最も左の欄には、非充電時または通常動作時における端子電圧が６種類記載されるとともに、各端子電圧に対応した電池容量がカッコ書きで付されている。その右隣りの欄には、左の端子電圧値Ｅｖに対応した数値で表したレベルが記載されている。非充電時または通常動作時には、以上挙げた端子電圧値Ｅｖと電池容量Ｆまたは電池電圧値との対応テーブル（上述した変換テーブルＴＡ）を使用して、端子電圧Ｅｖから電池容量Ｆまたは電池電圧値が推定される。そして、その推定結果が電池の残量を視覚的に表現したアイコンにより表示される。表における第３欄目がこのようにして電子時計２００の表示部２０４に表示されるアイコンである。また、このアイコンの他に、例えば端子電圧値Ｅｖが「１５」であるときには「あと２２日間使用可能です」、端子電圧値Ｅｖが「１２」になると「あと１４日間使用可能です」という具合に、二次電池２２０の充電を行うことなく電子時計２００の使用をすることが可能な日数が表示部２０４に表示される。
【００７８】
一方、ハーフデューティ充電またはフルデューティ充電が行われているときには、それ専用の対応テーブル（上述した変換テーブルＴＢまたはＴＣ）を使用して、端子電圧値Ｅｖから電池容量Ｆまたは電池電圧値が推定され、その推定結果がアイコンにより表示される。この場合、電池容量Ｆなどの推定に使用するテーブルが非充電時または通常動作時のものと異なるので、同一端子電圧値Ｅｖであっても、残量表示のためのアイコンとして異なったものが表示される。図９では、その違いを明らかにするために、４種類のアイコンに符号ＳＢ１〜ＳＢ４を付した。
【００７９】
［５］ 本実施形態の変形例
上記実施形態においては、充電開始から４時間経過したときに、電子時計２００の制御回路２３０からステーション１００にハーフデューティ充電からフルデューティ充電への切換を要請するコマンドｃｏｍ２を送信した。しかし、このように設定時間により充電方法の切換を行うのでなく、二次電池２２０の電池容量Ｆまたは端子電圧値Ｅｖが予め設定した値に至ったときに、制御回路からステーションにコマンドｃｏｍ２を送信してもよい。
【００８０】
また、入力部１０３の操作により、充電開始から４時間経過後にコマンドｃｏｍ２を送信するモードと、電池容量Ｆまたは端子電圧値Ｅｖが所定値になったときにコマンドｃｏｍ２を送信するモードのうち所望のモードを選択し得るように電子時計２００を構成してもよい。
【００８１】
上記実施形態においては、充電信号のデューティ比を２段階に変更する場合であったが、３段階以上に変更するように構成することも可能である。
この場合においては、電池容量Ｆを推定するための変換テーブルについても３種類以上設けるように構成すればよい。
【００８２】
上記実施形態においては、充電機器としてステーション１００を、被充電機器として電子時計２００を例にとって説明したが、本発明は、充電可能な全ての電子機器とその充電器に適用可能である。例えば、電動歯ブラシや、電動ひげ剃り、コードレス電話、携帯電話、パーソナルハンディフォン、モバイルパソコン、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ：個人向情報端末）などの二次電池を備える被充電機器と、その充電機器とに適用可能である。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、非充電時および充電時の各々において正確に電池容量または電池電圧を推定することができる。また、この発明によれば、この推定結果を利用して適切な充電制御をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるステーションおよび電子時計の構成を示す平面図である。
【図２】ステーションおよび電子時計の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の同実施形態において行われるフルデューティ充電を説明する図である。
【図４】同実施形態において行われるハーフデューティ充電を説明する図である。
【図５】同実施形態にかかるステーションの構成を示すブロック図である。
【図６】同実施形態におけるハーフデューティ充電指令信号の波形を示す図である。
【図７】同実施形態におけるフルデューティ充電指令信号の波形を示す図である。
【図８】同実施形態における電子時計の構成を示すブロック図である。
【図９】同実施形態の動作を説明する図である。
【符号の説明】
２００……電子時計、２１０……時計側コイル、２２０……二次電池、
２３０……制御回路、２８５……変換テーブル部、２５０……送信回路、
１５４……受信回路、２８１……電圧検出回路、
３０３……放電抵抗スイッチング回路、２８２，２８３……レジスタ、
２８４……減算器、３０５……内部抵抗算出回路。
【発明の属する技術分野】
本発明は、充電可能な二次電池を備えた電子機器に係り、特に二次電池の充電状態の表示制御および二次電池の充電制御のための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子時計などの電子機器には、内蔵の二次電池の電池容量または電池電圧を表示する機能を備えたものがある。この種の電子時計では、通常使用時を想定して予め用意された二次電池の端子電圧と電池容量または電池電圧との対応テーブルを使用し、端子電圧の測定結果から電池容量または電池電圧を推定し、その表示を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の電子機器を充電用のステーションに収容して、二次電池の充電を行う場合、電子機器の表示部には充電中の二次電池の電池容量または電池電圧が表示される。従って、ユーザとしては、その表示により二次電池が所望の電池容量または電池電圧に充電されたか否かを確認し、適当なところで充電を終了させたいところである。
【０００４】
しかしながら、充電時においては充電電流によって生じる二次電池の内部抵抗による電圧降下分だけ二次電池の端子電圧が増加するため、この端子電圧から上記対応テーブルにより推定された電池容量または電池電圧は不正確なものになってしまう。
【０００５】
従って、電子機器の表示部の表示により電池容量または電池電圧が十分にあると判断し、電子機器をステーションから取り外したユーザが、その期待を裏切られ、比較的短時間のうちに再度充電を行う羽目になることもある。
【０００６】
一方、充電は二次電池の電池容量が所望の電池容量に達するまで行われれば十分である。それ以上の長時間の充電は不要な電力の消費であり、不経済である。さらに、定格容量以上の充電が行われると、二次電池に液漏れ等が発生するとともに、二次電池の劣化を招くおそれすらある。したがって、二次電池の充電を行う場合には、二次電池の電池容量に応じて、充電制御を行うことが望ましい。しかしながら、上述したように充電時には、二次電池の電池電圧を推定しても正確な推定値が得られないので、このような充電制御を行うことはできなかった。
【０００７】
この発明の目的は、このような問題を解決し、二次電池の電池容量を簡易な構成によって推定し、充電の制御を行うことにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、この発明は、充電器から周期的かつ断続的に電気エネルギを受け取って二次電池の充電を行う充電部と、前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、非充電時における前記二次電池の端子電圧と前記二次電池の電池容量または電池電圧との関係を表す第１のデータテーブルを記憶するとともに、充電時における前記二次電池の端子電圧と前記二次電池の電池容量または電池電圧との関係を表す第２のデータテーブルとして、前記充電の周期に対する充電時間のデューティ比に対応した複数のデータテーブルを記憶する記憶部と、非充電時においては、前記第１のデータテーブルを用いて前記電圧検出部により検出された端子電圧から前記二次電池の電池容量または電池電圧を推定し、充電時においては、所定の条件が満たされたときに、前記デューティ比の切り換えを要求するコマンドを前記充電器に送信するとともに、前記第２のデータテーブルのうち現在行われている充電のデューティ比に対応したデータテーブルを用いて前記電圧検出部により検出された電圧から前記二次電池の電池容量または電池電圧を推定する制御部とを具備することを特徴とする電子機器を提供する。
かかる電子機器によれば、非充電時および充電時の各々において正確に電池容量または電池電圧を推定することができる。
好ましい態様において、この電子機器は、表示部を有し、前記制御部は、前記電池容量または電池電圧の推定結果を前記表示部に表示する。
この場合において、前記表示部は、前記電池容量または電池電圧の推定結果の表示の代わりに、またはこれにさらに追加して、前記電池容量または電池電圧の推定結果に基づいて当該電子機器の使用可能日数を求め、前記表示部に表示してもよい。
好ましい態様において、前記制御部は、前記二次電池の充電が開始されてからの経過時間が所定時間に達したときに現在よりも高いデューティ比への切り換えを要求するコマンドを送信する。
若しくは前記制御部は、前記二次電池の端子電圧または電池容量の推定値が所定値に達したときに現在よりも高いデューティ比への切り換えを要求するコマンドを送信する。
好ましい態様において、前記制御部は、前記二次電池の電池容量または電池電圧が所定値に達したときに充電の停止を要求するコマンドを送信する。
以上掲げた諸態様において次のような改良を行ってもよい。すなわち、電子機器には、前記二次電池の内部抵抗を測定する内部抵抗測定部を設ける。また、前記記憶部には、前記第１のデータテーブルおよび第２のデータテーブルとして、複数の異なった内部抵抗に対応した複数のデータテーブルを各々記憶させる。そして、前記制御部は、前記内部抵抗測定部により測定された前記二次電池の内部抵抗に対応した第１のデータテーブルまたは第２のデータテーブルを用いて、前記二次電池の電池容量を推定するのである。
ここで、前記内部抵抗測定部は、例えば前記二次電池の開放電圧と、前記二次電池に所定の負荷を接続したときの電圧とに基づいて前記内部抵抗を算出する。
また、この発明は、充電器から周期的かつ断続的に電気エネルギを受け取って二次電池の充電を行う充電部と、前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、記憶部と、表示部とを具備する電子機器の制御方法において、非充電時における前記二次電池の端子電圧と前記二次電池の電池容量または電池電圧との関係を表す第１のデータテーブルを前記記憶部に予め記憶させるとともに、充電時における前記二次電池の端子電圧と前記二次電池の電池容量または電池電圧との関係を表す第２のデータテーブルとして、前記充電の周期に対する充電時間のデューティ比に対応した複数のデータテーブルを前記記憶部に予め記憶させ、非充電時においては、前記第１のデータテーブルを用いて前記電圧検出部により検出された端子電圧から前記二次電池の電池容量または電池電圧を推定し、充電時においては、所定の条件が満たされたときに、前記デューティ比の切り換えを要求するコマンドを前記充電器に送信するとともに、前記第２のデータテーブルのうち現在行われている充電のデューティ比に対応したデータテーブルを用いて前記電圧検出部により検出された電圧から前記二次電池の電池容量または電池電圧を推定し、この推定結果を前記表示部により表示することを特徴とする電子機器の制御方法を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
【００１０】
［１］ 機械的構成
図１はこの発明の一実施形態にかかる電子時計とステーションの構成を示す平面図である。図１において、電子時計２００は、腕時計型の電子機器であり、電源として二次電池を内蔵しており、この二次電池からの電源供給を受け、時計としての機能と情報処理装置としての機能を営むことができる。更に詳述すると、この電子時計２００は、通常の使用状態ではユーザの腕に装着されて、表示部２０４により日付時刻等を表示する一方、図示しないセンサ等によって、脈拍数や心拍数などの生体情報を一定時間毎に検出して記憶する情報処理を行う。ステーション１００は、この電子時計２００の二次電池への充電や電子時計２００とのデータ転送などを行うために用いられる装置である。このステーション１００は、電子時計２００の本体２０１およびバンド２０２よりも若干大きめな形状の凹部１０１を有している。電子時計２００は、その本体２０１およびバンド２０２が凹部１０１に収容された状態でステーション１００に固定される。また、ステーション１００には、充電の開始を指示するための充電開始ボタン１０３１や、データ転送の開始を指示するための転送開始ボタン１０３２などの各種入力部とともに、各種の表示を行うための表示部１０４が設けられている。
【００１１】
図２に、図１におけるＡ−Ａ線の断面図を示す。
図２に示すように、電子時計２００の本体２０１の下面は裏蓋２１２によって塞がれている。電子時計２００は、この裏蓋２１２を凹部１０１の底部に対向させた状態でステーション１００に固定される。本体２０１における裏蓋２１２の内側の空間には、回路基板２２１やこの回路基板２２１上の回路に電源電圧を供給する二次電池２２０が収納されている。裏蓋２１２には開口部があり、この開口部はカバーガラス２１１によって塞がれている。このカバーガラス２１１の内側の表面にはデータ転送や充電のための時計側コイル２１０が配置されている。
【００１２】
一方、ステーション１００の凹部１０１の底部には、充電開始ボタン１０３１、転送開始ボタン１０３２、表示部１０４、一次電源（図示省略）などと接続された回路基板１２１を収納した空室がある。この空室の天井に開口部があり、この開口部はカバーガラス１１１によって塞がれている。このカバーガラス１１１の内側には、ステーション側コイル１１０が固定されている。このステーション側コイル１１０は、ステーション１００側のカバーガラス１１１と電子時計２００のカバーガラス２１１とを介して、電子時計２００の本体２０１内部のコイル２１０と対向している。
【００１３】
このように、電子時計２００がステーション１００に収容された状態において、ステーション側コイル１１０と時計側コイル２１０とは、カバーガラス１１１、２１１により物理的には非接触である。しかしながら、コイル巻回面が略平行なので電磁的には結合した状態となる。
【００１４】
また、ステーション側コイル１１０および時計側コイル２１０とは、それぞれ時計機構部分の着磁を避ける理由や、時計側の重量増加を避ける理由、磁性金属の露出を避ける理由などにより、磁心を有さない空心型となっている。しかし、このようなことが問題とならない電子機器に適用する場合には、磁心を有するコイルを採用しても良い。もっとも、コイルに与える信号周波数が十分に高いのであれば、空心型で十分である。
【００１５】
［２］ 本実施形態における電池容量または電池電圧の表示のための制御方法および充電制御方法
本実施形態では、充電時における電池容量または電池電圧を正確に推定するため、非充電時または通常使用時を想定して用意された対応テーブルとは別に、充電時を想定して二次電池の端子電圧と電池容量または電池電圧との関係を示す対応テーブルを予め用意する。そして、電子時計では、非充電時または通常使用時には、これに対応して用意された対応テーブルが使用され、そのときの端子電圧から電池容量または電池電圧が推定される。一方、充電時には、これに対応して用意された充電時用の対応テーブルが使用され、そのときの端子電圧から電池容量または電池電圧が推定される。
【００１６】
また、本実施形態では、充電時における電池容量または電池電圧の推定を正確なものにするため、２種類の充電方法を併用して二次電池の充電を行う。以下、その原理について説明する。
【００１７】
図３は、デューティが１００％に近い電流パルスであるフルデューティ充電パルスを二次電池に与えることにより二次電池の充電を行ったときの端子電圧（単位：Ｖ）、電池電圧（単位：Ｖ）、電池容量（単位：ｍＡＨ）の時間的変化を示している。なお、図３において横軸は時間軸であり、右側の縦軸は端子電圧および電池電圧のスケールであり、左側の縦軸は電池容量のスケールである。
【００１８】
充電時には、充電電流が二次電池の内部抵抗に流れるので、二次電池の端子電圧は電池電圧よりも内部抵抗による電圧降下分だけ高くなる。図３に示すように、フルデューティ充電パルスにより充電を行った場合、端子電圧は初期値３．００Ｖから急激に上昇し、充電開始から約１時間で略一定電圧となる。一方、電池電圧は緩やかなカーブを描いて徐々に上昇する。二次電池の電池容量は、この電池電圧に追従するように緩やかなカーブを描いて上昇する。このように充電の初期においては端子電圧は実際の電池電圧と大きくかけ離れるが、充電開始から約１２時間後には、実際の電池電圧とほぼ等しくなる。
【００１９】
図４は、デューティが５０％の電流パルスであるハーフデューティ充電パルスを二次電池に与えることにより二次電池の充電を行ったときの端子電圧（単位：Ｖ）、電池電圧（単位：Ｖ）、電池容量（単位：ｍＡＨ）の時間的変化を示している。
【００２０】
図４に示すように、ハーフデューティ充電パルスを用いて充電を行った場合、フルデューティ充電パルスを用いて充電を行った場合と比較して、端子電圧の時間的変化は穏やかであり、端子電圧は充電開始から約４時間で略一定電圧となる。そして、電池電圧は、フルデューティ充電パルスを用いて充電を行った場合と同様、緩やかなカーブを描いて徐々に上昇する。二次電池の電池容量は、この電池電圧に追従するように緩やかなカーブを描いて上昇する。
【００２１】
このように、ハーフデューティ充電パルスを用いて充電を行った場合、充電の初期においては、端子電圧と電池電圧との差がフルデューティ充電パルスの場合よりは小さい。従って、端子電圧から電池電圧や電池容量を推定するのが容易である。しかし、ハーフデューティ充電パルスを用いると、フルデューティ充電パルスを用いる場合よりも、二次電池が十分な電池容量まで充電されるのに要する時間が長くなってしまう。
【００２２】
そこで、本実施形態においては、充電開始から約４時間が経過するまでの充電前半期間は、ハーフデューティ充電パルスを用いて充電を行う。そして、充電開始から約４時間経過後、約１２時間経過までの充電後半期間は、フルデューティ充電パルスを用いて充電を行う。
【００２３】
［３］ ステーション１００および電子時計２００の構成
次に、本実施形態におけるステーション１００および電子時計２００の構成について説明する。
【００２４】
図５は、本実施形態におけるステーション１００の構成を示すブロック図である。図５において、発振回路１４０は、各部の動作を同期させるためのクロック信号ＣＬＫを出力する回路である。ステーション側コイル１１０は、電子時計２００側から送られてくる信号を受信するアンテナとしての役割を担っている。また、ステーション側コイル１１０は、電子時計２００内の二次電池２２０の充電を行う場合に、バースト状の交流磁界を断続的に発生する役割を担っている。このバースト状の交流磁界は、電子時計２００内において上述のフルデューティ充電パルスまたはハーフデューティ充電パルスとなるものである。
【００２５】
ステーション側コイル１１０の一方の端子は、電源電圧Ｖｃｃに固定され、その他方の端子Ｄは、トランジスタ１５３のドレインに接続されている。このトランジスタ１５３のソースは接地されており、ゲートは、アンドゲート１５２の出力と接続されている。このアンドゲート１５２の一方の入力端には、クロック信号ＣＬＫが供給され、他方の入力端には充電・転送切換器１７０から信号ｅが供給される。充電・転送切換器１７０は、この信号ｅのレベル切換を行う。なお、この信号ｅのレベル切換の詳細については後述する。
【００２６】
トランジスタ１５３のゲートには、信号ｅがＨレベルである期間、アンドゲート１５２を介してクロック信号ＣＬＫが供給され、ドレイン−ソース間のＯＮ／ＯＦＦ切換が行われる。このため、ステーション側コイル１１０には、電源電圧Ｖｃｃをクロック信号ＣＬＫでスイッチングしたパルス信号が印加される。したがって、信号ｅがＨレベルである期間、ステーション側コイル１１０は、バースト状の交流磁界を発生する。
【００２７】
電子時計２００では、この交流磁界によって時計側コイル２１０に誘起される信号が整流され、上述したフルデューティ充電パルスまたはハーフデューティ充電パルスとして、二次電池２２０に与えられる。
【００２８】
一方、信号ｅがＬレベルである期間においては、アンドゲート１５２の出力信号はＬレベルに固定され、トランジスタ１５３はＯＦＦ状態を継続する。このため、ステーション側コイル１１０から電子時計２００への交流磁界の供給は行われず、電子時計２００の二次電池２２０の充電も行われない。この充電が行われない期間、電子時計２００は、ステーション１００宛てのデータ信号によって変調された交流磁界を出力することができる。このとき、ステーション側コイル１１０は、一端が電源電圧Ｖｃｃに固定され、他端Ｄがフローティング状態であるため、時計側コイル２１０に交流磁界が与えられると、ステーション側コイル１１０の端子Ｄには、信号Ｓ２が誘起される。受信回路１５４は、クロック信号ＣＬＫを用いて、この信号Ｓ２からデータ信号Ｓ３を復調する。また、デコーダ１５５は、信号ｅがＬレベルである期間、受信回路１５４によって復調されたデータ信号から、コマンドｃｏｍ１、ｃｏｍ２およびｃｏｍ３などの電子時計２００からのコマンドを復号する。
【００２９】
ここで、コマンドｃｏｍ１は、二次電池２２０の電池容量が飽和しておらず、さらに充電の余地があるときに電子時計２００から送られてくるコマンドである。このコマンドｃｏｍ１は、オアゲート１５６の第１入力端と充電・転送切換器１７０に供給される。コマンドｃｏｍ２は、ハーフデューティ充電からフルデューティ充電への切換を指令するコマンドである。このコマンドｃｏｍ２は、充電・転送切換器１７０に供給される。コマンドｃｏｍ３は、二次電池２２０が十分に充電され、その容量が飽和しており、もはや充電の余地がない状態（以下、フル充電状態という）になったときに電子時計２００から送られてくるコマンドである。このコマンドｃｏｍ３は、オアゲート１５６の第２入力端とオアゲート１５７の第３入力端に供給される。
【００３０】
充電開始ボタン１０３１および転送開始ボタン１０３２は、ユーザによって押下されると、それぞれ１ショットのパルス信号を出力するボタンである。いずれのボタンから出力されるパルス信号も、オアゲート１０５を介し、パルス信号ＳＴＲとしてタイマ１４１および１４２に供給される。また、充電開始ボタン１０３１から出力されるパルス信号は、パルス信号ＣＳとして充電・転送切換器１７０に供給される。
【００３１】
タイマ１４１には、パルス信号ＳＴＲにより、プリセット値ｍが書き込まれる。以後、タイマ１４１は、プリセット値ｍをカウント値の初期値として、クロック信号ＣＬＫによるダウンカウントを行う。そして、タイマ１４１は、カウント値が「０」になるまでダウンカウントを行い、このカウント動作中には、Ｈレベルの信号ａを出力する。ここで、プリセット値ｍは、信号ａが例えば１２時間に亙ってＨレベルを維持するような値に設定されている。信号ａは、反転回路１４３によりレベル反転されて、オアゲート１５７の第２入力端と処理回路１３０とに供給される。
【００３２】
また、タイマ１４２には、パルス信号ＳＴＲにより、プリセット値ｎが書き込まれる。以後、タイマ１４２は、カウント値がプリセット値ｎから「０」になるまで、クロック信号ＣＬＫによるダウンカウントを行う。このカウント動作中、タイマ１４２は、Ｈレベルの信号ｂを出力する。ここで、プリセット値ｎは、ｍよりも十分に小さく設定されており、信号ｂのＨレベル期間が、例えば３０分となるような値に設定されている。
【００３３】
コマンド検出器１６０は、パルス信号ＳＴＲが出力された後、信号ｂがＨレベルを維持している期間、オアゲート１５６を介してデコーダ１５５の出力信号を監視する。そして、この期間が終了するまでにデコーダ１５５からコマンドｃｏｍ１あるいはｃｏｍ３が出力されなかった場合、Ｈレベルの信号ｄを出力する。この信号ｄは、オアゲート１５７の第１入力端と処理回路１３０とに供給される。
【００３４】
充電・転送切換器１７０は、オアゲート１０５からパルス信号ＳＴＲが出力されたとき、パルス信号ＣＳが出力されているか否かを判定する。そして、パルス信号ＳＴＲとともにパルス信号ＣＳが出力されている場合、充電・転送切換器１７０は、充電開始ボタン１０３１の押下により充電の指示が与えられたと解し、以下説明する充電制御処理を開始する。ただし、以下の充電制御処理は、オアゲート１５７の出力信号ＯＦＦがＬレベルであることを条件として行われる。
【００３５】
まず、充電・転送切換器１７０は、図６に示すように６０秒の周期と５０％のデューティ比を有するハーフデューティ充電指令信号ＳＨＡＬＦを生成し、これを信号ｅとして出力する。
【００３６】
次に、デコーダ１５５からコマンドｃｏｍ２が出力されると、充電・転送切換器１７０は、図７に示すように５９０秒間のＨレベル期間と１０秒のＬレベル期間とを交互に繰り返すデューティ比が９８．３％のフルデューティ充電指令信号ＳＦＵＬＬを生成し、信号ｅとして出力する。
【００３７】
一方、オアゲート１５７の出力信号ＯＦＦがＨレベルである場合、充電・転送切換器１７０は、信号ｅをＬレベルに固定し、ステーション側コイル１１０による交流磁界の発生を禁止する。ここで、どのような場合に信号ＯＦＦがＨレベルになって交流磁界の発生が禁止されるのか、また、何故そのような場合に交流磁界の発生を禁止するのかについて説明する。
【００３８】
まず、交流磁界の発生が禁止される場合として、電子時計２００がステーション１００に完全に収容されておらず、ステーション側コイル１１０と時計側コイル２１０とが対向していないような場合が考えられる。このような場合、ステーション１００と電子時計２００とを結ぶ通信リンクがない。このため、充電開始ボタン１０３１または転送開始ボタン１０３２が押下されたとしても、ステーション１００に電子時計２００からコマンドｃｏｍ１やｃｏｍ３が届くことなく、タイマ１４２のダウンカウントが終了し、コマンド検出器１６０からＨレベルの信号ｄが出力される。この結果、信号ＯＦＦがＨレベルとなるのである。
【００３９】
このように信号ｄがＨレベルとなる場合にステーション側コイル１１０による交流磁界の発生を禁止するのは、ステーション側コイル１１０と時計側コイル２１０とが対向していない状態では、ステーション側コイル１１０から交流磁界を発生したとしても、時計側コイル２１０に交流電圧が誘起されず、無駄に電力を消費するだけだからである。
【００４０】
タイマ１４２を用いた計時により、コマンドｃｏｍ１やｃｏｍ３の受信を３０分待ってから交流磁界の発生を禁止する措置を採っているのは、ステーション１００に収容された電子時計２００の二次電池２２０の残りの電池容量が空に近いような状況を配慮したものである。すなわち、このような場合、ステーション１００に収容された電子時計２００は、二次電池２２０の電池容量が空に近いので、たとえステーション側コイル１１０と時計側コイル２１０とが対向していたとしても、ステーション１００にコマンドを送ることができない。しかし、充電を３０分も行えば、二次電池２２０の電池容量は、電子時計２００からステーション１００にコマンドを送るのに十分な電池容量に達すると考えられる。そこで、本実施形態では、タイマ１４２により３０分の計時を行いながらコマンドｃｏｍ１やｃｏｍ３の受信を監視し、３０分待ってもコマンドｃｏｍ１またはｃｏｍ３が受信されないときには、ステーション側コイル１１０と時計側コイル２１０とが対向していないとみなし、ステーション側コイル１１０による交流磁界の発生を禁止しているのである。
【００４１】
この他、交流磁界の発生が禁止される場合として、充電開始ボタン１０３１の押下により充電開始の指示がなされた後、タイマ１４１による１２時間の計時が終了し、信号ａがＬレベルになった場合が挙げられる。このように１２時間を以てステーション側コイル１１０による交流磁界の発生を停止するのは、一般に１２時間も充電を行えば、二次電池２２０はフル充電状態になり、それ以上の時間に及ぶ充電は、二次電池２２０の劣化の原因になるからである。ただし、これには例外がある。すなわち、たとえ信号ａがＬレベルになったとしても、デコーダ１５５からコマンドｃｏｍ１が出力され続ける限り、充電・転送切換器１７０は、フルデューティ充電指令信号ＳＦＵＬＬを生成し、信号ｅとして出力する。二次電池２２０の容量が十分でない旨のコマンドｃｏｍ１が送られてきている以上は、たとえ充電時間が１２時間を越えたとしても、充電を停止することはできないからである。
【００４２】
この他、デコーダ１５５からコマンドｃｏｍ３が出力され、信号ＯＦＦがＨレベルになった場合には、交流磁界の発生が禁止される。充電終了を指示するコマンドｃｏｍ３が電子時計２００から送られてきているのに充電を続行すると、二次電池２２０の劣化を招くからである。
以上が本実施形態におけるステーション１００の詳細である。
【００４３】
図８は、本実施形態における電子時計２００の構成を示すブロック図である。図８において、時計側コイル２１０は、制御回路２３０による制御の下、コマンドやデータによって変調された信号をステーション１００に送信する役割と、ステーション１００から与えられる交流磁界に応じた交流電圧を発生する役割とを担っている。
【００４４】
送信回路２５０、抵抗２５１およびトランジスタ２５２は、時計側コイル２１０による信号の送信を行う送信部を構成している。ここで、トランジスタ２５２は、エミッタが二次電池２２０の正側端子に接続され、コレクタが時計側コイル２１０を介して接地されている。送信回路２５０は、制御回路２３０からステーション１００宛てのコマンドやデータが与えられたとき、このコマンドやデータを一連のビットからなるシリアルデータに変換する。そして、送信回路２５０は、送信すべきビットが例えばＬレベルであるときには、一定の周波数と持続時間を有する交流ベース電流をトランジスタ２５２に流し、送信すべきビットがＨレベルであるときには一定時間に亙ってトランジスタ２５２に対するベース電流の供給を断つ。この結果、ステーション１００宛てのシリアルデータによって変調された交流磁界が時計側コイル２１０によって発生される。時計側コイル２１０による信号の送信を行わないとき、送信回路２５０は、トランジスタ２５２に対するベース電流を断ち、トランジスタ２５２をＯＦＦ状態に維持する。
【００４５】
次に、時計側コイル２１０によりステーション１００から交流磁界を受け取り、これから得られる電気エネルギにより二次電池２２０の充電を行うための回路構成について説明する。
【００４６】
図８に示すように、時計側コイル２１０の一方の端子Ｐは、ダイオード２４５を介して二次電池２２０の正側端子に接続されている。また、時計側コイル２１０の他方の端子は、二次電池２２０の負側端子に接続されている。このため、ステーション側コイル１１０（図２参照）からバースト状の交流磁界が発生すると、その交流磁界により時計側コイル２１０の一方の端子Ｐにバースト状の交流電圧が誘起される。この交流電圧は、ダイオード２４５によって整流された後、充電パルスとして二次電池２２０に充電される。そして、二次電池２２０の電圧Ｖｃｃが、電子時計２００における各部の電源として用いられる。
【００４７】
充電期間検出回路２６１は、ダイオード２４５のカソードから得られる電圧に基づいて、端子Ｐに交流電圧が誘起されているか否かを検出し、交流電圧が誘起されている場合にはＨレベルの充電期間信号ＣＨＲを出力し、誘起されていない場合にはＬレベルの充電期間信号ＣＨＲを出力する。電圧検出回路２８１は、二次電池２２０における両端子間の電圧値Ｅｖを検出してディジタルデータとして出力する。
【００４８】
本実施形態における電子時計２００は、二次電池２２０の内部抵抗を求めるための回路を有している。以下、これについて説明する。
【００４９】
まず、二次電池２２０の正側端子には、抵抗値Ｒの放電用抵抗３０１の一端が接続され、この抵抗３０１の他端はトランジスタ３０２のコレクタに接続され、トランジスタ３０２のエミッタは二次電池２２０の負側端子に接続されている。トランジスタ３０２がオン状態であるとき、トランジスタ３０２および抵抗３０１は、二次電池２２０の放電路を形成する。
【００５０】
次に、放電抵抗スイッチング回路３０３は、制御回路２３０の制御下で、トランジスタ３０２のＯＮ／ＯＦＦ切換およびレジスタ２８２、２８３に対するデータ書き込みを行うための信号ＤＴＣを出力する回路である。さらに詳述すると、制御回路２３０は、充電期間信号ＣＨＲがＨレベルからＬレベルに変化してから所定時間経過したとき、放電抵抗スイッチング回路３０３に指令を送り、信号ＤＴＣをＨレベルに立ち上げる。この信号ＤＴＣの立ち上がりエッジにより、その時点における二次電池２２０の電圧値Ｅｖｄを表す電圧検出回路２８１の出力データがレジスタ２８３に書き込まれる。
【００５１】
また、信号ＤＴＣがＨレベルになると、トランジスタ３０２がＯＮ状態となり、放電用抵抗３０１が二次電池２２０に並列に接続され、放電路が形成される。そして、制御回路２３０は、このようにして二次電池２２０の放電路が形成されてから所定時間が経過したとき、放電抵抗スイッチング回路３０３に指令を送り、信号ＤＴＣをＬレベルに立ち下げる。この信号ＤＴＣの立ち下がりエッジにより、その時点における電圧検出回路２８１の出力データがレジスタ２８２に書き込まれる。
【００５２】
以上のように、充電が行われていない期間を利用して、二次電池２２０の開放時の端子電圧値Ｅｖｄと、放電用抵抗３０１が並列接続された状態における二次電池２２０の端子電圧の電圧値Ｅｖｒが求められ、前者がレジスタ２８３に、後者がレジスタ２８２に保持される。
【００５３】
減算器２８４は、レジスタ２８３に保持された電圧値Ｅｖｄからレジスタ２８２に保持された電圧値Ｅｖｒを減算し、結果ΔＥｖを出力する。このΔＥｖは、二次電池２２０の内部抵抗による電圧降下に相当するものである。
【００５４】
また、内部抵抗算出回路３０５は、減算器２８４の出力データΔＥｖ、レジスタ２８２の出力データである電圧値Ｅｖｒ及び放電用抵抗３０１の抵抗値Ｒに基づいて次式により二次電池２２０の内部抵抗の抵抗値Ｒｅを算出する。
内部抵抗算出回路３０５は、二次電池２２０の内部抵抗の大小のクラス分けのためのテーブルを有しており、得られた内部抵抗の抵抗値Ｒｅがいずれのクラスに属するかを判定し、そのクラスを示す信号を変換テーブル部２８５に供給する。
以上が本実施形態における二次電池２２０の内部抵抗を求める回路の詳細である。
【００５６】
変換テーブル部２８５は、以下に列挙する変換テーブルを備えている。
変換テーブルＴＡ：これは、充電が行われていない時あるいは通常使用時における二次電池２２０の端子電圧値Ｅｖを電池容量Ｆまたはこれに対応した電池電圧値に変換するための変換テーブルである。
変換テーブルＴＢ：これは、ハーフデューティ充電パルスによる充電が行われているときの二次電池２２０の端子電圧値Ｅｖを電池容量Ｆまたはこれに対応した電池電圧値に変換するための変換テーブルである。
変換テーブルＴＣ：これは、フルデューティ充電パルスによる充電が行われているときの二次電池２２０の端子電圧値Ｅｖを電池容量Ｆまたはこれに対応した電池電圧値に変換するための変換テーブルである。
【００５７】
ところで、二次電池が劣化して内部抵抗が上昇するのに従って、二次電池の端子電圧値Ｅｖと電池容量Ｆまたは電池電圧値との関係は変化してゆく。そこで、本実施形態における変換テーブル部２８５には、上記の変換テーブルＴＡ、ＴＢおよびＴＣとして、内部抵抗の各クラスに対応したものが設けられている。
【００５８】
そして、変換テーブル部２８５には、変換テーブルＴＡ、ＴＢ、ＴＣのうちの１種類を指定する信号ＳＥＬＴが制御回路２３０から与えられる。変換テーブル部２８５は、内部抵抗算出回路３０５によって指定された内部抵抗のクラスに対応し、かつ、信号ＳＥＬＴによって指定された種類の変換テーブルを制御回路２３０に提供する。
【００５９】
制御回路２３０は、一時記憶メモリや演算ユニットなどを備える一種の中央処理制御装置である。この制御回路２３０によって行われる制御のうち主要なものを挙げると次の通りである。まず、制御回路２３０は、電子時計２００に時計としての機能を営ませるための制御、具体的には計時のための制御および表示部２０４による現在時刻の表示制御を行う。また、入力部２０３によりユーザからの指示が入力された場合にはその指示に対応した制御を行う。さらに制御回路２３０は、二次電池２２０の電池容量を求めてその表示を行うための制御を適当な時間間隔を空けて定期的に行う。この制御の態様は、非充電時または通常使用時と充電時とで異なる。また、制御回路２３０は、充電時、ステーション１００に対して充電の制御のための指令を送信する制御を適当な時間間隔で定期的に行う。なお、制御回路２３０が行うこれらの制御の内容については、説明の重複を避けるため、本実施形態の動作説明において詳細を明らかにする。
【００６０】
［４］ 本実施形態の動作
次に、本実施形態の動作について説明する。
まず、非充電時または通常動作時における電子時計２００の動作について説明する。まず、制御回路２３０は、電池容量または電池電圧値の表示を行うべきとき、非充電時または通常動作時に対応した変換テーブル群ＴＡを指定する選択信号ＳＥＬＴを変換テーブル部２８５に送る。この選択信号ＳＥＬＴと、内部抵抗算出回路３０５から出力される内部抵抗のクラスを示す信号とにより、変換テーブル群ＴＡの中の１つが特定される。そして、この特定された変換テーブルＴＡにより、電圧検出回路２８１から得られる二次電池２２０の端子電圧値Ｅｖが、電池容量Ｆまたはこれに対応した電池電圧値に変換される。制御回路２３０は、この変換テーブルＴＡにより得られた電池容量Ｆまたは電池電圧値を表示部２０４に表示する。
【００６１】
次に充電時における電子時計２００およびステーション１００の動作を説明する。まず、ユーザは、電子時計２００をステーション１００の凹部１０１に収容させる。これにより、ステーション側コイル１１０と時計側コイル２１０とは、図２に示したように互いに対向するため、電磁的に結合した状態となる。
【００６２】
この後、ユーザによって充電開始ボタン１０３１が押下されると、図５に示すパルス信号ＳＴＲが発生し、タイマ１４１およびタイマ１４２がカウント動作を開始する。また、パルス信号ＳＴＲによって、充電・転送切換器１７０は、ハーフデューティ充電指令信号ＳＨＡＬＦを信号ｅとして出力する。この信号ｅは、図６に示すように３０秒のＨレベル期間と３０秒のＬレベル期間を交互に繰り返す。信号ｅがＨレベルである期間は、トランジスタ１５３のスイッチングが行われ、ステーション側コイル１１０からバースト状の交流磁界が断続的に発生される。
【００６３】
この交流磁界の発生により、電子時計２００側においては、時計側コイル２１０に交流電圧が誘起され、ダイオード２４５によって整流される。この結果得られるハーフデューティ充電パルスが二次電池２２０に与えられ、二次電池２２０の充電が行われる。
【００６４】
また、充電期間検出回路２６１は、ダイオード２４５を介して、時計側コイル２１０に交流電圧の誘起されているか否かを監視し、交流電圧が誘起されている期間は充電期間信号ＣＨＲをＨレベルとし、交流電圧が誘起されていない期間は充電期間信号ＣＨＲをＬレベルとする。
【００６５】
このような充電期間信号ＣＨＲのＨ／Ｌレベル切換が始まると、制御回路２３０は、二次電池２２０の充電が開始されたことを検知し、元々有している時計機能により充電開始時刻を求め、制御回路２３０に内蔵されるメモリに記録する。
【００６６】
そして、充電開始から４時間が経過するまでの間、制御回路２３０は、適当な時間間隔で定期的に、電池容量Ｆまたは電池電圧値を求めて表示部２０４に表示する。すなわち、次の通りである。
【００６７】
まず、制御回路２３０は、ハーフデューティ充電に対応した変換テーブル群ＴＢを指定する選択信号ＳＥＬＴを変換テーブル部２８５に送る。この選択信号ＳＥＬＴと、内部抵抗算出回路３０５から出力される内部抵抗のクラスを示す信号とにより、変換テーブル群ＴＢの中の１つが特定される。
【００６８】
そして、この特定された変換テーブルＴＢにより、電圧検出回路２８１から得られる二次電池２２０の端子電圧値Ｅｖが、電池容量Ｆまたはこれに対応した電池電圧値に変換される。制御回路２３０は、この変換テーブルＴＢにより得られた電池容量Ｆまたは電池電圧値を表示部２０４に表示する。
以上の動作が充電開始から４時間が経過するまで定期的に繰り返されるのである。
【００６９】
そして、充電開始から４時間が経過すると、制御回路２３０は、充電期間信号ＣＨＲがＬレベルである期間、すなわち、ステーション側コイル１１０がバースト状の交流磁界を発生しない期間内において、コマンドｃｏｍ２のデータビットを送信回路２５０に送り、このデータビットによって変調された交流磁界を時計側コイル２１０から出力する。
【００７０】
ステーション１００では、この交流磁界により交流電圧がステーション側コイル１１０に誘起される。そして、受信回路１５４によりこの交流電圧からコマンドｃｏｍ２のデータビットが復調され、デコーダ１５５によりコマンドｃｏｍ２が出力される。
【００７１】
充電・転送切換器１７０は、このコマンドｃｏｍ２を受け取ると、それまで出力していたハーフデューティ充電指示信号ＳＨＡＬＦに代えて、フルデューティ充電指令信号ＳＦＵＬＬを信号ｅとして出力する。この信号ｅは、図７に示すように５９０秒のＨレベル期間と１０秒のＬレベル期間を交互に繰り返す。この信号ｅがＨレベルである期間だけトランジスタ１５３のスイッチングが行われる。この結果、ステーション側コイル１１０により、バースト状の交流磁界が断続的に発生される。
【００７２】
電子時計２００では、このバースト状の交流磁界の発生により、フルデューティ充電パルスが生成され、これにより二次電池２２０の充電が行われる。
そして、制御回路２３０は、適当な時間間隔で定期的に、電池容量Ｆまたは電池電圧値を求めて表示部２０４に表示する。ただし、この場合、制御回路２３０は、フルデューティ充電に対応した変換テーブル群ＴＣを指定する選択信号ＳＥＬＴを変換テーブル部２８５に送る。この選択信号ＳＥＬＴと、内部抵抗算出回路３０５から出力される内部抵抗のクラスを示す信号とにより、変換テーブル群ＴＣの中の１つが特定される。そして、この特定された変換テーブルＴＣにより、電圧検出回路２８１から得られる二次電池２２０の端子電圧値Ｅｖが、電池容量Ｆまたはこれに対応した電池電圧値に変換される。制御回路２３０は、この変換テーブルＴＣにより得られた電池容量Ｆまたは電池電圧値を表示部２０４に表示する。
【００７３】
以上のようにして充電および電池容量などの表示動作が行われる間、制御回路２３０は、電池容量Ｆまたは電池電圧値を監視し続ける。そして、制御回路２３０は、二次電池２２０がフル充電状態に至ったと判定した場合に、充電期間信号ＣＨＲがＬレベルである期間を利用して、コマンドｃｏｍ３のデータビットを送信回路２５０に送り、このデータビットによって変調された交流磁界を時計側コイル２１０から出力する。この結果、ステーション１００では、デコーダ１５５からコマンドｃｏｍ３が出力され、信号ＯＦＦがＨレベルとなる。
【００７４】
充電・転送切換器１７０は、このＨレベルの信号ＯＦＦを受け取ると、信号ｅをＬレベルとし、ステーション側コイル１１０による交流磁界の発生を停止する。これにより電子時計２００の二次電池２２０の充電が終了する。
【００７５】
さて、充電開始から１２時間が経過すると、ステーション１００ではタイマ１４１のカウント動作は終了する。しかし、そのカウント動作終了時刻になっても二次電池２２０がフル充電状態に至らない場合がある。そのような場合に対処するため、本実施形態における電子時計２００の制御回路２３０は、充電開始から１２時間経過したときにコマンドｃｏｍ１をステーション１００に送る。ステーション１００では、このコマンドｃｏｍ１がデコーダ１５５から出力される。この場合、充電・転送切換器１７０は、タイマ１４１のカウント動作が終了し、信号ＯＦＦがＨレベルになっていたとしても、フルデューティ充電指令信号ＳＦＵＬＬを信号ｅとして出力し、フルデューティ充電を続行する。
【００７６】
また、例えば二次電池２２０がフル充電状態になる前に、ユーザが電子時計２００をステーション１００から取り外す場合もある。この場合、ステーション１００では、いつまで待ってもコマンドｃｏｍ３が受信されない。しかしながら、充電開始から１２時間が経過すると、タイマ１４１のカウント動作が終了し、信号ＯＦＦがＨレベルになる。これにより充電・転送切換器１７０は、信号ｅをＬレベルに固定し、充電のための交流磁界の発生を停止する。
【００７７】
図９は、以上説明した本実施形態の動作をまとめた表である。
この表の最も左の欄には、非充電時または通常動作時における端子電圧が６種類記載されるとともに、各端子電圧に対応した電池容量がカッコ書きで付されている。その右隣りの欄には、左の端子電圧値Ｅｖに対応した数値で表したレベルが記載されている。非充電時または通常動作時には、以上挙げた端子電圧値Ｅｖと電池容量Ｆまたは電池電圧値との対応テーブル（上述した変換テーブルＴＡ）を使用して、端子電圧Ｅｖから電池容量Ｆまたは電池電圧値が推定される。そして、その推定結果が電池の残量を視覚的に表現したアイコンにより表示される。表における第３欄目がこのようにして電子時計２００の表示部２０４に表示されるアイコンである。また、このアイコンの他に、例えば端子電圧値Ｅｖが「１５」であるときには「あと２２日間使用可能です」、端子電圧値Ｅｖが「１２」になると「あと１４日間使用可能です」という具合に、二次電池２２０の充電を行うことなく電子時計２００の使用をすることが可能な日数が表示部２０４に表示される。
【００７８】
一方、ハーフデューティ充電またはフルデューティ充電が行われているときには、それ専用の対応テーブル（上述した変換テーブルＴＢまたはＴＣ）を使用して、端子電圧値Ｅｖから電池容量Ｆまたは電池電圧値が推定され、その推定結果がアイコンにより表示される。この場合、電池容量Ｆなどの推定に使用するテーブルが非充電時または通常動作時のものと異なるので、同一端子電圧値Ｅｖであっても、残量表示のためのアイコンとして異なったものが表示される。図９では、その違いを明らかにするために、４種類のアイコンに符号ＳＢ１〜ＳＢ４を付した。
【００７９】
［５］ 本実施形態の変形例
上記実施形態においては、充電開始から４時間経過したときに、電子時計２００の制御回路２３０からステーション１００にハーフデューティ充電からフルデューティ充電への切換を要請するコマンドｃｏｍ２を送信した。しかし、このように設定時間により充電方法の切換を行うのでなく、二次電池２２０の電池容量Ｆまたは端子電圧値Ｅｖが予め設定した値に至ったときに、制御回路からステーションにコマンドｃｏｍ２を送信してもよい。
【００８０】
また、入力部１０３の操作により、充電開始から４時間経過後にコマンドｃｏｍ２を送信するモードと、電池容量Ｆまたは端子電圧値Ｅｖが所定値になったときにコマンドｃｏｍ２を送信するモードのうち所望のモードを選択し得るように電子時計２００を構成してもよい。
【００８１】
上記実施形態においては、充電信号のデューティ比を２段階に変更する場合であったが、３段階以上に変更するように構成することも可能である。
この場合においては、電池容量Ｆを推定するための変換テーブルについても３種類以上設けるように構成すればよい。
【００８２】
上記実施形態においては、充電機器としてステーション１００を、被充電機器として電子時計２００を例にとって説明したが、本発明は、充電可能な全ての電子機器とその充電器に適用可能である。例えば、電動歯ブラシや、電動ひげ剃り、コードレス電話、携帯電話、パーソナルハンディフォン、モバイルパソコン、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ：個人向情報端末）などの二次電池を備える被充電機器と、その充電機器とに適用可能である。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、非充電時および充電時の各々において正確に電池容量または電池電圧を推定することができる。また、この発明によれば、この推定結果を利用して適切な充電制御をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるステーションおよび電子時計の構成を示す平面図である。
【図２】ステーションおよび電子時計の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の同実施形態において行われるフルデューティ充電を説明する図である。
【図４】同実施形態において行われるハーフデューティ充電を説明する図である。
【図５】同実施形態にかかるステーションの構成を示すブロック図である。
【図６】同実施形態におけるハーフデューティ充電指令信号の波形を示す図である。
【図７】同実施形態におけるフルデューティ充電指令信号の波形を示す図である。
【図８】同実施形態における電子時計の構成を示すブロック図である。
【図９】同実施形態の動作を説明する図である。
【符号の説明】
２００……電子時計、２１０……時計側コイル、２２０……二次電池、
２３０……制御回路、２８５……変換テーブル部、２５０……送信回路、
１５４……受信回路、２８１……電圧検出回路、
３０３……放電抵抗スイッチング回路、２８２，２８３……レジスタ、
２８４……減算器、３０５……内部抵抗算出回路。
Claims (9)
- 充電器から周期的かつ断続的に電気エネルギを受け取って二次電池の充電を行う充電部と、
前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、
非充電時における前記二次電池の端子電圧と前記二次電池の電池容量または電池電圧との関係を表す第１のデータテーブルを記憶するとともに、充電時における前記二次電池の端子電圧と前記二次電池の電池容量または電池電圧との関係を表す第２のデータテーブルとして、前記充電の周期に対する充電時間のデューティ比に対応した複数のデータテーブルを記憶する記憶部と、
非充電時においては、前記第１のデータテーブルを用いて前記電圧検出部により検出された端子電圧から前記二次電池の電池容量または電池電圧を推定し、充電時においては、所定の条件が満たされたときに、前記デューティ比の切り換えを要求するコマンドを前記充電器に送信するとともに、前記第２のデータテーブルのうち現在行われている充電のデューティ比に対応したデータテーブルを用いて前記電圧検出部により検出された電圧から前記二次電池の電池容量または電池電圧を推定する制御部と
を具備することを特徴とする電子機器。 - 表示部を有し、前記制御部は、前記電池容量または電池電圧の推定結果を前記表示部に表示することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
- 表示部を有し、前記制御部は、前記電池容量または電池電圧の推定結果に基づいて当該電子機器の使用可能日数を求め、前記表示部に表示することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
- 前記制御部は、前記二次電池の充電が開始されてからの経過時間が所定時間に達したときに現在よりも高いデューティ比への切り換えを要求するコマンドを送信することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
- 前記制御部は、前記二次電池の端子電圧または電池容量の推定値が所定値に達したときに現在よりも高いデューティ比への切り換えを要求するコマンドを送信することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
- 前記制御部は、前記二次電池の電池容量または電池電圧が所定値に達したときに充電の停止を要求するコマンドを送信することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１の請求項に記載の電子機器。
- 前記二次電池の内部抵抗を測定する内部抵抗測定部を具備し、前記記憶部は、前記第１のデータテーブルおよび第２のデータテーブルとして、複数の異なった内部抵抗に対応した複数のデータテーブルを各々記憶し、前記制御部は、前記内部抵抗測定部により測定された前記二次電池の内部抵抗に対応した第１のデータテーブルまたは第２のデータテーブルを用いて、前記二次電池の電池容量を推定することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１の請求項に記載の電子機器。
- 前記内部抵抗測定部は、前記二次電池の開放電圧と、前記二次電池に所定の負荷を接続したときの電圧とに基づいて前記内部抵抗を算出することを特徴とする請求項７に記載の電子機器。
- 充電器から周期的かつ断続的に電気エネルギを受け取って二次電池の充電を行う充電部と、前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、記憶部と、表示部とを具備する電子機器の制御方法において、
非充電時における前記二次電池の端子電圧と前記二次電池の電池容量または電池電圧との関係を表す第１のデータテーブルを前記記憶部に予め記憶させるとともに、充電時における前記二次電池の端子電圧と前記二次電池の電池容量または電池電圧との関係を表す第２のデータテーブルとして、前記充電の周期に対する充電時間のデューティ比に対応した複数のデータテーブルを前記記憶部に予め記憶させ、
非充電時においては、前記第１のデータテーブルを用いて前記電圧検出部により検出された端子電圧から前記二次電池の電池容量または電池電圧を推定し、充電時においては、所定の条件が満たされたときに、前記デューティ比の切り換えを要求するコマンドを前記充電器に送信するとともに、前記第２のデータテーブルのうち現在行われている充電のデューティ比に対応したデータテーブルを用いて前記電圧検出部により検出された電圧から前記二次電池の電池容量または電池電圧を推定し、この推定結果を前記表示部により表示することを特徴とする電子機器の制御方法。
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