JP3659020B2 - 電子機器及び二次電池の容量推定方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器及び二次電池の容量推定方法に係り、特に充電されている二次電池の容量を簡易な構成によって推定可能な電子機器及び二次電池の容量推定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯端末や電子時計などのような小型携帯電子機器をステーションと呼ばれる充電機器に収容して、当該携帯電子機器の充電とともに、データ転送などが行われつつある。ここで、充電やデータ転送などについて電気的接点を介して行う構成にすると、これら接点が露出するため、防水性の面において問題が発生する。このため、充電や信号転送などは、ステーションと携帯電子機器との双方に配設されたコイルの電磁的な結合によって非接触で行う構成が望ましい。
【0003】
このような構成において、ステーション側のコイルに高周波信号を印加すると、外部磁界が発生して、携帯電子機器側のコイルに誘起電圧が発生する。そして、この誘起電圧をダイオード等により整流することにより、携帯電子機器に内蔵された二次電池を非接触で充電することが可能となる。また、双方のコイルの電磁的な結合により、ステーションから携帯電子機器へ、あるいは、携帯電子機器からステーションへと信号を非接触で双方向に転送することも可能となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、二次電池を所望の容量まで充電する場合において、その容量を越えて充電動作を行うことは、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を行うと、液漏れ等が発生してしまうおそれがあった。
したがって、二次電池の充電においては、二次電池の容量に応じて、充電制御を行う構成が望ましい。
このための構成として、充電時における二次電池の端子電圧から二次電池の容量を推定することが考えられる。
【0005】
しかしながら、例えば、二次電池の端子電圧がほとんど充電電圧と等しくなったからといって、定格容量近くまで充電されるとは限らない。
また、充電時における二次電池の端子電圧は、その内部抵抗に起因して上昇することとなり(図24参照)、真の二次電圧を示すことにはならない。
さらに二次電池の内部抵抗Reは、図23に示すように、電解液の熱分解のため、保存温度が高いほど大きくなる。例えば、周囲温度60[℃]で保存した場合には、25[℃]で保存した場合と比較して、熱分解がより早く進み、同一の保存期間の場合には、二次電池の内部抵抗Reはより大きくなる。
さらにまた、同一の二次電池であっても、内部抵抗Reは図23に示すような温度特性を有しており、使用環境が異なれば、内部抵抗Reも異なってしまう。これらのため、充電時における二次電池の端子電圧から容量を正確に推定することは困難であった。
そこで、本発明の目的は、二次電池の内部抵抗の変化あるいは二次電池の劣化の影響を低減しつつ、充電されている二次電池の容量を簡易な構成によって正確に推定することが可能な電子機器および二次電池の容量推定方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1記載の構成は、充電期間と中断期間を交互に繰り返して間欠的に充電される二次電池の容量を推定する電子機器であって、前記充電期間から前記中断期間への移行に際して充電が中断された時点、または前記中断期間から前記充電期間への移行に際して充電が再開された時点における前記二次電池の電圧である充電時電圧を検出する充電時電圧検出手段と、前記中断期間内であって、前記充電が中断された時点から第1の所定時間が経過した時点における前記二次電池の電圧である中断時電圧を検出する中断時電圧検出手段と、前記中断期間内において、前記中断時電圧の検出後に所定の抵抗値を有する放電用抵抗を前記二次電池と並列に接続する抵抗接続手段と、前記中断期間内であって、前記放電用抵抗が接続されてから第2の所定時間が経過した時点における前記二次電池の電圧である抵抗接続後電圧を検出する抵抗接続後電圧検出手段と、前記充電時電圧から前記中断時電圧を減算して差電圧を算出する減算手段と、前記中断時電圧、前記抵抗接続後電圧及び前記抵抗値から前記二次電池の内部抵抗値を算出する内部抵抗算出手段と、前記差電圧及び前記内部抵抗値に基づいて前記二次電池の容量を推定する推定手段と、を備えたことを特徴としている。
【0008】
請求項2記載の構成は、充電期間と中断期間を交互に繰り返して間欠的に充電される二次電池の容量を推定する電子機器であって、前記充電期間から前記中断期間への移行に際して充電が中断された時点で、所定の抵抗値を有する放電用抵抗を当該中断期間内において前記二次電池と並列に接続する抵抗接続手段と、前記充電期間から前記中断期間への移行に際して充電が中断された時点、または前記中断期間から前記充電期間への移行に際して充電が再開された時点における前記二次電池の電圧である充電時電圧を検出する充電時電圧検出手段と、前記中断期間内であって、前記充電が中断された時点から第1の所定時間が経過した時点における前記二次電池の電圧である中断時電圧を検出する中断時電圧検出手段と、前記中断期間内であって、前記充電が中断された時点から前記第1の所定時間よりも大きい第2の所定時間が経過した時点における前記二次電池の電圧である抵抗接続後電圧を検出する抵抗接続後電圧検出手段と、前記充電時電圧から前記中断時電圧を減算して差電圧を算出する減算手段と、前記中断時電圧、前記抵抗接続後電圧及び前記抵抗値から前記二次電池の内部抵抗値を算出する内部抵抗算出手段と、前記差電圧及び前記内部抵抗値に基づいて前記二次電池の容量を推定する推定手段と、を備えたことを特徴としている。
【0009】
請求項3記載の構成は、請求項1または請求項2に記載の構成において、前記二次電池の温度あるいは前記二次電池が設置された周囲の温度を検出する温度検出手段と、前記検出した温度に基づいて前記内部抵抗算出手段が算出した内部抵抗値を補正する温度補正手段と、を備えたことを特徴としている。
【0010】
請求項4記載の構成は、請求項1記載の構成において、前記中断時電圧、前記充電時電流及び前記内部抵抗値に基づいて、前記二次電池の電圧を算出する電圧算出手段と、前記電圧算出手段により算出された電圧が予め定めた基準値を超えないように、前記充電手段における定電圧充電時の電圧を制御する充電電圧制御手段と、を備えたことを特徴としている。
【0011】
請求項5記載の構成は、請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の構成において、前記内部抵抗算出手段により算出された内部抵抗値に基づいて、前記充電手段による充電の中断期間を制御する充電中断期間制御手段を備えたことを特徴としている。
【0012】
請求項6記載の構成は、請求項5記載の構成において、前記充電中断期間制御手段は、前記内部抵抗算出手段により算出された内部抵抗値の増加に伴って、前記中断期間を長く設定することを特徴としている。
【0014】
請求項7記載の構成は、請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の構成において、前記内部抵抗算出手段により算出された内部抵抗値に基づいて、前記二次電池の劣化度を算出する劣化度算出手段を備えたことを特徴としている。
【0015】
請求項8記載の構成は、請求項7記載の構成において、前記劣化度算出手段により算出された劣化度を表示する劣化度表示手段を備えたことを特徴としている。
【0016】
請求項9記載の構成は、請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の構成において、前記内部抵抗算出手段により算出された内部抵抗値が予め定めた基準内部抵抗値を超えているか否かを判別する劣化度判別手段を備えたことを特徴としている。
【0017】
請求項10記載の構成は、請求項9記載の構成において、前記劣化度判別手段の判別結果を表示する劣化判別結果表示手段を備えたことを特徴としている。
【0019】
請求項11記載の構成は、充電期間と中断期間を交互に繰り返して間欠的に充電される二次電池の容量推定方法であって、前記充電期間から前記中断期間への移行に際して充電が中断された時点、または前記中断期間から前記充電期間への移行に際して充電が再開された時点における前記二次電池の電圧である充電時電圧を検出する充電時電圧検出工程と、前記中断期間内であって、前記充電が中断された時点から第1の所定時間が経過した時点における前記二次電池の電圧である中断時電圧を検出する中断時電圧検出工程と、前記中断期間内において、前記中断時電圧の検出後に所定の抵抗値を有する放電用抵抗を前記二次電池と並列に接続する抵抗接続工程と、前記中断期間内であって、前記放電用抵抗が接続されてから第2の所定時間が経過した時点における前記二次電池の電圧である抵抗接続後電圧を検出する抵抗接続後電圧検出工程と、前記充電時電圧から前記中断時電圧を減算して差電圧を算出する減算工程と、前記中断時電圧、前記抵抗接続後電圧及び前記抵抗値から前記二次電池の内部抵抗値を算出する内部抵抗算出工程と、前記差電圧及び前記内部抵抗値に基づいて前記二次電池の容量を推定する推定工程と、を備えたことを特徴としている。
【0020】
請求項12記載の構成は、充電期間と中断期間を交互に繰り返して間欠的に充電される二次電池の容量推定方法であって、前記充電期間から前記中断期間への移行に際して充電が中断された時点で、所定の抵抗値を有する放電用抵抗を当該中断期間内において前記二次電池と並列に接続する抵抗接続工程と、前記充電期間から前記中断期間への移行に際して充電が中断された時点、または前記中断期間から前記充電期間への移行に際して充電が再開された時点における前記二次電池の電圧である充電時電圧を検出する充電時電圧検出工程と、前記中断期間内であって、前記充電が中断された時点から第1の所定時間が経過した時点における前記二次電池の電圧である中断時電圧を検出する中断時電圧検出工程と、前記中断期間内であって、前記充電が中断された時点から前記第1の所定時間よりも大きい第2の所定時間が経過した時点における前記二次電池の電圧である抵抗接続後電圧を検出する抵抗接続後電圧検出工程と、前記充電時電圧から前記中断時電圧を減算して差電圧を算出する減算工程と、前記中断時電圧、前記抵抗接続後電圧及び前記抵抗値から前記二次電池の内部抵抗値を算出する内部抵抗算出工程と、前記差電圧及び前記内部抵抗値に基づいて前記二次電池の容量を推定する推定工程と、を備えたことを特徴としている。
【0021】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
[1] 充電時間の決定
はじめに、充電時間の決定方法について簡単に説明しておく。
図1に一般的な二次電池の充放電特性を示す。
図1に示されるように、充電時における二次電池の端子電圧は、ほとんど一定である。さらに、充電時における二次電池の端子電圧は、上述したように真の値(=真の二次電池の電圧Evd)を示さない。
この点について図2を参照して説明する。
一般的に、二次電池は、内部抵抗Reを有しているため、充電時においては、真の二次電池の電圧Evdに対し、二次電池の内部抵抗Reと充電電流Eiとの積の分が加算された電圧Evcが検出される。
【0022】
ここで、二次電池を定電圧Eで充電する場合を考える。この場合、充電電流Eiは、次式のように表される。
Ei=(E−Evc)/R
なお、この式におけるRは、定電圧充電に伴う抵抗分である。
【0023】
次に、二次電池の充電が進行すると、二次電池の端子電圧Evcが定電圧Eに近づくため、充電電流Eiは徐々に小さくなる。
このため、放電時から充電時に移行した場合における、内部抵抗Reと充電電流Eiとの積で示される二次電池の電圧上昇分(充電時から放電時への移行に着目すると電圧降下分)も小さくなる。
したがって、この二次電池の電圧上昇分を検出することにより、二次電池に充電された容量を間接的に推定することが可能となる。ここで、二次電池の電圧上昇分を検出するには、充電を間欠的に実行するとともに、充電時における二次電池の電圧から、充電を中断されてから一定時間経過した場合における二次電池の電圧を減算することで求められる。
【0024】
一方、図1において、二次電池の両端子に1kΩを接続することによって一定割合で放電させた場合について検討してみる。
このように電池容量を減少させた場合に、二次電池の端子電圧が、図に示されるようにほぼ直線的に減少している。このことから、二次電池の容量は、放電時における端子電圧と対応していることが判る。
したがって、二次電池の容量Fは、その端子電圧vを引数とする関数F(v)として表すことができる。
このため、関数F(v)を予めテーブル化や数式化しておく一方、充電を間欠的に実行するとともに、中断時における端子電圧値Evを関数F(Ev)に代入することによって、その時点における二次電池の容量を推定することが可能となる。
【0025】
[2] 第1実施形態
次により具体的に本発明の第1実施形態について説明する。なお、本第1実施形態においては、充電機器としてステーションを、被充電機器として電子機器を、それぞれ例にとって説明する。
【0026】
[2.1] 第1実施形態の機械的構成
図3に、第1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を示す。
電子時計200は、図3に示すように、充電やデータ転送など行う場合、ステーション100の凹部101に収容される。この凹部101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に形成されているため、時計本体201は、ステーション100に対して位置決めされた状態で収容される。
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。なお、本実施形態にかかる電子時計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において日付時刻等を表示するのは言うまでもないが、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・記憶する構成となっている。
【0027】
図4に、図1におけるA−A線の断面図を示す。
電子時計の本体201の下面裏蓋212には、図4に示すように、データ転送や充電のための時計側コイル210がカバーガラス211を介して設けられている。また、時計本体201には、二次電池220や、時計側コイル210などと接続される回路基板221が設けられる。
一方、ステーション100の凹部101の時計側コイル210と対向する位置には、ステーション側コイル110がカバーガラス111を介して設けられている。
また、ステーション100には、コイル110、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が設けられている。
【0028】
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が、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っている。
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
▲1▼ 時計機構部分の着磁を避ける、
▲2▼ 時計側の重量増加を避ける、
▲3▼ 磁性金属の露出を避ける、
等の理由により、磁心を有さない空心型となっている。
したがって、このようなことが問題とならない電子機器に本発明を適用する場合には、磁心を有するコイルを採用することも可能である。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。
【0029】
[2.2] 第1実施形態の電気的構成
次に、ステーション100および電子時計200の電気的構成について説明する。
[2.2.1] ステーションの構成
まず、説明の便宜上、電子時計200の充電を行うステーション100の構成について図5を参照して説明する。
ステーション側コイル110の一方の端子は、図5に示すように、電源電圧Vccにプルアップされる一方、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る。
この場合において、トランジスタ153のゲートは、一方の入力端にクロック信号CLKの供給を受けるアンドゲート152の出力と接続される一方、トランジスタ153のソースは接地されている。
ここで、クロック信号CLKは、各部の動作を同期させるための信号であり、発振回路140により生成されるものである。
【0030】
さて、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ものである。ここで、両ボタンによって出力されるパルス信号を、説明の便宜上、総称してSTRとするが、いずれかのボタンが押下されたのかを区別するため、充電開始ボタン1031が押下された場合には、パルス信号CSが出力されるものとする。
次に、タイマA141は、パルス信号STRの供給を受けると、プリセット値mをクロック信号CLKでダウンカウントして、カウント動作中には、“H”レベルとなる信号aを出力する。
例えば、プリセット値mが信号aの“H”レベル期間が10時間となるような値に設定されている場合には、タイマA141は、ユーザによって充電開始ボタン1031あるいは転送開始ボタン1032が押下されてから10時間だけ“H”レベルとなる信号aを出力することとなる。
そして、この信号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入力端子及び処理回路130に供給されている。
【0031】
また、タイマB142は、パルス信号STRの供給を受けると、プリセット値nをクロック信号CLKでダウンカウントして、カウント動作中には、“H”レベルとなる信号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、例えば、信号bの“H”レベル期間が30分となるような値に設定されている場合には、タイマB142は、ユーザによって充電開始ボタン1031あるいは転送開始ボタン1032の一方が押下されてから、30分だけ“H”レベルとなる信号bを出力することとなる。
【0032】
ここで、タイマA141による設定時間は、フル充電状態に相当する容量まで充電するのに必要十分な時間である。
したがって、充電開始ボタン1031あるいは転送開始ボタン1032が押下された後に、何らかの理由によって、充電を終了させるための後述するコマンドcom3が電子時計200から送出されない場合でも、充電を終了させることができる。
また、タイマB142による設定時間は、電池容量がゼロの状態からデータ転送可能状態(システム起動状態)となるまで充電するのに要する時間であって、以下の状態を判別するために設定される。
▲1▼電子時計200がステーション100に収容されているが、電池容量が十分でないため、データ転送可能な状態にない状態、
▲2▼電子時計200がステーション100に収容されていない状態。
【0033】
次に、コマンド検出器160は、パルス信号STRの供給を受けた後に、信号bが“H”レベルとなる一定期間において、電子時計200側から後述するコマンドcom1あるいはコマンドcom3を受信していない場合に“H”レベルとなる信号dを出力するものである。
そして、この信号dは、オアゲート157の第1入力端と処理回路130とに供給されている。なお、このコマンド検出器160の詳細構成については後述する。
【0034】
ところで、充電・転送切換器170は、パルス信号STRの供給を受けた後、信号OFFが“L”レベルである期間において、図6(a)に示されるような第1充電信号をパルス信号eとして出力する。
これに加えて充電・転送切換器170は、充電開始ボタン1031が押下されることによりパルス信号CSの供給を受けて、かつ、電子時計200側から後述するコマンドcom1を受信して信号com1の供給を受けると、図6(b)に示されるように、デューティ比を大きくした第2充電信号を信号eとして出力するものである。
ただし、充電・転送切換器170は、信号OFFが“H”レベルに遷移すると、信号eを“L”レベルに保持させる。
【0035】
このような充電・転送切換器170によって、トランジスタ153は、パルス信号STRの供給を受けた後、信号eが“H”レベルである期間において、クロック信号CLKのレベルに応じてドレイン−ソース間をスイッチングさせる構成となっている。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ので、外部磁界が発生することになる。電子時計200では、後述するように、この外部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て、二次電池220に充電されるようになっている。
一方、信号eが“L”レベル期間においては、アンドゲート152の出力も“L”レベルとなり、トランジスタ153はオフ(開)状態となるので、ステーション側コイル110には、パルス信号が印加されない。
このため、外部磁界が発生せず、電子時計200の二次電池220に充電が行われない。
したがって、二次電池220の充電は、信号eのレベルに対応して間欠的に行われることとなる。
【0036】
また、信号eの“L”レベル期間においては、アンドゲート152の出力も“L”レベルとなり、トランジスタ153はオフ(開)状態となるので、ステーション側コイル110は、電源電圧Vccでプルアップされた状態となっている。この状態において、時計側コイル210により外部磁界が発生すると、ステーション側コイル110の端子Dには、信号S2が誘起されることとなる。この信号S2は、受信回路154に供給され、受信回路154は、信号S2についてクロック信号CLKを用いて復調する。この受信回路154の詳細構成については、後述する。
次に、デコーダ155は、信号eが“L”レベルである期間において、受信回路154による復調結果をデコードする。
したがって、信号eが“H”レベルである期間においては電子時計200の充電が行われる一方、信号eが“L”レベルである期間においてはデータ転送が行われる。
このため、充電・転送切換器170は、信号eのレベルによって、充電処理とデータ転送処理とを切り換えることになる。
【0037】
さて、電子時計200からの信号は、後述するコマンドcom1あるいはコマンドcom3のほか、脈拍数や心拍数などの生体情報(データ)などであり、デコーダ155は、生体情報については、処理回路130に供給する一方、各コマンドcom1あるいはcom3を受信したことを、その出力信号com1、com3を“H”レベルとすることで各部に通知する。オアゲート156は、各信号com1およびcom3の論理和を信号cとして出力するものである。このため、信号cは、電子時計200からコマンドcom1あるいはコマンドcom3のいずれかを受信している状態を示すこととなる。
また、デコード結果がコマンドcom1であることを示す信号com1は、充電・転送切換器170に供給されている。
一方、デコード結果がコマンドcom3であることを示す信号com3は、オアゲート157の第3入力端に供給されている。そして、オアゲート157による論理和が信号OFFとして充電・転送切換器170に供給される。
【0038】
ここで、オアゲート157の第1〜第3入力端子に供給される信号は、それぞれコマンド検出器160による信号d、タイマA141の信号aをレベル反転した信号及びデコード結果がコマンドcom3であることを示す信号com3であるから、充電・転送切換器170は、次のいずれかに該当する場合に信号eを“L”レベルに保持することとなる。
すなわち、充電・転送切換器170が信号eを“L”レベルに保持して、充電を終了させる場合は、以下の3つの場合がある。
▲1▼ 充電開始ボタン1031あるいは転送開始ボタン1032が押下されて信号STRが出力されてから30分の期間が経過するまで、電子時計200側からコマンドcom1あるいはcom3を受信しない場合、
▲2▼ 充電が開始されてから10時間経過した場合と、▲3▼電子時計200から受信した信号がコマンドcom3である場合。
【0039】
なお、処理回路130は、入力された信号や、デコードされた生体情報などの各種表示を表示部104に実行させるためのものである。
【0040】
[2.2.2] コマンド検出器
次に、コマンド検出器160の構成について図7を参照して説明する。
まず、アンドゲート1601は、信号bおよび信号cの論理積を出力する。
次に、ノアゲート1603および1604からなるRSフリップフロップは、アンドゲート1601の論理積をR信号として入力するとともに、信号STRをS信号として入力する。インバータ回路1605は、ノアゲート1604の出力を反転して信号U1として、Dフリップフロップ1606のD入力端に供給する。このDフリップフロップ1606は、信号STRでリセットされるとともに、信号bの立ち下がりにおいて、その直前での入力端Dのレベルを信号dとして出力する。
【0041】
さて、ユーザにより、充電開始ボタン1031あるいは転送開始ボタン1032が押下されると、例えば、図8(a)に示されるように1ショットのパルス信号STRが出力される。この信号STRにより、ノアゲート1604の出力は“L”レベルとなるため、信号U1は“H”レベルとなる一方、タイマB142(図5参照)がカウント動作を実行するため、図8(a)に示されるように、信号bが30分だけ“H”レベルとなる。
【0042】
[2.2.2.1] コマンド受信時の動作
ここで、図5におけるデコーダ155が電子時計200からコマンドcom1あるいはコマンドcom3を受信する場合、これらのコマンドは、信号eが“L”レベルの期間においてパルス的に出力される。
このような場合において、信号bおよび信号cがともに“H”レベルとなって、その論理積が“H”レベルとなると、ノアゲート1604の出力は“H”レベルとなるから、信号U1は“L”レベルに遷移し、以降、この状態が保持される。したがって、1ショットのパルス信号STRが出力されてから30分経過して信号bが立ち下がった時点(正確にはその直前)において、Dフリップフロップ1606の出力端Qから出力される信号dは、“L”レベルのままとなる。
【0043】
[2.2.2.2] コマンド非受信時の動作
一方、デコーダ155が電子時計200からコマンドcom1あるいはコマンドcom3を受信しない場合、信号cは、図8(b)に示されるように“L”レベルのままとなる。このため、信号U1は“H”レベルに保持されるので、信号STRが出力されてから30分経過して信号bが立ち下がった時点において、Dフリップフロップ1606の出力端Qから出力される信号dは、“H”レベルに遷移することとなる。
【0044】
[2.2.2.3] コマンド検出器の動作のまとめ
このように、コマンド検出器160は、パルス信号STRの供給を受けてから30分経過するまでの一定期間において、電子時計200側から少なくともコマンドcom1あるいはコマンドcom3を受信すれば、期間経過後に信号dを“H”レベルに遷移させる一方、いずれのコマンドも受信しなければ、信号dを“L”レベルに保持することとなる。
【0045】
[2.2.3] 受信回路
次に、受信回路154の構成について図9を参照して説明する。なお、この受信回路154の構成はあくまでも一例であって、本来的には、データ転送における変調方式によって定められるものである。
まず、ステーション側コイル110における他方の端子Dに誘起された信号S2は、図9に示されるように、インバータ回路1541によってレベル反転されるとともに波形整形されて、発振回路140(図3参照)のクロック信号CLKと同期するDフリップフロップ1542、1543のリセット信号RSTとして供給される。ここで、Dフリップフロップ1542の入力端子Dは、電源電圧Vccに接続される一方、その出力端子Qは、次段のDフリップフロップ1543の入力端子Dに接続される。そして、Dフリップフロップ1543の出力端子Qが、復調結果である信号S3として出力される。
【0046】
次に、上記構成の受信回路154における各部の波形について検討する。 電子時計200からのデータ受信時にあっては、トランジスタ153(図5参照)がスイッチングしないので、プルアップされたステーション側コイル110における他方の端子Dは、時計側コイル210による外部磁界が発生していなければプルアップレベルとなる一方、外部磁界が発生していれば、それに応じて誘起されるレベルにて変動する。このため、入力端子Dに誘起される信号S2は、例えば、図10(a)に示す通りとなる。
【0047】
このような信号S2に対して、インバータ回路1541の出力である信号RSTは、図10(b)に示すように、信号S2の電圧がしきい値Vthを下回ったときに“H”レベルとなり、Dフリップフロップ1542、1543をリセットする。この際、Dフリップフロップ1542、1543は、クロック信号CLKの立ち上がりにおいて、その直前での入力端子Dのレベルを出力することとなる。
従って、Dフリップフロップ1542の出力Q1、および、Dフリップフロップ1542の出力S3は、それぞれ図10(d)、(e)に示すようになる。すなわち、受信回路154の出力信号S3は、時計側コイル210によって外部磁界が発生している期間に“L”レベルとなる信号となる。
ここで、時計側コイル210によって外部磁界が発生する期間とは、後述するように、電子時計200からステーション100へ転送されるデータが“L”レベルとなる期間であるから、結局、信号S3は、電子時計200からのデータやコマンドを復調したものとなることが判る。
【0048】
[2.2.4] 電子時計の構成
[2.2.4.1] 電子時計における二次電池容量の推定処理概要
まず、電子時計の構成の説明に先立ち、当該構成を採用するに至った電子時計における二次電池容量の推定処理の概要について説明する。
本第1実施形態の電子時計200は、充電時に二次電池に流れる充電電流、充電が中断されてから予め定めた所定時間経過した時点における二次電池の電圧である中断時電圧及び充電が行われている場合における二次電池の電圧である充電時電圧を検出し、中断時電圧と充電時電圧との差電圧を算出する。
そして、差電圧及び充電時電流に基づいて、二次電池の内部抵抗を算出し、さらに差電圧及び内部抵抗に基づいて二次電池の容量を推定している。
【0049】
[2.2.4.2] 電気的構成
次に、電子時計200の電気的構成について説明する。
図11に、電子時計の概要構成ブロック図を示す。
電子時計200は、図11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、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5参照)にパルス信号が印加されて、外部磁界が発生すると、その外部磁界により時計側コイル210の一方の端子Pに信号が誘起される。そして、この誘起信号は、ダイオード245によって整流された後、電流検出回路291を介して、二次電池220に充電される構成となっている。
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構成となっている。
【0050】
充電期間検出回路261は、端子Pに外部磁界による信号が誘起されているか否かを検出する。ここで、図12(a)に示されるように、タイミングT0以降一定間隔毎に、端子Pにおいて信号が誘起されると、図12(b)に示すように“H”レベルとなる信号CHRを出力する。
また、電池電圧検出回路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。
【0051】
レジスタ282は、信号CHRの立ち下がりにおいて、電池電圧検出回路281により検出された電圧値Evを一時的に記憶する。したがって、レジスタ282は、端子Pに信号が誘起されている期間、すなわち、充電期間における二次電池220の電圧値Evc(=充電時電圧)を記憶することとなる。
一方、レジスタ283は、信号CHRの立ち上がりにおいて、電池電圧検出回路281により検出された電圧値Evを一時的に記憶する。したがって、レジスタ283は、端子Pに信号が誘起される直前、すなわち、充電が中断されてから10秒(=所定時間)経過した時点における二次電池220の電圧値Evd(=中断時電圧)を記憶することとなる。
【0052】
一方、電流検出回路291は、二次電池220に流れる電流値Eiを検出してディジタルデータとして出力する。
レジスタ292は、信号CHRの立ち下がりにおいて、電流検出回路291により検出された電流値Eiを一時的に記憶する。したがって、レジスタ292は、端子Pに信号が誘起されている期間、すなわち、充電期間における二次電池220の電流値Eic(=充電時電流)を記憶することとなる。
【0053】
次に、減算器284は、入力端子Aへの入力値から入力端子Bへの入力値を減算する。ここで、減算器284の入力端子Aには、レジスタ282に一時記憶された電圧値Evcが、入力端Bには、レジスタ283に一時記憶された電圧値Evdが、それぞれ供給されている。このため、減算器284は、二次電池220の内部抵抗に起因する電圧上昇分ΔEvを出力することとなる。
一方、除算器293は、減算器284の出力値をレジスタ292の出力値で除算する。ここで、減算器284の出力値は電圧上昇分ΔEvであり、レジスタ292の出力値は充電期間における二次電池220の電流値Eicであるため、除算器293は、次式により、二次電池220の内部抵抗Reを算出することとなる。
Re=ΔEv/Eic
【0054】
さて、変換テーブル群285は、電圧上昇分ΔEvを電池容量Fに変換して出力するための複数の変換テーブル285-1〜285-nを備えて構成されている。各変換テーブル285-1〜285-nは、二次電池220の相異なる内部抵抗値(あるいは内部抵抗値幅)にそれぞれ対応するものであり、各変換テーブル285-1〜285-nにおける電圧上昇分ΔEvと電池容量Fとの対応関係は、例えば、図14に示される通りである。先に述べたように、また、図13に示されるように、二次電池の充電が進行するについて、放電時から充電時への移行に伴う電圧上昇分ΔEv(充電時から放電時への移行に伴う電圧降下分)が徐々に小さくなるから、ΔEvが小さいほど、二次電池の容量が大きいことを示す。
なお、図14に示される対応関係は、本来的に二次電池220の特性に応じて定められるべき性質のものである。
【0055】
変換テーブル判断器294は、除算器293により算出された二次電池220の内部抵抗Reに基づいて、変換テーブル群285を構成する複数の変換テーブル285-1〜285-nのうち、実際に電圧上昇分ΔEvを電池容量Fに変換して出力する際に用いるべき変換テーブルを特定するための選択信号SELを生成し、出力する。
【0056】
次に、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り、通常では、入力部203(図3では図示省略)で設定されたモードに応じた表示(例えば、現在時刻表示など)を、表示部204に実行させるなどような制御を行う。
ただし、ステーション100に収容された状態にあって、端子Pに信号が誘起されて信号CHRが“H”レベルに遷移すると、制御回路230は、第1に、変換テーブル285によって変換出力された容量Fがフル充電状態の容量に相当するかを判別し、第2に、その判別結果に応じたコマンドcom1あるいコマンドcom3を作成して、信号CHRが“L”レベルの期間に送出し、第3に、コマンドの送出後、転送開始ボタン1032が押下されたのであれば、ステーション100へ送信すべきディジタルデータを出力する処理を実行する。
【0057】
なお、ステーション100へ送信すべきディジタルデータとしては、図示しないセンサ等により計測された脈拍数や心拍数などの生体情報などが想定される。また、コマンドcom1あるいはコマンドcom3の意味内容については、後述する。
【0058】
送信回路250は、ステーション100へ送信すべきデータやコマンドなどをシリアル化するとともに、シリアルデータが“L”レベルである期間において、一定周波数の信号をバーストしたスイッチング信号を出力するものである。送信回路250によるスイッチング信号は、抵抗251を介してトランジスタ252のベースに供給される。また、同トランジスタのコレクタは、二次電池220の正側端子に接続される一方、同トランジスタのエミッタは、コイル210の一方の端子Pに接続されている。
【0059】
したがって、このような構成にかかる電子時計200にあっては、図12(a)に示されるように端子Pに信号が誘起されると、図12(b)に示されるように、信号が誘起されている期間に信号CHRは“H”レベルとなるとともに、図12(c)に示されるように、この期間に二次電池220の充電が行われる。一方、端子Pに信号が誘起されずに、信号CHRが“L”レベルとなると、図12(d)に示されるように、コマンドcom1、コマンドcom3やディジタルデータなどが転送されるようになっている。
【0060】
[2.2.4.3.] 充電・データ転送の動作
次に、ステーション100および電子時計200の充電・データ転送の動作について、図5および図11のブロック図とともに、図15および図16のフローチャートを参照して説明する。
【0061】
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4に示される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。
この後、ユーザによって充電開始ボタン1031あるいは転送開始ボタン1032が押下されると、パルス信号STRによって、タイマA141およびタイマB142がカウント動作を開始する(ステップS101)。また、パルス信号STRによって、充電・転送切換器170は、図6(a)に示されるような第1充電信号を信号eとして出力する(ステップS102)。
【0062】
次に、タイマA141がカウント動作を終了したか否かが、信号aの反転信号によって判別される(ステップS103)。
ステップS103の判別において、カウント動作が終了していれば(ステップS103;Yes)、このことは充電開始ボタン1031あるいは転送開始ボタン1032が押下されてから10時間以上経過したことを意味する。
このため、処理回路130は、例えば、図17(b)に示されるような表示を表示部104に対して行わせる(ステップS104)。
また、信号aの反転信号により信号OFFが“H”レベルとなるので、充電・転送切換器170は、信号eを“L”レベルに保持する。このため電子時計200の充電は終了することになる。
一方、ステップS103の判別において、タイマA141がカウント動作を終了していなければ(ステップS103;No)、充電・転送切換器170は第1充電信号を信号eとして出力する。
この結果、ステーション側コイル110は、信号eが“H”レベルの期間に、トランジスタ153によるスイッチングによって外部磁界を発生させる一方、信号eが“L”レベルの期間において、電子時計200からのコマンドを受信すべく待機状態となる。
【0063】
さて、この外部磁界が発生すると、電子時計200側においては、端子Pに信号が誘起される。ここで、現時点において二次電池220の電池残量がなければ(ステップS201;No)、各部が動作しないため、以降のステップS201〜S207が実行不可能となり、ステーション100側へはコマンドが送出されない。
一方、現時点において電池残量があれば(ステップS201;Yes)、レジスタ282において充電時の電圧値Evcが一時的に記憶され(ステップS202)、レジスタ283において充電中断時の電圧値Evdが一時的に記憶される(ステップS203)。
そして、減算器284は、レジスタ282に記憶された電圧値Evcおよびレジスタ283に記憶された電圧値Evdをそれぞれ読み出すとともに、電圧値Evcから電圧値Evdを減算して、二次電池220の内部抵抗に起因する電圧上昇分ΔEvを出力する(ステップS204)。
【0064】
これと並行して、レジスタ292において、充電時の電流値Eicが一時的に記憶される(ステップS205)。
そして除算器293は、レジスタ292に記憶された電流値Eicを読み出すとともに、減算器284から出力された電圧上昇分ΔEvに基づいて、次式により内部抵抗値Reを算出する(ステップS206)。
Re=ΔEv/Eic
変換テーブル判断器294は、除算器293により算出された二次電池220の内部抵抗Reに基づいて、変換テーブル群285を構成する複数の変換テーブル285-1〜285-nのうち、実際に電圧上昇分ΔEvを電池容量Fに変換して出力する際に用いるべき変換テーブルを特定するための選択信号SELを生成し、変換テーブル群285に出力する(ステップS207)。
【0065】
次に、変換テーブル群285は、複数の変換テーブル285-1〜285-nのうち、選択信号SELに対応する一の変換テーブルを用いて、電圧上昇分ΔEvを容量Fに変換出力する。
これにより、電圧上昇分ΔEvから、現時点における二次電池220の内部抵抗を考慮に入れた二次電池220の容量が推定されることとなる(ステップS208)。
制御回路230は、この容量Fがさらなる充電は不要とみなせる所定の容量、例えば、フル充電状態に相当する容量であるか否かを判別する(ステップS209)。
ステップS209の判別において、容量Fがさらなる充電は不要とみなせる所定の容量に相当する容量である場合には(ステップS209;Yes)、以降、充電する必要がないので、その旨をステーション100に通知すべく、コマンドcom3を送出する(ステップS210)。
【0066】
ステップS209の判別において、容量Fがさらなる充電は不要とみなせる所定の容量に相当しないる場合には(ステップS209;No)、引き続き、充電を続行する必要があるので、その旨をステーション100に通知すべく、コマンドcom1を送出する(ステップS211)。
なお、コマンドcom1あるいはコマンドcom3の送出は、端子Pに信号が誘起されていない期間に、すなわち、ステーション100側にあっては信号eが“L”レベルである10秒間の期間に、電子時計200側にあっては信号CHRが“L”レベルである期間に、実行される。
【0067】
このように、端子Pに信号が誘起されると、電子時計200は、充電時に二次電池220に流れる充電電流Eic、充電が中断されてから予め定めた所定時間経過した時点における二次電池220の電圧である中断時電圧Evd及び充電が行われている場合における二次電池220の電圧である充電時電圧Evcを検出し、中断時電圧Evdと充電時電圧Evcとの差電圧(=Evd−Evc)である電圧上昇分ΔEvを算出する。
そして、電子時計200は、電圧上昇分ΔEv及び充電電流Eicに基づいて、二次電池220の内部抵抗Reを算出し、さらに電圧上昇分ΔEv及び内部抵抗Reに基づいて二次電池220の容量を推定している。
さらに電子時計200は、推定した電池容量が、所定の容量であるか否かを判別して、この判別結果に応じたコマンドを送出する構成となっている。
【0068】
なお、ステーション100は、第1充電信号にしたがった充電を、少なくともタイマB142の動作期間である30分の期間実行する。このため、二次電池220が当初、データ転送可能状態にはなく、かつ、コマンドcom1あるいはコマンドcom3が電子時計200から送出されない場合であっても、30分間は充電される結果、少なくともデータ転送可能となる容量までは充電されることになる。
すなわち、電子時計200が、ステーション100に収容されて、充電開始ボタン1031あるいは転送開始ボタン1032が押下されて30分経過した後には、二次電池220はデータ転送可能状態になるから、コマンドcom1あるいはコマンドcom3のいずれかが送出される構成となっている。
したがって、ステーション100へコマンドが全く送出されない場合とは、電子時計200がステーション100に収容されていない場合のみとなる。
【0069】
一方、待機状態となったステーション100において、電子時計200からコマンドcom1あるいはコマンドcom3のいずれかが受信されたか否かが判別される(ステップS111)。
ステップS111の判別において、コマンドcom1、コマンドcom3のいずれも受信されない場合(ステップS111;No)、タイマB142がカウント動作を終了したか否かが判別される(ステップS112)。
具体的には、信号bが“H”レベルとなる30分の期間において、信号cが“H”レベルとなったか否かがコマンド検出器160によりチェックされる。
【0070】
この場合において、タイマB142がカウント動作を終了しても(ステップS112;Yes)、なんらコマンドcom1、コマンドcom3を受信しない場合とは、上述のように、電子時計200がステーション100に収容されていない場合であり、コマンド検出器160による信号dが“H”レベルとなる場合である。
したがって、処理回路130は、信号dが“H”レベルに遷移したことによって、例えば、図17(a)に示されるような警告表示を表示部104に対して行わせて(ステップS113)、ユーザにその旨を告知する。
また、信号dにより信号OFFが“H”レベルとなるので、充電・転送切換器170は信号eを“L”レベルに保持する。このため、電子時計200が収容されていない場合の無用な充電動作は終了することになる。
一方、タイマB142がカウント動作を終了していなければ(ステップS112;No)、引き続き、充電を実行すべく、処理手順を再度ステップS102に移行し、第1充電信号の送出が継続される。
【0071】
さて、待機状態となったステーション100において、電子時計200から何らかのコマンドが受信された場合、その受信コマンドがデコーダ155によりデコードされる(ステップS114)。
ここで、受信コマンドがcom1であれば、はじめに押下されたボタンが充電開始ボタン1031であったのか否かが判別される(ステップS115)。詳細には、信号com1の供給を受けた充電・転送切換器170が、以前に信号CSの供給を受けたか否かを判別する。
ステップS115の判別において、はじめに押下されたボタンが充電開始ボタン1031であった場合には(ステップS115;Yes)、充電・転送切換器170は、送出する信号eを、図6(a)に示される第1充電信号から図6(b)に示される第2充電信号へと切り換える。そして、引き続き、充電を継続すべく
、処理手順をステップS103に移行する。
【0072】
上述のように、充電は信号eの“H”レベル期間で行われる一方、データ転送は信号eの“L”レベル期間で行われる。また、第2充電信号としての信号eが“H”レベルとなる期間は、第1充電信号のそれよりも比べて長期化している。よって、第2充電信号の送出により、充電時間tを経過したか否かのチェック結果たるコマンドを受信する頻度が低下する一方、充電するための期間が長期化するため、電子時計200の充電効率が向上することとなる。
一方、受信コマンドがcom1であって、ステップS115の判別において、はじめに押下されたボタンが転送開始ボタン1032の場合には(ステップS115;No)、後述するステップS121〜S123のデータ転送が実行される。
【0073】
また、受信コマンドがコマンドcom3であれば、はじめに押下されたボタンが充電開始ボタン1031であったのか否かが判別される(ステップS117)。詳細には、信号com3により信号OFFの供給を受けた充電・転送切換器170が、以前に信号CSの供給を受けたか否かを判別する。
ステップS117の判別において、はじめに押下されたボタンが充電開始ボタン1031であった場合には(ステップS117;Yes)、これ以上、二次電池220を充電する必要がないので、充電・転送切換器170は、信号eを“L”レベルに保持する。これにより、所望の容量以上の充電となる不要な充電動作は終了することになる。
一方、受信コマンドがcom3であって、ステップS117の判別において、はじめに押下されたボタンが転送開始ボタン1032であれば(ステップS117;No)、次のステップS121〜S123のデータ転送が実行される。
【0074】
すなわち、コマンドcom1、コマンドcom3に続いて送出されたディジタルデータは、受信回路154によって受信され、デコーダ155によってデコードされて、処理回路130に転送されて(ステップS121)、終了するまで繰り返される(ステップS122)。そして、この転送が完了すると、処理回路130は、例えば、図17(c)に示されるような表示を表示部104に対して行わせるとともに(ステップS122)、受信したディジタルデータに基づく表示を表示部104に行わせる。
この後、処理回路130は、図5では示されないラインによって、充電・転送切換器170に対して信号eの供給を停止させて、充電・データ転送を終了させる。
【0075】
[2.3] 第1実施形態の効果
このように本第1実施形態において、充電開始ボタン1031あるいは転送開始ボタン1032が押下されると、第1充電信号が信号eとしてステーション100から送出されるので、電子時計200の二次電池220が間欠的に充電される。 ここで、電子時計200は、充電時に二次電池220に流れる充電電流Eic、充電が中断されてから予め定めた所定時間経過した時点における二次電池220の電圧である中断時電圧Evd及び充電が行われている場合における二次電池220の電圧である充電時電圧Evcを検出し、中断時電圧Evdと充電時電圧Evcとの差電圧(=Evd−Evc)である電圧上昇分ΔEvを算出し、電圧上昇分ΔEv及び充電電流Eicに基づいて、二次電池220の内部抵抗Reを算出し、さらに電圧上昇分ΔEv及び内部抵抗Reに基づいて二次電池220の容量を推定し、推定した電池容量が、所定の容量であるか否かを判別する。
【0076】
そして、推定した電池容量が所定の容量に達していなければ、コマンドcom1がステーション100へ送出される結果、第2充電信号(図6(b)参照)が充電・データ転送を切り換える信号eとして用いられるので、電子時計200の充電効率が向上することとなる。また、推定した電池容量が所定の容量に達していれば、コマンドcom3がステーション100へ送出される結果、信号eが“L”レベルに保持されるので、充電が終了することとなる。したがって、本実施形態によれば、充電を間欠的に行うことによって得た電圧上昇分ΔEv及び二次電池の内部抵抗Reから電池容量を推定し、この推定容量が所望の容量、例えば、フル充電状態に相当する容量に達したら充電が終了するので、不要な充電が行われる不都合が解消される。
【0077】
[3] 第2実施形態
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
上記第1実施形態にあっては、充電を間欠的に実行して、放電時から充電時へ移行したときの二次電池220の電圧上昇分ΔEvを求め、充電時の電流及び電圧上昇分ΔEvから二次電池220の内部抵抗を求め、電圧上昇分ΔEv及び内部抵抗に基づいて電池容量を推定する構成となっていた。
これに対し、本第2実施形態は、充電を間欠的に実行して、充電時から放電時に移行するに際し、充電時電圧(充電中断直前の電圧あるいは充電中断直後であって後述する放電用抵抗の接続前の電圧)、充電中断時の電圧及び二次電池に放電用抵抗を接続して抵抗接続後電圧(=放電電圧)を検出し、中断時電圧、抵抗接続後電圧及び放電用抵抗の抵抗値から二次電池の内部抵抗を算出し、充電時電圧と中断時電圧との差電圧及び内部抵抗に基づいて二次電池の容量を推定するものである。
【0078】
[3.1] 電気的構成
まず、電子時計200Aの電気的構成について説明する。
図18に、電子時計の概要構成ブロック図を示す。図18において、図11の第1実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。電子時計200Aは、図18に示すように、ダイオード245のカソード端子と二次電池220の接続点に一方の端子が接続された抵抗値Rである放電用抵抗301と、放電用抵抗301の他方の端子にコレクタ端子が接続され、エミッタ端子が接地されたスイッチングトランジスタ302と、を備えて構成されている。
放電抵抗スイッチング回路303は、制御回路230の制御下で、図19に示すように、充電中断時の二次電池220の電圧値Evdの検出後にスイッチングトランジスタ302をオン(閉)状態とし、放電用抵抗301を二次電池220に並列に接続し、放電路を形成させる。
また、電池電圧検出回路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。
【0079】
レジスタ282は、信号CHRの立ち下がりにおいて、電池電圧検出回路281により検出された電圧値Evを一時的に記憶する。したがって、レジスタ282は、端子Pに信号が誘起されている期間、すなわち、充電期間における二次電池220の電圧値Evc(=充電時電圧)を記憶することとなる。この電圧値Evcの検出タイミングとしては、充電中断直前あるいは充電再開直後の時点が望ましいが、充電中断直後の時点であっても、同様に用いることが可能である。
レジスタ283は、信号CHRの立ち上がりにおいて、電池電圧検出回路281により検出された電圧値Evを一時的に記憶する。したがって、レジスタ283は、端子Pに信号が誘起されてる直前、すなわち、充電が中断されてから10秒(=所定時間)経過した時点における二次電池220の電圧値Evd(=中断時電圧;図19参照)を記憶することとなる。
【0080】
レジスタ304は、放電抵抗スイッチング回路303により放電用抵抗301が接続されてから所定時間が経過した時点における二次電池220の電圧値Evr(=抵抗接続後電圧;図19参照)を記憶することとなる。
【0081】
次に、減算器284は、入力端子Aへの入力値から入力端子Bへの入力値を減算する。ここで、減算器284の入力端子Aには、レジスタ282に一時記憶された電圧値Evcが、入力端Bには、レジスタ283に一時記憶された電圧値Evdが、それぞれ供給されている。このため、減算器284は、二次電池220の内部抵抗に起因する電圧上昇分ΔEvを出力することとなる。
一方、内部抵抗算出回路305は、レジスタ283の出力値である電圧値Evd、レジスタ304の出力値である電圧値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Reを算出することとなる。
Re=R・(Evd−Evr)/Evr
【0082】
さて、変換テーブル群285は、電圧上昇分ΔEv(=Evd−Evc)を電池容量Fに変換して出力するための複数の変換テーブル285-1〜285-nを備えて構成されている。
各変換テーブル285-1〜285-nは、二次電池220の相異なる内部抵抗値(あるいは内部抵抗値幅)にそれぞれ対応するものである。
【0083】
変換テーブル判断器294は、除算器293により算出された二次電池220の内部抵抗Reに基づいて、変換テーブル群285を構成する複数の変換テーブル285-1〜285-nのうち、実際に電圧上昇分ΔEv(=Evd−Evc)を電池容量Fに変換して出力する際に用いるべき変換テーブルを特定するための選択信号SELを生成し、出力する。
以下、第1実施形態と同様にして、電圧値Evd、電圧値Evc及び抵抗値Rから推定される電池容量が、所定の容量、例えば、フル充電状態に相当する容量に達したならば、その時点で充電が終了するので、第1実施形態と同様に、不要な充電を行う不都合が解消される。
また、推定される電池容量が所定の容量に達していなければ、第2充電信号(図4(b)参照)が信号eとして用いられるので、電子時計200Aへの充電効率が向上する点も同様である。
【0084】
[4] 第3実施形態
次に本発明の第3実施形態について説明する。
上記第2実施形態においては、充電中断時の電圧測定を放電用抵抗を接続する前に行い、中断時電圧、抵抗接続後電圧及び放電用抵抗の抵抗値から二次電池の内部抵抗を算出し、中断時電圧と抵抗接続後電圧との差電圧及び内部抵抗に基づいて二次電池の容量を推定する構成となっていたが、本第3実施形態は、充電中断時の電圧測定を放電用抵抗を接続後に行い、さらに放電後に抵抗接続後電圧(=放電電圧)を検出し、中断時電圧、抵抗接続後電圧及び放電用抵抗の抵抗値から二次電池の内部抵抗を算出し、中断時電圧と抵抗接続後電圧との差電圧及び内部抵抗に基づいて二次電池の容量を推定する構成を採っている。
【0085】
本第3実施形態の電子時計の構成は、第2実施形態と同一であるので、その詳細な説明を援用し、以下、異なる部分のみを説明する。
放電抵抗スイッチング回路303は、制御回路230の制御下で、充電中断時にスイッチングトランジスタ302をオン(閉)状態とし、放電用抵抗301を二次電池220に並列に接続し、放電路を形成させる。
また、電池電圧検出回路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。
【0086】
そして、レジスタ283は、信号CHRの立ち上がりにおいて、電池電圧検出回路281により検出された電圧値Evを一時的に記憶する。したがって、レジスタ283は、端子Pに信号が誘起される直前、すなわち、充電が中断され、放電用抵抗が接続されてから第1の所定時間が経過した時点における二次電池220の電圧値Evd(=中断時電圧;図20参照)を記憶することとなる。
【0087】
レジスタ304は、放電抵抗スイッチング回路303により放電用抵抗301が接続されてから第2の所定時間が経過した時点における二次電池220の電圧値Evr(=抵抗接続後電圧;図20参照)を記憶することとなる。
【0088】
次に、減算器284は、入力端子Aへの入力値から入力端子Bへの入力値を減算する。ここで、減算器284の入力端子Aには、レジスタ282に一時記憶された電圧値Evcが、入力端Bには、レジスタ283に一時記憶された電圧値Evdが、それぞれ供給されている。このため、減算器284は、二次電池220の内部抵抗に起因する電圧上昇分ΔEvを出力することとなる。
一方、内部抵抗算出回路305は、レジスタ283の出力値である電圧値Evd、レジスタ304の出力値である電圧値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Reを算出することとなる。
Re=R・(Evd−Evr)/Evr
【0089】
さて、変換テーブル群285は、電圧上昇分ΔEvを電池容量Fに変換して出力するための複数の変換テーブル285-1〜285-nを備えて構成されている。各変換テーブル285-1〜285-nは、二次電池220の相異なる内部抵抗値(あるいは内部抵抗値幅)にそれぞれ対応するものである。
【0090】
変換テーブル判断器294は、除算器293により算出された二次電池220の内部抵抗Reに基づいて、変換テーブル群285を構成する複数の変換テーブル285-1〜285-nのうち、実際に電圧上昇分ΔEvを電池容量Fに変換して出力する際に用いるべき変換テーブルを特定するための選択信号SELを生成し、出力する。
以下、第1実施形態と同様にして、電圧値Evd、電圧値Evr及び抵抗値Rから推定される電池容量が、所定の容量、例えば、フル充電状態に相当する容量に達したならば、その時点で充電が終了するので、第1実施形態と同様に、不要な充電を行う不都合が解消される。
また、推定される電池容量が所定の容量に達していなければ、第2充電信号(図4(b)参照)が信号eとして用いられるので、電子時計200Aへの充電効率が向上する点も同様である。
【0091】
[5] 第4実施形態
[5.1] 第4実施形態の原理説明
上記各実施形態においては、二次電池220の内部抵抗を算出し、内部抵抗及び電圧上昇分ΔEvに基づいて電池容量を算出していたが、二次電池220の内部抵抗は、二次電池220の温度により変化する温度特性を有している。
より具体的には、図21に示すように、二次電池220の温度が上昇するにつれて、低下する傾向がある。
そこで、本第4実施形態においては、上記各実施形態の構成に加えて、二次電池220の温度あるいは二次電池220が設置された周囲の温度を検出する温度センサなどの温度検出手段を設け、検出した温度に基づいて、上記各実施例において算出した内部抵抗を補正する補正演算回路等の温度補正手段を設けるようにする。
この結果、より正確な二次電池220の内部抵抗を算出することができ、ひいては、より正確な電池容量を算出することができる。
【0092】
[6] 第5実施形態
上記各実施形態においては、二次電池220を定電圧充電するに際し、充電電圧は予め定めた一定の電圧としていた。
ところで、充電時電圧は、実際には、二次電池220の内部抵抗による電圧上昇分を含んでおり、真の二次電池220の充電時電圧を表すものでは無い。
一方、この真の二次電池220の充電時電圧が所定の基準電圧を超えた場合には、二次電池の220の劣化を招くこととなる。
そこで、本第5実施形態においては、第1実施形態の構成に加えて、中断時電圧Evd、充電時電流Eic及び内部抵抗Reに基づいて、二次電池220の真の電圧を算出する演算回路等の真電圧算出手段と、定電圧充電時の電圧を制御する充電電圧制御コントローラなどの充電電圧制御手段と、を備える構成として、二次電池220の真の電池電圧が予め定めた基準値を超えないように、定電圧充電時の電圧を制御するように構成する。
この結果、真の二次電池220の充電時電圧が所定の基準電圧を超えることなく充電を行うことができ、二次電池の220の劣化を低減することができる。
【0093】
[7] 第6実施形態
上記第1実施形態においては、二次電池220のフル充電を行うためのタイマA141による設定時間は、予め定めた一定時間(上述の例の場合、10時間)とされていた。
しかしながら、図22に示すように、二次電池220の劣化が進むと、同一の電池容量とするためには、電圧上昇分ΔEvはより大きな値が要求される。
従って、逆に同一の電圧上昇分ΔEvが観測される場合に、同一の充電時間の充電を行うと、二次電池220の劣化が進んでいる場合には、過充電状態となり、さらに二次電池220の劣化を招くこととなる。
また、二次電池220の劣化が進めば進むほど、内部抵抗は上昇する(図23参照)。
【0094】
そこで、本第6実施形態においては、二次電池220のフル充電を行うための充電時間を管理するためのフル充電タイマ等のフル充電タイマ手段を設け、内部抵抗の算出結果に基づいて二次電池220の劣化の度合いを推定し、フル充電タイマ手段を制御するタイマコントローラなどのタイマ制御手段を設けるように構成する。
この場合において、予め図23に示したような保存日数と内部抵抗の変化状態との関係をテーブルあるいは数式として記憶しておき、実際の保存日数を計測し、さらには、温度センサなどにより保存温度を計測し、二次電池の劣化度を算出する劣化度算出回路等の劣化度算出手段を備えることが好ましい。
さらに、算出された劣化度を表示する劣化度表示を劣化度表示手段としての表示部204に行うようにすることも可能である。
【0095】
[7.1] 第6実施形態の変形例
上記説明においては、内部抵抗の算出結果に基づいて随時、二次電池220の劣化度を常時検出する構成に代えて、あるいは、構成とともに、算出した内部抵抗が予め定めた基準内部抵抗値を超えているか否かを判別することにより、電池交換を行うべき劣化度を判別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、得られた劣化度判別結果(電池交換を行うべき旨)を劣化判別結果表示手段としての表示部204に行うようにすることが望ましい。
[7.2] 第6実施形態の効果
本第6実施形態によれば、二次電池220の劣化が進んでいる場合であっても、過充電状態を避けることが可能となり、さらなる二次電池220の劣化を招くことが無い。
また、算出した内部抵抗が予め定めた基準内部抵抗値を超えている場合には、電池交換の時期である旨を容易に告知することが可能となる。
【0096】
[8] 第7実施形態
以上の各実施形態においては、充電中断時間については、一定としていたが、本第7実施形態は、内部抵抗の上昇に伴って、充電中断時間を長く設定するようにする実施形態である。
充電時における電池電圧の上昇分ΔEvは、電池内部のイオン及び電荷の分極に起因して充電時間とともに上昇していく傾向が見られる。
従って、劣化して内部抵抗が上昇した電池においては、劣化していない電池と比較して、短時間で、電池電圧が充電制限電圧(例えば、リチウムイオン二次電池の場合は、約4.2[V])となり、充分な充電を行えなくなってしまうという問題点が生じる。
そこで、本第7実施形態においては、二次電池が劣化して二次電池の内部抵抗が上昇するにつれて、間欠充電における充電中断時間を長く設定するように構成する。
この結果、充電制限電圧に至るまでの実効的な充電時間を長くとることができ、劣化が進んだ二次電池であっても充分な充電を可能とすることができる。
【0097】
[9] 実施形態の変形例
[9.1] 第1変形例
上記実施形態におけるデータ転送は、電子時計200からステーション100への一方向のみであったが、ステーション100から電子時計200への方向であっても良いのはもちろんである。電子時計200へデータ転送する場合、ステーション100では、転送すべきデータに応じて変調する一方、電子時計200では、その変調方式に合わせて復調する構成とすれば良い。この際、変調・復調は、公知の技術を適用すれば良い。
【0098】
[9.2] 第2変形例
上記実施形態においては、1つの電池電圧検出回路281により検出された電圧値を一時記憶するタイミングの相違によって、充電時における電圧値Evc、充電中断時における電圧値Evdあるいは放電時における電圧値Evrとをそれぞれ検出する構成としたが、別個の電池電圧検出回路によって、充電時における電圧値Evc、充電中断時における電圧値Evd、放電時における電圧値Evrをそれぞれ検出する構成としてもよい。なお、上記実施形態のように、1つの電池電圧検出回路281により検出する構成の方が、異なる検出回路による検出誤差が発生しない点、及び、装置コストの観点からは有利である。
【0099】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、内部抵抗を考慮し、あるいは、二次電池の劣化を考慮して、充電されている二次電池の容量を簡易な構成によって推定可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 一般的な二次電池の充放電特性を示す図である。
【図2】 放電時から充電時への移行に伴う電圧上昇を説明するための回路図である。
【図3】 本発明の第1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4】 第1実施形態のステーションおよび同電子時計の構成を示す断面図である。
【図5】 第1実施形態のステーションの電気的構成を示すブロック図である。
【図6】 (a)および(b)は、それぞれ第1実施形態のステーションにおける信号eたる第1および第2充電信号の波形を示す図である。
【図7】 第1実施形態のステーションにおけるコマンド検出器の構成を示すブロック図である。
【図8】 (a)および(b)は、第1実施形態のコマンド検出器の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図9】 第1実施形態のステーションの受信回路の一例を示す回路図である。
【図10】 (a)〜(e)は、それぞれ第1実施形態の受信回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図11】 第1実施形態の電子時計の電気的構成を示すブロック図である。
【図12】 (a)〜(d)は、それぞれ第1実施形態の電子時計における動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図13】 間欠的な充電において、放電時から充電時への移行に伴う電圧上昇分ΔEvと、電池電圧との関係を示す図である。
【図14】 変換テーブルにおける変換内容を示す図である。
【図15】 第1実施形態のステーションおよび電子時計の間における充電・データ転送の動作を示すフローチャートである。
【図16】 第1実施形態のステーションおよび同電子時計の間における充電・データ転送の動作を示すフローチャートである。
【図17】 (a)〜(c)は、それぞれ第1実施形態のステーションにおける表示部の表示の一例を示す図である。
【図18】 本発明の第2実施形態にかかる電子時計の構成を示すブロック図である。
【図19】 第2実施形態の動作を説明するための図である。
【図20】 第3実施形態の動作を説明するための図である。
【図21】 内部抵抗の温度特性を説明する図である。
【図22】 電池劣化と電圧上昇分ΔEvとの関係を説明する図である。
【図23】 電池劣化による内部抵抗の変化を説明する図である。
【図24】 充電時における二次電池の端子電圧と内部抵抗との関係を説明するための図である。
【符号の説明】
100……ステーション、
110……ステーション側コイル、
130……処理回路、
170……充電・転送切換器、
200……電子時計、
210……時計側コイル、
220……二次電池、
230……制御回路、
245……ダイオード、
250……送信回路、
154……受信回路、
281……電池電圧検出回路、
285……変換テーブル群
285-1〜285-n……変換テーブル
291……電流検出回路、
294……変換テーブル判断器
301……放電用抵抗
302……スイッチングトランジスタ
303……放電抵抗スイッチング回路
305……内部抵抗算出回路
Claims (12)
- 充電期間と中断期間を交互に繰り返して間欠的に充電される二次電池の容量を推定する電子機器であって、
前記充電期間から前記中断期間への移行に際して充電が中断された時点、または前記中断期間から前記充電期間への移行に際して充電が再開された時点における前記二次電池の電圧である充電時電圧を検出する充電時電圧検出手段と、
前記中断期間内であって、前記充電が中断された時点から第1の所定時間が経過した時点における前記二次電池の電圧である中断時電圧を検出する中断時電圧検出手段と、
前記中断期間内において、前記中断時電圧の検出後に所定の抵抗値を有する放電用抵抗を前記二次電池と並列に接続する抵抗接続手段と、
前記中断期間内であって、前記放電用抵抗が接続されてから第2の所定時間が経過した時点における前記二次電池の電圧である抵抗接続後電圧を検出する抵抗接続後電圧検出手段と、
前記充電時電圧から前記中断時電圧を減算して差電圧を算出する減算手段と、
前記中断時電圧、前記抵抗接続後電圧及び前記抵抗値から前記二次電池の内部抵抗値を算出する内部抵抗算出手段と、
前記差電圧及び前記内部抵抗値に基づいて前記二次電池の容量を推定する推定手段と、
を備えたことを特徴とする電子機器。 - 充電期間と中断期間を交互に繰り返して間欠的に充電される二次電池の容量を推定する電子機器であって、
前記充電期間から前記中断期間への移行に際して充電が中断された時点で、所定の抵抗値を有する放電用抵抗を当該中断期間内において前記二次電池と並列に接続する抵抗接続手段と、
前記充電期間から前記中断期間への移行に際して充電が中断された時点、または前記中断期間から前記充電期間への移行に際して充電が再開された時点における前記二次電池の電圧である充電時電圧を検出する充電時電圧検出手段と、
前記中断期間内であって、前記充電が中断された時点から第1の所定時間が経過した時点における前記二次電池の電圧である中断時電圧を検出する中断時電圧検出手段と、
前記中断期間内であって、前記充電が中断された時点から前記第1の所定時間よりも大きい第2の所定時間が経過した時点における前記二次電池の電圧である抵抗接続後電圧を検出する抵抗接続後電圧検出手段と、
前記充電時電圧から前記中断時電圧を減算して差電圧を算出する減算手段と、
前記中断時電圧、前記抵抗接続後電圧及び前記抵抗値から前記二次電池の内部抵抗値を算出する内部抵抗算出手段と、
前記差電圧及び前記内部抵抗値に基づいて前記二次電池の容量を推定する推定手段と、
を備えたことを特徴とする電子機器。 - 請求項1または請求項2に記載の電子機器において、
前記二次電池の温度あるいは前記二次電池が設置された周囲の温度を検出する温度検出手段と、
前記検出した温度に基づいて前記内部抵抗算出手段が算出した内部抵抗値を補正する温度補正手段と、
を備えたことを特徴とする電子機器。 - 請求項1記載の電子機器において、
前記中断時電圧、前記充電時電流及び前記内部抵抗値に基づいて、前記二次電池の電圧を算出する電圧算出手段と、
前記電圧算出手段により算出された電圧が予め定めた基準値を超えないように、前記充電手段における定電圧充電時の電圧を制御する充電電圧制御手段と、
を備えたことを特徴とする電子機器。 - 請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の電子機器において、
前記内部抵抗算出手段により算出された内部抵抗値に基づいて、前記充電手段による充電の中断期間を制御する充電中断期間制御手段
を備えたことを特徴とする電子機器。 - 請求項5記載の電子機器において、
前記充電中断期間制御手段は、前記内部抵抗算出手段により算出された内部抵抗値の増加に伴って、前記中断期間を長く設定する
ことを特徴とする電子機器。 - 請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の電子機器において、
前記内部抵抗算出手段により算出された内部抵抗値に基づいて、前記二次電池の劣化度を算出する劣化度算出手段
を備えたことを特徴とする電子機器。 - 請求項7記載の電子機器において、
前記劣化度算出手段により算出された劣化度を表示する劣化度表示手段
を備えたことを特徴とする電子機器。 - 請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の電子機器において、
前記内部抵抗算出手段により算出された内部抵抗値が予め定めた基準内部抵抗値を超えているか否かを判別する劣化度判別手段
を備えたことを特徴とする電子機器。 - 請求項9記載の電子機器において、
前記劣化度判別手段の判別結果を表示する劣化判別結果表示手段
を備えたことを特徴とする電子機器。 - 充電期間と中断期間を交互に繰り返して間欠的に充電される二次電池の容量推定方法であって、
前記充電期間から前記中断期間への移行に際して充電が中断された時点、または前記中断期間から前記充電期間への移行に際して充電が再開された時点における前記二次電池の電圧である充電時電圧を検出する充電時電圧検出工程と、
前記中断期間内であって、前記充電が中断された時点から第1の所定時間が経過した時点における前記二次電池の電圧である中断時電圧を検出する中断時電圧検出工程と、
前記中断期間内において、前記中断時電圧の検出後に所定の抵抗値を有する放電用抵抗を前記二次電池と並列に接続する抵抗接続工程と、
前記中断期間内であって、前記放電用抵抗が接続されてから第2の所定時間が経過した時点における前記二次電池の電圧である抵抗接続後電圧を検出する抵抗接続後電圧検出工程と、
前記充電時電圧から前記中断時電圧を減算して差電圧を算出する減算工程と、
前記中断時電圧、前記抵抗接続後電圧及び前記抵抗値から前記二次電池の内部抵抗値を算出する内部抵抗算出工程と、
前記差電圧及び前記内部抵抗値に基づいて前記二次電池の容量を推定する推定工程と、
を備えたことを特徴とする二次電池の容量推定方法。 - 充電期間と中断期間を交互に繰り返して間欠的に充電される二次電池の容量推定方法であって、
前記充電期間から前記中断期間への移行に際して充電が中断された時点で、所定の抵抗値を有する放電用抵抗を当該中断期間内において前記二次電池と並列に接続する抵抗接続工程と、
前記充電期間から前記中断期間への移行に際して充電が中断された時点、または前記中断期間から前記充電期間への移行に際して充電が再開された時点における前記二次電池の電圧である充電時電圧を検出する充電時電圧検出工程と、
前記中断期間内であって、前記充電が中断された時点から第1の所定時間が経過した時点における前記二次電池の電圧である中断時電圧を検出する中断時電圧検出工程と、
前記中断期間内であって、前記充電が中断された時点から前記第1の所定時間よりも大きい第2の所定時間が経過した時点における前記二次電池の電圧である抵抗接続後電圧を検出する抵抗接続後電圧検出工程と、
前記充電時電圧から前記中断時電圧を減算して差電圧を算出する減算工程と、
前記中断時電圧、前記抵抗接続後電圧及び前記抵抗値から前記二次電池の内部抵抗値を算出する内部抵抗算出工程と、
前記差電圧及び前記内部抵抗値に基づいて前記二次電池の容量を推定する推定工程と、
を備えたことを特徴とする二次電池の容量推定方法。
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